Welches Volumen Chlor wird bei Normaldruck und 40 °C erhalten, wenn eine Salzsäurelösung für 2 Stunden mit 10 Ampere …

Question

Aufgabe:

Welches Volumen Chlor wird bei Normaldruck und 40 °C erhalten, wenn eine Salzsäurelösung für 2 Stunden mit 10 Ampere elektrolysiert wird?

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Answer 1

Grüße chemweazle,

Zu

Welches Volumen Chlor wird bei Normaldruck und 40 °C erhalten, wenn eine Salzsäurelösung für 2 Stunden mit 10 Ampere …

Aufgabe: Welches Volumen Chlor wird bei Normaldruck und 40 °C erhalten, wenn eine Salzsäurelösung für 2 Stunden mit 10 Ampere elektrolysiert wird?

Faraday-Konstante


$$\blue{F} = \blue{9,648456\cdot 10^{4}\cdot \frac{As}{mol}}$$

Elektrolyse von wäsßriger Chlorwasserstoff-Lösung (Salzsäure)

Anodische Oxidation der Chloridionen

2 Cl^(-)_(aq) → 2 e^(-)_Anode + 1 Cl_2(g) ↑

Katodische Reduktion der Hydroniumionen

2 H⁽⁺⁾_(aq) + 2 e^(-)_Katode → H_2(g) ↑

Aus der Angabe von Strom und Zeit errechnet sich die Elektrische Ladung.
Aus dem Wert der Elektrischen Ladung wird mit Hilfe der Faraday-Konstante die Molzahl der Elektronen(Stückzahl der Elektronen, gemessen in mol), errechnet.

Anhand der Stöchiometrischen Verhältnisse, 2 mol Choridionen geben 2 mol Elektronen an die Anode ab und es entsteht 1 mol Chlorgas.

Oder 2 mol Elektronen entladen 2 mol H⁽⁺⁾-Ionen und dabei bildet sich 1 mol Wasserstoff.

Die Elektrische Ladung die innerhalb der Zeit von 10 h aus dem Stromkreis durch die Katode in die Lösung und aus der Anode wieder zurück in den Stromkreis zur Stromquelle gelangte.

Q = I * t Und I = 10 A und t = 2 h = 2 * 3600 s = 7200 s

Q = 10 A * 2 h = 10 A * 7200 s = 72.000 As = 72.000 C = 7,2 * 10⁴ As

Stoffmenge der Elektronen(Molzahl), n( e^(-) ), Anzahl der umgesezten Elektronen, gemessen in mol

Q = F *  n( e^(-) )

$$n(e^{(-)}) = \frac{Q}{F}$$

$$n(e^{(-)}) = \dfrac{7,2\cdot 10^{4}\cdot As\cdot \blue{mol}}{\blue{9,648456\cdot 10^{4}\cdot As}}$$

$$n(e^{(-)}) \approx 0,7462\cdot mol\approx 0,75\cdot mol$$

Stoffmengenverhältnisse

Die Stoffmenge an Chlorgas verhält sich zur Stoffmenge der an der Anode abgegebenen Elektronen wie die farbig hervorgehobenen stöchiometrischen Faktoren in der Reaktionsgleichung der Anodischen Oxidation.

n( Cl₂ ) / n( e^(-) ) = 1 / 2

1 mol Chlor zu 2 mol abgebenen Elektronen

$$\dfrac{n(Cl_{2})}{n(e^{(-)})} = \frac{\green{1}}{\red{2}} = 0,5$$

$$n(Cl_{2}) = \frac{\green{1}}{\red{2}}\cdot n(e^{(-)})$$

n( Cl₂ ) = 0,5 * 0,7462 mol = 0,3731 mol

Masse an Chlorgas, m(Cl₂) = n(Cl₂) * M(Cl₂)

M(Cl₂) = (35,453*2) g / mol = 70,906 g / mol

m(Cl₂) = 70,906 ( g / mol ) * 0,3731 mol ≈ 26,455 g

Das Volumen an Chlorgas, das ist auch gleich dem Volumen an Wasserstoff, beim Standard-Druck und bei einer Temperatur von 40 °C (313 K)

Standard-Druck, p⁰ = 1,01325 bar = 101.325 ( N / m² )

T = 313 K

Das Molvolumen, Vm(273K) , eines idealen Gases beträgt 22,41 l / mol bei der Temperatur von 0°C, entsprechend der absoluten Temperatur von T = 273 K..

Umrechnung des Molvolumens auf die höhere Temperatur, T₂ = 313 K(θ = 40°C)

Mit

$$\dfrac{V_{2}}{V_{1}} = \dfrac{T_{2}}{T_{1}}$$

$$\dfrac{Vm(313K)}{Vm(273K)} = \dfrac{313\cdot K}{273\cdot K}$$

$$Vm(313K) = Vm(273K)\cdot \dfrac{313\cdot K}{273\cdot K}$$

$$Vm(313K) = 22,41\cdot \frac{l}{mol}\cdot \dfrac{313\cdot K}{273\cdot K}$$

$$Vm(313K) \approx 25,69\cdot \frac{l}{mol}$$


$$V(Cl_{2}) = n(Cl_{2})\cdot Vm(313K) = 0,3731\cdot mol\cdot 25,69\cdot \frac{l}{mol}$$

$$V(Cl_{2}) \approx 9,585\cdot l$$

Answer 2

Salut,

Welches Volumen Chlor wird bei Normaldruck und 40 °C erhalten, wenn eine Salzsäurelösung für 2 Stunden mit 10 Ampere elektrolysiert wird?

Berechne zunächst die gegebene Ladungsmenge Q:

Q =  I * t =  10 A * 7200 s =  72000 As

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Verwende nun das 1. Faradaysche Gesetz und bestimme daraus die Stoffmenge n:

Q =  z * F * n

⇒  n =  Q / (z * F)

Um ein Molekül Cl₂ aus den Cl^- - Ionen der Lösung zu erhalten, werden 2 Elektronen benötigt, wodurch z = 2.

Mit dem Wert der Faraday - Konstanten von 96485 As mol^-1 ergibt das eine Stoffmenge n von:

n =  72000 As / (2 * 96485 As mol^-1)  =  0,3731 mol

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Das gesuchte Volumen unter den gegebene Bedingungen lässt sich schließlich über die allgemeine Gasgleichung errechnen:

V =  n * R * T / p

V =  0,3731 mol * 8,314 kg m² s^-2 mol^-1 K^-1 * 313,15 K / (101300 kg m^-1 s^-2)  =  0,00959 m³ =  9,59 L (gerundet)

(Tipp: Immer die Einheiten mitnehmen und gegebenfalls anpassen.)

Schöne Grüße :)