Сколько времени потребуется для получения 1 кг металлического натрия при применении электролиза расплава гидроксида

Кедр

1

Чтобы решить эту задачу, мы должны знать значение электрического заряда и его связь с количеством вещества, а также провести несколько расчетов.

Для начала, нам нужно найти количество вещества металлического натрия, которое будет получено при электролизе. Мы можем использовать закон Фарадея, который гласит, что количество вещества, выделившегося или накопившегося на электроде, пропорционально количеству заряда, прошедшего через раствор.

Используя формулу для количества вещества \(n\), связанную с зарядом \(Q\) и количеством электронов \(N\), у нас получается следующее:

\[n = \frac{Q}{N}\]

Значение \(N\) можно найти, зная наличие электронов в одном моле вещества. Для этого мы используем постоянную Авогадро \(N_A\), которая равна приблизительно \(6.022 \times 10^{23}\) частиц вещества в одном моле.

Теперь мы можем произвести расчеты. Начнем с вычисления количества заряда, прошедшего через раствор. Мы знаем силу тока \(I\), равную 2500 ампер, и время, которое проходит для накопления 1 кг вещества (это наша искомая величина), пусть это будет \(t\).

Заряд \(Q\) рассчитывается как произведение силы тока и времени:

\[Q = I \cdot t\]

Теперь мы можем найти количество вещества \(n\) по формуле, которую я указал ранее:

\[n = \frac{Q}{N}\]

Мы знаем, что металлический натрий имеет атомную массу приблизительно 23 г/моль. Таким образом, масса 1 кг металлического натрия равняется 1000 г.

Для того чтобы найти объем газа, сформировавшегося на аноде, нам нужно знать стехиометрический коэффициент между электролизом гидроксида натрия и образованием газа.

Исходя из уравнения реакции электролиза гидроксида натрия:
\[2NaOH \rightarrow 2Na + H2O + \frac{1}{2}O2\]
мы видим, что 1 моль газа образуется на 2 моль натрия.

Теперь, с помощью этих данных, мы можем решить задачу. Давайте произведем все необходимые вычисления.

1. Рассчитаем количество заряда \(Q\):
\(Q = I \cdot t\)
\(Q = 2500 \, \text{А} \cdot t\)

2. Найдем количество электронов \(N\), зная постоянную Авогадро \(N_A\):
\(N = N_A \cdot \text{количество частиц в одном моле вещества}\)

3. Теперь можем найти количество вещества \(n\):
\(n = \frac{Q}{N}\)

4. Расчитаем количество моль металлического натрия, зная его молярную массу:
\(\text{количество молей} = \frac{\text{масса}}{\text{молярная масса}}\)

5. Найдем объем газа, сформировавшегося на аноде. Зная, что на 2 моль натрия образуется 1 моль газа, можно воспользоваться следующим соотношением:
\(\text{объем газа} = \text{количество молей} \cdot \text{стехиометрический коэффициент}\)

После проведения всех этих вычислений, вы сможете получить подробный и обстоятельный ответ на задачу "Сколько времени потребуется для получения 1 кг металлического натрия при применении электролиза расплава гидроксида натрия при силе тока 2500 ампер? Какой объем газа сформировался на аноде?" Следуйте шагам и проведите расчеты, чтобы получить конкретные значения времени и объема газа.