Условие задачи

Электролиз раствора сульфата цинка проводили в течение 5 ч, в результате чего выделилось 6 л кислорода (н.у.). Составьте уравнения электродных процессов и вычислите силу тока.

Решение

Ниже следует подробное решение задачи с учётом правил электрохимии.

─────────────────────────────
1. Определим электродные процессы

В растворе сульфата цинка присутствуют ионы Zn²⁺ и SO₄²⁻, но при электролизе в водном растворе основное окислительно-восстановительное превращение происходит за счёт воды. Поэтому процессы на электродах будут следующими.

На катоде происходит восстановление ионов цинка:

Zn²⁺ + 2e⁻ → Zn

На аноде происходит окисление воды с образованием кислорода:

2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻

Чтобы сумма электронов в полуокислении и полу-восстановлении уравновесилась, можно умножить реакцию на катоде на 2. Тогда суммарное уравнение процесса примет вид:

2Zn²⁺ + 2H₂O → 2Zn + O₂ + 4H⁺

─────────────────────────────
2. Определяем количество выделившегося кислорода

Дано, что за время 5 часов выделилось 6 л кислорода при нормальных условиях (н.у.). При нормальных условиях один моль газа занимает 22,4 л. Тогда количество молей O₂:

n(O₂) = 6 л ⁄ 22,4 л/моль ≈ 0,268 моль

─────────────────────────────
3. Определяем количество переданных электронов

Из уравнения анодного процесса видно, что для образования 1 моля O₂ нужно 4 моля электронов. Тогда необходимо количество молей электронов:

n(e⁻) = 4 · 0,268 ≈ 1,072 моль

─────────────────────────────
4. Определяем полный заряд (по Фарадею)

Постоянная Фарадея F = 96 485 Кл/моль. Тогда полный заряд Q, прошедший через электролизёр, равен:

Q = n(e⁻) · F ≈ 1,072 моль · 96 485 Кл/моль ≈ 103 400 Кл

─────────────────────────────
5. Вычисление силы тока

Время работы электролиза t = 5 ч = 5 · 3600 = 18 000 с. Сила тока I определяется по формуле:

I = Q ⁄ t ≈ 103 400 Кл ⁄ 18 000 с ≈ 5,74 А

─────────────────────────────
Ответ:

Электродные уравнения:
На катоде: Zn²⁺ + 2e⁻ → Zn
На аноде: 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻
Полученное полное уравнение: 2Zn²⁺ + 2H₂O → 2Zn + O₂ + 4H⁺

Сила тока, необходимая для выделения 6 л кислорода за 5 ч, составляет приблизительно 5,74 А.