Thầy Nguyễn Ngọc Anh - Hocmai.vn Liên hệ học off luyện thi chuyên Hóa , luyện thi HSG THPT, luyện thi THPTQG theo số 0984963428 Facebook : thaygiaoXman PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN NGUYÊN TỐ ( sưu tầm biên soạn ) I PHƯƠNG PHÁP GIẢI - Nguyên tắc chung phương pháp 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 nhau” - Điểm mấu chốt phương pháp 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 II CÁC DẠNG BÀI TẬP THƯỜNG GẶP 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 Dưới số phân dạng tập điển hình Dạng Từ nhiều chất ban đầu tạo thành sản phẩm Từ kiện đề số mol nguyên tố X chất đầu tổng số mol sản phẩm tạo thành số mol sản phẩm - Hỗn hợp kim loại oxit kim loại hyđroxit kim loại oxit - Al Al2O3 + oxit sắt n Al2O3 (cuối) = t0 hỗn hợp rắn hyđroxit Al2O3 + Fe2O3 n Al + n Al2O3 (đầu) ; n Fe2O3 (cuối) = n (đầu) Fe Dạng Từ chất ban đầu tạo thành hỗn hợp nhiều sản phẩm Từ kiện đề tổng số mol ban đầu, số mol hợp phần cho số mol chất cần xác định - Axit có tính oxi hóa (HNO3, H2SO4 đặc, nóng) Kim loại Muối + khí nX (axit) = nX (muối) + nX (khí) (X: N S) - Khí CO2 (hoặc SO2) hấp thụ vào dung dịch kiềm: CO2 CO32 + HCO3 SO2 SO32 + HSO3 n CO2 = n CO 2 + n HCO 3 n SO2 = n SO 2 + n HSO 3 Thầy Nguyễn Ngọc Anh - Hocmai.vn Liên hệ học off luyện thi chuyên Hóa , luyện thi HSG THPT, luyện thi THPTQG theo số 0984963428 Facebook : thaygiaoXman - Tính lưỡng tính Al(OH)3 Trường hợp Trường hợp OH Al3+ Al(OH)3 + [Al(OH)4] n Al3 = n[Al(OH) 3] H [Al(OH)4] Al(OH)3 + Al3+ + n Al(OH)3 n [Al(OH)4 ] = n Al3 + n Al(OH)3 t - Hỗn hợp oxit kim loại + CO (H2) hỗn hợp chất rắn + CO2 (H2O) Theo định luật bảo toàn nguyên tố với O: * Khi H = 100%: nO (oxit) = nO (rắn) + nhỗn hợp khí sau = nO (rắn) + nhỗn hợp khí trước * Khi H < 100%: nO (oxit) = nO (rắn) + mhỗn hợp khí sau - mhỗn hợp khí trước 16 - Bài toán cracking ankan: Ankan X cracking hỗn hợp Y Mặc dù có biến đổi hóa học xảy trình cracking, Y thường hỗn hợp phức tạp (có thể có H2), phản ứng cracking xảy theo nhiều hướng, với hiệu suất H < 100% Nhưng ta quan tâm đến bảo tồn ngun tố C, H từ dễ dàng xác định tổng lượng nguyên tố n C(Y) n C(X) n H(Y) n H(X) Thông thường đề cho số mol ankan X Dạng Từ nhiều chất ban đầu tạo thành hỗn hợp nhiều sản phẩm Trong trường hợp khơng cần thiết phải tìm xác số mol chất, mà quan tâm đến hệ thức: n X(đầu) = n X(cuối) Tức quan tâm đến tổng số mol nguyên tố trước sau phản ứng Nếu biết n X(đầu) ngược lại Với dạng này, đề thường yêu cầu thiết lập hệ thức dạng tổng quát số mol chất Dạng Bài toán điốt cháy hóa hữu t0 CO + H O + N Xét đốt cháy tổng quát: CxHyOzNt + O2 2 nC = n CO2 Theo ĐLBT nguyên tố: nH = n H2O n O(Cx HyOz Nt ) = n CO2 + n H2O - n O2 nN = n N2 n X(cuối) Thầy Nguyễn Ngọc Anh - Hocmai.vn Liên hệ học off luyện thi chuyên Hóa , luyện thi HSG THPT, luyện thi THPTQG theo số 0984963428 Facebook : thaygiaoXman Phương pháp bảo toàn khối lượng nguyên tố với O sử dụng phổ biến toán hóa hữu * Chú ý: Đối với trường hợp đốt cháy hợp chất hữu chứa Nitơ không khí, lượng nitơ thu sau phản ứng là: n N2 (sau phản ứng) = n N2 (từ phản ứng đốt cháy) + n N2 (từ khơng khí) 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 Ví dụ 1: Hoà tan hỗn hợp X gồm 0,2 mol Fe 0,1 mol Fe2O3 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 không đổi thu m gam chất rắn Y Giá tri m A 16,0 B 30,4 C 32,0 D 48,0 Giải: Fe HCl FeCl2 NaOH Fe(OH)2 t YFe2O3 Fe2O3 FeCl3 Fe(OH)3 Sơ đồ : X Theo BTNT với Fe: nFe2O3(Y) = n Fe 0,2 n Fe2O3 (X) 0,1 0,2 mol 2 m = 0,2.160 = 32,0 Đáp án C Ví dụ 2: Đun nóng hỗn hợp bột X gồm 0,06 mol Al, 0,01 mol Fe3O4, 0,015 mol Fe2O3 0,02 mol FeO thời gian Hỗn hợp Y thu sau phản ứng hoà tan hoàn toàn vào dung dịch HCl dư, thu dung dịch Z Thêm NH3 vào Z dư, lọc kết tủa T, đem nung ngồi khơng khí đến khối lượng không đổi thu m gam chất rắn Giá trị m A 6,16 Giải: B 6,40 C 7,78 D 9.46 Thầy Nguyễn Ngọc Anh - Hocmai.vn Liên hệ học off luyện thi chuyên Hóa , luyện thi HSG THPT, luyện thi THPTQG theo số 0984963428 Facebook : thaygiaoXman Theo BTNT với Al: n Al2O3 = Theo BTNT với Fe: n Fe2O3 n Al = 0,03 mol = n Fe 3n Fe3O4 (X) n Fe2O3 (X) 0,04 mol 2 m = n Al2O3 n Fe2O3 0,06.102 0,04.160 9,46 Đáp án D Ví dụ 3: Đốt cháy 9,8 gam bột Fe khơng khí thu hỗn hợp rắn X gồm FeO, Fe3O4 Fe2O3 Để hoà tan X cần dùng vừa hết 500ml dung dịch HNO3 1,6M, thu V lít khí NO (sản phẩm khử nhất, đktc) Giá trị V A 6,16 B 10,08 C 11,76 D 14,0 Giải: O t0 HNO3 2, Sơ đồ phản ứng : Fe X Fe(NO3 )3 NO Theo BNTN với Fe: n Fe(NO3 )3 = nFe = 0,175mol Theo BNTN với N: nNO = n HNO3 – n Fe(NO3 )3 = 0,5.1,6 – 3.0,175 = 0,275 mol V = 0,275 22,4 = 6,16 Đáp án A Ví dụ 4: Lấy a mol NaOH hấp thụ hồn tồn 2,64 gam khí CO2, thu 200ml dung dịch X Trong dung dịch X không NaOH nồng độ ion CO32 0,2M a có giá trị : A 0,06 B 0,08 C 0,10 D 0,12 Giải: Sơ đồ phản ứng : CO2 + NaOH Na2CO3 + NaHCO3 Theo BNTN với C : n NaHCO3 n CO2 n Na 2CO3 2,64 0,2.0,2 0,02mol 44 Theo BNTN với Na: a = n Na 2CO3 + n NaHCO3 = 0,04 + 0,02 = 0,1 Đáp án C Ví dụ 5: Hồ tan hồn tồn hỗn hợp gồm x mol FeS2 y mol Cu2S vào axit HNO3 (vừa đủ), thu dung dịch X (chỉ chứa hai muối sunfat) khí NO Tỉ số x/y A 6/5 B 2/1 C 1/2 Giải: X chứa muối sunfat, khí NO S chuyển hết thành SO 24 D 5/6 Thầy Nguyễn Ngọc Anh - Hocmai.vn Liên hệ học off luyện thi chuyên Hóa , luyện thi HSG THPT, luyện thi THPTQG theo số 0984963428 Facebook : thaygiaoXman 2FeS2 Fe2 (SO )3 ; Cu 2S 2CuSO 0,5x y 2y x Sơ đồ biến đổi: Theo BTNT với S: 2x + y = 3.0,5x + 2y 0,5x = y x/y = 2/1 Đáp án B Ví dụ 6: Đốt cháy hồn tồn m gam hỗn hợp X gồm C3H8, C4H6, C5H10 C6H6 thu 7,92 gam CO2 2,7 gam H2O, m có giá trị A 2,82 B 2,67 C 2,46 D 2,31 Giải: CO H O O2 ,t Sơ đồ phản ứng: X {C3H8 , C4H6 , C5H10 , C6H6} Theo BTNT với C H: m = mc + mH = 7,92 2,7 x12 2,46 Đáp án C 44 Ví dụ 7: Tiến hành cracking nhiệt độ cao 5,8 gam butan Sau thời gian thu hỗn hợp khí X gồm CH4 , C2H6, C2H4, C3H6 C4H10 Đốt cháy hồn tồn X khí oxi dư, dẫn toàn sản phẩm sinh qua bình đựng H2SO4 đặc Độ tăng khối lượng bình H2SO4 đặc A 9,0 gam B 4,5 gam C 18,0 gam D 13,5 gam Giải: O2, t cracking Sơ đồ phản ứng : C4H10 X H2O Khối lượng bình H2SO4 đặc tăng lên khối lượng H2O bị hấp thụ Theo BTNT với H: n H2O n H 10n C4H10 5,8 0,5 mol 2 58 n H 2O = 0,5.18 = 9,0 gam Đáp án A Ví dụ 8: Đốt cháy hồn toản 0,1 mol anđehit đơn chức X cần dùng vừa đủ 12,32 lít khí O2 (đktc), thu 17,6 gam CO2, X anđehit đây? A CH=C-CH2-CHO B CH3-CH2-CH2-CHO C CH2=CH-CH2-CHO D CH2=C=CH-CHO Giải: n O2 = 0,55 mol; n CO2 = 0,4 mol Nhận xét: X anđehit đơn chức nO(X) = nX = 0,1 mol Theo ĐLBT nguyên tố với O : Thầy Nguyễn Ngọc Anh - Hocmai.vn Liên hệ học off luyện thi chuyên Hóa , luyện thi HSG THPT, luyện thi THPTQG theo số 0984963428 Facebook : thaygiaoXman n H2O = n O(H 2O) = nX + n O2 - n CO2 = 0,1+2.0,55-2.0,4 = 0,4 mol Nhận thấy: n H2O n CO2 0,4mol X CH3 – CH2 – CH2 – CHO Đáp án B n CO2 4n X Ví dụ 9: X ancol no, mạch hở Đốt cháy hoàn toàn 0,05 mol X cần 5,6 gam oxi, thu nước 6,6 gam CO2 Công thức X A C2H4(OH)2 B C3H7OH C C3H6(OH)2 D C3H5(OH)3 Giải: n O2 = 0,175mol; n CO2 = 0,15mol Sơ đồ cháy: X + O2 CO2 + H2O Vì X ancol no, mạnh hở n H2O n X n CO2 = 0,05+0,15 = 0,2 mol Theo ĐLBT nguyên tố với O : nO(X) = 2n CO2 n H2O 2n O2 = 2.0,15 + 0,2 – 2.0,175 = 0,15mol n CO2 3n X X C3H5(OH)3 Đáp án D n O(X) 3n X Nhận thấy Ví dụ 10: Đốt cháy hoàn toàn m gam amin đơn chức X lượng khơng khí vừa đủ thu 1,76 gam CO2; 1,26 gam H2O V lít N2 (đktc) Giả thiết khơng khí gồm N2 Và O2 oxi chiếm 20% thể tích Cơng thức phân tử X thể tích V A X C2H5NH2 ; V = 6,72 1ít B X C3H7NH2 ; V = 6,944 1ít C X C3H7NH2 ; V = 6,72 1ít D X C2H5NH2 ; V = 6,944 1ít Giải: n CO2 = 0,04 mol; n H2O = 0,07 mol Nhận thấy: n H 0,07.2 X C2H5NH2 nC 0,04 Sơ đồ cháy: 2C2H5NH2 + O2 4CO2 + 7H2O + N2 Theo ĐLBT nguyên tố với N: n N (từ phản ứng đốt cháy) = Theo ĐLBT nguyên tố với O: n CO2 + n H 2O n X 0,02 0,01mol 2 0,04 0,07 0,075mol Thầy Nguyễn Ngọc Anh - Hocmai.vn Liên hệ học off luyện thi chuyên Hóa , luyện thi HSG THPT, luyện thi THPTQG theo số 0984963428 Facebook : thaygiaoXman n N2 (từ khơng khí) = 4n O2 = 0,075 = 0,3 mol n N (thu được) = n N2 (từ phản ứng đốt cháy) + n N2 (từ khơng khí)= 0,01 + 0,3 = 0,31 mol V= 22,4.0,31 = 6,944 lít Đáp án D Ví dụ 11: 7,68 gam hỗn hợp gồm FeO, Fe3O4 Fe2O3 tác dụng vừa đủ với 260 ml dung dịch HCl 1M thu dung dịch X Cho X tác dụng với dung dịch NaOH dư, lọc lấy kết tủa đem nung không khí đến khối lượng khơng đổi m gam chất rắn m có giá trị là: A gam B 7,5 gam C gam D gam Giải: 7,65 gam hỗn hợp FeO, Fe3O4, Fe2O3→ m gam chất rắn Fe2O3 (a mol) Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Fe, ta có: nFe oxit = nFe Fe2O3 → nFe oxit = (7,68 – 0,13 16) : 56 = 0,1 (mol) → nFe Fe2O3 = 0,1 mol = a Vậy a = 0,05 mol → m = 0,05 160 = (gam) Đáp án C Ví dụ 12: Đốt cháy hồn tồn 4,04 gam hỗn hợp bột kim loại gồm Al, Fe, Cu khơng khí thu thu 5,96 gam hỗn hợp oxit Hòa tan hết hỗn hợp oxit dung dịch HCl 2M phải dùng lít? A 0,5 lít B 0,7 lít C 0,12 lít D lít Giải: M + O2 → MxOy + HCl → muối + H2O Theo phản ứng MxOy + 2y HCl → MxCl2y + y H2O Nhận thấy nO oxit = 1/2 nHCl Mà nO oxit = (5,96 – 4,04) : 16 = 0,12 → nHCl = 0,24 → Vdd HCl = 0,24 : = 0,12 (lit) Thầy Nguyễn Ngọc Anh - Hocmai.vn Liên hệ học off luyện thi chuyên Hóa , luyện thi HSG THPT, luyện thi THPTQG theo số 0984963428 Facebook : thaygiaoXman Đáp án C Ví dụ 13: Đốt cháy hồn toàn 0,1 mol axit cacboxylic đơn chức cần vừa đủ V lít O2 đktc, thu 0,3 mol CO2 0,2 mol H2O Giá trị V là: A 8,96 lít B 11,2 lít C 6,72 lít D 4,48 lít Giải: Phân tử cacboxylic đơn chức có nguyên tử O nên đặt CTPT axit RO2 Định luật bảo toàn nguyên tố O: nO RO2 + nO O2 = nO CO2 + nO H2O → 0,1 + nO O2 = 0,3 + 0,2 → nO O2 = 0,6 mol Vậy nO2 = 0,6 : = 0,3 (mol) V = 0,3 22,4 = 6,72 (lít) Đáp án C Ví dụ 14: Tiến hành crackinh nhiệt độ cao 5,8 gam C4H10 sau thời gian thu hỗn hợp khí X gồm CH4, C2H6, C2H4, C3H6 C4H10 Đốt cháy hoàn toàn X khí oxi dư, dẫn tồn sản phẩm sinh qua bình đựng H2SO4 đặc Tính độ tăng khối lượng bình H2SO4 đặc: A 10 gam B 15 gam C gam D gam Giải: Sơ đồ : 0,1 mol C4H10 → hỗn hợp X → CO2 + a mol H2O Bảo toàn nguyên tố H: nH C4H10 = nH H2O → 0,1 10 = a → a = 0,5 (mol) Vậy khối lượng bình H2SO4 tăng lên = mH2O = 0,5 18 = (gam) Đáp án D Thầy Nguyễn Ngọc Anh - Hocmai.vn Liên hệ học off luyện thi chuyên Hóa , luyện thi HSG THPT, luyện thi THPTQG theo số 0984963428 Facebook : thaygiaoXman Ví dụ 15: Cho m gam ancol no đơn chức X qua bình đựng CuO (dư) nung nóng Sau phản ứng hồn tồn, khối lượng chất rắn bình giảm 0,32 gam Hỗn hợp thu có tỉ khối hidro 15,5 Giá trị m là: A 0,92 gam B 0,32 gam C 0,64 gam D 0,46 gam Giải: CnH2n+1CH2OH + CuO → CnH2n+1CHO + Cu + H2O Theo định luật bảo toàn nguyên tố: Ta có khối lượng chất rắn bình phản ứng giảm số gam nguyên tử O phản ứng Do đó: mO = 0,32 gam → nO = 032 : 16 = 0,02 (mol) → nCuO = 0,02 mol Vậy hỗn hợp gồm CnH2n+1CHO (0,2 mol) H2O (0,02 mol) → mhh = (15,5 2) : ( 0,02 + 0,02) = 1,24 (gam) Theo định luật bảo toàn khối lượng: m = mhh + mCu - mCuO = 1,24 – 0,32 = 0,92 (gam) Đáp án A ... OH Al3+ Al(OH)3 + [Al(OH)4] n Al3 = n[Al(OH) 3] H [Al(OH)4] Al(OH)3 + Al3+ + n Al(OH)3 n [Al(OH)4 ] = n Al3 + n Al(OH)3 t - Hỗn hợp oxit kim loại + CO (H 2) hỗn hợp... rắn + CO2 (H2O) Theo định luật bảo toàn nguyên tố với O: * Khi H = 100%: nO (oxit) = nO (rắn) + nhỗn hợp khí sau = nO (rắn) + nhỗn hợp khí trước * Khi H < 100%: nO (oxit) = nO (rắn) + mhỗn hợp... với hiệu suất H < 100% Nhưng ta quan tâm đến bảo tồn ngun tố C, H từ dễ dàng xác định tổng lượng nguyên tố n C(Y) n C(X) n H(Y) n H(X) Thông thường đề cho số mol ankan X Dạng