a) Viết phương trình phản ứng:
Fe + H2SO4 -> FeSO4 + H2↑
b) Theo phương trình phản ứng, 1 mol Fe có thể sinh ra 1 mol H2. Do đó, số mol H2 sinh ra bằng số mol Fe đã tan:
n(H2) = n(Fe) = m(Fe) / MM(Fe) = 14 / 56 = 0.25 mol
Theo định luật Avogadro, 1 mol khí ở đktc chiếm thể tích là 22.4 L, do đó thể tích H2 sinh ra là:
V(H2) = n(H2) * 22.4 = 0.25 * 22.4 = 5.6 L
c) Để tính khối lượng H2SO4 cần dùng, ta cần biết số mol H2SO4 trong dung dịch. Ta có:
- Thể tích dung dịch H2SO4 cần dùng là:
V(H2SO4) = m(H2SO4) / ρ(H2SO4) = m(H2SO4) / (20/1000) = 50m(H2SO4)
- Nồng độ H2SO4 trong dung dịch là 20%, nghĩa là trong 1000g dung dịch có 200g H2SO4. Do đó, số mol H2SO4 trong dung dịch là:
n(H2SO4) = m(H2SO4) / MM(H2SO4) = 200/98 = 2.04 mol
- Theo phương trình phản ứng, cần dùng 1 mol H2SO4 để tan 1 mol Fe. Vì vậy, số mol H2SO4 cần dùng để tan hết 0.25 mol Fe là:
n(H2SO4) = 0.25 mol
Vậy, khối lượng H2SO4 cần dùng là:
m(H2SO4) = n(H2SO4) * MM(H2SO4) = 0.25 * 98 = 24.5 g
d) Sau khi phản ứng xảy ra, Fe tan hết trong dung dịch H2SO4, tạo thành FeSO4. Do đó, nồng độ phần trăm của dung dịch sau phản ứng chỉ còn phụ thuộc vào khối lượng H2SO4 và thể tích dung dịch. Ta có:
- Khối lượng H2SO4 là: m(H2SO4) = 24.5 g
- Thể tích dung dịch H2SO4 là: V(H2SO4) = m(H2SO4) / ρ(H2SO4) = 50m(H2SO4) = 1.225 L
- Thể tích H2 sinh ra là: V(H2) = 5.6 L
Vậy, thể tích dung dịch sau phản ứng là: V = V(H2SO4) + V(H2) = 1.225 + 5.6 = 6.825 L
Nồng độ phần trăm của dung dịch sau phản ứng được tính bằng khối lượng H2SO4 trên 1000g dung dịch, ta có:
% = m(H2SO4) / (m(H2SO4) + m(nước)) * 100 = 24.5 / (24.5 + 977.5) * 100 = 2.44% (làm tròn đến 2 chữ số thập phân).