Phát huy các định luật bảo toàn trong giải toán hóa học
Khi thực hành giải toán hoá học, nhiều bạn đã không khỏi thắc mắc khi nào thì dùng
các phương pháp bảo toàn: bảo toàn khối lượng(BTKL)?, bảo toàn electron (bảo toàn
e)?, bảo toàn nguyên tố (BTNT)?, phương pháp tăng giảm khối lượng?... Một gợi ý mà
bạn nên biết, đứng trước bài toán hoá học, bạn hãy nghĩ đến các phương pháp bảo
toàn trên, rồi tuỳ vào đặc điểm cụ thể mà áp dụng một hay kết hợp nhiều phương
pháp để tìm ra kết quả của bài toán đó. Cụ thể hơn, bạn hãy theo dõi các ví dụ sau:
Ví Dụ 1: Hỗn hợp khí A gồm clo và oxi. A phản ứng vừa hết với một hỗn hợp gồm
4,80g Mg và 8,10g Al tạo ra 37,05g hỗn hợp các muối clorua và oxit của 2 kim loại.
Tính thành phần phần trăm theo khối lượng và thể tích của hỗn hợp A.(SGK nâng cao
10 trang 136)
Hướng dẫn:
Để giải bài toán trên, một phương pháp lối mòn là sau khi viết phương trình phản ứng
xảy ra rồi gắn với các biến số tương ứng vào và từ giả thiết kết hợp kĩ với thuật ghép
ẩn toán học để suy ra đáp số. Lời giải sau đây sử dụng các định luật bảo toàn trong
hoá học:
Quá trình nhường e:
Al -> Al3+ + 3e Mg -> Mg2+ + 2e
mol 0,3 3x 0,3 0,2 2x0,2
Quá trình khử:
Cl2 + 2e ->2Cl- (x=nCl2)
mol 2x 2x
O2 +4e -> 2O2- (y= nO2)
mol Y 4y
Bảo toàn e: 2x + 4y = 3x0,3 + 2x0,2 (1)
Bảo toàn khối lượng: 71x + 32y + 4,8 + 8,1 = 37,05
Hay 71x + 32y = 24,45 (2)
Giải (1) và (2) ta sẽ tính được thành phần phần trăm theo khối lượng và theo thể tích
của hỗn hợp A.
Bình luận : Trong lời giải trên đã sử dụng hai định luật bảo toàn (bảo toàn e và
BTKL) giúp sức. Nếu bạn chưa quen với phương pháp này có thể tham khảo quy trình
áp dụng phương pháp bảo toàn e sau đây.
Đứng trước một bài toán hoá học mà phản ứng xảy ra là oxi hoá khử thì hãy nghĩ đến
phương pháp bảo toàn e có nội dung là: “Trong phản ứng oxi hoá khử, tổng số mol e
mà chất khử nhường bằng tổng số mol e mà chất oxi hoá nhận”.
Quy trình áp dụng:
+ Bước 1: Xác định chất khử và chất oxi hoá, nếu chất khử có nhiều trạng thái oxi hoá
(vd Fe) chỉ cần quan tâm trạng thái số oxi hoá đầu và trạng thái số oxi hoá cuối .
+ Bước 2: Viết các quá trình oxi hoá và quá trình khử (có gắn số mol tương ứng của
các chất trong mỗi quá trình)
+ Bước 3: Từ định luật bảo toàn e suy ra mối liên hệ giữa các đại lượng và giải
phương trình để trả lời yêu cầu của bài toán.
Lưu ý: ta có thể kết hợp nhiều định luật bảo toàn để tìm ra kết quả bài toán.
Ví Dụ 2: Để m gam bột sắt ngoài không khí , một thời gian biến thành hỗn hợp B có
khối lượng 12g gồm (Fe, FeO, Fe3O4, Fe2O3). Cho B tác dụng hết với lượng dư dung
dịch HNO3, thấy tạo ra 2,24 lít khí NO duy nhất (đktc). Tính giá trị của m?
Hướng dẫn: Ta có sơ đồ: mg Fe +02-> B (12g) HNO3-> Fe3+
Quá trình oxi hoá: Fe -> Fe3+ + 3e
mol m/56 3. m/56
Quá trình khử: O2 + 4e -> 2O2- ( x= nO2 pư)
mol x 4x
NO3- + 4H+ + 3e -> NO + 4H2O
mol 3x0,1 0,1
Bảo toàn e: 3. m/56 = 4x + 3. 0,1 (1)
Bảo toàn khối lượng: mFe + mO2 = mB -> x= (12 – m)/32 (2)
Giải (1) và (2) thu được m = 10,08 gam Fe.
Bình luận: Khi giải bài toán hoá học , bạn nên tóm tắt các giả thiết của đầu bài theo
một sơ đồ và dành một chút thời gian để tư duy về phương pháp giải nhanh, chính xác
và thích hợp nhất.
Ví Dụ 3: Cho 18,5 g hỗn hợp Z gồm Fe, Fe3O4 tác dụng với 200ml dung dịch HNO3
loãng đun nóng và khuấy đều. Sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn thu được 2,24lít khí
NO duy nhất (đktc) , dung dịch Z1 và còn lại 1,46g kim loại.
• Tính nồng độ mol/l của dung dịch HNO3
• Tính khối lượng muối trong dung dịch Z1.
Hướng dẫn: đặt x= nFe pư; y = nFe3O4
Quá trình oxi hoá: Fe -> Fe2+ + 2e
mol x 2x
Quá trình khử: Fe3O4 + 8H+ + 2e -> 3Fe2+ + 4H2O
mol y 4y 2y
NO3- + 4H+ + 3e -> NO + 2H2O
mol 0,4 3x0,1 0,1
Bảo toàn e: 2x = 2y + 3. 0,1 (1)
kết hợp với: mZ = 18,5 = 56x + 1,46 + 232y (2)
=> x= 0,18 mol Và y = 0,03 mol
2. Muối tạo thành trong dung dịch Z1 là Fe(NO3)2
Bảo toàn nguyên tố Fe suy ra: n Fe(NO3)2 = nFe -> Fe(NO3)2= 0,27 x 180 = 48,6 g.
Bài luyện1 : một hỗn hợp A gồm Cu và Fe có tỉ lệ khối lượng tương ứng là 7:3. Lấy a
gam A cho phản ứng hoàn toàn với dung dịch HNO3 thấy 44,1g HNO3 phản ứng, thu
được 0,75g chất rắn, dung dịch B và 5,6 lít hỗn hợp khí gồm NO và NO2. Cô cạn dung
dịch B thu được m gam muối khan. Giá trị của m là:
A. 2,52 B. 2,22 C. 40,5 D. 45,32
Bài luyện 2 : Hỗn hợp X gồm Cu và Fe có khối lượng 6 g . Tỷ lệ khối lượng giữa Fe
và Cu là 7:8 . Cho lượng X trên vào một lượng dung dịch HNO3 , khuấy đều cho phản
ứng xảy ra hoàn toàn thì thu được phần rắn Y nặng 4,32 g, dung dịch muối sắt và khí
NO(sản phẩm khử duy nhất). Khối lượng muối sắt tạo thành trong dung dịch là:
A . 5,4g B. 7,22g 10,5g D. 25,32g
• Một định luật nữa giúp ta giải nhanh với nhưng bài toán mà tưởng chừng
như thiếu dữ kiện đó là định luật bảo toàn nguyên tố : “Tổng số mol nguyên tử
của nguyên tố A trước phản ứng bằng tổng số mol nguyên tử của nguyên tố A
sau phản ứng”. Định luật này là một hệ quả của định luật bảo toàn khối lượng.
Ví dụ 4:Cho 39,88g hỗn hợp X gồm FeO, Fe2O3 và Fe3O4 tác dụng vừa đủ với dung
dịch chứa 0,69mol H2SO4 loãng thu được dung dịch Y. Cho dung dịch Y tác dụng hết
với lượng dư dung dịch NaOH , lọc lấy kết tủa đem nung trong không khí đến khối
lượng không đổi, thu được m g chất rắn Z. Giá trị của m là:
A. 50,25 B. 60 C. 41,2 D. 65
Hướng dẫn:
Ta thấy nH+ = 2nH2SO4 = 2.nO(oxit)
-> nO(oxit) = nH2SO4 = 0,69 mol
Bảo toàn nguyên tố Fe suy ra:
2nFe2O3 = n Fe/oxit = (39,88 – 16 x 0,69)/56 = 0,515 mol
-> nFe2O3 = 1/2 x 0,515 = 0,2575 mol -> mFe2O3 = 41,2g
Bài luyện : X là một amin. Đốt cháy hoàn toàn m gam X bằng một lượng vừa đủ
không khí (giả sử không khí chỉ gồm 20% O2 và 80% N2), thu được 17,6g CO2, 12,6g
H2O và 69,44 lít N2 (đktc). Nếu dẫn 0,25 mol X trên vào bình đựng dung dịch HCL
(dư) khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, thấy khối lượng của bình tăng lên a gam. Giá trị
của a là:
A. 8,4
B. 5,6
C. 41,2
D. 11,25
Copyright by webtailieu.net