Điện phân dung dịch X chứa Cu(NO₃)₂ và NaCl với điện cực trơ. Tổng thể tích khí thoát ra ở cả 2 điện cực (V lít) phụ thuộc vào thời gian điện phân (t giây) theo đồ thị bên. Nếu điện phân X trong thời gian 3,5a giây thì thu được dung dịch có khối lượng giảm m gam so với dung dịch X. Giả thiết các chất điện phân ra không tan trong dung dịch. Giá trị của m là:

Trả lời:

Đoạn 1: Chỉ có khí Cl₂ thoát ra.

Đặt V_Cl2 = x (lít)

Đoạn 2: Chỉ có khí O₂ thoát ra. (do khí thoát ra nó thoải hơn so với đoạn 3)

Mà ta thấy giá trị V lúc này gấp đôi đoạn tại thời điểm t = a (giây)

Do đó V_O2 = 2x - x = x (lít)

Đoạn 3: Anot có O₂ tiếp tục thoát ra. Còn ở catot có H₂ thoát ra.

Trong đoạn 3 này thời gian bằng nửa đoạn 2 nên V_O2 = 0,5x (lít)

Bảo toàn electron ta tính được V_H2 = x (lít)

Tổng cộng 3 đoạn thì khí thoát ra gồm Cl₂ (x lít), O₂ (1,5x lít) và H₂ (x lít)

Suy ra x + 1,5x + x = 7,84 → x = 2,24 lít

Ban đầu: n_NaCl =2.n_Cl2 = 0,2 mol

Ta có: n_Cu(NO3)2 = n_Cu = n_Cl2 + 2.n_{O2 (đoạn 2)} = 0,3 mol

Tại thời điểm t = a (giây): n_{e trao đổi} = 2n_Cl2 = 2.2,24 : 22,4 = 0,2 mol

Tại thời điểm 3,5a (giây) (thuộc đoạn 3) ta có: n_{e trao đổi} = 3,5. 0,2 = 0,7 mol

Catot:

Cu²⁺ + 2e → Cu

0,3   → 0,6    0,3 mol

H₂O + 2e → H₂ + 2OH^-

            0,1 → 0,05 mol

Anot:

2Cl^- -2e → Cl₂

 0,2   0,2     0,1 mol       

2H₂O - 4e → O₂ + 4H⁺

            0,5   0,125 mol

Khi đó thu được 0,3 mol Cu ; 0,05 mol H₂ ở catot và 0,1 mol Cl₂ và 0,125 mol O₂ ở anot.

Khối lượng dung dịch giảm chính là khối lượng các chất thoát ra ở các điện cực.

Do đó m = m_Cu + m_H2 + m_Cl2 + m_O2 = 0,3.64 + 0,05.2 + 0,1.71 + 0,125.32 = 30,4 (gam)

Đáp án cần chọn là: D