Dữ kiện đề bài:

• Dẫn H₂ dư qua 27,2 gam hỗn hợp CuO và oxit sắt, nung nóng → phản ứng hoàn toàn.

• Sau phản ứng thu được 20 gam chất rắn và m gam nước.

• Dẫn chất rắn này vào HCl dư → thu được m₁ gam chất rắn không tan và 6,72 lít khí H₂ (đktc).

Gọi ẩn và đặt công thức:

• CuO + H₂ → Cu + H₂O

• Oxit sắt có công thức tổng quát: FeₓOᵧ

Ta gọi oxit sắt là Fe₃O₄ (vì đây là oxit sắt phổ biến và duy nhất không tan trong HCl khi đã bị khử thành Fe). Ta sẽ kiểm chứng điều này khi giải.

Bước 1: Gọi số mol 1. Số mol khí H₂ tạo ra sau phản ứng với HCl: nH₂=6,7222,4=0,3 moln_{\text{H₂}} = \frac{6,72}{22,4} = 0,3 \text{ mol}nH₂​=22,46,72​=0,3 mol

Phản ứng:

Fe+2HCl→FeCl2+H2↑⇒nFe=0,3×1=0,3 molFe + 2HCl → FeCl₂ + H₂↑ \Rightarrow n_{Fe} = 0,3 \times 1 = 0,3 \text{ mol}Fe+2HCl→FeCl2​+H2​↑⇒nFe​=0,3×1=0,3 mol

→ Có 0,3 mol Fe bị hòa tan trong HCl, còn phần không tan là Cu.

Bước 2: Gọi ẩn và viết các phương trình phản ứng

Gọi:

• a mol CuO → mol Cu sau phản ứng là a

• b mol Fe₃O₄ → phản ứng khử với H₂ sẽ tạo 3b mol Fe

Khối lượng hỗn hợp ban đầu: 80a+232b=27,2(1)80a + 232b = 27,2 \quad \text{(1)}80a+232b=27,2(1) Sau phản ứng với H₂, chất rắn còn lại gồm:

• a mol Cu → 64a64a64a gam

• 3b mol Fe → 56×3b=168b56 × 3b = 168b56×3b=168b gam

→ Tổng chất rắn sau phản ứng:

64a+168b=20(2)64a + 168b = 20 \quad \text{(2)}64a+168b=20(2) Giải hệ phương trình (1) và (2):

(1) 80a + 232b = 27,2
(2) 64a + 168b = 20

Nhân (1) với 4: 320a + 928b = 108,8
Nhân (2) với 5: 320a + 840b = 100

Trừ vế theo vế:

(320a+928b)−(320a+840b)=108,8−100⇒88b=8,8→b=0,1(320a + 928b) - (320a + 840b) = 108,8 - 100 \Rightarrow 88b = 8,8 → b = 0,1(320a+928b)−(320a+840b)=108,8−100⇒88b=8,8→b=0,1

Thay vào (2):

64a+168×0,1=20⇒64a+16,8=20⇒64a=3,2→a=0,0564a + 168 × 0,1 = 20 \Rightarrow 64a + 16,8 = 20 \Rightarrow 64a = 3,2 → a = 0,0564a+168×0,1=20⇒64a+16,8=20⇒64a=3,2→a=0,05 Bước 3: Tính khối lượng nước tạo thành

Phản ứng tạo nước:

• CuO + H₂ → Cu + H₂O → tạo a = 0,05 mol H₂O

• Fe₃O₄ + 4H₂ → 3Fe + 4H₂O → tạo 4 × b = 0,4 mol H₂O

Tổng số mol nước:

0,05+0,4=0,45 mol⇒m=0,45×18=8,1 gam0,05 + 0,4 = 0,45 \text{ mol} \Rightarrow m = 0,45 × 18 = 8,1 \text{ gam}0,05+0,4=0,45 mol⇒m=0,45×18=8,1 gam Bước 4: Tính m₁ – khối lượng chất rắn không tan

Sau khi chất rắn sau phản ứng được cho tác dụng với HCl dư, Fe phản ứng hết (0,3 mol), còn lại là Cu không tan.

→ Số mol Cu = a = 0,05 mol
→ m1=0,05×64=3,2 gamm_1 = 0,05 × 64 = 3,2 \text{ gam}m1​=0,05×64=3,2 gam

Kết quả: a) Công thức oxit sắt là Fe₃O₄ b)

• Khối lượng nước tạo thành: m = 8,1 gam

• Khối lượng chất rắn không tan: m₁ = 3,2 gam