Bài học

Theo dõi CuCO₃ → CuO → CuSO₄ bằng các mốc khối lượng

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em dùng bảo toàn khối lượng để nối hai phản ứng mà không tính lại mọi chất trung gian.

Kiến thức cần có

Cần PTHH nhiệt phân carbonate, phản ứng oxide với acid, mol và khối lượng mol.

Mở rộng dành cho HSG. YCCĐ Hóa học 8 cung cấp định luật bảo toàn khối lượng, mol, tính theo PTHH và phản ứng của acid. Khóa này đưa các công cụ ấy vào chuỗi hai bước, hệ mở có khí thoát, hỗn hợp hai chất và bài nhận diện kim loại. Kĩ thuật vượt chuẩn là chọn biên hệ, đặt hai ẩn từ hai dữ kiện độc lập, kiểm miền khối lượng mol và loại nghiệm vô lí. Tiền đề là Foundation Course 3–6 và Course 1 HSG readiness; mọi phản ứng đều được viết, cân bằng và giải thích trước khi dùng.

**Mở rộng dành cho HSG.** YCCĐ Hóa học 8 cung cấp định luật bảo toàn khối lượng, mol, tính theo PTHH và phản ứng của acid. Khóa này đưa các công cụ ấy vào chuỗi hai bước, hệ mở có khí thoát, hỗn hợp hai chất và bài nhận diện kim loại. Kĩ thuật vượt chuẩn là chọn biên hệ, đặt hai ẩn từ hai dữ kiện độc lập, kiểm miền khối lượng mol và loại nghiệm vô lí. Tiền đề là Foundation Course 3–6 và Course 1 HSG readiness; mọi phản ứng đều được viết, cân bằng và giải thích trước khi dùng.

Câu hỏi mở đầu

Sau khi nung CuCO3 rồi hòa tan CuO vào acid, có thể tính khối lượng dung dịch cuối mà không tìm lượng H2SO4 đã phản ứng không?

Sổ vật chất và ý tưởng cốt lõi

Bảo toàn khối lượng đúng cho toàn bộ hệ: tổng khối lượng các chất trước phản ứng bằng tổng khối lượng các chất sau. Trong hệ mở, khí thoát hay chất được thêm vào phải nằm trong sổ khối lượng. Với chuỗi phản ứng, ta chọn các mốc trạng thái và chỉ theo dõi dòng vật chất đi qua biên. Cách làm này có thể bỏ qua một chất trung gian, nhưng không được bỏ một dòng khối lượng rời khỏi hệ.

Chuỗi gồm $CuCO_3\xrightarrow{t^\circ}CuO+CO_2$ và $CuO+H_2SO_4\to CuSO_4+H_2O$ . Ở bước nung, khối lượng chất rắn giảm đúng bằng CO2 thoát. Ở bước hòa tan, nếu CuO phản ứng hết và không có khí, toàn bộ khối lượng CuO đi vào dung dịch. Vì vậy $m_{dd\,sau}=m_{dd\,acid}+m(CuO)$ ; không cần tách khối lượng H2SO4 và nước trong dung dịch.

Chuỗi gồm $CuCO_3\xrightarrow{t^\circ}CuO+CO_2$ và $CuO+H_2SO_4\to CuSO_4+H_2O$. Ở bước nung, khối lượng chất rắn giảm đúng bằng CO2 thoát. Ở bước hòa tan, nếu CuO phản ứng hết và không có khí, toàn bộ khối lượng CuO đi vào dung dịch. Vì vậy $m_{dd\,sau}=m_{dd\,acid}+m(CuO)$; không cần tách khối lượng H2SO4 và nước trong dung dịch.

Sơ đồ chỉ cộng hoặc trừ các dòng vật chất thực sự qua biên hệ.

Đào sâu mô hình

Lối tắt chỉ đúng khi sản phẩm cuối đều ở dung dịch và không có kết tủa hay khí thoát ở bước hai. Nếu acid thiếu, còn CuO rắn; nếu có kết tủa, khối lượng dung dịch không gồm phần rắn. Cần phân biệt khối lượng hệ sau phản ứng với khối lượng dung dịch sau lọc.

Ta có thể kiểm bằng mol: một mol CuCO3 cho một mol CuO. Nhưng mục đích HSG là thấy dòng khối lượng: mẫu ban đầu mất CO2, phần rắn còn lại được cộng nguyên vào dung dịch acid. Khi nhiều bước hơn, sơ đồ mốc giúp tránh tính lại cùng một trung gian.

Dùng nguyên tử khối lớp 8: Cu=64,C=12,O=16 nên $M(CuCO_3)=124$ và $M(CuO)=80$ . Các con số này phải được nêu thống nhất. Nếu đề cung cấp bảng nguyên tử khối khác, ưu tiên dữ kiện đề.

Dùng nguyên tử khối lớp 8: Cu=64,C=12,O=16 nên $M(CuCO_3)=124$ và $M(CuO)=80$. Các con số này phải được nêu thống nhất. Nếu đề cung cấp bảng nguyên tử khối khác, ưu tiên dữ kiện đề.

Hỗn hợp hai chất

Hỗn hợp hai chất cần hai quan hệ độc lập. Tổng khối lượng cho một quan hệ; lượng khí hoặc lượng thuốc thử phản ứng cho quan hệ thứ hai. Đặt x,y theo mol giúp hệ số PTHH hiện rõ. Trước khi giải, ước lượng khối lượng mol trung bình: nếu tổng mol là n thì $m/n$ phải nằm giữa khối lượng mol của hai thành phần. Kiểm này phát hiện dữ kiện sai trước khi đại số sinh nghiệm âm.

Chuẩn Hướng dẫn giải

Trong Hướng dẫn giải, ghi PTHH, điều kiện phản ứng và biên hệ. Với chuỗi, đánh số khối lượng ở từng mốc; với hỗn hợp, đặt ẩn kèm điều kiện $x,y\ge0$ và ghi nguồn mỗi phương trình. Sau khi giải phải thử lại tổng khối lượng, lượng khí và miền hóa học. Nếu dữ kiện vô nghiệm, kết luận rõ “không tồn tại hỗn hợp thỏa mãn”, không sửa số đề trong lời giải. Mỗi đáp án hợp lệ kết bằng “Vậy …” cùng đơn vị và thành phần.

Trong **Hướng dẫn giải**, ghi PTHH, điều kiện phản ứng và biên hệ. Với chuỗi, đánh số khối lượng ở từng mốc; với hỗn hợp, đặt ẩn kèm điều kiện $x,y\ge0$ và ghi nguồn mỗi phương trình. Sau khi giải phải thử lại tổng khối lượng, lượng khí và miền hóa học. Nếu dữ kiện vô nghiệm, kết luận rõ “không tồn tại hỗn hợp thỏa mãn”, không sửa số đề trong lời giải. Mỗi đáp án hợp lệ kết bằng “Vậy …” cùng đơn vị và thành phần.

Error-log

Error-log gồm: bảo toàn trên một phần hệ nhưng quên khí; cộng khối lượng dung dịch mà không trừ chất thoát; lấy tổng mol khí làm mol của từng chất; dùng một phương trình cho hai ẩn; nhận nghiệm âm; nhầm phần mol với phần khối lượng; và thử hóa trị nhưng không kiểm nguyên tử khối có khớp nguyên tố. Lỗi được sửa bằng sơ đồ trạng thái hoặc kiểm miền trước phép giải hệ.

Ví dụ

Ví dụ 1 — Từ carbonate tới oxide

1
Nung hoàn toàn 24,8 g CuCO3. Tính khối lượng CuO và CO2.
2
Bài mở đầu dựng đúng mốc trung gian để dùng lại ở bước hòa tan.
3
Dùng tỉ lệ mol 1:1 rồi kiểm bằng bảo toàn khối lượng.
4
PTHH: $CuCO_3\xrightarrow{t^\circ}CuO+CO_2$ . Ta có $n(CuCO_3)=24{,}8/124=0{,}20$ mol. Theo PTHH, $n(CuO)=n(CO_2)=0{,}20$ mol. Suy ra $m(CuO)=0{,}20\cdot80=16{,}0$ g và $m(CO_2)=0{,}20\cdot44=8{,}8$ g. Vậy thu 16,0 g CuO và 8,8 g CO2.
PTHH: $CuCO_3\xrightarrow{t^\circ}CuO+CO_2$. Ta có $n(CuCO_3)=24{,}8/124=0{,}20$ mol. Theo PTHH, $n(CuO)=n(CO_2)=0{,}20$ mol. Suy ra $m(CuO)=0{,}20\cdot80=16{,}0$ g và $m(CO_2)=0{,}20\cdot44=8{,}8$ g. Vậy thu 16,0 g CuO và 8,8 g CO2.
5
16,0+8,8=24,8 g, đúng bảo toàn khối lượng.
6
Nung 12,4 g cho các khối lượng bằng một nửa.

Ví dụ

Ví dụ 2 — Khối lượng dung dịch cuối

1
Hòa tan hết 16,0 g CuO trên bằng 200 g dung dịch H2SO4 dư. Giả sử không có khí hay kết tủa. Tính khối lượng dung dịch sau phản ứng.
2
Toàn bộ CuO đi vào dung dịch và không có dòng khối lượng thoát khỏi hệ ở bước hai.
3
Chọn hệ gồm dung dịch acid và CuO ở đầu bước hai.
4
PTHH: $CuO+H_2SO_4\to CuSO_4+H_2O$ . H2SO4 dư nên 16,0 g CuO phản ứng hết. Ở bước này không có khí thoát hay kết tủa, nên theo bảo toàn khối lượng, $m_{dd\,sau}=m_{dd\,acid}+m(CuO)=200+16=216$ g. Vậy khối lượng dung dịch sau phản ứng là 216 g.
PTHH: $CuO+H_2SO_4\to CuSO_4+H_2O$. H2SO4 dư nên 16,0 g CuO phản ứng hết. Ở bước này không có khí thoát hay kết tủa, nên theo bảo toàn khối lượng, $m_{dd\,sau}=m_{dd\,acid}+m(CuO)=200+16=216$ g. Vậy khối lượng dung dịch sau phản ứng là 216 g.
5
Không cộng lại 24,8 g CuCO3 vì 8,8 g CO2 đã rời hệ ở bước nung.
6
Nếu lọc còn 2 g CuO chưa phản ứng, khối lượng dung dịch chỉ tăng 14 g.

Luyện tập có hướng dẫn

Tự luyện và challenge checkpoint

Lỗi thường gặp

Không cộng CuCO3 ban đầu vào dung dịch cuối; không quên CO2 đã thoát; không gọi toàn bộ hệ sau phản ứng là dung dịch nếu còn chất rắn.

Chốt bài: Em đã dùng bảo toàn khối lượng để nối hai phản ứng mà không tính lại mọi chất trung gian. Bài sau tập trung vào biên hệ mở khi khí thoát trực tiếp khỏi dung dịch.