مراجعة الدرس
1- الفكرةُ الرئيسة: كيف تنتج الخلية الجلفانية الطاقة الكهربائية؟
تنتج الخلية الجلفانية الطاقة الكهربائية من خلال تفاعل تأكسد واختزال تلقائي الحدوث؛ إذ يحدث التأكسد عند قطب المصعد وتنتقل الإلكترونات عبر الأسلاك ( التيار الكهربائي) باتجاه قطب المهبط وتحدث عنده عملية الاختزال. وبالتالي تتحول الطاقة الكيمائية الى طاقة كهربائية.
2 - أُوَضِّحُ المقصودَ بكلٍّ من:الخلية الجلفانية، القنطرة الملحيّة، قطب الهيدروجين المعياري، جهد الاختزال المعياري
- الخلية الجلفانية:أجهزة أو أدوات يحدث فيها تفاعلات تأكسد واختزال تلقائية منتجة للطاقة الكهربائية.
- القنطرة الملحية: أنبوب زجاجي على شكل حرف U يحتوي محلول مشبع لأحد الأملاح يصل بين نصفي الخلية ويحافظ على تعادل الشحنات الكهربائية فيها.
- قطب الهيدروجين المعياري: قطب مرجعي استخدم لقياس جهود الاختزال المعيارية لأقطاب الخلايا الجلفانية، في الظروف المعيارية وهي ضغط الغاز 1atm، ودرجة حرارة ، وتركيز أيونات يساوي 1M .
- جهد الاختزال المعياري: مقياس لميل نصف تفاعل الاختزال للحدوث في الظروف المعيارية.
3-خليّة جلفانيّة يحدثُ فيها التفاعل الآتي: Co(s) + Cu2+(aq) → Co2+(aq) + Cu(s)
أ . أُحَدِّدُ فيها المِصعدَ والمِهبط.
المصعد: قطب الكوبلت Co ، المهبط: قطب النحاس C
ب. أكتبُ نصفي تفاعل التأكسدِ والاختزال.
Co → Co2+ + 2e- : نصف تفاعل التأكسد
Cu2+ + 2e- → Cu :نصف تفاعل الاختزال
ج. أحسبُ جهد الخلية المعياري، وأكتبُ تعبيرًا رمزيًّا للخليّة الجلفانيّة.
E°cell = E°anode - E°cathode
0.62 = (0.28-) - 0.34 = E°cell
Co|Co2+║Cu2+|C :التعبير الرمزي للخلية
د . ما التغيُّرُ الذي يحدثُ لكتلة كلا القطبين.
تقل كتلة القطب Co ، وتزداد كتلة القطب Cu .
4- نصفا التفاعل الآتيان يشكِّلان خليّةً جلفانيّةً في الظروف المعياريّة:
I2(s) + 2e- → 2I-(aq) E° = 0.54 V
Fe2+(aq) + 2e- → Fe(s) E° = -0.44 V
أُجيبُ عنِ الأسئلة الآتية المتعلِّقةِ بهما:
أ . أكتبُ معادلة التفاعل الكُلي في الخليّة.
+I2 + Fe →2I- + Fe2
ب. أحسبُ جهدَ الخليّة المعياري.
E°cell=(0.44 -) - 0.54 = 0.98 V
ج . ما التغيُّرُ الذي يحدثُ لتركيز أيونات كلٍّ من -I و +Fe2؟
يزداد تركيز أيونات كل من 2+Fe و -I .
5-أدرسُ الجدولَ الآتي، الذي يُوَضِّحُ جهدَ الخليّة المعياري لعدد منَ الخلايا الجلفانيّة المكوَّنَةِ منَ الفِلِزّات ذوات الرموز
E° cell (V) | المصعد | قطبا الخلية |
1.3 | D | D - B |
1.5 | E | E - B |
0.4 | C | C - E |
0.3 | B | A - B |
الافتراضية ( A,B,C,D,E )، وجميعُها تكونُ أيوناتٍ ثنائيّةً موجبة،
ثمَّ أُجيبُ عنِ الأسئلة الآتية
أ . أُحَدِّدُ الفِلِزَّ الذي له أعلى جهد اختزال معياري: Dأم C.
D
ب. أُحَدِّدُ أقوى عامل مؤكسد.
+A2
ج. أتنبَّأ. هل يمكنُ تحريكُ محلول نترات E بِمِلعقة من A؟ أفسر إجابتي.
نعم ، لأن جهد اختزال A أعلى من E لذلك لا يتأكسد A ولا يختزل أيونات +E2.
د . أُحَدِّدُ اتِّجاه حركة الإلكترونات عبرَ الأسلاك في الخليّة الجلفانيّة المكوَّنة من نصف خليّة E2+|E ونصف خلية D2+|D .
من القطب E إلى القطب D ،
هـ . .أحسبُ جهدَ الخليّة المعياري للخليّة الجلفانيّة المكوَّنة من نصف خليّة C2+|C ونصف خليّة B2+|B .
يشترك القطب E مع القطب B في الخلية (E-B) ويتأكسد، كما يشترك مع القطب C في الخلية (C-E) ويختزل ،
ويمكن حساب جهد الخلية C-B بحساب مجموع الخليتين ويساوي 1.9V
6- فلزان أُعطِيا الرموز الافتراضية A و B،حيث أيوناتهما، + A3+، B قيست جهودُ الاختزال المعياريّة لنصفي تفاعل الاختزال المعياريين المكوِّنين لخليّة جلفانيّة كالآتي:
A3+ + e- → A2+ E° = 0.77 V
B+ + e- → B E° = 0.80 V
أ . أكتبُ معادلة كيميائيّة للتفاعل الكُلي في الخليّة الجلفانيّة.
B + + A2+ → A3++ B
ب. أحسبُ ° E للتفاعل الكُلي.
E°cell = E°anode - E°cathode
E°cell = 0.80 - 0.77 = 0.03 V
ج . أُحَدِّدُ العاملَ المؤكسد والعاملَ المختزل في التفاعل.
العامل المؤكسد: +B ، العامل المختزل: +A2
7-أدرسُ الجدولَ المجاور الذي يمثلُ جهودَ الاختزال المعياريّة لبعض المواد، ثمَّ أُجيبُ عنِ الأسئلة الآتية:
المادة | E° (V) |
Co2+ | - 0.28 |
Br2 | 1.07 |
Pb2+ | - 0.13 |
Ag+ | 0.80 |
Mn2+ | - 1.18 |
Cd2+ | - 0.40 |
أ . أُحَدِّدُ أقوى عامل مؤكسد وأقوى عامل مختزل.
أقوى عامل مؤكسد: Br2 ، أقوى عامل مختزل: Mn .
ب . أستنتج. هل يمكنُ حفظُ البروم Br2 في وعاء منَ الفضّة؟ أُفَسِّرُ إجابتي.
لا، لأن البروم أقوى كعامل مؤكسد من أيونات الفضة +Ag ، لذلك فان جزيئات البروم تؤكسد ذرات الفضة.
ج . أُقارن. ما الفِلِزّان اللذان يكوِّنان خليّةً جلفانيّة لها أكبرُ جهدِ خليّةٍ معياري؟
الفضة Ag والمنغنيز Mn .
د . أستنتج المادَّة التي تستطيعُ أكسدة Cd ولا تؤكسد Pb.
+Co2
هـ . أُحَدِّدُ القطبَ الذي تزداد كتلتُهُ في الخليّة الجلفانيّة (Cd-Pb).
القطب Pb تزداد كتلته.
و . أُحَدِّدُ الفِلِزَّ الذي لا يحرِّرُ غازَ الهيدروجين من محلول حِمض HCl المُخَفَّف.
Ag .
ز . في الخليّة الجلفانيّة التي أُعطِيَت الرَّمزَ الآتي: Sc(s)|Sc3+(aq) ǁ Co2+(aq)|Co(s)
إذا عَلِمتُ أنَّ جهدَ الخليّة المعياري E°cell = 1.8 V ،فَأُجيبُ عنِ الأسئلة الآتية:
أ . أُحَدِّدُ اتجاه حركة الإلكترونات عبرَ الأسلاك في الخليّة.
من قطب السكانديوم Sc إلى قطب الكوبلت Co
ب. أحسبُ جهدَ الاختزال المعياري لقطب السكانديوم Sc .
E°cell = E°anode - E°cathode
1.8 V =–0.28 - E°Sc
– E°Sc =1.80 + 0.28 = 2.08 V
E°Sc =-2.08 V
ج. أكتبُ معادلة التفاعل الكُلي في الخليّة.
Sc →Sc3+ + 3e- / x2 :نصف تفاعل التأكسد
Co2+ + 2e- → Co / x 3 :نصف تفاعل الاختزال
2Sc+ 3Co2+ → 2Sc3+ +3Co :التفاعل الكلي