Phương pháp bảo toàn khối lượng và phương pháp tăng giảm khối lượng

Nội dung phương pháp Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng: “ Tổng khối lượng các chất tham giaphản ứng bằng tổng khối lượng các chất tạo thành sau phản ứng” Ví dụ : Trong phản ứng : A +

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

A PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG 2

I Nội dung phương pháp 2

II Các dạng bài toán thường gặp 2

III Đánh giá phương pháp 3

IV Các bước giải 3

V Trường hợp ngoại lệ: 3

VI Ví dụ 3

B PHƯƠNG PHÁP TĂNG GIẢM KHỐI LƯỢNG 5

I Nội dung phương pháp 5

II Các dạng bài toán thường gặp 5

III Đánh giá phương pháp 7

IV Các bước giải 7

V Trường hợp ngoại lệ 7

VI Ví dụ 7

C BÀI TẬP TỰ LUẬN 10

D BÀI TẬP TRẮC NGHIỆM 15

E BÀI TẬP TỰ RA 24

A PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG

I Nội dung phương pháp

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng: “ Tổng khối lượng các chất tham giaphản ứng bằng tổng khối lượng các chất tạo thành sau phản ứng”

Ví dụ : Trong phản ứng : A + B → C + D

Ta luôn có: mA+ mB= mC + mD

II Các dạng bài toán thường gặp

Hệ quả 1: Gọi mT là tổng khối lượng các chất trước phản ứng , ms là tổng khốilượng các chất sau phản ứng Dù phản ứng xảy ra vừa đủ, dư, H=100% hay H<100% thì ms= mT

Hệ quả 2: Khi cation kim loại kết hợp với anion phi kim để tạo ra các hợp chất

ta luôn có mhợp chất = mcation + manion

Hệ quả 3: Tổng khối lượng của một nguyên tố trước phản ứng bằng tổng khối

lượng nguyên tố đó sau phản ứng ( định luật bảo toàn nguyên tố)

Hệ quả 4: Trong phản ứng có n chất tham gia, nếu biết khối lượn của (n-1) chất

thì ta tính được khối lượng của chất còn lại

Hệ quả 5: Bài toán khử oxit kim loại bằng các chất khí (CO, H2):

Sơ đồ: Oxit kim loại + (CO, H2) → rắn + hỗn hợp khí (CO2, H2O, H2, CO)

Bản chất là các phản ứng: CO + [O] → CO2

H2 + [O] → H2O

 n[O] = nCO2 = nH2O  mrắn = moxit – m[O]

Hệ quả 6: Bài toán khử oxit kim loại bằng Al tạo ra Al2O3:

Bản chất phản ứng: Al + [O] → Al2O3

Biết được số mol Al tham gia phản ứng hoặc số mol Al2O3 tạo thành ta tínhđược lượng oxi trong oxit (hay hỗn hợp oxit) và suy ra lượng kim loại (hay hỗnhợp kim loại)

III Đánh giá phương pháp

- Phương pháp bảo toàn khối lượng cho phép giải nhanh nhiều bài toán khibiết quan hệ về khối lượng của các chất trước và sau phản ứng

- Đặc biêt, khi chưa rõ phản ứng xảy ra hoàn toàn hay không hoàn toàn thìviệc sử dụng phương pháp này càng giúp đơn giản hóa bài toán hơn

- Phương pháp bảo toàn khối lượng thường được sử dụng trong các bàitoán nhiều chất

IV Các bước giải

- Lập sơ đồ biến đổi các chất trước và sau phản ứng

- Từ giả thiết bài toán tìm ∑mtrước = ∑msau (không cần biết hiệu suất phảnứng)

- Vận dụng định luật bảo toàn khối lượng, kết hợp các dữ kiện khác để lậpphương trình hoặc hệ phương trình toán học

- Giải phương trình hoặc hệ phương trình vừa tìm được

V Trường hợp ngoại lệ:

Phương pháp bảo toàn khối lượng thường đúng với đa số trường hợp.Nhưng đối với những bài toán có liên quan đến năng lượng phản ứng thì địnhluật bảo toàn khối lượng bị vi phạm Do đó không thể áp dụng phương pháp bảotoàn khối lượng để giải các bài toán này

VI Ví dụ

Ví dụ 1 Hòa tan 28,4 gam hỗn hợp 2 muối cacbonat của 2 kim loại nhóm IA

bằng axit HCl thu được 6,72 lít khí (đktc) và dung dịch A Tính khối lượng 2muối clorua trong dung dịch thu được?

Giải: Gọi công thức của 2 muối là R2CO3

 m = 28,4 + 0,6.36,5-(0,3.44+0,3.18) = 31,7 (g)

Ví dụ 2 Cho 2,81 gam hỗn hợp gồm 3 oxit Fe2O3, MgO, ZnO tan vừa đủ trong

300 ml dung dịch H2SO4 0,1M Tính khối lượng muối sunfat khan thu được khi

cô cạn dung dịch sau phản ứng?

Giải: ta có moxit + m H SO2 4= m H O2 + mmuối

 mmuối = 2,81 + 0,03.98 -0,03.18 = 5,21 (g)

Ví dụ 3 Hòa tan 10,14 gam hợp kim Cu, Mg, Al bằng một lượng vừa đủ dung

dịch HCl thu được 7,84 lít khí A (đktc) ; 1,54 gam chất rắn B và dung dịch C

Cô cạn dung dịch C thu được m(g) muối Tính giá trị của m?

Giải: n Cl  2n H2 2.0,35 = 0,7 mol

m = mAl,Mg + mCl = 10,14 - 1,54 + 0,7.35,5 = 33,45 (g)

Ví dụ 4 Cho một luồng CO đi qua ống sứ đựng 0,04 mol hỗn hợp A gồm FeO

và Fe2O3 đốt nóng Sau khi kết thúc phản ứng thu được B gồm 4 chất rắn nặng4,784 gam Khí đi ra khỏi ống sứ hấp thụ vào dung dịch Ba(OH)2 dư thì thuđược 9,062 gam kết tủa Tính phần trăm khối lượng Fe2O3 trong hỗn hợp A

Giải: n CO2 n Ba OH( ) 2= 0,046 mol n CO2 n COpu= 0,046 mol

Ví dụ 5 (Khối A-2012) Đốt cháy hoàn toàn 4,64 gam một hiđrocacbon X( chất

khí ở điêu kiện thường) rồi đem toàn bộ sản phẩm cháy hấp thụ hết vào bìnhđựng dung dịch Ba(OH)2 Sau các phản ứng thu được 39,4 gam kết tủa và khốilượng phần dung dịch giảm bớt 19,912 gam CTPT của X là:

A C3H4 B CH4 C C2H4 D C4H10

Giải : mdd giảm = mkết tủa – (mCO2 + mH2O)

 mCO2 + mH2O = mkết tủa – mdd giảm = 39,4 – 19,912 = 19,488(g)

 44.nCO2 + 18.nH2O = 19,488 (1)

Mặt khác: X + O2 →CO2 + H2O

BTKL: mx + mO2 = mCO2 + mH2O  mO2 =(mCO2 + mH2O) - mx = 14,848 (g)

 nO2 = 0,464(mol)  2.nCO2 + nH2O =2.0,464 (2)

Từ (1) và (2)  nCO2 = 0,348 (mol); nH2O = 0,232 (mol)

 nC : nH = 0,348 : (2.0,232) = 3 : 4  X là C3H4

B PHƯƠNG PHÁP TĂNG GIẢM KHỐI LƯỢNG

I Nội dung phương pháp

Mọi sự biến đổi hóa học (được mô tả bằng phương trình phản ứng) đều cóliên quan đến sự tăng hoặc giảm khối lượng các chất

+ Dựa vào sự tăng hoặc giảm khối lượng khi chuyển từ 1 mol chất Xthành 1 hoặc nhiều mol chất Y (có thể qua các iai đoạn trung gian) ta dễ dàngtính được số mol của các chất và ngược lại, từ số mol hoặc quan hệ về số molcủa các chất mà ta biết được sự tăng hay giảm khối lượng của các chất X, Y

+ Mấu chốt của phương pháp là: Xác định đúng mối liên hệ tỉ lệ số molgiữa các chất đã biết (X) và các chất cần xác đinh (Y)

II Các dạng bài toán thường gặp

Bài toán 1: Kim loại + axit (hoặc hợp chất có nhóm OH linh động) →muối +H2

2M + nH2SO4 → M2(SO4)n + nH2 (2)2nNa + 2R(OH)n → 2R(ONa)n + nH2 (3)2nNa + 2R(COOH)n → 2R(COONa)n + nH2 (4)

Từ phương trình (1) và (2) ta thấy: Nếu cô cạn dung dịch sau phản ứng thìkhối lượng chất rắn thu được tăng lên so với khối lượng kim loại ban đầu vàΔmmtăng = manion gốc axit

Từ phương trình (3) và (4) ta thấy:

 Khi chuyển 1 mol R(OH)n hoặc R(COOH)n thành R(ONa)n hoặcR(COONa) thì giải phóng 0,5 mol H và khối lượng tăng 22n (g)

 Khi chuyển 1 mol Na vào muối sẽ giải phóng 0,5 mol H2 tương ứngvới sự tăng khối lượng là: Δmm↑ = MR(O-)n hoặc Δmm↑ = MR(COO-)n

Bài toán 2: Bài toán nhiệt luyện

Sơ đồ: Oxit (X) + CO (hoặc H2) → rắn (Y) + CO2 (hoặc H2O)

Ta thấy: Dù không xác định được Y gồm những chất gì nhưng vì oxi tách

ra khỏi oxit đã thêm vào CO tạo CO2 hoặc H2O nên ta luôn có:

Bài toán 4: Bài toán chuyển hóa muối này thành muối khác.

Khối lượng muối thu được có thể tăng hay giảm do sự thay thế anion gốcaxit này bằng anion gốc axit khác hoặc thay thế cation kim loại này bằng cationkim loại khác, sự thay thế này luôn tuân theo quy tắc hóa trị( nếu hóa trị củakim loại là không đổi)

Ví dụ: * Từ 1 mol CaCO3 → 1 mol CaCl2: Δmm↑ = 2.35,5 – 60 = 11

* Từ 1 mol CaCl2 → 2 mol AgCl : Δmm↑ = 2.108 – 40 = 176

Bài toán 5: Bài toán chuyển oxit thành muối

Ví dụ: * MxOy → MxCl2y (cứ 1 mol O2- được thay bằng 2 mol Cl-)

Δmm↑ = 2y.35,5 – 16y = 55y

* MxOy → Mx(SO4)y (cứ 1 mol O2- được thay thế bằng 1 mol

SO42-) : Δmm↑ = 96y – 16y = 80y

* Chú ý: Điều này chỉ đúng khi kim loại không thay đổi hóa trị.

Bài toán 6: Phản ứng este hóa RCOOH + R’OH   RCOOR’ + H2O

- meste < mmuối: Δmm↑ = mmuối - meste

- meste > mmuối: Δmm↓ = meste - mmuối

Bài toán 7: Phản ứng trung hòa

-OH (axit, phenol) + NaOH → -ONa + H2O

Cứ 1 mol axit( phenol) → muối: Δmm↑ = 23 – 1 = 22

III Đánh giá phương pháp

- Phương pháp tăng giảm khối lượng cho phép giải nhanh nhiều bài toánkhi biết quan hệ về khối lượng và tie lệ mol của các chất trước và sau phản ứng

- Đặc biêt, khi chưa rõ phản ứng xảy ra hoàn toàn hay không hoàn toàn thìviệc sử dụng phương pháp này càng giúp đơn giản hóa bài toán hơn

- Các bài toán giải bằng phương pháp tăng giảm khối lượng đều có thể giảiđược theo phương pháp bảo toàn khối lượng Tuy nhiên tùy từng bài toán mànên lựa chon phương pháp giải nào sẽ ưu việt hơn

- Phương pháp bảo toàn khối lượng thường được sử dụng trong các bàitoán nhiều chất

IV Các bước giải

- Xác định đúng mối quan hệ tỉ lệ mol giữa các chất cần tìm và chất đãbiết

- Lập sơ đồ chuyển hóa của hai chất này

- Xem xét sự tăng hoặc giảm ΔmM và Δmm theo phương trình phản ứng vàtheo dữ kiện bài toán

- Lập phương trình toán học để giải

V Trường hợp ngoại lệ

Cũng như đối với phương pháp bảo toàn khối lượng, không thể áp dụngphương pháp tăng giảm khối lượng đối với các bài toán có đề cập đến nănglượng của phản ứng

VI Ví dụ

Ví dụ 1 Nhúng thanh kim loại nặng a gam vào 125 ml dung dịch CuBr2

3,52M Sau một thời gian, lấy thanh kẽm ra, rửa nhẹ, sấy khô, cân lại thấy khốilượng thanh giảm 0,28 gam, còn lại 7,8 gam Zn và dung dịch phai màu

a) Tính a?

b) Tính nồng độ M có trong dung dịch sau phản ứng?

(Phân loại và phương pháp giải toán Hóa Vô cơ, Quan Hán Thành, NXB Trẻ, 2000)

Giải:

a) Phương trình phản ứng:

Zn + CuBr2 → ZnBr2 + Cu↓ (1)x(mol) x x x

Δmm↓ = mZn (tan) – mCu (bám) = 65x – 64x = x = 0,28

nZn (tan) = nCu (bám) = x = 0,28 (mol)

 a = mZn ban đàu = 65.0,28 + 7,8 = 26(g)

b) Dung dịch sau phản ứng gồm: 0,28 (mol) ZnBr2

và (0,125.3,52 – 0,28) = 0,16 (mol) CuBr2 dư.Vậy: 2

0, 28

2, 240,125

ZnBr M

2

0,16

1, 280,125

CuBr M

Ví dụ 2 Nhúng một thanh kim loại hóa trị II vào dung dịch CuSO4 dư sau phảnứng thấy thanh kim loại giảm 0,24 gam Nếu đem thanh kim loại đó nhúng vào dung dịch AgNO3 thì thấy thanh kim loại tăng lên 0,52 gam Biết rằng số mol muối phản ứng trong 2 trường hợp là như nhau Thanh kim loại đó là:

A.Pb B Cd C Sn D Fe

Giải: Gọi M là nguyên tử khối của kim loại, x là số mol muối phản ứng.

M + CuSO4 → MSO4 + Cu↓

M(g) → 1 mol 64g, giảm (M - 64)g

x mol giảm 0,24g

0, 2464

x mol tăng 0,52g0,52

Giải: Gọi m là khối lượng thanh kim loại, M là nguyên tử khối của kim

loại, x là số mol muối CuSO4 phản ứng

M + CuSO4 → MSO4 + Cu↓



0,05

10064

m x

m x

m

7,1

100207

m M



 M = 65 Vậy kim loại M là Zn.

C BÀI TẬP TỰ LUẬN

Bài 1: Nhúng một thanh graphit được phủ một kim loại hóa trị 2 vào dung dịch

CuSO4 dư Sau phản ứng khối lượng của thanh graphit giảm đi 0,24 gam Cúngthanh graphit này nếu được nhúng vào dung dịch AgNO3 dư thì khi phản ứngxong khối lượng thanh graphit tăng lên 0,52 gam

a) Xác định nguyên tử gam của kim loại đã phủ lên thanh graphit

b) Xác định khối lượng của kim loại đã phủ lên thanh graphit

c) Tính số gam CuSO4 và AgNO3 đã dùng

(Đề tuyển sinh ĐH Hồng Bàng TP Hồ Chí Minh, năm 1998, đề số 1)

Bài 2 Hỗn hợp A gồm hai axit hữu cơ no (mỗi axit chứa không quá 2 nhóm –

COOH) có khối lượng 16 gam, tương ứng với 0,175 mol

Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp A rồi cho sản phẩm cháy qua nước vôi trong

dư, thu được 47,5 gam kết tủa Mặt khác, nếu cho hỗn hợp A tác dụng vừa đủvới Na2CO3, thu được 22,6 gam muối Tìm công thức cấu tạo và tính số gammỗi axit trong hỗn hợp

(Đề tuyển sinh Đại Học Bách Khoa Hà Nội, năm 1998)

Bài 3 (Book.Key.To) Hỗn hợp gồm KClO3, Ca(ClO2)2, Ca(ClO3)2, CaCl2, KClnặng 83,68 gam Nhiệt phân hoàn toàn A thu được chất rắn B gồm CaCl2, KCl

và 17,472 lít khí (đktc) Cho chất rắn B tác dụng với 360 ml dung dịch K2CO3

0,5M vừa đủ thu được kết tủa C và dung dịch D Lượng KCl trong dung dịch Dnhiều gấp 22/3 lần lượng KCl có trong A Tính % khối lượng KClO3 có trong A

Bài 4 Hòa tan 10 gam hỗn hợp hai muối cacbonat kim loại hóa trị 2 và 3 bằng

dung dịch HCl ta thu được dung dịch A và 6,72 lít khí (đktc) Hỏi cô cạn dungdịch A thì thu được bao nhiêu gam muối khan?

(800 câu hỏi và bài tập trắc nghiệm Hóa học_Phạm đức Bình, Lê Thị Tam NXB ĐHSP)

Bài 5 Đun dung dịch chứa 10 gam xút và 20 gam chất béo Sau khi kết thúc

phản ứng xà phòng hóa, lấy 1/10 dung dịch thu được đem trung hòa bằng dungdịch HCl 0,2M thấy tốn hết 90 ml dung dịch axit

a) Tính lượng xút cần để xà phòng hóa 1 tấn chất béo

b) Từ 1 tấn chất béo có thể diều chế được bao nhiêu glixerol và xà phòngnguyên chất

c) Tính M´ của các axit trong thành phần chất béo

(800 câu hỏi và bài tập trắc nghiệm Hóa học_Phạm đức Bình, Lê Thị Tam NXB ĐHSP)

Bài 6 Có 1 lít dung dịch Na2CO3 0,1M và (NH4)2CO3 0,25M Cho 43 gam hỗnhợp BaCl2 và CaCl2 vào dung dịch đó Sau khi các phản ứng kết thúc thu được39,7 gam kết tuả A Tính % khối lượng các chất trong A

(800 câu hỏi và bài tập trắc nghiệm Hóa học_Phạm đức Bình, Lê Thị Tam NXB ĐHSP)

Bài 7 (Bài tập hóa học 12 nâng cao)A là một aminoaxit trong phân tử ngoài

nhóm cacboxyl và amino không có nhóm chức nào khác 0,1 mol A phản ứngvừa hết với 100ml dd HCl 1M tạo ra 18,35 gam muối mặt khác, khi cho 22,05gam A tác dụng với một lượng NaOH dư tạo ra 28,65 gam muối khan

(800 câu hỏi và bài tập trắc nghiệm Hóa học_Phạm đức Bình, Lê Thị Tam NXB ĐHSP)

Bài 9 (Book.Key.To) Nhúng một thanh sắt nặng 12,2 gam vào 200 ml dung

dịch CuSO4 0,5M Sau một thời gian lấy thanh kim loại ra, cô cạn dung dịchđược 15,52 gam chất rắn khan

a.Viết phương trình phản ứng xảy ra, tìm khối lượng từng chất có trong15,52 gam chất rắn khan

b Tính khối lượng thanh kim loại sau phản ứng Hòa tan hoàn toànthanh kim loại này trong dung dịch HNO3 đặc nóng, dư thu được V lítkhí NO2 duy nhất (ở 27,30C, 0,55 atm) Viết các phương trình phảnứng xảy ra Tính V?

Bài 10 (Book.Key.To) Dùng CO để khử 40 gam oxit Fe2O3 thu được 33,92 gamchất rắn B gồm Fe2O3, FeO và Fe Cho ½ B tác dụng với H2SO4 loãng dư, thuđược 2,24 lít khí H2 (đktc) Xác định thành phần theo số mol chất rắn B và thểtích khí CO (đktc) tối thiểu cần dùng

Bài 11 (SGK 12-nâng cao) Có 2 lá kim loại cùng chất, cùng khối lượng, có khả

năng tạo ra hợp chất có số oxi hóa +2 Một lá được ngâm trong dung dịchPb(NO3)2 còn lá kia được ngâm trong dung dịch Cu(NO3)2 Sau một thời gianngười ta lấy lá kim loại ra khỏi dung dịch, rửa nhẹ, nhận thấy khối lượng lá kimloại ngâm trong muối chì tăng thêm 19%, khối lượng lá kim loại kia giảm 9,6%.Biết rằng trong hai phản ứng trên khối lượng lá kim loại bị hòa tan là như nhau.Xác định tên của hai lá kim loại đang dùng

Bài 12.(SGK 12-nâng cao) Sau một thời gian điện phân 200 ml dung dịch

CuSO4 với điện cực graphit, khối lượng dung dịch giảm 8 gam Để làm kết tủahết ion Cu2+ còn lại trong dung dịch sau điện phân cần dùng 100 ml dung dịch

H2S 0,5M Hãy xác định nồng độ mol và nồng độ % của dung dịch CuSO4 trướcđiện phân Biết dd CuSO4 ban đầu có khối lượng riêng là 1,25 g/ml

Bài 13 Cho một luồng khí CO đi qua ống sứ đựng 0,04 mol hỗn hợp gồm FeO,

Fe2O3 đốt nóng Sau khi kết thúc thí nghiệmta thu được chất rắn B gồm 4 chấtrắn nặng 4,784 gam Khí đi ra khỏi ống sứ cho hấp thụ vào dung dịch Ba(OH)2

dư thì thu được 9,062 gam kết tủa Mặt khác hòa tan chất rắn B bằng dung dịchHCl dư thấy thoát ra 0,6272 lít H2 (đktc).

a Tính % khối lượng các oxit trong A

b Tính % khối lượng các chất trong B, biết rằng: trong B số mol oxit sắt

từ bằng tổng số mol oxit sắt (II) và sắt (III)

(Phương pháp giải bài tập Hóa học đại cương-vô cơ_Nguyễn Khoa Thị Phượng, NXB ĐHQGHN)

Bài 14 Cho 4,48 lít khí CO (đktc) tác dụng với FeO ở nhiệt độ cao Sau phản

ứng thu được chất rắn A có khối lượng ít hơn 1,6 gam so với khối lượng FeOban đầu Tính khối lượng FeO thu được và % theo thể tích của hỗn hợp CO và

Bài 16 Nhúng một thanh sắt nặng 100 gam vào 500 ml dung dịch CuSO4

0,08M và Ag2SO4 0,004M sau một thời gian lấy thanh sắt ra cân lại thanh sắtnặng 100,48 gam Tính khối lượng chất rắn bám vào thanh sắt

Bài 17 Hòa tan 115,3 gam hỗn hợp X gồm MgCO3, RCO3 bằng 500 ml dungdịch H2SO4 loãng thu được dung dịch A, chất rắn B và 4,48 lít CO2 (đktc) Côcạn dung dịch A thu được 12 gam muối khan, mặt khác đem nung chất rắn Bđến khối lượng không đổi thì thu được 11,2 lít CO2 và chất rắn D Tính khốilượng B, D?

Bài 18 A và B là 2 kim loại thuộc nhóm IIA Hòa tan hoàn toàn 15,05 gam hỗn

hợp (X) gồm hai muối clorua của A và B vào nước thu được 100 gam dung dịch