a) Các bán phản ứng xảy ra ở các điện cực của 3 bình điện phân như sau:
- Bình 1: Phản ứng oxi hóa của Zn: Zn -> Zn2+ + 2e-
- Bình 2: Phản ứng oxi hóa của H2O: 2H2O -> O2 + 4H+ + 4e-
- Bình 3: Phản ứng oxi hóa của Cu: Cu -> Cu2+ + 2e-
b) Để tính pH dung dịch trong bình 2, ta cần biết nồng độ H+ trong dung dịch. Vì thể tích dung dịch thay đổi không đáng kể, ta có thể giả sử nồng độ H+ không thay đổi. Do phản ứng oxi hóa của H2O tạo ra H+, nên nồng độ H+ tăng lên theo tỉ lệ với khối lượng O2 sinh ra.
Từ thông tin khối lượng O2 sinh ra là 3,24 gam và biết rằng mỗi mol O2 tạo ra tương đương với sinh ra 4 mol H+, ta có:
Khối lượng mol O2 = Khối lượng / (32 g/mol) = (3,24 g) / (32 g/mol) = 0,10125 mol
Số mol H+ = Số mol O2 x (4 mol H+/1 mol O2) = (0,10125 mol) x (4 mol H+/1 mol O2) = 0,405 mol
Thể tích dung dịch trong bình 2 là 100 mL = 0,1 L
Nồng độ H+ = Số mol H+ / Thể tích dung dịch = (0,405 mol) / (0,1 L) = 4,05 M
Do đó, pH của dung dịch trong bình 2 là -log(4,05) ≈ -0,61.
c) Để tính khối lượng Zn bám lên điện cực trong bình 1, ta cần biết số mol Zn đã oxi hóa. Vì phản ứng oxi hóa của Zn tạo ra Zn2+ và mỗi mol Zn tạo ra 2 mol e-, ta có:
Số mol e- = Số mol Zn x (2 mol e-/1 mol Zn)
Từ thông tin khối lượng của điện cực tăng là 3,24 gam và biết rằng mỗi mol e- tương đương với giảm đi khối lượng của điện cực là 65 g/mol, ta có:
Số mol e- = Khối lượng / (65 g/mol) = (3,24 g) / (65 g/mol) ≈ 0,04985 mol
Số mol Zn = Số mol e- / (2 mol e-/1 mol Zn) ≈ (0,04985 mol) / (2/1) ≈ 0,02493 ≈ 0,025
Khối lượng Zn bám lên điện cực trong bình 1 là: Khối lượng = Số mol x Khối lượng mol = (0,025 mol) x (65 g/mol) ≈ 1,625 gam
d) Để tính độ giảm khối lượng của dung dịch trong bình 3, ta cần biết số mol Cu đã oxi hóa. Vì phản ứng oxi hóa của Cu tạo ra Cu2+ và mỗi mol Cu tạo ra 2 mol e-, ta có:
Số mol e- = Số mol Cu x (2 mol e-/1 mol Cu)
Từ thông tin khối lượng của điện cực tăng là 3,24 gam và biết rằng mỗi mol e- tương đương với giảm đi khối lượng của điện cực là 63,5 g/mol, ta có:
Số mol e- = Khối lượng / (63,5 g/mol) = (3,24 g) / (63,5 g/mol) ≈ 0,05102 mol
Số mol Cu = Số mol e- / (2 mol e-/1 mol Cu) ≈ (0,05102 mol) / (2/1) ≈ 0,02551 ≈ 0,026
Độ giảm khối lượng của dung dịch trong bình 3 là: Khối lượng = Số mol x Khối lượng mol = (0,026mol) x (63.5g/mol) ≈ 1.651g