Định luật bảo toàn nguyên tố là gì? Dạng bài toán thường gặp

Trong lĩnh vực hoá học, định luật bảo toàn nguyên tố là biểu hiện cụ thể của định luật bảo toàn khối lượng. Vậy định luật này được phát biểu như thế nào, nó có thể áp dụng để giải những dạng bài tập gì? Hãy cùng khám phá về bảo toàn nguyên tố thông qua bài viết dưới đây nhé.

Định luật bảo toàn nguyên tố là gì?

Trước khi tìm hiểu về định luật bảo toàn nguyên tố, chúng ta cần đi tìm hiểu những khái niệm liên quan đến định luật này.

Định nghĩa nguyên tố

Mọi vật chất đều được cấu tạo từ các chất hóa học. Con người đã khám phá ra hàng triệu các loại vật chất khác nhau, và chúng đều được tạo ra từ sự sắp xếp của các nguyên tố. 

Nguyên tố là tập hợp các nguyên tử có số proton cụ thể và giống hệt nhau trong hạt nhân của chúng. Có thể nói, nguyên tố là một chất bao gồm một loại nguyên tử và không thể bị chia nhỏ thành bất cứ thứ gì đơn giản hơn thông qua một phản ứng hóa học.

Nguyên tố hoá học cấu tạo nên các chất hoá học
Nguyên tố hoá học cấu tạo nên các chất hoá học

Hiện nay có 118 nguyên tố hoá học đã biết đã được sắp xếp vào bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học. Một số nguyên tố xuất hiện trong tự nhiên, ví dụ như Đồng (Cu), Oxy (O), Vàng (Au), một số nguyên tố khác là do con người tổng hợp ra, ví dụ như Americium (Am).

Mỗi nguyên tố lại có những tính chất vật lý và hoá học riêng. Ví dụ, đồng là kim loại mềm, có màu đỏ cam và là chất dẫn điện tốt. Oxy nguyên chất ở nhiệt độ thường là chất khí không màu, không mùi, không vị.

Đa số các chất hóa học là sự kết hợp các nguyên tử của nguyên tố khác nhau, còn gọi là hợp chất.

Định nghĩa hợp chất hoá học

Hợp chất là bất kỳ chất nào bao gồm các nguyên tử của hai hoặc nhiều nguyên tố khác nhau được kết hợp về mặt hóa học. Một công thức hóa học có thể được sử dụng để biểu diễn một hợp chất. Công thức liệt kê ký hiệu của mỗi nguyên tố và có thể bao gồm các ký hiệu con để chỉ ra số nguyên tử của mỗi nguyên tố cần thiết để tạo nên một đơn vị của hợp chất. Ví dụ, muối ăn là một hợp chất bao gồm các nguyên tố natri và clo. Công thức hóa học của nó là NaCl.

Các nguyên tố và hợp chất có thể được biến đổi thành các hợp chất mới trong một phản ứng hóa học.

Định nghĩa phản ứng hoá học

Phản ứng hóa học là một quá trình trong đó một hoặc nhiều chất bị biến đổi thành một hoặc nhiều chất mới. Các chất mới được tạo thành trong phản ứng sẽ có thành phần cấu tạo và tính chất khác với chất ban đầu. Ví dụ, sắt (Fe) là kim loại màu xám bạc bị nam châm hút. Khi sắt (Fe) phản ứng với oxy (O) và nước (H2O), gỉ (Fe2O3 ) được hình thành. Gỉ là chất bột màu nâu cam không bị nam châm hút.

Phản ứng hoá học tạo thành các chất hóa học mới
Phản ứng hoá học tạo thành các chất hóa học mới

Phát biểu định luật bảo toàn nguyên tố

Nội dung định luật bảo toàn nguyên tố hoá học được phát biểu như sau:

“Nguyên tử của các nguyên tố không thể được tạo ra hoặc bị phá hủy trong một phản ứng hóa học.”

Trong một phản ứng hóa học, nguyên tử của các nguyên tố phải được bảo toàn. Điều này có nghĩa là không có nguyên tố nào có thể xuất hiện hoặc biến mất trong một phản ứng hóa học. Các nguyên tử của nguyên tố được tổ hợp theo các cách khác nhau để tạo ra hợp chất mới.

N trong hóa học là gì? Tìm hiểu các kí hiệu công thức hóa học

Ví dụ về các bài tập định luật bảo toàn nguyên tố

Trong chương trình giáo dục phổ thông, định luật bảo toàn nguyên tố được học ở lớp 8 và thường được áp dụng trong các dạng bài tập khác nhau. Dưới đây là một số ví dụ về các dạng bài tập này.

Ví dụ 1: Xác định phương trình không tuân theo định luật bảo toàn nguyên tố

Phản ứng hoá học nào sau đây không tuân thủ định luật bảo toàn nguyên tố?

  1. Mg + CuSO4 —> MgSO4 + Cu
  2. CaO + CO2 —> CaCO3
  3. ZnCO3 —> ZnO + CO2
  4. FeCl2 + Zn —> FeCl2 + Cu
  5. NH3 + HCl —> NH4Cl

Câu trả lời:

Trong một phản ứng hóa học, nguyên tử của tất cả các nguyên tố phải được bảo toàn. Điều này có nghĩa là bất kỳ yếu tố nào có trong nguyên liệu ban đầu đều phải có trong sản phẩm. Nguyên tử của các nguyên tố có thể được liên kết lại, nhưng không nguyên tố nào có thể xuất hiện hoặc biến mất trong một phản ứng hóa học.

Xem xét các phương trình hoá học trên, chúng ta có thể thấy ở đáp án D, nguyên tố Zn xuất hiện phần chất nguyên liệu nhưng lại không xuất hiện ở sản phẩm của phương trình, ngoài ra nguyên tố Cu xuất hiện ở kết quả nhưng không xuất hiện ở phần chất nguyên liệu. Do đó, đáp án đúng là D.

Có nhiều dạng bài tập về bảo toàn nguyên tố khác nhau
Có nhiều dạng bài tập về bảo toàn nguyên tố khác nhau

Ví dụ 2: Xác định nguyên tố còn thiếu trong phương trình hóa học

Bằng cách sử dụng khái niệm bảo toàn nguyên tố, hãy xác định nguyên tố còn thiếu trong phương trình hóa học sau: Mg + H2SO4 —> _SO4 + H2

  1. H
  2. S
  3. Mg
  4. O
  5. Na

Câu trả lời:

Trong một phản ứng hóa học, nguyên tử của tất cả các nguyên tố phải được bảo toàn. Điều này có nghĩa là bất kỳ yếu tố nào có trong nguyên liệu ban đầu đều phải có trong sản phẩm. Trong phương trình phản ứng được cung cấp, chúng ta có thể thấy các nguyên tố Mg, H, S và O ở phía bên trái của mũi tên phản ứng. Ở phía bên phải của mũi tên phản ứng, chúng ta thấy các nguyên tố S, O và H. Vì bất kỳ nguyên tố nào có trong nguyên liệu ban đầu (bên trái của mũi tên phản ứng) phải có trong sản phẩm (bên phải của mũi tên phản ứng), vậy nguyên tố còn thiếu là Mg. Đáp án đúng là C.

Oxit bazơ là gì? Tính chất hóa học của oxit bazơ

Các định luật bảo toàn khác trong hoá học

Ngoài định luật bảo toàn nguyên tố, các phản ứng hoá học cũng tuân theo nhiều định luật bảo toàn khác. 

Tất cả các phản ứng hóa học đều tuân theo định luật bảo toàn, và có những bảo toàn khác nhau trong các biến đổi hóa học, chẳng hạn như bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tố, bảo toàn nguyên tử, bảo toàn electron, bảo toàn điện tích, bảo toàn hóa trị, bảo toàn năng lượng…

Định luật bảo toàn khối lượng

Định luật bảo toàn khối lượng được phát biểu là tổng khối lượng của mỗi chất trước và sau phản ứng hóa học không đổi.

Định luật bảo toàn electron

Bảo toàn electron có nghĩa là trong một phản ứng oxi hóa khử, tổng số electron mà chất oxi hóa thu được bằng tổng số electron mất đi của chất khử.

Phản ứng hoá học tuân theo nhiều định luật bảo toàn khác 
Phản ứng hoá học tuân theo nhiều định luật bảo toàn khác

Định luật bảo toàn điện tích

 Bảo toàn điện tích có nghĩa là trong các biến đổi vật lý và hóa học, điện tích không thể được tạo ra cũng như không bị phá hủy. Nói cách khác, tổng số điện tích của các chất phản ứng trong một phản ứng hóa học phải bằng tổng số điện tích của các sản phẩm.

Tổng điện tích âm do các anion mang trong dung dịch điện phân phải bằng tổng điện tích dương do các cation mang theo.

Bảo toàn hoá trị

Bảo toàn hóa trị có nghĩa là các giá trị tuyệt đối của hóa trị âm và dương trong một hợp chất hoặc hỗn hợp là bằng nhau. Trong quá trình điện phân, tổng hoá trị của các chất kết tủa trên mỗi điện cực cũng được bảo toàn.

Bảo toàn năng lượng

Trong bất kỳ hệ phản ứng nào, năng lượng của hệ phải được bảo toàn. Khi giải quyết các câu hỏi liên quan đến năng lượng, việc xem xét bảo toàn năng lượng có thể đơn giản hóa quy trình giải quyết vấn đề.

Tất cả các định luật trên thuộc phương pháp bảo toàn trong hóa học: thường bao gồm bảo toàn khối lượng, bảo toàn nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử, bảo toàn điện tích, bảo toàn điện tích và một số đại lượng không đổi trước và sau khi biến đổi hóa học. Phương pháp này không cần hiểu quá nhiều quá trình trung gian, tránh phân tích phức tạp và xảy ra nhiều phản ứng hóa học, có đặc điểm là tư duy đơn giản, liên hệ rõ ràng và tính toán nhanh.

Bài viết trên đã giới thiệu một cách chi tiết về định luật bảo toàn nguyên tố trong hóa học cùng những định luật khác của phương pháp bảo toàn hoá học. Trong hóa học trung học cơ sở, việc áp dụng phương pháp bảo toàn nguyên tố vô cùng phổ biến. Hy vọng sau khi đọc xong bài viết, bạn đã có thêm nhiều kiến thức mới mẻ về lĩnh vực hoá học.

Kim loại dẫn điện tốt nhất – Điểm danh 10 top kim loại dẫn điện

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *