Bước 1: Phân tích đề bài và xác định hiện tượng hóa học xảy ra
Đề bài cho biết: Nhúng một thanh Zn vào dung dịch CuSO₄. Sau phản ứng, khối lượng thanh Zn giảm đi. Điều này cho thấy có một phần kim loại Zn đã phản ứng và bị thay thế bởi kim loại khác.
Trong hóa học, khi một kim loại hoạt động mạnh hơn (đứng trước trong dãy hoạt động hóa học) nhúng vào dung dịch muối của kim loại kém hoạt động hơn (đứng sau), kim loại mạnh sẽ đẩy kim loại yếu ra khỏi dung dịch muối.
Dãy hoạt động hóa học của kim loại mà các em đã học là: K, Na, Ca, Mg, Al, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Ag, Pt, Au.
Ta thấy Zn đứng trước Cu trong dãy hoạt động hóa học. Do đó, Zn sẽ phản ứng với dung dịch CuSO₄, thay thế Cu ra khỏi dung dịch.

Bước 2: Viết phương trình hóa học của phản ứng
Dựa trên phân tích ở Bước 1, phản ứng hóa học xảy ra là:
Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu
Trong phản ứng này, nguyên tử Zn nhường electron để trở thành ion Zn²⁺, đồng thời ion Cu²⁺ trong dung dịch nhận electron để trở thành nguyên tử Cu kim loại và bám vào thanh Zn.

Bước 3: Liên hệ sự thay đổi khối lượng với lượng chất phản ứng và sản phẩm
Đề bài cho biết khối lượng thanh Zn giảm đi 0,015 gam. Sự giảm khối lượng này chính là do một lượng kim loại Zn đã bị hòa tan vào dung dịch (biến thành ion Zn²⁺) và một lượng kim loại Cu đã sinh ra bám vào thanh Zn.
Gọi khối lượng thanh Zn ban đầu là m_{Zn ban đầu}.
Gọi khối lượng thanh Zn sau phản ứng là m_{Zn sau phản ứng}.
Ta có: m_{Zn giảm} = m_{Zn ban đầu} – m_{Zn sau phản ứng} = 0,015 gam.
Số mol Zn đã phản ứng là n_{Zn phản ứng}.
Số mol Cu sinh ra là n_{Cu sinh ra}.
Theo phương trình hóa học: Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu
Tỉ lệ mol giữa Zn phản ứng và Cu sinh ra là 1:1.
Do đó: n_{Zn phản ứng} = n_{Cu sinh ra}.
Khối lượng của một chất được tính bằng công thức: m = n × M, trong đó m là khối lượng (gam), n là số mol (mol), và M là khối lượng mol (gam/mol).
Khối lượng Zn đã phản ứng là: m_{Zn phản ứng} = n_{Zn phản ứng} × M_Zn.
Khối lượng Cu sinh ra bám vào thanh Zn là: m_{Cu sinh ra} = n_{Cu sinh ra} × M_Cu.
Sự thay đổi khối lượng của thanh Zn được tính bằng hiệu khối lượng của Cu sinh ra và khối lượng Zn đã phản ứng:
m_{Zn giảm} = m_{Cu sinh ra} – m_{Zn phản ứng}
Thay thế vào công thức trên:
0,015 = (n_{Cu sinh ra} × M_Cu) – (n_{Zn phản ứng} × M_Zn)
Vì n_{Zn phản ứng} = n_{Cu sinh ra}, ta đặt số mol này là n.
Ta có: 0,015 = (n × M_Cu) – (n × M_Zn)
0,015 = n × (M_Cu – M_Zn)
Ta tra bảng khối lượng mol của các nguyên tố: M_Zn = 65 gam/mol, M_Cu = 64 gam/mol.

Bước 4: Tính số mol chất phản ứng
Từ biểu thức ở Bước 3:
n = 0,015 / (M_Cu – M_Zn)
n = 0,015 / (64 – 65)
Ở đây có một sự nhầm lẫn nhỏ trong suy luận. Chúng ta cần xem xét sự thay đổi khối lượng một cách cẩn thận hơn. Khối lượng thanh Zn giảm đi có nghĩa là phần Zn tan vào dung dịch đã bị mất đi, và phần Cu bám vào thì làm tăng khối lượng, nhưng hiệu quả tổng thể là giảm. Nếu khối lượng giảm, thì khối lượng kim loại sinh ra bám vào ít hơn khối lượng kim loại tan ra.
Do đó, sự giảm khối lượng của thanh kim loại là: khối lượng kim loại ban đầu bị hòa tan trừ đi khối lượng kim loại sinh ra bám vào.
m_giảm = m_{Zn phản ứng} – m_{Cu sinh ra}
0,015 = n × M_Zn – n × M_Cu
0,015 = n × (M_Zn – M_Cu)
Lý do áp dụng công thức này: Sự giảm khối lượng của thanh kim loại là do một phần kim loại ban đầu (Zn) bị mất đi do phản ứng và chuyển thành ion trong dung dịch, trong khi một phần kim loại mới (Cu) được tạo ra và bám trở lại lên thanh kim loại. Nếu khối lượng thanh kim loại bị giảm, điều đó có nghĩa là khối lượng kim loại ban đầu bị mất đi nhiều hơn khối lượng kim loại mới được tạo ra.
Thay số vào công thức:
n = 0,015 / (65 – 64)
n = 0,015 / 1
n = 0,015 mol
Vậy, số mol Zn đã phản ứng là 0,015 mol.

Bước 5: Tính nồng độ mol của dung dịch CuSO₄
Theo phương trình hóa học: Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu
Tỉ lệ mol giữa Zn phản ứng và CuSO₄ phản ứng là 1:1.
Do đó, số mol CuSO₄ đã phản ứng là: n_{CuSO4 phản ứng} = n_{Zn phản ứng} = 0,015 mol.
Thể tích dung dịch CuSO₄ đã dùng là V = 100 ml. Chúng ta cần đổi sang lít:
V = 100 ml = 100 / 1000 lít = 0,1 lít.
Nồng độ mol của dung dịch được tính bằng công thức:
C_M = n / V
trong đó C_M là nồng độ mol (mol/lít), n là số mol chất tan (mol), và V là thể tích dung dịch (lít).
Lý do áp dụng công thức này: Nồng độ mol biểu thị số mol chất tan có trong một lít dung dịch. Để tính nồng độ mol, ta lấy số mol chất tan chia cho thể tích dung dịch.
Áp dụng công thức:
C_M(CuSO₄) = n_{CuSO4 phản ứng} / V_{dung dịch}
C_M(CuSO₄) = 0,015 mol / 0,1 lít
C_M(CuSO₄) = 0,15 mol/lít

Kết luận:

• Phương trình hóa học của phản ứng xảy ra là: Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu
• Nồng độ mol của dung dịch CuSO₄ đã dùng là 0,15 mol/lít.

Cô hy vọng qua bài tập này, các em đã hiểu rõ hơn về cách vận dụng kiến thức hóa học vào giải bài tập thực tế. Hãy luôn giữ vững niềm đam mê với môn Hóa học nhé!