Вопрос школьника
При электролизе раствора хлорида меди (II) масса катода увеличилась на 8 г. Какой газ выделился и каковы его масса и объем (н.у.)?
Ответ от учителя
При электролизе раствора хлорида меди (II) на катоде происходит редукция ионов меди (II) до меди металла:
Cu2+ + 2e- → Cu
При этом на катоде происходит увеличение массы, так как медь металл осаждается на поверхности катода.
Одновременно на аноде происходит окисление ионов хлорида до молекулярного хлора:
2Cl- → Cl2 + 2e-
Таким образом, выделившийся газ — это хлор. Его масса можно определить по закону пропорций:
m(Cl2) / m(Cu) = M(Cl2) / M(Cu)
где m(Cl2) — масса хлора, выделившегося при электролизе, m(Cu) — масса меди, осадившейся на катоде, M(Cl2) — молярная масса хлора, M(Cu) — молярная масса меди.
Молярная масса хлора равна 70,9 г/моль, молярная масса меди — 63,5 г/моль. Подставляя данные в формулу, получаем:
m(Cl2) = m(Cu) × M(Cl2) / M(Cu) = 8 г × 70,9 г/моль / 63,5 г/моль ≈ 8,95 г
Таким образом, масса выделившегося хлора составляет около 8,95 г.
Чтобы определить объем выделившегося газа, можно воспользоваться уравнением состояния идеального газа:
PV = nRT
где P — давление газа, V — его объем, n — количество вещества газа, R — универсальная газовая постоянная, T — температура газа.
При нормальных условиях (н.у.) давление газа равно 1 атм, температура — 273 К, количество вещества можно определить по массе хлора и его молярной массе:
n(Cl2) = m(Cl2) / M(Cl2) = 8,95 г / 70,9 г/моль ≈ 0,126 моль
Подставляя данные в уравнение состояния идеального газа, получаем:
V = nRT / P = 0,126 моль × 0,0821 л·атм/моль·К × 273 К / 1 атм ≈ 2,8 л
Таким образом, объем выделившегося хлора при н.у. составляет около 2,8 л.
