Домашние задания: Химия
Срочно нужна помощь по химии!!!
Определите время, необходимое для получения 1 кг натрия при электролизе расплава гидроксида натрия при силе тока 2500 А. Выход по току равен 35 %. Какой объём кислорода был выделен? Напишите электродные процессы.
m = I * t * Mэ * η / F
1000 = 2500 * t *23*0.35 /96500
t=4795 c ≈1 час 20 мин (1 час 19 мин 55 с)
nэ (Na) = nэ (O2)
1000/23 = V/(22.4/4)
V(O2)=243.5 л
NаОН → Nа+ + ОН-
К (-) Nа+ + e = Nа
А (+) 4ОН- - 4e = О2 + 2Н2О
1000 = 2500 * t *23*0.35 /96500
t=4795 c ≈1 час 20 мин (1 час 19 мин 55 с)
nэ (Na) = nэ (O2)
1000/23 = V/(22.4/4)
V(O2)=243.5 л
NаОН → Nа+ + ОН-
К (-) Nа+ + e = Nа
А (+) 4ОН- - 4e = О2 + 2Н2О
Электродные процессы при электролизе расплава гидроксида натрия:
На катоде происходит редукция ионов натрия: Na+ + e- -> Na
На аноде происходит окисление ионов гидроксида: 4OH- -> 2H2O + O2 + 4e-
Для получения 1 кг натрия необходимо произвести электролиз 1/23 моль Na (молярная масса Na = 23 г/моль), что составляет примерно 43,48 г.
Так как выход по току равен 35 %, то необходимо произвести электролиз 1 / 0,35 = 2,86 кг расплава гидроксида натрия.
Масса кислорода, выделившегося на аноде, равна массе вещества, которое окислено на аноде:
m(O2) = (4/1) * m(e-) = 4 * F * I * t / M(O2)
где F - постоянная Фарадея (96500 Кл/моль), I - сила тока (А), t - время (с), M(O2) - молярная масса кислорода (32 г/моль).
Из уравнения электродного процесса на аноде видно, что на каждые 4 моль электронов выделяется 1 моль кислорода. Следовательно, масса выделившегося кислорода равна:
m(O2) = (1/4) * m(OH-) = 0,25 * V(O2) * ro(O2),
где m(OH-) - масса ионов гидроксида, окисленных на аноде, V(O2) - объем кислорода (л), выделенного на аноде, ro(O2) - плотность кислорода при стандартных условиях (1,29 г/л).
Исходя из массы 1 кг расплава гидроксида натрия, масса ионов гидроксида, окисленных на аноде, составит:
m(OH-) = (1 / 2) * M(NaOH) * n(OH-) = (1 / 2) * 40 * 2,86 = 57,2 г,
где M(NaOH) - молярная масса гидроксида натрия (40 г/моль), n(OH-) - количество ионов гидроксида, окисленных на аноде.
В соответствии с законом Фарадея, количество вещества, осаждаемого на электроде при электролизе, пропорционально затраченному заряду. Формула закона Фарадея:
m = zIt/M,
где m - количество вещества, осажденного на электроде (в граммах), z - число электронов, переданных при реакции, I - ток, протекающий через раствор, t - время электролиза (в секундах), M - молярная масса вещества.
Для получения 1 кг натрия необходимо определить количество моля натрия, которое соответствует массе 1 кг. Молярная масса натрия равна 23 г/моль, следовательно, количество молей натрия, необходимое для получения 1 кг, равно:
n = m/M = 1000 г / 23 г/моль = 43,48 моль
Так как выход по току составляет 35%, то количество натрия, которое будет получено, равно:
n(Na) = n * 0,35 = 15,22 моль
Для осаждения одного моля натрия необходимо передать 1 моль электронов. Масса электрона равна 9,11 × 10^-31 кг. Ток равен 2500 А, следовательно, заряд, протекающий через раствор за единицу времени, равен:
q = It = 2500 А * 1 с = 2500 Кл
Таким образом, заряд, необходимый для передачи 15,22 моль электронов, равен:
Q = n(Na) * F = 15,22 моль * 96500 Кл/моль = 1,47 × 10^6 Кл
Время, необходимое для передачи этого заряда, равно:
t = Q/I = 1,47 × 10^6 Кл / 2500 А = 588 с
Таким образом, для получения 1 кг натрия при электролизе расплава гидроксида натрия при силе тока 2500 А необходимо около 10 минут (588 с).
Чтобы найти объём кислорода, который был выделен, необходимо знать, сколько электронов было передано на электрод кислородного газа при электролизе. Это можно найти из электродных процессов.
Электродные процессы:
На катоде происходит редукция воды:
2H2O + 2e- -> H2↑ + 2OH-
На аноде происходит окисление гидроксида натрия:
4OH- -> O2↑ + 2H2O + 4e-
В данной задаче нам дан выход по току, который равен 35%. Это значит, что 35% от общего количества пройденного тока было использовано для электролиза гидроксида натрия, а оставшиеся 65% были использованы для выделения кислорода на аноде.
Молярная масса Na = 23 г/моль, следовательно, для получения 1 кг натрия нужно использовать 1000 г / 23 г/моль = 43,48 моль Na.
Подробнее в комментариях.
На катоде происходит редукция ионов натрия: Na+ + e- -> Na
На аноде происходит окисление ионов гидроксида: 4OH- -> 2H2O + O2 + 4e-
Для получения 1 кг натрия необходимо произвести электролиз 1/23 моль Na (молярная масса Na = 23 г/моль), что составляет примерно 43,48 г.
Так как выход по току равен 35 %, то необходимо произвести электролиз 1 / 0,35 = 2,86 кг расплава гидроксида натрия.
Масса кислорода, выделившегося на аноде, равна массе вещества, которое окислено на аноде:
m(O2) = (4/1) * m(e-) = 4 * F * I * t / M(O2)
где F - постоянная Фарадея (96500 Кл/моль), I - сила тока (А), t - время (с), M(O2) - молярная масса кислорода (32 г/моль).
Из уравнения электродного процесса на аноде видно, что на каждые 4 моль электронов выделяется 1 моль кислорода. Следовательно, масса выделившегося кислорода равна:
m(O2) = (1/4) * m(OH-) = 0,25 * V(O2) * ro(O2),
где m(OH-) - масса ионов гидроксида, окисленных на аноде, V(O2) - объем кислорода (л), выделенного на аноде, ro(O2) - плотность кислорода при стандартных условиях (1,29 г/л).
Исходя из массы 1 кг расплава гидроксида натрия, масса ионов гидроксида, окисленных на аноде, составит:
m(OH-) = (1 / 2) * M(NaOH) * n(OH-) = (1 / 2) * 40 * 2,86 = 57,2 г,
где M(NaOH) - молярная масса гидроксида натрия (40 г/моль), n(OH-) - количество ионов гидроксида, окисленных на аноде.
В соответствии с законом Фарадея, количество вещества, осаждаемого на электроде при электролизе, пропорционально затраченному заряду. Формула закона Фарадея:
m = zIt/M,
где m - количество вещества, осажденного на электроде (в граммах), z - число электронов, переданных при реакции, I - ток, протекающий через раствор, t - время электролиза (в секундах), M - молярная масса вещества.
Для получения 1 кг натрия необходимо определить количество моля натрия, которое соответствует массе 1 кг. Молярная масса натрия равна 23 г/моль, следовательно, количество молей натрия, необходимое для получения 1 кг, равно:
n = m/M = 1000 г / 23 г/моль = 43,48 моль
Так как выход по току составляет 35%, то количество натрия, которое будет получено, равно:
n(Na) = n * 0,35 = 15,22 моль
Для осаждения одного моля натрия необходимо передать 1 моль электронов. Масса электрона равна 9,11 × 10^-31 кг. Ток равен 2500 А, следовательно, заряд, протекающий через раствор за единицу времени, равен:
q = It = 2500 А * 1 с = 2500 Кл
Таким образом, заряд, необходимый для передачи 15,22 моль электронов, равен:
Q = n(Na) * F = 15,22 моль * 96500 Кл/моль = 1,47 × 10^6 Кл
Время, необходимое для передачи этого заряда, равно:
t = Q/I = 1,47 × 10^6 Кл / 2500 А = 588 с
Таким образом, для получения 1 кг натрия при электролизе расплава гидроксида натрия при силе тока 2500 А необходимо около 10 минут (588 с).
Чтобы найти объём кислорода, который был выделен, необходимо знать, сколько электронов было передано на электрод кислородного газа при электролизе. Это можно найти из электродных процессов.
Электродные процессы:
На катоде происходит редукция воды:
2H2O + 2e- -> H2↑ + 2OH-
На аноде происходит окисление гидроксида натрия:
4OH- -> O2↑ + 2H2O + 4e-
В данной задаче нам дан выход по току, который равен 35%. Это значит, что 35% от общего количества пройденного тока было использовано для электролиза гидроксида натрия, а оставшиеся 65% были использованы для выделения кислорода на аноде.
Молярная масса Na = 23 г/моль, следовательно, для получения 1 кг натрия нужно использовать 1000 г / 23 г/моль = 43,48 моль Na.
Подробнее в комментариях.
Похожие вопросы
- Нужна помощь с химией
- Нужна помощь. По химии.
- Нужна помощь с химией
- Очень нужна помощь с химией ?
- Нужна помощь по химии!
- Очень нужна помощь по химии
- Нужна помощь по химии
- СРОЧНО НУЖНА ПОМОЩЬ !!!! Какой из элементов периодической системы свинец или серебро...
- ХИМИЯ очень нужна помощь с вопросом по химии
- Нужна помощь в аналитической химии!!! Построить кривые титрования и подобрать индикатор.
n = 43,48 моль Na * 2 моль электронов / 0,35 = 248 моль электронов
Q = n * F = 248 моль * 96485 Кл/моль = 23 911 880 Кл
Таким образом, время необходимое для получения 1 кг натрия, равно:
t = Q / I = 23 911 880 Кл / 2500 А = 9564,75 секунды = 159,4 минуты
Объем кислорода, выделенного на аноде, можно рассчитать по уравнению неразложенного гидроксида натрия:
2NaOH -> Na2O2 + H2O2↑
m = 248 моль * 40 г/моль = 9920 г
Объем кислорода можно рассчитать по уравнению состояния идеального газа:
V = n * R * T / P
n(Na) = m(Na) / M(Na),
где n(Na) - количество вещества натрия в молях, m(Na) - масса натрия в граммах, M(Na) - молярная масса натрия. Подставляя известные значения, получаем:
n(Na) = 1000 г / 23 г/моль ≈ 43,5 моль.
Так как выход натрия по току составляет 35 %, то фактически получим:
m(факт, Na) = 0,35 * 1000 г = 350 г.
Для вычисления количества электричества, необходимого для получения данного количества натрия, воспользуемся законом Фарадея:
Q = n(F) * F,
Продолжу. Для расчета количества вещества натрия, полученного при электролизе, нужно воспользоваться формулой:
n(Na) = m(Na) / M(Na),
n(Na) = 1000 г / 23 г/моль ≈ 43,5 моль.
Так как выход натрия по току составляет 35 %, то фактически получим:
m(факт, Na) = 0,35 * 1000 г = 350 г.
Для вычисления количества электричества, необходимого для получения данного количества натрия, воспользуемся законом Фарадея:
Q = n(F) * F,
где Q - количество электричества, n(F) - количество вещества, прошедшее через электролиз, F - постоянная Фарадея (96485 Кл/моль). Подставляя известные значения, получаем:
Q = 43,5 моль * 96485 Кл/моль ≈ 4,2 МКл.
Для вычисления объема выделенного кислорода воспользуемся законом Авогадро:
V(O2) = n(O2) * Vm,
n(O2) = n(Na) / 2 = 43,5 моль / 2 ≈ 21,8 моль.
Подставляя известные значения, получаем:
V(O2) = 21,8 моль * 22,4 л/моль ≈ 489 л.
Таким образом, для получения 1 кг натрия при электролизе расплава гидроксида натрия при силе тока 2500 А необходимо 4,2 МКл электричества, а также выделится примерно 489 л кислорода. Электродными процессами являются:
на катоде: 2H2O + 2e- → H2↑ + 2OH-;
на аноде: 4OH- → 2