Để tách lấy kim loại Cu từ một thanh hợp kim Zn-Cu (Cu chiếm 96% về khối lượng), người ta thực hiện quá trình điện phân. Trong đó: dung dịch chất điện li là CuSO4, cực dương là thanh hợp kim Zn-Cu và cực âm là thanh Cu tinh khiết.
Trong quá trình điện phân, thể tích dung dịch không thay đổi. Toàn bộ lượng kim loại tan ra ở anode tạo thành cation tan trong dung dịch và lượng kim loại Cu sinh ra bám hết vào cathode. Sau một thời gian, dừng điện phân, rửa sạch và sấy khô rồi cân lại điện cực. Khối lượng của mỗi điện cực:
…………………………Ban đầu Kết thúc
Hợp kim Zn-Cu 33,6 gam 13,11 gam
Cu tinh khiết 4,5 gam 24,98 gam
Cho phát biểu sau:
a, Khối lượng Cu tan ra ở anode là 19,84 gam
b, Ở anode, kim loại Zn dễ bị oxi hóa hơn Cu
c, Trong dung dịch sau khi kết thúc điện phân có chứa ion Zn2+
d, Nồng độ mol ion Cu2+ trong dung dịch thu được sau khi kết thúc điện phân thấp hơn so với dung dịch ban đầu
e, Ở cathode xảy ra sự oxi hóa ion Cu2+ thành Cu
Phát biểu nào đúng, phát biểu nào sai? Vì sao?
Câu trả lời tốt nhất
(a) Đúng
Tại anode: nZn tan = a và nCu tan = b
—> 65a + 64b = 33,6 – 13,11
Tại cathode: nCu mới tạo = a + b = (24,98 – 4,5)/64
—> a = 0,01; b = 0,31
—> mCu tan ra = 64b = 19,84
(b) Đúng, Zn có thế điện cực chuẩn âm hơn nên dễ bị oxi hóa hơn Cu.
Chú ý: Đánh giá “dễ bị oxi hóa hơn” là đánh giá tiềm năng chứ không phải kết quả của hiện thực (Ví dụ: Trong quá trình học có thể đánh giá bạn A giỏi hơn bạn B nhưng không thể khẳng định ngay khi đi thi bạn A sẽ cao điểm hơn bạn B). Ở đây hàm lượng Zn nhỏ và bị phân tán trong khối hợp kim, vì vậy mặc dù Zn có tiềm năng hơn cũng không thể tự thoát ra ngoài thành cation được do bị các nguyên tử Cu che chắn, vì vậy chúng vẫn phải đợi Cu chuyển thành cation trước rồi mới có không gian để thoát ra. Có thể nói Zn nhiều sức mạnh nhưng ít về số lượng, Cu ít sức mạnh nhưng áp đảo về số lượng nên Cu bị oxi hóa nhiều hơn là hợp lý.
Bên cathode thì khác, Cu2+ có sức mạnh (oxi hóa mạnh hơn Zn2+), Cu2+ có số lượng (rất lớn so với Zn2+) nên Cu2+ áp đảo hoàn toàn về mọi mặt và bị khử trước.
(c) Đúng, theo như (a) thì dung dịch có Zn2+ (0,01 mol).
(d) Đúng, SO42- không đổi, có cation mới xuất hiện (Zn2+) nên Cu2+ phải giảm đi so với ban đầu.
(e) Sai, cathode xảy ra sự khử Cu2+ thành Cu.