Что будет если пропустить ток через соленую воду
Что будет если пропустить ток через соленую воду
Актуальность выбора темы
В учебниках физики за 10 класс я нашел теоретическое обоснование процесса протекание тока через раствор соли в воде.
Следовательно, чем больше в жидкости свободных носителей заряда, тем больше должна быть сила тока. Я решил проверить гипотезу на опыте, меняя условия эксперимента.
Сила тока через раствор поваренной соли зависит только от массы растворенной соли.
Цель исследовательской работы
Исследование зависимости силы тока через раствор поваренной соли от массы соли, растворенной в воде при различных внешних условиях.
Задачи исследовательской работы
Собрать экспериментальную установку для исследования протекания тока через раствор поваренной соли.
Установить зависимость силы тока от массы соли, растворенной в воде, при различных внешних условиях эксперимента.
Обобщить полученные результаты, сделать вывод.
– протеканиеэлектрического тока через раствор поваренной соли.
– зависимость силы тока от массы соли, растворенной в воде.
Изучение теории – знакомство с теоретическим материалом.
Сборка экспериментальной установки.
Эксперимент – установление зависимости силы тока через раствор поваренной соли от массы соли, растворенной в воде при различных внешних условиях.
Анализ и обработка полученных результатов.
Синтез – интерпретация и обобщение полученных в ходе эксперимента данных.
Экспериментальная установка (приложение 1):
2) один цинковый и два медных электрода,
3) источник питания,
4) амперметр, миллиамперметр,
6) электронные весы,
Кювета наполнялась водой из-под крана объёмом 100 мл. При погружении в воду электродов и замыкании ключа амперметр не регистрировал наличие тока в цепи. Далее кювета наполнялась водой с растворенной в ней солью. Соль предварительно взвешивалась на электронных весах. В кювету погружались электроды, через раствор соли протекал электрический ток. Сила тока измерялась амперметром.
Для проверки гипотезы были проведены эксперименты:
исследование зависимости силы тока от массы соли, растворённой в воде при замене материала, из которого изготовлены электроды,
исследование зависимости силы тока от расстояния между электродами и глубиной их погружения в раствор при постоянной массе соли, растворенной в воде.
Результаты экспериментов приведены в таблицах и на графиках.
Исследование зависимости силы тока от массы соли,растворенной в воде при замене материала, из которого изготовлены электроды.
Расстояние между электродами r = 9см.
Опыт 1.1. Катод – медная пластина, анод – цинковая.
Электролиз соленой воды
Запишем уравнение электролиза раствора нитрата серебра:
4AgNO3 + 2H2O → 4Ag + 4HNO3 + O2
Количество вещества серебра, образовавшегося на катоде:
n(Ag) = m/M = 2,16 г/108 г/моль = 0,02 моль
На аноде выделился кислород. Количество кислорода можем определить из количества серебра по уравнению реакции:
n(O2) = 1/4·n(Ag) = 1/4 · 0,02 = 0,005 моль
V(O2) = n·Vm = 0,005·22,4 = 0,112 л
Количество вещества азотной кислоты:
n(HNO3) = n(Ag) = 0,02 моль
m(HNO3) = n·M = 0,02 моль·63 г/моль = 1,26 г
Массовая доля азотной кислоты в полученном растворе:
ω(HNO3) = m(HNO3)/*mр-ра = 1,26/250 = 0,005 = 0,5%
Ответ: V(O2) = 0,112 л, ω(HNO3) = 0,5%
Свернуть
2. Провели полный электролиз 200 г раствора хлорида калия с ω(KCl) = 7,45%. К полученному раствору добавили 50 г раствора фосфорной кислоты с ω(H3PO4) = 19,6%. Определите формулу образовавшейся при этом соли.
Запишем уравнение электролиза раствора хлорида калия:
2KCl + 2H2O → 2KOH + Cl2 + H2
При полном электролизе вступит в реакцию весь хлорид калия. Определим массу и количество вещества хлорида калия:
m(KCl) = mр-ра (KCl) ·ω(KCl) = 200 г · 0,075 = 14,9 г
n(KCl) = m/M =14,9 г / 74,5 г/моль = 0,2 моль
Определим количество образовавшейся щелочи:
n(KOH) = n(KCl) = 0,2 моль
Определим количество фосфорной кислоты:
m(H3PO4) = mр-ра (H3PO4) ·ω(H3PO4) = 50 г · 0,196 = 9,8 г
n(H3PO4) = m/M =9,8 г / 98 г/моль = 0,1 моль
При взаимодействии фосфорной кислоты с щелочью возможно образование трех типов солей:
H3PO4 + KOH → KH2PO4 + H2O
H3PO4 + 2KOH → K2HPO4 + 2H2O
H3PO4 + 3KOH → K3PO4 + 3H2O
При соотношении кислоты и щелочи n(H3PO4):n(KOH) = 0,1:0,2 или 1:2 протекает вторая реакция и образуется гидрофосфат калия. Количество вещества гидрофосфата калия равно:
n(K2HPO4) = n(H3PO4) = 0,1 моль
Решение и ответ
3. В процессе электролиза 500 мл раствора гидроксида натрия с ω(NaОН) = 4,6% (ρ = 1,05 г/мл) массовая доля NaОН в растворе увеличилась до 10%. Вычислите объёмы газов (н. у.), выделившихся на электродах.
Всё на самом деле намного проще
Я не силён в подобных вапросах, но точно знаю, что ещё в 80-х годах именно электрофорезом раствора поваренной соли получали гипохлорит натрия на одной из кафедр медицинского института. И что и сегодня подобный электрофорез является основным методом его получения в промышленных масштабах.
Вода и электрический ток
Чтобы вещество смогло проводить электрический ток, в нем должны присутствовать заряженные частицы, способные свободно перемещаться через весь его объем под действием приложенного электрического поля. В металлических проводниках, например, такими заряженными частицами выступают свободные электроны, а в электролитах — положительно и отрицательно заряженные ионы.
Диэлектрики вовсе не проводят постоянный электрический ток, поскольку заряженные частицы в их структуре хотя и есть, однако они связаны друг с другом, и не могут свободно перемещаться, образуя ток.
Но переменный ток пропускают даже диэлектрики, это называется током смещения, например конденсатор в цепи переменного тока на определенной частоте будет проводить ток так, словно является проводником.
Обычная неочищенная вода
По этой причине обычная неочищенная вода проводит ток, ведя себя подобно слабому электролиту. Если через такую воду попытаться пропустить ток, то в течение небольшого времени он будет через нее идти, хотя и слабо.
Теоретически идеально чистая вода
Теоретически, если воду полностью очистить от примесей, то есть удалить из ее объема абсолютно все вещества, включая соли, газы, остатки кислот, то она станет диэлектриком, и будет вести себя как изолятор.
В ней не будет ионов, способных двигаться под действием электрического поля и образовывать ток, а сами молекулы воды — электрически нейтральны. Такую воду можно было бы использовать, например, в качестве диэлектрика между пластинами конденсатора.
Реальная дистиллированная вода
Но в реальности даже дистиллированная вода (вода, очищенная путем испарения с последующей конденсацией пара) не бывает абсолютно чистой.
Есть российский ГОСТ 6709-72, определяющий массовую концентрацию остатка примесей в такой дистиллированной воде — не более 5 мг на литр, и минимальное удельное сопротивление не менее 2 кОм*м.
Нет смысла пытаться использовать такую воду как проводник постоянного тока. С этой точки зрения дистиллированная вода не проводит электрический ток. Ее обычно используют для коррекции плотности электролитов.
Почему стоит опасаться контакта любой воды с электричеством
Однако люди не зря боятся контакта любой воды с электричеством, особенно — с переменным напряжением из розетки. Даже сетевое напряжение с провода, упавшего в лужу воды, на которую может случайно наступить человек, способно вызвать миллиамперный переменный ток, которого будет достаточно для причинения организму вреда.
Человеческое тело и фаза из розетки, соединенные через лужу разлитой воды, образуют цепь с реактивными элементами, и если человек в такой ситуации случайно коснется заземленного предмета, то его ударит током. Вот почему необходимо избегать контакта электричества с водой. Как вы понимаете, с дистиллированной водой риск причинения вреда меньше, но он все равно остается. Поэтому лучше избегать попадания любой воды на электрические приборы.
Физики раскрыли секрет того, почему вода проводит ток
МОСКВА, 2 дек – РИА Новости. Ученые впервые проследили за тем, как одна молекула воды передает протоны своей «соседке», и раскрыли секрет того, почему вода пропускает ток, а другие похожие на нее вещества – не обладают таким свойством, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.
«Когда через воду проходит ток, атомам кислорода при этом почти не приходится двигаться. Этот процесс можно сравнить с знаменитой «колыбелью» Ньютона, набором подвешенных шариков, выстроенных в линию. Если поднять один из них и ударить им по линии, только концевые шарики будут двигаться, а остальные будут стоять на месте», — рассказывает Марк Джонсон (Mark Johnson) из Йельского университета (США).
Дистиллированная вода, как и многие другие вещества, состоящие из двух неметаллических элементов, является изолятором, почти не пропускающим электрический ток. Но если в воду добавить даже очень небольшое число ионов, ее электропроводность резко вырастает и она становится полноценным проводником. О том, почему вода проводит ток, ученые спорят уже более двух столетий.
В начале 19 века немецкий химик Теодор Гротгус предложил теорию, которая объясняла то, почему вода пропускает через себя ток и почему электричество может разлагать ее на водород и кислород. Он посчитал, что молекулы воды могут захватывать лишние протоны и передавать их друг другу, подобно палочке в эстафете, благодаря формированию новых водородных и ковалентных связей и их быстрому распаду.
Новое в блогах
новая технология опреснения, позволяющая при помощи электричества вытолкнуть молекулы соли из воды
Светлые головы из Массачусетского технологического института разработали новый метод удаления солей из морской воды, который реализуется весьма просто и посему недорого, а его работа отличается достаточно высокой эффективностью. В одно из экспериментов исследователи обнаружили, что электрический ток с определенными параметрами позволяет в буквальном смысле вытолкнуть ионы растворенных солей из воды и подобная технология сможет оказать огромную пользу в районах, где нарушено обычное водоснабжение в результате стихийных бедствий, техногенных катастроф или военных действий.
Новый процесс опреснения воды позволяет избежать нескольких проблем, связанных с другими, более традиционными методами. В нем не используются фильтры и молекулярные мембраны, которые постоянно забиваются и нуждаются в периодической чистке или замене. Так же применение нового метода позволяет отказаться от кипячения соленой воды, на что уходит поистине огромное количество энергии.
Метод, разработанный группой, возглавляемой профессором Мартином Бэзэнтом (Martin Bazant), получил название ударный электродиализ. В нем не используется мембраны, способные фильтровать ионы натрия, вместо этого в новом методе используется специальный пористый материал под названием фритт, который состоит из небольших стеклянных частиц. По краям фильтра из этого материала находятся два электрода, на которые подается электрический потенциал.
Естественно, когда в зазор между электродами попадает соленая вода, за счет движения ионов между ними начинает протекать электрический ток, и когда этот ток превышает некоторый предел, в среде материала возникают ударные волны, разделяющий поток воды на два потока, которые можно направить по отдельным каналам.
Но самым замечательным является то, что под воздействием электрического тока и ударных волн ионы натрия буквально «выбиваются» в район одного из потоков воды, а во втором потоке остается чистая пресная вода, которая может использоваться для питья и приготовления пищи.
Дополнительным бонусом в этой технологии является то, что электрический ток и ионы хлора убивают различные типы болезнетворных бактерий. Поэтому вода, пройдя через опреснительное устройство, проходит еще и процедуру дезинфекции, что имеет большое значение при использовании установок опреснения в районах стихийных бедствий, где санитарные условия зачастую очень далеки от приемлемых. И в скором времени исследователи из Массачусетса создадут первую экспериментальную установку, которая пройдет «испытания в боевых условиях» при первой же возможности.