Скільки енергії необхідно уитратити на отримання 2 г міді з використанням електролізу розчину CuSO4 на установці

Для решения данной задачи вам необходимо использовать формулу для расчета затрат энергии на электролиз, которая выглядит следующим образом:

\(E = \frac{{m \cdot V \cdot Q}}{{k \cdot 100}}\),

где \(E\) - затраты энергии (в джоулях),
\(m\) - масса получаемого вещества (в граммах),
\(V\) - эквивалент молярного водорода (в литрах),
\(Q\) - количество электричества (в кулонах),
\(k\) - коэффициент перевода джоулей в работу (обычно равен 96 500 Дж/кулон).

Дано:
масса меди, \(m = 2\) г,
КПД установки, \(k = 60\%\) (или 0,6).

Мы также должны знать, что масса меди связана с эквивалентом молярного водорода следующим образом:

\(m = M \cdot n\),

где \(M\) - молярная масса меди (63,55 г/моль),
\(n\) - количество молей меди.

При электролизе раствора CuSO4 потребуется 2 моля электрона на 1 моль меди. Следовательно, количество электричества, \(Q\), связанное с количеством меди, можно рассчитать по формуле:

\(Q = 2 \cdot n \cdot F\),

где \(F\) - постоянная Фарадея (96 485 Кл/моль).

Теперь, имея все необходимые формулы, давайте решим задачу.

1. Найдем количество молей меди (\(n\)):
\(n = \frac{{m}}{{M}} = \frac{{2}}{{63,55}} \approx 0,0315\) моль.

2. Рассчитаем количество электричества (\(Q\)):
\(Q = 2 \cdot n \cdot F = 2 \cdot 0,0315 \cdot 96 485 \approx 6 088,52\) Кл.

3. Теперь мы можем рассчитать затраты энергии (\(E\)):
\(E = \frac{{m \cdot V \cdot Q}}{{k \cdot 100}} = \frac{{2 \cdot 22,4 \cdot 6 088,52}}{{0,6}} \approx 242 106,8\) Дж.

Таким образом, для получения 2 г меди при использовании электролиза раствора CuSO4 на установке с КПД 60% при напряжении \(V = 22,4\) литров, потребуется примерно 242 106,8 Дж энергии.