Hòa tan hoàn toàn m gam hỗn hợp CuSO₄ và NaCl vào nước, thu được dung dịch X. Tiến hành điện phân X với các điện cực trơ, màng ngăn xốp, dòng điện có cường độ không đổi. Kết quả thí nghiệm cho ở bảng sau:

Giả sử hiệu suất điện phân là 100%, bỏ qua sự bay hơi của nước. Giá trị của m là:

Đáp án D

Phương pháp giải:

Biện luận kết hợp phương pháp bảo toàn electron.

Giải chi tiết:

Giai đoạn 1: $0\left(\mathrm{s}\right)\to \mathrm{a}\left(\mathrm{s}\right)$ sinh thêm 0,04 mol khí

Giai đoạn 2: $\mathrm{a}\left(\mathrm{s}\right)\to 2\mathrm{a}\left(\mathrm{s}\right)$ sinh thêm 0,12 - 0,04 = 0,08 mol khí

Giai đoạn 3: $2\mathrm{a}\left(\mathrm{s}\right)\to 3\mathrm{a}\left(\mathrm{s}\right)$ sinh thêm 0,19 - 0,12 = 0,07 mol khí

Ta thấy cùng điện phân với thời lượng a (s) nhưng số mol khí sinh thêm khác nhau ⟹ mỗi thời điểm xuất hiện thêm 1 khí khác ⟹ Giai đoạn 1 chỉ sinh ra Cl₂ (0,04 mol) ⟹ n_{e (trong a giây)} = 2n_Cl2 = 0,08 mol.

Mặt khác, nhận thấy lượng khí giai đoạn 2 gấp đôi giai đoạn 1 ⟹ Giai đoạn 2 sinh thêm

$\left\{\begin{array}{l}\mathrm{Anot}: {\mathrm{Cl}}_2 (0,04)\\ \mathrm{Catot}: {\mathrm{H}}_2 (0,04)\end{array}\right.$

Giả sử giai đoạn 3 sinh thêm $0,07\left(\mathrm{mol}\right)\left\{\begin{array}{l}\mathrm{Anot}: {\mathrm{Cl}}_2\left(\mathrm{x}\right); {\mathrm{O}}_2\left(\mathrm{y}\right)\\ \mathrm{Catot}: {\mathrm{H}}_2(0,04)\end{array}\right.$ (lưu ý có thể sinh thêm Cl₂ nên phải đặt ẩn)

Ta có hệ phương trình $\left\{\begin{array}{l}\mathrm{x}+\mathrm{y}=0,07-0,04=0,03\\ 2\mathrm{x}+4\mathrm{y}={\mathrm{n}}_{\mathrm{e}}=0,08\end{array}\to \left\{\begin{array}{l}\mathrm{x}=0,02\\ \mathrm{y}=0,01\end{array}\right.\right.$

+) BTNT "Cl" ⟹ n_NaCl = 2n_Cl2(gđ1) + 2n_Cl2(gđ2) + 2n_Cl2(gđ3) = 0,2 mol.

+) Mặt khác áp dụng bảo toàn e cho catot từ 0 (s) đến 2 (s):

n_{e(từ 0 đến 2a giây)} = 2.0,08 = 0,16 mol

Áp dụng bảo toàn e: 2n_Cu²⁺ + 2n_H2(gđ2) = n_{e(từ 0 đến 2a giây)} ⟹ 2.n_Cu²⁺ + 2.0,04 = 0,16 ⟹ n_Cu²⁺ = 0,04 mol.

Vậy hỗn hợp muối ban đầu gồm NaCl (0,2 mol) và CuSO₄ (0,04 mol) ⟹ m = 18,1 gam.