Номер 6, страница 365 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 8. Металлы. Параграф 50. Щелочные металлы - номер 6, страница 365.

Условие.

6. Через расплав гидроксида лития в течение трёх часов пропускали постоянный электрический ток силой 10 кА. Рассчитайте массу металла, выделившегося на катоде, если массовая доля выхода в расчёте на пропущенное количество электричества составляет 95 %.

Решение.

Решение 2.

6. Дано
$t = 3 \text{ ч}$
$I = 10 \text{ кА}$
$\eta = 95 \%$
Электролит: расплав $LiOH$

Перевод в систему СИ:
$t = 3 \cdot 3600 \text{ с} = 10800 \text{ с}$
$I = 10 \cdot 1000 \text{ А} = 10000 \text{ А}$
$\eta = 95 / 100 = 0.95$

Найти:
$m(\text{Li}) - ?$

Решение

При электролизе расплава гидроксида лития ($LiOH$) на катоде (отрицательно заряженном электроде) происходит процесс восстановления катионов лития до металлического лития. Уравнение катодного процесса:

$Li^{+} + 1e^{-} \rightarrow Li^{0}$

Из уравнения видно, что для восстановления одного иона лития требуется один электрон, следовательно, число электронов, участвующих в процессе, $z=1$.

Массу вещества, выделившегося на электроде, можно рассчитать по объединённому закону Фарадея. Сначала найдём теоретически возможную массу лития ($m_{теор}$), которая могла бы выделиться при 100% выходе по току:

$m_{теор} = \frac{M \cdot I \cdot t}{z \cdot F}$

Здесь $\text{M}$ — молярная масса лития ($M(\text{Li}) \approx 6.94 \text{ г/моль} = 6.94 \cdot 10^{-3} \text{ кг/моль}$), $\text{I}$ — сила тока, $\text{t}$ — время электролиза, $\text{z}$ — число электронов, $\text{F}$ — постоянная Фарадея ($F \approx 96485 \text{ Кл/моль}$).

Так как практический выход продукта составляет 95%, то фактическая масса выделившегося лития ($m_{практ}$) будет равна:

$m_{практ} = m_{теор} \cdot \eta = \frac{M \cdot I \cdot t \cdot \eta}{z \cdot F}$

Подставим числовые значения в формулу:

$m(\text{Li}) = \frac{6.94 \cdot 10^{-3} \text{ кг/моль} \cdot 10000 \text{ А} \cdot 10800 \text{ с} \cdot 0.95}{1 \cdot 96485 \text{ Кл/моль}}$

Проведем вычисления:

$m(\text{Li}) = \frac{712044}{96485} \text{ кг} \approx 7.38 \text{ кг}$

Ответ: масса выделившегося на катоде металла (лития) составляет приблизительно 7.38 кг.