Сколько времени потребуется для полного удаления ионов ртути из водного раствора силой постоянного электрического тока

Timofey

66

Для решения этой задачи нам необходимо знать немного о электролизе и применении закона Фарадея.

Электролиз - это процесс разложения химических соединений под действием электрического тока. В данной задаче раствор нитрата ртути будет подвергаться электролизу.

Для расчета времени, требуемого для полного удаления ионов ртути из раствора, мы можем использовать закон Фарадея, который гласит, что количество вещества, разложенного или образованного на электроде, пропорционально количеству электричества, прошедшему через электролит.

Известно, что электрический ток равен 1 амперу, а раствор содержит 0,2 моля соли нитрата ртути. Молярная масса Hg(NO3)2 равна 324 г/моль.

Сначала определим количество электролита, которое нужно разложить. Используя соотношение между количеством вещества, молярной массой и молями, найдем массу ртути:

$$m=n\cdot M$$
$$m=0,2моль\times 324г/моль$$
$$m=64,8г$$

Теперь найдем количество заряда, необходимое для разложения этого количества ртути. Для этого воспользуемся уравнением Фарадея:

$$Q=I\cdot t$$
$$t=\frac{Q}{I}$$

Где Q - количество электричества (в количестве зарядов), I - сила тока (в амперах), t - время (в секундах).

Поскольку в задаче дана сила тока в амперах, нам нужно еще выразить количество электричества в зарядах. Так как электрическое заряд равно 1 количеству элементарных зарядов (1з), нам нужно знать число Авогадро (NА), которое равно 6,022 × 10^23 зарядов на моль.

Найдем количество зарядов, используя соотношение:

$$Q=n\cdot N_A$$
$$Q=0,2моль\times 6,022\times {10}^{2}3зарядов/моль$$
$$Q=1,2044\times {10}^{2}3зарядов$$

Теперь мы можем найти время, используя уравнение Фарадея:

$$t=\frac{Q}{I}$$
$$t=\frac{1,2044\times {10}^{2}3зарядов}{1ампер}$$
$$t=1,2044\times {10}^{2}3секунд$$

Ответ: Для полного удаления ионов ртути из раствора требуется примерно 1,2044 x 10^23 секунды.

Теперь перейдем ко второй части задачи: определению вещества и его количества, образующегося на неактивном аноде.

Неактивным анодом в электролизе называется анод, на котором не происходят химические реакции. В данном случае ртути на электроде не образуется, поэтому вещество, образующееся на неактивном аноде, будет зависеть от присутствующих в растворе ионов.

Учитывая, что в растворе присутствует ион нитрата ($N{O}_3^{-}$), при электролизе на неактивном аноде будет образовываться молекулярный кислород ($O_2$):

$$4O{H}^{-}\to 2H_{2}O+O_2+4e^{-}$$

Таким образом, на неактивном аноде образуется молекулярный кислород в количестве, соответствующем 4-кратному избытку ионов $O{H}^{-}$.

Но чтобы определить количественное значение, нам нужно знать концентрацию ионов $O{H}^{-}$ в растворе нитрата ртути. Пожалуйста, уточните, если вам известна эта информация, и я смогу продолжить расчет.