Giáo trình Chủ đề 7: Định luật bảo toàn khối lượng – định luật bảo toàn mol nguyên tử - Định luật bảo toàn nguyên tố

 Chủ đề 7: ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG –ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN MOL NGUYÊN TỬ - ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN NGUYÊN TỐ !
ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN KHỐI LƯỢNG
*Trong một phản ứng hóa học:
-Tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng = Tổng khối lượng các chất tạo thành.
-Tổng khối lượng các chất trước phản ứng = Tổng khối lượng các chất sau phản ứng.
*Phạm vi sử dụng: Trong bài toán xảy ra nhiều phản ứng, lúc này đôi khi không cần thiết phải viết các phương trình phản ứng mà chỉ cần lập sơ đồ phản ứng để thấy mối quan hệ tỉ lệ mol giữa các chất cần xác định cũng như các chất mà đề bài cho.
***Giả sử có phản ứng giữa A và B tạo ra C và D, thì theo định luật bảo toàn khối lượng, ta có:
mA + mB = mC + mD
- Hệ quả 1 : Gọi mT là tổng khối lượng các chất trước phản ứng, mS là tổng khối lượng các chất sau phản ứng. Dù cho phản ứng xảy ra vừa đủ hay có chất dư, hiệu suất phản ứng nhỏ hơn 100% thì vẫn có: mS= mT
- Hệ quả 2 : Tổng khối lượng của một nguyên tố trước phản ứng bằng tổng khối lượng của nguyên tố đó sau phản ứng.
Cần lưu ý: không tính khối lượng của phần không tham gia phản ứng cũng như phần chất có sẵn, chẳng hạn: nước có sẵn trong dung dịch.
VD: Đốt cháy hoàn toàn 0,24g Mg trong không khí, người ta thu được 0,4g magie oxit. Em hãy tìm công thức hóa học đơn giản của magie oxit.
Giải: Do đây là phản ứng “ đốt cháy hoàn toàn” nên Mg phản ứng hết, do đó sản phẩm không còn chứa Mg.
-Số mol nguyên tử Mg tham gia phản ứng là: nMg = 0,24 : 24 = 0,01 (mol)
- Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, ta có khối lượng O tham gia phản ứngvới Mg là:
mO = 0,4 - 0,24 = 0,16 (g)
-Số mol nguyên tử O kết hợp với Mg là: nO = 0,16 :16 = 0,01 (mol)
Như vậy : 0,01 mol nguyên tử Mg kết hợp với 0,01 mol nguyên tử O
 1 mol nguyên tử Mg kết hợp với 1 mol nguyên tử O
Vậy, công thức hóa học đơn giản của magie oxit là: MgO
ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN MOL NGUYÊN TỬ.
Nguyên tắc: Trong mọi quá trình biến đổi hóa học: “số mol nguyên tố trong các chất luôn được bảo toàn”.
- Hệ quả : Trong phản ứng khử oxit kim loại bằng CO, H2, Al
+ Chất khử lấy oxi của oxit tạo ra CO2, H2O, Al2O3. Biết số mol CO, H2, Al tham gia phản ứng hoặc số mol CO2, H2O, Al2O3 tạo ra, ta tính được lượng oxi trong oxit (hay hỗn hợp oxit) và suy ra lượng kim loại (hay hỗn hợp kim loại).
+ Khi khử oxit kim, CO hoặc H2 lấy oxi ra khỏi oxit. Khi đó ta có : H2 , CO lấy đi oxi của oxit theo sơ đồ: H2 + O H2O
 CO + O CO2 
 Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, tính khối lượng hỗn hợp oxit ban đầu hoặc khối lượng kim loại thu được sau phản ứng.
VD: Hỗn hợp A gồm 46,4g (FeO, Fe2O3, Fe3O4) . Khử hoàn toàn hỗn hợp oxit trên cần vừa đủ V (lít) CO (đktc) thu được 33,6g Fe kim loại. Giá trị V là:
 A. 17,92 	 B. 16,8 C. 12,4	 D. Kết quả khác.
Giải: Ta thấy 1 phân tử CO kết hợp với 1 nguyên tử O tạo nên 1 phân tử CO2 nên CO lấy đi oxi của oxit theo sơ đồ: CO + O CO2
Áp dụng định luật bảo toàn mol nguyên tử , ta có: nCO = nO = 12,8 : 16 = 0,8 (mol)
Ta có: mO = m hỗn hợp oxit – mFe = 46,4 – 33,6 =12,8 (g)
Vậy VCO = 0,8. 22,4 = 17,92 (lít). à Đáp án đúng là A
*Nhận xét: Nếu khử oxit kim loại bằng các chất khử H2, C, CO, Al ... từ tỷ lệ kết hợp và cách giải như trên ta có thể làm được nhiều dạng toán tính khối lượng oxit, khối lượng kim loại sinh ra hay tính khối lượng chất khử.
ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN NGUYÊN TỐ
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 X bất kỳ trước và sau phản ứng luôn bằng nhau.”
 *** Phương pháp này thường áp dụng cho các bài toán xảy ra nhiều phản ứng và để giải nhanh ta chỉ cần thiết lập sơ đồ quan hệ giữa các chất.
VD1: Trong phản ứng nhiệt nhôm xảy ra giữa a (mol) Al và b (mol) Fe2O3 theo sơ đồ:
Giải: Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố, ta luôn có: 
Tổng số mol Fe (hay Al) trước phản ứng = Tổng số mol Fe (hay Al) sau phản ứng.
Hay: 
VD2: Ta có sơ đồ phản ứng sau:
Giải: Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố, ta luôn có: 
Tổng số mol Fe trong hỗn hợp A = Tổng số mol Fe trong hỗn hợp B.
Hay: 
BÀI TẬP TỔNG HỢP !
VD1: Khử hoàn toàn 40g FexOy thành kim loại cần 16,8 lit H2 (đktc). Công thức oxit là:
A. FeO	 B. Fe3O4 	C. Fe2O3 	D. Không xác định được
Giải: Ta có: 
Ta có, H2 lấy đi oxi của oxit theo sơ đồ: H2 +	O 	H2O
Trong oxit ta thấy: 1 phân tử H2 kết hợp với 1 nguyên tử O tạo nên 1 phân tử H2O.
Áp dụng định luật mol nguyên tử, ta có:
Mà mFe = m oxit – mO = 40 - 12 = 28 (g)
Theo tỉ lệ: à Oxit là Fe2O3
==> Đáp án đúng là C.
VD2: Thổi từ từ V (lít) hỗn hợp khí (đktc) gồm CO và H2 đi qua một ống đựng 16,8g hỗn hợp 3 oxit: CuO, Fe3O4, Al2O3 nung nóng, phản ứng hoàn toàn. Sau phản ứng thu được m (g) chất rắn và một hỗn hợp khí cùng hơi nặng hơn khối lượng của hỗn hợp V là 0,32g. Vậy V và m lần lượt là:
A. 0,224 và 14,48	B. 0,448 và 18,46	
C. 0,112 và 12,28	D. 0,448 và 16,48 
Giải: Ta có H2 và CO lấy đi oxi của oxit theo sơ đồ:
	CO + O ¾® CO2
	 H2 + O ¾® H2O.
Khối lượng hỗn hợp khí cùng hơi tạo thành nặng hơn hỗn hợp khí ban đầu chính là khối lượng của nguyên tử Oxi trong các oxit tham gia phản ứng. Do vậy:
	mO = 0,32 (g).
Þ	 	.
Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, ta có:
	moxit = mchất rắn + mO
16,8 = m + 0,32 m = 16,48 (g).
Þ ( lít) Þ Đáp án đúng là D
VD3: Cho một luồng khí CO đi qua ống đựng 0,01 mol FeO và 0,03 mol Fe2O3 (hỗn hợp A) đốt nóng. Sau khi kết thúc thí nghiệm thu được 4,784g chất rắn B gồm 4 chất. Hoà tan chất rắn B bằng dung dịch HCl dư, thấy thoát ra 0,6272 lít H2 (ở đktc). Biết rằng trong B, số mol oxit sắt từ bằng 1/3 tổng số mol sắt (II) oxit và sắt (III) oxit. Hỏi số mol oxit sắt từ trong hỗn hợp B là bao nhiêu?
A. 0,006 mol 	 B. 0,001 mol	 C. 0,01 mol	 D. 0,012 mol
Giải: Ta có: . Khi đó, ta lập được sơ đồ phản ứng sau:
Hỗn hợp A + CO ® 4,784g chất rắn B 
Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố, ta có:
Tổng số mol Fe trong hỗn hợp A = Tổng số mol Fe trong hỗn hợp B.
Hay: 
-Mặt khác, theo bài ra ta có: 
Hơn nữa: n B = 4,784 = 160a + 232b + 72c + 56d (3)
-Trong chất rắn B, chỉ có Fe tác dụng hết với dung dịch HCl dư mới tạo khí H 2 theo phương trình phản ứng: Fe + 2HCl ® FeCl2 + H2
 Mol: d	 0,028 	 à d = 0,028 (4)
Vậy, từ (1,2,3,4) ta có: 
Vậy số mol của oxit sắt từ là 0,006 mol. à Đáp án đúng là A.
VD4: Khử hoàn toàn 24g hỗn hợp CuO và FexOy bằng H2 dư ở nhiệt độ cao thu được 17,6g hỗn hợp 2 kim loại. Khối lượng H2O tạo thành là:
A. 1,8g	 B. 5,4g	C. 7,2g 	D. 3,6g
Giải: Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng, ta có:
 mO (trong oxit) = moxit - mkimloại = 24 - 17,6 = 6,4 (g) à nO = 6,4 : 16 = 0,4 (mol)
Ta có, H2 lấy đi oxi của oxit theo sơ đồ: H2 + O ¾® H2O
Áp dụng định luật bảo toàn mol nguyên tử, ta có: à Đáp án đúng là C.
VD5: Đốt cháy hoàn toàn một sợi dây đồng nặng 2,56g trong không khí. Làm nguội chất rắn thu được, rồi hòa tan trong lượng dư dung dịch HCl, được dung dịch A. Cho A tác dụng với lượng dư dung dịch NaOH thu được kết tủa B.
Viết các phương trình phản ứng xảy ra.
Tính lượng kết tủa B.
Giải: a) Các phương trình phản ứng xảy ra:
- Do HCl dư, hơn nữa HCl lại tác dụng với NaOH dễ dàng hơn nên sẽ xảy ra phản ứng (3) trước.
- Vì NaOH lấy dư, nên lượng CuCl2 cũng tham gia phản ứng hết.
Vậy, trong A gồm có dung dịch muối CuCl2 vừa tạo thành và lượng dung dịch HCl dư.
 B là Cu(OH)2 kết tủa xanh lơ.
b)Theo (1,2,4) ta có sơ đồ hợp thức:
Áp dụng định luật bảo toàn số mol nguyên tử, ta có:
Vậy khối lượng kết tủa B là:
VUI HÓA HỌC!
1. Thuốc hiện hình
  Lấy giấy lọc tẩm dung dịch phenoltalein rồi phơi khô nó vẫn có màu trắng. Lấy giấy này cắt thành chữ hay thành hình tùy ý rồi dán lên giấy trắng. Nhúng tờ giấy này vào dung dịch kiềm loãng, chữ hay hình sẽ hiện lên bằng màu hồng rất đẹp như khi rửa ảnh vậy.
2. Cắt chảy máu tay
Bạn cầm một con dao sáng loáng cứa vào lòng bàn tay, lập tức lưỡi dao của bạn bị nhuốm “máu” và từ lòng bàn tay những giọt “máu” đỏ tươi chảy xuống.
 Bạn rửa sạch “máu” và đưa lòng bàn tay vừa bị cắt cho mọi người xem. Nhưng lạ thay! Tay bạn không hề bị thương.
 Cách làm: Dùng dung dịch FeCl3 nồng độ 3 – 5% (màu vàng nhạt) xoa lòng bàn tay nói rằng đó là “nước iot loãng” để sát trùng trước khi cắt, và dùng dung dịch KCNS nồng độ 3 – 5% (không màu) làm “nước” để rửa lưỡi dao. Chú ý: Cần để cho các dung dịch trên còn dính lại trong lòng bàn tay và trên lưỡi dao càng nhiều càng tốt. Dùng lưỡi dao cùn nhưng đã được đánh sáng loáng lướt nhẹ lên lòng bàn tay, lập tức “máu” sẽ chảy ra.
 Giải thích: FeCl3 tác dụng với KCNS tạo thành chất Fe(CNS)3 có màu đỏ máu.
FeCl3 + 3KCNS ---> Fe(CNS)3 + 3KCl
 Màu đỏ xuất hiện ngay cả trong những dung dịch có nồng độ ion Fe3+ rất thấp, nên phản ứng tạo ra Fe(CNS)3 được sử dụng rộng rãi trong phân tích định tính và định lượng.