Які будуть маса та об єм утвореного водню після проходження через розчин сірчаної кислоти зарядом 2 · 105 Кл? Вважайте

Щоб вирішити цю задачу, ми можемо скористатися законом Фарадея, який говорить про те, що кількість речовини, утвореної в результаті електролізу, прямо пропорційна заряду, що пройшов через розчин. За законом Фарадея, кількість речовини $n$, що утворюється на електроді, залежить від заряду $Q$ через співвідношення:

$$n=\frac{Q}{F}(1)$$

де $F$ - це Фарадей, стала, яка дорівнює $96500$ Кл/моль.

Так як ми шукаємо масу та об"єм утвореного водню, покажемо, що водень $H_2$ утворюється в результаті електролізу води, за реакцією:

$$2H_{2}O\to 2H_2+O_2$$

Таким чином, для водню $H_2$ ми можемо використати молярну масу $M$, яка дорівнює $2$ г/моль.

Тому ми можемо записати рівняння для маси $m$ водню, який утворюється:

$$m=n\cdot M(2)$$

Застосувавши рівняння (1) та (2), ми отримуємо:

$$m=\frac{Q\cdot M}{F}(3)$$

Тепер, щоб знайти об"єм $V$ водню, ми можемо скористатися співвідношеннями, які пов"язують об"єм газу з його молярним об"ємом $V_m$ та кількістю речовини $n$:

$$V=n\cdot V_m(4)$$

Стандартні умови використовуються для вимірювання газів і вони включають температуру 273 К і тиск 105 Па. Тому нашою метою є розрахунок $V_m$ з використанням ідеального газового закону:

$$V_m=\frac{R\cdot T}{P}(5)$$

де $R$ - це універсальна газова стала, яка дорівнює $8,314$ Дж/(моль·К), $T$ - температура в Кельвінах та $P$ - тиск в Паскалях.

Тепер ми можемо підставити значення $V_m$ з рівняння (5) у рівняння (4) і отримати:

$$V=n\cdot \left(\frac{R\cdot T}{P}\right)(6)$$

Підставивши значення $n$ з рівняння (1) у (6), отримуємо:

$$V=\left(\frac{Q\cdot M}{F}\right)\cdot \left(\frac{R\cdot T}{P}\right)(7)$$

Тепер, зазначивши всі необхідні значення, підставимо їх у рівняння (3) та (7) для розрахунку маси $m$ та об"єму $V$.