Vàng hồng 10K thường bị xỉn màu nhanh do hàm lượng kim loại đồng cao. Một nhóm học sinh khi được giao dự án làm tăng hàm lượng vàng, bạc trong một mảnh hợp kim (thu hồi từ chiếc nhẫn vàng hồng 10K) đã đề xuất sử dụng phương pháp điện phân để loại đồng ra khỏi mảnh nhẫn, với giả thuyết “Nếu kim loại đồng trong mảnh nhẫn tan hết thì khối lượng mảnh nhẫn không giảm nữa”. Để kiểm tra giả thuyết này, nhóm học sinh đã làm thí nghiệm như sau:

- Cân để xác định khối lượng ban đầu của mảnh nhẫn (1,125 gam) và thanh đồng tinh khiết (2,255 gam).
- Nối mảnh nhẫn với một điện cực và thanh đồng tinh khiết với điện cực còn lại của nguồn điện một chiều, rồi nhúng vào bình điện phân chứa dung dịch copper(II) sulfate.
- Điện phân ở hiệu điện thế phù hợp.
- Sau thời gian điện phân, làm khô, rồi cân để xác định lại khối lượng của mảnh nhẫn và thanh đồng tinh khiết, thấy khối lượng của mảnh nhẫn là 0,515 gam và của thanh đồng là 2,740 gam.

Trong quá trình điện phân nước bay hơi không đáng kể.

(AI giải đề cho tôi)
Kiểm tra số liệu: mảnh nhẫn giảm khối lượng $1,125-0,515=0,610$ gam; thanh đồng tăng $2,740-2,255=0,485$ gam. Chênh lệch $0,610-0,485=0,125$ gam kim loại (Cu rơi ra khỏi mảnh nhẫn nhưng không về được cathode) đã rơi xuống đáy bình, nên b) đúng.

a) Giả thuyết 'nếu đồng tan hết thì khối lượng mảnh nhẫn không giảm nữa' phù hợp với nguyên lý điện phân (chỉ Cu tan ở anode, Au và Ag không tan), nên giả thuyết đúng → phát biểu a) nói giả thuyết sai là SAI.

b) Đúng, vì phần Cu tan ra ($0,610$ gam tính cả phần có thể gồm lượng Cu rơi cơ học) không khớp với lượng Cu bám lên cathode ($0,485$ gam), chênh $0,125$ gam kim loại rơi xuống đáy bình.

c) SAI. Khối lượng Cu trong mảnh nhẫn vàng hồng 10K: $m_{Cu}=38,3\%\times 1,125\approx 0,43$ gam. Thanh đồng tăng $0,485$ gam $>0,43$ gam, nghĩa là ngoài Cu từ anode còn một phần $C{u}^{2+}$ trong dung dịch bị điện phân về cathode, nên $[C{u}^{2+}]$ giảm.

d) Đúng. Au, Ag có thế điện cực chuẩn cao hơn Cu nên không tan ở anode; để Cu từ mảnh nhẫn tan và Cu bám lên thanh đồng tinh khiết, mảnh nhẫn phải nối cực dương (anode), thanh đồng nối cực âm (cathode).
a) Giả thuyết đúng.
b) (AI giải đề cho tôi)
Mảnh nhẫn giảm 0,610 gam nhưng thanh đồng chỉ tăng 0,485 gam; chênh lệch 0,125 gam là kim loại rơi xuống đáy bình điện phân.
c) [Cu${}^{2+}$] giảm. Khối lượng Cu ban đầu có trong mảnh nhẫn vàng 10K là:

$$m_{Cu}=38,3\%\times 1,125\text{ gam}\approx 0,43\text{ gam}$$

Khối lượng thanh đồng tăng lên là: $\Delta m=2,740-2,255=0,485\text{ gam}>0,43\text{ gam}$

Ta thấy, khối lượng thanh đồng tăng lên lớn hơn so với khối lượng của kim loại Cu có trong mảnh nhẫn, nên đã có một phần ion Cu${}^{2+}$ bị điện phân. Do đó, nồng độ ion Cu${}^{2+}$ giảm.
d) (AI giải đề cho tôi)
Au và Ag có thế điện cực lớn hơn Cu nên không tan; mảnh nhẫn phải là anode (cực dương) để Cu tan, thanh đồng tinh khiết là cathode (cực âm) để Cu bám vào.