Giải bài toán hóa học
Bước 1: Tính toán số mol các chất
Số mol Zn:n(Zn) = m(Zn) / M(Zn) = 13g / 65g/mol = 0,2 mol
Bước 2: Lập phương trình phản ứng và tính toán theo phương trình
Phương trình phản ứng:

Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂

Từ phương trình, ta thấy: 1 mol Zn tạo ra 1 mol ZnSO₄ và 1 mol H₂.

Số mol ZnSO₄:n(ZnSO₄) = n(Zn) = 0,2 mol
Số mol H₂:n(H₂) = n(Zn) = 0,2 mol
Bước 3: Tính khối lượng và thể tích
Khối lượng ZnSO₄:m(ZnSO₄) = n(ZnSO₄) * M(ZnSO₄) = 0,2 mol * 161g/mol = 32,2g
Thể tích H₂:Sử dụng phương trình trạng thái khí lý tưởng: PV = nRTP = 1 bar = 0,987 atm
V = ?
n = 0,2 mol
R = 0,082 L.atm/mol.K
T = 25°C = 298K
V = nRT/P = (0,2 mol * 0,082 L.atm/mol.K * 298K) / 0,987 atm ≈ 4,94 L
Bước 4: Tính khối lượng chất rắn sau phản ứng
Phương trình phản ứng khử CuO:

CuO + H₂ → Cu + H₂O

Số mol CuO:n(CuO) = m(CuO) / M(CuO) = 12g / 80g/mol = 0,15 mol
So sánh số mol: Ta thấy n(CuO) < n(H₂), điều đó có nghĩa là CuO hết, H₂ dư.
Số mol Cu:n(Cu) = n(CuO) = 0,15 mol
Khối lượng Cu:m(Cu) = n(Cu) * M(Cu) = 0,15 mol * 64g/mol = 9,6g
Vậy:

Khối lượng ZnSO₄ thu được là 32,2 gam.
Thể tích khí H₂ thu được là khoảng 4,94 lít.
Khối lượng chất rắn X (chủ yếu là Cu) thu được sau phản ứng khử là 9,6 gam.
Kết luận: Trong phản ứng trên, toàn bộ Zn đã phản ứng hết và tạo ra muối ZnSO₄ và khí H₂. Khí H₂ thu được đủ để khử hoàn toàn 12 gam CuO, tạo ra 9,6 gam Cu.

Để giải bài toán này, ta sẽ thực hiện từng phần một cách tuần tự.

a) Tính khối lượng zinc sulfate thu được sau phản ứng
Phương trình phản ứng hóa học:

Zn+H2SO4→ZnSO4+H2\text{Zn} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{ZnSO}_4 + \text{H}_2Zn+H2​SO4​→ZnSO4​+H2​Tỉ lệ mol: 1 mol Zn phản ứng với 1 mol H₂SO₄ để tạo ra 1 mol ZnSO₄ và 1 mol H₂.
Khối lượng mol của Zn = 65 g/mol
Khối lượng mol của ZnSO₄ = 65 + 32 + (4 \times 16) = 65 + 32 + 64 = 161 g/mol
Tính số mol của Zn:

nZn=mZnMZn=13 g65 g/mol=0.2 moln_{\text{Zn}} = \frac{m_{\text{Zn}}}{M_{\text{Zn}}} = \frac{13 \text{ g}}{65 \text{ g/mol}} = 0.2 \text{ mol}nZn​=MZn​mZn​​=65 g/mol13 g​=0.2 molTính khối lượng ZnSO₄ thu được:

m_{\text{ZnSO}_4} = n_{\text{Zn}} \times M_{\text{ZnSO}_4 = 0.2 \text{ mol} \times 161 \text{ g/mol} = 32.2 \text{ g}b) Tính thể tích khí hydrogen thu được (ở 25°C và 1 bar)
Sử dụng phương trình đã biết:

nH2=nZn=0.2 moln_{\text{H}_2} = n_{\text{Zn}} = 0.2 \text{ mol}nH2​​=nZn​=0.2 molTính thể tích khí H₂:

Sử dụng định luật khí lý tưởng:

V=nRT/PV = nRT/PV=nRT/PVới:

R=0.0831 L bar K−1 mol−1R = 0.0831 \text{ L bar K}^{-1} \text{ mol}^{-1}R=0.0831 L bar K−1 mol−1
T=25°C=298KT = 25°C = 298 KT=25°C=298K
P=1 barP = 1 \text{ bar}P=1 bar
Thay vào công thức:

V=0.2 mol×0.0831 L bar K−1 mol−1×298 K/1 bar=4.95 LV = 0.2 \text{ mol} \times 0.0831 \text{ L bar K}^{-1} \text{ mol}^{-1} \times 298 \text{ K} / 1 \text{ bar} = 4.95 \text{ L}V=0.2 mol×0.0831 L bar K−1 mol−1×298 K/1 bar=4.95 Lc) Tính giá trị m khi dùng toàn bộ lượng khí hydrogen để khử 12 gam bột CuO
Phương trình phản ứng:

CuO+H2→Cu+H2O\text{CuO} + \text{H}_2 \rightarrow \text{Cu} + \text{H}_2\text{O}CuO+H2​→Cu+H2​OTính số mol của CuO:

Khối lượng mol của CuO = 63.5 + 16 = 79.5 g/mol

nCuO=mCuOMCuO=12 g79.5 g/mol≈0.1519 moln_{\text{CuO}} = \frac{m_{\text{CuO}}}{M_{\text{CuO}}} = \frac{12 \text{ g}}{79.5 \text{ g/mol}} \approx 0.1519 \text{ mol}nCuO​=MCuO​mCuO​​=79.5 g/mol12 g​≈0.1519 molTính số mol H₂ cần thiết:

Tỉ lệ phản ứng là 1:1, do đó:

nH2=nCuO=0.1519 moln_{\text{H}_2} = n_{\text{CuO}} = 0.1519 \text{ mol}nH2​​=nCuO​=0.1519 molKhối lượng Cu thu được:

mCu=nCu×MCu=0.1519 mol×63.5 g/mol≈9.65 gm_{\text{Cu}} = n_{\text{Cu}} \times M_{\text{Cu}} = 0.1519 \text{ mol} \times 63.5 \text{ g/mol} \approx 9.65 \text{ g}mCu​=nCu​×MCu​=0.1519 mol×63.5 g/mol≈9.65 gKết quả:
a) Khối lượng ZnSO₄ thu được: 32.2 g
b) Thể tích khí H₂ thu được: 4.95 L
c) Khối lượng chất rắn X (Cu) thu được: 9.65 g