50 Bài Tập Về Bảo Toàn Khối Lượng, Bảo Toàn Nguyên Tố Trong Giải ...

Bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố trong giải toán hiđrocacbon và cách giải – Hóa học lớp 11

A. Lý thuyết và phương pháp giải

-Định luật bảo toàn khối lượng: Trong phản ứng hóa học, tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng hóa học bằng tổng khối lượng các chất tạo thành sau phản ứng hóa học.

+ Phản ứng cracking ankan:

A:CnH2n+2→crackinhB(CmH2m+2;CzH2z;H2)

+ Phản ứng cộng:

ACnH2nH2→Ni,toBCnH2n+2CnH2n(du)H2(du)

ACnH2n−2H2→Ni,toBCnH2nCnH2n+2CnH2n−2(du)H2(du)

+ Phản ứng cháy:

ACxHyO2→toBCO2H2O

Theo ĐLBTKL: mA = mB

- 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”.

- Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố cho hỗn hợp hiđrocacbon:

+ Khối lượng C và H trong A và B bằng nhau

+ Đốt cháy hỗn hợp B cũng chính là đốt cháy hỗn hợp A

nH=2nH2O;nC=nCO22nO2=2nCO2+nH2O

B. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Hỗn hợp A gồm C2H4, C3H6 và H2. Cho 3,36 lít hỗn hợp A qua bình đựng Ni nung nóng thu được hỗn hợp B (các phản ứng xảy ra hoàn toàn). Đốt cháy hỗn hợp B thu được 5,6 lít CO2 (ở đktc) và 5,4 gam nước. Thành phần phần trăm theo thể tích của H2 trong hỗn hợp A là

A. 15%.

B. 33,33%.

C. 60%.

D. 70%.

Hướng dẫn giải:

nA = 0,15 mol; nH2O=0,3mol;nCO2=0,25mol

Theo định luật bảo toàn nguyên tố ta thấy lượng CO2 và H2O sinh ra khi đốt cháy A hay B đều bằng nhau.

Khi đốt cháy C2H4 và C3H6 cho số mol CO2 và H2O bằng nhau nên sự chênh lệch số mol CO2 và H2O chính là số mol H2O sinh ra khi đốt cháy H2 và

nH2=nH2O=0,3−0,25=0,05mol

%VH2=0,050,15.100%=33,33%

Đáp án B

Ví dụ 2: Hỗn hợp A gồm etan, etilen, axetilen và buta-1,3-đien. Đốt cháy hết m gam hỗn hợp A. Cho sản phẩm cháy hấp thụ vào dung dịch nước vôi dư, thu được 100 gam kết tủa và khối lượng dung dịch sau phản ứng giảm 39,8 gam. Trị số của m là

A. 13,8.

B. 37,4.

C. 58,75.

D. 60,2.

Hướng dẫn giải:

Ta có: nCO2=n↓=1mol

mdd giảm = mCaCO3−mCO2−mH2O

mH2O=mCaCO3−mCO2−mdd=100−1.44−39,8=16,2g

→nH=2nH2O=2.16,218=1,8mol

⇒mX=mC+mH=1.12+1,8.1=13,8g

Đáp án A

Ví dụ 3: Đun nóng hỗn hợp khí X gồm 0,02 mol C2H2 và 0,03 mol H2 trong một bình kín (xúc tác Ni), thu được hỗn hợp khí Y. Cho Y lội từ từ vào bình nước brom dư, sau khi kết thúc các phản ứng, khối lượng bình tăng m gam và có 280 ml hỗn hợp khí Z (đktc) thoát ra. Tỉ khối của Z so với H2 là 10,08. Giá trị của m là

A. 0,205.

B. 0, 328.

C. 0,585.

D.0,620.

Hướng dẫn giải:

mX = 0,58 gam; nZ = 0,28: 22,4= 0,0125 mol; MZ = 20,16

Theo ĐLBTKL: mX = mY = 0,58 gam

mZ = MZ. nZ = 20,16. 0,0125 = 0,252 gam

Khối lượng bình tăng chính là khối lượng hiđrocacbon bị giữ lại và

m = mY – mZ = 0,58 – 0,252 = 0,328 g

Đáp án B

C. Luyện tập

Câu 1: Cho hỗn hợp X gồm 0,1 mol CH4; 0,1 mol C2H2 và 0,1 mol H2. Cho hỗn hợp X qua Ni đốt nóng một thời gian, thu được hỗn hợp Y. Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp Y thu được m gam H2O. Giá trị của m là

A. 3,6.

B. 5,4.

C. 7,2.

D. 9,0.

Hướng dẫn giải:

Đốt cháy Y cũng chính là đốt cháy X

Theo định luật bảo toàn nguyên tố H:

2nH2O=4nCH4+2nC2H2+2nH2=0,8mol→nH2O=0,4mol

Khối lượng nước là 0,4. 18 = 7,2 gam

Đáp án C

Câu 2: Đun nóng hỗn hợp khí X gồm 0,06 mol C2H2 và 0,04 mol H2 với xúc tác Ni, sau một thời gian thu được hỗn hợp khí Y. Dẫn toàn bộ hỗn hợp Y lội từ từ qua bình đựng dung dịch brom (dư) thì còn lại 0,448 lít hỗn hợp khí Z (ở đktc) có tỉ khối so với O2 là 0,5. Khối lượng bình dung dịch brom tăng là

A. 1,04 gam.

B. 1,64 gam.

C. 1,20 gam.

D. 1,32 gam.

Hướng dẫn giải:

- mZ=nz.M=0,44822,4.(0,5.32)=0,32g

- Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng

mX = mY = 0,06.26 + 0,04.2 = 1,64 gam

Ta có mbình tăng = mY – mZ = 1,64 – 0,32 = 1,32g

Câu 3: Đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp X gồm hai hiđrocacbon thu được 6,72 lít CO2 (đktc) và 7,2 g H2O. Tính thể tích oxi (đktc) dùng để đốt cháy hoàn toàn hỗn hợp X?

A. 2,24 lít

B. 6,72 lít

C. 8,96 lít

D. 11,2 lít

Hướng dẫn giải:

nCO2 = 0,3 mol;nH2O = 0,4 mol

Bảo toàn nguyên tố oxi

nO2=nCO2+12nH2O

→ nO2 =0,3+0,42=0,5mol

→ VO2 = 11,2(l)

Đáp án D

Câu 4: Hỗn hợp X có tỉ khối so với H2 là 21,2 gồm propan, propen và propin. Khi đốt cháy hoàn toàn 0,1 mol X, tổng khối lượng của CO2 và H2O thu được là

A. 16,8 gam

B. 18,60 gam

C. 18,96 gam

D. 20,40 gam

Hướng dẫn giải:

X gồm C3H8, C3H6, C3H4; MX = 21,2.2 =42,4

mX = 0,1. 42,4 = 4,24 g

Bảo toàn nguyên tố C: nCO2=3.nX=3.0,1=0,3mol

→nC = 0,3 mol →mC = 0,3.12=3,6g

Bảo toàn khối lượng: mX = mC + mH. Suy ra:

nH=4,24−3,61=0,64mol

⇒mCO2+mH2O=0,3.44+0,642.18=18,96g

Đáp án C

Câu 5: 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

A. 5,6.

B. 8,96.

C. 11,2.

D. 13,44.

Hướng dẫn giải:

CH2=CH2+Br2→CH2Br−CH2Br

nC2H4=nBr2=16160=0,1mol→mC2H4=0,1.28=2,8g

nCO2=0,1mol;nH2O=0,25mol→mZ=mC+mH=0,1.12+0,25.2=1,7g

HC≡CH+2AgNO3+2NH3→AgC≡CAg+2NH4NO3

n↓=12240=0,05mol→nC2H2=0,05mol→mC2H2=1,3g

Bảo toàn nguyên tố C: nC2H2=0,05+0,1+0,12=0,2mol→mC2H2=0,2.26=5,2g

Bảo toàn khối lượng ban đầu:

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

→mH2=5,8−5,2=0,6g→nH2=0,3mol

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

Đáp án C

Câu 6: Hỗn hợp khí X gồm etilen, metan, propin và vinylaxetilen có tỉ khối so với H2 là 17. Đốt cháy hoàn toàn 0,05 mol hỗn hợp X rồi hấp thụ toàn bộ sản phẩm cháy vào bình đựng Ca(OH)2 dư thì khối lượng bình tăng m gam. Giá trị của m là

A. 3,39.

B. 5,85.

C. 6,6.

D. 7,3.

Hướng dẫn giải:

X gồm C2H4, CH4, C3H4, C4H4 (Số nguyên tử H đều bằng 4)

Bảo toàn nguyên tố H:

nH2O=2nX=2.0,05=0,1moldXH2=17→M¯X=34

→mX=0,05.34=1,7g→mC=mX−mH=1,7−0,1.2=1,5g

→nC=1,512=0,125mol

mbình tăng = mCO2+mH2O=0,125.44+0,1.18=7,3g

Đáp án D

Câu 7: Đốt cháy một hỗn hợp hidrocacbon ta thu được 2,24 lít CO2 (dktc) và 2,7 gam H2O thì thể tích oxi đã tham gia phản ứng cháy (đktc) là

A. 5,6 lít.

B. 2,8 lít.

C. 4,48 lít.

D. 3,92 lít.

Hướng dẫn giải:

nCO2=0,1(mol);nH2O=0,15(mol)

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Oxi:

nO2=nCO2+12nH2O=0,1+0,152=0,175(mol)⇒VO2=0,175.22,4=3,92(l)

Đáp án D

Câu 8: 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

A. 22,4 lít.

B. 26,88 lít.

C. 33,6 lít.

D. 44,8 lít.

Hướng dẫn giải:

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

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

Theo định luật bảo toàn khối lượng mY = mX = 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.

nO2=nC+14nH=0,5.2+14(0,5.2+0,5.2)=1,5mol

Thể tích oxi là: 1,5.22,4 = 33,6 lít

Đáp án C

Câu 9: Hỗn hợp khí X gồm 0,3 mol H2 và 0,1 mol vinylaxetilen. Nung X một thời gian với xúc tác Ni thu được hỗn hợp khí Y có tỉ khối so với không khí là 1. Số mol H2 phản ứng là

A. 0,1mol

B. 0,2 mol

C. 0,3 mol

D. 0,4 mol

Hướng dẫn giải:

mX = 0,3.2 + 0,1. 52 = 5,8 g

Theo định luật bảo toàn khối lượng: mX = mY

Mặt khác MY = 29. Suy ra nY = 5,8 : 29 = 0,2 mol

Vậy số mol H2 phản ứng là 0,4 – 0,2 = 0,2 mol

Đáp án B

Câu 10: Đốt cháy hoàn một thể tích khí thiên nhiên gồm metan, etan, propan bằng oxi không khí (trong không khí, oxi chiếm 20% thể tích), thu được 7,84 lít khí CO2 (đktc) và 9,9 gam nước. Thể tích không khí nhỏ nhất cần dùng để đốt cháy hoàn toàn lượng khí thiên nhiên trên là

A. 70,0 lít.

B. 78,4 lít.

C. 84,0 lít.

D. 56,0 lít.

Hướng dẫn giải:

nCO2=0,35mol;nH2O=0,55mol

ĐLBT nguyên tố oxi:

nO2=nCO2+12nH2O=0,35+0,552=0,625(mol)

⇒VO2=0,625.22,4=14(l)⇒Vkk=14.5=70(l)

Đáp án A

Xem thêm các dạng bài tập Hóa học lớp 11 có đáp án và lời giải chi tiết khác:

Bài tập phân biệt các hidrocacbon và cách giải

Bài tập đốt cháy hỗn hợp các hidrocacbon và cách giải

Bài tập cộng H2, Br2 vào các hidrocacbon không no, mạch hở và cách giải

Trắc nghiệm lý thuyết Hóa 11 Chương 8 Dẫn xuất halogen, Ancol, Phenol

Bài tập trọng tâm về Ancol và cách giải