Die Zersetzung von Wasser durch elektrischen Strom in Wasserstoff und Sauerstoff, auch bekannt als Elektrolyse, ist ein wichtiger Prozess auf dem Gebiet der Chemie. Der Prozess wurde 1800 vom englischen Chemiker William Nicholson und dem schottischen Physiker Alexander Carlos Rutherford entdeckt. Durch die Elektrolyse werden die Wassermassen an der Elektrode in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) Moleküle gespalten.
Um die Menge an freigesetztem Wasserstoff zu berechnen, wenn Wasser durch einen elektrischen Strom zersetzt wird, ist es notwendig, das Molekulargewicht des Wassers und die Menge der übertragenen Ladung zu kennen. Das Molekulargewicht von Wasser beträgt etwa 18 g/ mol. Die Antwort auf die Frage nach der Menge an freigesetztem Wasserstoff kann unter Verwendung des Faraday-Gesetzes erhalten werden.
Das faradaysche Gesetz legt fest, dass die Menge an Substanz, die durch Elektrolyse freigesetzt oder abgeschieden wird, direkt proportional zur übertragenen Ladung ist. Wasser wird durch Elektrolyse in 2 Mol Wasserstoff und 1 Mol Sauerstoff zerlegt. Um die Menge an freigesetztem Wasserstoff zu bestimmen, ist es daher notwendig, die übertragene Ladung durch die Anzahl der Ladungen (Elementarladungen) zu teilen, die für die Zersetzung von 2 Mol Wasser in Wasserstoff erforderlich sind.
Methode zur Zersetzung von Wasser durch elektrischen Strom
Es wurde experimentell festgestellt, dass 2 Mol Elektrolytpartikel, die Ion genannt werden, benötigt werden, um einen Mol Wasser zu zersetzen. Das Wassermolekül enthält 2 Elektrolytpartikel - zwei Wasserstoffionen und ein Sauerstoffionen. Dies bedeutet, dass es notwendig ist, Wasser mit zwei Anoden- und zwei Kathodenkontakten auf die Elektrolyse zu setzen, um ein einzelnes Wassermolekül zu zersetzen.
Bei der Zersetzung von Wasser durch elektrischen Strom wird das Wasser in Gase – Wasserstoff und Sauerstoff - aufgeteilt. Das Verhältnis der Volumina dieser Gase ergibt die gleiche Menge: 2 volumen Wasserstoff und 1 Volumen Sauerstoff.
Lassen Sie uns nun das Problem lösen: Wie viele Liter Wasserstoff werden freigesetzt, wenn Wasser mit einem Gewicht von 72 g durch einen elektrischen Strom zersetzt wird?
Um das Problem zu lösen, verwenden wir die chemische Gleichung der Elektrolysereaktion von Wasser: 2H2O → 2H2 + O2
Die Molmasse von Wasserstoff (H2) ist gleich 2 g / mol, daher ist die Molmasse von Wasserstoff (N2) entspricht 4 g/mol. So erhalten wir: 72 g / 4 g / mol = 18 mol.
Gemäß der chemischen Gleichung werden 2 Mol Wasserstoff aus 2 Mol Wasser gebildet. Somit werden 18 Mol Wasser in 18 Mol Wasserstoff umgewandelt.
Wasserstoff nimmt unter normalen Bedingungen ein Volumen von 22,4 Litern / Mol ein. Daher nehmen 18 Mol Wasserstoff ein Volumen ein: 18 mol * 22,4 Liter / mol = 403,2 Liter.
Somit werden 403,2 Liter Wasserstoff freigesetzt, wenn Wasser mit einem Gewicht von 72 g durch einen elektrischen Strom zersetzt wird.
Der Prozess der Elektrolyse von Wasser
Wenn ein elektrischer Strom angelegt wird, werden die Wasserionen an der Anode oxidiert, wodurch Sauerstoff freigesetzt wird. Die Reaktion ist wie folgt:
2H2O(l) → O2(g) + 4H+(aq) + 4e-
Die Kathode stellt die Wasserionen wieder her und Wasserstoff wird daher freigesetzt. Die Reaktion ist wie folgt:
4H+(aq) + 4e- → 2H2(g)
Somit wird bei der Elektrolyse von Wasser Wasserstoff an der Kathode und Sauerstoff an der Anode freigesetzt.
Basierend auf dieser Reaktion können wir die Menge an freigesetztem Wasserstoff oder Sauerstoff berechnen, indem wir die Masse der Substanz kennen, die elektrolysiert wird.
Das Verhältnis zwischen Masse und Menge der Substanz
Ein Mol der Substanz enthält eine Avogadro-Anzahl von Elementarteilchen, die ungefähr 6,022 × 10 ^ 23 entspricht. Diese Zahl wird in Einheiten wie Atomen, Molekülen oder Ionen gemessen.
Die Masse der Substanz und die Menge der Substanz sind über eine Molmasse miteinander verbunden, die in g / Mol gemessen wird. Eine Molmasse ist die Masse eines einzelnen Motels einer Substanz.
Verwenden Sie die folgende Formel, um die Menge einer Substanz nach Gewicht zu berechnen:
menge der Substanz (in Motten) = Masse der Substanz / Molmasse
Bei dieser Aufgabe handelt es sich um die Zersetzung von Wasser durch elektrischen Strom. Wenn die Wassermasse bekannt ist, kann die Menge an Wasser mit Hilfe der Molmasse des Wassers berechnet werden.
| Substanz | Molmasse (g/Mol) |
|---|---|
| Wasser (H₂O) | 18,015 g/mol |
In diesem Fall beträgt die Wassermasse 72 g. Wir ersetzen die Werte in die Formel:
menge der Substanz (in Mol) = 72 g / 18,015 g/mol ≈ 3,995 mol
Somit wird bei der Zersetzung durch einen elektrischen Wasserschlag mit einem Gewicht von 72 g ungefähr 3.995 Mol Wasserstoff gebildet.
Berechnung der Menge an freigesetztem Wasserstoff
Um die Menge an freigesetztem Wasserstoff zu berechnen, wenn Wasser mit einem Gewicht von 72 g durch einen elektrischen Strom zersetzt wird, muss das Verhältnis zwischen der Masse des Stoffes und dem Molekulargewicht verwendet werden.
Das Molekulargewicht von Wasser (H2O) beträgt 18 g / mol.
Um die Menge an freigesetztem Wasserstoff zu berechnen, verwenden wir die folgende Formel: wassermasse (g) / Molekulargewicht von Wasser (g/Mol) * 2 (die Menge an Wasserstoff im Wassermolekül).
Die Menge an freigesetztem Wasserstoff = 72 g / 18 g / Mol * 2 = 8 Mol.
Somit wird 8 Mol Wasserstoff freigesetzt, wenn Wasser durch einen elektrischen Schlag mit einer Masse von 72 g zersetzt wird.
Die Antwort auf die Frage:
Um die Menge des freigesetzten Wasserstoffs zu berechnen, müssen Sie das Molekulargewicht des Wassers kennen und die Menge des undichten elektrischen Stroms kennen.
Das Molekulargewicht von Wasser (H2O) beträgt 18 g / mol. Dies bedeutet, dass 18 g Wasser in einem einzigen Maulwurf Wasser enthalten sind.
Wasserstoff wird bei der Elektrolyse von Wasser gemäß der Formel freigesetzt:
Ein Wassermolekül zersetzt sich in zwei Wasserstoffmoleküle und ein Sauerstoffmolekül.
Die Masse eines Wassermoleküls ist:
18 g / 6.02 * 10^23 = 2.99 * 10^-23 g
Die Anzahl der Wassermoleküle in 72 g Wasser beträgt:
72 g / 18 g/mol = 4 mol
Daher ist die Anzahl der Wassermoleküle in 72 g Wasser gleich:
4 mol * 6.02 * 10^23 = 2.41 * 10^24
Da bei der Zersetzung eines Wassermoleküls zwei Wasserstoffmoleküle gebildet werden:
2 * 2.41 * 10^24 = 4.82 * 10^24 wasserstoffmoleküle
Die Masse eines Wasserstoffmoleküls beträgt etwa 2 g / mol.
Somit wird die Masse des freigesetzten Wasserstoffs ausmachen:
4.82 * 10^24 moleküle * 2 g/mol = 9.64 * 10^24 g
Antwort: Es wird sich um 9 herausstellen.64 * 10 ^ 24 g Wasserstoff, wenn durch einen elektrischen Wasserschlag mit einer Masse von 72 g zerlegt wird.
