Tiến hành điện phân (với điện cực trơ, hiệu suất 100\% dòng điện có cường độ không đổi) dung dịch X gồm 0,2 mol CuSO${}_4$ và 0,15 mol HCl, sau một thời gian điện phân thu được dung dịch Y có khối lượng giảm 14,125 gam so với khối lượng dung dịch X. Cho 15 gam bột Fe vào Y đến khi kết thúc các phản ứng thu được m gam chất rắn. Biết các khí sinh ra hòa tan không đáng kể trong nước. Giá trị của m là

(AI giải đề cho tôi)
Điện phân dung dịch X (0,2 mol CuSO${}_4$ + 0,15 mol HCl), điện cực trơ:
- Cathode: Cu${}^{2+}$ + 2e → Cu (điện phân trước), sau đó mới đến H${}^{+}$.
- Anode: 2Cl${}^{-}$ → Cl${}_2$ + 2e (0,15 mol Cl${}^{-}$ = 0,075 mol Cl${}_2$, khối lượng 5,325 g), sau đó nước bị oxi hóa: 2H${}_2$O → O${}_2$ + 4H${}^{+}$ + 4e.

Gọi a = mol Cu kết tủa, b = mol H${}_2$ ở cathode, c = mol O${}_2$ ở anode.
Bảo toàn electron: 2a + 2b = 0,15 + 4c.
Khối lượng dung dịch giảm: 64a + 2b + 5,325 + 32c = 14,125 → 32a + b + 16c = 4,8.
Thay b = (0,15 + 4c − 2a)/2: 31a + 18c = 4,725.

Dung dịch Y: theo bảo toàn điện tích, n${}_{H^{+}}$ = 2a (vì anion SO${}_4^{2-}$ còn 0,4 mol điện tích). Sau khi cho Fe vào Y, chất rắn gồm Cu và Fe dư:
m = 64a' + 56(0,268 − a' − h/2) = 15 − 28h + 8a', với a' = 0,2 − a; h = 2a.
m = 15 − 56a + 8(0,2 − a) = 15,6 − 64a.

Thử nghiệm với các dữ kiện: nếu b = 0 (chỉ điện phân Cu${}^{2+}$ và nước sau khi Cl${}^{-}$ cạn): 2a = 0,15 + 4c và 64a + 32c = 8,8 → giải ra a = 0,125; c = 0,025. Kiểm tra khối lượng giảm: 64·0,125 + 5,325 + 32·0,025 = 8 + 5,325 + 0,8 = 14,125 g ✓.

Vậy Y chứa: Cu${}^{2+}$: 0,2 − 0,125 = 0,075 mol; H${}^{+}$: 2a = 0,25 mol.
Cho 15 g Fe (0,268 mol):
- Fe + Cu${}^{2+}$ → Fe${}^{2+}$ + Cu: dùng 0,075 mol Fe, tạo 0,075 mol Cu (4,8 g).
- Fe + 2H${}^{+}$ → Fe${}^{2+}$ + H${}_2$: dùng 0,125 mol Fe.
Fe đã phản ứng: 0,2 mol (11,2 g) → Fe dư: 0,068 mol = 3,808 g.

Chất rắn: m = 4,8 + 3,808 = 8,608 ≈ 8,6 gam.