Какой будет масса (в граммах) образовавшегося гидроксида лития при электролизе водного раствора хлорида лития

Strekoza

38

Для решения этой задачи нам понадобится некоторые физико-химические знания и уравнения реакций. Перед тем как начать решение, давайте определимся с данными и известными нам фактами:

1. Водный раствор хлорида лития, LiCl, разлагается на ионы Li+ и Cl- при электролизе.
2. При электролизе на аноде происходит окисление, в результате чего выделяется газ. В данной задаче этот газ не указан, но мы можем предположить, что это будет кислород \(O_2\).
3. Мы используем инертные электроды, что значит, что электроды не будут реагировать с раствором или друг с другом.

Теперь давайте приступим к решению.

1. Запишем необходимые уравнения реакций.

Реакция на аноде (окисление): 2Cl- → Cl2 + 2e-

2. Определим количество вещества газа, выделившегося на аноде, используя уравнение состояния идеального газа \(PV = nRT\).

Объем газа, выделившегося на аноде, составляет 10,08 л при нормальных условиях (н.у.). При нормальных условиях температура равна 273 К, а давление равно 1 атмосфере.

n = V / V_m,
где V - объем газа, V_m - молярный объем газа при нормальных условиях (н.у.).

Молярный объем газа при нормальных условиях (н.у.) составляет 22,4 л/моль.

Подставив данные и решив уравнение, получим:
n = 10,08 л / 22,4 л/моль ≈ 0,45 моль газа

3. Теперь использовав уравнение реакции на аноде, определим количество переданных электрических зарядов.

Из уравнения реакции на аноде мы знаем, что каждая молекула Cl2 получается при окислении двух ионов Cl-. То есть, двойной заряд на одну молекулу Cl2.
Следовательно, число кулонов, прошедших через анод, будет равно удвоенному количеству электронов, соответствующему количеству молекул Cl2, т.е. количество молекул Cl2 умноженное на 2.

Так как один моль газа содержит \(N_A\) (число Авогадро) молекул, мы можем определить количество молекул Cl2 следующим образом:

N_Cl2 = n * \(N_A\) = 0,45 моль * \(N_A\) ≈ 0,45 * 6,022 * 10^23 молекул Cl2

Так как каждая молекула Cl2 образуется при окислении 2-х ионов Cl-, число ионов Cl- будет равно удвоенному количеству молекул Cl2, таким образом:

N_Cl = 2 * N_Cl2 = 2 * 0,45 * 6,022 * 10^23 ионов Cl-

4. Теперь, используя уравнение реакции химического соединения, определим количество ионов Li+, которые приняли участие в реакции.

Так как хлорид лития, LiCl, имеет формулу LiCl, мы можем сделать вывод, что каждый ион Li+ будет образован при аналогичном количестве ионов Cl- в растворе. Следовательно, число ионов Li+ будет таким же, как и число ионов Cl-. Мы предварительно определили число ионов Cl- как 2 * N_Cl, таким образом:

N_Li = 2 * N_Cl ≈ 2 * 0,45 * 6,022 * 10^23 ионов Li+

5. Используя атомные массы элементов (молярные массы), определим массу образовавшегося гидроксида лития.

Молярная масса Li = 6,941 г/моль, а молярная масса H = 1,008 г/моль, и О = 16,00 г/моль.

Масса одного иона Li+ в гидроксиде лития (LiOH) будет равна массе атома Li.
Масса одной молекулы LiOH будет равна сумме масс атома Li, атома H и атома O.

Масса одного иона Li+ в гидроксиде лития: m_Li+ = 6,941 г/моль

Масса одной молекулы LiOH = массе атома Li + массе атома O + массе атома H:
m_LiOH = 6,941 г/моль + 16,00 г/моль + 1,008 г/моль ≈ 23,949 г/моль

Теперь, зная число ионов Li+ (N_Li) и массу одной молекулы LiOH (m_LiOH), мы можем определить массу образовавшегося гидроксида лития следующим образом:

Масса гидроксида лития = N_Li * m_LiOH

Подставив значения, получим:

Масса гидроксида лития = 2 * 0,45 * 6,022 * 10^23 * 23,949 г/моль