Номер 19.7, страница 95 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 19. Домашние экспериментальные задания - номер 19.7, страница 95.

Условие.

19.7. Разрежьте сырую картофелину пополам и в одну из этих половинок на расстоянии 1–2 см воткните швейные иглы. Иглы присоедините к полюсам гальванического элемента.

Пронаблюдайте за изменением цвета картофеля около игл и сделайте вывод для каждого электрода (катода и анода). Можно ли с помощью этого метода выявить наличие нитратов в картофеле?

Решение.

При проведении описанного эксперимента наблюдаются следующие явления и можно сделать следующие выводы:

Вывод для анода (положительного электрода)

Около иглы, подключенной к положительному полюсу источника тока (аноду), мякоть картофеля окрашивается в темно-синий или сине-черный цвет. Это объясняется электрохимическими процессами, происходящими на аноде. Клеточный сок картофеля содержит воду и растворенные в ней соли, в том числе иодиды (например, иодид калия $\text{KI}$). На аноде происходит процесс окисления, в ходе которого иодид-ионы ($I^-$) теряют электроны и превращаются в молекулярный иод ($I_2$):

$2I^- - 2e^- \rightarrow I_2$

Картофель богат крахмалом. Образовавшийся свободный иод немедленно вступает в реакцию с крахмалом, образуя комплексное соединение характерного синего цвета. Таким образом, изменение цвета у положительного электрода является качественной реакцией на наличие крахмала и иодид-ионов.

Ответ: Около анода происходит окисление иодид-ионов до свободного иода, который, реагируя с крахмалом, окрашивает картофель в синий цвет.

Вывод для катода (отрицательного электрода)

Около иглы, подключенной к отрицательному полюсу (катоду), можно наблюдать выделение мелких пузырьков газа, при этом цвет мякоти картофеля практически не изменяется, либо может незначительно потемнеть. На катоде происходит процесс восстановления. В кислой или нейтральной среде, характерной для клеточного сока, происходит восстановление молекул воды с образованием газообразного водорода ($H_2$) и гидроксид-ионов ($OH^-$):

$2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 \uparrow + 2OH^-$

Выделяющиеся пузырьки газа – это водород. Накопление гидроксид-ионов создает щелочную среду вокруг катода, что может вызывать некоторое потемнение тканей картофеля.

Ответ: Около катода происходит восстановление воды, что сопровождается выделением пузырьков водорода.

Можно ли с помощью этого метода выявить наличие нитратов в картофеле?

Нет, данный метод не подходит для выявления нитратов в картофеле. Наблюдаемые визуальные эффекты (посинение у анода и выделение газа у катода) обусловлены электролизом воды и солей иода, а также реакцией иода с крахмалом. Эти реакции будут происходить в любом случае, если в картофеле есть крахмал, вода и следы иодидов, и они полностью маскируют любые возможные реакции с участием нитратов.

Нитрат-ионы ($NO_3^-$), будучи анионами, будут двигаться к аноду (+), однако атом азота в их составе уже находится в высшей степени окисления (+5) и не может быть окислен. На катоде (-) теоретически возможно восстановление нитратов, но продукты этой реакции (например, нитриты $NO_2^-$ или аммиак $NH_3$) не дают характерной видимой реакции с компонентами картофеля в условиях данного эксперимента. Для обнаружения нитратов необходимы специальные качественные реакции с использованием специфических химических индикаторов, которые в данном опыте не применяются.

Ответ: Нет, данный метод не позволяет выявить наличие нитратов, так как наблюдаемые изменения не связаны с их присутствием, а для их определения требуются другие методы и реагенты.