Chào các em học sinh thân mến! Hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau giải một bài tập hóa học lớp 9 rất thú vị liên quan đến phản ứng của kim loại kiềm và các oxit kim loại. Chúng ta hãy bắt đầu nhé!

Đầu tiên, các em hãy đọc kỹ đề bài để xác định các chất phản ứng, sản phẩm và dữ kiện đề bài cho.

Đề bài cho:
– Kim loại Na tác dụng với dung dịch CuSO4 dư.
– Thu được kết tủa.
– Lọc lấy kết tủa, đem nung nóng thu được chất rắn màu đen.
– Dùng khí H2 khử chất rắn màu đen thu được 16g kim loại màu đỏ.
– Yêu cầu xác định khối lượng Na ban đầu.

Chúng ta sẽ giải bài toán này theo từng bước một.

Bước 1: Viết các phương trình phản ứng xảy ra.

Khi cho kim loại Na vào dung dịch CuSO4, Na sẽ phản ứng với nước có trong dung dịch trước.
Phương trình phản ứng:
2Na + 2H2O -> 2NaOH + H2

Sau đó, NaOH sinh ra sẽ tác dụng với CuSO4.
Phương trình phản ứng:
2NaOH + CuSO4 -> Cu(OH)2↓ + Na2SO4

Kết tủa thu được ở đây chính là Cu(OH)2, một chất có màu xanh lam. Đề bài nói là kết tủa, và sau đó nung nóng thu được chất rắn màu đen. Điều này khớp với việc Cu(OH)2 khi nung nóng sẽ phân hủy thành CuO (chất rắn màu đen) và nước.
Phương trình phản ứng:
Cu(OH)2 -> CuO + H2O

Cuối cùng, chất rắn màu đen (CuO) được khử bởi khí H2.
Phương trình phản ứng:
CuO + H2 -> Cu + H2O

Bước 2: Xác định chất rắn màu đen và kim loại màu đỏ dựa trên các phương trình phản ứng.

Từ các phương trình trên, ta thấy:
– Chất rắn màu đen thu được sau khi nung kết tủa là CuO (đồng(II) oxit).
– Kim loại màu đỏ thu được sau khi khử chất rắn màu đen là Cu (đồng kim loại).

Bước 3: Sử dụng dữ kiện về khối lượng kim loại màu đỏ để tính khối lượng chất rắn màu đen.

Đề bài cho biết thu được 16g kim loại màu đỏ, tức là 16g Cu.
Chúng ta sẽ sử dụng phương trình phản ứng cuối cùng: CuO + H2 -> Cu + H2O.
Để tính khối lượng CuO, chúng ta cần biết khối lượng mol của Cu và CuO.
Khối lượng mol của Cu là 64 g/mol.
Khối lượng mol của CuO là: 64 (Cu) + 16 (O) = 80 g/mol.

Theo phương trình CuO + H2 -> Cu + H2O, tỉ lệ mol giữa CuO và Cu là 1:1.
Điều này có nghĩa là 1 mol CuO tạo ra 1 mol Cu.
Hay, 80g CuO tạo ra 64g Cu.

Chúng ta có 16g Cu. Để tìm khối lượng CuO đã phản ứng, ta sử dụng quy tắc tam suất hoặc tỉ lệ thức:
Khối lượng CuO / Khối lượng Cu = Khối lượng mol CuO / Khối lượng mol Cu
m(CuO) / 16g = 80g/mol / 64g/mol

Giải phương trình này để tìm m(CuO):
m(CuO) = 16g * (80g/mol / 64g/mol)
m(CuO) = 16g * (80/64)
m(CuO) = 16g * (5/4)
m(CuO) = 20g

Vậy, khối lượng chất rắn màu đen (CuO) đã phản ứng là 20g.

Bước 4: Sử dụng khối lượng chất rắn màu đen (CuO) để tính khối lượng kết tủa ban đầu (Cu(OH)2).

Chất rắn màu đen CuO được tạo ra từ phản ứng nung Cu(OH)2: Cu(OH)2 -> CuO + H2O.
Khối lượng mol của Cu(OH)2 là: 64 (Cu) + 2 (16 (O) + 1 (H)) = 64 + 2 17 = 64 + 34 = 98 g/mol.
Khối lượng mol của CuO là 80 g/mol.

Theo phương trình Cu(OH)2 -> CuO + H2O, tỉ lệ mol giữa Cu(OH)2 và CuO là 1:1.
Điều này có nghĩa là 1 mol Cu(OH)2 tạo ra 1 mol CuO.
Hay, 98g Cu(OH)2 tạo ra 80g CuO.

Chúng ta có 20g CuO. Để tìm khối lượng Cu(OH)2 đã nung, ta sử dụng tỉ lệ thức:
Khối lượng Cu(OH)2 / Khối lượng CuO = Khối lượng mol Cu(OH)2 / Khối lượng mol CuO
m(Cu(OH)2) / 20g = 98g/mol / 80g/mol

Giải phương trình này để tìm m(Cu(OH)2):
m(Cu(OH)2) = 20g * (98g/mol / 80g/mol)
m(Cu(OH)2) = 20g * (98/80)
m(Cu(OH)2) = 20g * (49/40)
m(Cu(OH)2) = (20*49)/40 g
m(Cu(OH)2) = 49/2 g
m(Cu(OH)2) = 24.5g

Vậy, khối lượng kết tủa ban đầu (Cu(OH)2) là 24.5g.

Bước 5: Sử dụng khối lượng kết tủa (Cu(OH)2) để tính khối lượng NaOH đã phản ứng.

Kết tủa Cu(OH)2 được tạo ra từ phản ứng giữa NaOH và CuSO4: 2NaOH + CuSO4 -> Cu(OH)2↓ + Na2SO4.
Khối lượng mol của Cu(OH)2 là 98 g/mol.
Khối lượng mol của NaOH là 23 (Na) + 16 (O) + 1 (H) = 40 g/mol.

Theo phương trình 2NaOH + CuSO4 -> Cu(OH)2↓ + Na2SO4, tỉ lệ mol giữa NaOH và Cu(OH)2 là 2:1.
Điều này có nghĩa là 2 mol NaOH tạo ra 1 mol Cu(OH)2.
Hay, 2 * 40g = 80g NaOH tạo ra 98g Cu(OH)2.

Chúng ta có 24.5g Cu(OH)2. Để tìm khối lượng NaOH đã phản ứng, ta sử dụng tỉ lệ thức:
Khối lượng NaOH / Khối lượng Cu(OH)2 = (2 * Khối lượng mol NaOH) / Khối lượng mol Cu(OH)2
m(NaOH) / 24.5g = (2 * 40g/mol) / 98g/mol

Giải phương trình này để tìm m(NaOH):
m(NaOH) = 24.5g * (80g/mol / 98g/mol)
m(NaOH) = 24.5g * (80/98)
m(NaOH) = 24.5g * (40/49)
m(NaOH) = (24.5 * 40) / 49 g
m(NaOH) = 980 / 49 g
m(NaOH) = 20g

Vậy, khối lượng NaOH đã phản ứng là 20g.

Bước 6: Sử dụng khối lượng NaOH đã phản ứng để tính khối lượng Na ban đầu.

NaOH sinh ra từ phản ứng của Na với nước: 2Na + 2H2O -> 2NaOH + H2.
Khối lượng mol của Na là 23 g/mol.
Khối lượng mol của NaOH là 40 g/mol.

Theo phương trình 2Na + 2H2O -> 2NaOH + H2, tỉ lệ mol giữa Na và NaOH là 2:2, tức là 1:1.
Điều này có nghĩa là 1 mol Na tạo ra 1 mol NaOH.
Hay, 23g Na tạo ra 40g NaOH.

Chúng ta có 20g NaOH. Để tìm khối lượng Na ban đầu, ta sử dụng tỉ lệ thức:
Khối lượng Na / Khối lượng NaOH = Khối lượng mol Na / Khối lượng mol NaOH
m(Na) / 20g = 23g/mol / 40g/mol

Giải phương trình này để tìm m(Na):
m(Na) = 20g * (23g/mol / 40g/mol)
m(Na) = 20g * (23/40)
m(Na) = (20 * 23) / 40 g
m(Na) = 460 / 40 g
m(Na) = 11.5g

Vậy, khối lượng Na đã dùng ban đầu là 11.5g.

Tổng kết:
Qua các bước phân tích và tính toán, chúng ta đã xác định được khối lượng kim loại Na đã dùng ban đầu là 11.5g.

Hy vọng rằng bài tập này giúp các em hiểu rõ hơn về các phản ứng hóa học liên quan và cách giải bài toán hóa học theo từng bước. Nếu có bất kỳ câu hỏi nào, đừng ngần ngại hỏi thầy nhé!