Для решения этой задачи нам нужно использовать концепцию электролиза воды и знать законы, регулирующие реакции, происходящие в процессе.
Шаг 1: Понять химическую реакцию.
Вода (H₂O) при электролизе разлагается на кислород (O₂) и водород (H₂) по следующему уравнению:
[
2H_2O \rightarrow 2H_2 + O_2
]
Это уравнение говорит о том, что из 2 молекул воды образуется 2 молекулы водорода и 1 молекула кислорода.
Шаг 2: Рассчитать молекулярные массы.
Молярная масса воды (H₂O) = 2 (молярная масса водорода H) + 1 (молярная масса кислорода O):
[
M_{H_2O} = 2 \times 1 + 16 = 18 , \text{г/моль}
]
Молярная масса водорода (H₂) = 2 г/моль.
Молярная масса кислорода (O₂) = 32 г/моль.
Шаг 3: Определить количество молей воды.
Мы знаем, что у нас есть 240 г воды. Чтобы найти количество молей воды, применим формулу:
[
n = \frac{m}{M}
]
где:
- ( m ) — масса воды (240 г),
- ( M ) — молярная масса воды (18 г/моль).
[
n_{H_2O} = \frac{240 , \text{г}}{18 , \text{г/моль}} \approx 13,33 , \text{моль}
]
Шаг 4: Найти количество водорода и кислорода.
Согласно уравнению разложения, из 2 молей воды получается 2 моля водорода и 1 моль кислорода:
Количество водорода:
[
n_{H_2} = n_{H_2O} = 13,33 , \text{моль}
]
Количество кислорода:
[
n_{O_2} = \frac{n_{H_2O}}{2} = \frac{13,33}{2} \approx 6,67 , \text{моль}
]
Шаг 5: Рассчитать массу получившихся газов.
Теперь рассчитаем массу получившихся водорода и кислорода:
Масса водорода:
[
m_{H_2} = n_{H_2} \times M_{H_2} = 13,33 , \text{моль} \times 2 , \text{г/моль} \approx 26,66 , \text{г}
]
Масса кислорода:
[
m_{O_2} = n_{O_2} \times M_{O_2} = 6,67 , \text{моль} \times 32 , \text{г/моль} \approx 213,44 , \text{г}
]
Шаг 6: Найти общую массу газовой смеси.
Теперь сложим массу водорода и кислорода:
[
m_{смеси} = m_{H_2} + m_{O_2} = 26,66 , \text{г} + 213,44 , \text{г} \approx 240 , \text{г}
]
Таким образом, максимальная масса газовой смеси кислорода и водорода, полученная при полном разложении 240 г воды, составляет примерно 240 г.
