Електролиза на стопилка от натриев хлорид

Това е опростена диаграма на електролиза на стопен натриев хлорид. Ако стопим твърд натриев хлорид, получаваме стопен натриев хлорид. Получаваме натриеви йони и хлоридни аниони. Тук имаме натриеви катиони и хлоридни аниони. Запомни, това е електролизна клетка, отрицателният извод на батерията отделя електрони. В този случай дава електрони на електрода вдясно. И когато тези натриеви йони влязат в контакт с тези електрони, протича редукционен процес, нека запиша, това е процес на редукция. Натриевите йони получават електрони и се редуцират до течен натрий. Значи течният метал натрий е един от продуктите ни. Това става на катода. Запомни, редукцията се извършва на катода. Нека да нарисувам течен натрий, който се образува на електрода вдясно, образува се на катода. Другият процес, който протича на другия електрод, знаем, че батерията изсмуква електрони от този електрод. На този електрод се извършва окисление. Това е анодът. Хлоридните аниони се окисляват до газообразен хлор, така че губим два електрона. Значи хлоридните аниони се окисляват на анода до газообразен хлор, затова при този електрод имаме мехурчета от газообразен хлор. Това е много важен индустриален процес. За получаване на течен натрий, това е добър метод за това. Колко време е необходимо за да се произведе 1,00 по 10^3 килограма натрий, това е много натрий, при постоянен ток 3,00 по 10^4 ампера. Това е още една количествена задача от електролиза. Тази е малко по-трудна от предишната, но ще започнем по същия начин. Ще започнем с определението на електрически ток. Токът е зарядът за единица време, значи Q върху t, като зарядът е в кулони, а времето е в секунди. Сега знаем, че токът е с големина 3 по 10^4 ампера. Значи 3,00 по 10^4 е равно на заряда върху времето. Търсим времето. Питат ни колко време е необходимо за получаване на този натрий. Значи търсим времето. Ако можем да намерим заряда, тогава ще намерим и времето от тази формула. Хайде да намерим заряда, като знаем, че трябва да започнем с масата на натрия. Имаме 1,00 по 10^3 килограма, трябва да го превърнем в грамове. Колко са 1,00 по 10^3 килограма в грамове? Това са 1,00 по 10^6 грама, разбира се. Сега да намерим колко мола натрий искаме да произведем. Имаме грамовете натрий, как да намерим колко мола натрий са те? Трябва да разделим на моларната маса, делим на моларната маса на натрия, която е 22,99 грама за мол. Като разделим на моларната маса, грамовете се съкращават и получаваме молове натрий. Нека да взема калкулатора. Имаме 1,00 по 10^6 грама натрий. Делим на 22,99, моларната маса на натрия, и получаваме 4,35 по 1, 2, 3, 4, значи по 10^4. Значи 4,35 по 10^4, нека го запиша 4,35 по 10^4 мола натрий. С какво ни помага това? Щом имаме моловете натрий, как ще намерим заряда? Ще направим връзка между молове натрий и молове електрони. Нека се върнем тук към нашата реакция, където имаме моловете натрий. Значи тук опитваме да произведем 4,35 по 10^4 молове натрий. Колко електрони са нужни за това? Отношението на моловете е две към две, значи ни трябва същото количество молове електрони, трябват ни 4,35 по 10^4 мола електрони. Нека се върна тук долу и да си направя малко място, и да запиша 4,35 по 10^4 тъй като от съотношението на моловете знаем, че това е количеството електрони, които ни трябват. Опитваме се да намерим заряда, търсим заряда и знаем, че можем да го намерим от моловете електрони, като използваме константата на Фарадей. Константата на Фарадей е зарядът, пренасян от един мол електрони. Той е 96 500. Значи имаме заряд 96 500 кулона за един мол електрони. Ако умножим това по това, ще получим заряда, моловете ще се съкратят, и ще получим заряда. Хайде да го направим. Имаме 4,35 по 10^4, което ще умножим по константата на Фарадей, значи по 96 500 и получаваме да видим, 4,2 по 10... на 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, значи 4,20 по 10^9. Нека да го запиша. 4,20 по 10^9 и това са кулони, нали? Това са кулони, това е зарядът, който е необходим за тези молове натрий. Имаме зарядът, сега можем да заместим тук и да намерим времето. Да го направим. Имаме 3,00 по 10^4, това е големината на тока, който е равен на заряда върху времето. Общият заряд е 4,20 по 10^9 и това е върху времето. За да намерим времето, трябва просто да разделим тези числа, значи 4,20 по 10^9 ще разделим на 3,00 по 10^4 и получаваме времето в секунди, това е 1,4 по 10 на степен 1, 2, 3, 4, 5, по 10 на пета степен. Получихме 1,4 по 10^5. Времето в секунди е 1,4 по 10^5. Имаме времето, предполагам, че можем да оставим така отговора. Но нека го превърнем в нещо, което е по-разбираемо. Първо да го превърнем в минути. 1,40 по 10^5 секунди са колко минути? Просто го делим на 60. Ако разделя на 60, колко минути се получават? Това са 2333 минути. А колко часа са това? Отново просто делим на 60, за да намерим часовете, и това са приблизително 38,9 часа, значи ще ни отнеме приблизително 38,9 часа 38,9 часа за да направим... нека да се върнем да видим колко натрий трябва да направим. 1,00 по 10^3 килограма натрий. Можем да намерим и литрите получен газообразен хлор, докато правим натрия. Нека да приемем, че имаме стандартна температура и налягане. Запомни, че стандратната температура е 0°C, а стандартното налягане е една атмосфера. Вече намерихме, че ще произведем 4,35 по 10^4 мола натрий. Колко мола газообразен хлор ще произведем? Да видим какво е отношението на моловете. Това е отношение две към едно. Значи можем да съставим пропорция натрий към хлор, което е две към едно в молове, значи за всеки два мола натрий, които са произведени, произвеждаме и един мол газообразен хлор. 2/1 е равно на 4,35 по 10^4, това са моловете произведен натрий, върху х, което е моловете произведен хлор. Значи 2х е равно на 4,35 по 10^4, х е равно на 4,35 по 10^4, делено на 2. Значи делим 4,35 по 10^4 на две и получаваме 21 750 мола хлор, произвели сме 21 750 мола газообразен хлор. Търсим литрите газообразен хлор, който е произведен, и за да си улесним живота, можем да кажем, че един мол идеален газ заема 22,4 литра при стандартни условия. Значи това количество молове, ще приемем, че имаме идеален газ, и можем да намерим колко литра е това, като умножим това число по 22,4. Значи 21 750 мола... ако умножим по 22,4, ще получим обема в литри. Хайде да го сметнем, това число по 22,4. Получаваме 4,87 по 10 на 1, 2, 3, 4, 5... Получихме 4,87 по 10^5 литра хлор. Има и друг начин, ако не искаш да го претупваш, можеш да заместиш във формулата PV е равно на nRT, можеш да използваш тази формула, значи PV = nRT, ние сме при стандартни условия, налягане една атмосфера и температура 0°C или 273,15 келвина. Заместваме във формулата, налягането е една атмосфера, температурата е 273,15 келвина, Искаме да намерим обема, търсим обема в литри, V, n е равно на броя молове, значи е 21 750 мола, R е равно на 0,0821... Не оставих място за мерните единици. Но те ще се съкратят и ще получим литри обем, и ако сметнеш това с калкулатора, ще получиш същия отговор. Ще получиш 4,87 по 10^5 литра, ако заместиш в тази формула, или можеш да използваш по-краткия начин. И по двата начина ще получиш същият обем произведен хлор.