Какие продукты образуются на аноде и катоде во время электролиза 416 г 5% раствора хлорида бария? Найдите объем этих

Для решения данной задачи нам понадобится знать процесс электролиза и химические реакции, которые происходят на аноде и катоде.

Во время электролиза 416 г 5% раствора хлорида бария, анод и катод (электроды) находятся в растворе. При подключении источника постоянного тока к аноду и катоду происходят электрохимические реакции.

На аноде, мы имеем окисление (потерю электрона), поскольку анод с положительным зарядом притягивает отрицательно заряженные анионы. В этом случае, анионами будут хлориды (Cl-) из хлорида бария (BaCl2). Значит, на аноде происходит следующая реакция:

\[2Cl^- \rightarrow Cl_2 + 2e^-\]

То есть, хлориды окисляются, и образуется молекулярный хлор (Cl2).

На катоде, мы имеем восстановление (получение электрона) из-за притяжения положительно заряженных катионов. В данном случае, катионами будут барий (Ba2+) и водород (H+). Значит, на катоде происходит следующая реакция:

\[Ba^{2+} + 2e^- \rightarrow Ba\]
\[2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2\]

То есть, барий восстанавливается до атомного состояния (металлического бария), а водород генерируется в виде газа (H2).

Теперь найдем мольную массу хлорида бария (BaCl2) для вычисления количества вещества в 416 г раствора. Молярная масса хлорида бария составляет сумму атомарных масс двух хлоридных и одного бариевого атома:

\[M({BaCl_2}) = M({Ba}) + 2 \times M({Cl})\]

где \(M({Ba})\) - атомная масса бария, а \(M({Cl})\) - атомная масса хлора. Значения атомных масс можно найти в периодической системе элементов.

Обозначим количество вещества хлорида бария как \(n({BaCl_2})\). Масса хлорида бария связана с его количество вещества и молярной массой следующим образом:

\[m({BaCl_2}) = n({BaCl_2}) \times M({BaCl_2})\]

Выразим количество вещества хлорида бария через его массу:
\[n({BaCl_2}) = \frac{m({BaCl_2})}{M({BaCl_2})}\]

Подставляя известные значения, мы можем вычислить \(n({BaCl_2})\). Для раствора массой 416 г и концентрацией 5%, имеем:

\[m({BaCl_2}) = 416\,г \times 0.05 = 20.8\,г\]

Теперь найдем \(M({BaCl_2})\) и подставим значения в формулу для \(n({BaCl_2})\). Пусть \(M({Ba}) = 137.33\,г/моль\) и \(M({Cl}) = 35.45\,г/моль\).

\[M({BaCl_2}) = 137.33 + 2 \times 35.45 = 208.23\,г/моль\]

\[n({BaCl_2}) = \frac{20.8\,г}{208.23\,г/моль} = 0.1\,моль\]

Теперь мы можем использовать коэффициенты электрохимических реакций, чтобы определить, сколько вещества образуется на аноде и катоде.

Согласно реакциям, на каждый образовавшийся хлор (Cl2) требуется 2 электрона, а на каждый образовавшийся водород (H2) также требуется 2 электрона. Значит, на каждый моль хлорида бария требуется 4 электрона.

Таким образом, на аноде образуется:

\[\text{Количество хлора (Cl2) на аноде} = 0.1\,моль \times \frac{1\,моль\,Cl2}{4\,электрона} = 0.025\,моль\]

На катоде образуется:

\[\text{Количество водорода (H2) на катоде} = 0.1\,моль \times \frac{1\,моль\,H2}{4\,электрона} = 0.025\,моль\]

Чтобы найти объем этих продуктов, мы должны использовать уравнение состояния идеального газа, которое связывает количество вещества, давление и объем газа. Пусть \(V\) - объем газа, \(n\) - количество вещества и \(R\) - универсальная газовая постоянная. В данном случае, \(R\) равна 0.0821 л * атм / моль * К или 8.314 м^3 * Па / моль * К (если работаем в метрической системе единиц).

Тогда можем использовать следующее соотношение:

\[PV = nRT\]

где \(P\) - давление, \(T\) - температура в Кельвинах.

Пусть стандартное давление составляет 1 атмосферу (атм) и температура равняется комнатной температуре приблизительно 298 K.

Таким образом, мы можем выразить объемы хлора (Cl2) и водорода (H2) следующим образом:

\[\text{Объем хлора (Cl2)} = \frac{n({Cl2}) \times R \times T}{P} = \frac{0.025\,моль \times 22.414\,л/моль \times 298\,K}{1\,атм} \approx 1.33\,л\]

\[\text{Объем водорода (H2)} = \frac{n({H2}) \times R \times T}{P} = \frac{0.025\,моль \times 22.414\,л/моль \times 298\,K}{1\,атм} \approx 1.33\,л\]

Таким образом, объем хлора (Cl2) и водорода (H2), образующихся во время электролиза, составляет приблизительно 1.33 л.