Номер 2, страница 18, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 5. Электрический ток. Параграф 50. Электрический ток в различных средах. Вопросы и задания - номер 2, страница 18.

Условие.

2. Приведите примеры практического использования электрического тока в электролитах.

Решение.

Прохождение электрического тока через электролиты (растворы или расплавы солей, кислот и щелочей) сопровождается химическими реакциями на электродах. Это явление называется электролизом и нашло широкое применение в различных отраслях промышленности и техники. Основные примеры практического использования:

1. Электрометаллургия

Это процесс получения металлов из их соединений (обычно руд) с помощью электролиза. Электрометаллургия особенно важна для получения активных металлов, которые трудно или невозможно выделить химическим путем. Например, алюминий получают электролизом расплава оксида алюминия $Al_2O_3$ в криолите. На катоде происходит восстановление ионов металла до чистого металла.

Процесс на катоде при получении алюминия: $Al^{3+} + 3e^- \rightarrow Al$

Таким же способом получают натрий, калий, магний, кальций и другие активные металлы.

Ответ: Электрометаллургия используется для промышленного производства активных металлов, таких как алюминий, натрий и магний, путем электролиза их расплавленных соединений.

2. Гальваностегия (нанесение гальванических покрытий)

Это процесс нанесения тонкого слоя одного металла на поверхность другого металлического изделия. Изделие, которое нужно покрыть, помещают в ванну с электролитом (солью металла покрытия) и используют в качестве катода. При прохождении тока ионы металла из раствора осаждаются на поверхности изделия, создавая ровный и прочный слой.

Примеры:

• Защитные покрытия: хромирование или никелирование стальных деталей для защиты от коррозии.
• Декоративные покрытия: позолота или посеребрение ювелирных изделий и столовых приборов.

Процесс на катоде (изделии) при посеребрении: $Ag^+ + e^- \rightarrow Ag$

Ответ: Гальваностегия применяется для создания защитных (антикоррозионных) и декоративных металлических покрытий на различных изделиях.

3. Гальванопластика

Это технология получения точных металлических копий различных предметов. С предмета-оригинала снимают слепок (матрицу), на внутреннюю поверхность которого наносят токопроводящий слой (например, графит). Затем эту матрицу погружают в электролитическую ванну в качестве катода. В результате длительного электролиза на поверхности матрицы нарастает толстый слой металла, который в точности воспроизводит рельеф оригинала. После завершения процесса металлическую копию отделяют от матрицы.

Примеры: изготовление печатных форм, матриц для грампластинок, создание скульптур и высокоточных деталей.

Процесс на катоде (матрице) при создании медной копии: $Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu$

Ответ: Гальванопластика позволяет создавать точные металлические копии предметов и используется в полиграфии, искусстве и точном машиностроении.

4. Электролитическая очистка металлов (рафинирование)

Этот метод используется для получения металлов высокой чистоты (например, 99,99% и выше). Пластину из неочищенного (чернового) металла используют в качестве анода, а тонкий лист чистого металла — в качестве катода. Электролитом служит раствор соли очищаемого металла. При прохождении тока анод из неочищенного металла постепенно растворяется, а на катоде осаждается чистый металл. Примеси, содержащиеся в аноде, либо выпадают на дно ванны в виде шлама, либо остаются в растворе.

Наиболее широкое применение этот метод нашел в рафинировании меди.

Процессы на электродах при рафинировании меди:

• Анод (растворение): $Cu - 2e^- \rightarrow Cu^{2+}$
• Катод (осаждение): $Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu$

Ответ: Электролитическое рафинирование применяется в металлургии для получения металлов очень высокой степени чистоты, например, меди, никеля, серебра.

5. Производство химических веществ

Электролиз является важным промышленным методом синтеза многих химических веществ. Например, электролиз водного раствора поваренной соли ($NaCl$) позволяет получать сразу три ценных продукта: газообразный хлор ($Cl_2$), водород ($H_2$) и гидроксид натрия ($NaOH$). Также электролизом воды получают чистый кислород и водород.

Суммарное уравнение электролиза раствора NaCl: $2NaCl + 2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2NaOH + H_2 \uparrow + Cl_2 \uparrow$

Ответ: Электролиз используется для промышленного производства важных химических соединений, таких как хлор, щелочи и водород.

6. Химические источники тока (аккумуляторы)

В аккумуляторах (например, свинцовых, литий-ионных) электролиз используется в процессе их зарядки. При подключении аккумулятора к внешнему источнику тока, электрический ток проходит через электролит в обратном направлении, восстанавливая исходные химические вещества на электродах. Таким образом, электрическая энергия преобразуется в химическую и запасается в аккумуляторе для последующего использования.

Реакция на положительном электроде при зарядке свинцового аккумулятора: $PbSO_4(тв) + 2H_2O(ж) \rightarrow PbO_2(тв) + SO_4^{2-}(р-р) + 4H^+(р-р) + 2e^-$

Ответ: Процесс зарядки аккумуляторов основан на электролизе, в ходе которого восстанавливается их работоспособность путем преобразования электрической энергии в химическую.