Лабораторная работа №2, страница 222 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

Лабораторная работа № 2.

Исследование условия возникновения тока в электролитах

Цель работы: Выяснить, растворы каких веществ являются проводниками, про- наблюдать за химическим действием тока.

Оборудование: источник тока, амперметр, лампа, кювета с медным и цинковым электродами, ключ, соединительные провода, стаканы с дистиллированной водой, раствором сахара и раствором поваренной соли, чашка с поваренной солью, стеклянная палочка.

Краткая теория

Способность воды растворять большинство веществ связана со структурой молекул воды. Так как центры положительных и отрицательных зарядов в ней сдвинуты друг относительно друга, молекулы воды являются диполями.

Так же как и другие вещества жидкости могут быть проводниками, полупроводниками и диэлектриками.

Майкл Фарадей назвал жидкие проводники электролитами, а электроды, соединенные с различными полюсами источника тока, – катодом и анодом.

Ход работы:

1. Соберите установку, изображенную на рисунке 2.

2. Опуская электроды в стаканы с различными жидкостями, определите, какие из них являются проводниками.

3. Занесите наблюдаемые явления в таблицу.

4. Предварительно высушив, опустите электроды в сухую поваренную соль.

Рис. 2. Химическое действие электрического тока

№ Вещество Наличие тока в цепи Наблюдение химического действия тока

1 Дистиллированная вода, $H_2O$

2 Раствор сахара

3 Раствор поваренной соли $NaCl$

4 Поваренная соль

5. Ответьте на вопросы:

- Почему дистиллированная вода, раствор сахара и сухая поваренная соль не являются проводниками?

- Почему раствор поваренной соли проводит электрический ток?

- Как называется распад молекул на положительные и отрицательные ионы?

- Что называют электролитом?

- Как ведут себя ионы, если в раствор опустить катод и анод и подключить их к источнику тока?

- Что понимают под упорядоченным движением заряженных частиц?

Сделайте выводы: об условиях возникновения электрического тока; о наблюдаемых внешних проявлениях электрического тока в растворе поваренной соли; о носителях электрического тока в растворах электролитов.

Результаты наблюдений (заполненная таблица):

5. Ответы на вопросы:

Почему дистиллированная вода, раствор сахара и сухая поваренная соль не являются проводниками?
Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц. В дистиллированной воде практически нет свободных ионов, так как ее молекулы очень слабо диссоциируют. При растворении сахара в воде его молекулы не распадаются на ионы, а равномерно распределяются в растворе, оставаясь электрически нейтральными. В сухой поваренной соли ионы ($Na^+$ и $Cl^−$) находятся в узлах кристаллической решетки и не могут свободно перемещаться. Во всех трех случаях отсутствуют свободные носители заряда, поэтому эти вещества не проводят электрический ток.

Ответ: Эти вещества не являются проводниками, так как в них отсутствуют или содержатся в крайне малом количестве свободные заряженные частицы (ионы), способные к упорядоченному движению под действием электрического поля.

Почему раствор поваренной соли проводит электрический ток?
При растворении поваренной соли ($NaCl$) в воде происходит процесс электролитической диссоциации: молекулы $NaCl$ распадаются на положительно заряженные ионы натрия ($Na^+$) и отрицательно заряженные ионы хлора ($Cl^−$). Эти ионы могут свободно перемещаться в растворе. Под действием внешнего электрического поля, создаваемого электродами, ионы начинают двигаться упорядоченно: положительные ионы ($Na^+$) движутся к катоду (отрицательному электроду), а отрицательные ионы ($Cl^−$) — к аноду (положительному электроду). Это направленное движение ионов и представляет собой электрический ток в растворе.

Ответ: Раствор поваренной соли проводит ток, потому что при растворении в воде соль диссоциирует (распадается) на свободные подвижные ионы $Na^+$ и $Cl^−$, которые являются носителями электрического заряда.

Как называется распад молекул на положительные и отрицательные ионы?
Процесс распада молекул вещества на ионы при его растворении в полярном растворителе (например, в воде) или при плавлении называется электролитической диссоциацией.

Ответ: Электролитическая диссоциация.

Что называют электролитом?
Электролиты — это вещества, которые в виде раствора или расплава способны проводить электрический ток. Это свойство обусловлено тем, что в таком состоянии они состоят из свободных ионов. К электролитам относятся многие соли, кислоты и основания.

Ответ: Электролитом называют вещество, раствор или расплав которого проводит электрический ток благодаря наличию свободных ионов.

Как ведут себя ионы, если в раствор опустить катод и анод и подключить их к источнику тока?
Когда в раствор электролита опускают электроды, подключенные к источнику тока, в растворе создается электрическое поле. Под действием этого поля ионы приходят в упорядоченное движение. Положительно заряженные ионы, называемые катионами, движутся к отрицательно заряженному электроду — катоду. Отрицательно заряженные ионы, называемые анионами, движутся к положительно заряженному электроду — аноду.

Ответ: Положительно заряженные ионы (катионы) движутся к катоду (отрицательному электроду), а отрицательно заряженные ионы (анионы) — к аноду (положительному электроду).

Что понимают под упорядоченным движением заряженных частиц?
Упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц (например, электронов в металлах или ионов в электролитах) под действием электрического поля является фундаментальным определением электрического тока.

Ответ: Электрический ток.

Выводы:

Об условиях возникновения электрического тока: для возникновения и поддержания электрического тока в среде (в данном случае, в жидкости) необходимо выполнение двух условий: наличие свободных носителей электрического заряда (ионов) и наличие электрического поля, создающего силу, которая заставляет эти заряды двигаться упорядоченно.

О наблюдаемых внешних проявлениях электрического тока в растворе поваренной соли: прохождение электрического тока через раствор поваренной соли сопровождается его химическим действием. Внешне это проявляется в виде выделения пузырьков газа на электродах. Кроме того, наличие тока фиксируется измерительным прибором (амперметром) и может вызывать свечение лампы в цепи.

О носителях электрического тока в растворах электролитов: носителями электрического тока в растворах электролитов являются не электроны, как в металлах, а положительно и отрицательно заряженные ионы (катионы и анионы), которые образуются в результате электролитической диссоциации.