Bài tập sử dụng nhĩm các phương pháp bảo tồn
Bảo tồn khối lượng
Bài tập 1: Cho 12 gam hỗn hỗn hợp X gồm Al, CuO và Fe2O3. Thực hiện
phản ứng nhiệt nhơm trong điều kiện khơng cĩ khơng khí, thu được m gam hỗn hợp chất rắn. Tính m.
Nhận xét
Hệ trước và sau phản ứng đều là chất rắn. Vậy theo định luật bảo tồn khối lượng thì m = 12 g.
Học sinh khơng nắm vững hiện tượng và nội dung định luật này sẽ loay hoay mãi với các phương trình hố học và các ẩn số. Hơn nữa do phản ứng xảy ra khơng hồn tồn, các chất đều dư sau phản ứng nên việc dùng ẩn số là rất phức tạp.
Bài tập 2: Hồ tan 4,86 gam Al trong 100 gam dung dịch H2SO4 19,6%.
Tính nồng độ phần trăm dung dịch sau phản ứng.
Al
n = 0,18 mol;
2 4
H SO
2Al + 3H2SO4 Al2(SO4)3 + 3H2↑ 0, 4 3 ← 0,2 → 0,2 3 0,2 mol dd sau m = (0, 4 3 .27 + 100) – 0,2.2 = 103,2 g C%muối = 22,8 .100% 103, 2 = 22,1%
Học sinh thường dễ sai sĩt khi tính mdd sau = 4,86 + 100 – 0,2.2 = 104,46 g do chưa trừ lượng Al cịn dư sau phản ứng.
Bài tập 3: Sục 3,36 lít CO2 (đktc) vào 100 gam dung dịch NaOH 4%. Tính
nồng độ phần trăm của dung dịch sau phản ứng.
2 CO
n = 0,15 mol; nNaOH = 0,1 mol → k =
2
NaOH CO n
n < 1 (CO2 dư, tạo muối axit) CO2 + NaOH NaHCO3
0,1 ← 0,1 → 0,1
Áp dụng định luật bảo tồn khối lượng, ta cĩ mdd sau = (0,1.44 + 100) = 104,4 g 3
NaHCO
C% = 8, 4.100%
104, 4 = 8,05%
Học sinh thường nhầm lẫn khi tính mdd sau = 0,15.44 + 100 = 106,6 g
Bài tập 4: Nung 184,0 gam một mẩu quặng đolomit (thành phần chính là
MgCO3.CaCO3, cịn lại là tạp chất trơ) đến khi phản ứng hồn tồn, thu được chất rắn cĩ khối lượng khơng đổi là 113,6 gam. Tính phần trăm MgCO3.CaCO3 trong quặng.
Do quặng đolomit cĩ chứa tạp chất và sản phẩm rắn sau khi nung cũng chứa tạp chất nên bài này giải bằng phương pháp bảo tồn khối lượng là gọn nhất
2 CO m = 184,0 – 113,6 = 70,4 g → 2 CO n = 1,6 mol MgCO3.CaCO3 o t MgO.CaO + 2CO2 0,8 ← 1,6 3 3 %MgCO .CaCO = 80%
Bài tập 5: Hồ tan hồn tồn 23,8 gam hỗn hợp muối cacbonat trung tính
của một kim loại hố trị I và một kim loại hố trị II trong dung dịch HCl, thấy thốt ra 0,2 mol khí cacbonic. Khi cơ cạn dung dịch sau phản ứng thì được a gam muối khan. Giá trị của a là
A. 26,0. B. 28,0. C. 29,6. D. 18,7.
Ta cĩ sơ đồ phản ứng
Muối cacbonat + 2HCl Muối clorua + CO2↑ + H2O
0,2 ← 0,2 → 0,2 mol
23,8 g 7,3 g a g 8,8 g 3,6 g Áp dụng định luật bảo tồn khối lượng
23,8 + 7,3 = a + 8,8 + 3,6 a = 18,7 (đáp án D)
Bài tốn này khơng phụ thuộc vào hố trị của kim loại trong muối và khơng phụ thuộc số lượng muối đem phản ứng.
Bài tập 6: Hồ tan 2,57 gam hỗn hợp bột gồm Al, Fe, Cu trong dung dịch
H2SO4 lỗng cĩ dư, thu được dung dịch X; 0,64 gam chất rắn khơng tan và 1,456 lít khí H2 (đktc). Tính khối lượng muối trong dung dịch X.
Giải
Do Cu khơng tan trong axit nên bài này thực chất chỉ cĩ 2,57 – 0,64 = 1,93 gam hỗn hợp Al, Fe tan vào dung dịch.
2
H
n = 1, 456
22, 4 = 0,065 mol Ta cĩ sơ đồ phản ứng
Kim loại + H2SO4 Muối sunfat + H2
0,065 ← 0,065 mol
1,93 g 6,37 g m g 0,13 g Ta cĩ: 1,93 + 6,37 = m + 0,13 m = 8,17 g
Bài tập 7: Hồ tan hết 19,2 gam hỗn hợp gồm 3 oxit : Fe2O3, FeO, CuO trong 150 ml dung dịch H2SO4 2M (vừa đủ), thu được dung dịch chứa m gam muối. Tìm m.
Giải
Ta cĩ sơ đồ phản ứng
Oxit kim loại + H2SO4 Muối sunfat + H2O
0,3 → 0,3 mol
19,2 g 29,4 g m g 5,4 g Ta cĩ : 19,2 + 29,4 = m + 5,4 m = 43,2
Bài tập 8: Hỗn hợp X cĩ thể tích 22,4 lít (đktc) gồm CO2, CO và hơi H2O,
được dẫn từ từ qua dung dịch Ca(OH)2 dư, thấy trong bình xuất hiện 20,0 gam kết tủa và khối lượng dung dịch tăng 1,4 gam. Tính thể tích khí thốt ra khỏi dung dịch (đktc). Giải 3 CaCO n = 0,2 mol = 2 CO n
Độ tăng khối lượng dung dịch sau phản ứng Δm = 2 2 CO H O (m + m ) - 3 CaCO m = 1,4 2 H O m = 1,4 + 20 – 0,2.44 = 12,6 g Khí thốt ra khỏi dung dịch là CO: VCO = 22,4 – (0,2. 22,4 + 12,6.22, 4
18 ) = 2,24 l
Bài tập 9: Este E (mạch hở) cĩ tỷ khối so với H2 là 49. Thuỷ phân hồn tồn m gam este E trong 100 ml dung dịch NaOH 1M, đun nĩng thu được dung dịch chứa 8,32 gam chất tan và 3,52 gam hơi một chất hữu cơ X. Cơng thức của E là
A. CH3CH2COOCH=CH2. B. HCOOCH=CH-CH=CH2. C. CH2=CH-COOCH=CH2. D. CH3COO-C(CH3)=CH2.
Giải
ME = 98 g/mol → loại đáp án A và D. Áp dụng định luật bảo tồn khối lượng, ta cĩ
m + 40.0,1 = 8,32 + 3,52 m = 7,84 g → nE = 0,08 mol → MX = 44 g/mol (CH3CHO) (đáp án C)
Bảo tồn nguyên tố
Bài tập 1: Cho từ từ đến dư hỗn hợp bột kim loại Mg, Al vào 1 lít dung
dịch hỗn hợp gồm H2SO4 1,0M và NaHSO4 2,0M đến khi phản ứng xong thì được V lít khí (đktc). Giá trị của V là
A. 22,4. B. 11,2. C. 44,8. D. 33,6.
Giải
Tồn bộ lượng H+
sẽ phản ứng hết với kim loại và bị khử thành H2
Ta cĩ: 2H+ H2
4 → 2 mol
2
H
V = 2.22,4 = 44,8 (Đáp án C)
Học sinh thường nhầm lẫn kim loại chỉ tác dụng với H2SO4 mà khơng tác dụng với muối NaHSO4 mà khơng nắm rõ bản chất của phản ứng nên sẽ chọn đáp án A.
Bài tập 2: Cho khí CO dư đi qua 8,05 gam hỗn hợp Al2O3 và CuO đến khi
phản ứng hồn tồn thì được chất rắn X và hỗn hợp khí Y. Dẫn khí Y qua dung dịch nước vơi trong dư, được 8 gam kết tủa. Phần trăm khối lượng của Fe2O3
trong hỗn hợp ban đầu là
A. 79,5%. B. 20,5%. C. 5,0%. D. 95,0%.
Nhận xét
CO + O CO2
2 3
O = CO = nCaCO
n n = 0,08 mol → nCuO = 0,08 mol (6,4 g) →
2 3 Fe O m = 1,65g Vậy 2 3 Fe O %m = 20,5% (Đáp án B)
Bài này học sinh dễ nhầm lẫn 0,08 mol O là tổng số mol O của CuO và Al2O3.
Bài tập 3: Dung dịch chứa 0,05 mol AlCl3 tác dụng vừa đủ với dung dịch
KMnO4 trong mơi trường H2SO4 lỗng, thu được V lít đơn chất khí X ở đktc. Giá trị của V là
A. 1,68. B. 3,36. C. 5,60. D. 2,80.
Nhận xét
Bài này dễ làm học sinh lúng túng vì nghĩ AlCl3 khơng tác dụng với dung dịch KMnO4 do thấy Al3+ cĩ số oxi hố cao nhất mà quên rằng Cl- bị KMnO4
/H2SO4 oxi hố thành Cl2, hơn nữa đây là phản ứng khá lạ. Một số học sinh khác đi viết phương trình hố học làm mất thời gian.
Ta cĩ sơ đồ: 2Cl- Cl2 0,15 → 0,075 mol 2 Cl V = 1,68 (Đáp án A)
Bài tập 4: Cho m gam hỗn hợp gồm FeS2 và FeS vào một bình kín chứa
khí O2 (dư). Nung nĩng bình đến khi phản ứng hồn tồn, thu được hỗn hợp khí X và chất rắn R. Hỗn hợp khí X được hấp thụ bằng dung dịch Ba(OH)2 dư, xuất hiện 26,04 gam kết tủa. Để hồ tan hết chất rắn R cần tối thiểu 120 ml dung dịch HNO3 2M. Giá trị của m là
Nhận xét
Bài tốn mới đọc thấy cĩ vẻ rắc rối, phương trình hố học rất phức tạp, cân bằng mất thời gian, nhưng nếu nhìn kỹ và bỏ qua các giai đoạn trung gian, các chất khơng liên quan đến yêu cầu tính tốn của đề thì bài này giải rất đơn giản.
Theo định luật bảo tồn nguyên tố: m = mFe + mS
Nguyên tố Fe biến đổi như sau: 2Fe → Fe2O3 + 6HNO3 → sản phẩm 0,08 ← 0,24 mol
Nguyên tố S biến đổi như sau: S BaSO3
0,12 ← 0,12 mol Vậy: m = 56.0,08 + 32.0,12 = 8,32 (Đáp án D)
Bài tập 5: Cho hỗn hợp Na, Mg lấy dư vào 100 gam dung dịch H2SO4
20% thì thể tích H2 thốt ra (đktc) là
A. 4,57 lít. B. 54,35 lít. C. 49,78 lít. D. 57,35 lít.
Nhận xét
Bài tốn này hơi lạ với học sinh vì đặc điểm kim loại dư, cả H2SO4 và H2O đều hết. Học sinh thường bỏ qua phản ứng của H2O nên lượng H2 tính được nhỏ hơn đáp án đúng và sẽ chọn sai. H2SO4 H2 H-OH ½ H2 0,204 → 0,204 4,444 → 2,222 2 H V = (0,204 + 2,222).22,4 = 54,35 lít (đáp án B)
Bài tập 6: Xà phịng hĩa một hỗn hợp cĩ cơng thức phân tử C10H14O6
trong dung dịch NaOH (dư), thu được glixerol và hỗn hợp gồm ba muối (khơng cĩ đồng phân hình học). Cơng thức của ba muối đĩ là
A. CH2=CH−COONa, HCOONa và CH≡C−COONa B. CH3−COONa, HCOONa và CH3−CH=CH−COONa C. HCOONa và CH≡C−COONa và CH3−CH2−COONa D. CH2=CH−COONa, CH3−CH2−COONa và HCOONa
Nhận xét CH2−OH
C10H14O6 + 3NaOH → CH −OH + R1COONa+ R2COONa+ R3COONa CH2−OH
Áp dụng bảo tồn nguyên tố với hiđro:∑nguyên tử H cĩ trong muối =(14+3)-8=9
=> Loại phương án A,C
CH3−CH=CH−COONa cĩ đồng phân hình học => Loại phương án B ( Đáp án D )
Bài tập 7: Đốt chấy hồn tồn một este đơn chức, mạch hở X (phân tử cĩ
số liên kết п nhỏ hơn 3), thu được thể tích khí CO2 bằng 6/7 thể tích khí O2 đã phản ứng. Các thể tích đo ở cùng điều kiện. Cơng thức phân tử của X là
A. C3H6O2 B. C3H4O2 C. C2H4O2 D. C4H8O2
Nhận xét
Đặt cơng thức của X là CnH2n-2kO2 (0 ≤ k ≤ 1). Chọn số mol các chất theo đúng hệ số phản ứng
CnH2n-2kO2 + O2 → n CO2 + (n-k) H2O
Bảo tồn nguyên tố oxi: 2 + = 2n + (n-k) => 2n-3k =6 ( Chỉ cĩ giá trị k=0, n=3 là thỏa mãn ) ( Đáp án A )
Bảo tồn electron
Bài tập 1: Hồ tan hết m gam Fe trong dung dịch HNO3 lỗng (cĩ dư), thu
được hỗn hợp khí gồm 0,015 mol N2O và 0,01 mol NO (trong dung dịch thu to 7n 6 to 7n 6
được khơng cĩ NH4NO3). Giá trị của m là
A. 5,04. B. 8,40. C. 2,80. D. 1,68.
Nhận xét
Bán phương trình cho-nhận electron Fe Fe3+ + 3e +5 +1 +5 +2 N + 4e N N + 3e N ne nhận = ne nhường = 0,015.2.4 + 0,01.3 = 0,15 mol mFe = 0,15.56 3 = 2,8 (đáp án C)
Với cách giải này học sinh giải quyết bài tốn nhanh nhưng đơi khi sai sĩt trong quá trình tính tốn. Chẳng hạn, số mol e nhận rất hay bị tính sai là
0,015.4 + 0.01.3 = 0,09 mol
Đĩ là nhầm lẫn do quên nhân số mol N2O cho 2 để được số mol của N+1.
Bài tập 2: Hồ tan hết m gam hỗn hợp X gồm Al, Ni, Zn bằng dung dịch
HNO3 đặc nĩng, thu được 3,36 lít khí NO2 (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc). Cũng m gam hỗn hợp X nhưng đem hồ tan trong lượng dư dung dịch HCl lỗng nĩng thì thể tích H2 thu được ở đktc là
A. 1,68 lít. B. 3,36 lít. C. 6,72 lít. D. 4,48 lít.
Nhận xét
Cùng m gam hỗn hợp trong hai thí nghiệm: với HNO3 đặc nĩng và với HCl, các kim loại Al, Ni, Zn thể hiện hố trị như nhau nên số mol electron mà +5N nhận từ hỗn hợp kim loại bằng số mol electron mà H+
nhận từ hỗn hợp kim loại.
+5 +4
N + 1e N 2H+ + 2e H2
2 H
V = 0,075.22,4 = 1,68 lít (đáp án A)
Bài tập 3: Khử hồn tồn 32 gam hỗn hợp gồm Fe2O3, CuO và MgO bằng
khí CO dư ở nhiệt độ cao, được m gam hỗn hợp rắn Z. Hồ tan m gam rắn Z bằng H2SO4 đặc nĩng (cĩ dư) thấy thốt ra 8,96 lít SO2 (đktc). Giá trị của m là
A. 28,8. B. 25,6. C. 19,2. D. 35,2.
Nhận xét
Nguyên tố sắt cĩ sự biến đổi số oxi hố: +3 → 0 → +3 Nguyên tố đồng cĩ sự biến đổi số oxi hố: +2 → 0 → +2 Magie khơng biến đổi số oxi hố
Như vậy nguyên tố tham gia vào quá trình oxi hố khử là +2C và +6S +2
C +4C + 2e +6S + 2e +4S 0,4 ← 0,8 mol 0,8 ← 0,4 mol
nO = nCO = 0,4 mol → m = 32 – mO = 32 – 16.0,4 = 25,6 (Đáp án B)
Bài tập 4: Hồ tan hết hỗn hợp gồm 6,5 gam Zn và 2,7 gam Al trong dung
dịch HNO3, thu được dung dịch X và 2,24 lít khí NO (đktc). Khối lượng muối khan thu được khi cơ cạn dung dịch X là
A. 40,2 gam. B. 27,8 gam. C. 42,2 gam. D. 21,3 gam.
Nhận xét
Đề khơng khẳng định NO là sản phẩm khử duy nhất nên phải đề phịng cĩ NH4NO3 sau phản ứng. Để chứng minh sản phẩm cĩ NH4NO3, ta dùng bán phương trình nhường-nhận electron
Al Al3+ + 3e +5N + 3e N+2 Zn Zn2+ + 2e 0,3 0,1 mol
số mol electron mà N+5 nhận để tạo NO là 0,3 mol < 0,5 Vậy phải cịn bán phương trình nhận electron nữa
+5 3
N + 8e N
0,2 → 0,025 mol
Khối lượng muối thu được (gồm Al(NO3)3, Zn(NO3)2 và NH4NO3) là 6,5 + 2,7 + 62.0,5 + 0,025.80 = 42,2g. (đáp án C)
Bài tập 5: Trộn 5,6 gam bột Fe với 2,4 gam bột S rồi nung nĩng (khơng cĩ
khơng khí), thu được hỗn hợp rắn M. Cho M tác dụng với lượng dư dung dịch HCl, giải phĩng hỗn hợp khí X và cịn lại phần khơng tan G. Để đốt cháy hồn tồn X và G cần vừa đủ V lít O2 (đktc). Giá trị của V là
A. 2,80. B. 3,36. C. 3,08. D. 4,48.
Nhận xét
Phân tích sự thay đổi số oxi hố của các nguyên tố từ đầu đến khi kết thúc các phản ứng, nhận thấy thật sự chỉ cĩ các bán phương trình sau:
Fe Fe2+ + 2e O2 + 4e 2O2- S +4S + 4e 0,125 ← 0,5
Số mol electron nhận = số mol electron nhường = 0,1.2 + 0,3 = 0,5 mol
2 O
V = 0,125.22,4 = 2,8 (đáp án A)
Bài tập 6: Hịa tan 5,95 gam hỗn hợp Zn, Al cĩ tỷ lệ mol là 1:2 bằng dung
dịch HNO3 lỗng dư thu được 0,896 lít một sản shẩm khử X duy nhất chứa nitơ. X là
A. N2O B. N2 C. NO D. NH4+
Nhận xét
Gọi a là số mol của NxOy, ta cĩ:
Zn Zn2+ + 2e Al Al3+ + 3e 0,05 → 0,1 0,1 → 0,3 xNO3
+ (6x 2y)H+ + (5x 2y)e NxOy + (3x 2y)H2O 0,04(5x 2y) ← 0,04
0,04(5x 2y) = 0,4 5x 2y = 10 Vậy X là N2. (Đáp án B)
Bảo tồn điện tích
Bài tập 1: Dung dịch X chứa đồng thời các ion : K+ (0,2 mol); Na+ (0,1 mol); CO32 và SO24. Cho một lượng BaCl2 tối thiểu vào dung dịch X để kết tủa cực đại. Lọc bỏ kết tủa, đem dung dịch sau phản ứng cơ cạn thì được m gam chất rắn khan . Giá trị của m là
A. 10,10. B. 20,75. C. 31,20. D. 15,75.
Nhận xét
Bài này nếu xét từng phản ứng cụ thể từ đầu rồi mới tính tốn thì rất phiền mặc dù cũng cho được kết quả đúng. Ta dùng định luật bảo tồn điện tích cho dung dịch sau phản ứng.
Sau khi lọc bỏ kết tủa, dung dịch thu được chứa các ion: K+
(0,2 mol), Na+ (0,1 mol) và Cl-. Theo định luật bảo tồn điện tích, nCl= 0,3 mol.
Theo định luật bảo tồn khối lượng:
m = 39.0,2 + 23.0,1 + 35,5.0,3 = 20,75 (Đáp án B)
Bài tập 2: Dung dịch A gồm 5 ion Mg2+, Ca2+,Ba2+, 0,1mol Cl-, 0,2 mol NO3
-. Thêm từ từ dung dịch K2CO3 1M vào dung dịch A đến khi thu được lượng kết tủa lớn nhất thì thể tích dung dịch K2CO3 cho vào là
A. 300ml B. 250ml C. 200ml D. 150ml
Nhận xét
Khi thêm từ từ dung dịch K2CO3 vào dd A ( Ca2+,Mg2+, Ba2+,Cl-,NO3
-) đến