Что такое гальванический элемент?
Гальванический элемент — это устройство, которое превращает химическую энергию окислительно-восстановительной реакции в электрическую энергию. В школе обычно изучают медно-цинковый элемент. Цинковый электрод погружён в раствор соли цинка, а медный электрод — в раствор соли меди. Два электрода соединяет провод, а два раствора — солевой мостик.
| Часть | Что происходит? | Реакция |
|---|---|---|
| Анод (цинк, −) | Цинк теряет электроны и окисляется | Zn → Zn2+ + 2e− |
| Катод (медь, +) | Ион меди принимает электроны и восстанавливается | Cu2+ + 2e− → Cu |
| Провод | Электроны идут от анода к катоду | — |
| Солевой мостик | Ионы движутся и сохраняют нейтральность растворов | — |
Общая реакция: Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu. Цинк активнее меди, поэтому он теряет электроны. При концентрации ионов 1 моль/л напряжение этого элемента равно 1.10 В.
Без солевого мостика растворы не могут оставаться нейтральными, и ток почти не идёт. Во время работы элемента цинковый электрод растворяется, а на медном электроде оседает медь. Об окислении и восстановлении читай в статье Переход электронов.
Запусти гальванический элемент в приложении Nalukh chem
Этот симулятор входит в полный доступ. Скачивание бесплатно, без регистрации открыты 2 раздела и 5 симуляторов.
Как пользоваться симулятором?
Когда симулятор открывается, цепь замкнута и лампочка горит.
- Найди электроды с надписями Zn − в левом сосуде и Cu + в правом. Зелёная дуга, которая соединяет сосуды, — это солевой мостик.
- Следи, как жёлтые точки, то есть электроны, идут от цинка по проводу через лампочку к меди.
- Нажми кнопку 💡 Цепь замкнута — нажми, чтобы разомкнуть. Лампочка погаснет, и электронов не будет видно.
- Замкни цепь снова кнопкой 🔌 Цепь разомкнута — нажми, чтобы замкнуть.
Симулятор показывает в движении только поток электронов. Движение ионов и изменение электродов не нарисованы.
Задания для симулятора
- Разомкни и снова замкни цепь. В каком направлении идут электроны? Ответ: от цинка к меди, от анода к катоду.
- Почему лампочка гаснет, когда цепь разомкнута? Ответ: путь электронов прерывается.
- Объясни, почему на цинковом электроде стоит знак −. Ответ: цинк теряет электроны, и на электроде остаётся избыток электронов.
- Рассчитай по реакции на аноде: сколько молей электронов проходит при окислении 1 моля цинка? Ответ: 2 моля.
Частые ошибки
- Считать анод всегда положительным. В гальваническом элементе анод отрицательный, а катод положительный. При электролизе наоборот: анод положительный, катод отрицательный. Но в обоих случаях окисление идёт на аноде, а восстановление на катоде.
- Думать, что электроны идут через раствор. Электроны идут только по проводу. В растворе и солевом мостике движутся ионы.
