Κεφάλαιο 1.3 – Ηλεκτροχημεία. Αγωγοί ρεύματος. Ηλεκτρόλυση – Μηχανισμός – Εφαρμογές (σελ. 32-42) – Απαντήσεις – Λύσεις

Ερωτήσεις - Ασκήσεις - Προβλήματα

Άσκηση Ε6 (σελ. 33)

Τι ονομάζεται ηλεκτρόλυση;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ανάκληση ορισμού §1.3.

Απάντηση: Ηλεκτρόλυση είναι η ηλεκτροχημική διεργασία κατά την οποία πραγματοποιούνται οξειδοαναγωγικές χημικές αντιδράσεις με κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας — δηλαδή το σύνολο των αντιδράσεων οξείδωσης και αναγωγής που λαμβάνουν χώρα όταν σε τήγμα ή διάλυμα ηλεκτρολύτη εφαρμόσουμε κατάλληλη διαφορά δυναμικού.

Άσκηση Ε7 (σελ. 33)

Ποιες είναι οι σημαντικότερες διαφορές μεταξύ των ηλεκτρολυτικών και μεταλλικών αγωγών;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ανάκληση των δύο διαφορών του §1.3.

Απάντηση: (α) Η διέλευση ρεύματος μέσω ηλεκτρολυτικού αγωγού προκαλεί διάσπαση (ηλεκτρόλυση), ενώ μέσω μεταλλικού αγωγού προκαλεί μόνο θερμικές μεταβολές. (β) Με αύξηση της θερμοκρασίας η αγωγιμότητα του ηλεκτρολυτικού αγωγού αυξάνεται, ενώ του μεταλλικού αγωγού μειώνεται.

Άσκηση Ε8 (σελ. 33)

Τι ονομάζεται κάθοδος κατά την ηλεκτρόλυση και τι φαινόμενο λαμβάνει χώρα σε αυτή;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ανάκληση ορισμού καθόδου.

Απάντηση: Κάθοδος ονομάζεται το αρνητικό ηλεκτρόδιο, στο οποίο υπάρχει περίσσεια ηλεκτρονίων. Εκεί φτάνουν τα κατιόντα, προσλαμβάνουν ηλεκτρόνια και ανάγονται.

Άσκηση Ε9 (σελ. 33)

Τι ονομάζεται άνοδος κατά την ηλεκτρόλυση και τι φαινόμενο λαμβάνει χώρα σε αυτή;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ανάκληση ορισμού ανόδου.

Απάντηση: Άνοδος ονομάζεται το θετικό ηλεκτρόδιο, στο οποίο υπάρχει έλλειψη ηλεκτρονίων. Εκεί φτάνουν τα ανιόντα, αποβάλλουν ηλεκτρόνια και οξειδώνονται.

Άσκηση Ε10 (σελ. 33)

Ποια είναι η σειρά εκφόρτισης των κυριότερων κατιόντων όταν αυτά βρίσκονται σε παραπλήσιες συγκεντρώσεις;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ανάκληση της σειράς εκφόρτισης στην κάθοδο.

Απάντηση: Au³⁺, Pt²⁺, Ag⁺, Cu²⁺, H⁺(οξύ), Pb²⁺, H⁺(ουδ.), Sn²⁺, Ni²⁺, [H₂O], Fe²⁺, Cr³⁺, Zn²⁺, Mn²⁺, Al³⁺, Mg²⁺, Na⁺, Ca²⁺, Ba²⁺, K⁺ (με τη σειρά αυτή εκφορτίζονται ευκολότερα τα πρώτα).

Άσκηση Ε11 (σελ. 33)

Ποια είναι η σειρά εκφόρτισης των κυριότερων ανιόντων όταν αυτά βρίσκονται σε παραπλήσιες συγκεντρώσεις;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Ανάκληση της σειράς εκφόρτισης στην άνοδο.

Απάντηση: S²⁻, OH⁻(βάση), I⁻, [H₂O], Br⁻, Cl⁻, οξυγονούχα ιόντα, F⁻ (με τη σειρά αυτή εκφορτίζονται ευκολότερα τα πρώτα).

Άσκηση 45 (σελ. 40)

Να χαρακτηρίσετε με Σ ή Λ, αιτιολογώντας: α. Στην άνοδο κατά την ηλεκτρόλυση οδεύουν τα κατιόντα. β. Στην άνοδο κατά την ηλεκτρόλυση λαμβάνει χώρα οξείδωση. γ. Στην κάθοδο κατά την ηλεκτρόλυση οδεύουν τα κατιόντα όπου ανάγονται. δ. Στην κάθοδο κατά την ηλεκτρόλυση λαμβάνει χώρα οξείδωση.

Σκέψη / Μεθοδολογία: Θυμόμαστε: κάθοδος (αρνητικό ηλεκτρόδιο) ελκύει κατιόντα και εκεί γίνεται αναγωγή· άνοδος (θετικό ηλεκτρόδιο) ελκύει ανιόντα και εκεί γίνεται οξείδωση.

Λύση:

1. α. Στην άνοδο οδεύουν τα ΑΝΙΟΝΤΑ, όχι τα κατιόντα — Λ.
2. β. Στην άνοδο πράγματι γίνεται οξείδωση — Σ.
3. γ. Στην κάθοδο πράγματι οδεύουν τα κατιόντα και ανάγονται — Σ.
4. δ. Στην κάθοδο γίνεται ΑΝΑΓΩΓΗ, όχι οξείδωση — Λ.

Απάντηση: α. Λ, β. Σ, γ. Σ, δ. Λ.

Πρόσεξε:

• Απάντηση επιβεβαιωμένη από το ενιαίο κλειδί απαντήσεων στο τέλος του κεφαλαίου (σελ. 43).

Άσκηση 46 (σελ. 40)

Να συμπληρώσετε: α. Κατά την ηλεκτρόλυση .... ενέργεια μετατρέπεται σε χημική. β. Στα γαλβανικά στοιχεία .... ενέργεια που ελευθερώνεται από μία .... αντίδραση μετατρέπεται σε .... ενέργεια. γ. Η αγωγιμότητα των μεταλλικών αγωγών οφείλεται στα .... ηλεκτρόνια που υπάρχουν στο .... πλέγμα. δ. Η αγωγιμότητα των ηλεκτρολυτικών αγωγών οφείλεται στα .... και συντελείται μέσω αντιδράσεων .... που συντελούνται στα δύο .... .

Σκέψη / Μεθοδολογία: Αναδιατύπωση των ορισμών ηλεκτρόλυσης, γαλβανικών στοιχείων και αγωγών του §1.3.

Απάντηση: α. ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε χημική. β. χημική ενέργεια που ελευθερώνεται από μία αυθόρμητη αντίδραση μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια. γ. ελεύθερα ηλεκτρόνια που υπάρχουν στο κρυσταλλικό πλέγμα. δ. ιόντα, μέσω αντιδράσεων οξειδοαναγωγής που συντελούνται στα δύο ηλεκτρόδια.

Άσκηση 48 (σελ. 41)

Να αντιστοιχίσετε κάθε έννοια της πρώτης στήλης (θετικά φορτισμένο, αναγωγή, αρνητικά φορτισμένο, οξείδωση, ηλεκτρόλυση, μπαταρία) με έννοια της δεύτερης στήλης (άνοδος, κατιόν, ηλεκτρική→χημική ενέργεια, κάθοδος, χημική→ηλεκτρική ενέργεια, ανιόν).

Σκέψη / Μεθοδολογία: Συνδέουμε κάθε όρο με τη σωστή του αντιστοιχία στην ηλεκτροχημεία.

Λύση:

1. θετικά φορτισμένο ⟶ άνοδος (το θετικό ηλεκτρόδιο)
2. αναγωγή ⟶ κατιόν (τα κατιόντα ανάγονται στην κάθοδο)
3. αρνητικά φορτισμένο ⟶ κάθοδος (το αρνητικό ηλεκτρόδιο)
4. οξείδωση ⟶ ανιόν (τα ανιόντα οξειδώνονται στην άνοδο)
5. ηλεκτρόλυση ⟶ ηλεκτρική ενέργεια → χημική ενέργεια
6. μπαταρία (γαλβανικό στοιχείο) ⟶ χημική ενέργεια → ηλεκτρική ενέργεια

Απάντηση: θετικά φορτισμένο→άνοδος· αναγωγή→κατιόν· αρνητικά φορτισμένο→κάθοδος· οξείδωση→ανιόν· ηλεκτρόλυση→ηλεκτρική ενέργεια→χημική ενέργεια· μπαταρία→χημική ενέργεια→ηλεκτρική ενέργεια.

Πρόσεξε:

• Ο πίνακας αντιστοίχισης στο ψηφιοποιημένο κείμενο του βιβλίου εμφανίζεται με μετατοπισμένη τη 2η στήλη (σφάλμα ψηφιοποίησης)· η παραπάνω αντιστοίχιση είναι η λογικά ορθή.

Άσκηση Δ1 (σελ. 43)

Δραστηριότητα «Επιμετάλλωση»: να ερευνήσετε βιβλιογραφικά τους όρους Γαλβανοπλαστική, Τενεκές, Λαμαρίνα/γαλβανισμένη λαμαρίνα, «γάνωμα», καθώς και στοιχεία για τον L. Galvani. Επίσης: Αν το αντικείμενο προς επιμετάλλωση δεν είναι καλός αγωγός (π.χ. ξύλο, γυαλί), πώς γίνεται η επικάλυψη; Θα χρησιμοποιούσατε επινικελωμένο σκεύος για μαγείρεμα; Γιατί τα απόβλητα βιομηχανίας επιχρωμίωσης είναι επιβαρυντικά για το περιβάλλον;

Σκέψη / Μεθοδολογία: Πρόκειται για ανοιχτή δραστηριότητα έρευνας/βιβλιογραφικής αναζήτησης χωρίς μοναδική «σωστή» απάντηση — παραθέτουμε ενδεικτικές κατευθύνσεις απάντησης για κάθε επιμέρους ερώτημα.

Ενδεικτική απάντηση: Γαλβανοπλαστική: τεχνική αντιγραφής αντικειμένων με ηλεκτρολυτική απόθεση μετάλλου πάνω σε καλούπι, προς τιμήν του L. Galvani (1737-1798), ιταλού φυσιολόγου-φυσικού που μελέτησε πρώτος τα φαινόμενα «ζωικού ηλεκτρισμού» και έδωσε το όνομά του στα γαλβανικά στοιχεία. Τενεκές: λεπτό φύλλο σιδήρου επικαλυμμένο με κασσίτερο (Sn) για προστασία από τη σκουριά (χρήση σε κονσέρβες). Λαμαρίνα/γαλβανισμένη λαμαρίνα: φύλλο σιδήρου επικαλυμμένο με ψευδάργυρο (Zn) για προστασία από διάβρωση (γαλβάνισμα). «Γάνωμα»: παλιά τεχνική επικάλυψης χάλκινων/ορειχάλκινων σκευών με λεπτό στρώμα κασσίτερου, ώστε να μην έρχεται σε επαφή το φαγητό με τον χαλκό. Σε μη αγώγιμα αντικείμενα (ξύλο, γυαλί) η επιμετάλλωση γίνεται αφού πρώτα η επιφάνεια καταστεί αγώγιμη, π.χ. με επίστρωση λεπτού στρώματος γραφίτη ή με χημική («άνευ ρεύματος») απόθεση μετάλλου, ώστε στη συνέχεια να είναι δυνατή η ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση. Ένα επινικελωμένο σκεύος δεν ενδείκνυται γενικά για μαγείρεμα, καθώς το νικέλιο μπορεί να προκαλέσει αλλεργικές αντιδράσεις σε ευαίσθητα άτομα και δεν είναι τόσο αδρανές όσο π.χ. ο ανοξείδωτος χάλυβας — προτιμώνται σκεύη εγκεκριμένα ειδικά για τρόφιμα. Τα απόβλητα βιομηχανίας επιχρωμίωσης είναι ιδιαίτερα επιβαρυντικά γιατί περιέχουν ενώσεις εξασθενούς χρωμίου Cr(VI), οι οποίες είναι τοξικές, καρκινογόνες και ρυπαίνουν σοβαρά το νερό και το έδαφος αν δεν επεξεργαστούν κατάλληλα πριν τη διάθεσή τους.

Πρόσεξε:

• Δραστηριότητα ανοιχτής έρευνας — δεν υπάρχει μία «σωστή» απάντηση, αξιολογείται η ποιότητα της τεκμηρίωσης.