Яку масу та об єм утвореного водню можна визначити, якщо через розчин сірчаної кислоти пропущено заряд 2.10° Кл? Умови

Для решения этой задачи нам понадобится знание закона Фарадея, который гласит, что количество вещества \(n\) в электролизе пропорционально количеству прошедших зарядов \(Q\) через раствор:

\[n = \frac{Q}{F}\]

где \(F\) - постоянная Фарадея, которая равна количеству зарядов, пропускающих через раствор один моль вещества. В данной задаче мы можем найти количество вещества водорода, который образуется при электролизе сірчаної кислоти.

Чтобы найти массу и объем образовавшегося водорода, нам понадобится использовать знание о связи между количеством вещества, массой и объемом газа. Формула, описывающая эту связь, известна как уравнение состояния идеального газа:

\[PV = nRT\]

где \(P\) - давление газа, \(V\) - его объем, \(n\) - количество вещества газа, \(R\) - универсальная газовая постоянная, \(T\) - температура в кельвинах.

Для начала найдем количество вещества водорода, используя закон Фарадея.

У нас имеется заряд \(Q = 2.10^{-2}\) Кл и нам известно, что количеству вещества \(n\) пропорционально заряду, то есть

\[n = \frac{Q}{F}\]

Постоянная Фарадея \(F\) равна \(96,485\) Кл/моль (заряд, пропущенный через раствор одного моля вещества). Подставим значения в формулу:

\[n = \frac{2.10^{-2}}{96,485}\]

Вычислим эту величину:

\[n \approx 2.071 \times 10^{-4} \ моль\]

Теперь, зная количество вещества, можем расчитать массу и объем образовавшегося водорода.

Масса водорода \(m\) связана с количеством вещества \(n\) следующим образом:

\[m = n \cdot M\]

где \(M\) - молярная масса вещества (масса одного моля вещества).

Молярная масса водорода \(M\) равна \(1,008\) г/моль. Подставим значения в формулу:

\[m = 2.071 \times 10^{-4} \cdot 1,008\]

Вычислим эту величину:

\[m \approx 2.086 \times 10^{-4} \ г\]

Теперь можем найти объем водорода \(V\), используя уравнение состояния идеального газа.

У нас имеется давление \(P = 10^{5}\) Па, температура \(T = -273\) К и количество вещества \(n\), которое мы рассчитали ранее. Значение универсальной газовой постоянной \(R\) равно \(0,0821\) л ⋅ атм / (моль ⋅ К) (это значение подходит для наших величин в единицах Па, моль и К).

Подставим значения в уравнение состояния идеального газа:

\[PV = nRT\]

\[V = \frac{nRT}{P}\]

Подставим значения:

\[V = \frac{2.071 \times 10^{-4} \cdot 0,0821 \cdot (-273)}{10^{5}}\]

Вычислим эту величину:

\[V \approx -4.77 \times 10^{-4} \ л\]

Таким образом, мы получаем, что масса образовавшегося водорода составляет примерно \(2.086 \times 10^{-4}\) г, а объем примерно \(-4.77 \times 10^{-4}\) л.

Важно отметить, что отрицательное значение объема говорит о том, что водород образуется внутри раствора и сжимается под действием давления среды. Также следует помнить, что в данной задаче использованы нормальные условия (температура -273 К, давление 10^5 Па) для вычислений.