Giải bài toán bằng phương pháp bảo toàn nguyên tố và bảo toàn khối lượng môn Hóa học 12 năm 2020

GIẢI BÀI TOÁN BẰNG PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN NGUYÊN TỐ VÀ BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG MÔN HÓA HỌC 12 NĂM 2020

 

I. Phương pháp bảo toàn nguyên tố

1. Nội dung định luật bảo toàn nguyên tố:

- Trong phản ứng hóa học, các nguyên tố luôn được bảo toàn.

2. Nguyên tắc áp dụng:

- Trong phản ứng hóa học, tổng số mol của nguyên tố trước và sau phản ứng luôn bằng nhau.

3. Các ví dụ minh họa:

Ví dụ 1: Đốt cháy hoàn toàn 4,04 gam một hỗn hợp bột kim loại gồm Al, Fe, Cu trong không khí thu được 5,96 gam hỗn hợp 3 oxit. Hòa tan hết hỗn hợp 3 oxit bằng dung dịch HCl 2M. Tính thể tích dung dịch HCl cần dùng.

A. 0,5 lít.                   B. 0,7 lít.                     C. 0,12 lít.                   D. 1 lít.

Hướng dẫn giải

m_O  =  m_oxit →  m_kl  =  5,96 - 4,04  =  1,92 gam

\({n_O} = \frac{{1,92}}{{16}} = 0,12\,\,mol\)

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

→  \({V_{HCl}} = \frac{{0,24}}{2} = 0,12\)  lít          

Đáp án C.

Ví dụ 2: Cho hỗn hợp A gồm Al, Zn, Mg. Đem oxi hoá hoàn toàn 28,6 gam A bằng oxi dư thu được 44,6 gam hỗn hợp oxit B. Hoà tan hết B trong dung dịch HCl thu được dung dịch D. Cô cạn dung dịch D được hỗn hợp muối khan là

A. 99,6 gam.              B. 49,8 gam.                C. 74,7 gam.               D. 100,8 gam.

Hướng dẫn giải

Gọi M là kim loại đại diện cho ba kim loại trên với hoá trị là n

  M  + \(\frac{n}{2}\) O₂   →   M₂O_n                     (1)

  M₂O_n  +  2nHCl   →   2MCl_n  +  nH₂O        (2)

Theo phương trình (1) (2)  → \({n_{HCl}} = 4.{n_{{O_2}}}\)

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng   →  \({m_{{O_2}}} = 44,6 - 28,6 = 16\) gam

nO2 = 0,5  mol →    n_HCl = 4.0,5 = 2 mol

nCl- = 2 mol

→ m_muối = m_hhkl + mCl- = 28,6 + 2.35,5 = 99,6 gam. 

Đáp án A.

Ví dụ 3: Để khử hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe₃O₄, Fe₂O₃ cần 0,05 mol H₂. Mặt khác hòa tan hoàn toàn 3,04 gam hỗn hợp X trong dung dịch H₂SO₄ đặc thu được thể tích khí SO₂ (sản phẩm khử duy nhất) ở điều kiện tiêu chuẩn là

A. 448 ml.                  B. 224 ml.                   C. 336 ml.                   D. 112 ml.

Hướng dẫn giải

Thực chất phản ứng khử các oxit trên là

  H₂        +      O   →   H₂O

  0,05     →   0,05 mol

Đặt số mol hỗn hợp X gồm FeO, Fe₃O₄, Fe₂O₃ lần lượt là x, y, z. Ta có:

  n_O  =  x + 4y + 3z  =  0,05 mol                      (1)

→   \({n_{Fe}} = \frac{{3,04 - 0,05 \times 16}}{{56}} = 0,04\,\,mol\)

→       x + 3y + 2z  = 0,04 mol                       (2)

Nhân hai vế của (2) với 3 rồi trừ (1) ta có:

  x + y  =  0,02 mol.

Mặt khác:

  2FeO + 4H₂SO₄  →  Fe₂(SO₄)₃ + SO₂ + 4H₂O

      x                        →                        x/2

  2Fe₃O₄ + 10H₂SO₄  →  3Fe₂(SO₄)₃ + SO₂ + 10H₂O

       y                          →                            y/2

→ tổng:  \({n_{SO2}} = \frac{{x + y}}{2} = \frac{{0,2}}{2} = 0,01\,\,mol\)           

Vậy: \({V_{S{O_2}}} = 224\,\,ml.\)

Đáp án B.

Ví dụ 4: Thổi từ từ V lít hỗn hợp khí (đktc) gồm CO và H₂ đi qua một ống đựng 16,8 gam hỗn hợp 3 oxit: CuO, Fe₃O₄, Al₂O₃ nung nóng, phản ứng hoàn toàn. Sau phản ứng thu được m gam chất rắn và một hỗn hợp khí và hơi nặng hơn khối lượng của hỗn hợp V là 0,32 gam. Tính V và m.

A. 0,224 lít và 14,48 gam.                             B. 0,448 lít và 18,46 gam.      

C. 0,112 lít và 12,28 gam.                             D. 0,448 lít và 16,48 gam.

Hướng dẫn giải

Thực chất phản ứng khử các oxit trên là

            CO  +  O   →   CO₂

             H₂  +  O   →  H₂O.

Khối lượng hỗn hợp khí tạo thành nặng hơn hỗn hợp khí ban đầu chính là khối lượng của nguyên tử Oxi trong các oxit tham gia phản ứng. Do vậy:

  m_O = 0,32 gam.

→  \({n_O} = \frac{{0,32}}{{16}} = 0,02\,\,mol\)

→  \(\left( {{n_{CO}} + {n_{{H_2}}}} \right) = 0,02\,\,mol\)  

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:

  m_oxit = m_{chất rắn} + 0,32

→        16,8 = m + 0,32

→        m = 16,48 gam.

→   \({V_{hh\,(CO + {H_2})}} = 0,02 \times 22,4 = 0,448\) lít   

Đáp án D.

Ví dụ 5: Thổi rất chậm 2,24 lít (đktc) một hỗn hợp khí gồm CO và H₂ qua một ống sứ đựng hỗn hợp Al₂O₃, CuO, Fe₃O₄, Fe₂O₃ có khối lượng là 24 gam dư đang được đun nóng. Sau khi kết thúc phản ứng khối lượng chất rắn còn lại trong ống sứ là

A. 22,4 gam.              B. 11,2 gam.                C. 20,8 gam.               D. 16,8 gam.

Hướng dẫn giải

\({n_{hh\,(CO + {H_2})}} = \frac{{2,24}}{{22,4}} = 0,1\,\,mol\)

Thực chất phản ứng khử các oxit là:

            CO  +  O   →   CO₂

            H₂  +  O   →   H₂O.

Vậy:   \({n_O} = {n_{CO}} + {n_{{H_2}}} = 0,1\,\,mol\)

→m_O = 1,6 gam. Khối lượng chất rắn còn lại trong ống sứ là: 24 - 1,6 = 22,4 gam 

Đáp án A.

Ví dụ 6: Cho 4,48 lít CO (đktc) từ từ đi qua ống sứ nung nóng đựng 8 gam một oxit 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 oxit sắt và phần trăm thể tích của khí CO₂ trong hỗn hợp khí sau phản ứng là

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

Hướng dẫn giải

Fe_xO_y  +  yCO    →    xFe + yCO₂

Khí thu được có \(\bar M = 40\) →  gồm 2 khí CO₂ và CO dư

 → \(\frac{{{n_{C{O_2}}}}}{{{n_{CO}}}} = \frac{3}{1} \to \% {V_{C{O_2}}} = 75\% \)

Mặt khác:  \({n_{CO\,\,(p.)}} = {n_{C{O_2}}} = \frac{{75}}{{100}} \times 0,2 = 0,15\) mol  →  n_{CO dư} = 0,05 mol.

Thực chất phản ứng khử oxit sắt là do

CO  +  O _{(trong oxit sắt)}   → CO₂

→    n_CO = n_O = 0,15 mol   →   m_O = 0,15.16 = 2,4 gam

  m_Fe = 8 - 2,4 = 5,6 gam  →  n_Fe = 0,1 mol.

Theo phương trình phản ứng ta có:

\(\frac{{{n_{Fe}}}}{{{n_{C{O_2}}}}} = \frac{x}{y} = \frac{{0,1}}{{0,15}} = \frac{2}{3}\) →    Fe₂O₃

Đáp án B.

Ví dụ 7: Cho một luồng khí CO đi qua ống đựng 0,01 mol FeO và 0,03 mol Fe₂O₃ (hỗn hợp A) đốt nóng. Sau khi kết thúc thí nghiệm thu được 4,784 gam chất rắn B gồm 4 chất. Hoà tan chất rắn B bằng dung dịch HCl dư thấy thoát ra 0,6272 lít H_­2 (đktc). Tính số mol oxit sắt từ trong hỗn hợp B. Biết rằng trong B số mol oxit sắt từ bằng 1/3 tổng số mol sắt (II) oxit và sắt (III) oxit.

A. 0,006.                    B. 0,008.                     C. 0,01.                       D. 0,012.

Hướng dẫn giải

Hỗn hợp A \(\left\{ \begin{array}{l}
FeO & :0,01\,\,mol\\
F{e_2}{O_3} & :0,03\,\,mol
\end{array} \right.\) + CO  →  4,784 gam B (Fe, Fe₂O₃, FeO, Fe₃O₄) tương ứng với số mol là: a, b, c, d (mol).

Hoà tan B bằng dung dịch HCl dư thu được mol.

Fe  +  2HCl  →  FeCl₂   +  H₂

→        a = 0,028 mol.                                     (1)

Theo đầu bài:   \({n_{F{e_3}{O_4}}} = \frac{1}{3}\left( {{n_{FeO}} + {n_{F{e_2}{O_3}}}} \right) \to d = \frac{1}{3}\left( {b + c} \right)\)     (2)

Tổng m_B là:    (56.a + 160.b + 72.c + 232.d) = 4,78 gam.     (3)

Số mol nguyên tử Fe trong hỗn hợp A bằng số mol nguyên tử Fe trong hỗn hợp B. Ta có:

  n_{Fe (A)} = 0,01 + 0,03.2 = 0,07 mol

  n_{Fe (B)} = a + 2b + c + 3d

→    a + 2b + c + 3d = 0,07             (4)

Từ (1, 2, 3, 4)    →    b = 0,006 mol

            c = 0,012 mol

            d = 0,006 mol   Đáp án A.

Ví dụ 8: Khử hoàn toàn 24 gam hỗn hợp CuO và Fe_xO_y bằng H₂ dư ở nhiệt độ cao thu được 17,6 gam hỗn hợp 2 kim loại. Khối lượng H₂O tạo thành là

A. 1,8 gam.                B. 5,4 gam.                  C. 7,2 gam.                 D. 3,6 gam.

Hướng dẫn giải

  m_{O (trong oxit)}  =  m_oxit - m_kloại = 24 - 17,6 = 6,4 gam.

→    \({n_{{H_2}O}} = \frac{{6,4}}{{16}} = 0,4\) mol.

→  \({m_{{H_2}O}} = 0,4 \times 18 = 7,2\) gam

Đáp án C.

Ví dụ 9: Khử hết m gam Fe₃O₄ bằng CO thu được hỗn hợp A gồm FeO và Fe. A tan vừa đủ trong 0,3 lít dung dịch H₂SO₄ 1M cho ra 4,48 lít khí (đktc). Tính m?

A. 23,2 gam.              B. 46,4 gam.                C. 11,2 gam.               D. 16,04 gam.

Hướng dẫn giải

  Fe₃O₄    →    (FeO, Fe)    →   3Fe²⁺

   n mol

\({n_{Fe\,\,\left( {trong\,FeS{O_4}} \right)}} = {n_{SO_4^{2 - }}} = 0,3\)  mol

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Fe:

\({n_{Fe\,\,\left( {\,F{e_3}{O_4}} \right)}} = {n_{Fe\,\,\left( {FeS{O_4}} \right)}}\)

→  3n = 0,3   →    n = 0,1

→  \({m_{F{e_3}{O_4}}} = 23,2\) gam

Đáp án A.

Ví dụ 10: Đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp X gồm CH­₄, C₃H₆ và C₄H₁₀ thu được 4,4 gam CO₂ và 2,52 gam H₂O. m có giá trị là:

A. 1,48 gam.               B.  2,48 gam.               C. 14,8 gam.               D. 24 gam.

Hướng dẫn giải

\({m_X} = {m_C} + {m_H}\, = \,\frac{{4,4}}{{44}}\,.\,12\, + \,\frac{{2,52}}{{18}}\,.2\, = \,1,2\, + \,0,28\, = \,1,48\,(g)\)

 Đáp án A.

 

---(Nội dung đầy đủ, chi tiết của tài liệu vui lòng xem tại online hoặc đăng nhập để tải về máy)---

II. Kết hợp hai phương pháp bảo toàn khối lượng và bảo toàn nguyên tố

1. Nguyên tắc áp dụng :

 - Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố đối với một nguyên tố nào đó để tìm mối liên quan về số mol của các chất trong phản ứng, từ đó áp dụng định luật bảo toàn khối lượng để tìm ra kết quả mà đề bài yêu cầu.

2. Các ví dụ minh họa:

Ví dụ : Cho 18,5 gam hỗn hợp gồm Fe và Fe₃O₄  tác dụng với 200 ml dung dịch HNO₃ loãng , đun nóng. Sau phản ứng thu được 2,24 lít khí NO duy nhất (đktc), dung dịch D và còn lại 1,46 gam kim loại. Nồng độ mol của dung dịch HNO₃ là

A. 3,2M.                      B. 3,5M.                      C. 2,6M.                      D. 5,1M.

Hướng dẫn giải

Khối lượng Fe dư là 1,46gam, do đó khối lượng Fe và Fe₃O₄  đã phản ứng là 17,04 gam. Vì sau phản ứng sắt còn dư nên trong dung dịch D chỉ chứa muối sắt (II).

Sơ đồ phản ứng: 

              Fe, Fe₃O₄        +    HNO₃    →   Fe(NO₃)₂    +   NO     +    H₂O

mol:                                2n+0,1                  n                 0,1        0,5(2n+0,1)

 Đặt số mol của Fe(NO₃)₂ là n, áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố đối với nitơ  ta có số mol của axit HNO₃ là  2n+ 0,1. Số mol H₂O bằng một nửa số mol của HNO₃.

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có: 17,04 + 63(2n + 0,1) = 180n + 0,1.30 + 18.0,5(2n + 0,1)

giải ra ta có n = 2,7, suy ra [ HNO₃ ] = (2.2,7 + 0,1): 0,2 = 3,2M

3. Bài tập áp dụng :

Câu 58: Hòa tan hoàn toàn 20,88 gam một oxit sắt bằng dung dịch H₂SO₄ đặc, nóng thu được dung dịch X và 3,248 lít khí SO₂ (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc). Cô cạn dung dịch X, thu được m gam muối sunfat khan. Giá trị của m là

A. 48,4.                       B. 52,2.                       C. 58,0.                       D. 54,0.

Câu 59: Nung m gam bột sắt trong oxi, thu được 3 gam hỗn hợp chất rắn X. Hòa tan hết hỗn hợp X trong dung dịch HNO₃ (dư), thoát ra 0,56 lít (đktc) NO (là sản phẩm khử duy nhất). Giá trị của m là

A. 2,52.                       B. 2,22.                       C. 2,62.                       D. 2,32.

Câu 60: Cho 11,36 gam hỗn hợp gồm Fe, FeO, Fe₂O₃ và Fe₃O₄ phản ứng hết với dung dịch HNO₃ loãng (dư), thu được 1,344 lít khí NO (sản phẩm khử duy nhất, ở đktc) và dung dịch X. Cô cạn dung dịch X thu được m gam muối khan. Giá trị của m là

A. 38,72.                     B. 35,50.                    C. 49,09.                     D. 34,36.

Câu 61: Hòa tan hoàn toàn a gam Fe_xO_y bằng dung dịch H₂SO₄ đặc nóng vừa đủ, có chứa 0,075 mol H₂SO₄, thu được b gam một muối và có 168 ml khí SO₂ (đktc) duy nhất thoát ra. Tính trị số b, a và xác định công thức của Fe_xO_y:

A. b: 3,48 gam; a: 9 gam; FeO.                      B. b: 9 gam; a: 3,48 gam; Fe₃O₄.

C. b: 8 gam; a: 3,84 gam; FeO.                      D. b: 3,94 gam; a: 8 gam; Fe₃O₄.

Câu 62: Khi oxi hoá chậm m gam Fe ngoài không khí thu được 12 gam hỗn hợp A gồm FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄ và Fe dư. Hoà tan A vừa  đủ bởi 200 ml dung dịch HNO₃, thu được 2,24 lít NO duy nhất (đktc) tính m và C_M­ của dung dịch HNO₃.

A. 10,08 gam và 1,6M.                                   B. 10,08 gam và 2M. 

C. 10,08 gam và 3,2M.                                   D. 5,04 gam và 2M.

Câu 63: Cho 18,5 gam hỗn hợp gồm Fe và Fe₃O₄  tác dụng với 200 ml dung dịch HNO₃ loãng , đun nóng. Sau phản ứng thu được 2,24 lít khí NO duy nhất (đktc), dung dịch D và còn lại 1,46 gam kim loại. Nồng độ mol của dung dịch HNO₃ là

A. 3,2M.                      B. 3,5M.                      C. 2,6M.                      D. 5,1M.

Câu 64: Hoà tan hoàn toàn 2,9 gam hỗn hợp gồm kim loại M và oxit của nó vào nước, thu được 500 ml dung dịch chứa một chất tan có nồng độ 0,04M và 0,224 lít khí H₂ (đktc). Kim loại M là

A. Ca.                          B. Ba.                         C. K.                           D. Na.

Câu 65: Cho m gam hỗn hợp gồm FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄ tác dụng với dung dịch HCl (dư). Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, được dung dịch Y. Cô cạn Y thu được 7,62 gam FeCl₂ và 9,75 gam FeCl₃. Giá trị của m là 

A. 9,12.                     B. 8,75.                       C. 7,80.                          D. 6,50.

...

Trên đây là phần trích dẫn Giải bài toán bằng phương pháp bảo toàn nguyên tố và bảo toàn khối lượng môn Hóa học 12 năm 2020, để xem toàn bộ nội dung chi tiết, mời các bạn cùng quý thầy cô vui lòng đăng nhập để tải về máy. 

Chúc các em đạt điểm số thật cao trong kì thi sắp đến!