Điện phân hỗn hợp mã 224 - 2022
(Đề 2022 mã 224) Câu 74. Điện phân dung dịch chứa x mol CuSO4, y mol H2SO4 và z mol NaCl (với điện cực trơ, có màng ngăn xốp, hiệu suất điện phân là 100%). Lượng khí sinh ra từ quá trình điện phân và khối lượng Al2O3 bị hòa tan tối đa trong dung dịch sau điện phân ứng với mỗi thí nghiệm được cho ở bảng dưới đây:

Thí nghiệm 1
Thí nghiệm 2
Thí nghiệm 3
Thời gian điện phân (giây)
t
2t
3t
Lượng khi sinh ra từ bình điện phân (mol)
0,24
0,66
1,05
Khối lượng Al2O3 bị hòa tan tối đa (gam)
6,12
0
6,12
Biết: tại catot ion Cu2+ điện phân hết thành Cu trước khi ion H+ điện phân tạo thành khí H2; cường độ dòng điện bằng nhau và không đổi trong các thí nghiệm trên.
Tổng giá trị (x + y + z) bằng
A. 1,84. B. 1,56. C. 1,82. D. 1,60.
Giải: Dạng điện phân hỗn hợp
Phương trình phân li:
CuSO4  Cu2+ + SO42
H2SO4  2H+ + SO42
NaCl  Na+ + Cl
H2O H+ + OH
Thứ tự điện phân tại catot (cực âm)
Thứ tự điện phân tại anot (cực dương)
Cu2+ + 2e  Cu
nếu hết ion Cu2+, ion H+ điện phân:
2H+ + 2e  H2
nếu hết ion H+, xảy ra sự khử nước:
2H2O + 2e  H2 + 2OH
2Cl  Cl2 + 2e


nếu hết ion Cl, xảy ra sự oxi hoá nước:
2H2O  O2 + 4H+ + 4e
Nhận xét:
Số mol eletron trong thí nghiệm 1, 2 và 3 lần lượt là 1ne, 2ne và 3ne. Số mol Al2O3 0,06 mol.
*Kết thúc thí nghiệm 1, dung dịch hòa tan được Al2O3, trong dung dịch có ion H+ (của H2SO4 ban đầu). Số mol H+ được tính theo phương trình:
Al2O3 + 6H+  2Al3+ + 3H2O
(mol) 0,06 0,36
*Kết thúc thí nghiệm 2, dung dịch không hòa tan được Al2O3, môi trường trung tính (trong dung dịch có các ion Cl, Na+, SO42).
*Kết thúc thí nghiệm 3, dung dịch hòa tan được Al2O3, trong dung dịch có ion OH (trong dung dịch có các ion OH, Na+, SO42). Số mol OH được tính theo phương trình:
Al2O3 + 2OH  2AlO2 + H2O
(mol) 0,06 0,12

Biện luận các trường hợp xảy ra và tính toán dựa vào số mol khí thoát ra tại các điện cực (hoặc có thể biện luận theo số mol electron).
 Nếu kết thúc thí nghiệm 1, giả sử chỉ xảy ra phản ứng (1), ion H+ trong dung dịch chưa phản ứng:
Phương trình điện phân dạng ion:
Cu2+ + 2Cl Cu + Cl2 (1)
(mol) 0,24 0,48 0,24 0,24
Số mol khí Cl2 là 0,24 mol, số mol eletron ne = 0,48 mol.
Số mol H+ trong dung dịch là 0,36 mol.

 Điện phân tiếp dung dịch (thí nghiệm 2).
Nếu Cu2+ hết, chỉ xảy ra phản ứng (2):
2H+ + 2Cl H2 + Cl2 (2)
(mol) 0,36 0,36 0,18 0,18
Số mol khí tạo thành: (0,18 + 0,18) = 0,36 mol < (0,66 – 0,24) = 0,42 mol.
Vậy Cu2+ chưa điện phân hết, số mol khí Cl2 tạo ra theo phương trình (*) là:
(0,42 – 0,36) = 0,06 mol.
Cu2+ + 2Cl Cu + Cl2 (*)
(mol) 0,06 0,12 0,06 0,06
 Điện phân tiếp dung dịch (thí nghiệm 3).
Nếu Cl điện phân hết, giả sử chỉ xảy ra phản ứng (3):
2Cl + 2H2O 2OH + H2 + Cl2 (3)
(mol) 0,12 0,12 0,06 0,06
Số mol khí tạo thành: (0,06 + 0,06) = 0,12 mol < (1,05 – 0,66) = 0,39 mol.
Vậy H2O bị điện phân tạo khí H2 và O2.
Số mol hỗn hợp khí (H2, O2) là: (0,39 – 0,12) = 0,27 mol.
Số mol H2 0,18 mol, số mol O2 là 0,09 mol.
Phương trình trình điện phân của H2O (**):
2H2O 2H2 + O2 (**)
(mol) 0,18 0,09
Số mol các chất ban đầu:
CuSO4 (0,24 + 0,06) = 0,30 mol ; H2SO4 0,18 mol ;
NaCl (0,48 + 0,36 + 0,12 + 0,12) = 1,08 mol.
(x +y + z) = 0,30 + 0,18 + 1,08 = 1,56 mol.