PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN NGUYÊN TỐ

Phương pháp bảo toàn nguyên tố
PHƯƠNG PHÁP BẢO TOÀN NGUYÊN TỐ
I. Nguyên tắc của phương pháp: [2], [6]
Dựa vào định luật bảo toàn nguyên tố: “Trong các phản ứng hóa học, các nguyên tố luôn luôn
được bảo toàn”.
Có thể hiểu định luật như sau: tổng số mol nguyên tử của một nguyên tố A trước phản ứng hóa
học luôn bằng tổng số mol nguyên tử của một nguyên tố A đó sau phản ứng.
• Chú ý: Định luật được xem như nguyên nhân của định luật bảo toàn khối lượng.
II. Vận dụng phương pháp bảo toàn nguyên tố trong giải toán :
Các dạng toán thường sử dụng bảo toàn nguyên tố:
- Nguyên tử của nguyên tố tồn tại trong nhiều hợp chất trong cùng một hỗn hợp hoặc dung
dịch... thì khối lượng của nguyên tử (hay ion) đó bằng tổng khối lượng của nguyên tử của nguyên tố
đó trong các dạng tồn tại.
- Tính toán khối lượng sản phẩm sau một quá trình phản ứng thì chỉ cần căn cứ vào chất đầu
và chất cuối, bỏ qua các phản ứng trung gian vì các nguyên tố luôn được bảo toàn.
II.1. Khối lượng nguyên tử của nguyên tố ban đầu bằng tổng khối lượng các dạng tồn
tại của nguyên tố đó trong hỗn hợp hoặc trong dung dịch.
Thường gặp trong phản ứng nhiệt nhôm hoặc khử oxit sắt vì sắt có nhiều trạng thái oxi hóa
nên thường tồn tại trong nhiều hợp chất.
Chẳng hạn: hỗn hợp A
2 3
FeO : a(mol)
Fe O : b(mol)



bị khử bởi CO cho hỗn hợp chất rắn B
gồm Fe
2
O
3

(còn dư): x mol
Fe
3
O
4
: y mol
FeO (còn dư) : z mol
Fe : t mol
Khi đó ta có:
Fe(trongA) Fe(trongB)
n n=
∑ ∑
hay a +2b = 2x + 3y +z +t
Phương pháp bảo toàn nguyên tố
Ví dụ 1: [tự ra] Khử hết m (g) Fe
3
O
4
bằng khí CO thu được hỗn hợp A gồm FeO và Fe. A tan
vừa đủ trong 300ml dung dịch H
2
SO
4
1M tạo dung dịch B. Tính m và khối lượng muối sunfat thu được
khi cô cạn B.
A. 23,2g và 45,6g B. 23,2g và 54,6g
C. 2,32g và 4,56g D. 69,6g và 45,6g
Cách giải:
Fe
3

O
4
→ (FeO, Fe)→ FeSO
4
x mol

2
4
4
Fe(trongFeSO )
SO
n n 0,3(mol)
−
= =
Áp dụng ĐLBTNT Fe:
3 4 4
Fe(trongFe O ) Fe(trongFeSO )
n n=
↔ 3x = 0,3 → x = 0,1 (mol)

4
B FeSO
m m 0,3 152 45,6(g)= = × =
Chọn đáp án A.
Ví dụ 2: [12] Khử 39,2g một hỗn hợp A gồm Fe
2
O
3
và FeO bằng khí CO thu được hỗn hợp B
gồm FeO và Fe. B tan vừa đủ trong 2,5 lít dung dịch H

2
SO
4
0,2M cho ra 4,48 lít khí (đktc). Tính khối
lượng Fe
2
O
3
và FeO trong hỗn hợp A.
A. 32g Fe
2
O
3
; 7,2g FeO B. 16g Fe
2
O
3
; 23,2g FeO
C. 18g Fe
2
O
3
; 21,2g FeO D. 20g Fe
2
O
3
; 19,2g FeO
Cách giải:
Gọi hỗn hợp A
2 3

Fe O : x(mol)
FeO: y(mol)



↔ 160x + 72y = 39,2 (1)
Hỗn hợp B + H
2
SO
4
: FeO + H
2
SO
4
→ FeSO
4
+ H
2
O (2)
Fe + H
2
SO
4
→ FeSO
4
+ H
2
↑ (3)
Phương pháp bảo toàn nguyên tố
2 3

Fe O
FeO
m 0,2x160 32(g)
m 0,1x72 7,2(g)
= =
= =
;
2 4
H SO
n 0,2x2,5 0,5(mol);= =

2
H
4,48
n 0,2(mol)
22,4
= =
Fe(3)
n 0,2mol;⇒ =

2 4
FeO H SO Fe(3)
n n n 0,5 0,2 0,3(mol)= − = − =
Áp dụng ĐLBTNT Fe trong hai hỗn hợp A và B ta có: 2x + y = 0,5 (4)
Từ (1), (4)
⇒

x 0,2
y 0,1
=



=

⇒

2 3
Fe O
m 0,2x160 32(g)= =
;
FeO
m 0,1x72 7, 2(g)= =
. Vậy đáp án đúng là A.
II.2. Chất tham gia trải qua một số giai đoạn phản ứng để tạo sản phẩm:
Ví dụ 3: [tự ra] Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp A gồm 0,1 mol Fe và 0,2 mol Cu vào một lượng
vừa đủ dung dịch H
2
SO
4
98% (đặc , nóng) thu được khí SO
2
(đktc) và dung dịch B.Cho ddB tác dụng
với NaOH dư, được kết tủa C, nung C đến khối lượng không đổi được hỗn hợp chất rắn E. Cho E tác
dụng với lượng dư CO, đun nóng thu được hỗn hợp chất rắn F. Khối lượng của hỗn hợp chất rắn F
là:
A. 24g B. 18,4g C. 15,6g D. 16,5g
Cách giải
0
0
NaOH t CO

2 4 3 3
2 3
t
4 2
Fe (SO ) Fe(OH)
Fe O
Fe Fe
hhA ddB C E F
Cu Cu
CuSO Cu(OH)
CuO
 

 
→ → ↓ → →
    
 

 
Áp dụng ĐLBTNT, ta có:
hhA hhF
m m 0,1x56 0,2x64 18, 4(g)= = + =
Chọn đáp án B.
 Nhận xét: với dạng toán này, HS thường viết phương trình phản ứng, cân bằng sau đó
tính toán theo phương trình hóa học. Nhưng với HS nắm vững định luật BTNT thì giải
quyết bài toán chỉ trong vài giây.
Ví dụ 4: [4] Đi từ 120 gam quặng pirit sắt (chứa 80% là FeS
2
) sẽ điều chế được (hiệu suất
100%) một lượng H

2
SO
4
là:
A. 196g B. 147g C. 156,8g D. 245g
Phương pháp bảo toàn nguyên tố
Cách giải: để sản xuất H
2
SO
4
đi từ quặng pirit sắt phải qua nhiều giai đoạn, song trong tính toán
với giả sử hiệu suất 100% cho mọi quá trình, có thể áp dụng ĐLBTNT đối với nguyên tố S:

2 2 4
FeS 2H SO→
120g 196g
120x80
96g
100
=
→ xg
Lượng H
2
SO
4
điều chế được là:
96x196
x 156,8(g)
120
= =

. Đáp án đúng là C.
 Nhận xét: đối với dạng toán tính toán từ thực tế sản xuất: chất phản ứng không chỉ trải
qua mà là cả một chuỗi các phản ứng thì việc áp dụng ĐLBTNT cho một nguyên tố
(chính) sẽ dễ dàng cho việc tính toán hơn.
III. Một số bài tập tương tự được giải theo phương pháp BTNT:
Bài tập 1: [1] Hòa tan a gam hh gồm FeO và Fe
3
O
4
hết 300ml ddHCl 2M được ddX. Cho X tác
dụng với một lượng ddNH
3
dư được kết tủa. Nung kết tủa trong không khí đến khối lượng không đổi
được a +1,2 g chất rắn. Phần trăm khối lượng của FeO trong hh trên là:
A. 28,4% B. 24,6% C. 38,3% D. 40,2%
Hướng dẫn:
0
3d
ddNH
HCl t trongkk
2 2
2 3
3 4
3 3
FeCl Fe(OH)
FeO
Fe O
Fe O
FeCl Fe(OH)
 


→ → →
  

 
Vì trong hh ban đầu đã có một lượng Fe
2
O
3
và coi Fe
3
O
4
= FeO. Fe
2
O
3
) nên chỉ xét sự chuyển
hóa quá trình: 2FeO → Fe
2
O
3
Độ tăng khối lượng của Fe
2
O
3
so với hh đầu là khối lượng oxi mà FeO lấy để tạo Fe
2
O
3

⇒
n
O cần
=
1,2
0,075(mol)
16
=

⇒
n
FeO
= 0,15 (mol)
Gọi hh
3 4 2 3
FeO : x(mol)
x y 0,15
Fe O (FeO.Fe O ) : y(mol)

⇒ + =


(1)
Phương pháp bảo toàn nguyên tố
n
HCl
= 0,6 (mol)
⇒
n

O trong oxit
= 0,3 (mol) ↔ x + 4y = 0,3 (2)
Từ (1), (2)
⇒
FeO
x 0,1
m 38,3%
y 0,05
=

⇒ =

=

Bài tập 2: [4] Cần bao nhiêu tấn quặng phôtphorit chứa 80% Ca
3
(PO
4
)
2
để thu được 1 tấn
photpho, cho rằng sự hao hụt trong quá trình sản xuất bằng 5%.
A. 6,58 tấn B. 6,29 tấn C. 5,86 tấn D. Kết quả khác
Bài tập 3: [12] Cho 21,52g hhX gồm kim loại M có hóa trị 2 và muối nitrat của kim loại ấy vào
1 bình kín và nung cho đến khi muối nitrat bị nhiệt phân hoàn toàn. Chất rắn thu được sau phản ứng
được chia làm 2 phần bằng nhau:
- Phần 1: phản ứng vừa đủ với 2/3 lit dd HNO
3
0,38M cho ra khí NO.
- Phần 2: phản ứng vừa hết với 0,3l dd H

2
SO
4
0,2M để lại 1 chất rắn không tan. Xác định kim
loại M, khối lượng M và nitrat kim loại M trong hỗn hợp X.
A. Cu; 12,8g Cu; 8,72g Cu(NO
3
)
2
B. Cu; 10,24g Cu; 11,28g Cu(NO
3
)
2
C. Zn; 68g Cu; 14,72g Zn(NO
3
)
2
D. Zn; 10,2g Cu; 11,32g Zn(NO
3
)
2
Hướng dẫn:
HhX gồm kim loại M và M(NO
3
)
2
.
Khi nung:
0
t

3 2 2 2
1
M(NO ) MO 2NO O
2
→ + +
(1)

2
1
M O MO
2
+ →
(2)
Chất rắn còn lại gồm MO và M dư (vì khi cho chất rắn phản ứng với HNO
3
có khí thoát ra). Gọi
M : x(mol)
MO : y(mol)



trong 1/2 chất rắn.