Номер 7, страница 71 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 10. Окислительно-восстановительные реакции. Электролиз. Глава 2. Химические реакции - номер 7, страница 71.

Условие.

7. Каким образом можно использовать окислительно-восстановительные реакции для получения электрического тока?

Решение.

Решение 2.

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) можно использовать для получения электрического тока, если пространственно разделить процессы окисления (отдачи электронов) и восстановления (принятия электронов). Это достигается в устройствах, называемых гальваническими элементами или химическими источниками тока (например, батарейках и аккумуляторах).

Принцип работы гальванического элемента заключается в следующем. Создаются два полуэлемента. Каждый полуэлемент состоит из электрода (обычно металлического), погруженного в раствор электролита (обычно соли этого же металла). В качестве классического примера можно рассмотреть элемент Даниэля-Якоби, состоящий из цинковой пластины в растворе сульфата цинка ($ZnSO_4$) и медной пластины в растворе сульфата меди(II) ($CuSO_4$).

Электроды соединяют друг с другом внешней цепью (металлическим проводником), а растворы электролитов — солевым мостиком или пористой перегородкой для обеспечения ионного обмена и замыкания электрической цепи.

В такой системе самопроизвольно начинаются электродные процессы:

На электроде из более активного металла (в данном примере — цинк) протекает процесс окисления. Атомы цинка отдают электроны и переходят в раствор в виде ионов $Zn^{2+}$. Этот электрод, на котором скапливаются электроны, является отрицательным полюсом — анодом.
Уравнение полуреакции на аноде: $Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{2+}$.

Электроны, отданные цинком, по внешней цепи (проводнику) перемещаются к другому электроду — медному. Здесь протекает процесс восстановления. Ионы меди $Cu^{2+}$ из раствора принимают пришедшие электроны и превращаются в атомы металлической меди, которые осаждаются на поверхности электрода. Этот электрод, на котором расходуются электроны, является положительным полюсом — катодом.
Уравнение полуреакции на катоде: $Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu^0$.

Направленное движение электронов от анода к катоду во внешней цепи и представляет собой электрический ток. Солевой мостик при этом поддерживает электронейтральность растворов: из него в катодное пространство движутся катионы, а в анодное — анионы, компенсируя изменение зарядов в растворах и замыкая электрическую цепь.

Суммарное ионное уравнение ОВР, протекающей в гальваническом элементе, выглядит так: $Zn + Cu^{2+} \rightarrow Zn^{2+} + Cu$. В результате этой реакции химическая энергия преобразуется в электрическую энергию.

Ответ: Для получения электрического тока из окислительно-восстановительной реакции необходимо пространственно разделить процессы окисления и восстановления, создав гальванический элемент. В нем восстановитель (например, цинк) отдает электроны на одном электроде (аноде), а окислитель (например, ионы меди) принимает их на другом электроде (катоде). Электроны движутся от анода к катоду по внешней цепи, создавая электрический ток, а ионы перемещаются через солевой мостик или пористую перегородку, замыкая цепь. Таким образом, химическая энергия реакции преобразуется в электрическую.