Question

При электролизе подкисленной воды, объем которой V = 1,0 л, за промежуток времени t = 30 мин на катоде электролитической ванны выделился водород массы mH2 = 188 мг. Температура воды при этом повысилась на Δt = 13 °С. Определите ЭДС источника тока, к которому подключена ванна, если его внутреннее сопротивление r = 0,15 Ом.

Answer 1

m=kIt=k*Ę*t/r (не забываем переводить всё в систему СИ) , k=1.045*10^-8 (из справочника, таблица) - электрохимический эквивалент водорода.

Ę=0.01 В.

Answer 2

Для решения этой задачи нужно использовать закон Фарадея, который связывает количество выделившегося вещества с количеством зарядов, протекших через электролит. При этом, электрический заряд равен произведению силы тока на время: Q = I·t

Количество вещества можно выразить через его массу и молярную массу: n = m/M

где M – молярная масса вещества.

Для водорода молярная масса M = 2 г/моль, поэтому количество вещества, выделенного на катоде, равно: nH2 = mH2/M = 0.188 мг / (2 г/моль) = 0.094 ммоль

Количество зарядов, протекших через электролит, равно количеству электронов, переданных на катоде: Q = nH2·F

где F – постоянная Фарадея, равная заряду одного моля электронов: F = 96485 Кл/моль.

Тогда сила тока, проходящего через ванну, равна: I = Q/t = nH2·F/t = 0.094 ммоль·96485 Кл/моль / 30 мин·60 с/мин = 0.054 А

При этом на катоде происходит редукция протонов воды: 2H+ + 2e- → H2

Соответствующее уравнение Нернста для этой реакции имеет вид: E = E0 - (RT/2F)·ln(aH2)

где E0 – стандартный электродный потенциал водородного электрода, равный 0 В, R – универсальная газовая постоянная, T – температура в К, aH2 – активность водорода.

Для разбавленных растворов активность водорода связана с его концентрацией cH2 следующим образом: aH2 = cH2/1 М

Тогда уравнение можно переписать в виде: E = E0 - (RT/2F)·ln(cH2)

Используя известные значения (E0 = 0 В, R = 8,31 Дж/(моль·К), T = 273+13 К = 286 К, F = 96485 Кл/моль), получим: E = 0 - (8,31·286/(2·96485))·ln(cH2)

Также известно, что при протекании тока через электрическую цепь происходит выделение тепла, которое можно выразить чер