giải giúp tớ với ghi rõ đúng sai

1. Phân tích các nhận định lý thuyết

Giả sử hệ điện phân của bạn gồm dung dịch chứa các ion đã nêu ở câu hỏi trước (như $Cu^{2+}, Fe^{3+}, Cl^-, \dots$).

Nhận định a: Bán phản ứng đầu tiên ở cathode là $H_2O + 2e \rightarrow H_2 + 2OH^-$

Sai. Tại cathode (cực âm), các ion có tính oxi hóa mạnh hơn sẽ bị điện phân trước theo thứ tự dãy điện hóa. Các ion như $Fe^{3+}$ (về $Fe^{2+}$) và $Cu^{2+}$ (về $Cu$) có tính oxi hóa mạnh hơn nước, nên chúng sẽ bị điện phân trước nước.

Nhận định b: Khi nước bắt đầu điện phân, khí thoát ra ở anode là $Cl_2$ và $H_2$

Sai. Anode là cực dương. Tại đây diễn ra sự oxi hóa. Khí thoát ra do nước điện phân ở anode phải là $O_2$ ($2H_2O \rightarrow O_2 + 4H^+ + 4e$). Khí $H_2$ chỉ thoát ra ở cathode (cực âm).

Nhận định c: Dung dịch sau điện phân có $pH < 7$

Đúng (thường gặp). Nếu trong dung dịch có các gốc acid chứa oxygen như $SO_4^{2-}$ hay $NO_3^-$, nước sẽ bị điện phân ở anode sinh ra ion $H^+$, làm dung dịch có môi trường acid và $pH < 7$.

2. Giải toán điện phân nối tiếp

Đặc điểm quan trọng: Trong hệ điện phân nối tiếp, số mol electron trao đổi ($n_e$) ở tất cả các bình là bằng nhau.

Bước 1: Tính số mol electron trao đổi ($n_e$) từ Bình (2)

Bình (2) chứa $Fe(NO_3)_3$. Thứ tự điện phân tại cathode bình (2):

$Fe^{3+} + 1e \rightarrow Fe^{2+}$

$Fe^{2+} + 2e \rightarrow Fe$

Đề bài cho có 5,6 gam sắt bám lên điện cực:

$n_{Fe} = \frac{5,6}{56} = 0,1$ (mol).

Tổng số mol electron trao đổi tại Bình (2) là:

$n_e = n_{Fe^{3+} \rightarrow Fe^{2+}} + n_{Fe^{2+} \rightarrow Fe}$

$n_{Fe^{3+} \text{ ban đầu}} = 0,3 \text{ lít} \times 1M = 0,3$ (mol).

Số mol $e$ để đưa toàn bộ $Fe^{3+}$ về $Fe^{2+}$ là: $0,3 \times 1 = 0,3$ (mol).

Số mol $e$ để đưa $0,1$ mol $Fe^{2+}$ về $Fe$ là: $0,1 \times 2 = 0,2$ (mol).

$\Rightarrow \text{Tổng } n_e = 0,3 + 0,2 = 0,5 \text{ (mol)}.$

Bước 2: Tính lượng Cu bám lên điện cực ở Bình (1)

Tại cathode bình (1) xảy ra phản ứng:

$Cu^{2+} + 2e \rightarrow Cu$

Vì $n_e$ truyền qua bình (1) cũng bằng $0,5$ mol, ta có:

$n_{Cu \text{ lý thuyết}} = \frac{n_e}{2} = \frac{0,5}{2} = 0,25$ (mol).

Kiểm tra lượng $Cu^{2+}$ ban đầu: $n_{CuSO_4} = 0,2 \text{ lít} \times 1M = 0,2$ (mol).

Nhận xét quan trọng: Vì số mol $Cu^{2+}$ tối đa chỉ có $0,2$ mol, nên khi truyền $0,5$ mol electron qua:

Toàn bộ $0,2$ mol $Cu^{2+}$ đã bị khử hết thành kim loại $Cu$.

Số mol electron còn dư ($0,5 - 0,2 \times 2 = 0,1$ mol) sẽ dùng để điện phân nước giải phóng khí $H_2$.

Khối lượng Cu tối đa bám lên điện cực là:

$m_{Cu} = 0,2 \times 64 = 12,8 \text{ (gam)}.$

Kết luận

Kết quả thực nghiệm của sinh viên quan sát thấy 12,8 gam Cu là hoàn toàn chính xác và phù hợp với tính toán lý thuyết dựa trên định luật Faraday cho hệ nối tiếp.