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 4a 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) => \({{n}_{CuS{{O}_{4}}\,(1)}}=1\text{ }mol\)

Từ (2) => \({{n}_{CuS{{O}_{4}}\text{ }(2)}}=a\)

=> n_{e trong t giờ} = 2 + 2a

Sau 2t giờ:

Dung dịch Y tác dụng với Al thu được 4a mol khí H₂ => ${{n}_{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}}}={{n}_{{{H}_{2}}}}=4\text{a}$

Từ (2) => \({{n}_{CuS{{O}_{4}}~\left( 2 \right)}}={{n}_{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}}}=4a\)

=> \({{n}_{CuS{{O}_{4}}}}\) _{pư tổng} = 1 + 4a

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

=> \({{n}_{{{H}_{2}}S{{O}_{4}}}}=2\) (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

=> 4a = 1 => a = 0,25

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 = 0,5

Tại anot: \({{n}_{C{{l}_{2}}}}\) = 1 và \({{n}_{{{O}_{2}}}}\) = 0,75 (bảo toàn electron tính O₂)

=> n_{khí tổng} = 2,25 = 9a => A đúng

Sau 1,75t giờ: \({{n}_{e}}=1,75.\left( 2+2a \right)=4,375>2.{{n}_{C{{u}^{2+}}}}=4\) nên catot đã có khí thoát ra => B đúng

Sau 1,5t giờ thì \({{n}_{e}}=1,5.\left( 2+2a \right)=3,75<2.{{n}_{C{{u}^{2+}}}}=4\) nên Cu²⁺ chưa hết => C đúng

Sau 0,75t giờ thì \({{n}_{e}}=0,75.\left( 2+2a \right)=1,875<{{n}_{C{{l}^{-}}}}=2\) nên Cl- chưa hết, H2O chưa bị điện phân => D sai