Номер 34, страница 43 - гдз по химии 9 класс сборник задач и упражнений Габриелян, Тригубчак

Упражнения и задачи для самостоятельного решения. 5. Теория электролитической диссоциации. Реакции ионного обмена - номер 34, страница 43.

Условие.

34. Как будет выглядеть график зависимости яркости накала электрической лампочки, включённой в цепь, от времени, если электроды погружены в раствор известковой воды, через который длительное время пропускают углекислый газ?

Решение.

Решение 2.

Решение

Яркость свечения электрической лампочки пропорциональна мощности тока, которая, в свою очередь, зависит от силы тока в цепи ($P = I^2R_{лампы}$). Сила тока $I$ определяется законом Ома для полной цепи и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи. В данном случае полное сопротивление складывается из сопротивления лампочки (постоянного) и сопротивления раствора электролита. Сопротивление раствора зависит от концентрации ионов в нем: чем выше концентрация ионов, тем ниже сопротивление и тем лучше раствор проводит ток.

Проанализируем изменение концентрации ионов в растворе с течением времени.

1. Начальный момент. Изначально электроды погружены в известковую воду — это насыщенный раствор гидроксида кальция $Ca(OH)_2$. Гидроксид кальция является сильным электролитом и диссоциирует на ионы:
$Ca(OH)_2(aq) \rightarrow Ca^{2+}(aq) + 2OH^-(aq)$
В растворе присутствует высокая концентрация подвижных ионов $Ca^{2+}$ и $OH^-$, поэтому он хорошо проводит электрический ток. Сопротивление раствора низкое, сила тока в цепи велика, и лампочка горит ярко.

2. Пропускание углекислого газа. При пропускании углекислого газа $CO_2$ через раствор он вступает в реакцию с гидроксидом кальция, образуя нерастворимый карбонат кальция $CaCO_3$ (белый осадок) и воду:
$CO_2(g) + Ca(OH)_2(aq) \rightarrow CaCO_3(s) \downarrow + H_2O(l)$
В ходе этой реакции ионы $Ca^{2+}$ и $OH^-$ уходят из раствора, связываясь в осадок и молекулы воды. Концентрация ионов в растворе падает, его электропроводность уменьшается, а сопротивление растет. Это приводит к уменьшению силы тока в цепи, и яркость лампочки постепенно снижается. Когда весь гидроксид кальция прореагирует, концентрация ионов в растворе станет минимальной, и лампочка практически погаснет.

3. Длительное пропускание углекислого газа. При дальнейшем пропускании $CO_2$ (в избытке) он начинает реагировать с ранее образовавшимся осадком карбоната кальция и водой. В результате образуется гидрокарбонат кальция $Ca(HCO_3)_2$, который, в отличие от карбоната, является растворимым в воде:
$CaCO_3(s) + H_2O(l) + CO_2(g) \rightarrow Ca(HCO_3)_2(aq)$
Гидрокарбонат кальция — это электролит, который диссоциирует на ионы:
$Ca(HCO_3)_2(aq) \rightarrow Ca^{2+}(aq) + 2HCO_3^-(aq)$
Таким образом, в растворе вновь появляются свободные ионы, их концентрация начинает расти. Это приводит к увеличению электропроводности раствора и, соответственно, к уменьшению его сопротивления. Сила тока в цепи снова возрастает, и лампочка начинает разгораться.

Следовательно, график зависимости яркости от времени будет иметь характерный вид: сначала спад, затем подъем.

Ответ:

График зависимости яркости накала лампочки от времени будет представлять собой кривую, которая начинается с высокого значения, затем плавно уменьшается до минимума (лампочка почти гаснет), а после этого снова плавно возрастает.