by Điện phân dung dịch X chứa a mol CuSO$_{4}$ 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 a là:
A. 0,15
B. 0,24
C. 0,26
D. 0,18
Hướng dẫn
Chọn đáp án là: A
Phương pháp giải:
Trong thời gian t giây, n$_{khí anot }$= 0,11 mol; trong thời gian 2t giây, n$_{khí ở 2 cực}$ = 0,26 mol
Catot (-) : Cu$^{2+}$ , K$^{+}$, H$_{2}$O Anot (+) : Cl$^{-}$, SO$_{4}$$^{2-}$, H$_{2}$O
Xét trong thời gian t giây
Cu$^{2+}$ + 2e → Cu 2Cl$^{- }$ → Cl$_{2}$ + 2e
0,2→ 0,1 0,2
Khi điện phân hết ion Cl$^{-}$ chỉ thu được 0,1 mol khí ở anot ⇒ H$_{2}$O tiếp tục điện phân
H$_{2}$O →1/2 O$_{2}$ + 2 H$^{+}$ + 2e
0,01→ 0,04
→ số mol e nhường trong thời gian t giây = 0,2 + 0,04 = 0,24 mol
→ số mol e nhường trong thời gian 2t giây = 0,24. 2 = 0,48 mol
Xét trong thời gian 2t giây
Khí thu được ở cả 2 điện cực = 0,26 mol, chứng tỏ bên cực catot có sự điện phân của H$_{2}$O
Cu$^{2+}$ + 2e → Cu 2Cl$^{- }$ → Cl$_{2}$ + 2e
a mol→ 2a 0,2 → 0,1 0,2
2H$_{2}$O + 2e → H$_{2}$ + 2OH$^{- }$H$_{2}$O →1/2 O$_{2}$ + 2 H$^{+}$ + 2e
0,18 ←0,09 x → 4x
n$_{e nhường}$ = 0,2 + 4x = 0,48 → x → n$_{H2}$
⇒ a
Lời giải chi tiết:
Trong thời gian t giây, n$_{khí anot }$= 0,11 mol; trong thời gian 2t giây, n$_{khí ở 2 cực}$ = 0,26 mol
Catot (-) : Cu$^{2+}$ , K$^{+}$, H$_{2}$O Anot (+) : Cl$^{-}$, SO$_{4}$$^{2-}$, H$_{2}$O
Xét trong thời gian t giây
Cu$^{2+}$ + 2e → Cu 2Cl$^{- }$ → Cl$_{2}$ + 2e
0,2→ 0,1 0,2
Khi điện phân hết ion Cl$^{-}$ chỉ thu được 0,1 mol khí ở anot ⇒ H$_{2}$O tiếp tục điện phân
H$_{2}$O → 1/2 O$_{2}$ + 2 H$^{+}$ + 2e
0,01→ 0,04
→ số mol e trao đổi trong thời gian t giây = 0,2 + 0,04 = 0,24 mol
→ số mol e trao đổi trong thời gian 2t giây = 0,24. 2 = 0,48 mol
Xét trong thời gian 2t giây
Khí thu được ở cả 2 điện cực = 0,26 mol, chứng tỏ bên cực catot có sự điện phân của H$_{2}$O
n$_{Cl2}$ = 0,1 mol
n$_{O2}$ = (n$_{e}$ – 2n$_{Cl2}$)/4 = (0,48 – 2.0,1)/4 = 0,07 mol
n$_{H2}$ = 0,26 – n$_{Cl2}$ – n$_{O2}$ = 0,26 – 0,1 – 0,07 = 0,09 mol
Cu$^{2+}$ + 2e → Cu 2Cl$^{- }$ → Cl$_{2}$ + 2e
a → 2a 0,2 → 0,1 0,2
2H$_{2}$O + 2e → H$_{2}$ + 2OH$^{- }$H$_{2}$O → 1/2 O$_{2}$ + 2 H$^{+}$ + 2e
0,18 ← 0,09 0,07 ← (0,48 – 0,2)
→ n$_{e(catot)}$ = 2a + 0,18 = 0,48 → a = 0,15 mol
Đáp án A
