Chemia - Matura Maj 2014, Poziom rozszerzony (Formuła 2007) - Zadanie 28.
Elektroliza wodnego roztworu chlorku sodu na elektrodach grafitowych przebiega zgodnie z równaniem:
2NaCl + 2H2O prąd elektryczny 2NaOH + H2 + Cl2
Oblicz, ile sekund trwała elektroliza, jeśli otrzymano 10 cm3 wodoru (w przeliczeniu na warunki normalne), a natężenie prądu przepuszczanego przez elektrolizer wynosiło 1 A. Stała Faradaya F = 96500 C · mol–1. Wynik zaokrąglij do liczb całkowitych.
Rozwiązanie
Schemat punktowania:
2 p. – zastosowanie poprawnej metody, poprawne wykonanie obliczeń oraz podanie
wyniku z właściwą dokładnością w sekundach
Uwaga: Należy zwrócić uwagę na zależność wartości wyniku końcowego od
ewentualnych wcześniejszych zaokrągleń. Należy uznać za poprawne wszystkie
wyniki, które są konsekwencją przyjętych przez zdającego poprawnych
zaokrągleń.
1 p. – zastosowanie poprawnej metody i:
– popełnienie błędów rachunkowych prowadzących do błędnego wyniku
liczbowego
– błąd w zaokrągleniu wyniku
– inna niż wymagana dokładność wyniku
– podanie wyniku w jednostkach innych niż jednostka czasu
– zastosowanie błędnej metody obliczenia, np.:
x
⸺
0,01 dm3 H2
x = 0,052 g NaCl
t = m ∙ z ∙ FM ∙ i
t = 0, 052 g ∙ 1 ∙ 96500 C ∙ mol–158,5 g ∙ mol–1 ∙ 1 ∙ C ∙ s–1 = 86 s
0 p. – brak rozwiązania
Przykłady poprawnego rozwiązania:
2H2O + 2e– → H2 + 2OH–
Sposób I
q = it ⇒ t= qi i q = ne ∙ F
ne = 2nH2
i nH2 = VVmol = 10 ∙ 10–3 dm322,4 dm3 ∙ mol–1 = 10–222,4 mol = 0,0446 ∙ 10–2 mol = 4,46 ∙ 10–4 mol
ne = 2 ∙ 4,46 ∙ 10–4 mol = 8,92 ∙ 10–4 mol
t = qi = ne ∙ Fi = 8,92 ∙10–4 mol ∙ 96500 C ∙ mol–11A = 860780 ∙ 10–4 s ≈ 86 (s)
Sposób II
0,01 dm3
⸺
x
x = 0,00089 g
m = kit i k = MnF
m = MitnF ⇒ t = mnFMi
t = 0,00089 g ∙ 2 ∙ 96500 C ∙ mol–12 g ∙ mol–1 ∙1 C ∙ s–1 = 86 (s)
