Номер 5, страница 68 - гдз по физике 8 класс учебник Кабардин

5. Какая пара металлов и с какой жид-костью пригодны для изготовления галь-ванического элемента?

1) медь-медь, раствор поваренной со-ли

2) медь-медь, вода

3) цинк-медь, раствор поваренной соли

4) цинк-медь, вода

Решение

Для создания гальванического элемента, который является химическим источником электрического тока, необходимо выполнение двух основных условий:

1. Наличие двух электродов, изготовленных из разных металлов. Разница в их электрохимической активности (стандартных электродных потенциалах) является причиной возникновения электродвижущей силы (ЭДС).

2. Наличие электролита — раствора или расплава вещества, проводящего электрический ток за счет движения ионов. Электролит замыкает электрическую цепь внутри элемента.

Рассмотрим предложенные варианты с точки зрения этих требований.

1) медь—медь, раствор поваренной соли

В этом варианте используются два электрода из одного и того же металла — меди. Поскольку электроды идентичны, разность потенциалов между ними будет равна нулю ($ЭДС = E_{катода} - E_{анода} = E_{Cu} - E_{Cu} = 0$ В). Следовательно, такой элемент не будет генерировать электрический ток, несмотря на наличие хорошего электролита (раствор поваренной соли, $NaCl$).

2) медь—медь, вода

Здесь присутствуют два недостатка. Во-первых, как и в предыдущем случае, электроды сделаны из одного металла (меди), что делает невозможным возникновение ЭДС. Во-вторых, в качестве жидкости используется вода. Чистая вода является очень слабым электролитом (диэлектриком), так как в ней крайне мала концентрация ионов ($H^+$ и $OH^-$). Она не может эффективно обеспечивать ионную проводимость.

3) цинк—медь, раствор поваренной соли

Этот вариант удовлетворяет обоим условиям.

- Электроды изготовлены из разных металлов: цинка ($\text{Zn}$) и меди ($\text{Cu}$). Цинк является более активным металлом, чем медь (его стандартный электродный потенциал $E^\circ(Zn^{2+}/Zn) = -0,76$ В, а у меди $E^\circ(Cu^{2+}/Cu) = +0,34$ В). Эта разница в потенциалах создает ЭДС. Цинк будет выступать в роли анода (отрицательного полюса), на котором происходит окисление: $Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2e^-$. Медь будет катодом (положительным полюсом).

- В качестве жидкости используется раствор поваренной соли ($NaCl$), который является сильным электролитом. Он содержит ионы $Na^+$ и $Cl^-$, которые обеспечивают движение зарядов в растворе, замыкая цепь.

Следовательно, эта комбинация подходит для создания гальванического элемента.

4) цинк—медь, вода

Хотя в этом случае используются два разных металла (цинк и медь), что является необходимым условием, в качестве жидкости предлагается вода. Как уже упоминалось, чистая вода — очень плохой проводник электрического тока из-за низкой концентрации ионов. Поэтому эффективный гальванический элемент с использованием чистой воды создать нельзя.

Таким образом, единственная пара металлов и жидкость, пригодные для изготовления гальванического элемента из предложенных, — это цинк и медь в растворе поваренной соли.

Ответ: 3