Який заряд потрібно пропустити через водний розчин кислот, щоб отримати достатню кількість водню для заповнення

Belochka

38

Чтобы решить эту задачу, нам понадобится знать некоторые данные о водороде и водных растворах кислот. Важно учесть, что я подробно объясню каждый шаг, чтобы вы смогли понять процесс решения.

1. Сначала нам нужно вычислить массу водорода, необходимого для заполнения аэростата объемом 500 м2. Для этого мы воспользуемся следующей формулой:

\(m = PV\),

где \(m\) - масса вещества, \(P\) - давление и \(V\) - объем газа.

2. Зная, что нормальные условия составляют 1 атмосферное давление и 22.4 литра объема для 1 моля идеального газа, мы можем преобразовать объем из метров к литрам и затем найти число молей водорода по формуле:

\(n = \frac{PV}{RT}\),

где \(n\) - количество молей вещества, \(R\) - универсальная газовая постоянная, равная 0.0821 л × атм/(моль × К), и \(T\) - температура в Кельвинах.

3. Теперь нам нужно знать химическое уравнение реакции, чтобы определить соотношение между количеством молей водорода и зарядом, проходящим через раствор. Для этого предположим, что в реакции между кислотой и водой образуется 1 моль водорода на каждые \(x\) моля заряда.

Таким образом, наше химическое уравнение будет выглядеть следующим образом:

\(x \, моля \, заряда → 1 \, моль \, водорода\).

4. Дальше, используя соотношение между молями водорода и зарядом, мы можем выразить количество молей заряда, необходимых для получения достаточного количества водорода.

5. Наконец, используя полученное количество молей заряда, мы можем вычислить величину заряда, пропущенного через раствор.

Теперь, когда у нас есть общее понимание подхода к решению этой задачи, давайте приступим к расчетам.

1. Переведем объем аэростата из метров в литры:

\(V = 500 \, м^3 = 500,000 \, л\).

2. Вычислим количество молей водорода с помощью следующей формулы:

\(n = \frac{PV}{RT}\).

Заменяем известные значения:

\(n = \frac{1 \, атм \times 500,000 \, л}{0.0821 \, л \times атм/(моль \times К) \times 298 \, К}\).

Вычисляем:

\(n ≈ 20,183 \, молей\).

3. Так как наше химическое уравнение показывает, что 1 моль водорода образуется за каждые \(x\) моля заряда, мы можем записать следующее соотношение:

\(x \, молей \, заряда → 1 \, моль \, водорода\).

Отсюда получаем:

\(20,183 \, молей \, заряда → 1 \, моль \, водорода\).

4. Определим количество молей заряда, необходимых для получения достаточного количества водорода:

\(20,183 \, молей \, заряда \times \frac{1 \, моль \, водорода}{1 \, моль \, заряда} = 20,183 \, молей\).

5. Теперь мы можем вычислить заряд, пропущенный через раствор. Для этого воспользуемся формулой:

\(Заряд = n \times e\),

где \(e\) - элементарный заряд, примерно равный \(1.6022 \times 10^{-19}\) Кл.

Заменяем известные значения:

\(Заряд = 20,183 \, молей \times 1.6022 \times 10^{-19} \, Кл/моль\).

Вычисляем:

\(Заряд ≈ 3.234 \times 10^{-18} \, Кл\).

Таким образом, чтобы получить достаточное количество водорода для заполнения аэростата объемом 500 м2 при нормальных условиях, нужно пропустить заряд примерно равный \(3.234 \times 10^{-18} \, Кл\) через водный раствор кислоты.