Расчёт объёма газа при электролизе
Объём газа при электролизе находят по электрическому заряду, прошедшему через раствор, и числу электронов, необходимому для образования одной молекулы газа. Сначала вычисляют количество вещества газа по законам Фарадея, затем переводят его в объём.
Основная формула
По электрическому заряду находят количество электронов: \(n(e^-)=\frac{Q}{F}\). Если для образования одной молекулы газа по уравнению электродного процесса требуется \(z\) электронов, то количество газа равно \(n(газа)=\frac{Q}{zF}\). Объём рассчитывают по молярному объёму при указанных условиях.
Здесь \(Q=It\) — заряд, \(F\approx96500\ \mathrm{Кл/моль}\) — постоянная Фарадея, \(z\) — число электронов на одну молекулу газа, а \(V_m\) — молярный объём газа. При нормальных условиях обычно используют \(V_m=22{,}4\ \mathrm{л/моль}\).
Через воду прошёл заряд \(Q=96500\ \mathrm{Кл}\). На катоде протекает процесс \(2H_2O+2e^-\rightarrow H_2+2OH^-\). Для одной молекулы \(H_2\) требуется \(z=2\) электрона. Тогда \(n(H_2)=\frac{96500}{2\cdot96500}=0{,}5\ \mathrm{моль}\), а при нормальных условиях \(V(H_2)=0{,}5\cdot22{,}4=11{,}2\ \mathrm{л}\).
Число электронов \(z\) берут из уравнения электродного процесса, а не из суммарного уравнения электролиза. Кроме того, объём одного газа не равен автоматически объёму газовой смеси: для смеси нужно отдельно рассчитать количество каждого газа и сложить их объёмы при одинаковых условиях.
Какой объём газа при нормальных условиях выделится при прохождении заряда \(2F\), если на образование одной молекулы газа требуется 2 электрона?
Главное
- Запишите уравнение процесса на нужном электроде и определите \(z\).
- Используйте формулу \(V=\frac{Q V_m}{zF}\), где \(Q=It\).
- Учитывайте условия измерения объёма и различайте объём отдельного газа и смеси.