Номер 3, страница 150, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 11. Квантовые явления. Параграф 97. Опыты с катодными лучами. Открытие электрона. Вопросы и задания - номер 3, страница 150.

Условие.

3. Что установил Фарадей на основе анализа опытов по электролизу?

Решение.

На основе анализа многочисленных опытов по электролизу английский ученый Майкл Фарадей в 1833-1834 годах установил два количественных закона, которые носят его имя и описывают этот процесс.

Первый закон Фарадея

Масса вещества ($\text{m}$), выделившегося на электроде в процессе электролиза, прямо пропорциональна количеству электричества (электрическому заряду $\text{q}$), прошедшему через раствор или расплав электролита.

Математически этот закон выражается формулой:

$m = k \cdot q$

Так как заряд, прошедший через проводник, можно выразить через силу тока $\text{I}$ и время $\text{t}$ как $q = I \cdot t$, то формула принимает вид:

$m = k \cdot I \cdot t$

В этой формуле:

$\text{m}$ – масса выделившегося вещества;

$\text{I}$ – сила тока;

$\text{t}$ – время прохождения тока;

$\text{k}$ – коэффициент пропорциональности, называемый электрохимическим эквивалентом вещества. Он численно равен массе вещества, выделяющегося при прохождении через электролит заряда в 1 Кулон, и зависит от природы вещества.

Второй закон Фарадея

Этот закон определяет, от чего зависит сам электрохимический эквивалент $\text{k}$. Он гласит, что электрохимические эквиваленты различных веществ пропорциональны их химическим эквивалентам. Химический эквивалент вещества равен отношению его молярной массы $\text{M}$ к его валентности $\text{z}$.

Математически это выражается так:

$k = \frac{1}{F} \cdot \frac{M}{z}$

Здесь:

$\text{M}$ – молярная масса вещества;

$\text{z}$ – валентность (число электронов, участвующих в окислительно-восстановительной реакции на электроде);

$\text{F}$ – постоянная Фарадея, фундаментальная физическая константа, равная заряду одного моля электронов ($F = N_A \cdot e \approx 96485$ Кл/моль).

Объединенный закон электролиза

Если объединить оба закона, можно получить общую формулу для расчета массы вещества, выделившегося при электролизе:

$m = \frac{M \cdot I \cdot t}{z \cdot F}$

Эти открытия Фарадея имели огромное значение. Они не только заложили основы электрохимии, но и стали весомым доказательством дискретной природы электрического заряда, что в конечном итоге привело к открытию электрона.

Ответ:

На основе анализа опытов по электролизу Майкл Фарадей установил два фундаментальных количественных закона. Первый закон утверждает, что масса вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна полному электрическому заряду, прошедшему через электролит ($m=k \cdot q$). Второй закон гласит, что электрохимический эквивалент ($\text{k}$) вещества пропорционален его химическому эквиваленту, то есть отношению молярной массы ($\text{M}$) к валентности ($\text{z}$). Эти законы легли в основу электрохимии и послужили одним из доказательств существования элементарного электрического заряда.