Гальванический элемент
Текст урока
Гальванический элемент превращает химическую энергию окислительно-восстановительной реакции в электрическую. Более активный металл (с меньшим стандартным потенциалом) — анод: он окисляется и переходит в раствор, например Zn − 2e⁻ → Zn²⁺. Менее активный металл — катод: на нём восстанавливаются катионы из раствора, Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu. Электроны идут по внешней цепи от анода к катоду; в гальваническом элементе анод — отрицательный (−), катод — положительный (+) полюс.
ЭДС элемента равна разности стандартных потенциалов: E = E°(катод) − E°(анод). Для элемента Даниэля E = 0,34 − (−0,76) = 1,10 В. Чем дальше металлы друг от друга в ряду напряжений, тем больше ЭДС; из одинаковых металлов элемент не собрать (E = 0). Солевой мостик (раствор KNO₃, KCl) замыкает цепь и сохраняет электронейтральность растворов: анионы идут к аноду, катионы — к катоду.
анод — окислениеактивный металл, (−)катод — восстановлениеменее активный, (+)E = E°к − E°аЭДСвыбери металл левого и правого электрода ↓Элемент Даниэля: цинк растворяется (анод), ионы меди оседают на меди (катод) — 1,10 ВДва стакана: каждый металл в растворе своей соли. Сверху внешняя цепь и вольтметр, посередине солевой мостик. Жёлтые точки — электроны (от анода к катоду), красные и синие — ионы K⁺ и NO₃⁻ в мостике. Внизу полуреакции на электродах.
Левый электродПравый электрод- ЭДС
- Анод (−)
- Катод (+)
- Электроны
Собери элемент Даниэля (Zn и Cu).
Настрой ползунки и кнопки…Что ты видишь в симуляции?
языком ползунков- В элементе Даниэля цинк растворяется, медь оседает.
- С более активным металлом ЭДС растёт.
- В паре с серебром медь становится анодом.
- Элемент из одинаковых металлов тока не даёт.
- Самые далёкие в ряду напряжений металлы дают наибольшую ЭДС.
Стандартные электродные потенциалы
ряд напряжений| Полуреакция | E°, В | Активность |
|---|---|---|
| Mg²⁺ + 2e⁻ → Mg | −2,37 | очень активный |
| Zn²⁺ + 2e⁻ → Zn | −0,76 | активный |
| Fe²⁺ + 2e⁻ → Fe | −0,44 | средний |
| Pb²⁺ + 2e⁻ → Pb | −0,13 | средний |
| 2H⁺ + 2e⁻ → H₂ | 0,00 | электрод сравнения |
| Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu | +0,34 | малоактивный |
| Ag⁺ + e⁻ → Ag | +0,80 | малоактивный |
Самые частые ошибки
красной ручкой«В гальваническом элементе анод — положительный полюс»В гальваническом элементе анод (окисление) — отрицательный полюс. При электролизе наоборот: анод подключают к плюсу.
«Электроны проходят через солевой мостик»Электроны идут только по внешнему проводнику; в мостике заряд переносят ионы.
«Медь всегда катод»Роль зависит от пары: с Zn медь — катод, а с Ag — анод.
Разобранные задачи
сначала реши самЗадача 1
Найдите ЭДС элемента Ni | Ni²⁺ ‖ Ag⁺ | Ag (E°(Ni²⁺/Ni) = −0,25 В, E°(Ag⁺/Ag) = +0,80 В). Что является анодом?
Показать решениеАнод — Ni, у него потенциал меньшеE = 0,80 − (−0,25) = 1,05 ВОтвет: 1,05 В, анод — никель.
Задача 2
В элементе Даниэля растворилось 6,5 г цинка. Сколько граммов меди выделится на катоде?
Показать решениеn(Zn) = 6,5 : 65 = 0,1 мольZn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu: n(Cu) = 0,1 мольm(Cu) = 0,1 · 64 = 6,4 гОтвет: 6,4 г.
В реальной жизни: лимонная батарейка
Zn | лимонная кислота | CuВ лимон воткнуты оцинкованный гвоздь и медная пластинка — каждый лимон маленький гальванический элемент (≈ 0,9 В)Кислый сок лимона играет роль электролита. Цинковый гвоздь — анод: Zn − 2e⁻ → Zn²⁺; на медной пластинке ионы H⁺ восстанавливаются до водорода. Напряжения одного лимона мало для светодиода, поэтому элементы соединяют последовательно — отсюда и слово «батарея» (группа).
Проверь себя: 5 тестовых заданий
5 вопросов1Какой процесс идёт на аноде гальванического элемента?
2В элементе Zn–Cu электроны во внешней цепи идут:
3Какая пара даёт наибольшую ЭДС?
4Роль солевого мостика:
5Открытый вопрос: какова ЭДС (В) элемента Fe | Fe²⁺ ‖ Cu²⁺ | Cu? (E°: Fe −0,44 В; Cu +0,34 В)
ИсточникПрограмма вступительного экзамена ДИМ 2026: Химия → Окислительно-восстановительные реакции: ряд напряжений металлов, стандартный электродный потенциал, гальванический элемент, процессы на аноде и катоде.