При электролизе раствора сульфата цинка на катоде выделилось 13 г металла. Какой газ и в каком объеме выделится на аноде, если его выход составляет 60%.

Для решения задачи, начнем с анализа процесса электролиза раствора сульфата цинка (ZnSO₄). Во время электролиза на катоде происходит восстановление ионов цинка (Zn²⁺) до металлического цинка, а на аноде электрохимическая реакция может происходить с ионами сульфата (SO₄²⁻) или водорода в зависимости от условий. ### Шаг 1: Определение количества вещества цинка Сначала найдем количество вещества (моль) цинка, выделенного на катоде. Молярная масса цинка (Zn) составляет примерно 65,38 г/моль. Используем формулу: \[ n = \frac{m}{M} \] где: - \(n\) — количество вещества (в молях), - \(m\) — масса (в граммах), - \(M\) — молярная масса (в г/моль). Подставим значения: \[ n_{Zn} = \frac{13 \, \text{г}}{65,38 \, \text{г/моль}} \approx 0,198 \, \text{моль} \] ### Шаг 2: Определение анодной реакции При электролизе водного раствора происходит следующая репация на аноде: \[ 2 \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{O}_2 + 4\text{H}^+ + 4e^- \] Таким образом, на аноде выделяется кислород (O₂). ### Шаг 3: Определение количества газа на аноде На каждые 4 электрона, которые выделяются при реакции с 2 молями воды, образуется 1 моль кислорода. Поэтому необходимо рассчитать количество моль кислорода, выделившегося на аноде. Общее количество электронов, полученных при выделении 0,198 моль цинка (Zn), можно найти из уравнения, согласно которому 2 электронов соответствует одному молю Zn: \[ n_{e} = 2 \times n_{Zn} = 2 \times 0,198 \approx 0,396 \, \text{моль} \text{ e}^- \] Теперь находим количество моль кислорода: \[ n_{O_2} = \frac{n_{e}}{4} = \frac{0,396}{4} \approx 0,099 \, \text{моль} \] ### Шаг 4: Определение объема кислорода При нормальных условиях (н.у.) 1 моль газа занимает 22,4 л. Объем выделившегося кислорода можно найти следующим образом: \[ V = n_{O_2} \times 22,4 \, \text{л/моль} = 0,099 \, \text{моль} \times 22,4 \, \text{л/моль} \approx 2,22 \, \text{л} \] ### Шаг 5: Учет выхода газа Так как выход газа составляет 60%, необходимо учесть это: \[ V_{\text{реальное}} = 2,22 \, \text{л} \times 0,6 \approx 1,33 \, \text{л} \] ### Ответ Таким образом, на аноде выделится approximately 1,33 литра кислорода (O₂). Этот подход позволяет подробно проанализировать все шаги, необходимые для решения задачи, и понять, как электролиз раствора сульфата цинка протекает на катоде и аноде.