1. На какую величину увеличится масса проводящей сферы радиусом r = 5 см после 30-минутного отложения меди из раствора медного купороса, если на каждый квадратный сантиметр поверхности сферы поступает электрический заряд q = 0,01 кл за 1 с? Молярная масса меди равна 0,0635 кг/моль.
2. Какова температура выделившегося атомарного водорода при электролизе, длившемся 1 час при силе тока 5 А, если его объем при давлении 105 Па составляет 1,5 л? Учесть, что эквивалент водорода равен одному на десять в минус.
2. Какова температура выделившегося атомарного водорода при электролизе, длившемся 1 час при силе тока 5 А, если его объем при давлении 105 Па составляет 1,5 л? Учесть, что эквивалент водорода равен одному на десять в минус.
Zimniy_Son
Задача 1. Для решения данной задачи воспользуемся законом Кулона, который позволяет найти силу взаимодействия между двумя точечными зарядами.
Сначала найдем заряд, протекший через поверхность сферы за время отложения меди:
\[Q = q \cdot S \cdot t\]
где \(Q\) - заряд, \(q\) - заряд, поступающий на каждый квадратный сантиметр поверхности сферы (\(0.01 \, \text{кл}\)), \(S\) - площадь поверхности сферы (\(4\pi r^2\)), \(r\) - радиус сферы (\(5 \, \text{см}\)), \(t\) - время (\(30 \, \text{мин} = 30 \cdot 60 = 1800 \, \text{с}\)).
Подставляем значения и рассчитываем:
\[Q = 0.01 \cdot 4\pi \cdot (0.05)^2 \cdot 1800 \approx 5.6549 \, \text{Кл}\]
Чтобы найти массу отложившейся меди, воспользуемся формулой для массы вещества:
\[m = \frac{Q}{n} \cdot M\]
где \(m\) - масса отложившейся меди, \(Q\) - заряд, \(n\) - число электронов, участвующих в процессе осаждения (равно количеству кладок заряда), \(M\) - молярная масса меди (\(0.0635 \, \text{кг/моль}\)).
Найдем число электронов \(n\) с помощью формулы:
\[n = \frac{Q}{e}\]
где \(e\) - заряд элементарного электрона (\(1.6 \cdot 10^{-19} \, \text{Кл}\)).
Подставляем значения и рассчитываем:
\[n = \frac{5.6549}{1.6 \cdot 10^{-19}} \approx 3.5343 \cdot 10^{19} \, \text{шт}\]
Теперь можем найти массу отложившейся меди:
\[m = \frac{5.6549}{3.5343 \cdot 10^{19}} \cdot 0.0635 \approx 1.014 \cdot 10^{-18} \, \text{кг}\]
Масса проводящей сферы увеличится на данную величину.
Ответ: Масса проводящей сферы увеличится на \(1.014 \cdot 10^{-18}\) кг.
Задача 2. Для решения данной задачи воспользуемся законом Гей-Люссака для газовой атомной реакции.
Найдем количество вещества атомарного водорода с помощью формулы:
\[n = \frac{V}{V_m}\]
где \(n\) - количество вещества атомарного водорода, \(V\) - объем водорода при давлении 105 Па и температуре необходимой для вычисления (\(1.5 \, \text{л}\)), \(V_m\) - молярный объем при данной температуре и давлении.
Молярный объем находится по формуле:
\[V_m = \frac{RT}{P}\]
где \(R\) - универсальная газовая постоянная (\(8.31 \, \text{Дж/(моль}\cdot\text{К)}\)), \(T\) - температура (\(x\)), \(P\) - давление (\(105 \, \text{Па}\)).
Подставляем значения и находим \(V_m\):
\[V_m = \frac{8.31 \cdot x}{105}\]
Теперь можем выразить количество вещества \(n\):
\[n = \frac{1.5}{\frac{8.31 \cdot x}{105}} = \frac{105 \cdot 1.5}{8.31 \cdot x} \approx \frac{157.5}{8.31 \cdot x}\]
Теперь найдем количество вещества \(N\) атомарного водорода, полученного при электролизе:
\[N = n \cdot N_A\]
где \(N\) - количество вещества атомарного водорода, \(n\) - количество вещества атомарного водорода (\(\frac{157.5}{8.31 \cdot x}\)), \(N_A\) - число Авогадро (\(6.02 \cdot 10^{23} \, \text{моль}^{-1}\)).
Подставляем значения и рассчитываем:
\[N = \frac{157.5}{8.31 \cdot x} \cdot 6.02 \cdot 10^{23} \approx \frac{949.05 \cdot 10^{23}}{x}\]
Затем найдем работу \(A\), совершенную при электролизе:
\[A = -n \cdot F \cdot U\]
где \(A\) - работа, \(n\) - количество вещества атомарного водорода (\(\frac{157.5}{8.31 \cdot x}\)), \(F\) - фарадаевская постоянная (\(96485 \, \text{Кл/моль}\)), \(U\) - электрическое напряжение (\(5 \, \text{А}\)).
Подставляем значения и рассчитываем:
\[A = -\frac{157.5}{8.31 \cdot x} \cdot 96485 \cdot 5 \approx -92905.75 \cdot \frac{1}{x}\]
Работа, совершенная при электролизе, равна изменению внутренней энергии газа, а это в свою очередь равно \(Q\), количеству тепла, выделившегося при электролизе.
Тогда подставляем найденные значения \(Q\) и \(\Delta H\) (равно количеству тепла на образование одного моля вещества) в формулу:
\[Q = -\Delta H \cdot N\]
где \(Q\) - количество тепла, \(\Delta H\) - энтальпия образования одного моля водорода (\(0\)), \(N\) - количество вещества атомарного водорода (\(\frac{949.05 \cdot 10^{23}}{x}\)).
Получаем уравнение:
\[-\Delta H \cdot \frac{949.05 \cdot 10^{23}}{x} = -92905.75 \cdot \frac{1}{x}\]
Учитывая, что \(\Delta H = 0\), решим данное уравнение:
\[\frac{949.05 \cdot 10^{23}}{x} = 92905.75 \cdot \frac{1}{x}\]
Умножаем обе части уравнения на \(x\):
\[949.05 \cdot 10^{23} = 92905.75\]
Отсюда находим \(x\):
\[x = \frac{949.05 \cdot 10^{23}}{92905.75} \approx 1.023 \cdot 10^{19}\]
Таким образом, температура выделившегося атомарного водорода при электролизе составит примерно \(1.023 \cdot 10^{19}\) Кельвина.
Ответ: Температура выделившегося атомарного водорода при электролизе около \(1.023 \cdot 10^{19}\) Кельвина.
Сначала найдем заряд, протекший через поверхность сферы за время отложения меди:
\[Q = q \cdot S \cdot t\]
где \(Q\) - заряд, \(q\) - заряд, поступающий на каждый квадратный сантиметр поверхности сферы (\(0.01 \, \text{кл}\)), \(S\) - площадь поверхности сферы (\(4\pi r^2\)), \(r\) - радиус сферы (\(5 \, \text{см}\)), \(t\) - время (\(30 \, \text{мин} = 30 \cdot 60 = 1800 \, \text{с}\)).
Подставляем значения и рассчитываем:
\[Q = 0.01 \cdot 4\pi \cdot (0.05)^2 \cdot 1800 \approx 5.6549 \, \text{Кл}\]
Чтобы найти массу отложившейся меди, воспользуемся формулой для массы вещества:
\[m = \frac{Q}{n} \cdot M\]
где \(m\) - масса отложившейся меди, \(Q\) - заряд, \(n\) - число электронов, участвующих в процессе осаждения (равно количеству кладок заряда), \(M\) - молярная масса меди (\(0.0635 \, \text{кг/моль}\)).
Найдем число электронов \(n\) с помощью формулы:
\[n = \frac{Q}{e}\]
где \(e\) - заряд элементарного электрона (\(1.6 \cdot 10^{-19} \, \text{Кл}\)).
Подставляем значения и рассчитываем:
\[n = \frac{5.6549}{1.6 \cdot 10^{-19}} \approx 3.5343 \cdot 10^{19} \, \text{шт}\]
Теперь можем найти массу отложившейся меди:
\[m = \frac{5.6549}{3.5343 \cdot 10^{19}} \cdot 0.0635 \approx 1.014 \cdot 10^{-18} \, \text{кг}\]
Масса проводящей сферы увеличится на данную величину.
Ответ: Масса проводящей сферы увеличится на \(1.014 \cdot 10^{-18}\) кг.
Задача 2. Для решения данной задачи воспользуемся законом Гей-Люссака для газовой атомной реакции.
Найдем количество вещества атомарного водорода с помощью формулы:
\[n = \frac{V}{V_m}\]
где \(n\) - количество вещества атомарного водорода, \(V\) - объем водорода при давлении 105 Па и температуре необходимой для вычисления (\(1.5 \, \text{л}\)), \(V_m\) - молярный объем при данной температуре и давлении.
Молярный объем находится по формуле:
\[V_m = \frac{RT}{P}\]
где \(R\) - универсальная газовая постоянная (\(8.31 \, \text{Дж/(моль}\cdot\text{К)}\)), \(T\) - температура (\(x\)), \(P\) - давление (\(105 \, \text{Па}\)).
Подставляем значения и находим \(V_m\):
\[V_m = \frac{8.31 \cdot x}{105}\]
Теперь можем выразить количество вещества \(n\):
\[n = \frac{1.5}{\frac{8.31 \cdot x}{105}} = \frac{105 \cdot 1.5}{8.31 \cdot x} \approx \frac{157.5}{8.31 \cdot x}\]
Теперь найдем количество вещества \(N\) атомарного водорода, полученного при электролизе:
\[N = n \cdot N_A\]
где \(N\) - количество вещества атомарного водорода, \(n\) - количество вещества атомарного водорода (\(\frac{157.5}{8.31 \cdot x}\)), \(N_A\) - число Авогадро (\(6.02 \cdot 10^{23} \, \text{моль}^{-1}\)).
Подставляем значения и рассчитываем:
\[N = \frac{157.5}{8.31 \cdot x} \cdot 6.02 \cdot 10^{23} \approx \frac{949.05 \cdot 10^{23}}{x}\]
Затем найдем работу \(A\), совершенную при электролизе:
\[A = -n \cdot F \cdot U\]
где \(A\) - работа, \(n\) - количество вещества атомарного водорода (\(\frac{157.5}{8.31 \cdot x}\)), \(F\) - фарадаевская постоянная (\(96485 \, \text{Кл/моль}\)), \(U\) - электрическое напряжение (\(5 \, \text{А}\)).
Подставляем значения и рассчитываем:
\[A = -\frac{157.5}{8.31 \cdot x} \cdot 96485 \cdot 5 \approx -92905.75 \cdot \frac{1}{x}\]
Работа, совершенная при электролизе, равна изменению внутренней энергии газа, а это в свою очередь равно \(Q\), количеству тепла, выделившегося при электролизе.
Тогда подставляем найденные значения \(Q\) и \(\Delta H\) (равно количеству тепла на образование одного моля вещества) в формулу:
\[Q = -\Delta H \cdot N\]
где \(Q\) - количество тепла, \(\Delta H\) - энтальпия образования одного моля водорода (\(0\)), \(N\) - количество вещества атомарного водорода (\(\frac{949.05 \cdot 10^{23}}{x}\)).
Получаем уравнение:
\[-\Delta H \cdot \frac{949.05 \cdot 10^{23}}{x} = -92905.75 \cdot \frac{1}{x}\]
Учитывая, что \(\Delta H = 0\), решим данное уравнение:
\[\frac{949.05 \cdot 10^{23}}{x} = 92905.75 \cdot \frac{1}{x}\]
Умножаем обе части уравнения на \(x\):
\[949.05 \cdot 10^{23} = 92905.75\]
Отсюда находим \(x\):
\[x = \frac{949.05 \cdot 10^{23}}{92905.75} \approx 1.023 \cdot 10^{19}\]
Таким образом, температура выделившегося атомарного водорода при электролизе составит примерно \(1.023 \cdot 10^{19}\) Кельвина.
Ответ: Температура выделившегося атомарного водорода при электролизе около \(1.023 \cdot 10^{19}\) Кельвина.
Знаешь ответ?