Номер 19.14, страница 96 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 19. Домашние экспериментальные задания - номер 19.14, страница 96.

Условие.

19.14. Изготовьте самодельный гальванический элемент. Для этого используйте раствор уксуса (2 столовые ложки на стакан воды), один электрод — медный или угольный (можно взять стержень от старой батарейки), второй — цинковый или железный. В наличии напряжения можно убедиться, коснувшись языком электродов: вы ощутите кисловатый привкус. Если у вас есть вольтметр, измерьте напряжение на полюсах вашего гальванического элемента. Какой электрод является анодом? катодом?

Решение.

Для определения анода и катода в самодельном гальваническом элементе необходимо сравнить электрохимическую активность материалов, из которых изготовлены электроды. В гальваническом элементе более активный металл всегда выступает в роли анода (отрицательного полюса), а менее активный — в роли катода (положительного полюса).

Электрохимическая активность определяется положением металла в ряду стандартных электродных потенциалов. Металл с более отрицательным (или менее положительным) потенциалом является более активным.

Стандартные электродные потенциалы для предложенных материалов:
- Цинк ($\text{Zn}$): $E^0 = -0,76$ В
- Железо ($\text{Fe}$): $E^0 = -0,44$ В
- Медь ($\text{Cu}$): $E^0 = +0,34$ В
- Уголь ($\text{C}$) является химически инертным материалом в данных условиях и служит в качестве поверхности для протекания процесса восстановления. Его потенциал будет определяться потенциалом редокс-пары в электролите (в данном случае $H^+/H_2$, $E^0=0,00$ В).

Сравнивая потенциалы, видим, что и цинк, и железо значительно активнее, чем медь и водород (который восстанавливается на угольном электроде).

Какой электрод является анодом? катодом?

Решение
В любой из возможных комбинаций электродов (медь-цинк, медь-железо, уголь-цинк, уголь-железо) распределение ролей будет следующим:

Анод (-): электрод, на котором происходит окисление. Им будет более активный металл — цинковый или железный. Атомы металла будут терять электроны и переходить в раствор в виде ионов.

Процесс на аноде (окисление):
$Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{2+}$ (если электрод цинковый)
$Fe^0 - 2e^- \rightarrow Fe^{2+}$ (если электрод железный)

Катод (+): электрод, на котором происходит восстановление. Им будет менее активный материал — медный или угольный электрод. На его поверхности будут восстанавливаться ионы водорода $H^+$ из раствора уксусной кислоты, принимая электроны, пришедшие от анода по внешней цепи.

Процесс на катоде (восстановление):
$2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow$

Ответ: Анодом (отрицательным полюсом) является более активный металл: цинковый или железный электрод. Катодом (положительным полюсом) является менее активный материал: медный или угольный электрод.