Phương pháp bảo toàn nguyên tố trong hóa học vô cơ hay, chi tiết, có lời giải - Chuyên đề Hóa 12

Phương pháp giải

Các dạng bài thường gặp:

+ Các bài toán liên quan đến oxit kim loại → hiđroxit → oxit: Bảo toàn nguyên tố kim loại

n_{kim loại (oxit)} = n_{kim loại (hiđroxit)}

+ Các bài toán về tính oxi hóa của axit HNO₃ và H₂SO₄: Bảo toàn nguyên tố N, S

n_{N (S) trong axit} = n_{N (S) trong muối} + n_{N (S) trong khí}

+ Bài toán CO₂; SO₂ tác dụng với dung dịch kiềm: Bảo toàn nguyên tố C, S, kim loại

Khi cho CO₂ hoặc SO₂ vào dung dịch kiềm có thể tạo muối axit, trung hòa hoặc hỗn hợp

n_CO2(SO2) = n_{C (S)} = n_{C (S) trong muối}

+ Khử oxit kim loại: Bảo toàn nguyên tố oxi

Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Cho từ từ 100ml dung dịch HCl 1,5M vào 0,4 lít dụng dịch X gồm Na₂CO₃ và KHCO₃ thu được 1,008 lít CO₂ (đktc) và dung dịch Y. Thêm dụng dịch Ba (OH)₂ dư vào dưng dịch Y thu được 29,55 gam kết tủa. Nồng độ mol/lít của Na₂CO₃ và KHCO₃ trong dung dịch X lần lượt là:

A. 0,1125 và 0,225.

B. 0,0375 và 0,05.

C. 0,2625 và 0,1225.

D. 0,2625 và 0,225.

Bài giải:

+ Với bài toán tổng hợp như này, thì ta phải viết các phương trình cụ thể cho dễ quan sát:

(1) H⁺ + CO₃^- → HCO₃^-

(2) H⁺ + HCO₃^- → CO₂ +H₂O.

Vì thu được khí CO₂ nên có xảy ra phản ứng (2) ⇒ CO₃^2- đã phản ứng hết với H⁺.

+ Vì khi thêm dung dịch Ba (OH)₂ vào dung dịch Y thu được kết tủa nên trong Y phải có muối HCO₃^-

Như vậy suy ra ngay HCl đã phản ứng hết

Từ (1) và (2), suy ra:

Đáp án A và B (loại)

⇒ Dung dịch Y chỉ chứa các ion K⁺, Na⁺, HCO₃^- và Cl^-.

+ Khi thêm dịch Ba (OH)₂ dư vào dung dịch Y thì:

Theo định luật bảo toàn nguyên tố C, toàn bộ C trong dung dịch Y chuyển hóa hết về trong kết tủa (vì thêm dung dịch Ba (OH)₂ dư vào): n_HCO3 = n_{kết tủa} = 0,15 mol.

Bảo toàn nguyên tố C ta được:

⇒ Đáp án đúng là D.

Lưu ý: Đây là bài toán thuộc dạng cho từ từ H⁺ vào dung dịch hỗn hợp CO₃^2- và HCO₃-, cần phân biệt rõ nhỏ từ từ cái nào trước và thứ tự phản ứng ra làm sao từ đó có cách làm phù hợp.

Ví dụ 2: Thực hiện phản ứng nhiệt nhôm hỗn hợp gồm Al và m gam hai oxit sắt trong khí trơ, thu được hỗn hợp rắn X. Cho X và dung dịch NaOH dư, thu được dung dịch Y, chất không tan Z và 0,672 lít khí H₂ (đktc). Sục khí CO₂ dư vào Y, thu được 7,8 gam kết tủa. Cho Z tan hết và dung dịch H₂SO₄, thu được dung dịch chứa 15,6 gam muối sunfat và 2,464 lít khí SO₂ (ở đktc, là sản phẩm khử duy nhất của H₂SO₄). Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Giá trị của m là:

A. 5,04.

B. 6,29.

C. 6,48.

D. 6,96

Bài giải:

+ Sục khí CO₂ dư vào Y, thu được 7,8 gam kết tủa, đó chính là Al (OH)₃:

Cho X và NaOH dư, thu được H₂ ⇒ Al dư⇒ oxit sắt là phản ứng hết.

Vậy X gồm Al₂O₃, Al dư và Fe. Chất không tan Z là Fe.

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Al ta được:

n_{Al phản ứng} + n_{Al dư} = n_{Al (Al (OH)3)}

⇒ n_{Al phản ứng} = 0,1 - 0,02 = 0,08 mol ⇒ n_Al2O3 = 0,04 mol

Vì oxit sắt phản ứng hết, Al dư nên lượng O có trong oxit sắt đã cùng với Al phản ứng đi hết vào trong Al₂O₃

=> Tổng số mol Fe là n_Fe = 2a + b = 0,09 mol

Vậy m = m_Fe +m_O =0,09.56 + 0,12.16 = 6,96 gam.

⇒ Đáp án đúng là D

Ví dụ 3: Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp X gồm Fe₃O₄ và FeS₂ trong 63 gam dung dịch HNO₃ thu được 1,568 lít khí NO₂ duy nhất (đktc). Dung dịch thu được tác dụng vừa đủ với 200 ml dung dịch NaOH 2M, lọc kết tủa rồi đem nung trong không khí đến khối lượng không đổi thì thu được 9,76 gam chất rắn. Nồng độ phần trăm của dung dịch HNO₃ ban đầu là:

A. 42,6%.

B. 46,6%.

C. 47,2%.

D. 46,2%.

Bài giải:

+ Theo định luật bảo toàn nguyên tố Fe, ta có: 3a + b = n_Fe = 2.0,061 = 0,122

+ Bảo toàn số mol electron trao đổi, ta có: a + 15b = 0,07.1 (FeS₂→ Fe³⁺ + 2S⁺⁶ + 15e)

⇒ a = 0,04; b = 0,002.

+ Tiếp tục sử dụng bảo toàn nguyên tố S, có:

+ Vì phản ứng xảy ra hoàn toàn và vừa đủ nên sau khi phản ứng với dung dịch NaOH ta chỉ thu được 2 muối là Na₂SO₄ và NaNO₃.

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Na, ta có:

Ví dụ 4: Hỗn hợp X gồm M₂CO₃, MHCO₃ và MCl với M là kim loại kiềm, nung nóng 20,29 gam hỗn hợp X, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thấy còn lại 18,74 gam chất rắn. Cũng đem 20,29 gam hỗn hợp X trên tác dụng hết với 500ml dung dịch HC1 1M thì thoát ra 3,36 lít khí (đktc) và thu được dung dịch Y. Cho Y tác dụng với dung dịch AgNO₃ dư thì thu được 74,62 gam kết tủa. Kim loại M là?

A. Na.

B. Li.

C. Cs.

D. K.

Bài giải:

2MHCO₃→ M₂CO₃ + CO₂ + H₂O.

⇒ M=39 là K

⇒ Đáp án đúng là D

Ví dụ 5: Hòa tan hoàn toàn 5,4 gam một oxit sắt vào dung dịch HNO₃ dư thu được 1,456 lít hỗn hợp NO và NO₂ (đktc - ngoài ra không còn sản phẩm khử nào khác). Sau phản ứng khối lượng dung dịch tăng thêm 2,49 gam so với ban đầu. Công thức của oxit sắt và số mol HNO₃ phản ứng là

A. FeO và 0,74 mol.

B. Fe₃O₄ và 0,29 mol.

C. FeO và 0,29 mol.

D. Fe₃O₄ và 0,75 mol.

Bài giải:

Vì oxit sắt phản ứng với HNO₃ tạo sản phẩm khử nên đó là FeO hoặc Fe₃O₄ (FeO. Fe₂O₃)

⇒ Đáp án đúng là C

Bài tập tự luyện

Bài 1: Cho 18,2 gam hỗn hợp A gồm Al, Cu vào 100 ml dungdịch B chứa HNO₃ 2M và H₂SO₄ 12 M rồi đun nóng thu được dung dịch C và 8,96 lít hỗn hợp khí D (đktc) gồm NO và SO₂ (ngoài ra không có sản phẩm khử nào khác), tỉ khối của D so với H₂ là 23,5. Tổng khối lượng chất tan trong C là

A. 66,2 g.

B. 129,6 g.

C. 96,8 g.

D. 115,2 g

Bài giải:

=> Đáp án đúng là D. 115,2 g

Bài 2: Nhỏ từ từ đến hết dung dịch chứa 0,1 mol Na₂CO₃ và 0,3 mol NaHCO₃ vào 150 ml dung dịch H₂SO₄ 1M thu được khí CO₂ và dung dịch X. Cho dung dịch Ba (OH)₂ dư vào dung dịch X thì thu được kết tủa có khối lượng là

A. 34,95 g.

B. 66,47 g.

C. 74,35 g.

D. 31,52 g.

Bài giải:

=> Đáp án đúng là B. 66,47 g.

Bài 3: Cho hỗn hợp gồm 0,15 mol CuFeS₂ và 0,09 mol Cu₂FeS₂ phản ứng hoàn toàn với dung dịch HNO₃ dư thu được dung dịch X và hỗn hợp khí Y gồm NO và NO₂. Thêm BaCl₂ dư vào dung dịch X thu được m gam kết tủa. Mặt khác, nếu thêm Ba (OH)₂ dư vào dung dịch X, lấy kết tủa nung trong không khí đến khối lượng không đổi thu được a gam chất rắn. Giá trị của m và a lần lượt là

A. 112,84 và 157,44.

B. 111,84 và 157,44

C. 111,84 và 167,44.

D. 112,84 và 167,44.

Bài giải:

Hỗn hợp gồm 0,15 mol CuFeS2 và 0,09 mol Cu2FeS2 + HNO3 dư → dung dịch X + hỗn hợp khí gồm NO và NO2.

Dung dịch X + BaCl2 → m gam kết tủa BaSO4

Dung dịch X + Ba (OH)2 → Kết tủa đem nung thu được a gam chất rắn.

* Theo định luật bảo toàn nguyên tố, ta có:

nBaSO4 = 2. nCuFeS2+ 2. nCu2FeS2 = 2.0,15 + 2.0,09 = 0,48 mol

→ mBaSO4 = 0,48.233 = 11,84 =111,84 g

* Kết tủa sau khi nung thu được CuO, Fe2O3, BaSO4.

Theo định luật bảo toàn nguyên tố Cu, Fe ta có:

nCuO = nCuFeS2+ nCu2FeS2 = 0,15 + 2.0,09 = 0,33mol

nFe2O3 = 0,5. (nCuFeS2+ nCu2FeS2) = 0,12 mol

Suy ra a = 0,33.80 + 0,12.160 + 0,48.233 = 157,44 gam

=> Đáp án đúng là B. 111,84 và 157,44

Bài 4: Điện phân nóng chảy Al₂O₃ với anot than chì (hiệu suất điện phân 100%) thu được m gam Al ở catot và 67,2 lít (ở đktc) hỗn hợp khí X có tỉ khối so với oxi bằng 1. Lấy 1,12 lít (ở đktc) hỗn hợp khí X sục vào dung dịch nước vôi trong (dư) thu được 1 gam kết tủa. Giá trị của m là

A. 108,0.

B. 54,0.

C. 75,6.

D. 67,5.

Bài giải:

Nên 3 mol X thu được gồm CO, CO2 và O2. (Do anot than chì nên O2 sinh ra tác dụng với C)

⇒ Đáp án đúng là C. 75,6.

Bài 5: Lấy a mol NaOH hấp thụ hoàn toàn 2,64g khí CO₂, thu được đúng 200ml dung dịch X. Trong dung dịch X không còn NaOH và nồng độ của ion CO₃^2- là 0,2M. a có giá trị là:

A. 0,06

B. 0,08

C. 0,10

D. 0,12

Bài giải:

CO2 + NaOH → Na2CO3 + NaHCO3

n CO2=0,06 mol

Bảo toàn nguyên tố X: nNaHCO3=nCO2–nNa2CO3=0,06–0,04=0,02 mol

Bảo toàn nguyên tố Na: a=2nNa2CO3+nNaHCO3=2.0,04 + 0,02=0,1mol

⇒ Đáp án đúng là C. 0,10

Bài 6: Cho hỗn hợp gồm 0,15 mol CuFeS₂ và 0,09 mol Cu₂FeS₂ phản ứng hoàn toàn với dung dịch HNO₃ dư thu được dung dịch X và hỗn hợp khí Y gồm NO và NO₂. Thêm BaCl₂ dư vào dung dịch X thu được m gam kết tủa. Mặt khác, nếu thêm Ba (OH)₂ dư vào dung dịch X, lấy kết tủa nung trong không khí đến khối lượng không đổi thu được a gam chất rắn. Giá trị của m và a lần lượt là

A. 112,84 và 157,44.

B. 111,84 và 157,44

C. 111,84 và 167,44.

D. 112,84 và 167,44.

Bài giải:

Bài 7: Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp gồm FeS₂ và Ag₂S với số mol bằng nhau thu được 3,696 lít SO₂ (đktc) và chất rắn

B. Cho B tác dụng với H₂SO₄ loãng dư, sau phản ứng hoàn toàn thấy còn lại m gam chất rắn không tan. Giá trị của m là:

A. 11,88 g.

B. 13,64 g.

C. 17,16 g.

D. 8, g.

Bài giải:

Bảo toàn nguyên tố ta có:

⇒ Đáp án đúng là A

Bài 8: Nhiệt phân hoàn toàn R (NO₃)₂ (với R là kim loại) thu được 8 gam một oxit kim loại và 5,04 lít hỗn hợp khí X gồm NO₂ và O₂ (đo ở đktc). Khối lượng của hỗn hợp khí X là 10 gam. Muối R (NO₃)₂ là?

A. Mg (NO₃)₂.

B. Cu (NO₃)₂.

C. Fe (NO₃)₂.

D. Zn (NO₃)₂.

Bài giải:

Bài 9: Cho phương trình phản ứng: Mg + HNO₃→ Mg (NO₃)₂+ NO + N₂O + H₂O. Tỉ khối của hỗn hợp NO và N₂O đối với H₂ là 19,2. Tỉ lệ số phân tử bị khử và bị oxi hóa trong phản ứng trên là:

A. 8: 15.

B. 6: 11.

C. 11: 28.

D. 38: 15.

Bài giải:

Chọn 1 mol hỗn hợp khí NO và N2O.

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố cho N có:

nHNO3 bị khử = nNO + 2nN2O = 1,6

Vậy tỉ lệ số phân tử bị khử và bị oxi hóa trong phản

ứng là: nHNO3 bị khử: nMg = 1,6:3 = 8: 15

⇒ Đáp án đúng là A

Bài 10: Hòa tan hoàn toàn m gam oxit Fe_xO_y bằng dung dịch H₂SO₄ đặc nóng vừa đủ, có chứa 0,075 mol H₂SO₄, thu được z gam muối và thoát ra 168ml khí SO₂ (sản phẩm khử duy nhất, đo ở đktc). Oxit Fe_xO_y là:

A. FeO

B. Fe₂O₃

C. Fe₃O₄

D. FeO hoặc Fe₃O₄

Bài giải:

nSO2 = 0,0075 mol

Muối sinh ra là: Fe2(SO4)3

Bảo toàn nguyên tố S: nH2SO4 = 3nFe2(SO4)3 + nSO2

⇒ nFe2(SO4)3 = 1/3. (0,075 – 0,0075) = 0,0225 mol

⇒ nFe3+ = 0,045

⇒ Oxit là: Fe3O4

⇒ Đáp án đúng là C

Bài trước: Phương pháp bảo toàn nguyên tố trong hóa học hữu cơ hay, chi tiết, có lời giải - Chuyên đề Hóa 12 Bài tiếp: Phương pháp đường chéo trong hóa học cực hay, chi tiết, có lời giải - Chuyên đề Hóa 12