18. Trong phòng thí nghiệm có các kim loại Zn và Fe, các dung dịch axit H2SO4 loãng và HCl. Muốn điều chế được 2,24 lít khí H2 (đktc) phải dùng kim loại nào, axit nào để chỉ cần một khối lượng nhỏ nhất?

Question

Accepted Answer

Để điều chế khí H2 từ các kim loại Zn và Fe trong các dung dịch axit H2SO4 loãng và HCl, chúng ta cần xem xét phản ứng hóa học của từng kim loại với từng loại axit.

1. **Phản ứng của Zn với H2SO4:**
   $$
   Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2\uparrow
   $$
   
2. **Phản ứng của Zn với HCl:**
   $$
   Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2\uparrow
   $$

3. **Phản ứng của Fe với H2SO4:**
   $$
   Fe + H_2SO_4 \rightarrow FeSO_4 + H_2\uparrow
   $$
   (Phản ứng này cần điều kiện là H2SO4 đặc hơn và thường không phản ứng với H2SO4 loãng để tạo H2).

4. **Phản ứng của Fe với HCl:**
   $$
   Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2\uparrow
   $$

Để tính toán khối lượng kim loại cần thiết để sản xuất 2,24 lít khí H2 (đktc), ta sử dụng quy tắc rằng 1 mol khí H2 ở đktc có thể chiếm 22,4 lít.

Từ đó, số mol H2 cần thiết là:
$$
n = \frac{2,24}{22,4} = 0,1 \text{ mol}
$$

**Tính toán khối lượng kim loại:**

- **Với Zn:**
    - Số mol Zn cần để tạo ra 0,1 mol H2 là 0,1 mol (theo tỷ lệ 1:1).
    - Khối lượng Zn cần thiết là:
    $$
    m_{Zn} = n \cdot M_{Zn} = 0,1 \cdot 65,4 = 6,54 \text{ g}
    $$

- **Với Fe:**
    - Số mol Fe cần để tạo ra 0,1 mol H2 là 0,1 mol (theo tỷ lệ 1:2, nhưng mỗi mol Fe chỉ cho ra 1 mol H2).
    - Khối lượng Fe cần thiết là:
    $$
    m_{Fe} = n \cdot M_{Fe} = 0,1 \cdot 55,8 = 5,58 \text{ g}
    $$

**Kết luận:**
- Sử dụng Zn và HCl sẽ cần 6,54 g Zn.
- Sử dụng Fe và HCl sẽ cần 5,58 g Fe.

Vì vậy, để tạo ra 2,24 lít khí H2 với khối lượng nhỏ nhất, ta nên sử dụng kim loại **Fe** với dung dịch axit **HCl**.

**Đáp án:** Kim loại Fe và dung dịch HCl.

18. Trong phòng thí nghiệm có các kim loại Zn và Fe, các dung dịch axit H2SO4 loãng và HCl. Muốn điều chế được 2,24 lít khí H2 (đktc) phải dùng kim loại nào, axit nào để chỉ cần một khối lượng nhỏ nhất...