Глава 16. § 119. Электрический ток в жидкостях. Закон электролиза — с. 398
§ 119. Вопрос 1. Почему при прохождении тока по раствору электролита происходит перенос вещества, а при прохождении по металлическому проводнику перенос вещества не происходит?
В металле ток создают свободные электроны, а ионы кристаллической решётки остаются на местах. Электроны — одинаковые частицы, они не образуют нового вещества на электродах, поэтому перенос вещества отсутствует. В растворе электролита носителями заряда служат ионы (положительные и отрицательные), которые являются частицами вещества. Они движутся к электродам, отдают или получают электроны и нейтрализуются, то есть выделяются на электродах в виде вещества. Так ток сопровождается переносом вещества — электролизом.
§ 119. Вопрос 2. В чём состоит сходство и различия собственной проводимости у полупроводников и у растворов электролитов?
Сходство: в обоих случаях проводимость возникает из-за разрыва связей, при этом число носителей заряда растёт с повышением температуры. Эти носители образуются парами: в полупроводнике — электрон и дырка, в электролите — положительный и отрицательный ионы; возможна и обратная рекомбинация, поэтому устанавливается динамическое равновесие. Различия: в полупроводнике носителями служат электроны и дырки, перенос вещества не происходит, связи рвутся за счёт тепловой энергии. В электролите носители — ионы, ток сопровождается выделением вещества на электродах, а молекулы распадаются под действием полярных молекул растворителя (воды).
§ 119. Вопрос 3. Сформулируйте закон электролиза Фарадея.
Масса вещества m, выделившегося на электроде за время Δt при прохождении электрического тока, пропорциональна силе тока и времени, то есть заряду, прошедшему через электролит: m = kIΔt = kΔq. Коэффициент k называют электрохимическим эквивалентом вещества: k = M/(neN_A) = M/(nF), где M — молярная масса, n — валентность, F = eN_A ≈ 9,65·10⁴ Кл/моль — постоянная Фарадея. Электрохимический эквивалент измеряют в кг/Кл, он численно равен массе вещества, выделяющегося при переносе заряда 1 Кл.
§ 119. Вопрос 4. Почему отношение массы вещества, выделившегося при электролизе, к массе иона равно отношению прошедшего заряда к заряду иона?
Масса выделившегося вещества равна массе одного иона, умноженной на число ионов: m = m₀N. Каждый ион, дойдя до электрода, приносит заряд q₀, поэтому прошедший заряд Δq = q₀N. Деля одно равенство на другое, получаем m/Δq = m₀/q₀, или m/m₀ = Δq/q₀. Оба отношения равны N — числу ионов, достигших электрода. Отсюда k = m₀/q₀ — электрохимический эквивалент равен отношению массы иона к его заряду.
§ 119. Образец заданий ЕГЭ, задание 1. Какими носителями заряда создаётся электрический ток в растворах и расплавах электролитов?
1) только электронами
2) электронами и дырками
3) только ионами
4) электронами и ионами
1) только электронами
2) электронами и дырками
3) только ионами
4) электронами и ионами
В растворах и расплавах электролитов молекулы диссоциируют на положительные и отрицательные ионы. Именно ионы переносят заряд, поэтому проводимость называется ионной. Электронов и дырок как носителей тока там нет.
Ответ: 3) только ионами.
Ответ: 3) только ионами.
§ 119. Образец заданий ЕГЭ, задание 2. Известно, что раствор соляной кислоты в воде проводит электрический ток. Это объясняется тем, что в растворе кислоты присутствуют
1) свободные ионы
2) свободные электроны
3) дырки
4) атомы металлов
1) свободные ионы
2) свободные электроны
3) дырки
4) атомы металлов
Молекулы HCl в воде под действием полярных молекул воды диссоциируют на ионы H⁺ и Cl⁻. Эти свободные ионы движутся в электрическом поле и создают ток. Свободных электронов, дырок и атомов металлов в растворе кислоты нет.
Ответ: 1) свободные ионы.
Ответ: 1) свободные ионы.
§ 119. Образец заданий ЕГЭ, задание 3. Известно, что раствор поваренной соли в воде хорошо проводит электрический ток, а раствор сахара в воде — плохо. Это объясняется тем, что при растворении соли в воде появляются
1) положительные ионы, а при растворении сахара — отрицательные ионы
2) свободные ионы, а при растворении сахара — электроны
3) свободные ионы, а при растворении сахара свободные ионы не появляются
4) появляются электроны, а при растворении сахара электроны не появляются
1) положительные ионы, а при растворении сахара — отрицательные ионы
2) свободные ионы, а при растворении сахара — электроны
3) свободные ионы, а при растворении сахара свободные ионы не появляются
4) появляются электроны, а при растворении сахара электроны не появляются
Поваренная соль NaCl в воде диссоциирует на ионы Na⁺ и Cl⁻, которые хорошо проводят ток. Сахар — неэлектролит: его молекулы в воде остаются нейтральными, не распадаясь на ионы, и свободных носителей заряда в растворе нет, поэтому раствор проводит плохо.
Ответ: 3) свободные ионы, а при растворении сахара свободные ионы не появляются.
Ответ: 3) свободные ионы, а при растворении сахара свободные ионы не появляются.