Wie viel Cl2 ist enstanden?
Hallo,
ich brauche Hilfeee bitte!
In einer Elektrolysezelle, gefüllt mit wässriger HCl, werden bei Betrieb unter Standardbedingungen nach 1h 4g H2 gebildet. Wieviel Cl2 ist entstanden?
a) 4g
b) 71 mg
c) 71 mL
d) 50 L
Danke im Voraus
3 Antworten
4 g Wasserstoff sind genau 2 mol H2. Es entsteht genau so viel Chlor. 1 mol Gas hat unter NB ein Volumen von 22,414 L und bei 20 °C etwas über 24 L. Da 2 mol Gas vorliegen sind es also 48 L Gas. Das sind etwa 50 L.
fertig.
2 HCl ⟶ H₂ + Cl₂
Die beiden Produkte H₂ und Cl₂ entstehen also im Verhältnis 1:1 (in Stoffmengen). Du bekommst m=4 g HCl, das sind n=m/M=2 mol, also müssen sich auch 2 mol Cl₂ gebildet haben, das sind m=nM=141.8 g, aber das steht nicht in der Liste.
Also denken wir etwas flexibler und überlegen uns, wieviel Volumen die 2 mol bzw. 141.8 g Cl₂ wohl beanspruchen — bei 20 °C und 1 bar sollten das z.B. V=nRT/p=48.7 l sein, das liegt sehr nah an den angegebenen 50 l, also wird das wohl stimmen.
Man kann ja auch Wasser elektrolysieren, und bekommt H2 und O2. Wer versichert mir, dass bei der wässrigen Lösung des HCl nicht auch das Wasser elektrolysiert wird, und dadurch zusätzliches H2 entsteht?
Wasserstoffatome haben keine Vornamen — alle sind gleich und lassen sich nicht unterscheiden. Aber selbst wenn man das könnte (z.B. mit Isotopenmarkierung: Man löst DCl-Gas in H₂O, oder HCl-Gas in D₂O), ergibt die Frage wenig Sinn.
Wenn Du nämlich HCl in Wasser löst, lagert sich der Wasserstoff als H⁺ an H₂O-Moleküle an, und es entstehen H₃O⁺-Ionen. Diese H₃O⁺-Ionen reagieren ständig mit umgebenden H₂O-Molekülen, indem sie ihnen ein H⁺ übertragen, nach der nur scheinbar sinnlosen Reaktionsgleichung
H₃O⁺ + H₂O ⟶ H₂O + H₃O⁺
(Diese Reaktion ist übrigens der Grund dafür, daß Säurelösungen den Strom so gut leiten — die positive Ladung kommt weit herum, ohne daß sich die Teilchen selbst viel bewegen müssen)
Das bedeutet aber auch, daß es in der Lösung keinen Unterschied zwischen den H-Atomen aus HCl und H₂O gibt: beide wechseln ständig zwischen H₃O⁺ und H₂O hin und her, und HCl-Moleküle gibt es sowieso keine in Lösung. Der gebildete Wasserstoff stammt also statistisch von H₂O oder HCl, entsprechend dem Mischungsverhältnis, mit dem die Lösung zusammengerührt wurde.
Trotzdem kann sich bei der Elektrolyse auch ein wenig O₂ bilden, weil die Reaktion
2 H₂O ⟶ 2 H₂ + O₂
ja auch auch möglich ist (die Details sind verzwickt und hängen vor allem vom Anodenmaterial ab). In der Praxis äußert sich das als O₂-Verunreinigung im gebildeten Cl₂; dem gebildeten H₂ kann man diesen Effekt auf keinen Fall ansehen, nicht einmal mit Isotopenmarkierung.
B). Weil das andere ist alles zu groß.
Wenn schon 4g H2 gebildet wurde, sollte die Masse des gebildeten Cl2 wesentlich größer sein.
Da 2 Mol Wasserstoffmoleküle entstanden sind und proportional dazu ebenfalls 2 Mol Chlormoleküle entstanden sein müssten. Die Molare Masse von Chlorgas beträgt ca 71 g/mol.
Könnte es sein, dass bei der wässrigen Lösung auch H2 aus dem Wasser gebildet wird?