Общий курс физики Том 3. Электричество - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка):
4%
ЭЛЕКТРОЛИТЫ
[ГЛ. VI
ЗАДАЧИ
1. Вычислить электрохимический эквивалент серебра, т. е. количество серебра, выделяемое при электролизе одним кулоном электричества. Атомный вес серебра А = 108.
Ответ. К = = 1,18 • 10~3 г/Кл.
2. Зная электрохимический эквивалент серебра, вычислить электрохимический эквивалент меди. Атомный вес меди 63,5.
Ответ. КСи — *Ag = \т^ Ка. = 0,32Я • 10 з г/Кл.
Си Ац Ад
3. Пользуясь табл. 3 подвижностей ионов в электролитах, вычислить эквн« валентную электропроводность Аю бесконечно разбавленного раствора поваренной соли NaCl при 18 °С.
Ответ. = F (Ь+ + Ь~) — 109 см2/(Ом-г-экв).
4. Удельное сопротивление десятипроцентного раствора поваренной соли NaCl (0,1 г соли на 1см3 раствора) при комнатной температуре равно р = = 8,35 Ом-см. Вычислить эквивалентную концентрацию т|, эквивалентную электропроводность А и степень диссоциации а этого раствора. Атомные веса натрия и хлора равны соответственно j4Na = 23, ЛС1 = 35,5.
Ответ.
»1=-д----т~г~ = 1.71 - 10_3 г/(г-экв • см3),
Na~T~ С1
А == — = 70 см2/(Ом • г-зкв), pil
(m = 0,1 г — масса растворенной соли в 1 см3 раствора).
5. Самая чистая вода при температуре 18° С имеет удельную электропроводность X = 3,8-10~2 Ом_1-см-1. Считая, что электропроводность воды связана с диссоциацией молекулы Н20 на ионы Н+ и (ОН)'", найти степень диссоциации воды при этой температуре.
Решение. 'Эквивалентная электропроводность воды при стопроцентной диссоциации А^ = F (6++ Ь~) — 488 см2/(Ом-г-экв). Эквивалентная концентрация г[ = m/М, где т= 1 г — масса кубического сантиметра воды, М = 18 — молекулярный вес воды. Эквивалентная электропроводность реальной воды А = Х/т] = 6,8-10~? см2/ (Ом-г-экв). Степень диссоциаципа = Л/Лга = 1,4-10-9. Столь ничтожная степень диссоциации пе позволяет осуществить разложение чистой воды путем электролиза. Для этого иоду надо предварительно сделать проводящей, добавив к пей, например, серной кислоты (см. § 93).
§ 96. Гальванические элементы и аккумуляторы
1. В § 43 была изложена теория концентрационного элемента, в котором электрический ток возникает благодаря наличию градиента концентрации раствора. Было показано, что электродвижущая сила концентрационного элемента очень мала и практического значения не имеет. Тем не менее теория концентрационного элемента важна в принципиальном отношении. Благодаря простоте процессов, происходящих в концентрационном элементе,
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И АККУМУЛЯТОРЫ
427
на нем проще всего уяснить возникновение электрического тока в гальванических элементах, усвоить понятие сторонних сил и обобщить закон Ома на случай наличия таких сил. Обращаемся теперь к краткому рассмотрению процессов, происходящих в гальванических элементах, применяющихся на практике.
2. Если кусок какого-либо металла, например цинка, погрузить в воду, то в первый момент такая система не будет находиться в равновесии. Кристаллическая решетка цинка состоит из положительных ионов Zn++. Под влиянием сильно полярных молекул воды ионы цинка, отрываясь от металла, начнут переходить в слой воды, примыкающий к поверхности погруженного куска. В результате этого цинк зарядится отрицательно, а вода — положительно. На границе металла и воды образуется тонкий поверхностный слой, называемый двойным электрическим слоем, в котором возникнет электрическое поле, направленное от воды к металлу. Это поле будет препятствовать переходу ионов металла в воду и способствовать возвращению их обратно в металл. Установится статистическое равновесие, в котором число ионов, переходящих из металла в воду, будет в среднем равно числу ионов, возвращающихся обратно из воды в металл. Тб же самое произойдет, если металл погрузить в водный раствор соли того же металла, например, цинк в раствор цинкового купороса ZnS04. Последний в растворе диссоциирует на ионы Zn++ и SOI-. Ионы цинка Zn++, получившиеся в растворе в результате электролитической диссоциации, конечно, ничем не отличаются от таких же ионов, перешедших в раствор от куска цинка. Повышение концентрации ионов Zn++ в растворе, очевидно, облегчает переход этих ионов в металл и затрудняет обратный переход ионов Znh+ из металла в раствор. Поэтому в растворе цинкового купороса цинк хотя и зарядится отрицательно, но слабее, чем в чистой воде. Равновесная разность потенциалов, которая установится между металлом и раствором, будет зависеть от температуры, давления, а также от концентрации раствора. Однако при одной и той же концентрации ионов металла в растворе она не будет зависеть от наличия в растворе других ионов, если только последние не осаждаются на металле, т. е. не участвуют в процессе обмена ионами между раствором и металлом. Например, погрузив цинк сначала в раствор ZnS04, а затем в раствор ZnCl2, мы получим в обоих случаях при одинаковой концентрации ионов Zn++ одну и ту же разность потенциалов между цинком и раствором.
При погружении металла в раствор соли того же металла металл не всегда заряжается отрицательно. Например, если кусок меди погрузить в раствор медного купороса CuS04, то ионы Си++ начнут осаждаться на меди, заряжая ее положительно. Двойной электрический слой на границе меди с раствором будет теперь обращен положительными зарядами к меди, а отрицательными — к рас-
