Problema 4 · Química Selectividad Cataluña Juny Serie 2 2021

Tema: Redox, Piles i electròlisi · Del examen Juny Serie 2 (2021)

Enunciado

4. L'hidrogen és un element abundant que generalment no es troba com a gas pur (H2\mathrm{H_2}), sinó unit a l'oxigen (H2O\mathrm{H_2O}) o al carboni (CH4\mathrm{CH_4}). En un article publicat per la revista Nature Chemistry, experts en nanotecnologia de Stanford i Aarhus expliquen com es pot alliberar l'hidrogen de l'aigua a escala industrial mitjançant l'ús de l'electròlisi, substituint l'elèctrode tradicional de platí (càtode) per un elèctrode de carboni grafit modificat químicament.

a)

Escriviu les semireaccions que tenen lloc a l'ànode i al càtode en l'electròlisi d'aigua lleugerament acidulada. Dibuixeu un esquema del muntatge experimental. [1,25 punts]

b)

Efectuem l'electròlisi de l'aigua durant vint hores emprant una intensitat de corrent de 3,0 A3{,}0\text{ A}. Quina pressió exercirà l'hidrogen obtingut, si el considerem un gas ideal, en introduir-lo en un recipient de 0,10 L0{,}10\text{ L} on la temperatura és de 200 K200\text{ K}? Raoneu, mitjançant el model cineticomolecular dels gasos, per què la pressió real de l'hidrogen es desvia una mica d'aquest valor. [1,25 punts]

DADES:

Constant dels gasos ideals: R=0,082 atm⋅L⋅K−1⋅mol−1=8,31 J⋅K−1⋅mol−1R = 0{,}082\text{ atm}\cdot\text{L}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1} = 8{,}31\text{ J}\cdot\text{K}^{-1}\cdot\text{mol}^{-1}

Constant de Faraday: F=9,65×104 C⋅mol−1F = 9{,}65\times 10^4\text{ C}\cdot\text{mol}^{-1}

Enunciado: Problema 4 · Química Selectividad Cataluña Juny Serie 2 2021

Solución

Según los criterios oficiales de corrección

a) Escriviu la semireacció que té lloc a l'ànode en l'electròlisi d'aigua lleugerament acidulada.

Solución: H2O -> 1/2 O2(g) + 2 H+ + 2 e- / 2 H2O -> O2(g) + 4 H+ + 4 e-

a) Escriviu la semireacció que té lloc al càtode en l'electròlisi d'aigua lleugerament acidulada.

Solución: 2 H2O + 2 e- -> H2(g) + 2 OH- / 2 H+ + 2 e- -> H2(g)

a) Dibuixeu un esquema del muntatge experimental.

Solución: Cal que en el dibuix surti: - Recipient que conté l'aigua lleugerament acidulada (per exemple, cubeta) [0,1 p] - Dos elèctrodes: càtode i ànode (no cal que indiquin de quin material són) [0,2 p] - Dos recipients que recullen els gasos: H2\mathrm{H_2} i O2\mathrm{O_2} (per exemple, tubs d'assaig) [0,2 p] - Pila o font d'alimentació (amb cables que s'uneixen als elèctrodes) [0,35 p]

b) Quina pressió exercirà l'hidrogen obtingut, si el considerem un gas ideal, en introduir-lo en un recipient de 0,10 L on la temperatura és de 200 K?

Solución: 183,5 atm

b) Raoneu, mitjançant el model cineticomolecular dels gasos, per què la pressió real de l'hidrogen es desvia una mica d'aquest valor.

Solución: El model cinètic molecular dels gasos considera el gas ideal format per partícules puntuals (sense volum propi), en moviment constant, que xoquen elàsticament i no exerceixen forces d'interacció entre elles. La pressió real es desvia perquè no es poden negligir totalment el volum ocupat per les molècules ni les interaccions intermoleculars.

La explicación paso a paso, hecha con IA, es Premium. Premium

Resuélvelo aquí mismo: corrección automática, pistas y solución paso a paso.

‹ Problema 6 · Setembre Serie 3 2022 · Problema 3 · Juny Serie 5 2021 ›

Más ejercicios de Redox, Piles i electròlisi

Exámenes oficiales en PDF y soluciones: examenselectivitat.cat