PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG.ppt (hóa học vô cơ)

BÀI THẢO LUẬN PPDH NHÓM 8 Nguyễn Nguyễn Nguyễn Nguyễn Nguyễn Danh sách nhóm 8 Thị Thanh Tâm Sỹ Văn Tâm Thị Tình Tường PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG I. Nguyên tắc Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng: Trong một phản ứng hóa học tổng khối lượng các sản phẩm bằng tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng. Khi cô cạn dung dịch thì khối lượng hổn hợp muối thu được bằng tổng khối lượng hỗn hợp kim loại và khối lượng các anion gốc axit II. Dấu hiệu 1. Dấu hiệu chung: - Bài toán tính khối lượng chung nhiều chất, không bảo tính từng phần riêng rẽ. + Cho hỗn hợp các oxit kim loại qua CO, H2, Al. + Cho hỗn hợp các kim loại tác dụng với các axit mạnh. + Cho hỗn hợp nhiều muối (muối cacbonat) vào dd axit hoặc vào dung dịch muối mới. + Phản ứng cháy các hợp chất hữu cơ. - Bài toán có nhiều phương trình phản ứng nhưng tương tự nhau - Dữ liệu bài toán chỉ cho biết số liệu một cách chung chung 2. Các bài toán thường gặp: - Biết tổng khối lượng các chất ban đầu suy ra khối lượng sản phẩm - Với phản ứng n chất tham gia, khi biết khối lượng của n-1 chất suy ra khối lượng chất còn lại. - Kim loại + axit → muối + H2 - Khử hổn hợp của oxit kim loại bởi (H2, CO) - Röôïu axit, xt, t0 ete + H2O IV. Ưu và nhược điểm - Ưu điểm: + Được áp dụng rộng rải trong vô cơ và hữu cơ, đặc biệt trong bài toán tìm CTTQ của các hợp chất hữu cơ. Đối với những bài toán vô cơ như Fe → FexOy thì đây là phương pháp không thể thiếu + Thường đi kèm với các phương pháp đại số, phương pháp bảo toàn các nguyên tố, bảo toàn điện tích và đặc biệt bảo toàn e. - Nhược điểm: Không thể áp dụng đối với bài toán hạt nhân (PTPƯ tỏa nhiệt thu nhiệt lớn) III. Quy trình giải: B1: viết các PTPƯ có thể xảy ra (trong nhiều trường hợp có thể viết dưới dạng sơ đồ tổng quát không cần thiết phải cân bằng ) B2: tính số mol các chất đã biết theo dữ kiện bài toán từ đó suy ra khối lượng các chất đó B3: lập phương trình áp dụng định luật bảo toàn khối lượng cho từng phản ứng có liên quan Tổng khối lượng chất tham gia = tổng khối lượng chất tạo thành B4: Kết hợp với hệ số tỷ lượng của các phương trình phản ứng để tính toán: Thay các dữ kiện đã biết vào các phương trình bảo toàn khối lượng Kết hợp các phương trình đại số thu được từ các dữ kiện bài ra lập được hệ phương trình, giải hệ tìm được nghiệm mong muốn 3.1 Biết tổng khối lượng các chất ban đầu suy ra khối lượng sản phẩm (nhiệt nhôm…) mđầu = msau (không phụ thuộc vào hiệu suất) 3.2 Với phản ứng n chất tham gia, khi biết khối lượng của n-1 chất suy ra khối lượng chất còn lại. A + B => C + D mA + mB = mC + mD => mC = mA + mB – mD 3.3 Kim loại + axit → muối + khí mmuối = mkim loại + manion tạo muối manion tạo muối thường được tính theo số mol khí thoát ra Với mkim loại đã biết suy ra khối lượng muối 3.4 Khử hổn hợp của oxit kim loại bởi (H2, CO) Oxit kim loại + CO (H2) → chất rắn + hổn hợp (CO2 , H2O) mchưa biết m đã biết nđã biết bản chất: CO + [O] → CO2 => nCO = nCO2 H2 + [O] → H2O => nH2 = nH2O moxit = mrắn + mhổn hợp – mCO(H2) 0 3.5 Röôïu axit, xt, t ete + H2O mröôïu ñaõbieát số mol ete??? mrượu = mete + mH2O => mete = mrượu – mH2O => nete IV. Ví dụ chứng minh 4.1 Phản trộn 5,4g Al với 12,0g Fe2O3 rồi nung nóng một thời gian để thực hiện ứng nhiệt nhôm. Sau phản ứng ta thu được mg hổn hợp chất rắn. tính m Hướng dẫn giải: sơ đồ phản ứng: Al + Fe2O3 → hổn hợp rắn (m gam) Ban đầu: mAl = 5,4g; mFe2O3 = 12,0 Theo định luật bảo toàn khối lượng: mrắn = mAl + mFe2O3 Khối lượng rắn m thu được là: mrắn = 5,4 + 12,0 = 17,4 (gam) 4.2 Hòa tan hoàn toàn 3,34g hổn hợp 2 muối cacbonat của kim loại hóa trị I và II bằng dung dịch HCl dư thu được dung dịch X và 0,896 lít khí (dktc). Tính khối lượng của muối thu được có trong dung dịch Hướng dẫn giải: Gọi kim loại hóa trị I và II lần lượt là A và B => 2 muối cacbonat lần lượt là A2CO3 và BCO3 PTPƯ: A2CO3 + 2HCl → 2ACl + CO2 + H2O BCO3 + 2HCl → BCl2 + CO2 + H2O nCO2 = 0,896/22,4 = 0,04 (mol) => mCO2 = 0,04.44 = 1,76g Theo PTPƯ: nH2O = nCO2 => mH2O = 0,04.18 = 0,72g nHCl = 2nCO2 = 2.0,04 = 0,08 9 (mol) => mHCl = 0,08.36,5 = 2,92 (gam) Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng: mmuối cacbonat + mHCl = mmuối clorua + mH2O + mCO2 mmuối clorua = mmuối cacbonat + mHCl – mH2O – mCO2 = 3,34 + 2,92 – 0,72 – 1,76 = 3,78g 4.3 Hòa tan hoàn toàn 10g hổn hợp kim loại (Zn, Fe) trong dung dịch HCl dư thoát ra 2,24l H2 (dktc). Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được bao nhiêu gam muối khan? Hướng dẫn giải: PTPƯ: M + 2HCl → MCl2 + H2↑ nH2 = 2,24/22,4 = 0,1 (mol) nHCl = 2nH2 = 2.0,1 = 0,2 (mol) nCl- = nHCl = 0,2 (mol) mmuối = mhổn hợp kl + mCl- = 10 + 0,2.35,5 = 17,1 (gam) 4.4 Cho từ từ 1 luồng khí CO đi qua ống sứ đựng m gam hổn hợp gồm Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3 đun nóng thu được 64 gam Fe, khí đi ra sau phản ứng cho qua dung dịch Ca(OH)2 dư thu được 40 gam kết tủa. Tính m? Hướng dẫn giải: Khí đi ra sau phản ứng gồm : CO dư, CO2 CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + H2O 40 0,4 mol 100 mol Ta có: nCO(PƯ) = nCO2 = 0,4 mol Theo định luật bảo toàn khối lượng: mCO + mhh oxit = mFe + mCO2 mhh oxit = mFe + mCO2 - mCO = 64 + 44.0,4 – 28.0,4 = 70,04 ( gam) 4.5 Đun 132,8 gam hổn hợp 3 rượu no đơn chức với H2SO4đặc ở 1400C thu được 111,2 gam hỗn hợp các ete, trong đó các ete có số mol bằng nhau. Tính số mol mỗi ete? Hướng dẫn giải: Rượu ete + H2O Đun hỗn hợp 3 rượu được = 6 ete Theo ĐLBTKL: mrượu = mete + mH2O => mH2O = mrượu - mete = 132,8 – 111,2 = 21,6 (gam) Tổng số mol ete = số mol H2O = 21,6/ 18 = 1,2 (mol) Số mol mỗi ete là: 1,2/6 = 0,2 (mol) V. MỘT SỐ BÀI TẬP VẬN DỤNG 01. Hòa tan 9,14 gam hợp kim Cu, Mg, Al bằng một lượng vừa đủ dung dịch HCl thu được 7,84 lít khí X (đktc) và 2,54 gam chất rắn Y và dung dịch Z. Lọc bỏ chất rắn Y, cô cạn cẩn thận dung dịch Z thu được lượng muối khan là A. 31,45 gam. B. 33,99 gam. C. 19,025 gam. D. 56,3 gam. 02. Cho 15 gam hỗn hợp 3 amin đơn chức, bậc một tác dụng vừa đủ với dung dịch HCl 1,2 M thì thu được 18,504 gam muối. Thể tích dung dịch HCl phải dùng là A. 0,8 lít. B. 0,08 lít. C. 0,4 lít. D. 0,04 lít. 03. Trộn 8,1 gam bột Al với 48 gam bột Fe2O3 rồi cho tiến hành phản ứng nhiệt nhôm trong điều kiện không có không khí, kết thúc thí nghiệm lượng chất rắn thu được là A. 61,5 gam. B. 56,1 gam. C. 65,1 gam. D. 51,6 gam. 04. Hòa tan hoàn toàn 10,0 gam hỗn hợp X gồm hai kim loại (đứng trước H trong dãy điện hóa) bằng dung dịch HCl dư thu được 2,24 lít khí H¬2 (đktc). Cô cạn dung dịch sau phản ứng thu được lượng muối khan là A. 1,71 gam. B. 17,1 gam. C. 13,55 gam. D. 34,2 gam. 05. Nhiệt phân hoàn toàn m gam hỗn hợp X gồm CaCO3 và Na2CO3 thu được 11,6 gam chất rắn và 2,24 lít khí (đktc). Hàm lượng % CaCO3 trong X là A. 6,25%. B. 8,62%. C. 50,2%. D. 62,5%. 06. Cho 4,4 gam hỗn hợp hai kim loại nhóm IA ở hai chu kỳ liên tiếp tác dụng với dung dịch HCl dư thu được 4,48 lít H2 (đktc) và dung dịch chứa m gam muối tan. Tên hai kim loại và khối lượng m là A. 11 gam; Li và Na. B. 18,6 gam; Li và Na. C. 18,6 gam; Na và K. D. 12,7 gam; Na và K. 07. Đốt cháy hoàn toàn 18 gam FeS2 và cho toàn bộ lượng SO2 vào 2 lít dung dịch Ba(OH)2 0,125M. Khối lượng muối tạo thành là A. 57,40 gam. B. 56,35 gam. C. 59,17 gam. D.58,35 gam. 08. Hòa tan 33,75 gam một kim loại M trong dung dịch HNO3 loãng, dư thu được 16,8 lít khí X (đktc) gồm hai khí không màu hóa nâu trong không khí có tỉ khối hơi so với hiđro bằng 17,8. a) Kim loại đó là A. Cu. B. Zn. C. Fe. D. Al. b) Nếu dùng dung dịch HNO3 2M và lấy dư 25% thì thể tích dung dịch cần lấy là A. 3,15 lít. B. 3,00 lít. C. 3,35 lít. D. 3,45 lít. 09. Hoà tan hoàn toàn 15,9 gam hỗn hợp gồm 3 kim loại Al, Mg và Cu bằng dung dịch HNO3 thu được 6,72 lít khí NO và dung dịch X. Đem cô cạn dung dịch X thu được bao nhiêu gam muối khan? A. 77,1 gam. B. 71,7 gam. C. 17,7 gam. D. 53,1 gam. 10. Hòa tan hoàn toàn 2,81 gam hỗn hợp gồm Fe2O3, MgO, ZnO trong 500 ml axit H2SO4 0,1M (vừa đủ). Sau phản ứng, hỗn hợp muối sunfat khan thu được khi cô cạn dung dịch có khối lượng là A. 6,81 gam. B. 4,81 gam. C. 3,81 gam. D. 5,81 gam. PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN NGUYÊN TỐ I. Nguyên tắc Trong các phản ứng hóa học thông thường các nguyên tố luôn được bảo toàn, điều này có nghĩa là tổng số mol nguyên tử của một nguyên tố bất kì trước và sau phản ứng luôn bằng nhau Số nguyên tử của một nguyên tố chứa trong phân tử luôn luôn là 1 số nguyên dương. Với 1 hợp chất cho trước thì tỉ lệ giữa các số nguyên tử của các nguyên tố tương ứng luôn luôn không đổi. 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). - Chỉ áp dụng cho bài toán thông thường, không áp dụng cho bài toán hạt nhân II. Dấu hiệu 2.1 Dấu hiệu chung - Phương pháp này áp dụng cho các bài toán nhiều phản ứng và để giải nhanh ta chỉ cần thiết lập sơ đồ mối quan hệ giữa các chất - Sử dụng trong các phản ứng đốt cháy hợp chất 2.2 Một số bài toán thường gặp: - Đốt cháy hợp chất hữu cơ - Bài toán cho 1 số liệu - Bài toán chỉ liên quan đến sự biến đổi của 1 nguyên tố III. Ưu và nhược điểm 3.1 Ưu điểm + Phương pháp bảo toàn nguyên tố là phương pháp giải nhanh, có nhiều nét tương đồng với phương pháp bảo toàn khối lượng. + Sử dụng có hiệu quả trong các bài tập trắc nghiệm khách quan , phát triển khả năng tư duy cho học sinh + Khi sử dụng phương pháp này ta chỉ cần lập sơ đồ phản ứng để thấy rõ mối quan hệ về tỉ lệ mol của các chất mà không cần viết phương trình phản ứng + Dễ kết hợp với các phương pháp khác: thường được dùng như một bước trong việc giải một bài toán gồm nhiều bước. 3.2 Nhược điểm: Phương pháp bảo toàn nguyên tố chỉ áp dụng đối với bài toán hỗn hợp thông thường, đối với bài toán phóng xạ thì có sự tạo thành nguyên tố mới, độ hụt khối nên phương pháp bảo toàn nguyên tố không thể áp dụng được III. Quy trình giải B1: viết các PTPƯ xảy ra B2: xem xét khối lượng các chất trong hỗn hợp trước và sau phản ứng, từ đó suy ra lượng biến đổi của một nguyên tố B3: - áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố để thiết lập phương trình bảo toàn cho từng nguyên tố - Kết hợp với các phương trình đại số tìm được từ các dữ kiện bài ra thiết lập hệ phương trình B4: giải các hệ phương trình thu được nghiệm cần tìm IV. Ví dụ chứng minh 4.1 Dùng CO để khử hỗn hợp gồm a mol FeO, b mol Fe2O3 thu được hỗn hợp chất rắn B gồm x mol Fe2O3 dư, y mol Fe3O4 , z mol FeO dư, t mol Fe. Lập biểu thức liên hệ giữa a, b, x, y, z, t? Hướng dẫn giải: Sơ đồ phản ứng: ( FeO, Fe2O3) CO ( FeO, Fe2O3, Fe3O4, Fe ) Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố cho nguyên tố Fe: Nghĩa là: a + 2b = 2x + 3y +z + t 4.2 Đốt cháy 0,46 gam hợp chất hữu cơ A thu được 448ml CO2 (đktc) và 0,54 gam H2O. xác định CTPT chất A biết dA/ H2 = 23 Hướng dẫn giải: Đốt cháy A thu được CO2 và H2O chất A chứa C và H có thể chứa Oxi, ta có: 0,448 mC = 22,4 .12 0,24gam 0,54 mH = 18 .2 0,06gam moxi = 0,46 – ( 0,24 + 0,06 ) = 0,16 gam Mặt khác: MA = 23.dA/H2 = 46 gọi CTPT A là CxHyOz ta có: mC : mH : mO 0,24 : 0,06 : 0,16 x : y : z = 12 1 16 12 1 16 = 2: 6 :1 → CTPT A là: C2H6O 4.3 Đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp X: C2H4, C3H6, C4H8, C5H10 thì thu được 54,296 gam CO2 và a gam H2O. Tính a và m? Hướng dẫn giải: C2H4, C3H6, C4H8, C5H10 thuộc dãy đồng đẳng của etilen. Gọi CT tổng quát của các hidrocacbon trên là CnH2n Phản ứng đốt cháy: CnH2n + 02 → nCO2 + nH2O 54,296 1,234mol Ta có: nCO2 = nH2O = 44 a = mH2O = 1,234.18 = 22,212 gam áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố: 54,296.12  22,212.2 17,276gam mX = mC(CO2) + mH(H2O) = 44 18 4.4 Từ 9,6 gam bột lưu huỳnh có thể điều chế được bao nhiêu lít dung dịch H2SO4 2M ( H = 100% ) Hướng dẫn giải: Sơ đồ phản ứng: S → H2SO4 Áp dụng định luật bảo toàn cho nguyên tố S 9,6 = 0,3 mol n H2SO4 = nS(ban đầu) = 32 vậy thể tích H2SO4 điều chế được là: 0,3 0,15lít 2 BÀI TẬP ÁP DỤNG 1) Cho m(g) hỗn hợp FeO, Fe3O4, Fe2O3 tan vừa hết trong V (lít) dung dịch H2SO4 loãng thì thu được một dung dịch A. Chia đung dịch A làm 2 phần bằng nhau. Phần 1: tác dụng với dung dịch NaOH dư, lọc lấy kết tủa nung nóng trong không khí đến khối lượng không đổi thu được 8,8 gam chất rắn. Phần 2: làm mất màu vừa đúng 100ml dung dịch KMnO4 0,1M trong môi trường H2SO4 loãng dư. a) Viết các phương trình hóa học xảy ra. b) Tính m , V ( nếu dung dịch H2SO4 có nồng độ 0,5M). Hướng dẫn: Xem Fe3O4 như hỗn hợp FeO và Fe2O3 Vậy hỗn hợp xem như chỉ có FeO và Fe2O3 : số mol lần lượt x,y. Có thể giải theo phương pháp bảo toàn nguyên tố Fe. ( các oxit ) = 2  0,055 = 0,11 mol ( FeO ) =  ( Fe2O3 ) = Vậy khối lượng hỗn hợp đầu : m = 2( 0,05  72 + ) = 16,8 gam. Số mol H2SO4 = 0,1 + (3  0,06) = 0,28 mol.  thể tích V = 0,56 lít.  Thí dụ 2 Hòa 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  Thí dụ 3 Đun nóng hỗn hợp bột gồm 0,06 mol Al, 0,01 mol Fe3O4, 0,015 mol Fe2O3 và 0,02 mol FeO một thời gian. Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp rắn sau phản ứng bằng dung dịch HCl dư, thu được dung dịch X. Thêm NH3 vào X cho đến dư, lọc kết tủa, đem nung ngoài không khí đến khối lượng không đổi thu được m gam chất rắn. Giá trị của m là  Thí dụ 4  Đốt cháy 6,72 gam bột Fe trong không khí thu được hỗn hợp X gồm FeO, Fe3O4, Fe2O3. Để hòa tan X cần dùng vừa hết 255 ml dung dịch chứa HNO3 2M, thu được V lít khí NO2 (sản phẩm khử duy nhất, đo ở đktc). Giá trị của V là  Thí dụ 5  Lấy a mol NaOH hấp thụ hoàn toàn 2,64 gam khí CO2, thu được đúng 200 ml dung dịch D. Trong dung dịch D không còn NaOH và nồng độ của ion CO32− là 0,2 mol/l. a có giá trị là Thí dụ 6 Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp gồm x mol FeS2 và y mol Cu2S vào axit HNO3 (vừa đủ), thu được dung dịch X (chỉ chứa hai muối sunfat) và khí duy nhất NO. Tỉ số của x/y là  Thí dụ 7  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  Thí dụ 8  Đốt cháy một hỗn hợp hiđrocacbon X thu được 2,24 lít CO2 (đktc) và 2,7 gam H2O. Thể tích O2 đã tham gia phản ứng cháy (đktc) là  Thí dụ 9  Tiến hành crackinh ở nhiệt độ cao 5,8 gam butan. Sau một thời gian thu được hỗn hợp khí X gồm CH4, C2H6, C2H4, C3H6 và C4H10. Đốt cháy hoàn toàn X trong khí oxi dư, rồi dẫn toàn bộ sản phẩm sinh ra qua bình đựng H2SO4 đặc. Độ tăng khối lượng của bình H2SO4 đặc là  Thí dụ 10  Đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp hai rượu đơn chức cùng dãy đồng đẳng cần dùng vừa đủ V lít khí O2 (đktc), thu được 10,08 lít CO2 (đktc) và 12,6 gam H2O. Giá trị của V là  Thí dụ 11  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, bình 2 đựng Ca(OH)2 dư thấy khối lượng bình 1 tăng 14,4 gam. Khối lượng tăng lên ở bình 2 là  Thí dụ 12  Đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol anđehit đơn chức X cần dùng vừa đủ 12,32 lít khí O2 (đktc), thu được 17,6 gam CO2. X là anđehit nào dưới đây ?

PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG

Nội dung