Wasserzersetzung bei der Wirkung eines elektrischen Stroms handelt es sich um eine grundlegende Reaktion, die in der chemischen Wissenschaft ausführlich untersucht wird. Sie ermöglicht es, die Beziehung zwischen elektrischem Strom und der Bildung von Gasprodukten herzustellen. Eine besonders interessante Tatsache ist die Zersetzung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff, wobei die Masse des entstehenden Wasserstoffs verwendet werden kann, um die Menge an zersetztem Wasser zu bestimmen.
Dieser Artikel behandelt einen bestimmten Fall, in dem sich bei der Zersetzung von Wasser mit Hilfe eines elektrischen Stroms eine 2 gramm Wasserstoff. Die Aufgabe besteht darin, die Menge an zersetztem Wasser basierend auf der bekannten Wasserstoffmasse zu bestimmen.
Um dieses Problem zu lösen, ist es notwendig, das Verhältnis von Wassergewicht zu Wasserstoffgewicht bei seiner Zersetzung zu berücksichtigen. Gemäß der chemischen Reaktionsgleichung entfallen 2 Wasserstoffmoleküle auf ein Wassermolekül. Daher ist die Wassermasse gleich der Hälfte der Wasserstoffmasse.
Wasser und elektrischer Strom: Wechselwirkung und Zersetzung
Wenn ein elektrischer Strom durch Wasser fließt, findet ein Elektrolysevorgang statt, bei dem sich das Wasser in Gase - Sauerstoff und Wasserstoff - zersetzt. Dabei ist bekannt, dass 1 Mol Wasserstoff einem Gewicht von 2 Gramm entspricht. Auf dieser Grundlage können Sie die Anzahl der Gramm Wasser berechnen, die bei Einwirkung eines elektrischen Stroms zersetzt wurden, wenn 2 Gramm Wasserstoff erhalten wurden.
Um das Problem zu lösen, müssen Sie die Molmasse von Wasser kennen, die 18 Gramm pro Mol entspricht. Wenn Sie die Anzahl der Gramm Wasserstoff (2 Gramm) und die Molmasse von Wasser (18 Gramm / Mol) kennen, können Sie einen Anteil verwenden, um die Anzahl der Gramm Wasser zu bestimmen, die durch den Einfluss eines elektrischen Stroms zersetzt werden:
2 g / (2 g/mol) = x g / (18 g/mol)
Durch die Lösung dieses Anteils erhalten wir, dass x = 18g. Somit wurden 18 Gramm Wasser bei Einwirkung des elektrischen Stroms zersetzt.
Geschichte der Forschung
Später untersuchten eine Reihe von Wissenschaftlern den Elektrolyseprozess und verschiedene Aspekte dieses Phänomens. Einer der bedeutendsten Experimentatoren war der englische Chemiker und Physiker Michael Faraday. Jahrhundert durchführte er eine Reihe von Experimenten und formulierte das Elektrolysegesetz, wonach die Menge an Substanz, die durch Elektrolyse abgebaut wird, proportional zur verbrauchten elektrischen Ladung ist.
Zurück zur Frage der Zersetzung von Wasser kann eine Elektrolysereaktionsformel gebracht werden: 2H2O → 2H2 + O2. Anhand dieser Formel ist ersichtlich, dass für jedes 2 Wassermolekül 2 Wasserstoffmoleküle und 1 Sauerstoffmoleküle gebildet werden.
Mit der Formel können Sie berechnen, wie viele Gramm Wasser bei der Herstellung von 2 Gramm Wasserstoff abgebaut wurden. Basierend auf den atomaren Massen der Elemente beträgt die Molmasse von Wasser 18 g / mol und die Molmasse von Wasserstoff beträgt 2 g / mol. Daher müssen 18 Gramm Wasser zerlegt werden, um 2 Gramm Wasserstoff zu erhalten.
Somit wurden 18 Gramm Wasser unter Einwirkung eines elektrischen Stroms zerlegt, um 2 Gramm Wasserstoff zu erhalten.
| Reaktion: | 2H2O → 2H2 + O2 |
|---|---|
| Bau: | 2 Wassermoleküle werden in 2 Wasserstoffmoleküle und 1 Sauerstoffmolekül zerlegt |
| Molmasse: | 18 g/mol Wasser, 2 g/mol Wasserstoff |
| Zersetztes Wasser, um 2 g Wasserstoff zu erhalten: | 18 g |
Wie funktioniert der elektrische Strom auf Wasser?
Wasser ist eine chemische Verbindung aus zwei Wasserstoffatomen (H) und einem Sauerstoffatom (O). Bei der Elektrolyse werden die Wassermoleküle unter dem Einfluss eines elektrischen Stroms in diese Atome aufgeteilt.
Wenn ein elektrischer Strom durch Wasser zugeführt wird, durchläuft er eine speziell dafür erstellte Elektrolytzelle, die zwei Elektroden enthält. Die positive Elektrode wird als Anode und die negative Elektrode als Kathode bezeichnet.
Als Ergebnis des Elektrolyseprozesses reagieren die Wasseratome an der Anode und der Kathode unterschiedlich:
- An der Anode erfolgt eine Oxidation - die Sauerstoffatome lösen sich vom Wassermolekül ab und bilden Gassauerstoff (o₂).
- An der Kathode findet eine Wiederherstellung statt - die Wasserstoffatome lösen sich vom Wassermolekül ab und bilden Gaswasserstoff (H₂).
Somit bildet sich bei der Elektrolyse von Luftwasser Sauerstoff an der Anode und an der Kathode Wasserstoff.
Wenn also ein elektrischer Strom auf Wasser einwirkt, werden 2 Gramm Wasserstoff erhalten. Daher beträgt der Anteil der Wasserzersetzung 2 g aktiven Wasserstoff pro 32 g Wasser. Dies bedeutet, dass 2 g Wasserstoff bei der Zersetzung von 18 g Wasser gebildet werden. Somit beträgt die Masse des zersetzten Wassers ungefähr 18 g.
Elektrolyse von Wasser: Grundprinzipien
Die Grundprinzipien der Wasserelektrolyse sind die Gesetze von Faraday. Das erste Gesetz von Faraday besagt, dass die Menge an Substanz, die während der Elektrolyse freigesetzt oder zersetzt wird, direkt proportional zur Menge an Elektrizität ist, die durch die Lösung fließt. Das zweite Gesetz von Faraday besagt, dass die Masse einer Substanz, die während der Elektrolyse zersetzt oder freigesetzt wird, proportional zu ihrer äquivalenten Masse und der Menge an Elektrizität ist, die durch die Lösung gelaufen ist.
Um also die Anzahl der Gramm Wasser zu bestimmen, die sich durch den elektrischen Strom zersetzen, ist es notwendig, die Menge des freigesetzten Wasserstoffs zu kennen. Anhand des Verhältnisses zwischen der Wassermasse und der Wasserstoffmasse (1: 2) kann festgestellt werden, dass bei der Herstellung von 2 Gramm Wasserstoff 4 Gramm Wasser abgebaut wurden.
Das Verhältnis zwischen der Zersetzung von Wasser und der Bildung von Wasserstoff
Wasser, das aus Sauerstoff- und Wasserstoffatomen besteht, kann unter dem Einfluss von elektrischem Strom auf seine Bestandteile zerlegt werden. Dieser Prozess wird Elektrolyse genannt. Als Ergebnis der Elektrolyse werden Wasserstoff und Sauerstoff im Verhältnis 2: 1 gebildet.
Nach dem faradayschen Gesetz ist die an die Elektroden angelegte Spannung der elektrischen Stromquelle direkt proportional zur Menge an zersetztem Wasser. Wenn also die Menge des resultierenden Wasserstoffs bekannt ist, kann die Menge an zersetztem Wasser bestimmt werden.
Experimentelle Daten und Berechnungen
Eine Reihe von Experimenten wurde durchgeführt, um die Menge an zersetztem Wasser unter Einwirkung eines elektrischen Stroms zu bestimmen. Das Ergebnis ist, dass 2 Gramm Wasserstoff erhalten werden, wodurch die Menge an zersetztem Wasser berechnet wird.
| Wasserstoffmasse (g) | Wassermasse (g) |
|---|---|
| 2 | 18 |
Aus dieser Gleichung ist ersichtlich, dass bei der Zersetzung von 2 mol Wasser 2 Mol Wasserstoff und 1 Mol Sauerstoff gebildet werden. Unter Berücksichtigung der Molmasse des Wassers (H2O) gleich 18 g/mol kann die Menge an zersetztem Wasser berechnet werden. Auf diese Weise:
Die Molmasse von Wasserstoff (H2) = 2 g/mol
Die Molmasse von Wasser (H2O) = 18 g/mol
Daher entspricht 1 Mol Wasserstoff 9 Mol Wasser.
Daher können wir nach den Ergebnissen des Experiments und der Berechnungen mit Sicherheit sagen, dass 18 Gramm Wasser unter Einwirkung eines elektrischen Stroms zersetzt wurden.
Die Rolle von Strom und Zeit bei der Zersetzung von Wasser
Gemäß der Wasserelektrolyse entsprechen alle 2 Mol-Elektronen, die durch die Elektrolytzelle fließen, der Zersetzung eines Mol-Wassers (18 Gramm) in zwei Mol-Wasserstoff (2 Gramm) und einen Mol-Sauerstoff (16 Gramm). Wenn wir also 2 Gramm Wasserstoff erhalten, können wir die Menge an vergangener Elektrizität und die Wirkungsdauer herausfinden, wie viele Gramm Wasser abgebaut wurden.
Sie können dazu eine Formel verwenden:
Gramm Wasser = (2 Gramm Wasserstoff * Molmasse aus Wasser) / (2 Mol Wasserstoff * 1,602 * 10^-19 Cl / Mol)
Wobei die Molmasse des Wassers 18 Gramm entspricht und die Elementarladung 1,602 * 10 ^-19 Cl / mol beträgt.
Wenn Sie also die Menge an vergangenem Strom und die Wirkungsdauer kennen, können Sie die Menge an zersetztem Wasser genau berechnen.
Wie viele Gramm Wasser haben sich bei Einwirkung eines elektrischen Stroms abgebaut?
Um die Anzahl der Gramm Wasser zu bestimmen, die sich durch den elektrischen Strom zersetzt haben, muss das Verhältnis zur Wasserstoffmasse berücksichtigt werden, die durch die Elektrolyse von Wasser entsteht.
Wasserstoff und Sauerstoff im Wasser sind im Verhältnis 2: 1 miteinander verbunden, so dass für jeweils 2 Gramm Wasserstoff 1 Gramm Wasser erzeugt wird. Folglich wurde bei der Herstellung von 2 Gramm Wasserstoff 1 Gramm Wasser zerlegt.
Somit wird bei Einwirkung eines elektrischen Stroms und der Zersetzung von 2 Gramm Wasser durch Wasserstoff 1 Gramm Wasser gebildet.
