Chào các em học sinh thân mến! Hôm nay, cô trò chúng ta sẽ cùng nhau chinh phục một bài tập hóa học thú vị về phản ứng giữa kim loại và axit. Cô sẽ hướng dẫn các em từng bước để giải bài tập này một cách dễ dàng nhất, bám sát kiến thức trong Sách giáo khoa Hóa học lớp 8.

Bài tập của chúng ta là: Cho sơ đồ phản ứng sau: Fe(OH)y + H2SO4 → Fex(SO4)y + H2O

Phần a) Biện luận để tìm x, y và lập phương trình hóa học.

Để làm được phần này, các em cần nhớ lại kiến thức về hóa trị của các nguyên tố và quy tắc hóa trị.

Bước 1: Xác định hóa trị của gốc SO4.
Chúng ta biết rằng axit sulfuric có công thức là H2SO4. Trong công thức này, H có hóa trị là I. Theo quy tắc hóa trị, tích hóa trị của nguyên tố với chỉ số của nó bằng tích hóa trị của gốc axit với chỉ số của nó. Vì vậy, hóa trị của gốc SO4 là II.

Bước 2: Xác định hóa trị của Fe trong muối Fex(SO4)y.
Trong muối Fex(SO4)y, gốc SO4 có hóa trị II. Theo quy tắc hóa trị, ta có:
Hóa trị của Fe nhân với chỉ số của Fe (là x) bằng hóa trị của SO4 nhân với chỉ số của SO4 (là y).
Nghĩa là: (Hóa trị của Fe) x = II y

Bước 3: Biện luận để tìm x, y.
Chúng ta có mối quan hệ: Hóa trị của Fe = (II * y) / x
Đề bài cho biết x khác y.
Chúng ta cần tìm các giá trị nguyên dương của x và y sao cho hóa trị của Fe là một số nguyên (thường là hóa trị phổ biến của Sắt: II hoặc III) và thỏa mãn điều kiện x khác y.

Hãy thử các trường hợp:
Nếu ta giả sử x = 1, thì Hóa trị của Fe = (II y) / 1 = 2y.
Nếu y = 1 (nhưng đề bài cho x khác y, nên trường hợp này loại).
Nếu y = 2, Hóa trị của Fe = 2 * 2 = 4. Hóa trị 4 của Fe là không phổ biến, nên trường hợp này ít khả năng.
Nếu y = 3, Hóa trị của Fe = 2 * 3 = 6. Hóa trị 6 của Fe là không có, nên loại.

Nếu ta giả sử x = 2, thì Hóa trị của Fe = (II y) / 2 = y.
Để hóa trị của Fe là một số nguyên phổ biến như II hoặc III, ta có thể chọn:
Nếu y = 2, thì Hóa trị của Fe = 2. Nhưng đề bài cho x khác y, nên trường hợp này loại (vì x=2, y=2).
Nếu y = 3, thì Hóa trị của Fe = 3. Trường hợp này thỏa mãn điều kiện x khác y (x=2, y=3). Hóa trị III của Sắt là phổ biến. Vậy, ta có thể chọn x = 2 và y = 3.

Như vậy, trong muối Fex(SO4)y, ta có x = 2 và y = 3. Công thức muối sẽ là Fe2(SO4)3.

Bước 4: Xác định công thức của Fe(OH)y.
Trong hợp chất Fe(OH)y, gốc OH có hóa trị I. Hóa trị của Sắt trong gốc hiđroxit này phải giống với hóa trị của Sắt trong muối Fex(SO4)y mà ta vừa tìm được.
Ta đã xác định Fe có hóa trị III.
Vậy, ta có: Hóa trị của Fe nhân với chỉ số của Fe (là 1, ngầm hiểu) bằng hóa trị của OH nhân với chỉ số của OH (là y).
III 1 = I y
Suy ra, y = 3.
Vậy, công thức của hiđroxit sắt là Fe(OH)3.

Bước 5: Lập phương trình hóa học.
Ta đã có:
Chất phản ứng: Fe(OH)3 và H2SO4
Sản phẩm: Fe2(SO4)3 và H2O

Phương trình hóa học ban đầu là: Fe(OH)3 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + H2O

Bây giờ, chúng ta sẽ cân bằng phương trình này.

Bước 5.1: Cân bằng nguyên tố Fe.
Bên trái có 1 Fe, bên phải có 2 Fe. Ta thêm hệ số 2 vào trước Fe(OH)3:
2Fe(OH)3 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + H2O

Bước 5.2: Cân bằng gốc SO4.
Bên trái có 1 gốc SO4, bên phải có 3 gốc SO4. Ta thêm hệ số 3 vào trước H2SO4:
2Fe(OH)3 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + H2O

Bước 5.3: Cân bằng nguyên tố H.
Bên trái có: 2 3 = 6 nguyên tử H trong Fe(OH)3 và 3 2 = 6 nguyên tử H trong H2SO4. Tổng cộng là 6 + 6 = 12 nguyên tử H.
Bên phải có 2 nguyên tử H trong H2O. Ta cần 12 nguyên tử H, nên thêm hệ số 6 vào trước H2O:
2Fe(OH)3 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 6H2O

Bước 5.4: Kiểm tra lại nguyên tố O.
Bên trái có: 2 3 = 6 nguyên tử O trong Fe(OH)3 và 3 4 = 12 nguyên tử O trong H2SO4. Tổng cộng là 6 + 12 = 18 nguyên tử O.
Bên phải có: 3 4 = 12 nguyên tử O trong Fe2(SO4)3 và 6 1 = 6 nguyên tử O trong H2O. Tổng cộng là 12 + 6 = 18 nguyên tử O.
Số nguyên tử O hai bên bằng nhau.

Vậy, phương trình hóa học đã được cân bằng là:
2Fe(OH)3 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 6H2O

Với các chỉ số đã tìm được: x = 2 và y = 3.

Phần b) Cho biết tỉ lệ của bốn cặp chất trong phản ứng (tùy chọn).

Tỉ lệ của các chất trong phản ứng được xác định dựa vào các hệ số tỉ lượng trong phương trình hóa học đã cân bằng. Tỉ lệ này có thể được biểu diễn dưới dạng số nguyên tử/phân tử hoặc tỉ lệ mol.

Dựa vào phương trình: 2Fe(OH)3 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 6H2O

Chúng ta có thể chọn bốn cặp chất bất kỳ. Cô sẽ đưa ra một vài ví dụ để các em tham khảo:

Cặp chất 1: Fe(OH)3 và H2SO4
Tỉ lệ số phân tử Fe(OH)3 : H2SO4 là 2 : 3.
Điều này có nghĩa là cứ 2 phân tử Fe(OH)3 phản ứng hết với 3 phân tử H2SO4.
Hoặc, tỉ lệ mol của Fe(OH)3 phản ứng với H2SO4 là 2:3.

Cặp chất 2: Fe(OH)3 và Fe2(SO4)3
Tỉ lệ số phân tử Fe(OH)3 : Fe2(SO4)3 là 2 : 1.
Điều này có nghĩa là cứ 2 phân tử Fe(OH)3 phản ứng tạo ra 1 phân tử Fe2(SO4)3.
Hoặc, tỉ lệ mol của Fe(OH)3 phản ứng so với Fe2(SO4)3 tạo thành là 2:1.

Cặp chất 3: H2SO4 và H2O
Tỉ lệ số phân tử H2SO4 : H2O là 3 : 6. Chúng ta có thể rút gọn tỉ lệ này là 1 : 2.
Điều này có nghĩa là cứ 3 phân tử H2SO4 phản ứng tạo ra 6 phân tử H2O.
Hoặc, tỉ lệ mol của H2SO4 phản ứng so với H2O tạo thành là 3:6 (hay 1:2).

Cặp chất 4: Fe(OH)3 và H2O
Tỉ lệ số phân tử Fe(OH)3 : H2O là 2 : 6. Chúng ta có thể rút gọn tỉ lệ này là 1 : 3.
Điều này có nghĩa là cứ 2 phân tử Fe(OH)3 phản ứng tạo ra 6 phân tử H2O.
Hoặc, tỉ lệ mol của Fe(OH)3 phản ứng so với H2O tạo thành là 2:6 (hay 1:3).

Các em có thể chọn bất kỳ bốn cặp chất nào từ các chất tham gia và sản phẩm trong phản ứng để nêu tỉ lệ. Quan trọng là tỉ lệ đó phải tuân theo hệ số của phương trình hóa học đã cân bằng.

Cô hy vọng với cách giải chi tiết này, các em đã hiểu rõ cách biện luận để tìm các chỉ số và lập phương trình hóa học, cũng như cách xác định tỉ lệ các chất trong phản ứng. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, đừng ngần ngại hỏi cô nhé!