Chào các em, hôm nay chúng ta sẽ cùng nhau giải một bài tập Hóa học lớp 8 rất thú vị liên quan đến hỗn hợp kim loại và phản ứng với axit, bazơ. Bài tập này giúp chúng ta ôn lại kiến thức về phương trình hóa học, cách tính toán theo phương trình và hệ phương trình.

Chúng ta cùng xem xét đề bài:
Cho một lượng hỗn hợp Mg, Al tác dụng với dung dịch HCl dư thu được 9,916 lít H2 đkc. Mặt khác, cho lượng hỗn hợp như trên tác dụng với dung dịch NaOH dư thì thu được 7,437 lít khí H2. Tính khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp đã dùng.

Bước 1: Phân tích đề bài và xác định các phản ứng hóa học có thể xảy ra.

Đề bài cho chúng ta một hỗn hợp gồm hai kim loại là Magie (Mg) và Nhôm (Al). Hỗn hợp này được cho tác dụng với hai loại dung dịch khác nhau: dung dịch Axit clohidric (HCl) và dung dịch Natri hidroxit (NaOH).

* Phản ứng với dung dịch HCl:
* Kim loại Mg có thể tác dụng với dung dịch HCl tạo ra muối Magie clorua (MgCl₂) và khí Hidro (H₂).
Phương trình hóa học: Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂↑
* Kim loại Al có thể tác dụng với dung dịch HCl tạo ra muối Nhôm clorua (AlCl₃) và khí Hidro (H₂).
Phương trình hóa học: 2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂↑

Vì dung dịch HCl dư nên cả Mg và Al đều sẽ phản ứng hết.

* Phản ứng với dung dịch NaOH:
* Kim loại Mg là kim loại kiềm thổ, không tác dụng với dung dịch NaOH.
* Kim loại Al là kim loại có tính lưỡng tính, có thể tác dụng với dung dịch NaOH tạo ra Natri aluminat (NaAlO₂) và khí Hidro (H₂).
Phương trình hóa học: 2Al + 2NaOH + 2H₂O → 2NaAlO₂ + 3H₂↑

Vì dung dịch NaOH dư nên chỉ có Al phản ứng.

Bước 2: Đổi thể tích khí Hidro ở điều kiện tiêu chuẩn (đkc) sang số mol.

Chúng ta đã học công thức tính số mol khí ở điều kiện tiêu chuẩn:
Số mol = Thể tích (lít) / 22,4 (lít/mol)

* Tổng số mol H₂ thu được khi tác dụng với HCl:
n_{H2 (với HCl)} = 9,916 lít / 22,4 lít/mol ≈ 0,44267857 mol

Để tiện cho việc tính toán, chúng ta có thể làm tròn hoặc giữ nguyên phân số nếu có thể. Tuy nhiên, với số liệu này, chúng ta nên giữ nguyên độ chính xác hoặc làm tròn hợp lý. Ta có thể tính toán với 9,916/22,4 = 0.4426785714 mol.

* Số mol H₂ thu được khi tác dụng với NaOH:
n_{H2 (với NaOH)} = 7,437 lít / 22,4 lít/mol ≈ 0,33200893 mol

Tương tự, ta có 7,437/22,4 = 0.3320089286 mol.

Bước 3: Thiết lập hệ phương trình toán học dựa trên số mol khí Hidro.

Từ các phương trình hóa học ở Bước 1, chúng ta có thể rút ra mối liên hệ giữa số mol kim loại và số mol khí Hidro.

* Xét phản ứng với dung dịch HCl:
Đặt số mol của Mg là x (mol) và số mol của Al là y (mol).
* Theo phương trình: Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂↑
Nếu có x mol Mg thì sẽ tạo ra x mol H₂.
* Theo phương trình: 2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂↑
Nếu có y mol Al thì sẽ tạo ra (3/2)y mol H₂.

Tổng số mol H₂ thu được khi tác dụng với HCl là:
n_{H2 (với HCl)} = x + (3/2)y

Vậy, ta có phương trình đầu tiên:
x + (3/2)y = 9,916 / 22,4 (1)

* Xét phản ứng với dung dịch NaOH:
Chỉ có Al phản ứng với NaOH.
* Theo phương trình: 2Al + 2NaOH + 2H₂O → 2NaAlO₂ + 3H₂↑
Nếu có y mol Al thì sẽ tạo ra (3/2)y mol H₂.

Số mol H₂ thu được khi tác dụng với NaOH là:
n_{H2 (với NaOH)} = (3/2)y

Vậy, ta có phương trình thứ hai:
(3/2)y = 7,437 / 22,4 (2)

Bước 4: Giải hệ phương trình để tìm số mol của mỗi kim loại.

Chúng ta có hệ phương trình:
1) x + (3/2)y = 9,916 / 22,4
2) (3/2)y = 7,437 / 22,4

Từ phương trình (2), chúng ta dễ dàng tìm được y:
(3/2)y = 7,437 / 22,4
y = (7,437 / 22,4) * (2/3)
y = 7,437 / (22,4 * 3/2)
y = 7,437 / 33,6
y ≈ 0,2213392857 mol

Bây giờ, chúng ta thay giá trị của (3/2)y từ phương trình (2) vào phương trình (1):
x + (7,437 / 22,4) = 9,916 / 22,4

Chuyển vế để tìm x:
x = (9,916 / 22,4) – (7,437 / 22,4)
x = (9,916 – 7,437) / 22,4
x = 2,479 / 22,4
x ≈ 0,1106696428 mol

Như vậy, chúng ta đã tìm được số mol của Mg là x ≈ 0,1107 mol và số mol của Al là y ≈ 0,2213 mol.

Bước 5: Tính khối lượng của mỗi kim loại.

Khối lượng của một chất được tính bằng công thức:
Khối lượng = Số mol * Khối lượng mol (M)

Khối lượng mol của Magie (Mg) là 24 g/mol.
Khối lượng mol của Nhôm (Al) là 27 g/mol.

* Khối lượng của Mg:
m_Mg = x * M_Mg
m_Mg ≈ 0,1106696428 mol * 24 g/mol
m_Mg ≈ 2,6560714272 g

Làm tròn kết quả: m_Mg ≈ 2,656 g

* Khối lượng của Al:
m_Al = y * M_Al
m_Al ≈ 0,2213392857 mol * 27 g/mol
m_Al ≈ 5,9761607139 g

Làm tròn kết quả: m_Al ≈ 5,976 g

Trả lời:

Vậy, khối lượng của Magie trong hỗn hợp là khoảng 2,656 gam và khối lượng của Nhôm trong hỗn hợp là khoảng 5,976 gam.

Các em thấy đó, bài toán này yêu cầu chúng ta phải nắm vững các phản ứng hóa học của kim loại với axit và bazơ, biết cách đổi đơn vị thể tích sang số mol, và quan trọng nhất là biết thiết lập và giải hệ phương trình. Chúc các em học tốt!