Экспериментальное задание, страница 191 - гдз по физике 8 класс учебник Закирова, Аширов

Гальванический элемент Вольта представляет собой две пластины из разных металлов, погруженных в водный раствор щелочи, кислоты или соли.

Используя любую пару из приведенного списка металлов: цинк, железо, олово, свинец, медь, составьте элемент Вольта. Каждый последующий элемент имеет больший потенциал, чем предыдущий: если вами выбраны железо и медь, то потенциал меди будет положительным. В качестве электролита используйте раствор поваренной соли. Проверьте полученный источник в действии, соединив лампочку карманного фонарика с электродами.

Дано:

Список металлов: цинк (Zn), железо (Fe), олово (Sn), свинец (Pb), медь (Cu). Металлы в списке расположены в порядке увеличения их электродного потенциала.

Электролит: водный раствор поваренной соли ($NaCl$).

Нагрузка: лампочка карманного фонарика.

Найти:

Составить и проверить в действии гальванический элемент (элемент Вольта).

Решение:

Для создания гальванического элемента (элемента Вольта) необходимо выбрать два разных металла из предложенного списка. Электродвижущая сила (ЭДС) элемента, а значит и его эффективность, будет тем больше, чем дальше металлы отстоят друг от друга в ряду активности. В задании указано, что каждый последующий элемент в списке имеет больший потенциал. Для создания наиболее мощного источника тока выберем пару металлов, стоящих на концах этого списка: цинк (Zn) и медь (Cu).

В этой паре цинк, как металл с меньшим потенциалом (более активный), будет служить отрицательным электродом — анодом. Медь, как металл с большим потенциалом (менее активный), станет положительным электродом — катодом.

Процесс сборки и проверки элемента Вольта выглядит следующим образом. Сначала готовится электролит — водный раствор поваренной соли ($NaCl$). Затем цинковая и медная пластины, предварительно зачищенные от оксидов, погружаются в этот раствор так, чтобы они не касались друг друга. К выступающим из раствора концам пластин с помощью проводов подключается потребитель тока — лампочка от карманного фонарика.

После замыкания цепи начинаются электрохимические процессы. На аноде (цинковой пластине) атомы цинка окисляются, теряя электроны и переходя в раствор в виде ионов $Zn^{2+}$:

$Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2e^-$

Электроны, отданные цинком, по внешней цепи (проводам) устремляются к катоду (медной пластине), создавая электрический ток, который зажигает лампочку. На катоде происходит процесс восстановления. Поскольку в электролите нет ионов меди, электроны будут восстанавливать молекулы воды или растворенный в ней кислород. Наиболее вероятная реакция в нейтральной среде — восстановление кислорода:

$O_2 + 2H_2O + 4e^- \rightarrow 4OH^-$

Движение ионов в растворе замыкает цепь: отрицательные ионы хлора ($Cl^-$) движутся к аноду для компенсации избытка положительных ионов $Zn^{2+}$, а положительные ионы натрия ($Na^+$) — к катоду для компенсации образовавшихся отрицательных ионов $OH^-$. Таким образом, собранная система преобразует химическую энергию в электрическую.

Ответ:

Для создания элемента Вольта были выбраны цинковая и медная пластины в качестве электродов и водный раствор поваренной соли в качестве электролита. Цинковая пластина является анодом (отрицательный полюс), а медная — катодом (положительный полюс). При подключении лампочки карманного фонарика к этим электродам она загорается, что доказывает работу гальванического элемента и преобразование химической энергии в электрическую.