Điện phân dung dịch X chứa m gam CuSO4 và 0,2 mol KCl (điện cực trơ, màng ngăn xốp, cường độ dòng điện không đổi). Trong thời gian t giây, thu được 2,464 lít khí ở anot (đktc). Nếu thời gian điện phân là 2t giây thì tổng thể tích khí thu được ở cả hai điện cực là 5,824 lít (đktc). Biết hiệu suất điện phân là 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 saiCác quá trình có thể xảy ra ở 2 điện cực:
+) Catot:
\(\begin{array}{*{20}{l}} {C{u^{2 + }}\; + {\rm{ }}2e{\rm{ }} \to {\rm{ }}Cu}\\ {\;2{H_2}O{\rm{ }} + {\rm{ }}2e{\rm{ }} \to {\rm{ }}2O{H^ - }\; + {\rm{ }}{H_2}} \end{array}\)
+) Anot:
\(\begin{array}{*{20}{l}} {2C{l^ - }\; \to {\rm{ }}C{l_2}\; + {\rm{ }}2e}\\ {\;2{H_2}O{\rm{ }} \to {\rm{ }}4{H^ + }\; + {\rm{ }}{O_2}\; + {\rm{ }}4e} \end{array}\)
- Khi điện phân trong t giây:
nkhí Anot = 2,464: 22,4 = 0,11 mol
nCl2 = 0,5nCl- = 0,1 mol < 0,11 => Nước đã bị điện phân ở Anot
⇒ nO2 = nkhí anot – nCl2 = 0,11 – 0,1 = 0,01 mol
⇒ ne trao đổi = 2nCl2 + 4nO2 = 2.0,1 + 4.0,01 = 0,24 mol
- Khi điện phân trong 2t giây:
⇒ Số mol electron trao đổi sẽ gấp đôi: ne trao đổi = 2.0,24 = 0,48 mol
+) Tại Anot: nCl2 = 0,1 mol
Có:
\(\begin{array}{*{20}{l}} {{n_{e\;}} = {\rm{ }}2{n_{Cl2}}\; + {\rm{ }}4{n_{O2}}\; \Rightarrow {\rm{ }}{n_{O2}}\; = {\rm{ }}\raise.5ex\hbox{$\scriptstyle 1$}\kern-.1em/ \kern-.15em\lower.25ex\hbox{$\scriptstyle 4$} {\rm{ }}\left( {0,48{\rm{ }}--{\rm{ }}2.0,1} \right){\rm{ }} = {\rm{ }}0,07{\rm{ }}mol}\\ { \Rightarrow {\rm{ }}{n_{khi{\rm{ }}Anot}}\; = {\rm{ }}{n_{Cl2}}\; + {\rm{ }}{n_{O2}}\; = {\rm{ }}0,1{\rm{ }} + {\rm{ }}0,07{\rm{ }} = {\rm{ }}0,17{\rm{ }}mol} \end{array}\)
nkhí = 5,824: 22,4 = 0,26 mol > 0,17 ⇒ Nước bị điện phân ở Catot
⇒ nH2(Catot) = 0,26 – 0,17 = 0,09 mol
- Bảo toàn e: ne trao đổi = 2nCu2+ + 2nH2 = 4nO2 + 2nCl2
⇒nCu2+ = ½ (4.0,07 + 2.0,1 – 2.0,09) = 0,15 mol
⇒ m = mCuSO4 = 160.0,15 = 24g
