Вопрос школьника
Найдите объем водорода, который выделится при пропускании тока силой в 5 А в течение 3,5 ч через водный раствор серной кислоты. Напишите уравнения анодного и катодного процессов, а также суммарное уравнение электролиза раствора Н2SО4 с инертным анодом.
Ответ от учителя
Для решения данной задачи необходимо использовать закон Фарадея, который гласит, что количество вещества, выделившегося на электроде, пропорционально количеству электричества, прошедшего через раствор. Формула для расчета количества выделившегося водорода выглядит следующим образом:
n(H2) = Q / (2 * F)
где n(H2) — количество выделившегося водорода в молях, Q — количество электричества, прошедшего через раствор в кулонах, F — постоянная Фарадея (96485 Кл/моль).
Для расчета количества электричества необходимо умножить силу тока на время:
Q = I * t
где I — сила тока в амперах, t — время в секундах.
Таким образом, подставляя данные из условия задачи, получаем:
Q = 5 А * 3,5 ч * 3600 с/ч = 63000 Кл
n(H2) = 63000 Кл / (2 * 96485 Кл/моль) ≈ 0,326 моль
Для записи уравнений анодного и катодного процессов необходимо знать, какие ионы присутствуют в растворе. В случае серной кислоты раствор состоит из ионов H+ и SO42-. При электролизе водного раствора серной кислоты на катоде происходит редукция ионов водорода, а на аноде — окисление ионов сернокислого радикала (SO42-).
Уравнение катодного процесса:
2H+ + 2e- → H2↑
Уравнение анодного процесса:
2H2O → O2↑ + 4H+ + 4e-
Суммарное уравнение электролиза раствора Н2SО4 с инертным анодом:
2H2O + SO42- → O2↑ + 2H+ + SO42- + 2e-
2H+ + 2e- → H2↑
Итого:
2H2O → O2↑ + 2H2↑
Таким образом, при пропускании тока силой в 5 А в течение 3,5 ч через водный раствор серной кислоты выделится примерно 0,326 моль водорода.
