Định luật bảo toàn nguyên tố là gì?

Định luật bảo toàn nguyên tố là gì? được VnDoc chia sẻ dưới đây nhằm giúp các bạn học sinh củng cố lại kiến thức, nắm chắc được bài từ đó vận dụng tốt để giải bài tập Hóa học. Sau đây là tài liệu mời các bạn tải về tham khảo

I. Định luật bảo toàn nguyên tố là gì?

Trong các phản ứng hóa học thông thường, các nguyên tố luôn được bảo toàn như vậy có nghĩa: “Tổng số mol nguyên tử của một nguyên tố X bất kỳ trước và sau phản ứng luôn bằng nhau”.

Mở rộng: tổng khối lượng các nguyên tố tạo thành hợp chất bằng khối lượng của hợp chất đó.

II. Phương pháp bảo toàn nguyên tố

* Chú ý:

• Để áp dụng tốt phương pháp này, ta nên hạn chế viết phương trình phản ứng mà thay vào đó nên viết sơ đồ phản ứng (sơ đồ hợp thức, có chú ý hệ số), biểu diễn các biến đổi cơ bản của chất (nguyên tố) quan tâm.
• Nên quy về số mol nguyên tố (nguyên tử).
• Đề bài thường cho (hoặc qua dữ kiện bài toán sẽ tính được) số mol của nguyên tố quan tâm → lượng chất (chú ý hiệu suất phản ứng, nếu có).

III. Các dạng bài thường gặp và phương pháp giải

1. Oxide kim loại tác dụng với chất khử (CO, H₂, Al, C) tạo thành chất rắn mới

* Kiến thức cần nhớ: Các chất khử (CO, H₂, Al, C) lấy nguyên tử Oxygen trong Oxide kim loại tạo thành sản phẩm khử theo các sơ đồ phản ứng sau:

\(CO+O→CO_2\)

\(H_2+O→H_2O\)

\(2Al+3O→Al_2O_3\)

\(C+O→CO\)

Theo định luật bảo toàn khối lượng ta có:

Khối lượng oxide = khối lượng kim loại + khối lượng nguyên tử oxi

Nếu sản phẩm khử là chất khí như CO, CO₂, H₂ thì khối lượng chất rắn thu được giảm chính bằng khối lượng nguyên tử oxi đã tham gia phản ứng.

Đáp án hướng dẫn trả lời câu hỏi

\(CO+O→CO_2\)

0,04 mol 0,04 mol

CO₂ → CaCO₃

0,04 mol 0,04 mol

V_CO = 0,04 x 24,79 = 0,9916 L

Đáp án hướng dẫn trả lời câu hỏi

\(CO+O→CO_2\)

\(H_2+O→H_2O\)

m_giảm = m_O = 0,32g → n_O = 0,32:16 = 0,02 mol

n_{hỗn hợp} = n_O = 0,02 mol → V_{hỗn hợp} = 0,02 x 24,79 = 0,4958 lít

2. Hỗn hợp kim loại, oxide kim loại sau nhiều biến đổi hóa học cho ra sản phẩm cuối cùng là oxide kim loại.

* Kiến thức cần nhớ: Ta không cần phải viết tất cả các phản ứng hoá học mà chỉ cần biết các hợp chất có chứa nguyên tố chính sau mỗi phản ứng. Để dễ hiểu hơn thì ta nên viết lại sơ đồ chuỗi phản ứng và quan tâm đến hệ số tỉ lượng để tính toán cho đúng.

Đáp án hướng dẫn trả lời câu hỏi

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

0,05 0,05

m_Fe = 0,05 x 56 = 2,8g m_FeO = 10 – 2,8 = 7,2g

n_FeO = n_Fe(FeO) = 7,2 : 72 = 0,1 mol

Tổng n_Fe= 0,05 + 0,1 = 0,15 mol

n_Fe2O3 = 1/2 n_Fe = 0,075 mol → m_FeO = 0,075 x 160 = 12g

3. Kim loại tác dụng với oxi tạo thành oxide kim loại, sau đó cho tác dụng với dung dịch acid

* Kiến thức cần nhớ: Khi kim loại tác dụng với Oxygen thì tạo thành oxide kim loại nên khối lượng sẽ tăng lên chính là khối lượng oxi tham gia phản ứng do đó ta có công thức:

m_O = m_oxide – m_{kim loại}

Oxit kim loại tác dụng với dung dịch HCl, H₂SO₄ loãng tạo thành muối và nước nên có thể biểu diễn bằng sơ đồ phản ứng sau: 2H⁺ + O^2- → H₂O

Đáp án hướng dẫn trả lời câu hỏi

m_O = m_oxit - m_{kim loại} = 5,96 - 4,04 = 1,92 gam.

n_O = 1.92/16 = 0.12 mol

Hòa tan hết hỗn hợp ba oxit bằng dung dịch HCl tạo thành H₂O như sau:

2H⁺ + O^2- → H₂O

0,24 <= 0,12 mol

=> V_HCl = 0.24/2 =0.12lít. (Đáp án C)

4. Kim loại tác dụng với dung dịch acid

* Kiến thức cần nhớ: Hỗn hợp kim loại tác dụng với dung dịch acid HCl, H₂SO₄ loãng tạo thành hỗn hợp muối và khí H₂. Từ số mol khí H₂ ta suy ra số mol HCl, H₂SO₄, số mol ion Cl^-, SO_4^2-. Đề bài thường yêu cầu tìm khối lượng muối khan nên ta áp dụng công thức sau:

m_muối = m_{kim loại} + m_{gốc acid}

Đáp án hướng dẫn trả lời câu hỏi

\(n_H=1,4874:24,79=0,06mol\)

\(H_2SO_4→H_2\)

0,06 mol 0,06 mol

\(n_{SO}=n_{HSO}=0,06mol\)

m_muối = m_{kim loại} + m_{gốc acid} = 3,22 + 0,06 x 96 = 8,98g

5. Bài toán đốt cháy hợp chất hữu cơ

* Kiến thức cần nhớ: Khối lượng chất hữu cơ bằng tổng khối lượng của các nguyên tố tạo nên chất hữu cơ đó.

\(m_C=(\frac{m_{CO_2}}{44})12=(\frac{V_{CO_2}}{22.4})12\)

\(m_H=(\frac{m_{H_2O}}{18})2\)

\(m_N=(\frac{V_{N_2}}{22.4})28\)

Sản phẩm của phản ứng đốt cháy thường là \(CO_2\) và \(H_2O\) được biểu diễn theo phương trình phản ứng sau:

\(C+O_2→CO_2\)

\(4H+O_2→2H_2O\)

Từ hai phương trình phản ứng ta tính được số mol O₂ và số mol nguyên tố C, H để tính thể tích oxi hoặc khối lượng chất hữu cơ bị đốt cháy.

Số nguyên tử C = \(\frac{n_{CO_{2} } }{n_{HCHC} } =\frac{V_{CO_{2} } }{V_{HCHC} }\)

Số nguyên tử H = \(\frac{n_{H_{2}O } }{n_{HCHC} }\times 2 =\frac{V_{H_{2}O } }{V_{HCHC} } \times 2\)

Đáp án hướng dẫn trả lời câu hỏi

Áp dụng công thức trên ta có:

Số nguyên tử C trung bình = \(\frac{2}{1}=2\)

Số nguyên tử H trung bình = \(\frac{2}{1}\times2=4\)

Vậy CTPT của hydrocarbon X là C₂H₆ 

IV. Câu hỏi vận dụng tự luyện

Câu 1: Hỗn hợp chất rắn X gồm 0,1 mol Fe₂O₃ và 0,1 mol Fe₃O₄. Hoà tan hoàn toàn X bằng dung dịch HCl dư, thu được dung dịch chứa Y. Cho NaOH dư vào Y, thu được kết tủa Z. Lọc lấy kết tủa, rửa sạch rồi đem nung trong không khí đến khối lượng không đổi thì thu được chất rắn có khối lượng là

A. 32,0 gam.  B. 16,0 gam.  C. 39,2 gam.  D. 40,0 gam.

Câu 2: Cho 4,958 lít khí CO (ở đkc) thu đi qua ống sứ nung nóng đựng 8 gam một oxide sắt đến khi phản ứng xảy ra hoàn toàn. Khí thu được sau phản ứng có tỉ khối so với hiđro bằng 20. Công thức của oxide sắt và phần trăm thể tích của khí CO₂ trong hỗn hợp khí sau phản ứng lần lượt là:

A. FeO; 75%.  B. Fe₂O₃; 75%.  C. Fe₂O₃; 65%.  D. Fe₃O₄; 75%.

Câu 3: Hỗn hợp A gồm ethane, ethylene, acetylene và butadien-1,3. Đốt cháy hết m gam hỗn hợp A. Cho sản phẩm cháy hấp thụ vào dung dịch nước vôi dư, thu được 100 gam kết tủa và khối lượng dung dịch nước vôi sau phản ứng giảm 39,8 gam. Trị số của m là

A. 13,8 gam.  B. 37,4 gam.  C. 58,75 gam.  D. 60,2 gam.

Câu 4: Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp gồm 0,12 mol FeS₂ và a mol Cu₂S vào axit HNO₃ (vừa đủ), thu được dung dịch X (chỉ chứa hai muối sunfat) và khí duy nhất NO. Giá trị của m là
A. 0,06.  B. 0,04.  C. 0,12.  D. 0,075.

Câu 5: Đốt cháy hoàn toàn một thể tích khí thiên nhiên gồm metan, etan, propan bằng oxi không khí (trong không khí, oxygen chiếm 20% thể tích), thu được 8,6765 lít khí CO₂ (ở đkc) và 9,9 gam nước. Thể tích không khí (ở đkc) nhỏ nhất cần dùng để đốt cháy hoàn toàn lượng khí thiên nhiên trên là

Câu 6: Dẫn V lít (ở đkc) hỗn hợp X gồm acetylene và hydrogen đi qua ống sứ đựng bột niken nung nóng, thu được khí Y. Dẫn Y vào lượng dư AgNO₃ (hoặc Ag₂O) trong dung dịch NH₃ thu được 12 gam kết tủa. Khí đi ra khỏi dung dịch phản ứng vừa đủ với 16 gam brom và còn lại khí Z. Đốt cháy hoàn toàn khí Z thu được 2,479 lít khí CO₂ (ở đkc) và 4,5 gam nước. Giá trị của V bằng
A. 6,1975.  B. 14,874.  C. 12,395.  D. 9,916 .

Câu 7: Hoà tan hoàn toàn 0,3 mol hỗn hợp gồm Al và Al₄C₃ vào dung dịch KOH (dư), thu được x mol hỗn hợp khí và dung dịch X. Sục khí CO₂ (dư) vào dung dịch X, lượng kết tủa thu được là 46,8 gam. Giá trị của x là

A. 0,55.  B. 0,60.  C. 0,40.  D. 0,45.

Câu 8: Hoà tan hoàn toàn m gam oxide FeₓOᵧ bằng dung dịch H₂SO₄ đặc nóng vừa đủ, có chứa 0,075 mol H₂SO₄, thu được 2 gam muối và thoát ra 168 ml khí SO₂ (sản phẩm khử duy nhất, ở đkc). Oxide FeₓOᵧ là

A. FeO.  B. Fe₂O₃.  C. Fe₃O₄.  D. FeO hoặc Fe₃O₄.

Câu 9: Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp gồm 0,27 gam bột nhôm và 2,04 gam bột Al₂O₃ trong dung dịch NaOH dư thu được dung dịch X. Cho CO₂ dư tác dụng với dung dịch X thu được kết tủa Y, nung Y ở nhiệt độ cao đến khối lượng không đổi thu được chất rắn Z. Biết hiệu suất các phản ứng đều đạt 100%. Khối lượng của Z là

A. 2,04 gam.

B. 2,31 gam.

C. 3,06 gam.

D. 2,55 gam.

Câu 10: Đun nóng 7,6 gam hỗn hợp A gồm C₂H₂, C₂H₄ và H₂ trong bình kín với xúc tác Ni thu được hỗn hợp khí B. Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp B, dẫn sản phẩm cháy thu được lần lượt qua bình 1 đựng H₂SO₄ đặc và bình 2 đựng Ca(OH)₂ dư thấy khối lượng bình 1 tăng 14,4 gam. Khối lượng tăng lên ở bình 2 là

A. 6,0 gam.

B. 9,6 gam.

C. 35,2 gam.

D. 22,0 gam.

----------------------------------------------------