Для решения данной задачи, нам необходимо воспользоваться законом Фарадея, который устанавливает зависимость между количеством вещества, прошедшего через электролит при электролизе, и количеством заряда, прошедшего через раствор.
Первым шагом необходимо определить количество заряда, прошедшего через раствор сульфата натрия. Для этого воспользуемся формулой:
Q = It,
где Q - количество заряда (в кулонах), I - сила тока (в амперах), t - время действия тока (в секундах).
Дано, что время действия тока составило некоторое время, но его значение не указано в задаче. Поэтому в дальнейших расчетах будем считать, что время действия тока равно 1 секунде. Это не влияет на итоговый результат, так как мы ищем массовую долю сульфата натрия, которая не зависит от времени действия тока.
Далее подставим известные данные в формулу:
Q = (1 A) * (1 s) = 1 C.
Теперь, зная количество заряда, прошедшего через раствор, мы можем рассчитать количество вещества сульфата натрия, которое претерпело электролиз.
Для этого в нашем случае применим следующую формулу:
n = Q / F,
где n - количество вещества (в молях), Q - количество заряда (в кулонах), F - постоянная Фарадея (96 485 Кл/моль).
Подставляем известные значения:
n = 1 C / 96 485 Кл/моль = 1.04 * 10^-5 моль.
Теперь имея количество вещества сульфата натрия, которое претерпело электролиз, мы можем рассчитать массу сульфата натрия.
Молярная масса сульфата натрия, Na2SO4, составляет 142 г/моль.
m = n * M,
где m - масса вещества (в граммах), n - количество вещества (в молях), M - молярная масса вещества (в г/моль).
Подставляем известные значения:
m = (1.04 * 10^-5 моль) * (142 г/моль) = 1.47 * 10^-3 г.
Теперь имея массу сульфата натрия, которая претерпела электролиз, исходим из предположения, что сульфат натрия не участвует в электролизе и не подвергается изменениям во время протекания реакции. Тогда мы можем рассмотреть закон сохранения массы, который гласит, что масса вещества до и после реакции остается неизменной.
Таким образом, массовая доля сульфата натрия в растворе после прекращения электролиза будет равна:
масса сульфата натрия / масса раствора.
Общая масса раствора равна массе вещества плюс массе растворителя. По условию задачи, 50 г раствора содержат 10 г сульфата натрия и 40 г растворителя (воды). То есть:
масса раствора = масса вещества + масса растворителя = 10 г + 40 г = 50 г.
Теперь можем рассчитать массовую долю:
массовая доля сульфата натрия = масса сульфата натрия / масса раствора = (1.47 * 10^-3 г) / (50 г) ≈ 0.03%.
Таким образом, массовая доля сульфата натрия в растворе после прекращения электролиза составляет около 0.03%.
Чтобы ответить на данный вопрос, нам необходимо знать следующие основные правила электронной конфигурации и определение степени окисления.
1) Электронная конфигурация описывает расположение электронов в атоме.
2) Каждый уровень энергии (шелл) атома может содержать определенное количество электронов. Уровни энергии обозначаются числами: 1, 2, 3, 4, и т.д. Первый уровень может содержать максимум 2 электрона, второй - 8 электронов, третий - 18 электронов, и четвертый - 32 электрона.
3) Электроны наиболее устойчиво находятся в полностью заполненном подуровне или наиболее высоком доступном энергетическом уровне.
4) Степень окисления показывает, сколько электронов атом либо отдал, либо принял, чтобы достичь электронной конфигурации очередного инертного газа.
Вернемся к вопросу. Атом с электронной конфигурацией <3d^4s^2> имеет пять электронов в d-подуровне и 2 электрона в s-подуровне. Давайте подсчитаем общее число электронов и определим степень окисления.
В d-подуровне есть пять электронов, но степень окисления 5 означает, что атом отдал (или "потерял") 5 электронов. Таким образом, электронная конфигурация <3d^4s^2> не может отвечать требованиям вопроса.
Атом с электронной конфигурацией <3s^2 3p^5> имеет 2 электрона в s-подуровне и 5 электронов в p-подуровне. Если атом имеет степень окисления 5, значит, он принял (или "получил") 5 электронов. В данном случае, у нас только 7 электронов в общем. Этот атом также не отвечает требованиям вопроса.
Атом с электронной конфигурацией <3s^2 3p^4> имеет 2 электрона в s-подуровне и 4 электрона в p-подуровне. Если атом имеет степень окисления 5, он также должен принять 5 электронов. В данном случае, у нас только 6 электронов в общем. И этот атом не отвечает требованиям вопроса.
Остался последний вариант - атом с электронной конфигурацией <3d^5 4s^2>. У нас есть 5 электронов в d-подуровне и 2 электрона в s-подуровне. Подсчитаем общее количество электронов и определим степень окисления.
Имеется 5 электронов в d-подуровне. Если атом имеет степень окисления 5, значит, он должен отдать 5 электронов. В данном случае, атом уже имеет 7 электронов в общем, что удовлетворяет условию вопроса. Следовательно, атом с электронной конфигурацией <3d^5 4s^2> имеет максимальную степень окисления +5.
Таким образом, правильный ответ на данный вопрос - вариант 4) 3d^5 4s^2.
Первым шагом необходимо определить количество заряда, прошедшего через раствор сульфата натрия. Для этого воспользуемся формулой:
Q = It,
где Q - количество заряда (в кулонах), I - сила тока (в амперах), t - время действия тока (в секундах).
Дано, что время действия тока составило некоторое время, но его значение не указано в задаче. Поэтому в дальнейших расчетах будем считать, что время действия тока равно 1 секунде. Это не влияет на итоговый результат, так как мы ищем массовую долю сульфата натрия, которая не зависит от времени действия тока.
Далее подставим известные данные в формулу:
Q = (1 A) * (1 s) = 1 C.
Теперь, зная количество заряда, прошедшего через раствор, мы можем рассчитать количество вещества сульфата натрия, которое претерпело электролиз.
Для этого в нашем случае применим следующую формулу:
n = Q / F,
где n - количество вещества (в молях), Q - количество заряда (в кулонах), F - постоянная Фарадея (96 485 Кл/моль).
Подставляем известные значения:
n = 1 C / 96 485 Кл/моль = 1.04 * 10^-5 моль.
Теперь имея количество вещества сульфата натрия, которое претерпело электролиз, мы можем рассчитать массу сульфата натрия.
Молярная масса сульфата натрия, Na2SO4, составляет 142 г/моль.
m = n * M,
где m - масса вещества (в граммах), n - количество вещества (в молях), M - молярная масса вещества (в г/моль).
Подставляем известные значения:
m = (1.04 * 10^-5 моль) * (142 г/моль) = 1.47 * 10^-3 г.
Теперь имея массу сульфата натрия, которая претерпела электролиз, исходим из предположения, что сульфат натрия не участвует в электролизе и не подвергается изменениям во время протекания реакции. Тогда мы можем рассмотреть закон сохранения массы, который гласит, что масса вещества до и после реакции остается неизменной.
Таким образом, массовая доля сульфата натрия в растворе после прекращения электролиза будет равна:
масса сульфата натрия / масса раствора.
Общая масса раствора равна массе вещества плюс массе растворителя. По условию задачи, 50 г раствора содержат 10 г сульфата натрия и 40 г растворителя (воды). То есть:
масса раствора = масса вещества + масса растворителя = 10 г + 40 г = 50 г.
Теперь можем рассчитать массовую долю:
массовая доля сульфата натрия = масса сульфата натрия / масса раствора = (1.47 * 10^-3 г) / (50 г) ≈ 0.03%.
Таким образом, массовая доля сульфата натрия в растворе после прекращения электролиза составляет около 0.03%.