Шарик и водород Пустой воздушный шарик весит 3 грамма. Чтобы он смог взлететь, его необходимо наполнить водородом.
а) рассчитайте объём водорода, необходимого для того, чтобы шарик взлетел;
б) рассчитайте массу воды, которая необходима для получения такого объёма водорода электролизом.

Предыдущий
вопрос Следующий
вопрос

а) Для того чтобы шарик взлетел, его нужно заполнить водородом, который будет обладать подъёмной силой, достаточной для превышения гравитационной силы, действующей на шарик. Подъёмная сила равна разности между массой воздушного шарика и массой занимаемого им воздуха (3 г).

Так как подъемная сила обусловлена разностью плотностей воздуха и водорода, можно воспользоваться соотношением:

Δm = ΔV ρ_возд g = V_вод ρ_вод g

где Δm - разница масс воздушного шарика и воздуха (3 г), ΔV - объем занимаемого воздухом шарика, ρ_возд - плотность воздуха, g - ускорение свободного падения, V_вод - объем водорода, который нужно заполнить шарик, ρ_вод - плотность водорода.

Плотность воздуха ρ_возд ~ 1,2 кг/м^3, плотность водорода ρ_вод = 0,09 кг/м^3.

Тогда объем водорода V_вод будет равен:

V_вод = (Δm / (ρ_возд - ρ_вод)) / g = (0,003 кг / (1,2 - 0,09) кг/м^3) / 9,8 м/с^2 ≈ 0,00029 м^3 или 0,29 л.

б) Для получения такого объема водорода электролизом воды необходимо знать, что при электролизе воды на каждый моль водорода требуется два моли воды.

Молярная масса воды H2O = 18 г/моль, молярная масса водорода H2 = 2 г/моль.

Таким образом, для получения 1 моль водорода необходимо 2 моля воды, что равно 36 г. Для получения V_вод = 0,29 л (или около 0,015 моль) водорода необходимо:

0,015 моль * 36 г/моль = 0,54 г.

Следовательно, для получения такого объема водорода электролизом воды потребуется приблизительно 0,54 г воды.