Chemia - Matura Maj 2018, Poziom rozszerzony (Formuła 2007) - Zadanie 21.

Kategoria: Elektroliza Typ: Oblicz

Podczas elektrolizy wodnego roztworu chlorku chromu(III) CrCl₃ (prowadzonej przy użyciu elektrod grafitowych) przez roztwór przepłynął ładunek elektryczny Q, co skutkowało wydzieleniem 156 gramów chromu.

Oblicz, ile gramów cynku wydzieli się podczas przepływu takiego samego ładunku Q przez roztwór chlorku cynku ZnCl₂. Przyjmij, że opisane procesy zachodzą ze 100% wydajnością. Stała Faradaya ma wartość F = 96500 C ⋅ mol⁻¹.

Rozwiązanie

Schemat punktowania
2 p. – za zastosowanie poprawnej metody, poprawne wykonanie obliczeń oraz podanie wyniku w gramach.
1 p. – za zastosowanie poprawnej metody, ale:
– popełnienie błędów rachunkowych prowadzących do błędnego wyniku liczbowego.
lub
– podanie wyniku z błędną jednostką.
0 p. – za zastosowanie błędnej metody obliczenia albo brak rozwiązania.

Przykładowe rozwiązania
Rozwiązanie I
Podczas elektrolizy CrCl₃ jony Cr³⁺ redukują się na katodzie, co można zilustrować równaniem: Cr³⁺ + 3e⁻ → Cr
Przepłynięcie przez obwód ładunku 3 moli elektronów spowoduje zużycie 1 mola jonów chromu(III) z roztworu i wydzielenie 52 gramów chromu.

3 · 96500 C
x

⸺
⸺

52 g
156 g

⇒ x = 868500 C

Podczas elektrolizy ZnCl₂ jony Zn²⁺ redukują się na katodzie, co można zilustrować równaniem: Zn²⁺ + 2e⁻ → Zn
Przepłynięcie przez obwód ładunku 2 moli elektronów spowoduje zużycie 1 mola jonów cynku z roztworu i wydzielenie 65,4 grama cynku.

2 · 96500 C
868500 C

⸺
⸺

65,4 g
y ⇒ y = 294,3 (g) lub y = 294 (g)

Rozwiązanie II
n = 3 mole Cr ⇒ Q = 9F

65 g Zn
x

⸺
⸺

2F
9F ⇒ x = 292,5 (g) lub x = 293 (g)

Rozwiązanie III
m = M ⋅ Q z ⋅ F ⇒ Q = m ⋅ z ⋅ F M = 156 ⋅ 3 ⋅ 9650052 = 868500 C

Masa cynku wydzielonego podczas elektrolizy:
m = M ⋅ Q z ⋅ F = 65 ⋅ 8685002 ⋅ 96500 = 292, 5 (g) lub m = 293 (g)