Phản ứng giữa sắt (Fe) và axit sunfuric loãng (H2SO4) là một thí nghiệm và bài toán hóa học phổ biến trong chương trình THPT. Dưới đây là một số bài tập liên quan đến việc “Hoà Tan M Gam Fe Vào Dung Dịch H2so4 Loãng” cùng với hướng dẫn giải chi tiết và các lưu ý quan trọng.
Bài toán 1: Xác định khối lượng Fe phản ứng và thể tích khí H2 thu được
Đề bài: Hòa tan hoàn toàn m gam Fe vào 200ml dung dịch H2SO4 loãng 1M. Sau phản ứng thu được V lít khí H2 (đktc). Tính m và V.
Hướng dẫn giải:
-
Bước 1: Viết phương trình phản ứng:
Fe + H2SO4 -> FeSO4 + H2
-
Bước 2: Tính số mol H2SO4:
n(H2SO4) = V CM = 0.2 1 = 0.2 mol
-
Bước 3: Dựa vào phương trình, số mol Fe phản ứng bằng số mol H2SO4 và bằng số mol H2:
n(Fe) = n(H2SO4) = n(H2) = 0.2 mol
-
Bước 4: Tính khối lượng Fe:
m(Fe) = n M = 0.2 56 = 11.2 gam
-
Bước 5: Tính thể tích khí H2 (đktc):
V(H2) = n 22.4 = 0.2 22.4 = 4.48 lít
Bài toán 2: Bài toán H2SO4 dư
Đề bài: Cho m gam Fe vào 100 ml dung dịch H2SO4 loãng 2M. Sau khi phản ứng kết thúc, thu được 3.36 lít khí H2 (đktc).
a) Tính m.
b) Tính nồng độ mol của các chất trong dung dịch sau phản ứng (coi thể tích dung dịch không thay đổi).
Hướng dẫn giải:
-
Bước 1: Viết phương trình phản ứng:
Fe + H2SO4 -> FeSO4 + H2
-
Bước 2: Tính số mol H2:
n(H2) = V/22.4 = 3.36/22.4 = 0.15 mol
-
Bước 3: Tính số mol H2SO4 ban đầu:
n(H2SO4) = V CM = 0.1 2 = 0.2 mol
-
Bước 4: Xác định chất dư:
Vì n(H2) < n(H2SO4), H2SO4 còn dư sau phản ứng. Số mol Fe phản ứng bằng số mol H2 tạo ra = 0.15 mol.
-
Bước 5: Tính m:
m(Fe) = n M = 0.15 56 = 8.4 gam
-
Bước 6: Tính số mol H2SO4 dư:
n(H2SO4 dư) = n(H2SO4 ban đầu) – n(H2SO4 phản ứng) = 0.2 – 0.15 = 0.05 mol
-
Bước 7: Tính nồng độ mol của FeSO4 và H2SO4 dư:
CM(FeSO4) = n/V = 0.15/0.1 = 1.5M
CM(H2SO4 dư) = n/V = 0.05/0.1 = 0.5M
Bài toán 3: Bài toán hỗn hợp Fe và kim loại khác phản ứng với H2SO4 loãng
Đề bài: Hòa tan hoàn toàn hỗn hợp gồm m gam Fe và 2.7 gam Al vào dung dịch H2SO4 loãng, dư, thu được 3.36 lít khí H2 (đktc). Tính m.
Hướng dẫn giải:
-
Bước 1: Viết phương trình phản ứng:
Fe + H2SO4 -> FeSO4 + H2
2Al + 3H2SO4 -> Al2(SO4)3 + 3H2 -
Bước 2: Tính số mol Al:
n(Al) = m/M = 2.7/27 = 0.1 mol
-
Bước 3: Tính số mol H2 do Al tạo ra:
Từ phương trình, n(H2 do Al tạo ra) = 3/2 n(Al) = 3/2 0.1 = 0.15 mol
-
Bước 4: Tính số mol H2 do Fe tạo ra:
n(H2 do Fe tạo ra) = n(H2 tổng) – n(H2 do Al tạo ra) = 3.36/22.4 – 0.15 = 0.15 – 0.15 = 0 mol
Ở đây có thể có sai sót ở đề bài, vì số mol H2 tạo ra chỉ vừa đủ cho Al phản ứng. Tuy nhiên, nếu bài toán vẫn tiếp tục với giả định là Fe có phản ứng, thì cần xem xét thêm dữ kiện khác. Trong trường hợp này, giả sử số mol H2 do Fe tạo ra là x, thì n(Fe) = x và m(Fe) = 56x.
Vậy, m = 56x. Để giải ra x cần có thêm dữ kiện khác.
Lưu ý khi giải bài toán “hoà tan m gam Fe vào dung dịch H2SO4 loãng”:
- Luôn viết phương trình phản ứng: Điều này giúp xác định tỉ lệ mol giữa các chất tham gia và sản phẩm.
- Kiểm tra chất dư: Xác định xem Fe hay H2SO4 dư sau phản ứng. Điều này ảnh hưởng đến việc tính toán lượng chất tạo thành và nồng độ dung dịch sau phản ứng.
- Chú ý đến điều kiện phản ứng: Phản ứng xảy ra hoàn toàn hay không? Có khí nào thoát ra không?
- Áp dụng định luật bảo toàn khối lượng và bảo toàn nguyên tố: Đây là những công cụ hữu ích để giải các bài toán phức tạp hơn.
- Kiểm tra lại kết quả: Đảm bảo rằng kết quả tính toán hợp lý và phù hợp với điều kiện bài toán.
Bài toán hoà tan Fe vào H2SO4 loãng là cơ sở để giải nhiều bài toán hóa học khác phức tạp hơn. Việc nắm vững kiến thức cơ bản và rèn luyện kỹ năng giải toán là rất quan trọng để học tốt môn Hóa học.
