Giáo trình Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng (tiết 1)

ÁP DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG
Nguyên tắc của phương pháp này khá đơn giản, dựa vào định luật bảo toàn khối lượng: “Tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng tổng khối lượng các chất tạo thành trong phản ứng”. Cần lưu ý là: không tính khối lượng của phần không tham gia phản ứng cũng như phần chất có sẵn, ví dụ nước có sẵn trong dung dịch.
Khi cô cạn dung dịch thì khối lượng muối thu được bằng tổng khối lượng các cation kim loại và anion gốc axit.
Ví dụ 1: 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.	PC. 70,4 gam.	D. 140,8 gam.
Hướng dẫn giải
Các phản ứng khử sắt oxit có thể có:
	3Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO2	(1)
	Fe3O4 + CO 3FeO + CO2	(2)
	FeO + CO Fe + CO2	(3)
Như vậy chất rắn A có thể gồm 3 chất Fe, FeO, Fe3O4 hoặc ít hơn, điều đó không quan trọng và việc cân bằng các phương trình trên cũng không cần thiết, quan trọng là số mol CO phản ứng bao giờ cũng bằng số mol CO2 tạo thành.
	mol.
Gọi x là số mol của CO2 ta có phương trình về khối lượng của B:
	44x + 28(0,5 - x) = 0,5 ´ 20,4 ´ 2 = 20,4
nhận được x = 0,4 mol và đó cũng chính là số mol CO tham gia phản ứng.
Theo ĐLBTKL ta có: 
	mX + mCO = mA + 
Þ	m = 64 + 0,4 ´ 44 - 0,4 ´ 28 = 70,4 gam. (Đáp án C)
Ví dụ 2: Đun 132,8 gam hỗn hợp 3 rượu no, đơn chức với H2SO4 đặc ở 140oC thu được hỗn hợp các ete có số mol bằng nhau và có khối lượng là 111,2 gam. Số mol của mỗi ete trong hỗn hợp là bao nhiêu?
	A. 0,1 mol.	B. 0,15 mol. 	C. 0,4 mol.	PD. 0,2 mol.
Hướng dẫn giải
Ta biết rằng cứ 3 loại rượu tách nước ở điều kiện H2SO4 đặc, 140oC thì tạo thành 6 loại ete và tách ra 6 phân tử H2O.
Theo ĐLBTKL ta có
	 gam
Þ	mol.
Mặt khác cứ hai phân tử rượu thì tạo ra một phân tử ete và một phân tử H2O do đó số mol H2O luôn bằng số mol ete, suy ra số mol mỗi ete là mol. (Đáp án D)
Nhận xét: Chúng ta không cần viết 6 phương trình phản ứng từ rượu tách nước tạo thành 6 ete, cũng không cần tìm CTPT của các rượu và các ete trên. Nếu các bạn xa đà vào việc viết phương trình phản ứng và đặt ẩn số mol các ete để tính toán thì không những không giải được mà còn tốn quá nhiều thời gian.
Ví dụ 3: Cho 12 gam hỗn hợp hai kim loại Fe, Cu tác dụng vừa đủ với dung dịch HNO3 63%. Sau phản ứng thu được dung dịch A và 11,2 lít khí NO2 duy nhất (đktc). Tính nồng độ % các chất có trong dung dịch A.
A. 36,66% và 28,48%. PB. 27,19% và 21,12%. C. 27,19% và 72,81%.	D. 78,88% và 21,12%.
Hướng dẫn giải
	Fe + 6HNO3 ¾® Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
	Cu + 4HNO3 ¾® Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
	mol ® mol.
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:
Đặt nFe = x mol, nCu = y mol ta có:
	 ® 
Þ	 
	 (Đáp án B)
Ví dụ 4: Hoà tan hoàn toàn 23,8 gam hỗn hợp một muối cacbonat của các kim loại hoá trị (I) và muối cacbonat của kim loại hoá trị (II) trong dung dịch HCl. Sau phản ứng thu được 4,48 lít khí (đktc). Đem cô cạn dung dịch thu được bao nhiêu gam muối khan?
	A. 13 gam.	B. 15 gam. 	PC. 26 gam.	D. 30 gam.
Hướng dẫn giải
	M2CO3 + 2HCl ¾® 2MCl + CO2 + H2O
	R2CO3 + 2HCl ¾® 2MCl2 + CO2 + H2O
	mol
Þ Tổng nHCl = 0,4 mol và 
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:
	23,8 + 0,4´36,5 = mmuối + 0,2´44 + 0,2´18
Þ	mmuối = 26 gam. (Đáp án C)
Ví dụ 5: Hỗn hợp A gồm KClO3, Ca(ClO2)2, Ca(ClO3)2, CaCl2 và KCl nặng 83,68 gam. Nhiệt phân hoàn toàn A ta thu được chất rắn B gồm CaCl2, KCl và 17,472 lít khí (ở đktc). Cho chất rắn B tác dụng với 360 ml dung dịch K2CO3 0,5M (vừa đủ) thu được kết tủa C và dung dịch D. Lượng KCl trong dung dịch D nhiều gấp 22/3 lần lượng KCl có trong A. % khối lượng KClO3 có trong A là
	A. 47,83%.	B. 56,72%.	C. 54,67%.	PD. 58,55%.
Hướng dẫn giải
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có: 
	mA = mB + 
	® mB = 83,68 - 32´0,78 = 58,72 gam.
Cho chất rắn B tác dụng với 0,18 mol K2CO3
Hỗn hợp B hỗn hợp D
Þ	
Þ	 
Þ	
Þ	
Theo phản ứng (1):
	 (Đáp án D)
Ví dụ 6: Đốt cháy hoàn toàn 1,88 gam chất hữu cơ A (chứa C, H, O) cần 1,904 lít O2 (đktc) thu được CO2 và hơi nước theo tỉ lệ thể tích 4:3. Hãy xác định công thức phân tử của A. Biết tỉ khối của A so với không khí nhỏ hơn 7.
	PA. C8H12O5.	B. C4H8O2.	C. C8H12O3.	D. C6H12O6.
Hướng dẫn giải
	1,88 gam A + 0,085 mol O2 ® 4a mol CO2 + 3a mol H2O.
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:
Ta có:	44´4a + 18´3a = 46 ® a = 0,02 mol.
Trong chất A có:
	 nC = 4a = 0,08 mol
	nH = 3a´2 = 0,12 mol
	nO = 4a´2 + 3a - 0,085´2 = 0,05 mol 
Þ	nC : nH : no = 0,08 : 0,12 : 0,05 = 8 : 12 : 5
Vậy công thức của chất hữu cơ A là C8H12O5 có MA < 203. (Đáp án A)
Ví dụ 7: Cho 0,1 mol este tạo bởi 2 lần axit và rượu một lần rượu tác dụng hoàn toàn với NaOH thu được 6,4 gam rượu và một lượng mưối có khối lượng nhiều hơn lượng este là 13,56% (so với lượng este). Xác định công thức cấu tạo của este.
	A. CH3-COO- CH3.
	PB. CH3OCO-COO-CH3.
	C. CH3COO-COOCH3.
	D. CH3COO-CH2-COOCH3.
Hướng dẫn giải
	R(COOR¢)2 + 2NaOH ¾® R(COONa)2 + 2R¢OH
	 0,1 ® 0,2 ® 0,1 ® 0,2 mol
	 ® Rượu CH3OH.
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:
	meste + mNaOH = mmuối + mrượu
Þ	mmuối - meste = 0,2´40 - 64 = 1,6 gam.
mà	mmuối - meste = meste
Þ	meste = ® Meste = 118 đvC
	R + (44 + 15)´2 = 118 ® R = 0.
Vậy công thức cấu tạo của este là CH3OCO-COO-CH3. (Đáp án B)
Ví dụ 8: Thuỷ phân hoàn toàn 11,44 gam hỗn hợp 2 este đơn chức là đồng phân của nhau bằng dung dịch NaOH thu được 11,08 gam hỗn hợp muối và 5,56 gam hỗn hợp rượu. Xác định công thức cấu tạo của 2 este.
	A. HCOOCH3 và C2H5COOCH3,
	B. C2H5COOCH3 và CH3COOC2H5.
	C. HCOOC3H7 và C2H5COOCH3.
	PD. Cả B, C đều đúng.
Hướng dẫn giải
Đặt công thức trung bình tổng quát của hai este đơn chức đồng phân là .
	 + NaOH ¾® + R¢OH
	 11,44 11,08 5,56 gam
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:
	MNaOH = 11,08 + 5,56 – 11,44 = 5,2 gam
Þ	
Þ	 ® 
Þ	 ® 
Þ	
Þ	CTPT của este là C4H8O2
Vậy công thức cấu tạo 2 este đồng phân là:
	HCOOC3H7 và C2H5COOCH3 
hoặc 	C2H5COOCH3 và CH3COOC2H5. (Đáp án D)
Ví dụ 9: Chia hỗn hợp gồm hai anđehit no đơn chức làm hai phần bằng nhau:
- Phần 1: Đem đốt cháy hoàn toàn thu được 1,08 gam H2O.
- Phần 2: Tác dụng với H2 dư (Ni, to) thì thu được hỗn hợp A. Đem đốt cháy hoàn toàn thì thể tích khí CO2 (đktc) thu được là
	A. 1,434 lít.	B. 1,443 lít.	PC. 1,344 lít.	D. 0,672 lít.
Hướng dẫn giải
Phần 1: Vì anđehit no đơn chức nên = 0,06 mol.
Þ	mol.
Theo bảo toàn nguyên tử và bảo toàn khối lượng ta có:
	mol.
Þ	= 0,06 mol
Þ	= 22,4´0,06 = 1,344 lít. (Đáp án C)
Ví dụ 10: Cho một luồng CO đi qua ống sứ đựng 0,04 mol hỗn hợp A gồm FeO và Fe2O3 đốt nóng. Sau khi kết thúc thí nghiệm thu được B gồm 4 chất nặng 4,784 gam. Khí đi ra khỏi ống sứ cho hấp thụ vào dung dịch Ba(OH)2 dư thì thu được 9,062 gam kết tủa. Phần trăm khối lượng Fe2O3 trong hỗn hợp A là
	PA. 86,96%.	B. 16,04%.	C. 13,04%.	D.6,01%.
Hướng dẫn giải
0,04 mol hỗn hợp A (FeO và Fe2O3) + CO ® 4,784 gam hỗn hợp B + CO2.
	CO2 + Ba(OH)2 dư ¾® BaCO3 ¯ + H2O
và	
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng ta có:
	mA + mCO = mB + 
Þ	mA = 4,784 + 0,046´44 - 0,046´28 = 5,52 gam.
Đặt nFeO = x mol, trong hỗn hợp B ta có:
	 ® 
Þ	%mFeO = 
Þ	%Fe2O3 = 86,96%. (Đáp án A)
MỘT SỐ BÀI TẬP VẬN DỤNG GIẢI THEO PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG
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 H2 (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.
Đáp án các bài tập vận dụng:
1. A
2. B
3. B
4. B
5. D
6. B
7. D
8. a-D, b-B
9. B
10. A