Номер 1, страница 108, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

Экспериментируйте

Проведите эксперимент с электролизом воды. Для этого в стакане с водой растворите небольшое количество поваренной соли. Изготовьте 2 электрода из графита (сердцевина простого карандаша). В качестве источника тока можно взять две последовательно соединенные между собой батарейки по 1,5 В. Соедините один электрод с плюсом, а второй с минусом источника тока. Пронаблюдайте процесс выделения газов на электродах.

Данный эксперимент демонстрирует процесс электролиза водного раствора поваренной соли ($NaCl$). Цель эксперимента — разложить вещества в растворе с помощью электрического тока и наблюдать за продуктами реакции.

Описание процесса и химические реакции

Чистая вода является очень плохим проводником электрического тока. Для того чтобы через воду пошел ток, в ней необходимо растворить электролит — вещество, которое распадается на ионы. В данном случае это поваренная соль ($NaCl$), которая диссоциирует в воде на положительно заряженные ионы натрия ($Na^+$) и отрицательно заряженные ионы хлора ($Cl^-$). Эти ионы обеспечивают перенос заряда в растворе.

Когда электроды, сделанные из графита (инертного материала, который не вступает в реакцию), опускают в раствор и подключают к источнику тока (две батарейки по 1,5 В, соединенные последовательно, дают напряжение 3 В), начинаются химические реакции на каждом электроде.

1. На катоде (отрицательный электрод, «–»):

К катоду притягиваются положительные ионы $Na^+$ и подходят полярные молекулы воды $H_2O$. Молекулы воды являются более сильными окислителями (легче принимают электроны), чем ионы натрия. Поэтому на катоде происходит восстановление воды, в результате чего выделяется газообразный водород и образуются гидроксид-ионы:

$2H_2o + 2e^- \rightarrow H_2\uparrow + 2OH^-$

2. На аноде (положительный электрод, «+»):

К аноду притягиваются отрицательные ионы $Cl^-$ и $OH^-$. В данном случае, несмотря на более сложную зависимость от концентрации и материала электрода, происходит преимущественно окисление хлорид-ионов. Они отдают электроны и превращаются в газообразный хлор:

$2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2\uparrow$

Суммарная реакция и наблюдаемые явления:

Оставшиеся в растворе ионы $Na^+$ и образовавшиеся у катода ионы $OH^-$ образуют гидроксид натрия ($NaOH$), который накапливается в растворе. Общее уравнение реакции электролиза водного раствора поваренной соли выглядит так:

$2NaCl + 2H_2o \xrightarrow{электролиз} 2NaOH + H_2\uparrow + Cl_2\uparrow$

Таким образом, при наблюдении за процессом можно увидеть следующее:

• На обоих электродах происходит выделение пузырьков газа.
• На катоде (электрод, подключенный к минусу) выделяется бесцветный газ без запаха — водород ($H_2$).
• На аноде (электрод, подключенный к плюсу) выделяется газ желто-зеленого цвета с резким, характерным запахом хлорки — хлор ($Cl_2$).

Ответ: В результате проведения эксперимента будет наблюдаться выделение газа на обоих электродах. На отрицательном электроде (катоде) будет выделяться газообразный водород ($H_2$), а на положительном электроде (аноде) — газообразный хлор ($Cl_2$), имеющий желто-зеленый цвет и резкий запах. В растворе при этом будет образовываться щелочь — гидроксид натрия ($NaOH$).