Яка кількість енергії була витрачена під час електролізу, якщо 128 г міді було виділено, при напрузі на електролізній

Murchik_1854

36

два рази меншій за напругу на умовно одиницю виходу струму? Відомо, що електроліз міді відбувається згідно реакції Cu2+ + 2e- -> Cu.

Для вирішення цієї задачі нам знадобяться основні закони електролізу. Перший закон електролізу стверджує, що кількість речовини, що виділяється на електродах, пропорційна кількості електрохімічних еквівалентів, які пройшли через електролізер. Другий закон електролізу стверджує, що кількість електричної енергії, витрачена під час електролізу, пропорційна кількості виділеної речовини і напрузі.

Ми можемо записати рівняння, що описує хімічну реакцію електролізу:

Cu2+ + 2e- -> Cu

Звідси видно, що для виділення одного еквівалента міді необхідно передати два молекули електронів. Тому кількість електрохімічних еквівалентів дорівнює половині кількості молей міді:

\[\text{кількість еквівалентів} = \frac{\text{маса}}{\text{молярна маса}} = \frac{128}{63.55} = 2\]

Таким чином, пройшли два еквіваленти міді через електролізер.

За другим законом електролізу, кількість енергії, витрачена під час електролізу, пропорційна кількості виділеної речовини і напрузі. Тобто ми можемо записати таку пропорцію:

\[\frac{\text{кількість енергії}}{\text{кількість виділеної міді}} = \frac{\text{напруга}}{\text{еквівалентна напруга}}\]

Тут еквівалентна напруга - це напруга на умовну одиницю виходу струму. Задача стверджує, що вона два рази менша за напругу на умовно одиницю виходу струму, тому еквівалентна напруга дорівнює напрузі/2.

Ми знаємо, що кількість виділеної міді дорівнює 128 г, тому підставляємо ці дані в пропорцію:

\[\frac{\text{кількість енергії}}{128} = \frac{\text{напруга}}{\frac{\text{напруга}}{2}}\]

Записуючи рівняння в такому вигляді, ми використовуємо властивість пропорцій: добуток зоводиться з дробів у чисельник та в знаменник. Тоді рівняння можна переписати в наступному вигляді:

\[\text{кількість енергії} = 128 \cdot \frac{\text{напруга}}{\frac{\text{напруга}}{2}} = 2 \cdot 128\]

Остаточно, кількість енергії, витрачена під час електролізу, дорівнює 256 Дж.