Bài viết này trình bày chi tiết cách giải bài toán hóa học liên quan đến phản ứng của hỗn hợp sắt (Fe) và đồng (Cu) với axit clohydric (HCl) và axit nitric (HNO3), sau đó cho tác dụng với dung dịch bạc nitrat (AgNO3). Chúng ta sẽ tập trung vào việc xác định giá trị khối lượng kết tủa thu được.
Đề bài cho 12 gam hỗn hợp Fe và Cu với tỉ lệ mol 1:1 tác dụng với 200ml dung dịch chứa HCl 2M và HNO3 0,5M. Sau phản ứng hoàn toàn, thu được dung dịch X, khí NO và một phần kim loại không tan. Dung dịch X này sau đó tác dụng với lượng dư dung dịch AgNO3, tạo ra m gam kết tủa. Yêu cầu là tìm giá trị của m gần nhất với đáp án nào.
Để giải quyết bài toán này, chúng ta cần phân tích các phản ứng xảy ra, tính toán số mol các chất và áp dụng các định luật bảo toàn.
Đầu tiên, xác định số mol của Fe và Cu trong hỗn hợp ban đầu. Gọi số mol của Fe và Cu lần lượt là x. Ta có:
56x + 64x = 12
120x = 12
x = 0.1 mol
Vậy, số mol Fe = số mol Cu = 0.1 mol.
Tiếp theo, tính số mol HCl và HNO3:
n(HCl) = 0.2 * 2 = 0.4 mol
n(HNO3) = 0.2 * 0.5 = 0.1 mol
Vì sau phản ứng vẫn còn kim loại không tan, điều này chứng tỏ Fe chỉ bị oxi hóa lên Fe(II). HNO3 đã phản ứng hết, đóng vai trò chất oxi hóa. Phản ứng xảy ra như sau:
3Fe + 8H+ + 2NO3- → 3Fe2+ + 2NO + 4H2O
Alt text: Hình ảnh sơ đồ minh họa phản ứng của hỗn hợp Fe và Cu với HCl và HNO3, sản phẩm tạo thành là ion Fe2+, kim loại Cu chưa phản ứng và khí NO. Chú thích: Do còn kim loại không tan nên Fe chỉ tạo thành Fe2+.
Từ phương trình, ta thấy số mol Fe phản ứng được tính theo số mol HNO3:
n(Fe) = (3/2) n(HNO3) = (3/2) 0.1 = 0.15 mol
Tuy nhiên, số mol Fe ban đầu chỉ có 0.1 mol, vậy số mol Fe phản ứng là 0.1 mol. H+ sẽ phản ứng với Fe trước, sau đó nếu còn dư mới phản ứng với Cu.
Fe + 2HCl -> FeCl2 + H2
0.1 -> 0.2
Số mol HCl còn lại = 0.4 – 0.2 = 0.2 mol
Do vẫn còn kim loại không tan sau phản ứng nên Cu chưa phản ứng. Dung dịch X sẽ chứa FeCl2, HCl dư và Cu chưa phản ứng.
Tiếp theo, cho dung dịch X tác dụng với AgNO3 dư. Các phản ứng xảy ra:
Fe2+ + Ag+ -> Fe3+ + Ag
Cl- + Ag+ -> AgCl
Tính số mol AgCl:
n(AgCl) = n(Cl-) = n(HCl dư) + 2n(FeCl2) = 0.2 + 20.1 = 0.4 mol
Tính số mol Ag tạo thành:
n(Ag) = n(Fe2+) = 0.1 mol
Khối lượng kết tủa thu được:
m(kết tủa) = m(AgCl) + m(Ag) = 0.4 143.5 + 0.1 108 = 57.4 + 10.8 = 68.2 gam
Vậy giá trị của m gần nhất với 68.2.
Công thức tính toán số mol và khối lượng các chất trong phản ứng.
Alt text: Hình ảnh công thức tính số mol HNO3 và khối lượng kết tủa AgCl và Ag tạo thành sau phản ứng, sử dụng các biến số n và m. Chú thích: Công thức thể hiện mối quan hệ giữa số mol chất phản ứng và khối lượng sản phẩm.
Biểu thức tính số mol ion Cl- trong dung dịch X:
Biểu thức tính số mol ion Cl- trong dung dịch X
Alt text: Phương trình toán học biểu diễn cách tính số mol ion Cl- trong dung dịch X sau phản ứng, sử dụng ký hiệu n(Cl-) để chỉ số mol Cl-. Chú thích: Công thức tính dựa trên số mol HCl dư và FeCl2 tạo ra.
Tổng kết lại, bài toán “Cho 12g Hỗn Hợp Fe Và Cu Tác Dụng Với Hcl” đòi hỏi sự hiểu biết về các phản ứng oxi hóa khử, cách tính toán số mol, và áp dụng các định luật bảo toàn. Việc xác định chính xác các chất phản ứng và sản phẩm tạo thành là yếu tố then chốt để giải quyết bài toán này.
Phương trình phản ứng của ion Fe2+ với ion Ag+:
Alt text: Phương trình hóa học thể hiện quá trình ion Fe2+ tác dụng với ion Ag+ tạo thành ion Fe3+ và kim loại Ag. Chú thích: Phản ứng thể hiện sự oxi hóa Fe2+ và khử Ag+.
