какие действия электрического тока наблюдаются при пропускании тока через раствор электролита
Какие действия электрического тока наблюдаются при пропускании тока через раствор электролита
Электролитами принято называть проводящие среды, в которых протекание электрического тока сопровождается переносом вещества. Носителями свободных зарядов в электролитах являются положительно и отрицательно заряженные ионы.
Основными представителями электролитов, широко используемыми в технике, являются водные растворы неорганических кислот, солей и оснований. Прохождение электрического тока через электролит сопровождается выделением веществ на электродах. Это явление получило название электролиза (рис.9.10).
Электрический ток в электролитах представляет собой перемещение ионов обоих знаков в противоположных направлениях. Положительные ионы движутся к отрицательному электроду (катоду), отрицательные ионы – к положительному электроду (аноду). Ионы обоих знаков появляются в водных растворах солей, кислот и щелочей в результате расщепления части нейтральных молекул. Это явление называется электролитической диссоциацией.
Закон электролиза был экспериментально установлен английским физиком М. Фарадеем в 1833 году.
Первый закон Фарадея определяет количества первичных продуктов, выделяющихся на электродах при электролизе: масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна заряду q, прошедшему через электролит:
где k – электрохимический эквивалент вещества:
F = eNA = 96485 Кл / моль. – постоянная Фарадея.
Второй закон Фарадея электрохимические эквиваленты различных веществ относятся их химические эквиваленты 
:
Объединенный закон Фарадея для электролиза:
Электролитические процессы классифицируются следующим образом:
получение неорганических веществ (водорода, кислорода, хлора, щелочей и т.д.);
получение металлов (литий, натрий, калий, бериллий, магний, цинк, алюминий, медь и т.д.);
очистка металлов (медь, серебро,…);
получение металлических сплавов;
получение гальванических покрытий;
обработка поверхностей металлов (азотирование, борирование, электрополировка, очистка);
получение органических веществ;
электродиализ и обессоливание воды;
нанесение пленок при помощи электрофореза.
Практическое применение электролиза
Электрохимические процессы широко применяются в различных областях современной техники, в аналитической химии, биохимии и т. д. В химической промышленности электролизом получают хлор и фтор, щелочи, хлораты и перхлораты, надсерную кислоту и персульфаты, химически чистые водород и кислород и т. д. При этом одни вещества получают путем восстановления на катоде (альдегиды, парааминофенол и др.), другие электроокислением на аноде (хлораты, перхлораты, перманганат калия и др.).
Электролиз в гидрометаллургии является одной из стадий переработки металлсодержащего сырья, обеспечивающей получение товарных металлов. Электролиз может осуществляться с растворимыми анодами – процесс электрорафинирования или с нерастворимыми – процесс электроэкстракции. Главной задачей при электрорафинировании металлов является обеспечения необходимой чистоты катодного металла при приемлемых энергетических расходах. В цветной металлургии электролиз используется для извлечения металлов из руд и их очистки.
Электролизом расплавленных сред получают алюминий, магний, титан, цирконий, уран, бериллий и др. Для рафинирования (очистки) металла электролизом из него отливают пластины и помещают их в качестве анодов 1 в электролизер 3 (рис.9.11). При пропускании тока металл, подлежащий очистке 1, подвергается анодному растворению, т. е. переходит в раствор в виде катионов. Затем эти катионы металла разряжаются на катоде 2, благодаря чему образуется компактный осадок уже чистого металла. Примеси, находящиеся в аноде, либо остаются нерастворимыми 4, либо переходят в электролит и удаляются.
На рисунке 9.11 приведена схема электролитического рафинирования меди.
Гальванотехника – область прикладной электрохимии, занимающаяся процессами нанесения металлических покрытий на поверхность как металлических, так и неметаллических изделий при прохождении постоянного электрического тока через растворы их солей. Гальванотехника подразделяется на гальваностегиюи гальванопластику.
Гальваностегия (от греч. покрывать) – это электроосаждение на поверхность металла другого металла, который прочно связывается (сцепляется) с покрываемым металлом (предметом), служащим катодом электролизера (рис. 9.12).
Способом гальваностегии можно покрыть деталь тонким слоем золота или серебра, хрома или никеля. С помощью электролиза можно наносить тончайшие металлические покрытия на различных металлических поверхностях. При таком способе нанесения покрытий, деталь используют в качестве катода, помещенного в раствор соли того металла, покрытие из которого необходимо получить. В качестве анода используется пластинка из того же металла.
 |  |
| Рис. 9.12 | Рис. 9.13 |
Рекомендуем просмотреть демонстрацию «Гальванопластика».
Гальванопластика – получение путем электролиза точных, легко отделяемых металлических копий значительной толщины с различных как неметаллических, так и металлических предметов, называемых матрицами (рис. 9.13).
С помощью гальванопластики изготовляют бюсты, статуи и т. д. Гальванопластика используется для нанесения сравнительно толстых металлических покрытий на другие металлы (например, образование «накладного» слоя никеля, серебра, золота и т. д.).
Тест по физике для 10 класса «Электрический ток в различных средах»
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
Тест по теме: «Электрический ток в различных средах».
1.Какими носителями эл. заряда создается электрический ток в металлах?
А. Электронами и положительными ионами.
Б. Положительными и отрицательными ионами.
В. Электронами и дырками.
Г. Положительными ионами, отрицательными ионами и электронами.
Д. Только электронами.
2.Какой минимальный по абсолютному значению заряд может быть перенесен электрическим током через электролит?
В. Любой сколь угодно малый.
Г. Минимальный заряд зависит от времени пропускания тока.
3. Какими носителями эл. заряда создается электрический ток в растворах или расплавах электролитов?
А. Электронами и положительными ионами.
Б. Положительными и отрицательными ионами.
В. Положительными ионами, отрицательными ионами и электронами.
Г. Только электронами.
Д. Электронами и дырками.
4.Какие действия эл. тока всегда сопровождают его прохождение через любые среды?
Г. Тепловое и магнитное.
Д. Тепловое, химическое и магнитное.
5.На рис. 1 представлено схематическое изображение транзистора. Какой цифрой на нем обозначен эмиттер?
А. 1. Б. 2. В. 3. Г. 4. Д. Среди ответов А – Г нет правильного.
6. Каким типом проводимости обладают полупроводниковые материалы без примесей?
А. В основном электронной.
Б. В основном дырочной.
В. В равной мере электронной и дырочной.
Д. Не проводят электрический ток.
7. Каким типом проводимости обладают полупроводниковые материалы с донорными примесями?
А. В основном электронной.
Б. В основном дырочной.
В. В равной мере электронной и дырочной.
Д. Такие материалы не проводят электрический ток.
8. Какой из приведенных на рис. 2 графиков отражает зависимость удельного сопротивления полупроводника от температуры?
9. При прохождении через какие среды электрического тока происходит перенос вещества?
А.Через металлы и полупроводники.
Б. Через полупроводники и растворы электролитов.
В. Через растворы электролитов и металлы.
Г.Через газы и полупроводники.
Д. Через растворы электролитов и газы.
10. В одном случае в германий добавили пятивалентный фосфор, в другом – трехвалентный галлий. Каким типом проводимости в основном обладал полупроводник в каждом случае?
А. В первом дырочной, во втором электронной.
Б. В первом электронной, во втором дырочной.
В. В обоих случаях электронной.
Г. В обоих случаях дырочной.
Д. В обоих случаях электронно-дырочной.
11. Как изменится масса вещества, выделившегося на катоде при прохождении электрического тока через раствор электролита, если сила тока увеличится в 2 раза, а время его прохождения уменьшится в 2 раза?
А. Увеличится в 2 раза.
Б. Увеличится в 4 раза.
Г. Уменьшится в 2 раза.
Д. Уменьшится в 4 раза.
12. В процессе электролиза » + » ионы перенесли на катод за 2с «+» заряд 4Кл, «- » ионы перенесли на анод такой же по модулю «- » заряд. Какова сила тока в цепи?
А. 0. Б. 2А. В. 4А. Г. 8А. Д. 16А.
13. Какой из графиков, приведенных на рис. 3, соответствует характеристике полупроводникового диода, включенного в прямом направлении?
А. 1. Б. 2. В. 3. Г. 4. Д. Среди ответов А – Г нет правильного.
14. Какую из схем, показанных на рис. 4, следует предпочесть для исследования зависимости прямого тока диода от напряжения и какую – для исследования зависимости обратного тока диода от напряжения?
А. Для обоих исследований следует выбрать схему 1.
Б. Для обоих исследований следует выбрать схему 2.
В. Для исследования зависимости прямого тока диода от напряжения следует выбрать схему 1, для обратного тока – схему 2.
Г. Для исследования зависимости прямого тока диода от напряжения следует выбрать схему 2, для обратного тока – схему 1.