Cho 12,8g hh Mg, MgO tác dụng hết với dd H2SO4 đặc nóng thu được 4,48 lít khí có…

Xin chào các em học sinh thân mến! Hôm nay chúng ta sẽ cùng nhau giải một bài tập hóa học về hỗn hợp kim loại và oxit kim loại tác dụng với axit sunfuric đặc nóng. Đây là một dạng bài tập rất cơ bản và quan trọng trong chương trình Hóa học lớp 10, giúp các em củng cố kiến thức về phản ứng oxi hóa – khử, phản ứng trao đổi và tính toán theo phương trình hóa học.

Chúng ta hãy cùng phân tích đề bài và giải quyết từng bước một nhé!

Giải:

Bước 1: Xác định khí sinh ra và tính số mol khí

Dựa vào đề bài, “khí có mùi hắc” sinh ra khi kim loại tác dụng với dung dịch $H_{2}S{O}_4$ đặc, nóng chính là khí lưu huỳnh đioxit ($S{O}_2$).

Thể tích khí $S{O}_2$ thu được ở điều kiện tiêu chuẩn (đkc) là $4.48$ lít.

Số mol khí $S{O}_2$ được tính bằng công thức:

$n_{S{O}_2}=\frac{V_{S{O}_2}}{22.4}=\frac{4.48}{22.4}=0.2\text{mol}$

Giải thích: Ở điều kiện tiêu chuẩn (đkc), một mol của bất kỳ chất khí nào cũng chiếm một thể tích là $22.4$ lít. Việc tính số mol $S{O}_2$ giúp chúng ta xác định được lượng chất đã phản ứng.

Bước 2: Viết phương trình hóa học của các phản ứng

Hỗn hợp ban đầu gồm Mg và MgO tác dụng với dung dịch $H_{2}S{O}_4$ đặc, nóng. Chúng ta sẽ xét từng chất:

1. Phản ứng của Magie (Mg) với $H_{2}S{O}_4$ đặc, nóng:

Magie là kim loại có tính khử, khi tác dụng với axit $H_{2}S{O}_4$ đặc, nóng sẽ bị oxi hóa lên muối sunfat ($\mathrm{MgS}{O}_4$) và $H_{2}S{O}_4$ bị khử xuống $S{O}_2$.

$$\mathrm{Mg}+2H_{2}S{O}_4\text{(đặc, nóng)}\to \mathrm{MgS}{O}_4+S{O}_2\uparrow +2H_{2}O$$

Giải thích: Đây là phản ứng oxi hóa – khử điển hình. Magie (số oxi hóa $0$) bị oxi hóa lên Magie trong $\mathrm{MgS}{O}_4$ (số oxi hóa $+2$), còn lưu huỳnh trong $H_{2}S{O}_4$ (số oxi hóa $+6$) bị khử xuống lưu huỳnh trong $S{O}_2$ (số oxi hóa $+4$).

2. Phản ứng của Magie oxit (MgO) với $H_{2}S{O}_4$ đặc, nóng:

Magie oxit là một oxit bazơ, khi tác dụng với axit sẽ tạo muối và nước. Phản ứng này không sinh ra khí.

$$\mathrm{MgO}+H_{2}S{O}_4\text{(đặc, nóng)}\to \mathrm{MgS}{O}_4+H_{2}O$$

Giải thích: Đây là phản ứng trao đổi thông thường giữa một oxit bazơ và một axit, không có sự thay đổi số oxi hóa của các nguyên tố.

Bước 3: Tính số mol Magie (Mg)

Từ hai phương trình trên, chúng ta thấy chỉ có Mg phản ứng với $H_{2}S{O}_4$ đặc, nóng mới sinh ra khí $S{O}_2$. Dựa vào tỉ lệ mol trong phương trình (1):

$\mathrm{Mg}+2H_{2}S{O}_4\to \mathrm{MgS}{O}_4+S{O}_2+2H_{2}O$

Theo phương trình, cứ $1$ mol Mg sẽ tạo ra $1$ mol $S{O}_2$.

Vậy, số mol Mg đã phản ứng là:

$n_{Mg}=n_{S{O}_2}=0.2\text{mol}$

Giải thích: Từ số mol của sản phẩm khí $S{O}_2$ và tỉ lệ mol trong phương trình đã cân bằng, chúng ta có thể suy ra được số mol của chất tham gia đã tạo ra sản phẩm đó.

Bước 4: Tính khối lượng Magie (Mg) và Magie oxit (MgO)

Khối lượng mol của Mg là $24$ g/mol.

Khối lượng của Mg trong hỗn hợp là:

$m_{Mg}=n_{Mg}\times M_{Mg}=0.2\times 24=4.8\text{g}$

Giải thích: Công thức cơ bản để tính khối lượng của một chất là lấy số mol nhân với khối lượng mol của chất đó.

Tổng khối lượng hỗn hợp ban đầu là $12.8$ g.

Khối lượng của MgO trong hỗn hợp là:

$m_{MgO}=m_{hh}-m_{Mg}=12.8-4.8=8\text{g}$

Giải thích: Khối lượng của một thành phần trong hỗn hợp được tính bằng cách lấy tổng khối lượng hỗn hợp trừ đi khối lượng của các thành phần còn lại đã biết.

Bước 5: Tính phần trăm khối lượng của Mg và MgO trong hỗn hợp

Phần trăm khối lượng của Mg trong hỗn hợp:

$\%m_{Mg}=\frac{m_{Mg}}{m_{hh}}\times 100\%=\frac{4.8}{12.8}\times 100\%=37.5\%$

Phần trăm khối lượng của MgO trong hỗn hợp:

$\%m_{MgO}=100\%-\%m_{Mg}=100\%-37.5\%=62.5\%$

Giải thích: Phần trăm khối lượng của một chất trong hỗn hợp được tính bằng tỉ lệ khối lượng của chất đó so với tổng khối lượng hỗn hợp, nhân với $100\%$. Tổng phần trăm khối lượng của tất cả các thành phần trong hỗn hợp luôn bằng $100\%$.

Kết luận:

Vậy, trong hỗn hợp ban đầu:

• Phần trăm khối lượng của Mg là $37.5\%$.
• Phần trăm khối lượng của MgO là $62.5\%$.