Установка. Стакан с раствором соды. Из жести вырезаны три одинаковых электрода, ширина которых равна внутреннему диаметру стакана. Два из них выгибаются по форме стакана так, что могут вставляться в него вплотную к его стенкам. Эти два электрода прикрепляются к краю стакана, как показано на рис. 22. К каждому из них припаян конец изолированной проволоки, длиной около 10 см. (В выставленной установке эти два электрода, так же как и плоский – третий, лежат отдельно от стакана.) Карманная батарейка (лучше две, последовательно соединенные). Выключатель. Соединительные провода. Нож. Плоскогубцы.

Условие задачи. В стакан налит раствор соды. При электролизе этого раствора на катоде выделяется водород, а на аноде – кислород. Отличить во время опыта выделение водорода от выделения кислорода, особенно при жестяных электродах, можно очень просто, так как пузырьки газа на поверхности катода выделяются несравненно обильнее, чем на поверхности анода.

Составьте цепь для электролиза, воспользовавшись в качестве источника карманной батарейкой и включив последовательно в цепь выключатель. Замкните выключатель и проверьте, работает ли ваша установка. Разомкните цепь выключателем.

У вас остался неиспользованным третий электрод, вырезанный из жести, но не присоединенный к проволоке.

Как следует включить этот электрод в составленную вами цепь, не присоединяя его ни к положительному, ни к отрицательному полюсу батарейки, чтобы при этом на его поверхности начали одновременно выделяться кислород и водород?

Дополнения. 1. При осуществлении опыта, указанного в задаче, вы убедитесь, что водород выделяется не только на катоде, но и на третьем электроде. Сравните приблизительно на глаз количество выделяющихся пузырьков водорода с поверхности катода без третьего электрода с количеством пузырьков того же газа, выделяющихся с поверхности катода и третьего электрода.

Какое из трех предположений кажется вам более вероятным: 1) количество пузырьков в первом и во втором случае одинаковое? 2) количество пузырьков в первом случае больше, чем во втором? 3) количество пузырьков в первом случае меньше, чем во втором?

Как объясните вы тот результат, который кажется вам наиболее вероятным?

2. Правильно ли сказать, что водород выделяется только на том электроде, который присоединен к отрицательному полюсу источника тока? (Тот же вопрос относительно кислорода и положительного полюса.)

3. Правильно ли называть катодом только такой электрод, который присоединен к отрицательному полюсу источника тока? (Аналогичный вопрос относительно анода.)

4. Какое определение понятия „анод“ и „катод“ дал Фарадей? Будет ли оно справедливо для любого случая электролиза и, в частности, для вашего опыта?

5. Как можно объяснить с точки зрения идей Фарадея, что в вашем опыте третий электрод выполняет одновременно функции катода и анода?

Решение и пояснения

97. (10-й кл.) Третий электрод опускается в стакан между первыми двумя и параллельно им. На его поверхности, обращенной к катоду, выделяется кислород, а на обращенной к аноду – водород (см. решение задачи 98).

Дополнения (даются вместе с задачей). 1. Количество водорода и кислорода, выделяющееся до введения в раствор третьего электрода, равно количеству тех же газов, выделяющихся на трех электродах (см. решение задачи 98).

2. Неправильно. Очень распространенная неточность.

3. Неправильно. Распространенная формулировка.

4. Будет справедливым.

5. Так как электрический ток „входит“ в третий электрод „из электролита“, то, согласно Фарадею, он является катодом. Так как электрический ток „выходит“ из третьего электрода „в электролит“, то, согласно Фарадею, он является анодом.

Сосуд с раствором соды может быть любого размера, но чем он меньше, тем меньше будет поверхность электродов и, следовательно, при той же силе тока получим большую густоту выделения пузырьков газа. Это дает большую наглядность опыту. Вместо стакана можно взять рюмку. В этом случае совершенно достаточно одной карманной батарейки. Электроды при этом имеют около 5 см в длину, а в ширину около 3 см в нижней части и около 3,5 см в верхней. Разумеется, вместо карманной батарейки можно использовать любую батарею (4–6 в).

Раствор соды вместо раствора серной кислоты применяется только из соображений большого удобства, так как в последнем случае пришлось бы применить угольные или платиновые электроды.