18 cđ định luật bảo toàn nguyên tố

CHUYÊN ĐỀ 10: ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN NGUYÊN TỐ PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN NGUYÊN TỐ I/- Cơ sở đặc điểm: - Là phương pháp dựa vào quan hệ số mol  số mol nguyên tố  số mol chất chứa nguyên tố n nguyên tố = n chất hệ số nguyên tố chất + Ví dụ: Fe2(SO4)3 có 0,2 mol  nFe = 0,2.2 = 0,4 mol  nS = 0,2.3 = 0,6 mol  nO = 0,2.12 = 2,4 mol - Định luật: “Trong phản ứng hóa học thơng thường, ngun tố ln bảo tồn” n n => Nghĩa là:  X trước phản ứng =  X sau phản  Dấu hiệu: Đề cho số liệu dạng số mol, thể tích (trực tiếp gián tiếp) II/- Các dạng tập thường gặp: - Phương pháp bảo toàn nguyên tố thường áp dụng cho hầu hết dạng tập, đặc biệt dạng hỗn hợp nhiều chất, xảy nhiều trình biến đổi hóa học phức tạp Dưới dạng tập điển hình + Từ nhiều chất ban đầu tạo thành sản phẩm + Từ chất ban đầu tạo thành hỗn hợp nhiều sản phẩm + Từ nhiều chất ban đầu tạo thành hỗn hợp nhiều sản phẩm + Bài tốn có chứa chất có số nguyên tử nguyên tố X phân tử (N 2, N2O…)  Chú ý: Để áp dụng tốt phương pháp BTNT, cần ý số điểm sau:  Hạn chế viết phương trình phản ứng mà thay vào nên viết sơ đồ phản ứng (Sơ đồ hợp thức, có ý hệ số) biểu diễn biến đổi nguyên tố quan tâm  Đề thường cho (hoặc qua kiện tốn tính được) số mol ngun tố quan tâm, từ xác định lượng (mol, khối lượng) chất III/- Các ví dụ: Bài tập 1: Để khử hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe3O4, Fe20 cần 0,05 mol H2 Mặt khác hòa tan hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp X dung dịch H2SO4 đặc thu SO2 (sản phẩm khử nhất) Tính thể tích SO2 thu đktc GIẢI Thực chất phản ứng khử oxit H2 + O → H2O 0,05 0.05 (mol) Đặt số mol hỗn hợp X gồm FeO, Fe3O4, Fe2O3 x, y, z Ta có: nO = x + 4y + 3z = 0,05 mol (1) nFe  3, 04  0, 05.16  , 04 56 (mol) x + 3y + 2z = 0,04 (mol) (2) Nhân hai vế (2) với trừ (1) ta có: x + y = 0,02 mol Mặt khác: 2FeO + 4H2SO4 → Fe2(SO4)3 + SO2 + 4H2O x x/2 2Fe3O4 + 10H2SO4 →3Fe2(SO4)3 + SO2 + 10H2O y y/2 x  y 0,   0, 01(mol ) 2  tổng số mol SO2 là: Vậy thể tích SO2 là: 0,01.22,4 = 0,224 (lit) = 224 (ml) Bài tập 2: Thổi từ từ V lít hỗn hợp khí (đktc) gồm CO Họ qua ống đựng 16,8 gam hỗn hợp oxit; CuO, Fe3O4, Al2O3 nung nóng, phản ứng hồn tồn Sau phản ứng thu m gam chất rắn hỗn hợp khí nặng khối lượng hỗn hợp X 0,32 gam Tỉnh V m GIẢI Thực chất phản ứng khử oxit CO + O → CO2 H2 + O → H2O Khối lượng hỗn hợp khí tạo thành nặng hỗn hợp khí ban đầu khối lượng nguyên tử oxi oxit tham gia phản ứng Do vậy: n mo = 0,32 gam  nO = 0,32 : 16 = 0,02 (mol)  (nCO + H ) = 0,02 (mol) Áp dụng định luật bảo tồn khối lượng ta có: moxit = mchất rắn +0,32  16,8 = m +0,32  m= 16,48 gam  Vhh (CO H ) = 0,02 22,4 = 0,448 lít Bài tập 3: Thổi chậm 2,24 lít (đktc) hỗn hợp khí gồm CO H qua ống sứ đụng hỗn hợp Al2O3, CuO, Fe3O4, Fe2O3 có khối lượng 24 gam dự đun nóng Sau kết thúc phản ứng khối lượng chất rắn lại ống sứ gam? GIẢI nhh (CO H ) = 2,24:22,4 = 0,1 mol Thực chất phản ứng khử oxit là: CO + O → CO2 H2 + O → H2O n nO = nCO + H = 0,1 mol mO = 1,6 gam Khối lượng chất rắn lại ống sứ là: 24 – 1,6 = 22,4 gam Bài tập 4: 2 2 Đốt cháy hoàn toàn 4,04 gam hỗn hợp bột kim loại gồm Al, Fe, Cu khơng khí thu 5,96 gam hỗn hợp oxit Hòa tan hết hỗn hợp oxit dung dịch HCl 2M Tính thể tích dung dịch HCl cần dùng GIẢI mO = moxit – mKL = 5,96 – 4,04 = 1,92 gam nO = 1,92 : 16 = 0,12 mol Hòa tan hết hỗn hợp ba oxit dung dịch HCl tạo thành H2O ta có sơ đồ phản ứng sau: 2H + O → H2O 0,24 0,12 (mol) VHCl = 0,24 : = 0,12 lít Bài tập 5: Cho 4,48 lít CO (ở đktc) từ từ qua ống sứ nung nóng đựng gam oxit sắt đến phản ứng xảy hồn tồn Khí thu sau phản ứng có tỉ khối so với hiđro 20 Xác định cơng thức oxit sắt tính phần trăm thể tích khí CO2 hỗn hợp khí sau phản ứng GIẢI FexOy + yCO → xFe + y CO2 Khí thu có M = 40 → gồm khí CO2 CO dư Ta có sơ đồ đường chéo sau: nCO 44 12 40 nO 28 nCO2  12  Ta có: nCO  % VCO2 = 75% n Mặt khác: nCO = CO2 = (75:100).0,2 = 0,15 (mol)  nCO dư = 0,05 (mol) Thực chất phản ứng khử oxit sắt CO + O oxit sắt → CO2 nCO = nO = 0,15 mol  mo=0,15x16 = 2,4 gam mFe = - 2,4 = 5,6 gam  nFe = 0,1 mol Theo phương trình phản ứng ta có: nFe x 0,1    nCO y 0,15 Vậy oxit Fe2O3 Bài tập 6: Cho hỗn hợp A gồm Al, Zn, Mg Đem oxi hố hồn toàn 28,6 gam A oxi dư thu 44,6 gam hỗn hợp oxit B Hoà tan hết B dung dịch HCl thu dung dịch D Cô cạn dung dịch D Tính khối lượng muối khan thu được, GIẢI Gọi M kim loại đại diện cho ba kim loại với hoá trị n n M + O2 → M2On (1) M2On + 2nHCl →2MCln + nH2O (2) n Theo phương trình (1) (2)  nHCl = O2 m Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng  O2 = 44,6 – 28,6 =16 gam nO2 = 0,5 mol  nHCl = 4x0,5 = mol  nHCl = mol mmuối = mKL + mCl = 28,6 + 2x35,5 = 99,6 gam Bài tập 7: Cho luồng khí CO qua ống đựng 0,01 mol FeO 0,03 mol Fe2O3 (hỗn hợp A) đốt nóng Sau kết thúc thí nghiệm thu 4,784 gam chất rắn B gồm chất Hoà tan chất rắn B dung dịch HCl dư thấy 0,6272 lít H2 (ở đktc) Tính số mol oxit sắt từ hỗn hợp B Biết B số mol oxit sắt từ 1/3 tổng số mol sắt (II) oxit sắt (III) oxit GIẢI FeO : 0,01 mol  FeO : 0,1mol  CO  4, 784   Fe2 O3 : 0, 03mol Hỗn hợp A mol a, b, c, d (mol) gam B (Fe, Fe2O3,FeO, Fe3O4) tương ứng với số n Hoà tan B dung dịch HCl dư thu H = 0,028 mol Fe + 2HCl + FeCl2 + H2 (1)  a = 0,028 mol nFe3O4  1 ( nFeO  nFe2O3 )  d  (b  c) 3 Theo đầu bài: (2) Tổng m là: (562a + 160.b+72.c+ 232.d) = 4,78 gam (3) Số mol nguyên tử Fe hỗn hợp A số mol nguyên tử Fe hỗn hợp B Ta có: nFe(A) = 0,01 + 0,03x2 = 0,07 mol nFe(B) = a + 2b + c + 3d a + 2b + c + 3d = 0,07 (4) Từ (1, 2, 3, 4) → b = 0,006 mol; c = 0,012 mol; d = 0,006 mol Bài tập 8: Khử hoàn toàn 24 gam hỗn hợp CuO FexOy H2 dư nhiệt độ cao thu 17,6 gam hỗn hợp kim loại Khối lượng H2O tạo thành? GIẢI mO oxit = 24 – 17,6 = 6,4 gam mOtrongH 2O n n = 6,4 gam; H 2O = OtrongH2O = 6,4 : 16 = 0,4 (mol) mH 2O = 0,4x18 = 7,2 gam Bài tập 9: Khử hết m gam Fe3O4 CO thu hỗn hợp A gồm FeO Fe A tan vừa đủ 0,3 lít dung dịch H2SO4 1M cho 4,48 lít khí (đktc) Tính m? GIẢI A + H2SO4 tạo dung dịch chứa FeSO4 số mol FeSO4 = số mol H2SO4 = 0,3.1 = 0,3 (mol) n n Bảo toàn nguyên tố Fe: FetrongFe3O4 = FetrongFeSO4 = 0,1 (mol)  nFe3O4 = 0,3 : = 0,1 (mol) Bài tập 10: Hịa tan hồn tồn 9,65g hỗn hợp Al, Fe dung dịch HCl dư, dung dịch thu cho tác dụng với dung dịch NaOH dư, lọc lấy kết tủa, đem nung khơng khí đến khối lượng khơng đổi lại 8g chất rắn Xác định phần trăm khối lượng Fe hỗn hợp đầu Giải Al  HCl AlCl3  NaOH t0   Fe(OH)   Fe 2O3   Fe FeCl  - Sơ đồ:  m n Fe2O3    0,05 (mol) M 160 - Theo đề bài, ta có: - Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Fe: n  n Fe n Ta có: nFe phản ứng = Fe => nFe phản ứng = Fe2O3 = 2.0,05 = 0,1 (mol) - Khối lượng Fe tham gia phản ứng: mFe = n.M = 0,1.56 = 5,6 (g) - Thành phần trăm khối lượng Fe hỗn hợp đầu: / Fe( OH )2 % mFe  / Fe 2O3 5,6 100%  58,03% 9,65 Bài tập 11: Hòa tan hỗn hợp X gồm 0,2 mol Fe 0,1 mol Fe 2O3 vào dung dịch HCl dư dung dịch D Cho dung dịch D tác dụng với NaOH dư thu kết tủa Lọc kết tủa, rửa đem nung khơng khí đến khối lượng khơng đổi thu m gam chất rắn Y Tính giá trị m? Giải FeCl2  NaOH Fe(OH)2 t Fe  HCl X      Y  Fe 2O3 Fe O FeCl Fe(OH) 3   - Sơ đồ:  - Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Fe: n Fe  n Fe Ta có: n  n Fe  n Fe  n Fe  2.n Fe O (X)  0,  2.0,1  0, (mol) Fe 2.n Fe2O3 (Y)  0, n  0,2 (mol) => Fe2O3 (Y) - Khối lượng chất rắn Y (Fe2O3) thu được: m = n.M = 0,2.160 = 32 (g) Bài tập 12: Đốt cháy 9,8g bột sắt không khí thu hỗn hợp X (FeO, Fe 3O4, Fe2O3) Để hòa tan X, cần vừa đủ 500ml dung dịch HNO3 1,6M thu V lít khí NO2 (đktc) sản phẩm khử Tính giá trị V? / Fe2 O3 (Y) / Fe O3 (Y) /( X ) / Fe O3 (X) Giải FeO   HNO3 Fe   X Fe3O  Fe(NO3 )  NO  H 2O Fe O   O2 - Sơ đồ: m 9,8   0,175 (mol) M 56 - Theo đề, ta có: n HNO3  CM V  1,6.0,5  0,8 (mol) n Fe  - Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Fe: n  n Fe( NO )  n Fe  0,175 (mol) Ta có: Fe - Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố N: n  nN  nN n  3n Fe(NO3 )3  n HNO3 Ta có: N NO2 n  0,8  0,175.3  0,275 (mol) => NO2 - Thể tích khí NO2 thu được: V= n.22,4 = 0,275.22,4 = 6,16 (l) Bài tập 13: Cho m gam Fe vào 600ml dung dịch HNO 2M Sau phản ứng xong 8,96 lít (đktc) hỗn hợp NO, NO2 (khơng sản phẩm khử khác) thấy gam Fe chưa tan hết Tính giá trị m? Giải  NO  HNO3 m (g) Fe  Fe(NO3 )2    H2O NO  - Sơ đồ: (Tạo muối Fe(NO3)2 sau phản ứng Fe dư phản ứng với Fe(NO3)3  Fe(NO3)2) n  CM V  2.0,6  1, (mol) - Theo đề bài, ta có: HNO3 / Fe ( NO3 )3 / NO2 3 / Fe ( NO3 )3 / HNO3 V 8,96   0, (mol) (NO, NO ) = 22, 22, nhỗn hợp khí - Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Fe: m m 1  (mol) n Fe(NO3 )2  n Fe M 56 Ta có: = phản ứng - Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố N: n  nN  nN n  2n Fe( NO3 )2  n HNO3 Ta có: N hh NO, NO2 /( NO, NO2 ) / Fe ( NO3 ) / HNO3  m 1 0,   .2  1,  56  => m = 23,4 (g) ...  1,6.0,5  0,8 (mol) n Fe  - Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Fe: n  n Fe( NO )  n Fe  0,175 (mol) Ta có: Fe - Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố N: n  nN  nN n  3n Fe(NO3 )3  n... ) = 22, 22, nhỗn hợp khí - Áp dụng định luật bảo tồn ngun tố Fe: m m 1  (mol) n Fe(NO3 )2  n Fe M 56 Ta có: = phản ứng - Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố N: n  nN  nN n  2n Fe( NO3 )2... FeCl  - Sơ đồ:  m n Fe2O3    0,05 (mol) M 160 - Theo đề bài, ta có: - Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Fe: n  n Fe n Ta có: nFe phản ứng = Fe => nFe phản ứng = Fe2O3 = 2.0,05 = 0,1 (mol)