Câu hỏi
Điện phân (với điện cực trơ, màng ngăn) dung dịch chứa hỗn hợp CuSO4 và NaCl (tỉ lệ mol 1 : 1) bằng dòng điện một chiều có cường độ ổn định. Sau t (h), thu được dung dịch X và sau 2t (h), thu được dung dịch Y. Dung dịch X tác dụng với bột Al dư, thu được a mol khí H2. Dung dịch Y tác dụng với bột Al dư, thu được 4a mol khí H2. Phát biểu nào sau đây không đúng ?
- A Tại thời điểm 2t (h), tổng số mol khí thoát ra ở hai cực là 9a mol.
- B Khi thời gian là 1,75t (h), tại catot đã có khí thoát ra.
- C Tại thời điểm 1,5t (h), Cu2+ chưa điện phân hết.
- D Nước bắt đầu điện phân tại anot ở thời điểm 0,75t (h).
Phương pháp giải:
Bảo toàn điện tích
Lời giải chi tiết:
Chọn nCuSO4 = nNaCl = 2 mol
Do 2nCu2+ > nCl- nên Cl- đp hết trước Cu2+
Thứ tự điện phân là:
(1) CuSO4 + 2NaCl → Cu + Cl2 + Na2SO4
(2) CuSO4 + H2O → Cu + 0,5O2 + H2SO4
(3) H2O → H2 + 0,5O2
Khi cho dd sau điện phân tác dụng với Al dư thì ta luôn có: nH2SO4 = nH2 (áp dụng bảo toàn H)
Mặt khác, tăng thời gian từ t (h) lên 2t (h) số mol khí H2 thu được tăng từ a lên 4a ⇒ Lượng axit tăng
⇒ Ở t(h) thì (2) đang điện phân
- Tại t (h):
(1) CuSO4 + 2NaCl → Cu + Cl2 + Na2SO4
1 ← 2 → 1 → 1
(2) CuSO4 + H2O → Cu + 0,5O2 + H2SO4
a ← a ← 0,5a ← a
⇒ ne(t) = 2nCu = 2 + 2a (mol)
- Tại 2t (h):
Do chưa biết phản ứng (2) điện phân hết hay chưa hết nên ta xét 2 trường hợp:
*Trường hợp 1: (2) vẫn đang điện phân
(1) CuSO4 + 2NaCl → Cu + Cl2 + Na2SO4
1 ← 2 → 1 → 1
(2) CuSO4 + H2O → Cu + 0,5O2 + H2SO4
4a ← 4a ← 2a ← 4a
⇒ ne(2t) = 2nCu = 2 + 8a (mol)
Ta có: ne(2t) = ne(t) ⇔ 2 + 8a = 2(2 + 2a) ⇒ a = 0,5
Loại trường hợp này vì ∑nCuSO4 bị đp (= 1 + 4a = 3 mol) > nCuSO4 ban đầu (2 mol)
*Trường hợp 2: Cu2+ bị điện phân hết, H2O đang điện phân
(1) CuSO4 + 2NaCl → Cu + Cl2 + Na2SO4
1 ← 2 → 1 → 1
(2) CuSO4 + H2O → Cu + 0,5O2 + H2SO4
4a ← 4a ← 2a ← 4a
(3) H2O → H2 + 0,5O2
b b 0,5b
Cu2+ điện phân hết nên suy ra 1 + 4a = 2 ⇒ a = 0,25
⇒ ne(t) = 2 + 2a = 2,5 ⇒ ne(2t) = 2.2,5 = 5
BT e tại catot trong trong 2t giờ: ne(2t) = 2nCu + 2nH2 ⇔ 2.2 + 2.b = 5 => b = 0,5
Khí tại 2 điện cực có: H2 (0,5); Cl2 (1) và O2 (0,75)
Sau 2t thì ∑n khí = 0,5 + 1 + 0,75 = 2,25 = 9a => A đúng
Sau 1,75t giờ thì ne = 1,75(2+2a) = 4,375 > 2nCu2+ = 4 nên catot đã có khí thoát ra => B đúng
Sau 1,5t giờ thì ne = 1,5(2+2a) = 3,75 < 2nCu2+ = 4 nên Cu2+ chưa hết => C đúng
Sau 0,75t giờ thì ne = 0,75(2+2a) = 1,875 < nCl- = 2 nên Cl- chưa hết, H2O chưa bị điện phân => D sai
Đáp án D
Câu hỏi trước
