Dung dịch X chứa m gam chất tan gồm $CuS{O}_4$, $H_{2}S{O}_4$ và NaCl. Điện phân dung dịch X (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 Al kim loại 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 khí sinh ra từ bình điện phân (mol)	0,24	0,66	b
Khối lượng Al kim loại bị hòa tan tối đa (gam)	a	0	8,1

Biết tại catot ion Cu${}^{2+}$ điện phân hết thành Cu trước khi ion H${}^{+}$ điện phân tạo thành khí $H_2$; kết thúc thí nghiệm 1, dung dịch vẫn còn màu xanh; cường độ dòng điện bằng nhau và không đổi trong các thí nghiệm trên. Giá trị của a và b lần lượt là

HD:
- Gọi số mol $CuS{O}_4$: x mol; $H_{2}S{O}_4$: y mol; và NaCl: z mol.
❖ TN2: Dung dịch sau điện phân không hòa tan Al ⇒ Dung dịch có môi trường trung tính ⇒ Bên catot H${}^{+}$ điện phân vừa hết, bên anot $H_{2}O$ chưa điện phân
- Catot (-): Cu${}^{2+}$ + 2e → Cu${}^0$ (x, x); 2H${}^{+}$ + 2e → $H_2$ (2y, y)
- Anot (+): 2Cl${}^{-}$ → $C{l}_2$ + 2e (d, 2d)
- Gọi số mol $H_2$ = y; $C{l}_2$ = d
+ n${}_e$ = 2x + 2y = 2d (1)
+ n${}_{kh\acute{ı}}$ = y + d = 0,66 (2)
❖ TN1:
- Số mol e trao đổi = d (mol); số mol $C{l}_2$ = 0,5d mol
- Vì dung dịch còn màu xanh nên Cu${}^{2+}$ dư nên chưa tạo $H_2$, khí chỉ là $C{l}_2$:
- Ta có: n${}_{kh\acute{ı}}$ = 0,5d = 0,24 (3)
- Catot (-): Cu${}^{2+}$ + 2e → Cu${}^0$; Anot (+): 2Cl${}^{-}$ → $C{l}_2$ + 2e (0,5d, d)
- Từ (1), (2), (3): x = 0,3; y = 0,18; d = 0,48.
- Số mol Cu${}^{2+}$ phản ứng = 0,24 mol; Cu${}^{2+}$ dư = 0,3 – 0,24 = 0,06 mol
- Ta có:
2Al + 6H${}^{+}$ → 2Al${}^{3+}$ + 3$H_2$
2Al + 3Cu${}^{2+}$ → 2Al${}^{3+}$ + 3Cu
⇒ nAl = 0,16 mol; mAl = a = 4,32 gam
❖ TN3:
- Số mol n${}_e$ = 3d = 3·0,48 = 1,44 mol
- Số mol $C{l}_2$ = 0,5z; $O_2$ = t; $H_2$ do nước điện phân = u
- Số mol Al = 0,3 mol ⇒ số mol OH${}^{-}$ phản ứng = 0,3 mol
- Catot (-): Cu${}^{2+}$ + 2e → Cu${}^0$ (0,3; 0,3); 2H${}^{+}$ + 2e → $H_2$ (0,36; 0,18); 2$H_{2}O$ + 2e → 2OH${}^{-}$ + $H_2$ (u)
- Anot (+): 2Cl${}^{-}$ → $C{l}_2$ + 2e (z; 0,5z); 2$H_{2}O$ → $O_2$ + 4H${}^{+}$ + 4e (t)
+ BT E: 0,3·2 + 0,36 + 2u = 1,44
+ nOH${}^{-}$ = 2u – 4t = 0,3
+ BT E: z + 4t = 1,44
⇒ z = 1,26; u = 0,24; t = 0,045
- Số mol khí = 0,18 + u + 0,5z + t = 1,095 mol