Вычислите массу щелочи и объемы газов, которые образуются в процессе электролиза водного раствора нитрата натрия массой 127,5 кг, если выход продуктов составил 85% от теоретически возможного.
Для решения данной задачи нам необходимо учесть, что в процессе электролиза водного раствора нитрата натрия образуются газы, включая кислород и водород. Давайте разберемся с пошаговым решением.
1. Найдем молярную массу нитрата натрия (NaNO3). Молярная масса натрия (Na) равна 22,99 г/моль, а масса нитрата (NO3) равна 62,00 г/моль. Следовательно, молярная масса NaNO3 равна:
22,99 г/моль + 62,00 г/моль = 84,99 г/моль.
2. Найдем количество вещества нитрата натрия в растворе. Для этого разделим массу нитрата натрия на его молярную массу:
127,5 кг / 84,99 г/моль = 1497,53 моль.
3. Найдем массу продуктов электролиза, которые должны были образоваться в 100% от теоретически возможного. Учтем, что выход продуктов составил только 85%:
Масса продуктов = 1497,53 моль × 85% = 1272,90 моль.
4. Так как электролиз водного раствора нитрата натрия приводит к образованию водорода и кислорода, нам нужно рассчитать их молярные соотношения. Они соответствуют стехиометрическому соотношению NaNO3 → 1/2O2 + NaOH + 1/2H2.
В этом соотношении каждый моль NaNO3 порождает 1/2 моль O2 (кислорода) и 1/2 моль H2 (водорода).
5. Теперь найдем моли кислорода и водорода, которые образуются в результате электролиза. Учитывая, что каждый моль NaNO3 образует 1/2 моль O2 и 1/2 моль H2:
Моль O2 = 1/2 × 1272,90 моль = 636,45 моль.
Моль H2 = 1/2 × 1272,90 моль = 636,45 моль.
6. Теперь найдем массу кислорода и водорода. Для этого умножим их моли на их молярную массу:
Масса O2 = 636,45 моль × 32,00 г/моль = 20 368 г.
Масса H2 = 636,45 моль × 2,02 г/моль = 1285,279 г.
7. Таким образом, масса щелочи, которая образуется в результате электролиза, равна:
Масса щелочи = 127,5 кг - (20 368 г + 1285,279 г) = 105 846,721 г.
8. Теперь рассчитаем объем газов, используя их молярные объемы при стандартных условиях температуры и давления. Объем молекулы идеального газа равен 22,4 литра/моль:
Объем O2 = 636,45 моль × 22,4 литра/моль = 14 230,48 литра.
Объем H2 = 636,45 моль × 22,4 литра/моль = 14 230,48 литра.
Таким образом, в процессе электролиза водного раствора нитрата натрия массой 127,5 кг и с выходом продуктов в 85% от теоретически возможного, образуется примерно 105,85 кг щелочи и объемы газов составляют примерно 14 230,48 литра кислорода и 14 230,48 литра водорода.
1. Найдем молярную массу нитрата натрия (NaNO3). Молярная масса натрия (Na) равна 22,99 г/моль, а масса нитрата (NO3) равна 62,00 г/моль. Следовательно, молярная масса NaNO3 равна:
22,99 г/моль + 62,00 г/моль = 84,99 г/моль.
2. Найдем количество вещества нитрата натрия в растворе. Для этого разделим массу нитрата натрия на его молярную массу:
127,5 кг / 84,99 г/моль = 1497,53 моль.
3. Найдем массу продуктов электролиза, которые должны были образоваться в 100% от теоретически возможного. Учтем, что выход продуктов составил только 85%:
Масса продуктов = 1497,53 моль × 85% = 1272,90 моль.
4. Так как электролиз водного раствора нитрата натрия приводит к образованию водорода и кислорода, нам нужно рассчитать их молярные соотношения. Они соответствуют стехиометрическому соотношению NaNO3 → 1/2O2 + NaOH + 1/2H2.
В этом соотношении каждый моль NaNO3 порождает 1/2 моль O2 (кислорода) и 1/2 моль H2 (водорода).
5. Теперь найдем моли кислорода и водорода, которые образуются в результате электролиза. Учитывая, что каждый моль NaNO3 образует 1/2 моль O2 и 1/2 моль H2:
Моль O2 = 1/2 × 1272,90 моль = 636,45 моль.
Моль H2 = 1/2 × 1272,90 моль = 636,45 моль.
6. Теперь найдем массу кислорода и водорода. Для этого умножим их моли на их молярную массу:
Масса O2 = 636,45 моль × 32,00 г/моль = 20 368 г.
Масса H2 = 636,45 моль × 2,02 г/моль = 1285,279 г.
7. Таким образом, масса щелочи, которая образуется в результате электролиза, равна:
Масса щелочи = 127,5 кг - (20 368 г + 1285,279 г) = 105 846,721 г.
8. Теперь рассчитаем объем газов, используя их молярные объемы при стандартных условиях температуры и давления. Объем молекулы идеального газа равен 22,4 литра/моль:
Объем O2 = 636,45 моль × 22,4 литра/моль = 14 230,48 литра.
Объем H2 = 636,45 моль × 22,4 литра/моль = 14 230,48 литра.
Таким образом, в процессе электролиза водного раствора нитрата натрия массой 127,5 кг и с выходом продуктов в 85% от теоретически возможного, образуется примерно 105,85 кг щелочи и объемы газов составляют примерно 14 230,48 литра кислорода и 14 230,48 литра водорода.