Номер 2, страница 94 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

2. В одном из простейших гальванических элементов протекает реакция: $Zn + CuSO_4 = ZnSO_4 + Cu$. Опишите устройство этого элемента и составьте уравнения полуреакций, которые в нём происходят. Назовите катод и анод.

В основе работы гальванического элемента, описанного уравнением $Zn + CuSO_4 = ZnSO_4 + Cu$, лежит принцип работы элемента Даниэля-Якоби.

Устройство этого элемента

Данный гальванический элемент состоит из двух полуэлементов, соединенных между собой для создания замкнутой электрической цепи.

• Первый полуэлемент (анодный) состоит из цинковой пластины (электрода), погруженной в раствор соли цинка, например, сульфата цинка ($ZnSO_4$).
• Второй полуэлемент (катодный) состоит из медной пластины (электрода), погруженной в раствор соли меди(II), например, сульфата меди(II) ($CuSO_4$).
• Электроды соединяются во внешней цепи металлическим проводником, по которому происходит направленное движение электронов.
• Растворы электролитов в полуэлементах соединяются солевым мостиком (например, U-образной трубкой, заполненной раствором $KCl$ или $K_2SO_4$ в агар-агаре). Солевой мостик обеспечивает ионную проводимость между полуэлементами, замыкает цепь и поддерживает электронейтральность растворов путем миграции ионов.

Уравнения полуреакций, которые в нём происходят

Для определения полуреакций запишем ионное уравнение процесса:

$Zn^0 + Cu^{2+} + SO_4^{2-} = Zn^{2+} + SO_4^{2-} + Cu^0$

Сокращенное ионное уравнение, отражающее суть процесса:

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

Из этого уравнения видно, что цинк окисляется, а ионы меди восстанавливаются. Процесс можно разделить на две полуреакции:

1. Полуреакция окисления: Атомы цинка отдают два электрона.
2. $Zn^0 - 2e^- \rightarrow Zn^{2+}$
3. Полуреакция восстановления: Ионы меди(II) принимают два электрона.
4. $Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu^0$

Назовите катод и анод

В электрохимии электроды именуются в зависимости от протекающего на них процесса:

• Анод — это электрод, на котором происходит окисление. В данном элементе это цинковый электрод. В гальванических элементах анод является отрицательным полюсом (-), так как он является источником электронов для внешней цепи.
• Катод — это электрод, на котором происходит восстановление. В данном элементе это медный электрод. В гальванических элементах катод является положительным полюсом (+), так как на него приходят электроны из внешней цепи.

Ответ:

Устройство элемента: цинковый электрод, погруженный в раствор соли цинка (например, $ZnSO_4$), и медный электрод, погруженный в раствор соли меди (например, $CuSO_4$). Электроды соединены внешним проводником, а растворы – солевым мостиком.

Уравнения полуреакций:

Процесс окисления на аноде: $Zn - 2e^- \rightarrow Zn^{2+}$

Процесс восстановления на катоде: $Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu$

Анодом (-) является цинковый электрод, катодом (+) – медный электрод.