حل اسئلة المراجعات والتفكير الناقد

64. لماذا تتدفق الإلكترونات من قطب إلى آخر في الخلية الجلفانية؟

في الخلية الجلفانية، تكتسب الأيونات في المحلول عند الكاثود الإلكترونات بسهولة أكبر من الأيونات عند الأنود وعند وضع القنطرة الملحية والأسلاك في أماكنها يحدث تفاعل التأكسد والاختزال التلقائي وتتدفق الإلكترونات من الأنود إلى الكاثود.

65. إنتاج الألومنيوم. ما المادة التي يتم تحليلها كهربائياً في العملية الصناعية لإنتاج فلز الألومنيوم؟

أكسيد الألومنيوم: Al₂ O ₃.

66. اكتب أنصاف تفاعل الأكسدة والاختزال للخلية الجلفانية فضة -كروم وحدد الأنود والكاثود واتجاه تدفق الإلكترونات.

التأكسد:

^-Cr _(s) $\to$Cr³⁺ _(aq) +3 e

67. حدّد. ما إذا كانت تفاعلات الأكسدة والاختزال الآتية تلقائية أو غير تلقائية:

Mn²⁺_(aq) + 2Br^- _(aq)$\to$ Br_2(l) + Mn_(s) .a

E⁰ _cell == -1.185 V - 1.066 V = -2.251 V

2Fe²⁺_(aq) + Sn²⁺_(aq) $\to$ 2Fe³⁺_(aq) + Sn_(s) .b

E⁰ _cell =-0.1375 V - 0.771 V = -0.908 V

Ni²⁺_(aq) + Mg_(s)$\to$ Mg^{2 +} _(aq) + Ni_(s) .c

E⁰ _cell =-0.257 - (-2.372 V) = +2.115 V

Pb²⁺_(aq) + 2Cu⁺_(aq)$\to$ Pb_(s)+ 2Cu²⁺_(aq) .d

E⁰ _cell =- 0.1262 V - 0.153 V = -0.279 V

68. حدّد. جهد الخلية المتكونة من كل نصف خلية مما يأتي مرتبطة مع نصف خلية:⁺Ag|Ag

Be²⁺ _(lM) | Be .a

E⁰ _cell = +0.7996 V - (-1.847 V) = +2.647 V

S|S^2- _(lM) .b

E⁰ _cell = +0.7996 V - (-0.47627 V) = +1.2759 V

A u⁺_(lM)| Au .c

E⁰ _cell =+1.692 V - (+0.7996 V) = +0.892 V

I₂|I^-_(1M) .d

E⁰ _cell =+0.7996 V - (+0.5355 V) = +0.2641 V

69. التآكل. فسر لماذا يعد وجود الماء ضرورياً لحدوث تآكل الحديد؟

لأن ذرات Fe تتأكسد إلى ⁺Fe² في المحلول المائي ثم تتأكسد هذه الأيونات مرة أخرى إلى أيونات ⁺Fe³ التي تتحد مع O₂ المختزل لإنتاج الصدأ. F e₂O₃.

70. السفر عبر الفضاء. تستخدم السفن الفضائية خلايا الوقود H₂/o₂ في إنتاج الكهرباء.

a. ما التفاعل الذي يحدث عند الأنود والكاثود؟

2H₂ + 4OH ^-$\to$4 H₂O + 4e^- الأنود

O₂ + 2H₂O +4 e ^-$\to$ 4OH الكاثود

b. ما جهد الخلية القياسي لخلية الوقود؟

E⁰ = + 0.401 V – (– 8277 V) = + 1.229 V

71. خلايا الوقود. فسّر الاختلاف بين تأكسد الهيدروجين في خلية الوقود وتأكسده عند احتراقه في الهواء.

يتم التحكم في تأكسد الهيدروجين في خلية الوقود حيث تتحول معظم الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية بدلاً من طاقة حرارية.

72. تنقية النحاس. عند تنقية النحاس بالتحليل الكهربائي ما العوامل التي تحدد أي قطعة نحاس هي الأنود وأيها الكاثود؟

يحدد اتجاه التيار في الخلية أن النحاس غير النقي سيكون الأنود.

73. بطاريات التخزين. تسمى المراكم الرصاصية وغيرها من البطاريات التي يمكن إعادة شحنها أحياناً بطاريات التخزين فما الذي يخزن في هذه البطاريات؟

طاقة الوضع الكيميائية.

74. منع التآكل. يوضح الشكل 29 -5 كيف يتم حماية أنابيب الحديد المدفونة من التآكل إذ توصل هذه الأنابيب بفلز أكثر نشاطاً يتآكل بدلاً من الحديد.

a. حدّد الكاثود والأنود.

الكاثود هو الفولاذ، والأنود هو Mg.

b. فسّر كيف يعمل الماغنسيوم على حماية الأنابيب.

Mg. أكثر نشاطاً لذا فهو أكثر عرضة لتفاعل التأكسد وهو ما يسبب تآكل الماغنسيوم قبل الفولاذ.

75. التوقع. افترض أن العلماء قد اختاروا نصف خلية Cu²⁺ _(lM) |Cu على أنها خلية قياسية بدلاً من نصف الخلية H⁺_(lM) |H فما مقدار جهد قطب الهيدروجين إذا كان قطب النحاس هو القطب القياسي؟ وكيف يمكن أن تتغير العلاقات بين جهود الاختزال القياسية؟

ستتغير قيم جدول جهود الاختزال القياسية بمقدار 0.342، وسيصبح جهد قطب الهيدروجين 0.342 - ولكن تبقى العلاقات دون أن تتغير إلا أن قيم الجهود ستتغير.

76. طبق. افترض أن لديك خلية جلفانية يتكون أحد أنصافها من قطعة من القصدير مغموسة في محلول من أيونات القصدير II.

a. كيف تعرف من قياس جهد الخلية إذا كانت شريحة القصدير تمثل الكاثود أو الأنود؟

يوضح مقياس فرق الجهد تدفق الإلكترونات من قطعة القصدير أو إليها لذا يمكن معرفة ما إذا كانت القطعة تمثل الكاثود أو الأنود بتأكسد القصدير إذا كان الجهد موجباً.

b. كيف تعرف عن طريق الملاحظة البسيطة ما إذا كانت شريحة القصدير تمثل الكاثود أو الأنود؟

توضح الترسبات الملحوظة عند الكاثود اختزال ⁺Sn² وإذا تأكسد Sn عند الأنود فسينقص حجم القطعة.

77. ضع فرضية. لما كان جهد نصف الخلية يتغير بتغير تركيز المتفاعلات والنواتج فإن الجهود القياسية تقاس عند تركيز 1M كما أن الحفاظ على ضغط 1atm له أهمية خاصة في أنصاف الخلايا التي تحتوي على غازات بوصفها متفاعلات أو نواتج فلماذا يعد ضغط الغاز نقطة حرجة في هذه الخلايا؟

الضغط دلالة على التركيز لذا يعد الضغط من عوامل التركيز في أنصاف الخلايا التي تحتوي على غازات.

78. حلّل. تم اكتشاف وعاء فخاري سنة 1938 م بالقرب من بغداد وكان هذا الوعاء القديم يحتوي على قضيب من الحديد محاط بأسطوانة من النحاس كما في الشكل 30 - 5 وعند ملء هذا الوعاء بمحلول موصل كالخل فإنه قد يعمل عمل بطارية.

a. حدّد الكاثود.

أسطوانة النحاس E ⁰ = +0.3419V

b. حدّد الأنود.

قضيب الحديد 0.447 - = E ⁰

c. احسب جهد الخلية القياسي لهذه البطارية.

E⁰ _cell = +0.3419 V - (-0.447 V) = +0.789 V

79. طبق. تنتج خلية تحليل كهربائي أبخرة البروم وغاز الهيدروجين خلال عملية تحليل كهربائي وقد تبين بعد انتهاء التحليل الكهربائي أن الخلية تحتوي على محلول مركز من هيدروكسيد البوتاسيوم ما محتويات الخلية قبل عملية التحليل الكهربائي؟

بروميد البوتاسيوم kbr والماء. H₂o

80. ضع فرضية. افترض أنه في إحدى عمليات الجلفنة تم طلاء الحديد بالنحاس بدلاً من الخارصين فهل يمكن للنحاس أن يحمي الحديد من التآكل مثل الخارصين حتى لو تصدعت طبقة النحاس؟ فسّر إجابتك.

إذا تصدع النحاس تصبح هذه الأماكن معرضة للتآكل لا لأن الحديد يتأكسد بسهولة أكثر من النحاس لذا تتضاءل الحماية.

81. تم تركيب بطارية باستعمال القصدير والزئبق وكانت أنصاف تفاعلات الاختزال فيها على النحو الآتي:

Sn²⁺_(aq) +2e^- $\to$Sn_(s)
Hg²⁺_(aq) +2e^- $\to$ Hg_(s)

a. اكتب معادلة موزونة لتفاعل الخلية.

H g ^{2 +} + Sn$\to$Sn²⁺ + Hg

b. ما الذي تأكسد؟ وما الذي اختزل؟ حدد العامل المؤكسد والعامل المختزل.

يختزل الزئبق ويتأكسد القصدير العامل المؤكسد هو الزئبق والعامل المختزل هو القصدير.

c. ما التفاعل الذي يحدث عند كل من الأنود والكاثود؟

(يحدث عند الأنود) Sn$\to$Sn ^{2 +} +2e ^-

(يحدث عند الكاثود) H g²⁺ +2e ^- $\to$Hg

d. ما جهد الخلية؟ استخدم الجدول 1- 5.

E⁰_cell = + 0.851 V - (-0.1375 V) = + 0.989 V

e. إذا كانت القنطرة الملحية تحتوي على محلول كبريتات الصوديوم ففي أي اتجاه تتحرك أيونات الكبريتات؟

تتحرك أيونات الكبريتات في اتجاه نصف خلية القصدير.

82. فسّر. لماذا تجد الكرسي المصنوع من الألومنيوم أكثر سخونة من الكرسي المصنوع من الخشب عند وضع الكرسيين تحت أشعة الشمس الفترة الزمنية نفسها.

لأن الحرارة النوعية للكرسي المصنوع من الألومنيوم أعلى منها للخشب.

83. علامَ تدل الإشارة السالبة للطاقة الحرة للتفاعل؟

Δ G_system = ΔH_system – ΔT_Ssystem

تدل الإشارة إلى أن التفاعل تلقائي.

84. اعتماداً على نموذج التصادم للتفاعلات الكيميائية فسر كيف يمكن لجزيئين أن يتصادما ولا يتفاعلا؟

قد لا تتصادم الجزيئات بالاتجاه الصحيح أولاً يتضمن التصادم الطاقة الكافية لتكوين المعقّد المنشّط.

85. عدّد خمسة عوامل تؤثر في سرعة التفاعل.

طبيعة المواد المتفاعلة، ومساحة السطح، ودرجة الحرارة، والتركيز، والعوامل المحفِّزة.

86. يصل تفاعل التفكك A2B$\to$ 2A + B إلى الاتزان عند 499C، ويوضح تحليل خليط الاتزان أن [A₂B]= 0.85mol/l و [A]=2.045mol/l و [B]=1.026mol/l. فما قيمة k_eq؟

$K_{eq}=\frac{\left[A{]}^2\right[B]}{\left[A_{2}B\right]}=\frac{\left(2.045{)}^2\right(1.026)}{\left(0.855\right)}=5.02$

87. ما ذائبية يوديد الفضة AgI بوحدة mol/l إذا علمت أن قيمة Ksp ليوديد الفضة تساوي ^15-10 × 3.5؟

$\begin{array}{r}s=\left[{\mathrm{Ag}}^{+}\right]=\left[I^{-}\right]\\ K_{SP}=\left[{\mathrm{Ag}}^{+}\right]\left[I^{-}\right]=3.5\times {10}^{-17}\Rightarrow s^2=3.5\times {10}^{-17}\\ s=\sqrt{3.5\times {10}^{-17}}=5.9\times {10}^{-8}\mathrm{mol}/\mathrm{l}\end{array}$

88. إذا كان لديك محلول من حمض قوي فهل يعني ذلك أن لديك محلولاً مركزاً من ذلك الحمض؟ فسر إجابتك.

ليس بالضرورة فالحمض القوي يتفكك كلياً وقد يكون مخففاً أو مركزاً ويعتمد ذلك على عدد مولات الحمض في المحلول.

89. ما أعداد التأكسد لكل عنصر في الأيونpo₄^-3؟

P + 4(-2) = -3
P + (-8) = -3
(+8)+(-3)=+5