Đáp án đúng: C
Phương pháp giải:
Xác định thành phần khí anot là Cl2 và O2 (1)⟹ Thành phần dung dịch sau điện phân.Dựa vào khối lượng giảm mgiảm = mFe – mCu (2)Dựa vào t giây ⟹ ne của 2t giây.Xét 2 trường hợp TH1: Cu2+ vẫn chưa điện phân hết sau 2t giây.TH2: Cu2+ bị điện phân hết sau 2t giây.Giải chi tiết:Gọi số mol Cu(NO3)2 và KCl trong X lần lượt là x và y (mol)Cho Fe vào dung dịch X thấy khối lượng thanh Fe giảm ⟹ dung dịch X chứa H+.Khối lượng thanh Fe giảm ở t (s) ít hơn ở 2t (s) ⟹ Tại t (s) dung dịch X chứa Cu2+ dư.* Xét tại t giây.- Anot:2Cl- ⟶ Cl2 + 2e y ⟶ 0,5y y (mol)2H2O ⟶ 4H+ + O2 + 4e (0,16 - 2y) ⟵ (0,04 - 0,5y) ⟶ (0,16 - 2y) (mol)⟹ ne(t) = 0,16 - y (mol)- Catot: Cu2+ + 2e ⟶ Cu(0,08 - 0,5y) ⟵ (0,16 - y) (mol)⟹ Dung dịch X gồm H+ (0,16 - 2y); Cu2+ (x + 0,5y - 0,08) và NO3- (2x)- Cho thanh Fe vào dung dịch X3Fe + 8H+ + 2NO3- ⟶ 3Fe2+ + 2NO ↑ + 4H2OFe + Cu2+ ⟶ Fe2+ + Cu⟹ nFe(pứ) = 3nH+/8 + nCu2+⟹ \({m_{giam}} = 56.\dfrac{3}{8}.(0,16 - 2y) + (56 - 64)(x + 0,5y - 0,08) = 0,6\)⟹ 8x + 46y = 3,4 (1)* Xét tại 2t giâyne(2t) = 0,32 - 2y (mol)TH1: Cu2+ vẫn chưa điện phân hết sau 2t giây.- Anot:2Cl- ⟶ Cl2 + 2e y ⟶ 0,5y y (mol)2H2O ⟶ 4H+ + O2 + 4e (0,32 - 3y) ⟵ (0,08 - 0,75y) ⟵ (0,32 - 3y) (mol)- Catot: Cu2+ + 2e ⟶ Cu(0,16 - y) ⟵ (0,32 - 2y) (mol)⟹ Dung dịch X gồm H+ (0,32 - 3y); Cu2+ (x + y - 0,16) và NO3- (2x)- Cho thanh Fe vào dung dịch X3Fe + 8H+ + 2NO3- ⟶ 3Fe2+ + 2NO ↑ + 4H2OFe + Cu2+ ⟶ Fe2+ + Cu⟹ nFe(pứ) = 3nH+/8 + nCu2+⟹ \({m_{giam}} = 56.\dfrac{3}{8}.(0,32 - 3y) + (56 - 64)(x + y - 0,16) = 2,1\)⟹ 8x + 71y = 5,9 (2)Từ (1) và (2) ⟹ x = -0,15 và y = 0,1 ⟶ Loại.TH2: Cu2+ bị điện phân hết sau 2t giây.- Anot:2Cl- ⟶ Cl2 + 2e y ⟶ 0,5y y (mol)2H2O ⟶ 4H+ + O2 + 4e (0,32 - 3y) ⟵ (0,08 - 0,75y) ⟵ (0,32 - 3y) (mol)- Catot:Cu2+ + 2e ⟶ Cu x ⟶ 2x x (mol)2H2O + 2e ⟶ 2OH- + H2 (0,32 - 2y - 2x) ⟶ (0,32 - 2y - 2x) (mol)Khi đó xảy ra phản ứng trung hòa: H+ + OH- ⟶ H2O(0,32 - 2y - 2x) ⟵ (0,32 - 2y - 2x) (mol)⟹ Dung dịch X gồm H+ (2x - y); và NO3- (2x)- Cho thanh Fe vào dung dịch X3Fe + 8H+ + 2NO3- ⟶ 3Fe2+ + 2NO ↑ + 4H2O⟹ mgiảm = 56.3.(2x - y)/8 = 2,1 (2)Từ (1) và (2) ⟹ x = 0,08 và y = 0,06.* Dung dịch X gồm Cu(NO3)2 aM và KCl bM⟹ b : a = y : x = 0,75 ⟹ A đúng.B đúng vì tại thời điểm 2t giây cả 2 muối đều bị điện phân hết, H2O đã điện phân ở cả 2 cực.* Xét tại 1,8t giây ta có ne(1,8t) = 1,8.(0,16 - y) = 0,18 molTại anot:2Cl- ⟶ Cl2 + 2e0,06 ⟶ 0,03 ⟶ 0,06 (mol)2H2O ⟶ 4H+ + O2 + 4e 0,03 ⟵ 0,12 (mol)⟹ nkhí = 0,06 mol ⟹ Vkhí = 1,344 lít ⟹ C sai.* Xét tại 1,5t giây ta có ne(1,5t) = 1,5.(0,16 - y) = 0,15 molTại catot: Cu2+ + 2e ⟶ Cu0,075 ⟵ 0,15 (mol)⟹ Cu2+chưa điện phân hết tại 1,5t giây (0,075 < x = 0,08 mol). ⟹ D đúng.
