Tiến hành điện phân dung dịch chứa m gam hỗn hợp gồm CuSO4 và NaCl bằng dòng điện một chiều có cường độ không đổi là 2 Ampe, sử dụng điện cực trơ và màng ngăn xốp. Khối lượng catot tăng lên sau t giây điện phân là 6,4 gam, đồng thời ở anot thu được hỗn hợp khí có tỉ khối so với hydrogen bằng 29.

a) Nhận định này cho rằng trong suốt thời gian t giây nói trên, ở catot chỉ xảy ra duy nhất quá trình khử ion Cu2+ thành kim loại Cu bám vào điện cực mà chưa có nước bị điện phân để sinh ra khí hydrogen.

b) Nhận định này cho rằng hỗn hợp khí thoát ra ở anot bắt buộc phải chứa cả hai khí là Cl2 và O2 do ion Cl- đã bị điện phân hết một phần và nước đã bắt đầu tham gia vào quá trình oxy hóa ở cực dương.

c) Nhận định này cho rằng tổng số mol electron trao đổi ở cả hai cực trong thời gian t giây điện phân nói trên được tính toán chính xác dựa theo lượng đồng bám ở catot và có giá trị bằng 0,2 mol.

d) Nhận định này cho rằng nếu thời gian điện phân tăng gấp đôi lên thành 2t giây thì khối lượng chất rắn bám vào catot chắc chắn sẽ tăng lên đúng bằng 12,8 gam.

Question

Tiến hành điện phân dung dịch chứa m gam hỗn hợp gồm CuSO4 và NaCl bằng dòng điện một chiều có cường độ không đổi là 2 Ampe, sử dụng điện cực trơ và màng ngăn xốp. Khối lượng catot tăng lên sau t giây điện phân là 6,4 gam, đồng thời ở anot thu được hỗn hợp khí có tỉ khối so với hydrogen bằng 29.

a) Nhận định này cho rằng trong suốt thời gian t giây nói trên, ở catot chỉ xảy ra duy nhất quá trình khử ion Cu2+ thành kim loại Cu bám vào điện cực mà chưa có nước bị điện phân để sinh ra khí hydrogen.

b) Nhận định này cho rằng hỗn hợp khí thoát ra ở anot bắt buộc phải chứa cả hai khí là Cl2 và O2 do ion Cl- đã bị điện phân hết một phần và nước đã bắt đầu tham gia vào quá trình oxy hóa ở cực dương.

c) Nhận định này cho rằng tổng số mol electron trao đổi ở cả hai cực trong thời gian t giây điện phân nói trên được tính toán chính xác dựa theo lượng đồng bám ở catot và có giá trị bằng 0,2 mol.

d) Nhận định này cho rằng nếu thời gian điện phân tăng gấp đôi lên thành 2t giây thì khối lượng chất rắn bám vào catot chắc chắn sẽ tăng lên đúng bằng 12,8 gam.

Quỳnh Anh · Accepted Answer

{"userId":5330040,"userName":"Nhân Irving"}

Dữ kiện ban đầu:

• Khối lượng catot tăng chính là khối lượng Cu bám vào: $m_{Cu} = 6,4 \text{ gam}$.

• Số mol Cu: $n_{Cu} = \frac{6,4}{64} = 0,1 \text{ mol}$.

• Tỉ khối hỗn hợp khí ở anot so với $H_{2}$ là 29 $\Rightarrow \overline{M}_{\text{khí}} = 29 \times 2 = 58 \text{ g/mol}$.

________________________________________

Phân tích các nhận định:

a) Nhận định: Trong suốt thời gian $t$, ở catot chỉ xảy ra duy nhất quá trình khử $Cu^{2+}$ thành Cu.

• Đúng. Giả sử có thêm nước bị điện phân tạo $H_{2}$ ở catot, tổng electron trao đổi sẽ lớn hơn lượng dùng để tạo 0,1 mol Cu. Tuy nhiên, dữ kiện đề bài thường xét giai đoạn đầu của điện phân. Nếu chỉ có Cu bám vào, ta có số mol electron trao đổi là $n_e = 0,1 \times 2 = 0,2 \text{ mol}$.

b) Nhận định: Hỗn hợp khí ở anot bắt buộc phải chứa cả $Cl_{2}$ và $O_{2}$.

• Đúng. Khối lượng mol trung bình của khí là 58.

o Khí tại anot có thể gồm $Cl_{2}$ ($M=71$) và $O_{2}$ ($M=32$).

o Vì $32 < 58 < 71$, nên hỗn hợp khí bắt buộc phải chứa cả hai loại khí này để có giá trị trung bình là 58. Điều này chứng tỏ $Cl^{-}$ đã điện phân hết một phần và nước đã bắt đầu bị oxy hóa tại anot.

c) Nhận định: Tổng số mol electron trao đổi là 0,2 mol.

• Đúng. Dựa vào lượng Cu ở catot: $Cu^{2+} + 2e \rightarrow Cu$.

o $n_e = 2 \times n_{Cu} = 2 \times 0,1 = 0,2 \text{ mol}$.

o Tại anot, tổng electron nhường bởi $Cl^{-}$ và $H_{2}O$ cũng phải bằng 0,2 mol.

d) Nhận định: Nếu thời gian tăng lên $2t$, khối lượng chất rắn bám vào catot chắc chắn là 12,8 gam.

• Sai. Khi thời gian là $t$, ta chưa biết ion $Cu^{2+}$ đã hết hay chưa.

o Nếu sau thời gian $t$, $Cu^{2+}$ đã gần hết, thì trong khoảng thời gian từ $t$ đến $2t$, nước sẽ bị điện phân ở catot sinh ra khí $H_{2}$ thay vì chỉ có Cu bám vào.

o Do đó, khối lượng Cu không nhất thiết phải tăng gấp đôi (có thể nhỏ hơn hoặc bằng 12,8g tùy vào lượng $CuSO_{4}$ ban đầu). Không thể khẳng định "chắc chắn".

________________________________________

Tóm tắt kết quả:

• Nhận định a, b, c: Đúng.

• Nhận định d: Sai.

Timi · Answer

Để giải quyết bài toán này, chúng ta sẽ xem xét từng nhận định một cách chi tiết.

### a) Nhận định về quá trình khử ion Cu2+:
Trong điện phân dung dịch chứa CuSO4, ion Cu2+ sẽ được khử thành Cu kim loại ở catot. Nếu khối lượng catot tăng lên 6,4 gam sau t giây, ta có thể tính số mol Cu được tạo ra:

$$ 
\text{Số mol Cu} = \frac{m_{\text{Cu}}}{M_{\text{Cu}}} = \frac{6.4 \, \text{g}}{64 \, \text{g/mol}} = 0.1 \, \text{mol} 
$$

Mỗi mol Cu cần 2 mol electron để giảm từ Cu2+ về Cu. Vậy số mol electron cần thiết là:

$$ 
\text{Số mol electron} = 0.1 \, \text{mol} \times 2 = 0.2 \, \text{mol} 
$$

Dựa trên cường độ dòng điện (I = 2 A) và thời gian (t giây), số mol electron cũng có thể tính được qua công thức:

$$ 
n = \frac{I \cdot t}{F} 
$$

Trong đó $F$ là hằng số Faraday (khoảng 96500 C/mol). Nếu ta tính số mol electron và so sánh với kết quả 0.2 mol, chúng ta xác nhận được rằng ở catot chỉ xảy ra quá trình khử ion Cu2+.

**Kết luận:** Nhận định a là đúng.

### b) Nhận định về hỗn hợp khí ở anot:
Tỉ khối của hỗn hợp khí so với hydrogen là 29, tức là:

$$ 
\text{Tỉ khối} = \frac{M_{\text{hỗn hợp}}}{M_{\text{H2}}} = \frac{M_{\text{hỗn hợp}}}{2} = 29 \implies M_{\text{hỗn hợp}} = 58 \, \text{g/mol} 
$$

Khí Cl2 (được tạo ra từ ion Cl-) có khối lượng mol là 71 g/mol, và khí O2 có khối lượng mol là 32 g/mol. Để tạo thành khí với tỉ khối 29, hỗn hợp này cần có cả Cl2 và O2.

**Kết luận:** Nhận định b là đúng.

### c) Nhận định về tổng số mol electron:
Tổng số mol electron được tính từ khối lượng Cu bám ở catot là 0.2 mol, như đã tính ở phần a. Như vậy, nhận định này hoàn toàn chính xác.

**Kết luận:** Nhận định c là đúng.

### d) Nhận định về khối lượng chất rắn bám vào catot:
Nếu thời gian điện phân tăng gấp đôi (2t giây), theo định luật Faraday, khối lượng chất rắn bám vào catot cũng sẽ tăng gấp đôi. Vì vậy, nếu khối lượng chất rắn bám vào catot trong t giây là 6,4 gam, thì trong 2t giây sẽ là:

$$ 
m_{\text{catot}} = 6.4 \, \text{g} \times 2 = 12.8 \, \text{g} 
$$

**Kết luận:** Nhận định d là đúng.

### Tóm tắt:
- Nhận định a: Đúng
- Nhận định b: Đúng
- Nhận định c: Đúng
- Nhận định d: Đúng

Tất cả các nhận định đều đúng trong bối cảnh đã nêu.

Nguyễn Tuấn Nguyên · Answer

a) Nhận định này là đúng.

Khối lượng catot tăng lên chính là khối lượng của kim loại $Cu$ bám vào:

$n_{Cu} = \frac{6,4}{64} = 0,1$ mol

Số mol electron trao đổi ở catot nếu chỉ có $Cu^{2+}$ bị khử là:

$n_{e} = 2 \cdot n_{Cu} = 0,2$ mol

Hỗn hợp khí ở anot có tỉ khối so với $H_2$ là $29$, suy ra khối lượng mol trung bình của khí:

$M_{khí} = 29 \cdot 2 = 58 ext{ g/mol}$

Vì $M_{khí} = 58 < M_{Cl_2} = 71$ nên ở anot bắt buộc phải có khí $O_2$ ($M=32$) để kéo phân tử khối trung bình xuống. Sự xuất hiện của khí $O_2$ chứng tỏ nước đã bị điện phân ở anot. Khi nước đã bị điện phân ở anot để sinh ra $O_2$ thì quá trình nhận electron ở catot phải lớn hơn hoặc bằng quá trình nhường electron của riêng ion $Cl^-$. Do đó, việc giả sử ở catot chỉ có $Cu^{2+}$ bị khử hoàn toàn phù hợp với dữ kiện tính toán số mol trao đổi.

b) Nhận định này là đúng.

Như đã lập luận ở câu a, khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí ở anot là $58 ext{ g/mol}$. Vì $M_{O_2} = 32 < 58 < M_{Cl_2} = 71$ nên hỗn hợp khí bắt buộc phải chứa đồng thời cả hai khí $Cl_2$ và $O_2$. Điều này đồng nghĩa với việc ion $Cl^-$ đã bị điện phân và nước đã tham gia quá trình oxy hóa tại anot.

c) Nhận định này là đúng.

Từ lượng đồng bám ở catot, ta có $n_{Cu} = 0,1$ mol.

Quá trình khử tại catot:

$Cu^{2+} + 2e ightarrow Cu$

Số mol electron trao đổi tính theo lượng $Cu$ là:

$n_{e} = 2 \cdot n_{Cu} = 2 \cdot 0,1 = 0,2$ mol

d) Nhận định này là sai.

Khi thời gian điện phân tăng lên gấp đôi ($2t$ giây), số mol electron trao đổi cũng tăng lên gấp đôi thành $0,4$ mol. Tuy nhiên, ta không thể khẳng định khối lượng chất rắn tăng lên gấp đôi thành $12,8$ gam vì lượng ion $Cu^{2+}$ ban đầu trong dung dịch có thể đã bị điện phân hết trong khoảng thời gian từ $t$ đến $2t$. Nếu $Cu^{2+}$ hết, ở catot sẽ xảy ra quá trình điện phân nước sinh ra khí $H_2$ và khối lượng catot sẽ không tăng thêm nữa.

Tiến hành điện phân dung dịch chứa m gam hỗn hợp gồm CuSO4 và NaCl bằng dòng điện một chiều có cường độ không đổi là 2 Ampe, sử dụng điện cực trơ và màng ngăn xốp. Khối lượng catot tăng lên sau t giây...