Номер 3, страница 199 - гдз по физике 8 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 7. Электрический ток. Параграф 49. Источники тока. Вопросы для самопроверки - номер 3, страница 199.

Условие.

3. Каков принцип работы гальванического элемента?

Решение.

Принцип работы гальванического элемента заключается в преобразовании химической энергии самопроизвольной окислительно-восстановительной реакции (ОВР) в электрическую энергию. Это достигается за счет пространственного разделения двух полуреакций: окисления и восстановления.

Рассмотрим принцип работы на примере классического медно-цинкового элемента Даниэля-Якоби. Он состоит из двух электродов — цинкового и медного, каждый из которых погружен в раствор своей соли ($ZnSO_4$ и $CuSO_4$ соответственно). Растворы соединены солевым мостиком (U-образной трубкой с раствором электролита, например, $K_2SO_4$), а электроды соединены внешним проводником.

В элементе протекают следующие процессы:

На аноде (отрицательный электрод): Анодом является более активный металл — цинк. На его поверхности происходит процесс окисления: атомы цинка отдают электроны и переходят в раствор в виде положительно заряженных ионов $Zn^{2+}$. Высвободившиеся электроны накапливаются на цинковом электроде, создавая его отрицательный заряд.

Уравнение реакции на аноде: $Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{2+}$

На катоде (положительный электрод): Катодом служит менее активный металл — медь. Электроны, пришедшие от анода по внешней цепи, участвуют в процессе восстановления. Положительно заряженные ионы меди $Cu^{2+}$ из раствора принимают эти электроны и превращаются в атомы металлической меди, которая осаждается на поверхности электрода.

Уравнение реакции на катоде: $Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu^0$

Во внешней и внутренней цепи: Направленное движение электронов от отрицательного анода к положительному катоду по внешнему проводнику и представляет собой электрический ток. Чтобы цепь была замкнутой и работа элемента не прекращалась из-за накопления зарядов в растворах, солевой мостик обеспечивает перенос ионов: анионы (например, $SO_4^{2-}$) из мостика движутся к аноду, компенсируя избыток ионов $Zn^{2+}$, а катионы (например, $K^+$) движутся к катоду, компенсируя убыль ионов $Cu^{2+}$.

Суммарное ионное уравнение реакции в элементе:

$Zn^0 + Cu^{2+} \rightarrow Zn^{2+} + Cu^0$

Таким образом, возникновение электрического тока в гальваническом элементе обусловлено разностью потенциалов между двумя металлами и энергией, выделяющейся в ходе спонтанной ОВР.

Ответ: Принцип работы гальванического элемента основан на преобразовании химической энергии спонтанной окислительно-восстановительной реакции в электрическую энергию. Это происходит за счет пространственного разделения процессов окисления (на аноде) и восстановления (на катоде), что вызывает направленное движение электронов во внешней цепи от анода к катоду и движение ионов во внутренней цепи (через электролит и солевой мостик) для поддержания электронейтральности.