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:

\[ n = \frac{Q}{F} \quad (1) \]

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:

\[ 2H_2O \rightarrow 2H_2 + O_2 \]

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:

\[ m = n \cdot M \quad (2) \]

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

\[ m = \frac{Q \cdot M}{F} \quad (3) \]

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 \( n \):

\[ V = n \cdot V_m \quad (4) \]

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:

\[ V_m = \frac{R \cdot T}{P} \quad (5) \]

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:

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

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

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

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