Какая масса продукта образуется на катоде и какой объем продукта образуется на аноде при электролизе 510 кг оксида

Чтобы решить эту задачу, нужно знать химическую реакцию электролиза оксида алюминия и учесть его выход.

Уравнение реакции электролиза оксида алюминия выглядит следующим образом:

\[\text{Al}_2\text{O}_3 \rightarrow 2\text{Al} + 3\text{O}_2\]

Так как оксид алюминия растворен в криолите, проводником в этой реакции будет выступать криолит (\text{Na}_3\text{AlF}_6).

Согласно данной реакции, на аноде происходит окисление кислорода, а на катоде происходит восстановление алюминия. Как известно из электролиза, масса вещества, образующегося на электроде, пропорциональна количеству проведенного через него электричества.

Так как реакция электролиза 2:3, то масса алюминия, образующегося на катоде, будет в два раза меньше массы оксида алюминия, который мы использовали в процессе электролиза. Таким образом, чтобы найти массу продукта, образующегося на катоде, нужно взять половину массы оксида алюминия:

\[\text{Масса алюминия на катоде} = \frac{1}{2} \times \text{масса оксида алюминия} = \frac{1}{2} \times 510 \, \text{кг} = 255 \, \text{кг}\]

Для анода ситуация немного сложнее. Поскольку на катоде образуется алюминий, на аноде будет образовываться кислород. Используя тот же принцип, что масса продукта, образующегося на электроде, пропорциональна количеству проведенного электричества, можем найти объем газа по уравнению состояния идеального газа.

Так как мы знаем, что массовый выход продукта составляет 80%, то масса кислорода, образующегося на аноде, составляет 80% от массы оксида алюминия:

\[\text{Масса кислорода на аноде} = 0.8 \times \text{масса оксида алюминия} = 0.8 \times 510 \, \text{кг} = 408 \, \text{кг}\]

Затем, используя молярную массу кислорода и уравнение состояния идеального газа (PV = nRT), можно найти объем кислорода. Поскольку у нас нет данных о давлении и температуре, мы предположим, что они равны стандартным условиям (1 атм и 273.15 К):

\[PV = nRT\]
\[\text{Объем кислорода} = \frac{m}{M} \times \frac{RT}{P}\]
\[\text{Объем кислорода} = \frac{408 \, \text{кг}}{32 \, \text{г/моль}} \times \frac{0.08206 \, \text{атм} \cdot \text{л/моль} \cdot \text{К}^{-1} \cdot 273.15 \, \text{К}}{1 \, \text{атм}} = 8928 \, \text{л}\]

Таким образом, масса алюминия, образующегося на катоде, составляет 255 кг, а объем кислорода, образующегося на аноде, составляет 8928 л.