Номер 9, страница 69, часть 2 - гдз по физике 8 класс рабочая тетрадь Грачев, Погожев

Часть 2. Глава 7. Постоянный электрический ток. Параграф 55. Источники тока - номер 9, страница 69.

Условие.

9. Опишите процессы, происходящие при заряде аккумулятора.

Решение.

Заряд аккумулятора — это процесс накопления электрической энергии путем преобразования ее в химическую. Этот процесс является обратным процессу разряда, при котором химическая энергия преобразуется в электрическую. Для заряда аккумулятор подключают к внешнему источнику постоянного тока (зарядному устройству), напряжение которого должно быть выше ЭДС (электродвижущей силы) аккумулятора.

При этом электрический ток от внешнего источника протекает через аккумулятор в направлении, обратном тому, в котором он течет при разряде. Под действием этого тока на электродах происходят химические реакции, обратные реакциям разряда, в результате чего восстанавливаются исходные активные вещества на электродах и концентрация электролита.

Рассмотрим процессы на примере наиболее распространенного свинцово-кислотного аккумулятора.

В разряженном состоянии оба электрода (положительный и отрицательный) покрыты сульфатом свинца ($PbSO_4$), а в качестве электролита выступает водный раствор серной кислоты ($H_2SO_4$) низкой концентрации (с низкой плотностью).

При подключении к зарядному устройству происходят следующие процессы:

1. На отрицательном электроде (катоде при заряде):

Сульфат свинца ($PbSO_4$) восстанавливается до металлического губчатого свинца ($\text{Pb}$). Ионы сульфата ($SO_4^{2-}$) переходят в раствор электролита.
Химическая реакция: $PbSO_4 + 2e^- \rightarrow Pb + SO_4^{2-}$

2. На положительном электроде (аноде при заряде):

Сульфат свинца ($PbSO_4$) окисляется до диоксида свинца ($PbO_2$). В реакции также участвует вода из электролита, и в раствор выделяются ионы водорода ($H^+$) и сульфат-ионы ($SO_4^{2-}$).
Химическая реакция: $PbSO_4 + 2H_2O - 2e^- \rightarrow PbO_2 + SO_4^{2-} + 4H^+$

3. В электролите:

Ионы водорода ($H^+$) и сульфат-ионы ($SO_4^{2-}$), образующиеся на электродах, соединяются в растворе, образуя серную кислоту ($H_2SO_4$). В результате концентрация и плотность электролита возрастают.
Суммарная реакция заряда: $2PbSO_4 + 2H_2O \xrightarrow{заряд} Pb + PbO_2 + 2H_2SO_4$

По мере заряда на электродах накапливаются активные вещества (свинец и диоксид свинца), а плотность электролита увеличивается, приближаясь к значению для полностью заряженного аккумулятора. В конце заряда, когда большая часть сульфата свинца уже преобразована, может начаться интенсивный процесс электролиза воды, сопровождающийся выделением кислорода на положительном электроде и водорода на отрицательном.

Ответ: При заряде аккумулятора электрическая энергия от внешнего источника преобразуется в химическую. Под действием внешнего тока на электродах происходят обратные разряду химические реакции: на отрицательном электроде активное вещество восстанавливается до исходного состояния (например, сульфат свинца до металлического свинца), а на положительном — окисляется до своего исходного состояния (например, сульфат свинца до диоксида свинца). Одновременно с этим восстанавливается исходная концентрация (плотность) электролита. Таким образом, аккумулятор накапливает энергию, которая затем может быть использована при разряде.