cho một lượng bột sắt(Fe) dư vào 50 ml dung dịch axit Clohidric(HCl) phản ứng th…

Chào các em học sinh yêu quý! Hôm nay, thầy/cô sẽ hướng dẫn các em giải chi tiết một bài tập hóa học rất điển hình về phản ứng kim loại với axit. Các em hãy chú ý theo dõi từng bước nhé!

PHÂN TÍCH ĐỀ BÀI:

Chúng ta có phản ứng giữa bột sắt (Fe) và dung dịch axit clohiđric (HCl). Sản phẩm tạo thành là khí hiđro (H₂).

• Đề bài cho biết sắt (Fe) dùng “dư”, điều này có nghĩa là axit clohiđric (HCl) sẽ phản ứng hết, và lượng sản phẩm tạo thành (khí hiđro) sẽ được tính theo lượng HCl.
• Thể tích dung dịch HCl là 50 ml.
• Thể tích khí hiđro thu được là 3,36 lít ở điều kiện tiêu chuẩn (đktc).

Với các thông tin này, chúng ta sẽ lần lượt giải quyết từng yêu cầu của đề bài.

—

BÀI GIẢI CHI TIẾT:

a. Viết phương trình hóa học của phản ứng.

Bước 1: Xác định các chất tham gia phản ứng và sản phẩm.

• Chất tham gia: Sắt (Fe) và Axit clohiđric (HCl).
• Sản phẩm: Khí hiđro (H₂) và muối sắt(II) clorua (FeCl₂) (vì sắt tác dụng với axit HCl thường tạo muối sắt(II)).

Bước 2: Viết sơ đồ phản ứng.

Fe + HCl ⟶ FeCl₂ + H₂

Bước 3: Cân bằng phương trình hóa học.

Chúng ta thấy trong sản phẩm có 2 nguyên tử Cl và 2 nguyên tử H trong H₂. Do đó, cần 2 phân tử HCl ở vế trái để cân bằng.

Phương trình hóa học cân bằng hoàn chỉnh:

Fe + 2HCl ⟶ FeCl₂ + H₂↑

Lý do áp dụng: Phương trình hóa học biểu diễn một cách định lượng và định tính phản ứng hóa học, tuân thủ định luật bảo toàn khối lượng và bảo toàn nguyên tố. Việc cân bằng phương trình giúp chúng ta xác định tỉ lệ mol giữa các chất tham gia và sản phẩm, là nền tảng cho các tính toán hóa học tiếp theo.

—

b. Tính khối lượng bột sắt đã tham gia phản ứng.

Để tính khối lượng sắt đã phản ứng, chúng ta cần biết số mol khí hiđro (H₂) tạo thành, sau đó dùng tỉ lệ mol từ phương trình để tìm số mol Fe, rồi chuyển số mol Fe thành khối lượng.

Bước 1: Tính số mol khí hiđro (H₂) thu được ở điều kiện tiêu chuẩn (đktc).

Ở điều kiện tiêu chuẩn (0°C, 1 atm), 1 mol khí bất kỳ đều chiếm thể tích 22,4 lít.

Áp dụng công thức:

$$n=\frac{V}{22.4}$$

Thay số vào:

$$n_{H_2}=\frac{3.36}{22.4}=0.15\text{ mol}$$

Lý do áp dụng: Đây là công thức cơ bản dùng để tính số mol của một chất khí ở điều kiện tiêu chuẩn (đktc) khi biết thể tích của nó. Khí hiđro là sản phẩm của phản ứng, nên lượng khí hiđro sinh ra sẽ giúp chúng ta xác định lượng các chất khác đã phản ứng.

Bước 2: Tính số mol sắt (Fe) đã tham gia phản ứng dựa vào phương trình hóa học.

Từ phương trình: Fe + 2HCl ⟶ FeCl₂ + H₂

Ta thấy tỉ lệ mol giữa Fe và H₂ là 1:1.

Vậy:

$$n_{Fe}=n_{H_2}=0.15\text{ mol}$$

Lý do áp dụng: Dựa vào hệ số tỉ lượng trong phương trình hóa học đã cân bằng, chúng ta có thể xác định mối quan hệ về số mol giữa các chất tham gia và sản phẩm. Điều này cho phép chúng ta suy ra số mol của Fe từ số mol H₂ đã tính được.

Bước 3: Tính khối lượng bột sắt (Fe) đã tham gia phản ứng.

Khối lượng mol của sắt (M_Fe) là 56 g/mol (Tra bảng tuần hoàn hóa học).

Áp dụng công thức:

$$m=n\cdot M$$

Thay số vào:

$$m_{Fe}=0.15\cdot 56=8.4\text{ gam}$$

Vậy, khối lượng bột sắt đã tham gia phản ứng là 8,4 gam.

Lý do áp dụng: Đây là công thức cơ bản để chuyển đổi số mol của một chất thành khối lượng của nó, sử dụng khối lượng mol (M) của chất đó. M_Fe là một hằng số đã biết từ bảng tuần hoàn hóa học.

—

c. Tính nồng độ mol/lít của dung dịch HCl đã dùng.

Để tính nồng độ mol/lít (C_M) của dung dịch HCl, chúng ta cần biết số mol HCl đã phản ứng và thể tích dung dịch HCl đã dùng (đổi ra lít).

Bước 1: Tính số mol axit clohiđric (HCl) đã tham gia phản ứng.

Từ phương trình: Fe + 2HCl ⟶ FeCl₂ + H₂

Ta thấy tỉ lệ mol giữa HCl và H₂ là 2:1.

Vậy:

$$n_{HCl}=2\cdot n_{H_2}=2\cdot 0.15=0.3\text{ mol}$$

Lý do áp dụng: Tương tự như việc tính số mol Fe, tỉ lệ hệ số trong phương trình hóa học cân bằng cho phép chúng ta xác định số mol HCl đã phản ứng dựa trên số mol H₂ đã biết. Vì Fe dư, nên HCl sẽ phản ứng hết và lượng HCl đã phản ứng chính là lượng HCl ban đầu.

Bước 2: Đổi thể tích dung dịch HCl từ mililít (ml) sang lít (L).

Thể tích dung dịch HCl đã dùng là 50 ml.

Ta có: 1 lít = 1000 ml.

$$V_{HCl}=50\text{ ml}=\frac{50}{1000}=0.05\text{ lít}$$

Lý do áp dụng: Nồng độ mol (C_M) được định nghĩa là số mol chất tan trên mỗi lít dung dịch. Do đó, để tính C_M, thể tích dung dịch phải được biểu thị bằng đơn vị lít.

Bước 3: Tính nồng độ mol/lít của dung dịch HCl.

Áp dụng công thức tính nồng độ mol:

$$C_M=\frac{n}{V}$$

Thay số vào:

$$C_M=\frac{0.3}{0.05}=6\text{ mol/lít}$$

Vậy, nồng độ mol/lít của dung dịch HCl đã dùng là 6 M.

Lý do áp dụng: Đây là công thức định nghĩa của nồng độ mol (Molarity), cho biết số mol chất tan có trong một lít dung dịch. Nó là một cách biểu thị nồng độ phổ biến trong hóa học.

—

Thầy/cô hy vọng các em đã hiểu rõ từng bước giải bài tập này. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào, đừng ngần ngại hỏi nhé!