Tài liệu Hóa: Phương pháp bảo toàn mol nguyên tố

- 1 - PHƢƠNG PHÁP BẢO TOÀN MOL NGUYÊN TỐ 1. Nguyên tắc Tổng số mol nguyên tử của một nguyên tố trước và sau phản ứng luôn bằng nhau. Tính số mol nguyên tử của một nguyên tố : nnguyên tử A = x.nX = (số nguyên tử A trong X).số mol X ví dụ : nO = 4.nH2SO4 2. Các ví dụ minh hoạ Ví dụ 1: (2007 - Khối A) Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp gồm 0,12 mol FeS2 và a mol Cu2S vào axit HNO3 (vừa đủ), thu được dung dịch X (chỉ chứa hai muối sunfat) và khí duy nhất NO. Giá trị của a là A. 0,04. B. 0,075. C. 0,12. D. 0,06. Hướng dẫn Sơ đồ phản ứng: 3HNO 2 4 32 2 2 4 Fe (SO )FeS NO H O Cu S CuSO          2FeS2  Fe2(SO4)3 0,12  0,06 Cu2S  2CuSO4 a  2a Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố đối với S, ta có: 20,12 + a = 3 0,06 + 2a  a = 0,06 (mol). Ví dụ 2: Dẫn từ từ V lít khí CO (ở đktc) đi qua một ống sứ đựng lượng dư hỗn hợp rắn gồm CuO, Fe2O3 (ở nhiệt độ cao). Sau khi các phản ứng xảy ra hoàn toàn, thu được khí X. Dẫn toàn bộ khí X ở trên vào lượng dư dung dịch Ca(OH)2 thì tạo thành 4 gam kết tủa. Giá trị của V là A. 1,120. B. 0,896. C. 0,448. D. 0,224. (Trích đề thi TSCĐ năm 2008 - Khối A, B) Hướng dẫn Sơ đồ phản ứng: 2 3 CuO Fe O    + CO 0t  CO2 (X) + hỗn hợp rắn CO2 + Ca(OH)2 dư  CaCO3 + H2O Áp dụng sự bảo toàn số mol đối với nguyên tố C: Cn trong CO = Cn 2trong CO = Cn 3trong CaCO  Cn trong CO = 3CaCO n  = 4 100 = 0,04 (mol) - 2 - Vậy V = 0,0422,4 = 0,896 (l). Ví dụ 3: Hoà tan hỗn hợp X gồm 0,2 mol Fe và 0,1 mol Fe2O3 vào dung dịch HCl dư được dung dịch Y. Cho dung dịch Y tác dụng với dung dịch NaOH dư thu được kết tủa. Lọc kết tủa, rửa sạch đem nung trong không khí đến khối lượng không đổi thu được m gam chất rắn Z. Giá trị của m là A. 16,0. B. 24,0. C. 28,8. D. 32,0. Hướng dẫn Sơ đồ các phản ứng: 2 3 Fe X Fe O    HCl  2 3 FeCl Y FeCl    NaOH   2 3 Fe(OH) Fe(OH)    0t  Z (Fe2O3) Áp dụng sự bảo toàn số mol đối với nguyên tố Fe: Fen trong Z = Fen trong X = 2 3Fe Fe On 2n = 0,2 + 2.0,1 = 0,4 (mol)  2 3Fe O n trong Z = 1 2  Fen trong Z = 0,2 (mol) Vậy m = 0,2 160 = 32,0 (g). Ví dụ 4: Cho 2,13 gam hỗn hợp X gồm ba kim loại Mg, Cu và Al ở dạng bột tác dụng hoàn toàn với oxi thu được hỗn hợp Y gồm các oxit có khối lượng 3,33 gam. Thể tích dung dịch HCl 2M vừa đủ để phản ứng hết với Y là A. 57 ml. B. 50 ml. C. 75 ml. D. 90 ml. (Trích đề thi TSĐH năm 2008 - Khối A) Hướng dẫn Mg X Cu Al      2 O 2 3 MgO Y CuO Al O      MgO + 2HCl  MgCl2 + H2O (1) CuO + 2HCl  CuCl2 + H2O (2) Al2O3 + 6HCl  2AlCl3 + 3H2O (3) Ta có Om / hhY = 3,33 – 2,13 = 1,2 (g) hay On / hhY = 1,2 16 = 0,075 (mol) Theo (1, 2, 3): HCln = 2 On / hhY = 2 0,075 = 0,15 (mol) Vậy dd HClV = 0,15 2 = 0,075 (l) = 75 (ml). Ví dụ 5: Cho một mẩu Na để lâu trong không khí, bị chuyển hoá thành hỗn hợp rắn X gồm Na, Na2O, NaOH, Na2CO3. Hoà tan hoàn toàn hỗn hợp X bằng H2SO4 loãng, sau phản ứng thu được dung dịch Y. Làm bay hơi nước từ từ thu được 8,05 gam tinh thể Na2SO4.10H2O. Khối lượng mẩu Na là A. 0,575 gam. B. 1,15 gam. C. 2,3 gam. D. 1,725 gam. - 3 - Hướng dẫn Na kk 2 2 3 Na O NaOH X Na CO Na       2 4H SOdd Y (dd Na2SO4)  Na2SO4.10H2O Ta có 2 4 2Na SO .10H O n = 8,05 322 = 0,025 (mol)  Nan của mẩu Na = Nan trong tinh thể = 2 2 4 2Na SO .10H On = 0,05 (mol) Vậy khối lượng mẩu Na là: 0,05 23 = 1,15 (g). Ví dụ 6: Cho hỗn hợp A gồm ba kim loại X, Y, Z có hoá trị lần lượt là 3, 2, 1 và tỉ lệ số mol lần lượt là 1 : 2 : 3, trong đó số mol của X bằng x mol. Hoà tan hoàn toàn A bằng dung dịch có chứa y mol HNO3. Sau phản ứng thu được dung dịch B không chứa NH4NO3 và V lít hỗn hợp khí E (ở đktc) gồm NO2 và NO. Biểu thức tính y theo x và V là A. 8x + V 22,4 . B. 6x + V 22,4 . C. 5x + V 22,4 . D. 10x + V 22,4 . Hướng dẫn Ta có hh En = V 22,4 (mol) Theo đề bài X Y Zn : n : n = 1 : 2 : 3 Mà Xn = x (mol) nên Yn = 2x (mol), Zn = 3x (mol) Sơ đồ phản ứng: X , Y , Z + HNO3  X(NO3)3, Y(NO3)2, ZNO3 + NO2 , NO + H2O x 2x 3x x 2x 3x  Số mol mỗi muối bằng số mol mỗi kim loại tương ứng Dựa vào sự bảo toàn số mol đối với nguyên tố N: 3HNO n = Nn = 3 3 3X(NO )n + 2 3 2Y(NO )n + 3ZNOn + 2NOn + NOn = 3. x + 2. 2x + 3x + V 22,4 = 10x + V 22,4 (mol). Ví dụ 7. Cho hỗn hợp A gồm 0,1 mol Cu, 0,2 mol Ag tan vừa hết trong V lít dung dịch HNO3 1M thu được dung dịch X và hỗn hợp Y gồm 2 khí NO, NO2 ( 2NO NO n n 0,1mol  ). V có giá trị là A. 1 lít B. 0,6 lít C. 1,5 lít D. 2 lít Lời giải Sơ đồ phản ứng: - 4 - Cu Ag + HNO3  3 2 3 Cu(NO ) AgNO + 2 NO NO + H2O Áp dụng sự bảo toàn nguyên tố Cu, Ag ta có : nCu = 3 2Cu(NO ) n = 0,1 mol và nAg = n 3AgNO = 0,2 mol Áp dụng cho nguyên tố N : 3N (HNO ) n = 3 2 3 2N(Cu(NO ) AgNO NO NO ) n    3(HNO ) n = 3 2 3 2Cu(NO ) AgNO NO NO 2n n n n   3(HNO ) n = 2.0,1 + 0,2 + 0,1 + 0,1 = 0,6 mol 3HNO 0,6 V 0,6(lit) 1   Ví dụ 8: Cho hỗn hợp gồm : FeO (0,01 mol), Fe2O3 (0,02 mol), Fe3O4 (0,03 mol) tan vừa hết trong dung dịch HNO3 thu được một muối duy nhất và 0,448 lít khí N2O4 (đktc). Khối lượng muối và số mol HNO3 tham gia phản ứng là A. 32,8 g ; 0,4 mol B. 33,88 g ; 0,46 mol C. 33,88 g ; 0,06 mol D. 33,28 g ; 0,46 mol Lời giải Sơ đồ phản ứng : FeO Fe2O3 + HNO3  Fe(NO3)3 + NO2 + H2O Fe3O4 Áp dụng sự bảo toàn nguyên tố Fe : 3 3 2 3 3 4Fe[Fe(NO ) ] Fe[FeO,Fe O ,Fe O ] n n 3 3Fe[Fe(NO ) ] n = 2 3 3 4FeO Fe O Fe O n 2n 3n  = 0,01 2.0,02 3.0,03 0,14(mol)   3 3Fe(NO ) m 0,14.242 33,88(g)  Áp dụng sự bảo toàn nguyên tố N :        3 3 3 2 4 3 3 3 2 4 N [HNO ] N [Fe(NO ) N O ] HNO Fe(NO ) N O n n n 3n n 3.0,14 2.0,02 0,46 (mol) Ví dụ 9: Cho 1,1 gam hỗn hợp Fe, Al phản ứng với dung dịch HCl thu được dung dịch X, chất rắn Y và khí Z, để hoà tan hết Y cần số mol H2SO4 (loãng) bằng 1/2 số mol HCl ở trên thu được dung dịch - 5 - T và khí Z. Tổng thể tích khí Z (đktc) là 0,896 lít. Tổng khối lượng muối sinh ra trong hai trường hợp trên là A. 2,54 gam B. 2,77 gam C. 3,36 gam D. 1,06 gam Lời giải : Sơ đồ phản ứng : Fe Al + 2 4 HCl H SO  hỗn hợp muối ( X+T ) + H2 Đặt x= nHCl ; 2 4H SO n = y (mol) Áp dụng sự bảo toàn nguyên tố H: 2 4 2 2 4 2 H [HCl H SO ] H [H ] HCl H SO H n n n 2n 2n 0,04 (mol)      x + 2y = 0,04 y = x 2  x = 0,02 ; y = 0,01 mmuối = m(Al,Fe) + 2Cl SO4 m m  = 1,1 + 0,02.35,5 + 0,01.96 = 2,77 (gam) Ví dụ 10. Cho 1,48 g hỗn hợp 3 kim loại Fe, Al, Zn tan hoàn toàn trong dung dịch H2SO4 loãng, ta thu được 0,784 lít khí H2 (đktc). Khi cô cạn dung dịch khối lượng muối khan thu được là A. 4,84 g B. 5,65 g C. 5,56 g D. 4,56 g Lời giải : Sơ đồ phản ứng : Fe FeSO4 Al + H2SO4  Al2(SO4)3 + H2 Zn ZnSO4 Áp dụng sự bảo toàn nguyên tố H:  n 2 4H SO = n 2H = 0,784 22,4 = 0,035 (mol) Áp dụng sự bảo toàn nguyên tố S:  2 2 4 2 4 4SO [H SO ] SO [muèi] n n  = 0,035 (mol) mmuối = m(Fe, Al, Zn) + mgốc axit = 1,48 + 0,055.96 = 4,84 (gam) Giáo viên: Phạm Ngọc Sơn