Điện phân dung dịch X chứa a mol Cu(NO3)2 và 0,2 mol NaCl (điện cực trơ, màng ngăn xốp, cường độ dòng điện không đổi) trong thời gian t giây, thu được 3,36 lít khí ở anot( đktc) và dung dịch Y. Nếu thời gian điện phân là 2t giây thì tổng thể tích khí thu được ở cả 2 điện cực là 7,84 lít (đktc). Cho dung dịch Y phản ứng tối đa với m gam Fe tạo ra khí NO(sản phẩm khử duy nhất). Biết hiệu suất điện phân 100%, các khí sinh ra không tan trong dung dịch. Giá trị của m là
Suy nghĩ và trả lời câu hỏi trước khi xem đáp án
Lời giải:
Báo saiKhi điện phân t giây thì nkhí(A) = 0,15 mol > ½ nCl nên khi này đã xảy ra cả điện phân nước
Tại A :
\(\begin{array}{*{20}{l}} {\;2C{l^ - }\;{\rm{ }} \to {\rm{ }}C{l_2}\; + {\rm{ }}2e}\\ {\;2{H_2}O{\rm{ }} \to {\rm{ }}4{H^ + }\; + {\rm{ }}{O_2}\; + {\rm{ }}4e} \end{array}\)
Ta có nCl2 = ½ .nCl = 0,1 mol nên nO2 = nkhí - nCl2 = 0,15 -0,1 =0,05 mol
⇒ ne trao đổi = 2nCl2 + 4nO2 = 2.0,1 + 4.0,05 = 0,4 mol
Khi điện phân 2t giây thì ne trao đổi = 0,4.2 = 0,8 mol
Tại A :
\(\begin{array}{*{20}{l}} {2C{l^ - }\;{\rm{ }} \to {\rm{ }}C{l_2}\; + {\rm{ }}2e}\\ {\;2{H_2}O{\rm{ }} \to {\rm{ }}4{H^ + }\; + {\rm{ }}{O_2}\; + {\rm{ }}4e} \end{array}\)
Nên có 0,1 mol khí Cl2 và có 0,15 mol O2
Tại K :
\(\begin{array}{*{20}{l}} {C{u^{ + 2}}\; + {\rm{ }}2e{\rm{ }} \to {\rm{ }}Cu}\\ {\;2{\rm{ }}{H_2}O\; + {\rm{ }}2e{\rm{ }} \to {\rm{ }}2O{H^ - }\; + {\rm{ }}{H_2}} \end{array}\)
Số mol khí thoát ra ở cả hai cực là nkhí =7,84 : 22,4 = 0,35 = 0,1 + 0,15 + nH2 → nH2 = 0,1mol
Tại K thì ne trao đổi = 0,8 = 2nCu + 2nH2 = 2nCu + 2.0,1⇒ nCu = 0,3 mol
⇒ a =0,3 mol ⇒ tại thời điểm t giây thì nCu(2+) bị điện phân = 0,4:2 =0,2 mol
Dung dịch Y thu được sau điện phân t giây có \(N{a^ + }\;:{\rm{ }}0,2{\rm{ }}mol;{\rm{ }}N{O_3}^ - \;:{\rm{ }}0,6{\rm{ }}mol;{\rm{ }}{H^ + }\;:{\rm{ }}0,2{\rm{ }}mol;{\rm{ }}C{u^{2 + }}\;:0,1{\rm{ }}mol\)
Y + Fe thì \(3Fe{\rm{ }} + {\rm{ }}8{H^ + }\; + 2N{O_3}^ - \; \to {\rm{ }}3F{e^{ + 2}}\;{\rm{ }} + {\rm{ }}4{H_2}O{\rm{ }} + {\rm{ }}2NO\)
⇒ Phản ứng có H+ hết nên tính theo H+ ⇒ nFe phản ứng = 3/8 . nH+ = 3: 8 . 0,2 = 0,075 mol
\(\begin{array}{*{20}{l}} {Fe{\rm{ }} + {\rm{ }}C{u^{2 + }}\; \to {\rm{ }}F{e^{2 + }}\; + Cu}\\ { \Rightarrow {\rm{ }}{m_{Fe}}\; = {\rm{ }}m{\rm{ }} = {\rm{ }}\left( {0,075 + 0,1} \right).56{\rm{ }} = {\rm{ }}9,8g} \end{array}\)
