Định luật bảo toàn khối lượng là gì? Các dạng bài tập áp dụng

Định luật bảo toàn khối lượng là một công cụ hữu ích giúp các bạn học sinh giải quyết bài tập tính toán hóa học hiệu quả nhất. Bạn hãy theo dõi bài viết dưới đây để tìm hiểu rõ về định luật, nội dung, ý nghĩa, công thức tính của chúng. 

1. Định luật bảo toàn khối lượng là gì?

Định luật bảo toàn khối lượng còn được gọi là định luật Lomonosov - Lavoisier, được định nghĩa như sau: Trong phản ứng hóa học, tổng khối lượng các chất tham gia phản ứng bằng tổng khối lượng các sản phẩm tạo thành.

Đây được biết đến là một định luật cơ bản trong lĩnh vực hóa học, bạn cần phải nắm chắc để biết cách vận dụng giải bài tập.

2. Nội dung định luật bảo toàn khối lượng

Bạn có thể vận dụng một cách chính xác về công thức hóa học, nắm rõ về nội dung và bản chất của chúng. 

Nội dung định luật bảo toàn khối lượng được hiểu: Trong mỗi phản ứng hoá học luôn có sự thay đổi liên kết giữa các nguyên tử, tuy nhiên sự thay đổi đó chỉ  liên quan đến những điện tử còn số nguyên tử tại mỗi nguyên tố được giữ nguyên cũng như khối lượng của những nguyên tử không đổi. Bởi vậy mà bảo toàn được tổng khối lượng các chất.

Định luật này được gọi là định luật bảo toàn khối lượng các chất bởi ở cùng một thời điểm trọng lượng sẽ tỷ lệ thuận với khối lượng. Theo Lomonosov cho biết,  việc bảo toàn năng lượng có giá trị lớn với những phản ứng hóa học.

Ý nghĩa của định luật bảo toàn khối lượng: Với mỗi phản ứng hóa học thì chỉ có sự thay đổi điện tử, còn số nguyên tử trong nguyên tố đó vẫn được giữ nguyên và không thay đổi khối lượng các nguyên tử. Bởi vậy sẽ bảo toàn được khối lượng các chất. 

3. Hướng dẫn cách tính định luật bảo toàn khối lượng

Cách tính định luật bảo toàn khối lượng như sau: 

Ví dụ: Có phản ứng giữa A + B tạo ra C + D. Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng sẽ được viết như sau: mA + mB = mC + mD

Một ví dụ đơn giản để bạn dễ hiểu: Bari clorua +natri sunphat sẽ tạo ra bari sunphat + natri clorua. Khi đó thì chúng ta sẽ có công thức định luật bảo toàn khối lượng dưới đây: 

mbari clorua + mnatri sunphat = mbari sunphat + mnatri clorua

Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng cho kết quả: Trong một phản ứng có n chất, khi biết khối lượng của (n – 1) chất thì bạn sẽ tính được khối lượng của chất còn lại.

4. Các hệ quả của của định luật bảo toàn khối lượng

+ Hệ quả 1: Với mỗi phản ứng hóa học, tổng khối lượng các chất trong phản ứng sẽ bằng tổng khối lượng các chất thu được sau phản ứng. Theo đó, các chất thu được gồm những chất sản phẩm hoặc có thể có cả chất phản ứng còn dư.

Ví dụ 1: Cho 15,6 gam hỗn hợp hai ancol (rượu) đơn chức, kế tiếp nhau trong dãy đồng đẳng tác dụng hết với 9,2 gam Na. Ta sẽ thu được 24,5 gam chất rắn và V lít H2 (đktc). Tính V.

Với ví dụ này ta tìm được chất rắn là muối natri ancolat và có thể có Na còn dư.

Dưới đây là các hướng tư duy để tính thể tích H2:

*Hướng 1 : Tính số mol H2 theo số mol Na phản ứng hay số Mol ancol

Nếu như chưa biết khối lượng mol trung bình của hai ancol thì chưa thể tính được số mol ancol. Ngoài ra có thể tính được mol Na mang phản ứng nhưng không tính được mol Na phản ứng (do Na có thể còn dư). Bởi vậy, theo hướng này thì bạn không thể tính được thể tích H2 và số mol.

*Hướng 2 : Áp dụng hệ quả 1 của định luật bảo toàn khối lượng

Theo đó thì để tính số mol và thể tích H2 khá dễ dàng:

+ Hệ quả 2: Tổng khối lượng các chất trong hỗn hợp sẽ bằng tổng khối lượng các thành phần (nguyên tố hoặc nhóm nguyên tố) tạo ra các chất đó.

Giả sử: Khi bạn đốt cháy hoàn toàn m gam các hỗn hợp C3H6, CH4, C7H8 thì bạn thu được 2,464 lít CO2 (đktc) cùng với 1,62 gam nước. Tính m?

Với hướng tư duy thông thường: Nếu như muốn tính khối lượng các chất trong hỗn hợp thì bạn hãy tính số Mol từng chất sau đó suy ra khối lượng của chúng:

Có ba chất tương ứng với số mol x, y, z mà chỉ có 2 thông tin và số mol CO2 và H2O do vậy chỉ có thể lập được hệ hai phương trình 3 ẩn: không tính được x, y, z.

Khi áp dụng hệ quả 2 của định luật bảo toàn khối lượng, ta có: Cả 3 chất trên đều chứa thành phần nguyên tố là C và H. Bởi vậy, bạn chỉ cần tính được khối lượng của C và H thì có thể tính được khối lượng của hỗn hợp. Ta có :

Ví dụ 2: Cho dung dịch X chứa 0,2 mol Cu2+; 0,1 mol Na+; 0,15 mol; 0,1 mol; 0,1 mol. Tính khối lượng muối trong X.

Nếu như bạn muốn tính khối lượng của từng muối rồi suy ra tổng khối lượng của chúng thì khá phức tạp. Bởi vậy sẽ rất khó xác định dung dịch X được tạo thành từ những muối nào. Còn nếu bạn dùng hệ quả 2 của định luật bảo toàn khối lượng thì dễ dàng giải quyết bài tập trên. Ta có:

Phương pháp bảo toàn khối lượng được xem là phương pháp giải bài tập hóa học có dùng hệ quả của định luật bảo toàn khối lượng.

5. Các bài tập ví dụ áp dụng định luật bảo toàn khối lượng

Bài tập 1: Co 10g  canxi cacbonat (CaCO3 ) sẽ tạo ra 3,8 gam khí cacbonic (CO2 ) và x gam canxi oxit (CaO). Hãy viết phương trình phản ứng trên và tính khối lượng CaO được tạo thành qua phản ứng

Đáp án:

Phương trình phản ứng: CaCO3 -> CaO + CO2

Trong phản ứng trên có 1 chất tham gia và tạo thành 2 sản phẩm mới. 

Theo định luật ta có:

mCaCO3 = mCaO + mCO2 

=> mCaO = mCaCO3 – mCO2 = 10 – 3,8 = 6,2g

Vậy khối lượng CaO tạo thành là 6,2g.

Bài tập 2: Một phản ứng của thí nghiệm Na2SO4 + BaCl2 -> BaSO4 + 2NaCl, sẽ cho biết khối lượng của Natri sunfat Na2SO4 là 14,2g. Trong khi đó, khối lượng của Bari sunfat BaSO4 và Natri Clorua NaCl lần lượt là 23,3g và 11,7g. Hãy tính khối lượng Bari clorua BaCl2 đã tham gia phản ứng?

Đáp án

Áp dụng định luật ta có:

mNa2SO4 + mBaCl2 = mBaSO4 + mNaCl

=> mBaCl2 = mBaSO4 + mNaCl – mNa2SO4 = 23,3 + 11,7 – 14,2 = 20,8g

Vậy khối lượng của BaCl2 đã tham gia phản ứng là 20,8g.

Bài viết trên đây giúp bạn tìm hiểu về định luật bảo toàn khối lượng là gì và các bài tập áp dụng. Qua đó giúp các bạn biết cách vận dụng để giải những bài tập khác nữa. Đừng quên theo dõi bài tiếp theo cập nhật kiến thức liên quan nhé.