Điện phân dung dịch X chứa Cu(NO3)2 và NaCl với điện cực trơ. Tổng thể tích khí thoát ra ở cả 2 điện cực (V lít) phụ thuộc vào thời gian điện phân (t giây) theo đồ thị bên. Nếu điện phân X trong thời gian 3,5a giây thì thu được dung dịch có khối lượng giảm m gam so với dung dịch X. Giả thiết các chất điện phân 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 saiĐoạn 1: Chỉ có khí Cl2 thoát ra.
Đặt VCl2 = x (lít)
Đoạn 2: Chỉ có khí O2 thoát ra. (do khí thoát ra nó thoải hơn so với đoạn 3)
Mà ta thấy giá trị V lúc này gấp đôi đoạn tại thời điểm t = a (giây)
Do đó VO2 = 2x - x = x (lít)
Đoạn 3: Anot có O2 tiếp tục thoát ra. Còn ở catot có H2 thoát ra.
Trong đoạn 3 này thời gian bằng nửa đoạn 2 nên VO2 = 0,5x (lít)
Bảo toàn electron ta tính được VH2 = x (lít)
Tổng cộng 3 đoạn thì khí thoát ra gồm Cl2 (x lít), O2 (1,5x lít) và H2 (x lít)
Suy ra x + 1,5x + x = 7,84 → x = 2,24 lít
Ban đầu: nNaCl =2.nCl2 = 0,2 mol
Ta có: nCu(NO3)2 = nCu = nCl2 + 2.nO2 (đoạn 2) = 0,3 mol
Tại thời điểm t = a (giây): ne trao đổi = 2nCl2 = 2.2,24 : 22,4 = 0,2 mol
Tại thời điểm 3,5a (giây) (thuộc đoạn 3) ta có: ne trao đổi = 3,5. 0,2 = 0,7 mol
Catot:
\(\begin{array}{*{20}{l}} {C{u^{2 + }}\; + {\rm{ }}2e{\rm{ }} \to {\rm{ }}Cu}\\ {0,3\;\;{\rm{ }} \to {\rm{ }}0,6\;\;\;{\rm{ }}0,3{\rm{ }}mol}\\ {{H_2}O{\rm{ }} + {\rm{ }}2e{\rm{ }} \to {\rm{ }}{H_2}\; + {\rm{ }}2O{H^ - }}\\ {\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;{\rm{ }}0,1{\rm{ }} \to {\rm{ }}0,05{\rm{ }}mol}\\ {Anot:}\\ {2C{l^ - }\; - 2e{\rm{ }} \to {\rm{ }}C{l_2}}\\ {\;0,2\;\;{\rm{ }}0,2\;\;\;\;{\rm{ }}0,1{\rm{ }}mol\;\;\;\;\;\;\;}\\ {2{H_2}O{\rm{ }} - {\rm{ }}4e{\rm{ }} \to {\rm{ }}{O_2}\; + {\rm{ }}4{H^ + }}\\ {\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;\;{\rm{ }}0,5\;\;{\rm{ }}0,125{\rm{ }}mol} \end{array}\)
Khi đó thu được 0,3 mol Cu ; 0,05 mol H2 ở catot và 0,1 mol Cl2 và 0,125 mol O2 ở anot.
Khối lượng dung dịch giảm chính là khối lượng các chất thoát ra ở các điện cực.
Do đó m = mCu + mH2 + mCl2 + mO2 = 0,3.64 + 0,05.2 + 0,1.71 + 0,125.32 = 30,4 (gam)
