PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN NGUYÊN TỐ VÀ BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG

PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN NGUYÊN TỐ VÀ BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG
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
    
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
Þ 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  +  O₂   ¾®   M₂O_n                   (1)
     M₂O_n  +  2nHCl   ¾®   2MCl_n  +  nH₂O      (2)
Theo phương trình (1) (2)  ®
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng   ®   gam
Þ mol ®    n_HCl = 4´0,5 = 2 mol
Þ            

• m_muối = m_hhkl + = 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   ¾®   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)
Þ
Þ 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  ¾®  Fe₂(SO₄)₃ + SO₂ + 4H₂O
         x                        ®                        x/2
     2Fe₃O₄ + 10H₂SO₄  ¾®  3Fe₂(SO₄)₃ + SO₂ + 10H₂O
          y                          ®                            y/2
Þ tổng:      Vậy:               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   ¾®   CO₂
                  H₂  +  O   ¾®  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.
Þ
Þ .
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:
     m_oxit = m_{chất rắn} + 0,32
Þ 16,8 = m + 0,32
Þ m = 16,48 gam.
Þ 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
    
Thực chất phản ứng khử các oxit là:
                 CO  +  O   ¾®   CO₂
                 H₂  +  O   ¾®   H₂O.
Vậy:    .
Þm_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    ¾®    xFe + yCO₂
Khí thu được có  ®  gồm 2 khí CO₂ và CO dư

  
 

     Þ   ®    .
Mặt khác:        mol  ®  n_{CO dư} = 0,05 mol.
Thực chất phản ứng khử oxit sắt là do
CO  +  O _{(trong oxit sắt)}   ¾®  CO₂
Þ             n_CO = n_O = 0,15 mol   ®   m_O = 0,15´16 = 2,4 gam
Þ m_Fe = 8 - 2,4 = 5,6 gam  ®  n_Fe = 0,1 mol.
Theo phương trình phản ứng ta có:
         ®    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  + 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
Þ             a = 0,028 mol.                                     (1)
Theo đầu bài:      ®     (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
Þ 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.
Þ gam ;  mol.
® 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
     mol
Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Fe:
    
Þ 3n = 0,3   ®    n = 0,1
Þ  gam Đáp án A.
Ví dụ 10: Cho 108,8 gam hỗn hợp X gồm Fe₂O₃ , Fe₃O₄ ,FeO tác dụng với HCl vừa đủ. Thu được 50,8 gam muối FeCl₂ và m gam muối FeCl₃.Giá trị của m là:
     A.146,25           B.162,5                C.130                C.195
     Ta có:
→                       
                      →Chọn B
 
Ví dụ 11 : Cho a gam hỗn hợp A gồm Fe₂O₃, Fe₃O₄, Cu vào dung dịch HCl dư thấy có 1 mol axit phản ứng và còn lại 0,256a gam chất rắn không tan. Mặt khác, khử hoàn toàn a gam hỗn hợp A bằng H₂ dư thu được 42 gam chất rắn. Tính phần trăm về khối lượng Cu trong hỗn hợp A?
            A .50%            B. 25,6%         C. 32%            D. 44,8%
Với 1 mol HCl thì cuối cùng H đi đâu? Cl đi đâu?
Ta có :

Chất không tan là gì?42 gam là gì?
Dung dịch sau phản ứng với HCl gồm những gì ?


              →Chọn D
Ví dụ 12: Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp A chứa 1 mol FeS , 1 mol FeS₂ , 1 mol S cần vừa đủ V lít khí O₂ (đktc).Tính giá trị của V?
     A.116,48           B. 123,2               C. 145,6            D. 100,8
Chọn đáp án B
    Ta có ngay :
       (lít).
 
Ví dụ 13: Cho 1 mol Fe tác dụng hoàn toàn với O₂ (dư).Khối lượng chất rắn thu được là bao nhiêu?
     A.80 (gam)       B. 160 (gam)        C. 40 (gam)       D. 120 (gam)
 Chọn đáp án A  
     Câu hỏi đặt ra : Fe đi vào chất nào ? – Nó đi vào Fe₂O₃
     Ta có ngay : (gam)
Ví dụ 14: Cho 32 gam Cu tác dụng với lượng dư axit HNO₃.Khối lượng muối thu được ?
     A.72 (gam)       B. 88 (gam)          C. 94 (gam)       D. 104 (gam)
 Chọn đáp án C  
     Câu hỏi đặt ra : Cu đi vào chất nào ? – Nó đi vào Cu(NO₃)₂.
     Ta có ngay :
    
     (gam)
Ví dụ 15: Đốt cháy 8,4 gam C thu được hỗn hợp khí X gồm (CO và CO₂) có tỷ lệ số mol 1:4.Tính khối lượng hỗn hợp X.
     A.27,2 (gam)    B. 28,56 (gam)     C. 29,4 (gam)    D. 18,04 (gam)
 Chọn đáp án B  
     Sau phản ứng thì C đi vào hai chất là CO và CO₂.
     Ta có ngay :
    
      (gam)
 
Ví dụ 16: Hòa tan hỗn hợp X gồm 11,2 gam Fe và 2,4 gam Mg bằng dung dịch H₂SO₄,loãng,(dư),thu được dung dịch Y. Cho dung dịch NaOH dư vào Y thu được kết tủa Z. Nung Z trong không khí đến khối lượng không đổi thì được m gam chất rắn. Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Giá trị m là:
     A.18                  B.20                     C. 36                 D. 24.
 Chọn đáp án B   
    
Ví dụ 17: Hoà tan hỗn hợp X gồm 0,2 mol Fe và 0,1 mol Fe₂O₃ vào dung dịch HCl dư được dung dịch D. Cho dung dịch D tác dụng với NaOH dư thu được kết tủa. Lọc kết tủa, rửa sạch đem nung trong không khí đến khối lượng không đổi thu được m gam chất rắn Y. Giá trị của m là:
    A. 16,0.             B. 30,4.                C. 32,0.             D. 48,0.
 Chọn đáp án C  
     Vì sau cùng toàn bộ lượng Fe chuyển vào Fe₂O₃ nên ta có ngay:
            
Bài tập áp dụng về nhà:
Câu 1: Cho hỗn hợp gồm 0,3 mol Fe, 0,15 mol Fe₂O₃ và 0,1 mol Fe₃O₄ tác dụng hết với dung dịch H₂SO₄ loãng thu được dung dịch A. Cho dung dịch A tác dụng với dung dịch NaOH dư, lọc kết tủa đem nung trong không khí đến khối lượng không đổi thu được m gam chất rắn C. Tính m
            A. 70.                         B. 72.                           C. 65.                         D. 75.
Câu 2: Khử 16 gam Fe₂O₃ thu được hỗn hợp A gồm Fe, Fe₂O_3, FeO, Fe₃O₄. Cho A tác dụng hết với dung dịch H₂SO₄ đặc, nóng.  Khối lượng muối sunfat tạo ra trong dung dịch là
            A. 48 gam.                  B. 50 gam.                   C. 32 gam.                  D. 40 gam.
Câu 3: Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp gồm 0,1 mol Fe₂O₃ và 0,2 mol FeO vào dung dịch HCl dư thu được dung dịch A. Cho NaOH dư vào dung dịch A thu được kết tủa B. Lọc lấy kết tủa B rồi đem nung trong không khí đến khối lượng không đổi được m gam chất rắn, m có giá trị là
A. 16 gam.                  B. 32 gam.                   C. 48 g            am.                  D. 52 gam.
Câu 4: Cho 1,56 gam hỗn hợp gồm Al và Al₂O₃ phản ứng hết với dung dịch HCl (dư), thu được V lít khí H₂ (đktc) và dung dịch X. Nhỏ từ từ dung dịch NH₃ đến dư vào dung dịch X thu được kết tủa, lọc hết lượng kết tủa, nung đến khối lượng không đổi thu được 2,04 gam chất rắn. Giá trị của V là
           A. 0,672.                      B. 0,224.                     C. 0,448.                     D. 1,344.
Câu 5: Cho 4,48 lít khí CO (ở 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; 75%.
Câu 6: Dẫn từ từ V lít khí CO (đktc) đi qua một ống sứ đựng lượng dư hỗn hợp rắn gồm CuO, Fe₂O₃ (ở nhiệt độ cao). Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được khí X. Dẫn toàn bộ khí X ở trên vào lượng dư dung dịch Ca(OH)₂ thì tạo thành 4 gam kết tủa. Giá trị của V là
A. 1,120.                     B. 0,896.                     C. 0,448.                     D. 0,224.
Câu 7: Khử hoàn toàn một oxit sắt X ở nhiệt độ cao cần vừa đủ V lít khí CO (đktc), sau phản ứng thu được 0,84 gam Fe và 0,02 mol khí CO₂. Công thức của X và giá trị V lần lượt là
A. Fe₃O₄ và 0,224.      B. Fe₂O₃ và 0,448.      C. Fe₃O₄ và 0,448.      D. FeO và 0,224.
Câu 8: Cho V lít hỗn hợp khí (ở đktc) gồm CO và H₂ phản ứng với một lượng dư hỗn hợp rắn gồm CuO và Fe₃O₄ nung nóng. Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, khối lượng hỗn hợp rắn giảm 0,32 gam. Giá trị của V là A. 0,448.                  B. 0,112.                 C. 0,224.                     D. 0,560.
Câu 9: 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 a là
A. 0,04.                       B. 0,075.                     C. 0,12.                       D. 0,06.
Câu 10: 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.