Bài toán hóa học về phản ứng của hỗn hợp kim loại với axit luôn là một chủ đề quan trọng trong chương trình học. Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng nhau giải quyết một bài toán điển hình: Tính thành phần phần trăm khối lượng của từng kim loại trong hỗn hợp ban đầu khi cho 5.1 gam hỗn hợp Al và Mg tác dụng hoàn toàn với dung dịch HCl, thu được 5.6 lít khí H2 (đktc).
Đề bài: Cho 5.1 gam hỗn hợp gồm Al và Mg tác dụng hết với dung dịch axit clohiđric (HCl). Sau phản ứng thu được 5.6 lít khí H2 (đktc). Tính phần trăm khối lượng mỗi kim loại trong hỗn hợp ban đầu.
Hướng dẫn giải chi tiết:
Để giải quyết bài toán này, chúng ta sẽ áp dụng các kiến thức về phương trình hóa học, định luật bảo toàn khối lượng, và một số kỹ năng giải toán đại số cơ bản.
Bước 1: Viết phương trình hóa học của các phản ứng
Nhôm (Al) và Magie (Mg) đều phản ứng với axit clohiđric (HCl) để tạo thành muối clorua và giải phóng khí hidro (H2). Chúng ta có các phương trình hóa học sau:
-
Phản ứng của Magie (Mg) với HCl:
Mg + 2HCl → MgCl2 + H2 -
Phản ứng của Nhôm (Al) với HCl:
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2
Bước 2: Tính số mol khí H2 thu được
Theo đề bài, thể tích khí H2 thu được là 5.6 lít (đktc). Chúng ta sử dụng công thức để tính số mol khí ở điều kiện tiêu chuẩn:
n(H2) = V(H2) / 22.4 = 5.6 / 22.4 = 0.25 mol
Bước 3: Đặt ẩn và thiết lập hệ phương trình
Gọi số mol của Mg trong hỗn hợp ban đầu là a (mol) và số mol của Al trong hỗn hợp ban đầu là b (mol).
Dựa vào các phương trình hóa học, ta có:
- Số mol H2 sinh ra từ phản ứng của Mg là a (mol).
- Số mol H2 sinh ra từ phản ứng của Al là 1.5b (mol).
Tổng số mol H2 sinh ra từ cả hai phản ứng là 0.25 mol. Vậy ta có phương trình:
a + 1.5b = 0.25 (1)
Mặt khác, khối lượng của hỗn hợp Al và Mg là 5.1 gam. Ta có phương trình:
24a + 27b = 5.1 (2)
Bước 4: Giải hệ phương trình
Chúng ta có hệ phương trình hai ẩn số:
{ a + 1.5b = 0.25
{ 24a + 27b = 5.1
Giải hệ phương trình này, ta có thể sử dụng phương pháp thế hoặc phương pháp cộng đại số. Ví dụ, sử dụng phương pháp thế:
Từ phương trình (1), suy ra: a = 0.25 – 1.5b
Thay vào phương trình (2): 24(0.25 – 1.5b) + 27b = 5.1
Giải phương trình này, ta được: 6 – 36b + 27b = 5.1 => -9b = -0.9 => b = 0.1 mol
Thay b = 0.1 vào phương trình a = 0.25 – 1.5b, ta được: a = 0.25 – 1.5(0.1) = 0.1 mol
Bước 5: Tính khối lượng và phần trăm khối lượng của mỗi kim loại
- Khối lượng của Mg: m(Mg) = n(Mg) M(Mg) = 0.1 24 = 2.4 gam
- Khối lượng của Al: m(Al) = n(Al) M(Al) = 0.1 27 = 2.7 gam
Phần trăm khối lượng của Mg trong hỗn hợp:
%Mg = (m(Mg) / m(hỗn hợp)) 100% = (2.4 / 5.1) 100% ≈ 47.06%
Phần trăm khối lượng của Al trong hỗn hợp:
%Al = (m(Al) / m(hỗn hợp)) 100% = (2.7 / 5.1) 100% ≈ 52.94%
Kết luận:
Trong 5.1 gam hỗn hợp ban đầu, phần trăm khối lượng của Magie (Mg) là khoảng 47.06% và phần trăm khối lượng của Nhôm (Al) là khoảng 52.94%.
Bài toán này không chỉ giúp chúng ta ôn lại các kiến thức hóa học cơ bản mà còn rèn luyện kỹ năng giải toán, phân tích và tổng hợp thông tin. Hy vọng rằng, qua bài viết này, bạn đọc sẽ nắm vững hơn cách giải các bài toán tương tự và áp dụng thành công vào học tập.