Google
Câu hỏi: Điện phân dung dịch CuSO4 và NaCl với điện cực trơ, cường độ dòng điện không đổi 2A, hiệu suất 100%. Kết quả thí nghiệm được ghi ở bảng sau:
Nếu dừng điện phân ở thời điểm 5404 giây rồi cho thanh sắt dư vào dung dịch, sau khi phản ứng xảy ra hoàn toàn, khối lượng thanh sắt thay đổi như thế nào?
A. Tăng 0,032 gam.
B. Giảm 0,256 gam.
C. Giảm 0,560 gam.
D. Giảm 0,304 gam.
| Thời gian điện phân (giây) | t | t + 2895 | 2t |
| Tổng số mol khí ở hai điện cực | a | a + 0,03 | 2,125a |
| Số mol Cu ở catot | b | b + 0,02 | b + 0,02 |
A. Tăng 0,032 gam.
B. Giảm 0,256 gam.
C. Giảm 0,560 gam.
D. Giảm 0,304 gam.
Trong khoảng thời gian 2895 (s) (trao đổi 0,06 mol electron) thì tại cực âm thoát ra 0,02 mol Cu và 0,01 mol H2
$\to 0,02$ mol khí còn lại gồm $C{{l}_{2}}\left( x\text{ mol} \right)$ và ${{O}_{2}}\left( y\text{ mol} \right)$
$\to x+y=0,02$ và $2x+4y=0,06$
$\to x=y=0,01$
Trong khoảng thời gian từ $t+2895\to 2t$ chỉ là điện phân H2O nên phần khí tăng thêm là $2,125a-a-0,03=1,125a-0,03$ chỉ bao gồm O2 và H2. Do ${{n}_{{{H}_{2}}}}=2{{n}_{{{O}_{2}}}}$ nên:
${{n}_{{{O}_{2}}}}=0,375a-0,01$
${{n}_{{{H}_{2}}}}=0,75a-0,02$
Như vậy trong thời gian từ $t\to 2t$ thì tại cực dương có:
${{n}_{C{{l}_{2}}}}=0,01$
${{n}_{{{O}_{2}}}}=0,375a-0,01+y=0,375a$
Bảo toàn electron cho cực dương ở 2 khoảng thời gian $\left( 0\to t \right)$ và $\left( t\to 2t \right)$
$2a=0,01.2+0,375a.4\to a=0,04$
Ban đầu: ${{n}_{CuS{{O}_{4}}}}=a+0,02=0,06$ và ${{n}_{NaCl}}=2a+2x=0,1$
Khi $t=5404$ thì ${{n}_{e}}=0,112$
Catot: ${{n}_{Cu}}=0,056\to {{n}_{C{{u}^{2+}}}}$ dư = 0,004
Anot: ${{n}_{e}}>{{n}_{C{{l}^{-}}}}$ nên $C{{l}^{-}}$ đã hết, có O2 thoát ra.
Dung dịch điện phân lúc này chứa $C{{u}^{2+}}\left( 0,004 \right),SO_{4}^{2-}\left( 0,06 \right),N{{a}^{+}}\left( 0,1 \right),$ bảo toàn điện tích $\to {{n}_{{{H}^{+}}}}=0,012$
Bảo toàn electron: $2{{n}_{Fe}}$ phản ứng $=2{{n}_{C{{u}^{2+}}}}+{{n}_{{{H}^{+}}}}$
$\to {{n}_{Fe}}$ phản ứng = 0,01
$\Delta m={{m}_{Cu}}-{{m}_{Fe}}$ phản ứng = -0,304
$\to $ Giảm 0,304 gam.
$\to 0,02$ mol khí còn lại gồm $C{{l}_{2}}\left( x\text{ mol} \right)$ và ${{O}_{2}}\left( y\text{ mol} \right)$
$\to x+y=0,02$ và $2x+4y=0,06$
$\to x=y=0,01$
Trong khoảng thời gian từ $t+2895\to 2t$ chỉ là điện phân H2O nên phần khí tăng thêm là $2,125a-a-0,03=1,125a-0,03$ chỉ bao gồm O2 và H2. Do ${{n}_{{{H}_{2}}}}=2{{n}_{{{O}_{2}}}}$ nên:
${{n}_{{{O}_{2}}}}=0,375a-0,01$
${{n}_{{{H}_{2}}}}=0,75a-0,02$
Như vậy trong thời gian từ $t\to 2t$ thì tại cực dương có:
${{n}_{C{{l}_{2}}}}=0,01$
${{n}_{{{O}_{2}}}}=0,375a-0,01+y=0,375a$
Bảo toàn electron cho cực dương ở 2 khoảng thời gian $\left( 0\to t \right)$ và $\left( t\to 2t \right)$
$2a=0,01.2+0,375a.4\to a=0,04$
Ban đầu: ${{n}_{CuS{{O}_{4}}}}=a+0,02=0,06$ và ${{n}_{NaCl}}=2a+2x=0,1$
Khi $t=5404$ thì ${{n}_{e}}=0,112$
Catot: ${{n}_{Cu}}=0,056\to {{n}_{C{{u}^{2+}}}}$ dư = 0,004
Anot: ${{n}_{e}}>{{n}_{C{{l}^{-}}}}$ nên $C{{l}^{-}}$ đã hết, có O2 thoát ra.
Dung dịch điện phân lúc này chứa $C{{u}^{2+}}\left( 0,004 \right),SO_{4}^{2-}\left( 0,06 \right),N{{a}^{+}}\left( 0,1 \right),$ bảo toàn điện tích $\to {{n}_{{{H}^{+}}}}=0,012$
Bảo toàn electron: $2{{n}_{Fe}}$ phản ứng $=2{{n}_{C{{u}^{2+}}}}+{{n}_{{{H}^{+}}}}$
$\to {{n}_{Fe}}$ phản ứng = 0,01
$\Delta m={{m}_{Cu}}-{{m}_{Fe}}$ phản ứng = -0,304
$\to $ Giảm 0,304 gam.
Đáp án D.