Đáp án đúng: B
Phương pháp giải:
Xác định quá trình oxi hóa và quá trình khử xảy ra ở 2 điện cực.
Dựa vào số mol khí và số mol Al2O3 ⟹ Lập hệ phương trình, xác định số mol các khí.
⟹ Thời gian điện phân t = ne.F/I (s).Giải chi tiết:Ta có nkhí = 0,105 mol ; nAl2O3 = 0,02 mol.
* Catot (-):
Cu2+ + 2e → Cu
0,05 → 0,1 (mol)
2H2O + 2e → H2 + 2OH-
* Anot (+):
2Cl- → Cl2 + 2e
2H2O → 4H+ + O2 + 4e
⟹ Hỗn hợp khí gồm có Cl2 , O2 và H2.
Gọi số mol Cl2 ; O2 và H2 lần lượt là a ; b và c (mol).
⟹ nkhí = a + b + c = 0,105 (1)
Dung dịch X có chứa OH- (dư) hoặc H+ (dư) hòa tan Al2O3.
* TH1: OH- còn dư và hòa tan Al2O3
H+ + OH- ⟶ H2O
4b ⟶ 4b (mol)
Al2O3 + 2OH- → 2AlO2- + H2O
0,02 → 0,04 (mol)
* Xét tại catot và anot:
Catot (-):
Cu2+ + 2e → Cu
0,05 → 0,1 (mol)
2H2O + 2e → H2 + 2OH-
(4b + 0,04) (2b + 0,02) ⟵ (4b + 0,04) (mol)
⟹ nH2 = c = 2b + 0,02 (2)
Anot (+):
2Cl- → Cl2 + 2e
a → 2a (mol)
2H2O → 4H+ + O2 + 4e
4b ← b → 4b (mol)
Bảo toàn e ⟹ 0,14 + 4b = 2a + 4b (3)
Từ (1) ; (2) và (3) ⟹ a = 0,07 ; b = 0,005 ; c = 0,03
Ta có: ne = 0,14 + 4b = 0,16 mol ⟹ t = ne.F/I = 7720 giây.
* TH2: H+ còn dư và hòa tan Al2O3
H+ + OH- ⟶ H2O
2c ⟵ 2c (mol)
Al2O3 + 6H+ ⟶ 2Al3+ + 3H2O
0,02 → 0,12 (mol)
* Xét tại catot và anot:
Catot (-):
Cu2+ + 2e → Cu
0,05 → 0,1 (mol)
2H2O + 2e → H2 + 2OH-
2c ⟵ c ⟶ 2c (mol)
Anot (+):
2Cl- → Cl2 + 2e
a → 2a (mol)
2H2O → 4H+ + O2 + 4e
4b ← b → 4b (mol)
Bảo toàn e ⟹ 0,1 + 2c = 2a + 4b (2)
Lại có nH+ = 4b = 2c + 0,12 (3)
Từ (1) ; (2) và (3) ⟹ a = -0,01 ; b = 7/120 ; c = 17/300 ⟶ Loại.
Vậy t = 7720 s.
