Номер 6, страница 324 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

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

Условие.

6. Через расплавленный оксид алюминия пропускали постоянный ток силой 16 А в течение 3 ч. Вычислите массу алюминия, выделившегося на катоде.

Решение.

Решение 2.

Дано

Сила тока $I = 16$ А
Время $t = 3$ ч
Вещество - расплавленный оксид алюминия ($Al_2O_3$)

Перевод в систему СИ:
$t = 3 \text{ ч} = 3 \times 3600 \text{ с} = 10800 \text{ с}$

Найти:

Массу алюминия, выделившегося на катоде, $m$ - ?

Решение

При электролизе расплавленного оксида алюминия ($Al_2O_3$) на катоде (отрицательном электроде) происходит процесс восстановления ионов алюминия. Уравнение катодной реакции выглядит следующим образом:
$Al^{3+} + 3e^- \rightarrow Al$
Из этого уравнения следует, что для получения одного атома металлического алюминия необходимо три электрона. Следовательно, валентность (или число электронов, участвующих в процессе для одного иона) алюминия $n = 3$.

Для вычисления массы вещества, выделившегося на электроде в процессе электролиза, используется объединенный закон Фарадея:
$m = \frac{M \cdot I \cdot t}{n \cdot F}$
где:
$m$ – масса выделившегося вещества (в кг),
$M$ – молярная масса вещества (для алюминия $M(Al) \approx 0.027$ кг/моль),
$I$ – сила тока (в А),
$t$ – время электролиза (в с),
$n$ – число электронов, переносимых для образования одной частицы вещества (валентность),
$F$ – постоянная Фарадея, равная примерно $96485$ Кл/моль.

Подставим все известные значения в формулу для расчета массы алюминия:

$m = \frac{0.027 \text{ кг/моль} \cdot 16 \text{ А} \cdot 10800 \text{ с}}{3 \cdot 96485 \text{ Кл/моль}}$

Проведем вычисления:

$m = \frac{4665.6}{289455} \approx 0.016118 \text{ кг}$

Для удобства переведем полученное значение в граммы (1 кг = 1000 г):

$m \approx 0.016118 \cdot 1000 \approx 16.12 \text{ г}$

Ответ: масса выделившегося на катоде алюминия составляет примерно $16.12$ г.