Điện phân (với điện cực trơ, màng ngăn xốp) dung dịch chứa hỗn hợp CuSO₄ và NaCl (tỉ lệ 1 : 1) bằng dòng điện một chiều có cường độ ổn định. Sau t (h), thu được dung dịch X và sau 2t (h) thu được dung dịch Y. Dung dịch X tác dụng với bột Al dư, thu được a mol khí H₂. Dung dịch Y tác dụng với bột Al dư thu được 3a mol khí H₂. Phát biểu nào sau đây không đúng?

Vì bài toán không cho số mol cụ thể của mỗi chất nên ta giả sử: n_CuSO4 = n_NaCl = 2 mol

CuSO₄ + 2NaCl → Cu + Cl₂ + Na₂SO₄ (1)

Vì n_CuSO4 = n_NaCl = 2 mol => sau phản ứng (1) CuSO₄ còn dư, NaCl hết

2CuSO₄ + 2H₂O → 2Cu + O₂ + 2H₂SO₄  (2)

Sau t giờ thu được X có hòa tan Al nên (1) phản ứng hết, (2) đang xảy ra; Al phản ứng với H₂SO₄ sinh ra khí H₂

2Al + 3H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + 3H₂

\( \Rightarrow {n_{{H_2}S{O_4}}} = {n_{{H_2}}} = a\,(mol)\)

Từ (1) =>\({n_{CuS{O_4}\,(1)}} = 1{\rm{ }}mol\)

Từ (2) =>\({n_{CuS{O_4}{\rm{ }}(2)}} = a\)

=> n_{e trong t giờ} = 2 + 2a

Sau 2t giờ:

Dung dịch Y tác dụng với Al thu được 4a mol khí H₂ =>\({n_{{H_2}S{O_4}}} = {n_{{H_2}}} = 3{\rm{a}}\)

Từ (2) =>\({n_{CuS{O_4}\;\left( 2 \right)}} = {n_{{H_2}S{O_4}}} = 3a\)

=>\({n_{CuS{O_4}}}\)_{pư tổng} = 1 + 3a

Nếu sau 2t giờ, catot chưa sinh khí H₂ thì:

n_{e trong 2t giờ} = 2.n_{e trong t giờ} =>2.(1 + 4a) = 2.(2 + 2a) => a = 0,5

=>\({n_{{H_2}S{O_4}}} = 1,5\)(vô lí vì\({n_{{H_2}S{O_4}}} < {n_{CuS{O_4}}} < 2\))

Vậy sau 2t giờ, catot đã sinh H₂ (u mol), CuSO₄ đã hết từ trước đó

=>\({n_{CuS{O_4}}}\)_{điện phân (1) + (2)} = \({n_{CuS{O_4}}}\)_bđầu = 2 mol =>\({n_{CuS{O_4}}}\) ₍₂₎ = 2 – 1 = 1 mol

=>3a = 1 => a = 1/3

Bảo toàn electron tại catot trong 2t giờ

\(2.{n_{Cu}} + 2.{n_{{H_2}}}\)= 2.n_{e trong t giờ} => 2.2 + 2.u = 2.(2 + 2a) => u = 2/3

Tại anot: \({n_{C{l_2}}}\)= 1 và \({n_{{O_2}}}\)= 2/3 (bảo toàn electron tính O₂)

=> n_{khí tổng} = 8/3 = 8a => A sai

Sau 1,75t giờ: \({n_e} = 1,75.\left( {2 + 2a} \right) = 4,67 > 2.{n_{C{u^{2 + }}}} = 4\)nên catot đã có khí thoát ra => B đúng

Sau 1,5t giờ thì \({n_e} = 1,5.\left( {2 + 2a} \right) = 4 = 2.{n_{C{u^{2 + }}}}\)nên Cu²⁺ hết => C sai

Sau 0,5t giờ thì \({n_e} = 0,75.\left( {2 + 2a} \right) = 1,33 < {n_{C{l^ - }}} = 2\)nên Cl- chưa hết, H2O chưa bị điện phân => D sai