Câu hỏi
Dung dịch X chứa m gam chất tan gồm Cu(NO3)2 và NaCl. Điện phân dung dịch X với điện cực trơ, màng ngăn xốp với cường độ dòng điện không đổi. Sau thời gian t giây thu được dung dịch Y chứa (m – 18,79) gam chất tan và có hai khí thoát ra (trong đó có một khí ở catot). Nếu thời gian điện phân là 2t giây thì thu được dung dịch Z chứa x gam chất tan và hỗn hợp khí T gồm ba khí có tỉ khối hơi so với hiđro là 16. Cho toàn bộ dung dịch Z vào dung dịch chứa 0,1 mol FeSO4 và 0,1 mol H2SO4 thì thu được dung dịch G chứa (x + 21,46) gam muối trung hòa (trong đó có ion NO3-) và có khí NO thoát ra (sản phẩm khử duy nhất). Biết các phản ứng xảy ra hoàn toàn. Tỉ lệ m: x có giá trị gần nhất với giá trị nào sau đây?
- A 1,55
- B 1,7
- C 0,58
- D 2,7
Phương pháp giải:
Đặt số mol của Cu(NO3)2 và NaCl là a và b mol
Tại A (+): 2Cl- → Cl2 + 2e 2H2O → 4H+ + O2 + 4e
Tại K (-): Cu2+ + 2e → Cu 2H2O + 2e → 2OH- + H2
Xét thời điểm t giây thì có khí Cl2, Cu, và H2 với nCl2 = c mol
mX = 188a + 58,5b = m
→ dd Y có Na+: b mol; NO3-: 2a mol; Cl-: b - 2c mol và OH-: b – ( 2a +b -2c ) = 2c – 2a mol
→mY → mX – mY = 18,79 → phương trình (1)
Tại thời điểm 2t giây thì xuất hiện 3 khí nên T có 3 khí Cl2: b/2 mol; H2 và O2
Vì ne(t giây).2 = ne(2t giây) → ne(2t giây) = 4c → nO2 = (4c – b)/4 (mol)
Lại có ne(2t giây) = 4c = 2nCu + 2nH2 → nH2 = (4c – 2a)/2 = 2c –a (mol)
$ \to {d_{T/{H_2}}} = 16 \to {M_T}$ (2)
Z có NO3-: 2a mol, Na+: b mol và OH-: (b-2a) mol → mchất tan (Z)
Z + 0,1 mol FeSO4 + 0,1 mol H2SO4 nên:
H+ + OH- → H2O
3Fe2+ + 4H+ +NO3- → 3Fe3+ + 2H2O + NO
nH+ = nOH- + 4nNO = 0,2 mol → nNO → nNO3- dư
mchất tan(G) = mNa + mNO3- + mFe + mSO4
phương trình mchất tan (G) - mchất tan(Z) (3)
Giải (1)(2)(3) có a ; b và c
Lời giải chi tiết:
Đặt số mol của Cu(NO3)2 và NaCl là a và b mol
Tại A (+): 2Cl- → Cl2 + 2e2H2O → 4H+ + O2 + 4e
Tại K (-): Cu2+ + 2e → Cu2H2O + 2e → 2OH- + H2
Xét thời điểm t giây thì có khí Cl2, Cu, và H2 với nCl2 = c mol
mX = 188a + 58,5b = m
→ dd Y có Na+: b mol; NO3-:2a mol; Cl-: b - 2c mol và OH-: b – ( 2a +b -2c ) = 2c – 2a mol
→ mY = 23b + 124a + 35,5(b-2c) + 17(2c -2a) = 90a + 58,5b -37c
→ 18,79 = 98a + 37c(1)
Tại thời điểm 2t giây thì xuất hiện 3 khí nên T có 3 khí Cl2: b/2 mol; H2 và O2
Vì ne(t giây) .2 = ne(2t giây) → ne(2t giây) = 4c → nO2 = (4c – b)/4 (mol)
Lại có ne(2t giây) = 4c = 2nCu + 2nH2 → nH2 = (4c – 2a)/2 = 2c –a (mol)
$ \to {d_{T/{H_2}}} = 16 \to {M_T} = \frac{{35,5b + 8(4c - b) + 4c - 2a}}{{\frac{b}{2} + \frac{{4c - b}}{4} + 2c - a}} = 32 \to 30a + 19,5b - 60c = 0$ (2)
Z có NO3-: 2a mol, Na+: b mol và OH-: (b-2a) mol → mchất tan (Z) = 124a + 23b + 17(b-2a) = 90a + 40b=x
Z + 0,1 mol FeSO4 + 0,1 mol H2SO4 nên:
H+ + OH- → H2O
3Fe2+ + 4H+ +NO3- → 3Fe3+ + 2H2O + NO
nH+ = nOH- + 4nNO = 0,2 mol → nNO = ( 0,2 + 2a –b)/4
bảo toàn N có nNO3- dư = 2a – (0,2 + 2a –b)/4 = 1,5a + 0,25b – 0,05 mol
mchất tan(G) = mNa + mNO3- + mFe + mSO4 = 23b + 62(1,5a + 0,25b – 0,05) + 0,1.56 + 0,2.96 = x + 21,46
Vì mchất tan (G) - mchất tan(Z) = 21,46 = 3a -1,5b + 21,7 = 21,46 (3)
Giải (1)(2)(3) có a = 0,12 mol; b = 0,4 mol và c = 0,19 mol
→ m = 188a + 58,5b = 45,96 gam
Và x = 90a + 40b = 26,8 → m:x = 1,7
Đáp án B
Câu hỏi trước
