Chào các em, cô là giáo viên Hóa học của các em đây.
Hôm nay chúng ta sẽ cùng nhau giải một bài tập rất hay, giúp các em củng cố nhiều kiến thức quan trọng của chương trình Hóa học lớp 8. Các em hãy chú ý theo dõi từng bước cô hướng dẫn nhé.

Bài toán này có thể chia thành các giai đoạn nhỏ để chúng ta dễ dàng xử lý.

Bước 1: Phân tích dữ kiện của giai đoạn 2 (hỗn hợp kim loại tác dụng với axit HCl)

Khi cho hỗn hợp 2 kim loại gồm Đồng (Cu) và Sắt (Fe) vào dung dịch axit clohiđric (HCl) dư, các em cần nhớ lại tính chất hóa học đã học:

– Sắt (Fe) có phản ứng với dung dịch HCl.

– Đồng (Cu) không phản ứng với dung dịch HCl.

Như vậy, khí H₂ sinh ra hoàn toàn là do phản ứng của Sắt.

Phương trình hóa học (PTHH) của phản ứng:

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑

Đề bài cho chúng ta thể tích khí H₂ là 4,48 lít ở điều kiện tiêu chuẩn (đktc). Từ đây, ta có thể tính được số mol của khí H₂:
\[ n_{H_2} = \frac{V_{H_2}}{22,4} = \frac{4,48}{22,4} = 0,2 \text{ (mol)} \]
Dựa vào phương trình hóa học, ta thấy tỉ lệ mol giữa Fe và H₂ là 1:1.
\[ n_{Fe} = n_{H_2} = 0,2 \text{ (mol)} \]
Bây giờ, ta có thể dễ dàng tìm được khối lượng của Sắt có trong hỗn hợp kim loại:
\[ m_{Fe} = n_{Fe} \times M_{Fe} = 0,2 \times 56 = 11,2 \text{ (g)} \]

Bước 2: Tìm khối lượng và số mol của từng chất trong hỗn hợp ban đầu

Theo đề bài, tổng khối lượng của 2 kim loại thu được là 17,6g. Vì ta đã biết khối lượng của Sắt, ta sẽ tìm được khối lượng của Đồng:
\[ m_{Cu} = m_{hỗn hợp kim loại} – m_{Fe} = 17,6 – 11,2 = 6,4 \text{ (g)} \]
Toàn bộ lượng kim loại này được tạo ra từ việc khử hoàn toàn hỗn hợp oxit ban đầu. Ta có các PTHH của phản ứng khử:

(1) CuO + H₂ → Cu + H₂O

(2) FeₓOᵧ + yH₂ → xFe + yH₂O

Từ khối lượng Cu, ta tính được số mol Cu:
\[ n_{Cu} = \frac{m_{Cu}}{M_{Cu}} = \frac{6,4}{64} = 0,1 \text{ (mol)} \]
Nhìn vào PTHH (1), ta thấy tỉ lệ mol giữa CuO và Cu là 1:1.
\[ n_{CuO} = n_{Cu} = 0,1 \text{ (mol)} \]
Từ đó, ta tính khối lượng của CuO trong hỗn hợp oxit ban đầu:
\[ m_{CuO} = n_{CuO} \times M_{CuO} = 0,1 \times (64+16) = 0,1 \times 80 = 8 \text{ (g)} \]
Hỗn hợp oxit ban đầu nặng 24g, vậy khối lượng của oxit sắt FeₓOᵧ là:
\[ m_{Fe_xO_y} = m_{hỗn hợp ban đầu} – m_{CuO} = 24 – 8 = 16 \text{ (g)} \]

Bước 3: Xác định công thức phân tử của oxit sắt (FeₓOᵧ)

Đây là bước cuối cùng và cũng là mục tiêu của bài toán. Để tìm công thức của một oxit, chúng ta cần tìm tỉ lệ số mol giữa các nguyên tố tạo nên nó.

Ta đã có:

– Khối lượng của oxit sắt FeₓOᵧ là 16g.

– Khối lượng của nguyên tố Sắt (Fe) trong oxit đó là 11,2g (đã tính ở Bước 1).

Từ đây, ta tìm được khối lượng của nguyên tố Oxi (O) có trong oxit sắt:
\[ m_O = m_{Fe_xO_y} – m_{Fe} = 16 – 11,2 = 4,8 \text{ (g)} \]
Bây giờ, ta chuyển khối lượng của các nguyên tố trong oxit sắt ra số mol:

– Số mol của Sắt (Fe): \( n_{Fe} = 0,2 \text{ (mol)} \) (đã tính ở Bước 1).

– Số mol của Oxi (O):
\[ n_O = \frac{m_O}{M_O} = \frac{4,8}{16} = 0,3 \text{ (mol)} \]
Trong công thức FeₓOᵧ, tỉ lệ \( x : y \) chính là tỉ lệ số mol nguyên tử của Fe và O.
\[ x : y = n_{Fe} : n_O \]
\[ x : y = 0,2 : 0,3 \]
Để đưa về tỉ lệ số nguyên đơn giản nhất, ta chia cả hai số cho số nhỏ hơn (ở đây là 0,2):
\[ x : y = \frac{0,2}{0,2} : \frac{0,3}{0,2} = 1 : 1,5 \]
Vì x và y phải là số nguyên, ta nhân cả hai vế với 2:
\[ x : y = 2 : 3 \]
Vậy, ta có \( x = 2 \) và \( y = 3 \).

Kết luận:

Công thức phân tử của oxit sắt cần tìm là Fe₂O₃ (tên gọi là Sắt(III) oxit).

Các em làm rất tốt! Đây là một bài tập tổng hợp kiến thức rất hay, đòi hỏi chúng ta phải vận dụng linh hoạt các công thức và tính chất hóa học. Hãy xem lại từng bước để hiểu thật kỹ bài giải nhé. Chúc các em học tốt