Câu 298. Điện phân dung dịch chứa 0,2 mol Cu(NO₃)₂, 0,1 mol AgNO₃ và 0,1 mol NaCl bằng điện cực trơ, thu được hỗn hợp khí NO và O₂ có tỉ lệ mol 2 : 1. Thể tích khí thoát ra (đktc) và khối lượng kim loạ...

Để giải bài toán này, ta sẽ xác định lượng khí thoát ra và khối lượng kim loại thu được ở catot. ### Bước 1: Xác định các phản ứng điện phân 1. **Tại anode (điện cực dương)**: - Ở anode, phản ứng xảy ra là quá trình oxi hóa. Chất oxi hóa chính là ion Cl⁻ từ NaCl, ion NO₃⁻ từ Cu(NO₃)₂ và AgNO₃ có thể tạo ra khí NO và O₂. Ta có: - 2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻ (khí clo) - 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ (khí oxi) - 2NO₃⁻ + 4H⁺ + 4e⁻ → 2NO + 2H₂O (khí NO) 2. **Tại catot (điện cực âm)**: - Ở catot, các ion kim loại sẽ được khử để tạo ra kim loại: - Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu - Ag⁺ + e⁻ → Ag ### Bước 2: Tính toán số mol khí Theo bài toán, khí NO và O₂ có tỉ lệ mol là 2:1. Ta sẽ xem xét tỉ lệ mol này để thiết lập phương trình. Giả sử số mol của O₂ là x thì số mol của NO là 2x. Theo phản ứng ở anode: - Để tạo ra x mol O₂, cần 4x mol electron. - Để tạo ra 2x mol NO, cần 4x mol electron. Tổng số mol electron cần là 4x + 4x = 8x mol. ### Bước 3: Số mol các ion kim loại Ở catot: - Giả sử toàn bộ Cu²⁺ và Ag⁺ được khử thì: - 0,2 mol Cu²⁺ sẽ sử dụng 0,2 x 2 = 0,4 mol electron. - 0,1 mol Ag⁺ sẽ sử dụng 0,1 x 1 = 0,1 mol electron. Tổng số mol electron cần để khử Cu²⁺ và Ag⁺ là: 0,4 + 0,1 = 0,5 mol. ### Bước 4: So sánh và tìm số mol O₂ và NO Từ các số liệu trên, ta có thể tính toán được: - Tổng số mol electron từ catot là 0,5 mol, và từ anode cần là 8x mol. - Do đó, 8x = 0,5 ⇒ x = 0,5/8 = 0,0625 mol. Suy ra số mol khí NO: - NO: 2x = 2(0,0625) = 0,125 mol. - O₂: x = 0,0625 mol. ### Bước 5: Tính thể tích khí thoát ra (đktc) Áp dụng công thức V = n × 22,4 L/mol (ở điều kiện tiêu chuẩn): - Thể tích khí NO = 0,125 mol × 22,4 L/mol = 2,8 L. - Thể tích khí O₂ = 0,0625 mol × 22,4 L/mol = 1,4 L. Tổng thể tích khí thoát ra = 2,8 L + 1,4 L = 4,2 L. ### Bước 6: Tính khối lượng kim loại tại catot Khối lượng kim loại thu được ở catot: - Kim loại Cu: 0,2 mol × 63,5 g/mol = 12,7 g. - Kim loại Ag: 0,1 mol × 107,87 g/mol = 10,787 g. Tổng khối lượng kim loại = 12,7 g + 10,787 g = 23,487 g. ### Kết luận - Thể tích khí thoát ra (đktc) = 4,2 L. - Khối lượng kim loại tại catot = 23,487 g. Vậy, đáp án là: - Thể tích khí thoát ra: 4,2 L. - Khối lượng kim loại tại catot: 23,487 g.