Номер 5, страница 324 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 68. Химические источники тока. Электролиз. Глава 6. Теоретическое описание химических реакций - номер 5, страница 324.

Условие.

5. Определите время, необходимое для осаждения на катоде 6,4 г меди при пропускании постоянного тока силой 5,36 А через водный раствор сульфата меди.

Решение.

Решение 2.

Дано:

Масса меди, $m = 6,4$ г
Сила тока, $I = 5,36$ А
Вещество: медь ($Cu$)

$m = 6,4 \cdot 10^{-3}$ кг
$I = 5,36$ А

Найти:

Время электролиза, $t$ — ?

Решение:

Для решения задачи воспользуемся объединенным законом Фарадея для электролиза, который связывает массу вещества, выделившегося на электроде, с силой тока и временем его прохождения.

Формула закона Фарадея:

$m = \frac{1}{F} \cdot \frac{M}{n} \cdot I \cdot t$

где:

• $m$ — масса выделившегося вещества (в данном случае меди), кг;
• $F$ — постоянная Фарадея, $F \approx 96500$ Кл/моль;
• $M$ — молярная масса вещества (для меди $M(Cu) \approx 64$ г/моль = $0,064$ кг/моль);
• $n$ — валентность ионов металла (число электронов, участвующих в реакции восстановления). В растворе сульфата меди ($CuSO_4$) медь находится в виде ионов $Cu^{2+}$, поэтому для восстановления одного иона меди до атома требуется 2 электрона ($Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu$). Следовательно, $n=2$;
• $I$ — сила тока, А;
• $t$ — время электролиза, с.

Выразим из этой формулы время $t$:

$t = \frac{m \cdot n \cdot F}{M \cdot I}$

Подставим известные значения в формулу. Для удобства расчетов можно использовать массу и молярную массу в граммах и г/моль, так как единицы измерения массы сократятся.

$t = \frac{6,4 \text{ г} \cdot 2 \cdot 96500 \text{ Кл/моль}}{64 \text{ г/моль} \cdot 5,36 \text{ А}}$

Выполним вычисления:

$t = \frac{1235200}{343,04} \text{ с} \approx 3600,75 \text{ с}$

Полученное значение очень близко к 3600 секундам, что составляет ровно 1 час. Округлим результат.

$t \approx 3600 \text{ с} = 1 \text{ час}$

Ответ: время, необходимое для осаждения 6,4 г меди, составляет 3600 с или 1 час.