Chào các em học sinh yêu quý! Cô rất vui được đồng hành cùng các em trong bài học Hóa học hôm nay. Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau chinh phục một bài tập khá thú vị về phản ứng của oxit kim loại với axit. Các em hãy cùng cô phân tích và giải bài tập này một cách chi tiết nhé!

Mục tiêu của bài toán: Xác định thành phần phần trăm theo khối lượng của CuO và Al2O3 trong hỗn hợp X.

Dữ kiện bài cho:
– Khối lượng hỗn hợp X (gồm CuO và Al2O3): 25.5 gam.
– Khối lượng dung dịch muối thu được sau phản ứng: 57.9 gam.

Các bước giải bài toán:

Bước 1: Viết phương trình hóa học của các phản ứng xảy ra.
Khi cho hỗn hợp X gồm CuO và Al2O3 tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng, cả hai oxit này đều có tính bazơ nên sẽ phản ứng với axit.
Phản ứng của CuO với H2SO4:
CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O
Phản ứng của Al2O3 với H2SO4:
Al2O3 + 3H2SO4 → Al2(SO4)3 + 3H2O

Bước 2: Gọi ẩn cho số mol của các chất trong hỗn hợp X.
Để tiện cho việc tính toán, chúng ta sẽ gọi số mol của CuO là x mol và số mol của Al2O3 là y mol.

Bước 3: Thiết lập các phương trình dựa trên các dữ kiện của bài toán.

* Phương trình dựa trên khối lượng hỗn hợp X:
Khối lượng của CuO là (số mol CuO) × (khối lượng mol của CuO)
Khối lượng mol của CuO = 64 (Cu) + 16 (O) = 80 gam/mol.
Khối lượng của Al2O3 là (số mol Al2O3) × (khối lượng mol của Al2O3)
Khối lượng mol của Al2O3 = 2 × 27 (Al) + 3 × 16 (O) = 102 gam/mol.
Theo đề bài, khối lượng hỗn hợp X là 25.5 gam, nên ta có phương trình:
80x + 102y = 25.5 (1)

* Phương trình dựa trên khối lượng dung dịch muối thu được:
Dung dịch muối thu được sau phản ứng bao gồm CuSO4 và Al2(SO4)3. Khối lượng của dung dịch muối này bằng tổng khối lượng của các oxit ban đầu cộng với khối lượng của axit H2SO4 phản ứng, trừ đi khối lượng của nước tạo thành trong phản ứng.
Tuy nhiên, một cách tiếp cận khác và đơn giản hơn là sử dụng định luật bảo toàn khối lượng cho toàn bộ quá trình. Khối lượng dung dịch muối bằng khối lượng hỗn hợp X cộng với khối lượng dung dịch H2SO4 ban đầu trừ đi khối lượng nước sinh ra. Nhưng đề bài chỉ cho khối lượng muối, nên ta sẽ tính khối lượng muối dựa vào số mol các chất tạo thành.
Theo phương trình hóa học:
– Từ 1 mol CuO tạo ra 1 mol CuSO4. Vậy x mol CuO tạo ra x mol CuSO4.
Khối lượng mol của CuSO4 = 64 (Cu) + 32 (S) + 4 × 16 (O) = 160 gam/mol.
Khối lượng CuSO4 = 160x gam.
– Từ 1 mol Al2O3 tạo ra 1 mol Al2(SO4)3. Vậy y mol Al2O3 tạo ra y mol Al2(SO4)3.
Khối lượng mol của Al2(SO4)3 = 2 × 27 (Al) + 3 × (32 (S) + 4 × 16 (O)) = 2 × 27 + 3 × 96 = 54 + 288 = 342 gam/mol.
Khối lượng Al2(SO4)3 = 342y gam.

Lưu ý quan trọng: Đề bài cho “dung dịch chứa 57.9 gam muối”. Điều này có nghĩa là 57.9 gam là khối lượng của tổng số muối (CuSO4 và Al2(SO4)3) tạo thành.
Vậy ta có phương trình thứ hai:
160x + 342y = 57.9 (2)

Bước 4: Giải hệ phương trình để tìm giá trị của x và y.
Chúng ta có hệ phương trình:

1) 80x + 102y = 25.5

2) 160x + 342y = 57.9

Để giải hệ này, chúng ta có thể nhân phương trình (1) với 2 để hệ số của x trong hai phương trình bằng nhau, sau đó trừ hai phương trình cho nhau.

Nhân phương trình (1) với 2:

2 × (80x + 102y) = 2 × 25.5

160x + 204y = 51 (3)

Lấy phương trình (2) trừ đi phương trình (3):

(160x + 342y) – (160x + 204y) = 57.9 – 51

138y = 6.9

y = 6.9 / 138

y = 0.05 mol

Bây giờ, thế giá trị của y vào phương trình (1) để tìm x:

80x + 102 × (0.05) = 25.5

80x + 5.1 = 25.5

80x = 25.5 – 5.1

80x = 20.4

x = 20.4 / 80

x = 0.255 mol

Bước 5: Tính khối lượng của mỗi chất trong hỗn hợp X.
– Khối lượng CuO = số mol CuO × khối lượng mol CuO = 0.255 mol × 80 gam/mol = 20.4 gam.
– Khối lượng Al2O3 = số mol Al2O3 × khối lượng mol Al2O3 = 0.05 mol × 102 gam/mol = 5.1 gam.

Kiểm tra lại: Tổng khối lượng của CuO và Al2O3 = 20.4 gam + 5.1 gam = 25.5 gam. Điều này khớp với đề bài cho.

Bước 6: Tính thành phần phần trăm theo khối lượng của mỗi chất trong hỗn hợp X.
– Phần trăm khối lượng CuO:

%m_CuO = (Khối lượng CuO / Khối lượng hỗn hợp X) × 100%

%m_CuO = (20.4 gam / 25.5 gam) × 100%

%m_CuO = 0.8 × 100%

%m_CuO = 80%

– Phần trăm khối lượng Al2O3:

%m_Al2O3 = (Khối lượng Al2O3 / Khối lượng hỗn hợp X) × 100%

%m_Al2O3 = (5.1 gam / 25.5 gam) × 100%

%m_Al2O3 = 0.2 × 100%

%m_Al2O3 = 20%

Hoặc có thể tính %m_Al2O3 = 100% – %m_CuO = 100% – 80% = 20%.

Kết luận:
Vậy, thành phần phần trăm theo khối lượng của mỗi chất trong hỗn hợp X là:

• %m_CuO = 80%
• %m_Al2O3 = 20%

Cô hy vọng với cách trình bày chi tiết từng bước như thế này, các em đã hiểu rõ cách giải bài tập này. Điều quan trọng là chúng ta cần nắm vững các khái niệm về phản ứng hóa học, cách thiết lập phương trình dựa trên dữ kiện bài toán và kỹ năng giải hệ phương trình. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, đừng ngần ngại hỏi cô nhé! Chúc các em học tốt!