СРОЧНООО!!

На протяжении какого времени необходимо проводить электролиз подкисленной воды, чтобы полученным водородом заполнить воздушный шар, который при нормальных условиях имеет подъемную силу 1960 Н? Ток при электролизе составляет 100 А, давление равно 1*10^5 Па, температура равна 0 градусов по Цельсию, а также 273 градуса по Кельвину.

Физика 11 класс Электролиз и газовые законы электролиз подкисленной воды время электролиза подъемная сила водорода воздушный шар ток 100 А давление 1*10^5 Па температура 0 градусов физика 11 класс

Давай разберемся с этой задачей шаг за шагом! Это действительно увлекательно! Мы можем использовать формулы и физические законы, чтобы найти ответ на твой вопрос!

Шаг 1: Определим объем водорода, необходимый для поднятия шара.

Подъемная сила (F) равна весу вытолкнутого воздуха. Мы можем использовать формулу:

• F = ρ * V * g

где:

• F = 1960 Н
• ρ = 1.29 кг/м³ (плотность воздуха при нормальных условиях)
• g = 9.81 м/с² (ускорение свободного падения)
• V = объем водорода

Перепишем формулу для нахождения объема V:

• V = F / (ρ * g)

Подставим значения:

• V = 1960 Н / (1.29 кг/м³ * 9.81 м/с²) ≈ 1960 / 12.629 ≈ 155.5 м³

Шаг 2: Найдем количество водорода, необходимое для заполнения этого объема.

Используем уравнение состояния идеального газа:

• PV = nRT

где:

• P = 1 * 10^5 Па
• V = 155.5 м³
• R = 8.31 Дж/(моль·К)
• T = 273 К
• n = количество молей водорода

Перепишем формулу для нахождения n:

• n = PV / RT

Подставим значения:

• n = (1 * 10^5 Па * 155.5 м³) / (8.31 Дж/(моль·К) * 273 К) ≈ 6.93 моль

Шаг 3: Найдем массу водорода.

Молярная масса водорода (H2) ≈ 2 г/моль. Тогда:

• m = n * M = 6.93 моль * 2 г/моль ≈ 13.86 г ≈ 0.01386 кг

Шаг 4: Определим количество электричества, необходимое для получения этого количества водорода.

На получение 1 моль водорода необходимо 2 моль электронов (по реакции 2H2O -> 2H2 + O2). Это значит, что:

• q = n * F = 6.93 моль * 2 * 96485 Кл/моль ≈ 1.34 * 10^6 Кл

Шаг 5: Найдем время электролиза.

Используем формулу:

• t = q / I

где I = 100 А. Подставим значения:

• t = 1.34 * 10^6 Кл / 100 А ≈ 13400 с ≈ 3.72 часа

Ответ: Для заполнения воздушного шара водородом необходимо проводить электролиз подкисленной воды примерно 3.72 часа!

Это захватывающе! Надеюсь, ты почувствовал энергию и вдохновение от этой задачи! Удачи в учебе!

Чтобы решить задачу, начнем с определения объема водорода, который нам нужен для заполнения воздушного шара с подъемной силой 1960 Н.

Шаг 1: Определим объем водорода

Подъемная сила (F) воздушного шара равна весу вытесненного им воздуха. Мы можем использовать формулу:

F = V * ρ * g

где:

• F - подъемная сила (1960 Н),
• V - объем вытесненного воздуха (м³),
• ρ - плотность воздуха (приблизительно 1.29 кг/м³ при нормальных условиях),
• g - ускорение свободного падения (приблизительно 9.81 м/с²).

Теперь выразим объем V:

V = F / (ρ * g)

Подставим известные значения:

V = 1960 Н / (1.29 кг/м³ * 9.81 м/с²)

V ≈ 1960 / 12.629 ≈ 155.4 м³.

Шаг 2: Определим количество водорода, необходимое для заполнения этого объема

При нормальных условиях (0°C и 1 атм) 1 моль газа занимает объем 22.4 литра (0.0224 м³). Теперь найдем, сколько моль водорода нам нужно для объема 155.4 м³:

n = V / 0.0224 м³

n ≈ 155.4 / 0.0224 ≈ 6937.5 моль.

Шаг 3: Определим количество водорода, производимого при электролизе

При электролизе воды на 1 моль водорода требуется 2 моль электронов. Количество электронов, проходящих через электролиз, можно определить с помощью уравнения:

Q = I * t

где:

• Q - заряд в кулонах (Кл),
• I - ток (100 А),
• t - время в секундах (с).

Количество молей электронов, проходящих через электролиз, можно найти, используя формулу:

n(e-) = Q / F

где F - постоянная Фарадея (приблизительно 96485 Кл/моль).

Так как на 2 моль электронов получается 1 моль водорода, то:

n(H2) = n(e-) / 2.

Шаг 4: Связка всех уравнений

Подставим Q в уравнение для n(H2):

n(H2) = (I * t) / (2 * F).

Теперь подставим значения и приравняем к количеству водорода, необходимому для шара:

6937.5 = (100 * t) / (2 * 96485).

Шаг 5: Решение уравнения

Решим уравнение относительно времени t:

t = (6937.5 * 2 * 96485) / 100.

t ≈ (6937.5 * 192970) / 100.

t ≈ 13347.5 с.

Шаг 6: Перевод времени в часы

Теперь переведем секунды в часы:

t(ч) = t(с) / 3600.

t(ч) ≈ 13347.5 / 3600 ≈ 3.71 ч.

Ответ: Для заполнения воздушного шара водородом необходимо проводить электролиз подкисленной воды примерно 3.71 часа.