Giải Bài Toán: Cho 10 Gam Hỗn Hợp Gồm Fe Và Cu Tác Dụng Với Dung Dịch H2SO4 Loãng Dư

Bài toán về phản ứng của hỗn hợp kim loại sắt (Fe) và đồng (Cu) với axit sulfuric loãng (H2SO4) là một dạng bài tập phổ biến trong chương trình hóa học phổ thông. Dưới đây là hướng dẫn giải chi tiết, đi kèm với phân tích và mở rộng để hiểu rõ bản chất của phản ứng.

Đề bài: Cho 10 gam hỗn hợp gồm Fe và Cu tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng dư. Sau phản ứng, thu được 2,24 lít khí H2 (đktc), dung dịch X và m gam kim loại không tan. Tính giá trị của m.

Lời giải:

1. Phản ứng hóa học:

   Chỉ có sắt (Fe) phản ứng với dung dịch H2SO4 loãng, còn đồng (Cu) không phản ứng. Phản ứng xảy ra như sau:

   Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2↑

2. Tính số mol H2:

   Số mol khí H2 thu được là: nH2 = V/22.4 = 2.24/22.4 = 0.1 (mol)

3. Tính số mol Fe:

   Theo phương trình phản ứng, số mol Fe phản ứng bằng số mol H2 tạo thành: nFe = nH2 = 0.1 (mol)

4. Tính khối lượng Fe:

   Khối lượng Fe trong hỗn hợp là: mFe = nFe MFe = 0.1 56 = 5.6 (gam)

5. Tính khối lượng Cu:

   Khối lượng Cu trong hỗn hợp là: mCu = m hỗn hợp – mFe = 10 – 5.6 = 4.4 (gam)

   Vì Cu không phản ứng với H2SO4 loãng, nên khối lượng kim loại không tan chính là khối lượng Cu.

6. Kết luận:

   Giá trị của m (khối lượng kim loại không tan) là 4.4 gam.

Hình ảnh minh họa phản ứng Fe với H2SO4 loãng tạo thành FeSO4 và khí H2

Phân tích và mở rộng:

• Vai trò của H2SO4 loãng: H2SO4 loãng chỉ tác dụng với các kim loại đứng trước hidro trong dãy điện hóa.

• Bài toán ngược: Nếu đề bài cho khối lượng kim loại không tan, có thể tính ngược lại khối lượng Fe và số mol H2.

• Ảnh hưởng của H2SO4 đặc: Nếu thay H2SO4 loãng bằng H2SO4 đặc, nóng thì cả Fe và Cu đều phản ứng. Phản ứng tạo ra khí SO2 thay vì H2. Phương trình phản ứng (ví dụ với Cu):

  Cu + 2H2SO4 (đặc, nóng) → CuSO4 + SO2↑ + 2H2O

Bài tập tương tự:

1. Cho 20 gam hỗn hợp gồm Fe và Cu tác dụng với dung dịch H2SO4 loãng dư. Sau phản ứng, thu được 4,48 lít khí H2 (đktc). Tính thành phần phần trăm theo khối lượng của mỗi kim loại trong hỗn hợp ban đầu.

2. Hòa tan hoàn toàn 5.6 gam Fe vào dung dịch H2SO4 loãng, sau đó thêm tiếp m gam Cu vào dung dịch thu được. Sau khi phản ứng hoàn toàn, thu được 3.2 gam chất rắn không tan. Tính giá trị của m.

Những bài tập này giúp củng cố kiến thức và kỹ năng giải bài tập hóa học liên quan đến phản ứng của kim loại với axit. Nắm vững bản chất của phản ứng và áp dụng linh hoạt các công thức tính toán là chìa khóa để giải quyết các bài toán tương tự một cách hiệu quả.