Câu 3: Điện phân (với cực điện trơ, mồng ngăn xốp) dung dịch gồm 0,2 mol Fe2(SO4)3, 0,2 mol CuSO4 và 0,4 mol NaCl. Biết rằng hiệu suất điện phân đạt 100%. a) Khi khối lượng cathode tăng 12,8 gam thì...

Để giải bài toán này, chúng ta sẽ phân tích từng phần của câu hỏi: ### a) Khi khối lượng cathode tăng 12,8 gam thì dung dịch hoàn toàn chỉ có màu nâu vàng. **Giải:** - Ở cathode, chúng ta có thể nhận thấy rằng sắt (Fe) và đồng (Cu) có thể được khử thành kim loại. - Chúng ta biết rằng khối lượng tăng thêm ở cathode (12,8g) tương ứng với lượng kim loại được tạo ra. Tính toán số mol của kim loại: - Khối lượng mol của Fe: 56 g/mol - Khối lượng mol của Cu: 63,5 g/mol Giả sử toàn bộ khối lượng tăng ở cathode là do sự khử Fe: $$ Điều này không khả thi vì chúng ta chỉ có 0,2 mol Fe. Giả sử toàn bộ khối lượng tăng ở cathode là do sự khử Cu: $$ Như vậy, khi khối lượng cathode tăng 12,8 gam, chỉ có đồng được khử, và dung dịch sẽ chỉ có màu nâu vàng do có Fe3+ còn lại. ### b) Khi khối lượng cathode tăng lên 6,4 gam thì đã có 19300 culong chạy qua bình điện phân. **Giải:** - Sử dụng công thức Faraday: $$ Trong đó $$ là điện lượng (C), $$ là số mol electron, và $$ là hằng số Faraday (96485 C/mol). Tính số mol kim loại tương ứng với khối lượng 6,4g: - Giả sử toàn bộ khối lượng tăng là do Cu: $$ Số mol electron cần thiết để khử 0,1004 mol Cu: $$ Tính điện lượng: $$ Câu hỏi này không khớp với 19300 C, vì vậy chúng ta có thể nghĩ rằng có thể có sự tham gia của nhiều phản ứng. ### c) Khi có 4,958 lít khí (đkc) thoát ra ở anode thì khối lượng cathode không thay đổi. **Giải:** - Khí thoát ra ở anode có thể là khí clo (Cl2) từ sự phân ly NaCl. - Tính toán thể tích khí ở điều kiện tiêu chuẩn (đkc): $$ Khí clo được tạo ra từ sự oxi hóa Cl-: $$ Như vậy, số mol electron đã tiêu thụ: $$ Nếu khối lượng cathode không thay đổi, thì có thể do đồng không được khử hoặc Fe cũng không được khử, điều này có thể xảy ra nếu các phản ứng khác xảy ra ở anode. ### d) Khi có khí bắt đầu thoát ra ở cathode thì đã có 9,916 lít khí (đkc) thoát ra ở anode. **Giải:** - Tính số mol khí ở anode: $$ Nếu khí thoát ra ở anode là Cl2, thì số mol electron cần thiết là: $$ Để tạo ra một lượng lớn khí như vậy, có thể đồng đã bắt đầu khử ở cathode. Tóm lại, từng phần của bài toán yêu cầu sử dụng kiến thức về điện phân và tính toán dựa trên khối lượng và thể tích để tìm ra các thông tin về các phản ứng hóa học xảy ra trong dung dịch.