Định luật bảo toàn nguyên tố là gì? Phương pháp, các dạng bài tập từ A – Z

Trong bài viết dưới đây, Samsung Contest tiếp tục chia sẻ tới các bạn phương pháp định luật bảo toàn nguyên tố và các dạng bài tập thường gặp có lời giải để các bạn cùng tham khảo để hệ thống lại kiến thức của mình nhé

Định luật bảo toàn nguyên tố là gì?

Trong các phản ứng hóa học thông thường, các nguyên tố luôn được bảo toàn như vậy có nghĩa: Tổng số mol nguyên tử của một nguyên tố X bất kỳ trước và sau phản ứng luôn bằng nhau. Mở rộng: Tổng khối lượng các nguyên tố tạo thành hợp chất bằng khối lượng của hợp chất đó.

Phương pháp định luật bảo toàn nguyên tố

Hạn chế viết phương trình phản ứng mà viết sơ đồ phản ứng biểu diễn sự biến đổi của nguyên tố đang cần quan tâm

Từ số mol của nguyên tố chúng ta quan tâm sẽ tính ra được số mol của các chất
Số mol nguyên tố trong hợp chất bằng số nguyên tử của nguyên tố đó trong hợp chất nhân với số mol hợp chất chứa nguyên tố đó

  • Giả sử ta có hợp chất AxBy có số mol là a (mol).
  • Khi đó số mol nguyên tố A và B trong hợp chất là: dinh-luat-bao-toan-nguyen-to-1

Tham khảo:

Bài tập ứng dụng định luật bảo toàn nguyên tố

Hầu hết tất cả các dạng bài tập đều có thể sử dụng phương pháp bảo toàn nguyên tố, đặc biệt là các dạng bài hỗn hợp nhiều chất, xảy ra biến đổi phức tạp. Thường sử dụng trong các trường hợp sau:

Dạng 1: Từ nhiều chất ban đầu tạo thành sản phẩm

Phương pháp: Từ dữ kiện đề bài ⇒ số mol của nguyên tố X trong các chất ban đầu ⇒ tổng số mol trong sản phẩm ⇒ số mol sản phẩm

Ví dụ 1: Đốt cháy 4,16 gam hỗn hợp Mg và Fe trong khí O2, thu được 5,92 gam hỗn hợp X chỉ gồm các oxit. Hòa tan hoàn toàn X trong dung dịch HCl vừa đủ, 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, thu được 6 gam chất rắn. Mặt khác cho Y tác dụng với dung dịch AgNO3 dư, thu được m gam kết tủa. Giá trị của m bằng bao nhiêu?

Lời giải

dinh-luat-bao-toan-nguyen-to

+ Tương tự như trên ta cần phải tính được nAg, nung Z thu được oxit có m = 6g > mX(5,92g)

⇒ Trong X phải có FeO,

Do đó khối lượng O dùng để oxi hóa Fe2+ trong X thành Fe3+ là:

mO+ = 6 – 5,92 = 0,08g

nO+ = 0,08 : 16 = 0,005 mol

Fe2+ → Fe3+ + 1e

O0 + 2e → O-2

nFe3+ = 2nO = 0,01 mol

Fe3+ + Ag+ → Fe2+ + Ag

0,01      →                     0,01

m↓ = mAg + mAgCl = 0,01.108 + 0,22.143,5 = 32,65g

Ví dụ 2: Đốt cháy hoàn toàn m gam hỗn hợp X gồm hai este đồng phân cần dùng 27,44 lít khí O2 thu được 23,52 lít khí CO2 và 18,9 gam H2O. Nếu cho m gam X tác dụng hết với 400 ml dung dịch NaOH 2M, cô cạn dung dịch sau phản ứng thì thu được 27,9 gam chất rắn khan, trong đó có a mol muối Y và b mol muối Z (My < Mz). Các thể tích khí đều đo ở điều kiện tiêu chuẩn. Tỉ lệ a : b là bao nhiêu?

Lời giải

Công thức chung của X có dạng CnH2nO2

Bảo toàn nguyên tố O:

nO(X) = 2nCO2 + nH2O – 2nO2 = 0,7

nX = nO(X) = 0,35 ⇒ n = nCO2/nX = 3

Do đó X gồm HCOOC2H5: a mol và CH3COOCH3: b mol với a + b = 0,35 (1)

27,9 gam chất rắn khan chứa 0,05 mol NaOH dư nên 68a + 82b + 0,05.40 = 27,9 (2)

Từ (1) và(2) có a = 0,2 và b = 0,15⇒ a : b = 4 : 3

Dạng 2: Từ một chất ban đầu tạo thành hỗn hợp nhiều sản phẩm

Phương pháp: Từ dữ kiện đề bài ⇒ Tổng số mol ban đầu, số mol của các hợp phần đã cho ⇒ số mol chất cần xác định

Ví dụ 1: Đốt cháy 9,8g bột Fe trong không khí thu được hỗn hợp rắn X gồm FeO, Fe3O4 và Fe2O3. Để hòa tan X cần dùng vừa hết 500ml dung dịch HNO3 1,6M, thu được V lít khí NO ( sản phẩm khử duy nhất). Gía trị của V bằng bao nhiêu?

Lời giải

Bảo toàn nguyên tố Fe: nFe(NO3)3 = nFe = 0,175 mol

Bảo toàn nguyên tố N:

nNO = nHNO3 – 3nFe(NO3)3 = 0,5.16 – 3.0,175 = 0,275 mol

⇒ V = 0,275.22,4 = 6,16 lít

Dạng 3: Từ nhiều chất ban đầu tạo thành nhiều sản phẩm

Đối với dạng bài này không cần thiết phải tìm chính xác số mol của từng chất, chỉ quan tâm: ∑nX(trước) = ∑nX(sau) ( chỉ quan tâm đến tổng số mol của các nguyên tố trước và sau phản ứng)

Ví dụ 1: Hòa tan m gam hỗn hợp X gồm FeO, Fe(OH)2, Fe(OH)3  trong dung dịch HNO3 vừa đủ thu được dung dịch Y và khí NO (sản phẩm khử duy nhất, đktc). Cô cạn dung dịch Y và lấy chất rắn thu được nung đến khối lượng không đổi thu được 30,4 gam chất rắn khan. Nếu cho 11,2 gam Fe vào dung dịch Y thu được dung dịch Z và p gam chất rắn không tan. p có giá trị bằng bao nhiêu?

Lời giải

dinh-luat-bao-toan-nguyen-to-2

Ví dụ 2: Hỗn hợp X gồm axit fomic, axit acrylic, axit oxalic và axit axetic . Cho m gam X phản ứng hết với dung dịch NaHCO3 thu được 0,672 lít CO2 (đktc). Đốt cháy hoàn toàn m gam X cần 1,008 lít O2 (đktc), thu được 2,42 gam CO2 và a gam H2O. Giá trị của a bằng bao nhiêu?

Nhận thấy: Cứ 1 nhóm -COOH phản ứng với NaHCO3 tạo 1 phân tử CO2

Nên n-COOH = nCO2 = 0,03 → nO(X) = 2n-COOH = 0,06

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố O ta có

nH2O = nO(X) + 2nO2 – nCO2 = 0,04

⇒ a = 18.0,04 = 0,72g

Hy vọng với những kiến thức mà chúng tôi vừa chia sẻ có thể giúp các bạn nhớ được định luật bảo toàn nguyên tố để áp dụng vào bài tập nhanh chóng nhé