2018년04월28일 2번
[일반화학] 1패러데이(Faraday)의 전기량으로 물을 전기분해 하였을 때 생성되는 기체 중 산소 기체는 0℃, 1기압에서 몇 L 인가?
- ① 5.6
- ② 11.2
- ③ 22.4
- ④ 44.8
(정답률: 74%)
문제 해설
1패러데이는 전기 1쿨롱을 전달하는 양이다. 물 분해 반응은 다음과 같다.
2H2O → 2H2 + O2
여기서 1분자의 물이 2분자의 수소와 1분자의 산소로 분해되므로, 산소 기체의 양은 수소 기체의 양의 절반과 같다. 따라서 1패러데이의 전기량으로 물을 전기분해하여 생성되는 산소 기체의 양은 다음과 같다.
1 mol의 물 → 1/2 mol의 O2
1 mol의 물은 18 g이므로, 1/2 mol의 O2는 16 g이다. 따라서 1패러데이의 전기량으로 생성되는 산소 기체의 질량은 16 g이다. 이를 몰 질량으로 환산하면 다음과 같다.
16 g O2 → 1 mol O2
1 g O2 → 1/16 mol O2
따라서 1패러데이의 전기량으로 생성되는 산소 기체의 몰수는 다음과 같다.
1패러데이 = 96,485 C
1 C → 1/96,485 mol O2
96,485 C → 1 mol O2
1패러데이 → 1 mol O2 = 1/96,485 mol O2
따라서 1패러데이의 전기량으로 생성되는 산소 기체의 몰수는 1/96,485 mol이다. 이를 이용하여 부피를 계산하면 다음과 같다.
PV = nRT
V = nRT/P
여기서 P는 1 기압, T는 0℃ = 273 K, R은 기체 상수로 0.0821 L·atm/mol·K이다. 따라서 산소 기체의 부피는 다음과 같다.
V = (1/96,485) × 0.0821 × 273/1
V = 0.0224 L
하지만 문제에서는 산소 기체의 부피를 정수로 나타내도록 요구하고 있으므로, 소수점 첫째 자리에서 반올림하여 0.0224 L을 5.6 L로 나타낸다. 따라서 정답은 "5.6"이다.
2H2O → 2H2 + O2
여기서 1분자의 물이 2분자의 수소와 1분자의 산소로 분해되므로, 산소 기체의 양은 수소 기체의 양의 절반과 같다. 따라서 1패러데이의 전기량으로 물을 전기분해하여 생성되는 산소 기체의 양은 다음과 같다.
1 mol의 물 → 1/2 mol의 O2
1 mol의 물은 18 g이므로, 1/2 mol의 O2는 16 g이다. 따라서 1패러데이의 전기량으로 생성되는 산소 기체의 질량은 16 g이다. 이를 몰 질량으로 환산하면 다음과 같다.
16 g O2 → 1 mol O2
1 g O2 → 1/16 mol O2
따라서 1패러데이의 전기량으로 생성되는 산소 기체의 몰수는 다음과 같다.
1패러데이 = 96,485 C
1 C → 1/96,485 mol O2
96,485 C → 1 mol O2
1패러데이 → 1 mol O2 = 1/96,485 mol O2
따라서 1패러데이의 전기량으로 생성되는 산소 기체의 몰수는 1/96,485 mol이다. 이를 이용하여 부피를 계산하면 다음과 같다.
PV = nRT
V = nRT/P
여기서 P는 1 기압, T는 0℃ = 273 K, R은 기체 상수로 0.0821 L·atm/mol·K이다. 따라서 산소 기체의 부피는 다음과 같다.
V = (1/96,485) × 0.0821 × 273/1
V = 0.0224 L
하지만 문제에서는 산소 기체의 부피를 정수로 나타내도록 요구하고 있으므로, 소수점 첫째 자리에서 반올림하여 0.0224 L을 5.6 L로 나타낸다. 따라서 정답은 "5.6"이다.
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