Các phương pháp bảo toàn được sử dụng rộng rãi trong các bài toán để giúp chúng ta thực hiện tính toán nhanh hơn. Một phương pháp bảo toàn vô cùng phổ biến và sử dụng rộng rãi là bảo toàn khối lượng. Bảo toàn khối lượng sẽ giúp ta tính được khối lượng chất hay số mol chất và thuận tiện cho việc tính toán theo đề bài. Biết được phương pháp này, chúng ta nắm được "chìa khóa" nhiều bài toán. Phương pháp này là một phương pháp cơ bản mà chúng ta cần biết.
I. LÝ THUYẾT CẦN NHỚ
1. Định luật bảo toàn khối lượng: “ Trong một phản ứng hóa học, tổng khối lượng của các sản phẩm bằng tổng khối lượng của các chất phản ứng”
Giả sử có phản ứng giữa A + B tạo ra C + D có công thức khối lượng được viết như sau :
mA + mB = mC + mD
VD: Bari clorua +natri sunphat bari sunphat + natri clorua. Có CT khối lượng là:
mbari clorua + mnatri sunphat = mbari sunphat + mnatri clorua
2. Nội dung
mtham gia = msản phẩm
Đối với bài toán sử dụng các chất dư sau phản ứng ta có:
mtrước pư = msau pư
Chú ý: Đối với các phản ứng tạo thành chất kết tủa, bay hơi, khối lượng dung dịch sẽ thay đổi sau phản ứng:
mdd sau phản ứng = mdd trước phản ứng + mchất tan – mkết tủa – mbay hơi
3. Phạm vi sử dụng
Thường sử dụng phương pháp bảo toàn khối lượng trong các bài toán sau:
+ Biết tổng khối lượng chất ban đầu ( tham gia) tính khối lượng chất tạo thành sản phẩm hoặc ngược lại
+ Trong bài toán có n chất mà chúng ta biết khối lượng của (n-1) chất ta sẽ tính được khối lượng chất còn lại
+ Những bài toán ta không thể xác định được số mol do không biết được phân tử khối của các chất
II. BÀI TẬP ÁP DỤNG
Ví dụ 1: Cho 23,4 gam hỗn hợp hai ancol đơn chức, kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng tác dụng hết với 13,8 gam Na, thu được 36,75 gam chất rắn. Hai ancol đó là
A. C2H5OH và C3H7OH
B. C3H7OH và C4H9OH
C. C3H5OH và C4H7OH
D. CH3OH và C2H5OH
Giải:
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, ta có:
mhh acol + mNa = mc/rắn + mH2
⇒ mH2 = mhh acol + mNa – mc/rắn = 23,4 + 13,8 – 36,75 = 0,45g
⇒ nH2 = 0,45/2 = 0,225 mol
⇒ nhỗn hợp ancol = 2 nH2= 2.0,225 = 0,45(mol)
M−ancol = 23,4/0,45 = 52 ⇒ 2 ancol là: C2H5OH và C3H7OH
⇒ Đáp án A
Ví dụ 2: X là một α-amonoaxit, phân tử chứa một nhóm –NH2 và một nhóm –COOH. Cho 0,89g X phản ứng vừa đủ với HCl thu được 1,255g muối. Công thức cấu tạo của X là:
A. CH2 = C(NH2) – COOH
B. H2N-CH = CH – COOH
C. CH3 – CH(NH2) – COOH
D. H2N – CH2 – CH2 – COOH
Giải:
HOOC – R – NH2 + HCl → HOOC – R – NH3Cl
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng: mHCl = mmuối – maminoaxit = 0,365g
⇒ nHCl = naminoaxit = 0,01 mol
⇒ Maminoaxit = 0,89 : 0,01 = 89
X là α-amonoaxit ⇒ X là: CHm3 – CH(NH2) – COOH ⇒ Đáp án C
Với bài toán trên nếu không sử dụng định luật bảo toàn khối lượng quy ra số mol axit mà việc tính toán dựa trên tỉ lệ giữa muối và aminoaxit để tìm ra khối lượng phân tử của aminoaxit thì việc tính toán rất phứ tập
Ví dụ 5: Hỗn hợp X gồm Fe, FeO và Fe2O3. Cho một luồng CO đi qua ống sứ đựng m gam hỗn hợp X nung nóng. Sau khi kết thúc thí nghiệm thu được 64 gam chất rắn A trong ống sứ và 11,2 lít khí B (đktc) có tỉ khối so với H2 là 20,4. Tính giá trị m.
A. 105,6 gam.
B. 35,2 gam.
C. 70,4 gam.
D. 140,8 gam.
Giải:
Khí B gồm: COdư ( x mol) và CO2 (y mol)
nB = x + y = 0,5 mol (1)
MB = 20,4.2 = 40,8g ⇒ mB = 40,8.0,5 = 20,4g
⇒ 28x + 44y = 20,4g (2)
Từ (1)(2) ⇒ x = 0,1 mol; y = 0,4 mol
Ta có: nCO pư = nCO2 = 0,4 mol
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng:
mX + mCO = mA + mCO2
⇒ mCOX = mCOA + mCOCO2 – mCO2 = 64 + 0,4.44 – 0,4.28 = 70,4g
⇒ Đáp án C
Nếu không sử dụng định luật bảo toàn khối lượng để quy ra số mol CO2 và CO pư mà việc tính toán dựa trên đặt ẩn số mol của các oxit thì việc giải ra kết quả rất phức tạp và liên quan đến việc sử dụng toán học khá nhiều
Ví dụ 6: Có 500 ml dung dịch X chứa các ion: K+, HCO3–, Cl– và Ba2+. Lấy 100 ml dung dịch X phản ứng với dung dịch NaOH dư, kết thúc các phản ứng thu được 19,7 gam kết tủa. Lấy 100 ml dung dịch X tác dụng với dung dịch Ba(OH)2 dư, sau khi các phản ứng kết thúc thu được 29,55 gam kết tủa. Cho 200 ml dung dịch X phản ứng với lượng dư dung dịch AgNO3, kết thúc phản ứng thu được 28,7 gam kết tủa. Mặt khác, nếu đun sôi đến cạn 50 ml dung dịch X thì khối lượng chất rắn khan thu được là
A. 23,700 g.
B. 14,175 g.
C. 11,850 g.
D. 10,062 g.
Trong 100ml dung dịch X có 0,1 mol Ba2+, 0,15 mol HCO3–
Trong 200ml dung dịch X có 0,2 mol Cl–
Do đó trong 50ml dung dịch X có 0,05 mol Ba2+, 0,075 mol HCO3– , 0,05 mol Cl– và x mol k+.
Theo định luật bảo toàn điện tích được x = 0,025.
Khi cô cạn xảy ra quá trình:
2HCO3– ⇒ CO32- + CO2 + H2O.
Do đó nCO32- = 0,0375
Vậy khối lượng chất rắn khan thu được là: mK+ + mBa2+ + mCO32- + mCl– = 11,85 (gam)
⇒ Đáp án C
Trên đây là những hướng dẫn về phương pháp bảo toàn khối lượng. Nhìn chung là khối lượng trước phản ứng bằng khối lượng sau phản ứng. Tuy nhiên, cần lưu ý những sản phẩm tạo ra trong quá trình. Hi vọng bạn sẽ thực hiện tốt phương pháp này !
I. LÝ THUYẾT CẦN NHỚ
1. Định luật bảo toàn khối lượng: “ Trong một phản ứng hóa học, tổng khối lượng của các sản phẩm bằng tổng khối lượng của các chất phản ứng”
Giả sử có phản ứng giữa A + B tạo ra C + D có công thức khối lượng được viết như sau :
mA + mB = mC + mD
VD: Bari clorua +natri sunphat bari sunphat + natri clorua. Có CT khối lượng là:
mbari clorua + mnatri sunphat = mbari sunphat + mnatri clorua
2. Nội dung
mtham gia = msản phẩm
Đối với bài toán sử dụng các chất dư sau phản ứng ta có:
mtrước pư = msau pư
Chú ý: Đối với các phản ứng tạo thành chất kết tủa, bay hơi, khối lượng dung dịch sẽ thay đổi sau phản ứng:
mdd sau phản ứng = mdd trước phản ứng + mchất tan – mkết tủa – mbay hơi
3. Phạm vi sử dụng
Thường sử dụng phương pháp bảo toàn khối lượng trong các bài toán sau:
+ Biết tổng khối lượng chất ban đầu ( tham gia) tính khối lượng chất tạo thành sản phẩm hoặc ngược lại
+ Trong bài toán có n chất mà chúng ta biết khối lượng của (n-1) chất ta sẽ tính được khối lượng chất còn lại
+ Những bài toán ta không thể xác định được số mol do không biết được phân tử khối của các chất
II. BÀI TẬP ÁP DỤNG
Ví dụ 1: Cho 23,4 gam hỗn hợp hai ancol đơn chức, kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng tác dụng hết với 13,8 gam Na, thu được 36,75 gam chất rắn. Hai ancol đó là
A. C2H5OH và C3H7OH
B. C3H7OH và C4H9OH
C. C3H5OH và C4H7OH
D. CH3OH và C2H5OH
Giải:
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, ta có:
mhh acol + mNa = mc/rắn + mH2
⇒ mH2 = mhh acol + mNa – mc/rắn = 23,4 + 13,8 – 36,75 = 0,45g
⇒ nH2 = 0,45/2 = 0,225 mol
⇒ nhỗn hợp ancol = 2 nH2= 2.0,225 = 0,45(mol)
M−ancol = 23,4/0,45 = 52 ⇒ 2 ancol là: C2H5OH và C3H7OH
⇒ Đáp án A
Ví dụ 2: X là một α-amonoaxit, phân tử chứa một nhóm –NH2 và một nhóm –COOH. Cho 0,89g X phản ứng vừa đủ với HCl thu được 1,255g muối. Công thức cấu tạo của X là:
A. CH2 = C(NH2) – COOH
B. H2N-CH = CH – COOH
C. CH3 – CH(NH2) – COOH
D. H2N – CH2 – CH2 – COOH
Giải:
HOOC – R – NH2 + HCl → HOOC – R – NH3Cl
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng: mHCl = mmuối – maminoaxit = 0,365g
⇒ nHCl = naminoaxit = 0,01 mol
⇒ Maminoaxit = 0,89 : 0,01 = 89
X là α-amonoaxit ⇒ X là: CHm3 – CH(NH2) – COOH ⇒ Đáp án C
Với bài toán trên nếu không sử dụng định luật bảo toàn khối lượng quy ra số mol axit mà việc tính toán dựa trên tỉ lệ giữa muối và aminoaxit để tìm ra khối lượng phân tử của aminoaxit thì việc tính toán rất phứ tập
Ví dụ 5: Hỗn hợp X gồm Fe, FeO và Fe2O3. Cho một luồng CO đi qua ống sứ đựng m gam hỗn hợp X nung nóng. Sau khi kết thúc thí nghiệm thu được 64 gam chất rắn A trong ống sứ và 11,2 lít khí B (đktc) có tỉ khối so với H2 là 20,4. Tính giá trị m.
A. 105,6 gam.
B. 35,2 gam.
C. 70,4 gam.
D. 140,8 gam.
Giải:
Khí B gồm: COdư ( x mol) và CO2 (y mol)
nB = x + y = 0,5 mol (1)
MB = 20,4.2 = 40,8g ⇒ mB = 40,8.0,5 = 20,4g
⇒ 28x + 44y = 20,4g (2)
Từ (1)(2) ⇒ x = 0,1 mol; y = 0,4 mol
Ta có: nCO pư = nCO2 = 0,4 mol
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng:
mX + mCO = mA + mCO2
⇒ mCOX = mCOA + mCOCO2 – mCO2 = 64 + 0,4.44 – 0,4.28 = 70,4g
⇒ Đáp án C
Nếu không sử dụng định luật bảo toàn khối lượng để quy ra số mol CO2 và CO pư mà việc tính toán dựa trên đặt ẩn số mol của các oxit thì việc giải ra kết quả rất phức tạp và liên quan đến việc sử dụng toán học khá nhiều
Ví dụ 6: Có 500 ml dung dịch X chứa các ion: K+, HCO3–, Cl– và Ba2+. Lấy 100 ml dung dịch X phản ứng với dung dịch NaOH dư, kết thúc các phản ứng thu được 19,7 gam kết tủa. Lấy 100 ml dung dịch X tác dụng với dung dịch Ba(OH)2 dư, sau khi các phản ứng kết thúc thu được 29,55 gam kết tủa. Cho 200 ml dung dịch X phản ứng với lượng dư dung dịch AgNO3, kết thúc phản ứng thu được 28,7 gam kết tủa. Mặt khác, nếu đun sôi đến cạn 50 ml dung dịch X thì khối lượng chất rắn khan thu được là
A. 23,700 g.
B. 14,175 g.
C. 11,850 g.
D. 10,062 g.
Trong 100ml dung dịch X có 0,1 mol Ba2+, 0,15 mol HCO3–
Trong 200ml dung dịch X có 0,2 mol Cl–
Do đó trong 50ml dung dịch X có 0,05 mol Ba2+, 0,075 mol HCO3– , 0,05 mol Cl– và x mol k+.
Theo định luật bảo toàn điện tích được x = 0,025.
Khi cô cạn xảy ra quá trình:
2HCO3– ⇒ CO32- + CO2 + H2O.
Do đó nCO32- = 0,0375
Vậy khối lượng chất rắn khan thu được là: mK+ + mBa2+ + mCO32- + mCl– = 11,85 (gam)
⇒ Đáp án C
Trên đây là những hướng dẫn về phương pháp bảo toàn khối lượng. Nhìn chung là khối lượng trước phản ứng bằng khối lượng sau phản ứng. Tuy nhiên, cần lưu ý những sản phẩm tạo ra trong quá trình. Hi vọng bạn sẽ thực hiện tốt phương pháp này !
