Điện phân dung dịch X gồm CuSO4 và KCl (tỉ lệ mol tương ứng là 1: 5) với điện cực trơ, màng ngăn xốp

Đáp án đúng là: B

Quá trình điện phân:

Catot (-): Cu2+, K+, H2O	Anot (+): NO3−, Cl-, H2O
Cu2+ + 2e → Cu x        2x       x                 (mol) 2H2O + 2e → H2­ + 2OH-         (0,04-2x)                   (mol)	2Cl- → Cl2­ + 2e 0,04      0,02    0,04      (mol) 2H2O → O2­ + 4H+ + 4e

Số mol e trao đổi trong thời gian 1930 giây là:

n_e(TĐ) = ItF=2×193096500 = 0,04 (mol).

Gọi nCuSO4 = x (mol) →  n_KCl = 5x (mol).

n_e(TĐ) = 2x + 2= 0,04 →  nH2 = (0,02 – x) (mol).

Hỗn hợp khí gồm H₂ và Cl₂ có tỉ khối so với H₂ là 24.

→ Áp dụng quy tắc đường chéo:

nH2nCl2=71−4848−2=12 →  0,02−x0,02=12 →  x = 0,01.

→  nCuSO4 = 0,01 (mol); n_KCl = 0,05 (mol).

Khi điện phân t giây:

Catot (-): Cu2+, K+, H2O	Anot (+): NO3− , Cl-, H2O
Cu2+ + 2e → Cu 0,01    0,02     0,01         (mol) 2H2O + 2e → H2­ + 2OH-   2a         2a      a	2Cl- → Cl2­ + 2e 0,05     0,025    0,05       (mol) 2H2O → O2­ + 4H+ + 4e    2            b                4b

Nếu điện phân hoàn toàn:

m_Cu + mCl2 = 0,01×64 + 0,025×71 = 2,415 (gam) < 2,715 (gam).

→ Có H₂O tham gia điện phân.

Gọi số mol H₂ và O₂ sinh ra ở các điện cực lần lượt là a, b (mol).

Bảo toàn e: n_{e TĐ(-)} = n_{e TĐ(+)}  →  0,02 + 2a = 0,05 + 4b (*).

m_{dd giảm} = m_Cu + mCl2 + mH2 + mO2 

→ 0,01×64 + 0,025×71 + 2a + 32b = 2,715 (**)

Từ (*) và (**), suy ra: a = 0,03; b = 0,0075.

→  n_eTĐ = ItF →0,02 + 2a = 2×t96500  → t = 3860 (giây).