Bài toán về phản ứng giữa đinh sắt và dung dịch CuSO4 là một ví dụ điển hình trong hóa học, thường xuất hiện trong các bài kiểm tra và kỳ thi. Việc hiểu rõ bản chất của phản ứng này, cũng như cách tính toán các thông số liên quan, là rất quan trọng. Bài viết này sẽ đi sâu vào vấn đề “Nhúng 1 đinh Sắt Có Khối Lượng 8g” vào dung dịch CuSO4, giải thích chi tiết các bước giải và các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả.
Phản ứng hóa học xảy ra:
Khi nhúng đinh sắt (Fe) vào dung dịch đồng(II) sunfat (CuSO4), phản ứng oxi hóa khử sẽ diễn ra:
Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu
Trong phản ứng này, sắt (Fe) bị oxi hóa thành ion sắt(II) (Fe2+), đồng thời ion đồng(II) (Cu2+) bị khử thành đồng kim loại (Cu). Đồng kim loại này sẽ bám vào bề mặt đinh sắt, làm tăng khối lượng của nó.
Bài toán ví dụ:
Nhúng một đinh sắt có khối lượng 8g vào 500 ml dung dịch CuSO4 2M. Sau một thời gian, lấy đinh sắt ra cân lại thấy nặng 8.8g. Nồng độ mol/l của CuSO4 trong dung dịch sau phản ứng là bao nhiêu?
Phân tích bài toán:
- Khối lượng sắt ban đầu: 8g
- Thể tích dung dịch CuSO4: 500 ml = 0.5 lít
- Nồng độ mol của dung dịch CuSO4: 2M
- Khối lượng đinh sắt sau phản ứng: 8.8g
- Độ tăng khối lượng của đinh sắt: 8.8g – 8g = 0.8g
Giải bài toán:
-
Tính số mol CuSO4 ban đầu:
n(CuSO4) = CM V = 2M 0.5 lít = 1 mol
-
Xác định lượng sắt đã phản ứng:
Gọi x là số mol Fe đã phản ứng. Theo phương trình phản ứng:
Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu
Mỗi mol Fe phản ứng sẽ tạo ra 1 mol Cu. Do đó, độ tăng khối lượng của đinh sắt là do sự thay thế Fe bằng Cu.
Độ tăng khối lượng = m(Cu) – m(Fe) = 64x – 56x = 8x
Ta có: 8x = 0.8g ⇒ x = 0.1 mol
-
Tính số mol CuSO4 còn lại sau phản ứng:
Số mol CuSO4 đã phản ứng bằng số mol Fe đã phản ứng: 0.1 mol.
Số mol CuSO4 còn lại: n(CuSO4) sau = n(CuSO4) đầu – n(CuSO4) phản ứng = 1 mol – 0.1 mol = 0.9 mol
-
Tính nồng độ mol của CuSO4 sau phản ứng:
Nồng độ mol CuSO4 sau phản ứng: CM(CuSO4) sau = n(CuSO4) sau / V = 0.9 mol / 0.5 lít = 1.8M
Vậy đáp án đúng là 1.8M.
Kết luận:
Thông qua việc giải bài toán trên, chúng ta thấy rằng khi nhúng 1 đinh sắt có khối lượng 8g vào dung dịch CuSO4, một lượng sắt đã phản ứng và thay thế bằng đồng, làm tăng khối lượng đinh sắt. Đồng thời, nồng độ của dung dịch CuSO4 giảm đi do một phần CuSO4 đã tham gia phản ứng. Việc nắm vững các khái niệm cơ bản về phản ứng hóa học và cách tính toán số mol là rất quan trọng để giải quyết các bài toán tương tự.
Alt: Hình ảnh minh họa đinh sắt (Fe) đang phản ứng với dung dịch đồng sunfat (CuSO4), tạo thành lớp đồng (Cu) bám trên bề mặt đinh sắt và dung dịch sắt sunfat (FeSO4).
Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng:
- Nhiệt độ: Nhiệt độ cao hơn thường làm tăng tốc độ phản ứng.
- Diện tích bề mặt của đinh sắt: Diện tích bề mặt lớn hơn giúp phản ứng xảy ra nhanh hơn.
- Nồng độ dung dịch CuSO4: Nồng độ cao hơn sẽ làm tăng tốc độ phản ứng.
- Khuấy trộn: Khuấy trộn giúp tăng cường sự tiếp xúc giữa Fe và CuSO4, làm tăng tốc độ phản ứng.
