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 Cl2(g) ↑
Katodische Reduktion der Hydroniumionen
2 H(+)(aq) + 2 e(-)Katode → H2(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 ensteht 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
$$\dfrac{V_{2}}{V_{1}} = \dfrac{T_{2}}{T_{1}}$$
$$\dfrac{Vm(313K)}{Vm(273K)} = \dfrac{313\cdot K}{273\cdot K}$$
$$Vm(313K) = Vm(273K)\cdot \dfrac{313\cdot K}{273\cdot K}$$
$$Vm(313K) = 22,41\cdot \frac{l}{mol}\cdot \dfrac{313\cdot K}{273\cdot K}$$
$$Vm(313K) \approx 25,69\cdot \frac{l}{mol}$$
$$V(Cl_{2}) = n(Cl_{2})\cdot Vm(313K) = 0,3731\cdot mol\cdot 25,69\cdot \frac{l}{mol}$$
$$V(Cl_{2}) \approx 9,585\cdot l$$
