Вопрос школьника
При электролизе расплава оксида алюминия на инертном аноде выделилось 100,8 л (в пересчёте на н. у.) газа. Сколько граммов металла образовалось на катоде?
Ответ от учителя
При электролизе расплава оксида алюминия на катоде происходит редукция алюминия из ионной формы в металлическую. При этом на аноде происходит окисление кислорода из оксида алюминия, который выделяется в виде газа.
Из условия задачи известно, что выделилось 100,8 л газа при нормальных условиях (н. у.), то есть при температуре 0 °C и давлении 101,325 кПа. При этом объем газа можно перевести в моль, используя уравнение состояния идеального газа:
V = nRT/P
где V — объем газа, n — количество молей газа, R — универсальная газовая постоянная, T — температура газа в Кельвинах, P — давление газа.
Подставляя известные значения, получаем:
n = PV/RT = (101325 Па) * (100,8 л) / (8,31 Дж/(моль·К) * 273 К) ≈ 4,1 моль
Таким образом, выделилось 4,1 моль кислорода при электролизе.
Далее, используя уравнение неравновесной электродной реакции для катода, можно определить количество металла, образовавшегося на катоде:
Al3+ + 3e- → Al
При этом на каждый моль алюминия, полученного на катоде, требуется 3 моля электронов. Таким образом, количество молей алюминия, образовавшегося на катоде, равно количеству молей электронов, протекших через электролит:
n(Al) = n(e-) = 4,1 моль
Наконец, используя молярную массу алюминия (27 г/моль), можно определить массу металла, образовавшегося на катоде:
m(Al) = n(Al) * M(Al) = 4,1 моль * 27 г/моль ≈ 111 г
Таким образом, на катоде образовалось около 111 г металла алюминия.
