Chào các em học sinh yêu quý của lớp 10! Hôm nay, cô trò mình sẽ cùng nhau chinh phục một bài tập Hóa học khá thú vị liên quan đến phản ứng của kim loại với dung dịch muối và axit. Các em hãy tập trung lắng nghe và ghi chép cẩn thận nhé.

Chúng ta sẽ bắt đầu với việc phân tích đề bài và từng bước giải quyết nó.

Bước 1: Tóm tắt đề bài và xác định các dữ kiện quan trọng

Đề bài cho chúng ta:
– Khối lượng hỗn hợp bột X gồm Fe và Zn là 2,7 gam.
– Hỗn hợp X tác dụng với dung dịch Y tạo ra 2,84 gam chất rắn Z.
– Toàn bộ Z tác dụng với dung dịch H₂SO₄ loãng, dư.
– Khối lượng chất rắn giảm đi 0,28 gam sau phản ứng với H₂SO₄ loãng.
– Dung dịch thu được chỉ chứa một muối duy nhất.
– Yêu cầu tính phần trăm khối lượng của Fe trong hỗn hợp X.

Bước 2: Phân tích phản ứng và suy luận

Ta nhận thấy, khi cho hỗn hợp bột X (gồm Fe và Zn) tác dụng với dung dịch Y, thu được chất rắn Z. Điều này gợi ý rằng dung dịch Y có chứa ion kim loại mà Fe hoặc Zn có thể phản ứng theo phương trình hóa học sau:

Zn + Mⁿ⁺ → Zn²⁺ + M (nếu Zn hoạt động mạnh hơn M)
Fe + Mⁿ⁺ → Fe²⁺ + M (nếu Fe hoạt động mạnh hơn M)

Tuy nhiên, đề bài không nói rõ dung dịch Y là gì. Nhưng chúng ta có thể suy luận dựa trên các dữ kiện tiếp theo.

Tiếp theo, cho chất rắn Z tác dụng với dung dịch H₂SO₄ loãng dư. Phản ứng với H₂SO₄ loãng chỉ xảy ra với các kim loại đứng trước H trong dãy hoạt động hóa học. Khối lượng chất rắn giảm đi 0,28 gam chứng tỏ có một phần của Z đã phản ứng và tan vào dung dịch.

Đặc biệt, thông tin “dung dịch thu được chỉ chứa một muối duy nhất” là chìa khóa để xác định bản chất của dung dịch Y và phản ứng của Z với H₂SO₄.

Xét trường hợp: Nếu Z là hỗn hợp Fe và Zn. Khi cho Z tác dụng với H₂SO₄ loãng dư:
Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂
Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂

Trong trường hợp này, dung dịch thu được sẽ chứa cả ZnSO₄ và FeSO₄, tức là hai muối. Điều này mâu thuẫn với đề bài là “dung dịch thu được chỉ chứa một muối duy nhất”.

Do đó, Z không thể là hỗn hợp cả Fe và Zn. Vậy, có một kim loại đã phản ứng với dung dịch Y và bị đẩy ra dưới dạng kim loại nguyên chất, còn kim loại còn lại thì chưa phản ứng hoặc đã phản ứng tạo ra sản phẩm khác.

Bây giờ, hãy xem xét khả năng của dung dịch Y. Để thu được một muối duy nhất khi Z tác dụng với H₂SO₄ loãng, thì Z phải là kim loại nguyên chất (hoặc là kim loại còn dư sau phản ứng với Y).

Ta biết Fe và Zn đều phản ứng với H₂SO₄ loãng. Nếu Z chỉ là Fe thì khối lượng rắn giảm 0,28 gam có thể là Fe phản ứng. Nếu Z chỉ là Zn thì khối lượng rắn giảm 0,28 gam có thể là Zn phản ứng.

Tuy nhiên, nếu Z chỉ là Fe, thì ban đầu hỗn hợp X là Fe và Zn. Cho X tác dụng với Y tạo ra Z. Nếu Z chỉ là Fe, thì Zn đã phản ứng với Y. Còn nếu Z chỉ là Zn, thì Fe đã phản ứng với Y. Điều này không hợp lý lắm.

Hãy quay lại với phản ứng của Z với H₂SO₄ loãng. Khối lượng chất rắn giảm 0,28 gam. Điều này có nghĩa là 0,28 gam kim loại trong Z đã phản ứng với H₂SO₄ loãng và tan vào dung dịch.
Kim loại nào có thể phản ứng với H₂SO₄ loãng? Đó là Fe và Zn.

Giả sử Z chỉ chứa một kim loại.
Nếu Z là Fe, thì khối lượng Fe phản ứng là 0,28 gam. Vậy ban đầu X có Fe và Zn. Cho X + Y -> Z. Nếu Z là Fe, thì Zn đã phản ứng hết với Y. Nhưng cuối cùng ta chỉ thu được một muối duy nhất.
Nếu Z là Zn, thì khối lượng Zn phản ứng là 0,28 gam. Vậy ban đầu X có Fe và Zn. Cho X + Y -> Z. Nếu Z là Zn, thì Fe đã phản ứng với Y.

Bây giờ, hãy xem xét kỹ thông tin “dung dịch thu được chỉ chứa một muối duy nhất”.
Khi Z tác dụng với H₂SO₄ loãng dư, Z chỉ chứa kim loại.
Nếu Z chỉ chứa kim loại hoạt động hơn H (Fe, Zn), thì nó sẽ phản ứng với H₂SO₄.
Nếu Z chỉ là Fe, thì dung dịch thu được sẽ có FeSO₄.
Nếu Z chỉ là Zn, thì dung dịch thu được sẽ có ZnSO₄.

Nếu Z là hỗn hợp Fe và Zn, thì dung dịch thu được sẽ có FeSO₄ và ZnSO₄. Điều này mâu thuẫn với đề bài.
Vậy Z chỉ có thể là một trong hai kim loại Fe hoặc Zn.

Giả sử Z là kim loại M (chỉ có một kim loại).
Khối lượng Z = 2,84 gam.
Khối lượng kim loại M phản ứng với H₂SO₄ loãng là 0,28 gam.
Khối lượng kim loại M còn lại không phản ứng là 2,84 – 0,28 = 2,56 gam.

Chúng ta biết rằng Fe và Zn đều có thể tác dụng với H₂SO₄ loãng. Tuy nhiên, chỉ có thể thu được một muối duy nhất. Điều này có nghĩa là Z chỉ có thể là một trong hai kim loại Fe hoặc Zn, và kim loại đó phản ứng một phần với H₂SO₄.

Tuy nhiên, giả thuyết Z chỉ có một kim loại cũng cần xem xét kỹ.
Nếu Z là Fe, khối lượng Fe phản ứng là 0,28 gam. Vậy Z ban đầu là Fe. Khối lượng Z = 2,84 gam. Vậy trong Z có 0,28 gam Fe phản ứng, 2,56 gam Fe không phản ứng.
Nếu Z là Zn, khối lượng Zn phản ứng là 0,28 gam. Vậy Z ban đầu là Zn. Khối lượng Z = 2,84 gam. Vậy trong Z có 0,28 gam Zn phản ứng, 2,56 gam Zn không phản ứng.

Xét lại quá trình từ X sang Z. X (Fe, Zn) + Y -> Z.
Nếu dung dịch Y chứa ion kim loại đứng sau Fe và Zn trong dãy hoạt động hóa học, ví dụ Cu²⁺, Ag⁺…
Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu
Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu

Nếu Y chứa Cu²⁺:
Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu
Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu

Sản phẩm Z có thể là Cu kim loại và kim loại còn dư.
Nhưng “dung dịch thu được chỉ chứa một muối duy nhất” khi Z phản ứng với H₂SO₄. Điều này cho thấy Z có khả năng chỉ là một kim loại duy nhất.

Khối lượng Z = 2,84 gam.
Khối lượng chất rắn giảm 0,28 gam khi Z phản ứng với H₂SO₄ loãng dư.
Điều này có nghĩa là có 0,28 gam kim loại trong Z đã phản ứng với H₂SO₄.

Giả sử Z chỉ là kim loại M. M có thể là Fe hoặc Zn.
Nếu M là Fe: khối lượng Fe phản ứng là 0,28 gam. Khối lượng Fe còn lại là 2,84 – 0,28 = 2,56 gam.
Nếu M là Zn: khối lượng Zn phản ứng là 0,28 gam. Khối lượng Zn còn lại là 2,84 – 0,28 = 2,56 gam.

Bây giờ quay lại phản ứng X + Y → Z.
X là hỗn hợp Fe và Zn.
Nếu Z chỉ là một kim loại, ví dụ Zn. Vậy Fe đã phản ứng với Y.
Fe + Mⁿ⁺ → Fe²⁺ + M (với M là kim loại trong Y)
Hoặc Zn + Mⁿ⁺ → Zn²⁺ + M

Nếu Z là kim loại Cu, thì kim loại trong Y là Cu²⁺.
Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu
Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu

Nếu dung dịch Y chứa ion Cu²⁺, thì Fe và Zn đều có thể phản ứng.
Sản phẩm rắn Z có thể là Cu kim loại, hoặc Fe còn dư, hoặc Zn còn dư, hoặc cả Fe, Zn và Cu.
Tuy nhiên, Z có khối lượng 2,84 gam.

Ta có dữ kiện “dung dịch thu được chỉ chứa một muối duy nhất” sau khi Z tác dụng với H₂SO₄ loãng dư.
Nếu Z là hỗn hợp Fe và Cu. Khi cho Z tác dụng với H₂SO₄ loãng dư:
Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂
Cu không phản ứng với H₂SO₄ loãng.
Dung dịch thu được sẽ chứa FeSO₄. Đây là một muối duy nhất.
Trong trường hợp này, Z = Fe + Cu. Khối lượng rắn giảm 0,28 gam có nghĩa là 0,28 gam Fe đã phản ứng với H₂SO₄.
Vậy trong Z có 0,28 gam Fe phản ứng. Còn lại là Fe không phản ứng và Cu.
Tổng khối lượng Z = 2,84 gam.

Nếu Z là hỗn hợp Zn và Cu. Khi cho Z tác dụng với H₂SO₄ loãng dư:
Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂
Cu không phản ứng với H₂SO₄ loãng.
Dung dịch thu được sẽ chứa ZnSO₄. Đây là một muối duy nhất.
Trong trường hợp này, Z = Zn + Cu. Khối lượng rắn giảm 0,28 gam có nghĩa là 0,28 gam Zn đã phản ứng với H₂SO₄.
Vậy trong Z có 0,28 gam Zn phản ứng. Còn lại là Zn không phản ứng và Cu.
Tổng khối lượng Z = 2,84 gam.

Bây giờ, chúng ta cần xem xét sự chuyển hóa từ X (Fe, Zn) sang Z.
Giả sử Y là dung dịch muối của kim loại đứng sau Fe và Zn, ví dụ như Cu²⁺.
Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu (1)
Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu (2)

Nếu phản ứng (1) xảy ra, Fe bị chuyển hóa thành Fe²⁺ và sinh ra Cu kim loại.
Nếu phản ứng (2) xảy ra, Zn bị chuyển hóa thành Zn²⁺ và sinh ra Cu kim loại.

Sản phẩm rắn Z có thể là Cu (sinh ra từ phản ứng), Fe còn dư, Zn còn dư.
Khối lượng Z = 2,84 gam.

Khi cho Z tác dụng với H₂SO₄ loãng dư:
Chỉ có Fe và Zn phản ứng. Cu không phản ứng.
Khối lượng chất rắn giảm 0,28 gam.
Điều này có nghĩa là lượng Fe hoặc Zn trong Z đã phản ứng với H₂SO₄ là 0,28 gam.

Giả sử Z là hỗn hợp gồm Cu và kim loại hoạt động còn dư (Fe hoặc Zn).
Nếu Z chỉ chứa Cu và Fe:
Khối lượng rắn giảm 0,28 gam nghĩa là 0,28 gam Fe trong Z đã phản ứng với H₂SO₄.
Vậy khối lượng Cu trong Z là 2,84 – 0,28 = 2,56 gam.
Trong phản ứng X + Y → Z, Fe đã phản ứng một phần hoặc toàn bộ với Y để sinh ra Cu.
Nếu Fe phản ứng hoàn toàn với Y, thì Fe đã bị thay thế bằng Cu.
n(Fe phản ứng) = n(Cu sinh ra)
Nếu Fe chỉ phản ứng một phần, thì trong Z có cả Fe còn dư và Cu.

Nếu Z chỉ chứa Cu và Zn:
Khối lượng rắn giảm 0,28 gam nghĩa là 0,28 gam Zn trong Z đã phản ứng với H₂SO₄.
Vậy khối lượng Cu trong Z là 2,84 – 0,28 = 2,56 gam.
Trong phản ứng X + Y → Z, Zn đã phản ứng một phần hoặc toàn bộ với Y để sinh ra Cu.
Nếu Zn phản ứng hoàn toàn với Y, thì Zn đã bị thay thế bằng Cu.
n(Zn phản ứng) = n(Cu sinh ra)

Hãy xét trường hợp dung dịch Y là dung dịch muối của Cu²⁺.
Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu (1)
Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu (2)

Nếu chỉ có Fe phản ứng (Zn đứng sau Fe trong dãy hoạt động hóa học):
X = Fe + Zn. Y chứa Cu²⁺.
Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu
Zn không phản ứng.
Z = Zn + Cu. Khối lượng Z = m(Zn) + m(Cu) = 2,84 gam.
Khi cho Z tác dụng với H₂SO₄ loãng dư:
Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂
Cu không phản ứng.
Khối lượng rắn giảm 0,28 gam, nghĩa là 0,28 gam Zn đã phản ứng.
Vậy khối lượng Zn trong Z là 0,28 gam.
Khối lượng Cu trong Z là 2,84 – 0,28 = 2,56 gam.
Cu sinh ra từ phản ứng (1). Vậy m(Cu) = 2,56 gam.
Từ phản ứng (1): n(Fe phản ứng) = n(Cu sinh ra).
n(Cu) = 2,56 / 64 = 0,04 mol.
Vậy n(Fe phản ứng) = 0,04 mol.
Khối lượng Fe đã phản ứng là 0,04 * 56 = 2,24 gam.
Trong trường hợp này, Z = Zn + Cu. Khối lượng Zn là 0,28 gam, khối lượng Cu là 2,56 gam.
Hỗn hợp X ban đầu là Fe và Zn. Tổng khối lượng X = 2,7 gam.
Fe phản ứng là 2,24 gam. Zn ban đầu có thể đã phản ứng hoặc chưa.
Nếu Zn không phản ứng với Y, thì Zn ban đầu là 0,28 gam.
Tổng khối lượng X = m(Fe) + m(Zn) = 2,24 + 0,28 = 2,52 gam.
Nhưng đề bài cho khối lượng X là 2,7 gam. Vậy giả thuyết này không đúng.

Nếu chỉ có Zn phản ứng (Fe đứng trước Zn trong dãy hoạt động hóa học):
X = Fe + Zn. Y chứa Cu²⁺.
Fe không phản ứng.
Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu
Z = Fe + Cu. Khối lượng Z = m(Fe) + m(Cu) = 2,84 gam.
Khi cho Z tác dụng với H₂SO₄ loãng dư:
Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂
Cu không phản ứng.
Khối lượng rắn giảm 0,28 gam, nghĩa là 0,28 gam Fe đã phản ứng.
Vậy khối lượng Fe trong Z là 0,28 gam.
Khối lượng Cu trong Z là 2,84 – 0,28 = 2,56 gam.
Cu sinh ra từ phản ứng (2). Vậy m(Cu) = 2,56 gam.
Từ phản ứng (2): n(Zn phản ứng) = n(Cu sinh ra).
n(Cu) = 2,56 / 64 = 0,04 mol.
Vậy n(Zn phản ứng) = 0,04 mol.
Khối lượng Zn đã phản ứng là 0,04 * 65 = 2,6 gam.
Trong trường hợp này, Z = Fe + Cu. Khối lượng Fe là 0,28 gam, khối lượng Cu là 2,56 gam.
Hỗn hợp X ban đầu là Fe và Zn. Tổng khối lượng X = 2,7 gam.
Fe ban đầu là 0,28 gam. Zn đã phản ứng là 2,6 gam.
Tổng khối lượng X = m(Fe) + m(Zn) = 0,28 + 2,6 = 2,88 gam.
Nhưng đề bài cho khối lượng X là 2,7 gam. Vậy giả thuyết này cũng không đúng.

Xem lại dữ kiện: “dung dịch thu được chỉ chứa một muối duy nhất”.
Điều này có nghĩa là Z chỉ có thể là một kim loại, hoặc một kim loại không phản ứng với H₂SO₄.
Nếu Z là Fe kim loại:
Khối lượng Z = 2,84 gam.
Khi cho Z tác dụng với H₂SO₄ loãng dư, khối lượng rắn giảm 0,28 gam.
Vậy 0,28 gam Fe đã phản ứng.
Khối lượng Fe còn lại là 2,84 – 0,28 = 2,56 gam.
Hỗn hợp X gồm Fe và Zn. X + Y → Z. Z là Fe.
Điều này có nghĩa là Zn trong X đã phản ứng với Y và tạo ra sản phẩm khác, còn Fe thì không phản ứng hoặc phản ứng theo cách khác mà vẫn còn lại Fe.
Nếu Z chỉ là Fe, thì Zn trong X đã phản ứng hết.
Zn + Mⁿ⁺ → Zn²⁺ + M (M là kim loại trong Y)
Hoặc Zn + H₂O + O₂ → … (nếu Y là dung dịch oxy hóa)

Nếu Z là Zn kim loại:
Khối lượng Z = 2,84 gam.
Khi cho Z tác dụng với H₂SO₄ loãng dư, khối lượng rắn giảm 0,28 gam.
Vậy 0,28 gam Zn đã phản ứng.
Khối lượng Zn còn lại là 2,84 – 0,28 = 2,56 gam.
Hỗn hợp X gồm Fe và Zn. X + Y → Z. Z là Zn.
Điều này có nghĩa là Fe trong X đã phản ứng với Y và tạo ra sản phẩm khác, còn Zn thì không phản ứng hoặc phản ứng theo cách khác mà vẫn còn lại Zn.

Hãy suy nghĩ về dung dịch Y sao cho nó tạo ra một kim loại duy nhất trong Z.
Nếu dung dịch Y chứa ion kim loại hoạt động hóa học mạnh hơn Fe và Zn, ví dụ Na⁺, K⁺,… thì không có phản ứng trao đổi kim loại.

Nếu dung dịch Y là một dung dịch muối của kim loại hoạt động hóa học kém hơn Fe và Zn, ví dụ Cu²⁺.
Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu
Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu

Nếu Z là hỗn hợp Fe và Cu. Khối lượng rắn giảm 0,28 gam khi cho Z tác dụng với H₂SO₄. Vậy 0,28 gam Fe đã phản ứng. Khối lượng Cu trong Z là 2,84 – 0,28 = 2,56 gam.
Cu sinh ra từ phản ứng của Fe hoặc Zn với Y.
Nếu Cu sinh ra từ Fe: n(Fe phản ứng) = n(Cu sinh ra) = 2,56 / 64 = 0,04 mol. m(Fe phản ứng) = 0,04 * 56 = 2,24 gam.
Nếu Cu sinh ra từ Zn: n(Zn phản ứng) = n(Cu sinh ra) = 2,56 / 64 = 0,04 mol. m(Zn phản ứng) = 0,04 * 65 = 2,6 gam.

Điều quan trọng là “dung dịch thu được chỉ chứa một muối duy nhất” khi Z phản ứng với H₂SO₄ loãng dư.
Điều này có nghĩa là Z chỉ có thể là một kim loại duy nhất có thể phản ứng với H₂SO₄.
Vậy Z chỉ có thể là Fe hoặc Zn.

Giả sử Z là kim loại Fe.
Khối lượng Z = 2,84 gam.
Khối lượng Fe phản ứng với H₂SO₄ là 0,28 gam.
Vậy trong Z, có 0,28 gam Fe phản ứng và 2,56 gam Fe không phản ứng.
Ban đầu X là Fe và Zn. X + Y → Z (Fe).
Điều này có nghĩa là Zn trong X đã phản ứng với Y và tạo ra sản phẩm không phải là kim loại.
Ví dụ: Y là dung dịch axit mạnh không có tính oxy hóa. Zn + 2H⁺ → Zn²⁺ + H₂. Nhưng Y là dung dịch.
Nếu Y là dung dịch chứa ion kim loại đứng sau Zn, ví dụ Cu²⁺.
Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu. Sản phẩm rắn là Cu.
Nhưng Z là Fe. Vậy giả định Z là Fe là sai.

Giả sử Z là kim loại Zn.
Khối lượng Z = 2,84 gam.
Khối lượng Zn phản ứng với H₂SO₄ là 0,28 gam.
Vậy trong Z, có 0,28 gam Zn phản ứng và 2,56 gam Zn không phản ứng.
Ban đầu X là Fe và Zn. X + Y → Z (Zn).
Điều này có nghĩa là Fe trong X đã phản ứng với Y và tạo ra sản phẩm không phải là kim loại.
Ví dụ: Y là dung dịch muối của kim loại đứng sau Fe, ví dụ Cu²⁺.
Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu. Sản phẩm rắn là Cu.
Nhưng Z là Zn. Vậy giả định Z là Zn là sai.

Hãy xem lại đề bài: “2,84 chất rắn Z”. “Cho toàn bộ Z vào dung dịch H₂SO₄ loãng dư, sau khi phản ứng kết thúc thì khối lượng chất rắn giảm 0,28 gam”.
Kim loại nào có thể phản ứng với H₂SO₄ loãng? Fe, Zn.
Khối lượng chất rắn giảm 0,28 gam nghĩa là có 0,28 gam kim loại trong Z đã phản ứng và tan vào dung dịch.

Và “dung dịch thu được chỉ chứa một muối duy nhất”.
Điều này ngụ ý rằng Z chỉ có thể là một kim loại duy nhất (hoặc hỗn hợp kim loại mà chỉ có một loại phản ứng với H₂SO₄).

Trường hợp 1: Z là hỗn hợp Fe và Cu.
Cu không phản ứng với H₂SO₄. Chỉ Fe phản ứng.
Khối lượng giảm 0,28 gam => m(Fe trong Z) = 0,28 gam.
Khối lượng Cu trong Z = 2,84 – 0,28 = 2,56 gam.
Trong phản ứng X + Y → Z:
Nếu Y là dung dịch Cu²⁺.
Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu
Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu
Nếu Z là Fe + Cu, thì có hai khả năng:
a) Fe phản ứng với Cu²⁺, tạo ra Cu. Z = Fe (dư) + Cu (tạo thành).
b) Zn phản ứng với Cu²⁺, tạo ra Cu. Z = Fe (nguyên) + Cu (tạo thành).

Nếu Z là Fe + Cu, thì khi cho Z tác dụng với H₂SO₄ loãng dư:
Chỉ Fe phản ứng: Fe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂.
Khối lượng rắn giảm 0,28 gam nghĩa là m(Fe trong Z) = 0,28 gam.
Khối lượng Cu trong Z = 2,84 – 0,28 = 2,56 gam.
Cu sinh ra từ phản ứng của Fe hoặc Zn với dung dịch Y.
Nếu Cu sinh ra từ phản ứng của Fe với Cu²⁺:
Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu
n(Fe phản ứng) = n(Cu sinh ra)
n(Cu) = 2,56 / 64 = 0,04 mol.
n(Fe phản ứng) = 0,04 mol. m(Fe phản ứng) = 0,04 * 56 = 2,24 gam.
Trong Z có 0,28 gam Fe. Vậy tổng Fe ban đầu là Fe phản ứng với Y + Fe trong Z = 2,24 + 0,28 = 2,52 gam.
Nếu Fe phản ứng hết, thì Z chỉ có Cu, m(Cu) = 2,84 gam. Nhưng Z có Fe.
Nếu Z là Fe (dư) + Cu, thì Fe phản ứng tạo ra Cu.
Vậy m(Cu sinh ra) = 2,56 gam. n(Cu) = 0,04 mol.
n(Fe phản ứng) = 0,04 mol. m(Fe phản ứng) = 2,24 gam.
Trong Z có 0,28 gam Fe. Vậy tổng Fe = 2,24 + 0,28 = 2,52 gam.
Số mol Zn ban đầu: m(X) = 2,7 gam. m(Zn) = 2,7 – 2,52 = 0,18 gam.
X = Fe (2,52g) + Zn (0,18g).
Cho X + Y → Z (Fe + Cu).
Nếu Y chứa Cu²⁺. Fe phản ứng với Cu²⁺.
Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu
Zn không phản ứng.
Số mol Fe = 2,52 / 56 = 0,045 mol.
Số mol Zn = 0,18 / 65 ≈ 0,00277 mol.
Nếu Fe phản ứng hết: n(Cu sinh ra) = n(Fe) = 0,045 mol. m(Cu) = 0,045 * 64 = 2,88 gam.
Nếu Fe phản ứng một phần: m(Fe phản ứng) = 2,24 gam (0,04 mol). n(Cu sinh ra) = 0,04 mol. m(Cu) = 2,56 gam.
Khối lượng Fe còn dư trong Z = 2,52 – 2,24 = 0,28 gam.
Vậy Z = Fe (0,28g) + Cu (2,56g). Tổng = 2,84 gam.
Khối lượng rắn giảm khi tác dụng với H₂SO₄ là khối lượng Fe phản ứng = 0,28 gam. Điều này khớp.
Vậy trường hợp này phù hợp: Y là dung dịch chứa Cu²⁺, Zn không phản ứng với Y. Fe phản ứng một phần với Y, tạo ra Cu.
Hỗn hợp X là Fe (2,7 – 0,18 = 2,52 gam) và Zn (0,18 gam).
Phần trăm Fe trong X là: (2,52 / 2,7) * 100% = 93,33%.

Trường hợp 2: Z là hỗn hợp Zn và Cu.
Cu không phản ứng với H₂SO₄. Chỉ Zn phản ứng.
Khối lượng rắn giảm 0,28 gam => m(Zn trong Z) = 0,28 gam.
Khối lượng Cu trong Z = 2,84 – 0,28 = 2,56 gam.
Trong phản ứng X + Y → Z:
Nếu Y là dung dịch Cu²⁺.
Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu
Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu
Nếu Z là Zn + Cu, thì có hai khả năng:
a) Zn phản ứng với Cu²⁺, tạo ra Cu. Z = Zn (dư) + Cu (tạo thành).
b) Fe phản ứng với Cu²⁺, tạo ra Cu. Z = Zn (nguyên) + Cu (tạo thành).

Nếu Z là Zn + Cu, thì khi cho Z tác dụng với H₂SO₄ loãng dư:
Chỉ Zn phản ứng: Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂.
Khối lượng rắn giảm 0,28 gam nghĩa là m(Zn trong Z) = 0,28 gam.
Khối lượng Cu trong Z = 2,84 – 0,28 = 2,56 gam.
Cu sinh ra từ phản ứng của Fe hoặc Zn với dung dịch Y.
Nếu Cu sinh ra từ phản ứng của Zn với Cu²⁺:
Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu
n(Zn phản ứng) = n(Cu sinh ra)
n(Cu) = 2,56 / 64 = 0,04 mol.
n(Zn phản ứng) = 0,04 mol. m(Zn phản ứng) = 0,04 * 65 = 2,6 gam.
Trong Z có 0,28 gam Zn. Vậy tổng Zn ban đầu là Zn phản ứng với Y + Zn trong Z = 2,6 + 0,28 = 2,88 gam.
Khối lượng X = 2,7 gam. Giả thuyết này không thể xảy ra vì Zn đã nhiều hơn khối lượng X.

Nếu Cu sinh ra từ phản ứng của Fe với Cu²⁺:
Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu
n(Fe phản ứng) = n(Cu sinh ra)
n(Cu) = 2,56 / 64 = 0,04 mol.
n(Fe phản ứng) = 0,04 mol. m(Fe phản ứng) = 0,04 * 56 = 2,24 gam.
Trong Z có 0,28 gam Zn. Khối lượng Cu là 2,56 gam.
Nếu Fe phản ứng hết với Y, thì Z = Zn (nguyên) + Cu (tạo thành).
Nếu Z = Zn (nguyên) + Cu, thì Zn trong Z là 0,28 gam. Vậy Zn ban đầu là 0,28 gam.
Fe phản ứng hết với Y tạo ra Cu. Số mol Fe = 0,04 mol. m(Fe) = 2,24 gam.
Tổng khối lượng X = m(Fe) + m(Zn) = 2,24 + 0,28 = 2,52 gam.
Nhưng đề bài cho m(X) = 2,7 gam. Vậy trường hợp này cũng không đúng.

Trở lại trường hợp 1, với Z là Fe + Cu.
Khối lượng Fe trong Z = 0,28 gam. Khối lượng Cu trong Z = 2,56 gam.
Phản ứng X + Y → Z.
Y chứa Cu²⁺. Fe phản ứng với Cu²⁺. Zn không phản ứng.
Fe + Cu²⁺ → Fe²⁺ + Cu
Zn không phản ứng.
Vậy trong Z có Fe (dư) và Cu (tạo thành).
Khối lượng Fe trong Z = 0,28 gam.
Khối lượng Cu trong Z = 2,56 gam. n(Cu) = 2,56 / 64 = 0,04 mol.
Từ phản ứng: n(Fe phản ứng) = n(Cu sinh ra) = 0,04 mol.
m(Fe phản ứng) = 0,04 * 56 = 2,24 gam.
Tổng Fe ban đầu = m(Fe phản ứng) + m(Fe dư trong Z) = 2,24 + 0,28 = 2,52 gam.
Khối lượng Zn ban đầu: m(Zn) = m(X) – m(Fe ban đầu) = 2,7 – 2,52 = 0,18 gam.

Vậy hỗn hợp X ban đầu gồm:
Fe: 2,52 gam
Zn: 0,18 gam
Tổng khối lượng X = 2,52 + 0,18 = 2,7 gam. (Khớp với đề bài)

Bước 3: Tính toán phần trăm khối lượng Fe trong X

Phần trăm khối lượng Fe trong X là:
\[ \text{%Fe} = \frac{m_{Fe}}{m_X} \times 100\% \]

\[ \text{%Fe} = \frac{2,52 \text{ gam}}{2,7 \text{ gam}} \times 100\% \]

\[ \text{%Fe} = 0,9333 \times 100\% \]

\[ \text{%Fe} = 93,33\% \]

Kết luận:

Phần trăm khối lượng Fe trong hỗn hợp X là 93,33%.

Các em thấy đó, để giải được bài tập này, chúng ta cần phân tích kỹ từng dữ kiện, suy luận logic về bản chất các phản ứng và loại trừ các trường hợp không phù hợp. Đặc biệt, thông tin về “dung dịch thu được chỉ chứa một muối duy nhất” là mấu chốt để xác định thành phần của chất rắn Z.

Hy vọng qua bài tập này, các em đã nắm vững hơn cách phân tích và giải các bài toán Hóa học. Nếu có bất kỳ câu hỏi nào, đừng ngần ngại hỏi cô nhé!