Đồng thau là hợp kim của Cu và Zn: Cách tính phần trăm Cu

Câu hỏi: Đồng thau là hợp kim của đồng và kẽm. Phản ứng sau đây có thể được sử dụng để xác định lượng đồng trong một mẫu đồng thau:
2Cu²⁺(aq) + 4I⁻(aq) → 2CuI(s) + I₂(aq)
Quy trình được thực hiện như sau:
– Hòa tan 1,50 g mẫu đồng thau trên trong sulfuric acid đặc, rồi pha loãng với nước được dung dịch Cu²⁺;
– Thêm dung dịch I⁻ đến dư;
– Thêm dần dung dịch S₂O₃²⁻ 0,50 M để phản ứng với iodine theo phản ứng sau:
I₂(aq) + 2S₂O₃²⁻(aq) → 2I⁻(aq) + S₄O₆²⁻(aq)
Thể tích dung dịch S₂O₃²⁻ cần dùng để phản ứng trên xảy ra vừa đủ là 28,35 mL. Phần trăm khối lượng của đồng trong mẫu đồng thau trên là a%. Giá trị của a bằng bao nhiêu? (Kết quả làm tròn đến hàng phần mười).

Đáp án đúng là 60,0. Giá trị phần trăm khối lượng của nguyên tố Cu trong mẫu đồng thau là hợp kim của đồng và kẽm bằng 60,0%.

Các bước tính toán chi tiết xác định giá trị của a

Phương pháp chuẩn độ iod gián tiếp cho phép xác định chính xác lượng ion Cu²⁺ thông qua lượng I₂ giải phóng ra khi phản ứng với ion thiosulfate S₂O₃²⁻. Các bước tính toán được thực hiện tuần tự như sau:

1. Tính lượng chất chuẩn S₂O₃²⁻ đã phản ứng:
   
   Đổi thể tích dung dịch: V = 28,35 mL = 0,02835 L.
   
   Số mol S₂O₃²⁻ tiêu tốn: n(S₂O₃²⁻) = C_M × V = 0,50 × 0,02835 = 0,014175 mol.
2. Tính số mol I₂ tạo thành:
   
   Dựa vào phương trình chuẩn độ: I₂(aq) + 2S₂O₃²⁻(aq) → 2I⁻(aq) + S₄O₆²⁻(aq).
   
   Tỉ lệ mol giữa I₂ và S₂O₃²⁻ là 1 : 2.
   
   Do đó: n(I₂) = n(S₂O₃²⁻) / 2 = 0,014175 / 2 = 0,0070875 mol.
3. Tính số mol Cu²⁺ ban đầu trong dung dịch:
   
   Dựa vào phương trình phản ứng khử Cu²⁺: 2Cu²⁺(aq) + 4I⁻(aq) → 2CuI(s) + I₂(aq).
   
   Tỉ lệ mol giữa Cu²⁺ và I₂ là 2 : 1.
   
   Do đó: n(Cu²⁺) = 2 × n(I₂) = 2 × 0,0070875 = 0,014175 mol.
   
   Toàn bộ lượng Cu²⁺ này bắt nguồn từ lượng Cu kim loại có trong mẫu ban đầu, suy ra: n(Cu) = n(Cu²⁺) = 0,014175 mol.
4. Tính khối lượng Cu và phần trăm khối lượng a%:
   
   Khối lượng mol của đồng lấy theo chuẩn là 63,55 g/mol (hoặc 64 g/mol tùy quy ước làm tròn):
   
   m(Cu) = 0,014175 × 63,55 = 0,9008 g (nếu dùng M = 63,55 g/mol, m(Cu) xấp xỉ 0,900 g).
   
   Phần trăm khối lượng của đồng trong 1,50 g mẫu hợp kim:
   
   a% = (0,900 g / 1,50 g) × 100% = 60,0%.

Hệ thống kiến thức về phương pháp chuẩn độ iod xác định đồng

Chuẩn độ iod (iodometry) là kỹ thuật phân tích thể tích định lượng dựa trên nguyên tắc đo gián tiếp thông qua cặp oxi hóa – khử I₂/2I⁻. Bản chất hóa học và quy trình thực nghiệm gồm các điểm cốt lõi:

• Bản chất phản ứng: Khi cho lượng dư ion I⁻ vào dung dịch chứa Cu²⁺, ion Cu²⁺ đóng vai trò chất oxi hóa chuyển thành kết tủa trắng CuI (đồng(I) iodide), đồng thời giải phóng lượng tự do I₂ tương ứng với số mol Cu²⁺.
• Chất chuẩn độ: Dung dịch sodium thiosulfate (Na₂S₂O₃) đóng vai trò chất khử mạnh, phản ứng định lượng với lượng I₂ sinh ra để tạo thành muối tetrathionate Na₂S₄O₆ không màu.
• Chất chỉ thị: Trong thực hành phân tích định lượng, hồ tinh bột thường được thêm vào gần điểm tương đương để nhận diện sự biến mất hoàn toàn của màu xanh tím đặc trưng khi I₂ phản ứng hết.
• Bảo toàn electron và liên kết chuỗi phản ứng: Nhận thấy 2 mol Cu²⁺ tạo ra 1 mol I₂, và 1 mol I₂ phản ứng vừa đủ với 2 mol S₂O₃²⁻. Do đó, tỉ lệ số mol trực tiếp giữa ion Cu²⁺ và ion S₂O₃²⁻ luôn là 1 : 1.

Mẹo ghi nhớ và nhận diện nhanh dạng toán chuẩn độ Cu²⁺ bằng thiosulfate

Để giải nhanh các bài toán phân tích hàm lượng đồng trong mẫu quặng hoặc mẫu hợp kim khi gặp hệ phản ứng này, học sinh ghi nhớ hệ thức tỉ lệ trực tiếp:

n(Cu) = n(Cu²⁺) = n(S₂O₃²⁻)

Từ hệ thức này, không cần viết lại hai phương trình phản ứng hay tính số mol trung gian của I₂. Công thức tính nhanh khối lượng kim loại đồng là m(Cu) = C_M(S₂O₃²⁻) × V(S₂O₃²⁻) × 63,55. Áp dụng trực tiếp công thức giúp rút ngắn thời gian làm bài thi và hạn chế sai sót khi làm tròn ở các bước tính toán trung gian.