Chào các em học sinh thân mến!

Hôm nay, thầy trò chúng ta sẽ cùng nhau giải một bài tập hóa học thú vị và quan trọng, liên quan đến phản ứng của kim loại với axit và tính toán lượng chất. Dạng bài này sẽ giúp các em củng cố kiến thức về phương trình hóa học, tỉ lệ mol và đặc biệt là cách tính thể tích chất khí ở điều kiện cụ thể.

Nội dung bài toán mà chúng ta sẽ giải là: Khi cho Magie (Mg) tác dụng với dung dịch axit sunfuric loãng (H2SO4) thì xảy ra phản ứng hóa học như sau: Mg + H2SO4 → MgSO4 + H2. Đề bài cho biết sau phản ứng thu được 0,02 mol MgSO4 và yêu cầu chúng ta tính thể tích khí H2 thu được ở điều kiện 25 °C và 1 bar.

Chúng ta hãy cùng đi vào các bước giải chi tiết nhé!

Lời giải chi tiết:

Bước 1: Viết và cân bằng phương trình hóa học.

Phương trình phản ứng đã được cung cấp trong đề bài là:

\[ \text{Mg} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{MgSO}_4 + \text{H}_2 \]

Quan sát phương trình, chúng ta thấy số nguyên tử của từng nguyên tố ở hai vế (trước và sau mũi tên) đã bằng nhau. Cụ thể:

• Mg: 1 nguyên tử ở cả hai vế.
• H: 2 nguyên tử ở cả hai vế.
• S: 1 nguyên tử ở cả hai vế.
• O: 4 nguyên tử ở cả hai vế.

Vậy, phương trình này đã tự cân bằng. Tỉ lệ số mol giữa các chất tham gia và sản phẩm là 1:1:1:1.

(Giải thích: Việc cân bằng phương trình hóa học là bước đầu tiên và vô cùng quan trọng. Nó giúp chúng ta biết được tỉ lệ chính xác về số mol giữa các chất phản ứng và sản phẩm, từ đó có thể thực hiện các tính toán liên quan một cách chính xác.)

Bước 2: Xác định số mol của khí H2 thu được.

Dựa vào phương trình hóa học đã cân bằng ở Bước 1, chúng ta thấy rằng:

Cứ 1 mol Mg phản ứng sẽ tạo ra 1 mol MgSO4 và đồng thời tạo ra 1 mol H2.

Điều này có nghĩa là, số mol của MgSO4 sinh ra sẽ bằng số mol của khí H2 sinh ra.

Theo đề bài, số mol MgSO4 thu được là 0,02 mol.

Do đó, số mol khí hiđro (H2) thu được cũng là 0,02 mol.

\[ \text{n}_{\text{H}_2} = \text{n}_{\text{MgSO}_4} = 0,02 \text{ mol} \]

(Giải thích: Trong một phản ứng hóa học, tỉ lệ về số mol giữa các chất được xác định bởi các hệ số cân bằng trong phương trình. Khi đã biết số mol của một chất sản phẩm, ta có thể dễ dàng suy ra số mol của các chất sản phẩm khác hoặc chất phản ứng dựa vào tỉ lệ này.)

Bước 3: Tính thể tích khí H2 thu được ở điều kiện đã cho.

Đề bài yêu cầu tính thể tích khí H2 ở điều kiện 25 °C và áp suất 1 bar. Đây chính là “điều kiện chuẩn” mà chúng ta đã được học trong sách giáo khoa.

Ở điều kiện chuẩn (25 °C, 1 bar), thể tích mol của mọi chất khí đều bằng 24,79 lít/mol.

Công thức tính thể tích chất khí \( \text{V} \) khi biết số mol \( \text{n} \) và thể tích mol \( \text{V}_{\text{m}} \) là:

\[ \text{V} = \text{n} \times \text{V}_{\text{m}} \]

Trong đó:

• \( \text{V} \) là thể tích khí (đơn vị: lít).
• \( \text{n} \) là số mol khí (đơn vị: mol), chúng ta đã tính được là 0,02 mol.
• \( \text{V}_{\text{m}} \) là thể tích mol của chất khí ở điều kiện chuẩn, bằng 24,79 lít/mol.

Áp dụng công thức, ta có thể tích khí H2 là:

\[ \text{V}_{\text{H}_2} = \text{n}_{\text{H}_2} \times 24,79 \]

\[ \text{V}_{\text{H}_2} = 0,02 \times 24,79 \]

\[ \text{V}_{\text{H}_2} = 0,4958 \text{ lít} \]

(Giải thích: Thể tích mol là thể tích mà một mol của bất kỳ chất khí nào chiếm ở một điều kiện nhiệt độ và áp suất xác định. Việc sử dụng giá trị 24,79 L/mol cho điều kiện chuẩn (25°C, 1 bar) là rất quan trọng để tính thể tích khí chính xác theo chương trình học của chúng ta.)

Kết luận:

Vậy, thể tích khí H2 thu được ở 25 °C, 1 bar là 0,4958 lít.

Các em nhớ ôn tập kỹ các bước làm và các công thức đã học nhé. Nếu có bất kỳ câu hỏi nào trong quá trình học, đừng ngần ngại hỏi thầy hoặc bạn bè để cùng nhau tiến bộ!