Toptailieu.vn biên soạn và giới thiệu Phương pháp giải Bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố trong giải toán hiđrocacbon (50 bài tập minh họa) hay, chi tiết nhất, từ cơ bản đến nâng cao giúp học sinh nắm vững kiến thức, từ đó học tốt môn Hóa học 11.

Phương pháp giải Bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố trong giải toán hiđrocacbon (50 bài tập minh họa)

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:

$A:C_n{H}_{2n+2}\stackrel{crackinh}{\to }B(C_m{H}_{2m+2};C_z{H}_{2z};H_2)$

+ Phản ứng cộng:

$A\left\{\begin{array}{c}{C}_n{H}_{2n}\\ H_2\end{array}\stackrel{Ni,t^o}{\to }B\left\{\begin{array}{c}{C}_n{H}_{2n+2}\\ C_n{H}_{2n}\left(du\right)\\ H_2\left(du\right)\end{array}\right.\right.$

$A\left\{\begin{array}{c}{C}_n{H}_{2n-2}\\ H_2\end{array}\stackrel{Ni,t^o}{\to }B\left\{\begin{array}{c}{C}_n{H}_{2n}\\ C_n{H}_{2n+2}\\ C_n{H}_{2n-2}\left(du\right)\\ H_2\left(du\right)\end{array}\right.\right.$

+ Phản ứng cháy:

$A\left\{\begin{array}{c}{C}_x{H}_y\\ O_2\end{array}\stackrel{t^o}{\to }B\left\{\begin{array}{l}C{O}_2\\ H_{2}O\end{array}\right.\right.$

 Theo ĐLBTKL: m_A = m_B

- 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

$\begin{array}{l}{n}_H=2n_{H_{2}O};n_C=n_{C{O}_2}\\ 2n_{O_2}=2n_{C{O}_2}+n_{H_{2}O}\end{array}$

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:

n_A = 0,15 mol; $n_{H_{2}O}=0,3mol;n_{C{O}_2}=0,25mol$

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

$n_{H_2}=n_{H_{2}O}=0,3-0,25=0,05mol$

$\%V_{H_2}=\frac{0,05}{0,15}.100\%=33,33\%$

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: $n_{C{O}_2}=n_{\downarrow }=1mol$

m_{dd giảm} = $m_{CaC{O}_3}-m_{C{O}_2}-m_{H_{2}O}$

$m_{H_{2}O}=m_{CaC{O}_3}-m_{C{O}_2}-m_{\text{dd}}=100-1.44-39,8=16,2g$

$\to n_H=2n_{H_{2}O}=2.\frac{16,2}{18}=1,8mol$

$\Rightarrow m_X=m_C+m_H=1.12+1,8.1=13,8g$

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:

m_X = 0,58 gam; n_Z = 0,28: 22,4= 0,0125 mol; M_Z = 20,16

Theo ĐLBTKL: m_X = m_Y = 0,58 gam

m_Z = M_Z. n_Z = 20,16. 0,0125 = 0,252 gam

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

m = m_Y – m_Z = 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:

$\begin{array}{l}2n_{H_{2}O}=4n_{C{H}_4}+2n_{C_2{H}_2}+2n_{H_2}=0,8mol\\ \to n_{H_{2}O}=0,4mol\end{array}$

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:

- $m_Z=n_z.M=\frac{0,448}{22,4}.(0,5.32)=0,32g$

- Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng

m_X = m_Y = 0,06.26 + 0,04.2 = 1,64 gam

Ta có m_{bình tăng} = m_Y – m_Z = 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:

$n_{C{O}_2} =0,3mol;n_{H_{2}O} =0,4mol$

Bảo toàn nguyên tố oxi

$n_{O_2}=n_{C{O}_2}+\frac{1}{2}{n}_{H_{2}O}$

→ $n_{O_2} =0,3+\frac{0,4}{2}=0,5mol$

→ $V_{O_2} =11,2\left(l\right)$

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; M_X = 21,2.2 =42,4

m_X = 0,1. 42,4 = 4,24 g

Bảo toàn nguyên tố C: $n_{C{O}_2}=3.n_X=3.0,1=0,3mol$

$\to$n_C = 0,3 mol $\to$m_C = 0,3.12=3,6g

Bảo toàn khối lượng: m_X = m_C + m_H. Suy ra:

$n_H=\frac{4,24-3,6}{1}=0,64mol$

$\Rightarrow m_{C{O}_2}+m_{H_{2}O}=0,3.44+\frac{0,64}{2}.18=18,96g$

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:

$C{H}_2=C{H}_2+B{r}_2\to C{H}_{2}Br-C{H}_{2}Br$

$n_{C_2{H}_4}=n_{B{r}_2}=\frac{16}{160}=0,1mol\to m_{C_2{H}_4}=0,1.28=2,8g$

$\begin{array}{l}{n}_{C{O}_2}=0,1mol;n_{H_{2}O}=0,25mol\\ \to m_Z=m_C+m_H=0,1.12+0,25.2=1,7g\end{array}$

$HC\equiv CH+2AgN{O}_3+2N{H}_3\to AgC\equiv CAg+2N{H}_{4}N{O}_3$

$n_{\downarrow }=\frac{12}{240}=0,05mol\to n_{C_2{H}_2}=0,05mol\to m_{C_2{H}_2}=1,3g$

Bảo toàn nguyên tố C: $n_{C_2{H}_2}=0,05+0,1+\frac{0,1}{2}=0,2mol\to m_{C_2{H}_2}=0,2.26=5,2g$

Bảo toàn khối lượng ban đầu:

m_X = 2,8 + 1,7 + 1,3 = 5,8 gam

$\to m_{H_2}=5,8-5,2=0,6g\to n_{H_2}=0,3mol$

Tổng thể tích khí: V_X = 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:

$\begin{array}{l}{n}_{H_{2}O}=2n_X=2.0,05=0,1mol\\ d_{\raisebox{1ex}{$X$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$H_2$}\right.}=17\to {\overline{M}}_X=34\end{array}$

$\to m_X=0,05.34=1,7g\to m_C=m_X-m_H=1,7-0,1.2=1,5g$

$\to n_C=\frac{1,5}{12}=0,125mol$

m_{bình tăng} = $m_{C{O}_2}+m_{H_{2}O}=0,125.44+0,1.18=7,3g$

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:

$n_{C{O}_2}=0,1\left(mol\right);n_{H_{2}O}=0,15\left(mol\right)$

Áp dụng định luật bảo toàn nguyên tố Oxi:

$\begin{array}{l}{n}_{O_2}=n_{C{O}_2}+\frac{1}{2}{n}_{H_{2}O}=0,1+\frac{0,15}{2}=0,175\left(mol\right)\\ \Rightarrow V_{{}_{O_2}}=0,175.22,4=3,92\left(l\right)\end{array}$

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:

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.

$n_{O_2}=n_C+\frac{1}{4}{n}_H=0,5.2+\frac{1}{4}(0,5.2+0,5.2)=1,5mol$

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:

m_X = 0,3.2 + 0,1. 52 = 5,8 g

Theo định luật bảo toàn khối lượng: m_X = m_Y

Mặt khác M_Y = 29. Suy ra n_Y = 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:

$n_{C{O}_2}=0,35mol;n_{H_{2}O}=0,55mol$

ĐLBT nguyên tố oxi:

$n_{O_2}=n_{C{O}_2}+\frac{1}{2}{n}_{H_{2}O}=0,35+\frac{0,55}{2}=0,625\left(mol\right)$

$\begin{array}{l}\Rightarrow V_{{}_{O_2}}=0,625.22,4=14\left(l\right)\\ \Rightarrow V_{kk}=14.5=70\left(l\right)\end{array}$

Đáp án A