Định luật bảo toàn nguyên tố là gì? Phương pháp bảo toàn nguyên tố kèm VD

Định luật bảo toàn nguyên tố là một trong những kiến thức hóa học được áp dụng rất nhiều trong các bài tập tìm khối lương, thể tích của các chất trước và sau phản ứng hóa học. Chính vì vậy, Hyundai Smart Phone sẽ chia sẻ lý thuyết định luật bảo toàn nguyên tố và phương pháp bảo toàn nguyên tố kèm theo các bài tập có lời giải để các bạn cùng tham khảo

Định luật bảo toàn nguyên tố là gì?

Định nghĩa định luật bảo toàn nguyên tố là các nguyên tố trong các hợp chất luôn được bảo toàn không mất đi mà chuyển từ hợp chất tham gia sang sản phẩm của nó.

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 bảo toàn nguyên tố trong hóa học

Trong các phản ứng hóa học các nguyên tố luôn được bảo toàn ⇒ Số mol nguyên tử của một nguyên tố X bất kì trước và sau phản ứng bằng nhau

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:

• Từ nhiều chất ban đầu tạo thành sản phẩm: 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
• Từ một chất ban đầu tạo thành hỗn hợp nhiều sản phẩm: Từ dữ kiện đề bài ⇒ Tổng số mol ban đầu, số mol của các hợp phần đã cho ⇒ số mol chất cần xác định
• 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: Σn_X(tr) = Σn_X(sau) ( chỉ quan tâm đến tổng số mol của các nguyên tố trước và sau phản ứng)
• Đốt cháy để phân tích thành phần nguyên tố của hợp chất

Chú ý:

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

Tham khảo thêm:

• Phân tử khối là gì? Cách tính phân tử khối kèm VD minh họa
• Cách tính hóa trị của nguyên tố và bài tập có lời giải từ A – Z
• Hiệu suất phản ứng là gì? Công thức tính hiệu suất phản ứng hóa học có VD

Bài tập về định luật bảo toàn nguyên tố có lời giải chi tiết nhất

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

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

Hỗn hợp kim loại và oxit kim loại → hiđroxit kim loại → oxit

Al và Al₂O₃ + các oxit sắt → hỗn hợp rắn → hyđroxit → Al₂O₃ + Fe₂O₃

Ví dụ 1: Một hỗn hợp A gồm anđehit acrylic và một anđehit no, đơn chức X. Đốt cháy hoàn toàn 3,44 gam hỗn hợp trên cần vừa hết 4,592 lít khí oxi (đktc). Cho toàn bộ sản phẩm cháy hấp thụ hết vào dung dịch Ca(OH)2 dư, thu được 17 gam kết tủa. Công thức cấu tạo của X là:

Lời giải

Trước hết ta tính được tất cả những gì có thể tính được ngay:

n _O2 = 4,592 : 22,4 = 0,2-5 mol

n _CaCO3 = 17 : 100 = 0,17 mol

n _CO2 = n _CaCO3 = 0,17 mol

Bảo toàn khối lượng

m _A + m _O2 = m _CO2 + m _H2O

⇒ m _H2O = m _A + m _O2 – m _CO2

= 3,44 + 0,205,32 – 0,17,44 = 2,52 g

⇒ n _H2O = 2,52 : 18 = 0,14 mol

Anđehit đơn chức ⇒ do đó n_A = n_O(trong A)

+ Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố O, ta được:

n_{O(trong A)} + 2n_O(O2) = 2n_CO2 + n_H2O

n_{O(trong A}) = 2.0,17 + 0,14 – 0,205.2 = 0,07 mol

⇒ n _A = 0,07 mol

M^—andehit = 3,44 : 0,07 = 49,44

Vì anđehit acrylic CH₂ = CH – CHO có phân tử khối là 56 nên suy ra được X < 49,14 ⇒ loại ngay đáp án C và D.

+ Vì X là anđehit no đơn chức nên có dạng C_nH_2nO ⇒ n_CO2 = n_H2O

Vì anđehit acrylic là anđehit có một nối đôi, đơn chức có công thức là C₃H₄O

n _C3H4O = n _CO2 – n _H2O

Vậy n_C3H4O = n_CO2 – n_H2O = 0,17 – 0,14 = 0,03 mol

Suy ra số mol của andehit X là

n _X = n _A – n _C3H4O = 0,07 – 0,03 = 0,04mol

Gọi X là khối lượng phân tử của andehit X thì:

mA = _56,0,03 + 0,04.X = 3,44

⇒X = 44 ⇒ X là CH3CHO

Ví dụ 2: Cho 46,6 gam hỗn hợp X gồm Na, K, Ba và Al₂O₃ (trong đó oxi chiếm 30,9% về khối lượng) tan hết vào nước thu được dung dịch Y và 8,96 lít H₂ (đktc). Cho 3,1 lít dung dịch HC1 0,5M vào dung dịch Y thu được m gam kết tủa. Giá trị của m là bao nhiêu?

Lời giải

n _O = (46,6,30,9%) : 16 = 0,9

Bảo toàn nguyên tố O và H ta có:

nAl2O3 = ₁ /3nO = 0,3

nOH- = _2H2 = 0,8

Al ₂ O ₃ + 2OH ^– → 2AlO ₂ + H ₂ O

n_OH-dư = 0,8 – 0,3.2 – 0,2

n_HCl = 1,55

H ⁺⁺ OH ^– → H ₂ O

AlO ₂ ^– + H ⁺ + H ₂ O → Al(OH) ₃ ↓

Al(OH) ₃ + 3H ⁺ → Al ³⁺ + 3H ₂ O

nAl(OH) ₃ = 0,35 m = 27,3g

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

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

Mặc dù có những biến đổi hóa học xảy ra trong quá trình cracking và Y thường là hỗn hợp phúc tạp ( có thể có H2), do phản ứng cracking xảy ra theo nhiều hương, với hiệu suất H < 100%. Nhưng ta chỉ quan tâm đến sự bảo toàn nguyên tố đối với C, H từ đó dễ dàng xác định được tổng lượng của 2 nguyên tố này

Ví dụ 1: Dẫn V lít (ở đktc) hỗn hợp X gồm axetilen và hiđro đi qua ống sứ đựng bột niken nung nóng thu được khí Y. Dẫn khí Y vào lượng dư AgNO₃ trong dung dịch NH₃ thu được 12 gam kết tủa. Khí đi ra khỏi dung dịch phản ứng vừa đủ với 16 gam brom và còn lại khí Z. Đốt cháy hoàn toàn khí Z thu được 2,24 khí CO₂ (ở đktc) và 4,5 gam nước. Giá trị của V bằng bao nhiêu?

Lời giải

CH ₂ = CH ₂ +Br ₂ → CH ₂ Br – CH ₂ Br

n _C2H4 = n _Br2 = 16 : 160 = 0,1 mol

m _C2H4 = 0,1,28 = 2,8g

n _CO2 = 0,1 mol

n _H2O = 0,25 mol

m _Z = m _C + m _H = 0,1,12 + 0,25,2 = 1,7g

HC Ξ CH + 2AgNO ₂ + 2NH ₃ → AgC Ξ CAg + 2NH ₄ NO ₃

n = 12 : 240 = 0,05 mol ⇒ n _C2H2 = 0,05 mol ⇒ m _C2H2 = 1,3g

Bảo toàn nguyên tố C:

n _C2H2 = 0,-5 + 0,1 +0,1/2 = 0,2 mol

⇒m _C2H2 = 0,2,26 = 5,2g

Bảo toàn khối lượng ban đầu:

m_X = 2,8 + 1,7 + 1,3 = 5,8 gam

⇒ m _H2 = 5,8 – 5,2 = 0,6g ⇒ n _H2 = 0,3mol

Tổng thể tích khí: V_X = 22,4. (0,2 + 0,3) = 11,2 lít

Ví dụ 2: Hỗn hợp X gồm C₂H₂ và H₂ có cùng số mol. Lấy một lượng hỗn hợp X cho qua chất xúc tác nung nóng, thu được hỗn hợp Y gồm C₂H₂, C₂H₄, C₂H₆ và H₂. Sục Y vào dung dịch brom dư thì khối lượng brom tăng 10,8 gam và thoát ra 4,48 lít hỗn hợp khí (đktc) có tỉ khối so với H₂ là 8. Thể tích O₂ (đktc) cần để đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp Y là bao nhiêu?

Lời giải

m_Y = khối lượng khí phản ứng với brom + khối lượng khí thoát ra

m _Y = 10,8 + (4,48:22,4).(8.2) = 14g

Theo định luật bảo toàn khối lượng m_Y = m_X = 14g

Gọi số mol mỗi chất trong X là a: 26a + 2a = 14. Suy ra a= 0,5 mol

Theo ĐLBTNT C và H. Số mol O2 dùng để đốt cháy Y cũng chính là số mol O2 dùng để đốt cháy X.

n _O2 = n _C + 1⁄4n _H = 0,5,2 + 1⁄4(0,5,2 + 0,5,2) = 1,5 mol

Thể tích oxi là: V_O = 1,5.22,4 = 33,6 lít

3. 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: Σn_X(tr) = Σn_X(sau) ( chỉ quan tâm đến tổng số mol của các nguyên tố trước và sau phản ứng)

Ví dụ: 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

Bảo toàn nguyên tố Oxi:

Có n_{ancol phản ứng} = n_Cu = nO.(mX – mancol)/16 = 0,14

n _ancol ≥ 0,14 ⇒ M _ancol ≤ 6,44:0,14 = 46

Nên ancol là CH₃OH ⇒ n_anđêhit = n_{ancol phản ứng} = 0,14

n _Ag = 4. n _HCHO = 0,56

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:

n _O(x) = 2n _CO2 + n _H2O – 2n _O2 = 0,7

n _x = 1⁄2n _O(x) = 0,35 ⇒ n = n _CO2 : n _X = 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

Hy vọng với những thông tin mà chúng tôi vừa chia sẻ có thể giúp bạn nắm chắc kiến thức về định luật bảo toàn nguyên tố là gì để vận dụng vào làm bài tập rồi nhé. Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết của chúng tôi