Có nhiều cách khác nhau để giải một bài toán hoá học. Tuy nhiên với các bài toán có liên quan đến lượng chất phản ứng thì bảo toàn khối lượng là phương pháp phổ biến và tiện lợi thường được sử dụng. Phương pháp bảo toàn nguyên tố có thể áp dụng cho hầu hết các dạng bài tập, đặc biệt là các dạng bài hỗn hợp nhiều chất, xảy ra nhiều biến đổi phức tạp.
PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TẬP HĨA HỌC PHỔ THƠNG CHỦ ĐỀ: PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG BẢO TOÀN NGUYÊN TỐ Bài tập hóa phổ thơng PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG, BẢO TOÀN NGUYÊN TỐ A- LÝ THUYẾT I- Phương pháp bảo tồn khối lượng 1-Nội dung Có nhiều cách khác để giải toán hoá học Tuy nhiên với tốn có liên quan đến lượng chất phản ứng bảo tồn khối lượng phương pháp phổ biến tiện lợi thường sử dụng Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng (BTKL): “ Tổng khối lượng chất tham gia phản ứng tổng khối lượng chất sản phẩm ” Điều giúp ta giải tốn hóa học cách đơn giản, nhanh chóng 2- Cơng thức Xét phản ứng: A + B C + D Ta có: mA+ mB= mC+ mD ∑ ∑ khối lượng chất phản ứng = khối lượng chất sản phẩm 3- Phạm vi ứng dụng - Toán kim loại hay oxit kim loại tác dụng với axit HCl H2SO4 lỗng - Tốn tính khối lượng xà phịng - Toán nhiệt phân (cacbonat, nitrat hay hiđroxit) - Tốn tính khối lượng muối cho hỗn hợp axit tác dụng với bazơ - Toán nhiệt luyện ( khử CO, H2…) Đặc biệt, biết kết hợp định luật với định luật khác (thường bảo tồn ngun tố) đẩy nhanh tốc độ tính toán lên nhiều lần 4- Lưu ý Điều quan trọng áp dụng phương pháp việc phải xác định lượng chất (khối lượng) tham gia phản ứng tạo thành (có ý đến chất kết tủa, bay hơi, đặc biệt khối lượng dung dịch) Ngoại lệ: Do E=mc2 nên áp dụng định luật cho phản ứng tỏa lượng lớn phản ứng hạt nhân 5- Đánh giá phương pháp bảo toàn khối lượng Phương pháp bảo toàn khối lượng cho phép giải nhanh nhiều toán biết quan hệ khối lượng chất trước sau phản ứng Bài tập hóa phổ thơng Đặc biệt, chưa biết rõ phản ứng xảy hồn tồn hay khơng hồn tồn việc sử dụng phương pháp giúp đơn giản hóa tốn Phương pháp bảo tồn khối lượng thường sử dụng toán nhiều chất 6- Các bước giải - Lập sơ đồ biến đổi chất trước sau phản ứng ∑m trướ c = ∑ msau - Từ giả thiết tốn tìm (khơng cần biết phản ứng hồn tồn hay khơng hồn tồn) - Vận dụng định luật bảo tồn khối lượng để lập phương trình tốn học, kết hợp kiện khác để lập hệ phương trình tốn - Giải hệ phương trình - Các dạng tốn thường gặp Hệ 1: Biết tổng khối lượng chất ban đầu ↔ khối lượng chất sản phẩm Phương pháp giải: m (đầu) = m( sau) ( không phụ thuộc hiệu suất phản ứng ) Ví dụ: Đốt cháy hết 9(g) kim loại Mg khơng khí thu 15(g) hợp chất MgO Biết Mg cháy phản ứng với oxi khơng khí Tính khối lượng oxi tham gia phản ứng Hướng dẫn giải: 2Mg + O2→ 2MgO Áp dụng ĐLBTKL: mMg + mO2 = mMgO mO2 = mMgO – mMg mO2 = 15 – = ( g ) Hệ 2: Trong phản ứng có n chất tham gia, biết khối lượng (n – 1) chất ta dễ dàng tính khối lượng chất cịn lại Ví dụ: Thủy phân hồn tồn 14,6g Gly-Ala dung dịch NaOH dư, thu m (g) muối Giá trị m A 16,8 B 20,8 C 18,6 D 22,6 (ĐH 2016) Hướng dẫn giải: NH 2CH CONHCH ( CH ) COOH + 2NaOH → NH 2CH 2COONa + NH 2CH ( CH ) COONa + H 2O Bài tập hóa phổ thơng n peptit= = = ) n NaOH = 2.n peptit=→ m NaOH= 0,2 40 = (g) n H2O = n peptit=→ m H2O = 0,1 18 = 1,8 (g) Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng: m muối = m peptit + m NaOH - m H2O m muối = 14,6 + – 1,8 m muối = 20,8 đáp án B Hệ 3: Bài tốn: Kim loại + axit → muối + khí mmuối = mkim loại + manion tạo muối - Biết khối lượng kim loại, khối lượng anion tạo muối (tính qua sản phẩm khí) → khối lượng muối - Biết khối lượng muối khối lượng anion tạo muối → khối lượng kim loại - Khối lượng anion tạo muối thường tính theo số mol khí ra: • Với axit HCl H2SO4 loãng + 2HCl → H2 nên 2Cl−↔ H2 + H2SO4→ H2 nên SO42−↔ H2 • Với axit H2SO4 đặc, nóng HNO3: Sử dụng phương pháp ion – electron (xem thêm phương pháp bảo toàn electron phương pháp bảo tồn ngun tố) Ví dụ: Hoà tan hoàn toàn 25,12 gam hỗn hợp kim loại Mg, Al, Fe dung dịch HCl dư thu 13,44 lít khí H2 (đktc) m (gam) muối Tính khối lượng muối Hướng dẫn giải: Nếu giải theo cách thơng thường ta phải viết phương trình phản ứng, gọi ẩn số mol kim loại Tuy nhiên đề cho kiện khối lượng hỗn hợp thể tích khí H2 sinh Mặt khác đề yêu cầu tính tổng số gam muối thu khối lượng muối MgCl2, AlCl3, FeCl2 riêng biệt Sử dụng định luật bảo toàn khối lượng n H2 = 0,6 ( mol ) → n HCl = 2.n H2 = 2.0,6 =1,2 ( mol ) Áp dụng định luật bảo tồn khối lượng ta có: mKl + maxit = mmuoái + mH → mmuoái = mKl + maxit – mH = 25,12 + 1,2.36,5 – 0,6.2 = 67,72 gam Hệ 4: Bài toán khử hỗn hợp oxit kim loại chất khí (H2, CO) Sơ đồ: Oxit kim loại + (CO, H2) → rắn + hỗn hợp khí (CO2, H2O, H2, CO) Bài tập hóa phổ thông Bản chất phản ứng: CO + [O] → CO2 H2 + [O] → H2O nO = nCO = nH O 2 Ta có : suy mrắn = moxit - m[O] Ví dụ 1: Khử m(g) hh A gồm oxit CuO, FeO, Fe 2O3, Fe3O4 khí CO to cao người ta thu 40(g) hh rắn X 13,2 (g) khí CO2 Tìm khối lượng hỗn hợp A Hướng dẫn giải: A + CO chất rắn + CO2 nCO = mA +mCO =mCO +mchấtrắn Theo ĐLBTKL: mA =mCO +mchấtrắn − mCO Ví dụ 2: Khử 4,64 g hỗn hợp X gồm FeO, Fe 3O4, Fe2O3 có số mol CO thu chất rắn Y Khí thoát sau phản ứng dẫn vào dung dịch Ba(OH) dư thu 1,79 g kết tủa Tính khối lượng Y Hướng dẫn giải: CO2 + Ba(OH)2 → BaCO3 ↓+ H2O n ↓ = n CO = 1,97 = 0, 01(mol) 197 Áp dụng ĐLBTKL, ta có: Hh X + CO → Y + CO2 m X + mCO = m Y + mCO ⇒ m Y = mX + mCO − mCO ⇒ m Y =4,64+0,01.(28-44)=4,48 (g) Bài tập hóa phổ thơng II- Phương pháp bảo toàn nguyên tố 1-Nội dung Dựa vào định luật bảo toàn nguyên tố (BTNT): “ Trong phản ứng hóa học thơng thường, ngun tố ln bảo tồn ” Điều có nghĩa là: “Tổng số mol nguyên tử nguyên tố X trước sau phản ứng ” 2- Công thức ∑ số mol nguyên tử X trước phản ứng = ∑ số mol nguyên tử X sau phản ứng 3- Phạm vi ứng dụng Phương pháp bảo tồn ngun tố áp dụng cho hầu hết dạng tập, đặc biệt dạng hỗn hợp nhiều chất, xảy nhiều biến đổi phức tạp 4- Lưu ý Phải xác định hợp phần có chứa nguyên tố X trước sau phản ứng, áp dụng ĐLBT nguyên tố với X để rút mối quan hệ hợp phần từ đưa kết luận 5- Ví dụ minh họa Ví dụ 1: Khử hồn tồn 20,6 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe2O3 cần dùng 2,24 lít khí CO (đktc) Khối lượng sắt thu sau phản ứng A 18 g B 19 g C.19,5 g D 20 g Hướng dẫn giải: FeO + CO Fe + CO2 Fe2O3 +3CO 2Fe + 3CO2 Theo bài: CO lấy oxi oxit tạo thành CO2 Theo định luật bảo toàn nguyên tố : nO oxit =nCO = 0,1 (mol) mO oxit= 0,1 16 = 1,6 (gam) Khối lượng sắt thu sau phản ứng là: 20,6 - 1,6 = 19 (gam) ⇒ Đáp án B Ví dụ 2: Khử hết m gam Fe 3O4 CO thu hỗn hợp A gồm FeO Fe A tan vừa đủ 0,3 lít dung dịch H2SO4 1M Giá trị m A 23,2 B 46,4 C.11,2 D 16,04 Hướng dẫn giải: Bài tập hóa phổ thơng Fe3O4 (FeO, Fe) Fe2+ n mol 3n Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố, ta có: nFe Fe3O4 = nFe FeSO4 = nSO42- = nH2SO4= 0,3 = 0,3 3 n = 0,3 n = 0,1 m Fe3O4=23,2 gam ⇒ Đáp án A B- BÀI TẬP I Trắc nghiệm Phương pháp bảo toàn khối lượng Câu 1: Hoà tan hoàn toàn 3,9 gam kali vào 36,2 gam nước dung dịch có nồng độ A 15,47% B 13,97% C 14,0% D 4,04% Hướng dẫn giải: 2K + 2H O → 2KOH + H 0,1 → 0,1 → 0,05 (mol) m dung dich = m K + m H 2O - m H2 = 3,9 + 36,2 - 0,05×2 = 40 gam C% KOH = 0,1×56 ×100% = 14% ⇒ 40 Đáp án C Câu 2: Điện phân dung dịch chứa hỗn hợp CuSO4 KCl với điện cực trơ đến thấy khí bắt đầu hai điện cực dừng lại thấy có 448 ml khí (đktc) anot Dung dịch sau điện phân hồ tan tối đa 0,8 gam MgO Khối lượng dung dịch sau điện phân giảm gam (coi lượng H2O bay không đáng kể) ? A 2,7 gam B 1,03 gam C 2,95 gam D 2,89 gam Hướng dẫn giải: CuSO + 2KCl → Cu ↓ + Cl ↑ + K 2SO (1) 0,01 ¬ 0,01 (mol) Dung dịch sau điện phân hòa tan MgO dung dịch axit, chứng tỏ phản ứng (1) CuSO4 dư Bài tập hóa phổ thơng 2CuSO4 +2H2O → 2Cu ↓ +O2 ↑ +H2SO4 (2) 0,02 ¬ 0,01 ¬ 0,02 (mol) 480 nCl +no = =0,02 (mol) 2 22400 H2SO4 +MgO → MgSO4 +H2O (3) 0,02 ¬ 0,02 (mol) mdung dịch giảm=mCu +mCl +mO =0,03×64 +0,01×71 +0,01×32 =2,95 (gam) 2 ⇒ Đáp án C Câu 3: Cho 50 gam dung dịch BaCl2 20,8 % vào 100 gam dung dịch Na2CO3, lọc bỏ kết tủa dung dịch X Tiếp tục cho 50 gam dung dịch H 2SO4 9,8% vào dung dịch X thấy 0,448 lít khí (đktc) Biết phản ứng xảy hoàn toàn Nồng độ % dung dịch Na2CO3 khối lượng dung dịch thu sau A 8,15% 198,27 gam B 7,42% 189,27 gam C 6,65% 212,5 gam D 7,42% 286,72 gam Hướng dẫn giải: n BaCl2 = 0,05 mol, n H2SO4 = 0,05 mol BaCl + Na 2CO3 → BaCO3 + NaCl 0,05 → 0,05 → 0,05 → 0,1 Dung dịch B + H2SO4 khí dung dịch B có Na2CO3 dư Na2CO3+H2SO4 → Na2SO4 +CO2 ↑ +H2O 0,02 ¬ 0,02 ⇒ ∑ nCO2 =0,05 +0,02 =0,07 mol ⇒ C%Na2CO3 = 0,07× 106 × 100% = 7,42% 100 Áp dụng ĐLBTKL, ta có: mdung dịch sau =50 +100 +50 - m ↓ - mCO =50 +100 +50 - 0,05.197 - 0,02.44 =189,27 (gam) ⇒ Đáp án B Câu 4: X a-aminoaxit, phân tử chứa nhóm -NH2 nhóm -COOH Cho 0,89 gam X phản ứng vừa đủ với HCl 1,255 gam muối Công thức tạo X A CH2 =C(NH2)-COOH B H2N-CH=CH-COOH C CH3-CH(NH2)-COOH D H2N-CH2-CH2-COOH Bài tập hóa phổ thơng Hướng dẫn giải: HOOC-R-NH2 +HCl → HOOC-R-NH3Cl ⇒ mHCl =mmuoái- maminoaxit =0,365 gam ⇒ nHCl =0,01(mol) ⇒ M aminoaxit = 0,89 = 89 0,01 ⇒ Mặt khác X a -aminoaxit Đáp án C Câu5: Cho 15,6 gam hỗn hợp hai ancol đơn chức, dãy đồng đẳng tác dụng hết với 9,2 gam Na, thu 24,5 gam chất rắn Hai ancol A CH3OH C2H5OH B C2H5OH C3H7OH C C3H5OH C4H7OH D C3H7OH C4H9OH Hướng dẫn giải: _ _ R OH + 2Na → R ONa + H Theo đề hỗn hợp rượu tác dụng với hết Na Học sinh thường nhầm là: Na vừa đủ, thường giải sai theo hai tình sau: Tình sai 1: _ 9,2 15,6 nNa = =0,4 ⇒ nrượu =0,4 ⇒ M rượu = = 39 23 0,4 Đáp án A Sai Tình sai 2: Áp dụng phương pháp tăng giảm khối lượng: _ 24,5-15,6 15,6 nrượu = =0,405 → M rượu = =38,52 22 0,405 Áp dụng phương pháp bảo tồn khối lượng, ta có: mH =mrượu +mNa - mrắn =15,6 +9,2 - 24,5 =0,3 gam 15,6 = =52 rượu 0,3 _ nrượu =2nH =0,3mol → M ⇒ Đáp án B Câu 6: Nung 14,2 gam hỗn hợp muối cacbonat kim loại hoá trị 7,6 gam chất rắn khí X Dẫn tồn lượng khí X vào 100ml dung dịch KOH 1M khối lượng muối thu sau phản ứng A 15 gam B 10 gam C 6,9 gam D gam Bài tập hóa phổ thông Hướng dẫn giải: X CO2 ĐLBTKL: 14,2 = 7,6 + mX m KOH n CO Vì: CO2 + KOH 0,1 ⇒ 0,1 0,15 = →