أسئلة وحدة الكيمياء الكهربائية
عند استخدام آلة تصوير ذات بطّاريّة قابلة لإعادة الشحن، أُجيبُ عنِ الأسئلة الآتية :
أ. أُقارن تحوُّلاتِ الطاقة خلال عمليّتي الاستخدام والشحن.
ب. أُفَسِّر. تعملُ هذه البطّاريّةُ كخليّة جلفانيّة وخليّة تحليل كهربائي.أ. خلال عملية استخدام البطارية تتحول الطاقة الكيميائية إلى كهربائية، وخلال عملية الشحن تتحول الطاقة الكهربائية إلى كيميائية.
ب. تعمل كخلية جلفانية خلال عملية الاستخدام وذلك لأن تفاعل التأكسد والاختزال التلقائي الذي يحدث فيها مولد للتيار الكهربائي مما يتيح استخدامها، أما عند الشحن فإنها تعمل كخلية تحليل كهربائي إذ أن التيار الكهربائي المار فيها يحدث تفاعلي تأكسد واختزال غير تلقائيين يمثلان التفاعل العكسي لكل من تفاعلي التأكسد واختزال الحادثين فيها أثناء الاستخدام وكذلك ينعكس التفاعل الكلي.
استُخدِمَت أنصافُ الخلايا المعياريّة للفِلِزّات ذاتِ الرُّموز الافتراضيّة الآتية: T , R , D , M , L ، مع نصف خليّة الفِلِزّ E المعياريّة لتكوين خلايا جلفانيّة،
وكانت النتائج كما في الجدول الآتي. أدرُسُهُ جيِّدًا، ثمَّ أُجيبُ عنِ الأسئلة الآتية:
المصعد Ecell V الخلية الجلفانية E 0.16 E - D E 0.78 E - L T 1.93 T - E E 0.30 E - M R 0.32 R - E أ - أُرَتِّبُ الفِلِزّاتِ متضمِّنَةً الفِلِزَّ E حَسَبَ قوَّتها كعوامل مختزلة.
ب - أحسبُ جهدَ الخليّة المعياري E°cell للخلية المكونة من الفلزين T,R .
ج - أُقارن. ما الفِلِزّان اللذان يُشَكِّلان خليّة جلفانيّة لها أعلى جهد خليّة معياري؟
د - أستنتج. هل يمكنُ حفظُ محلول أحد أملاح الفِلِزّ D في وعاء منَ الفِلِزّ R؟ أُفسِّر إِجابتي.أ. T > R > E > D > M > L
ب. E°cell= 1.93 - 0.32= 1.61 V
ج. T - L
د. لا يمكن، لأن R عامل مختزل أقوى من D، لذلك يتأكسد R ويختزل أيونات D .
أُفَسِّر:
أ - يُخلَطُ أكسيدُ الألمنيوم Al2O3 بالكريوليت خلالَ عمليّة استخلاص الألمنيوم بطريق هول - هيروليت.
ب - تَفقِدُ بطّاريّةُ السيّارة صلاحيَّتَها بعد بضع سنوات منَ استخدامها، رغمَ إمكانيّة إعادة شحنها نظريًّا عددًا لا نهائيًّا منَ المرّات.أ. لتخفيض درجة انصهار الألومينا Al2O3 ، وبالتالي تخفيض كلفة الطاقة اللازمة لعملية
استخلاص الألمنيوم.
ب. نتيجة فقدان جزء من مكوناتها مثل (s) PbSO4 وبالتالي عدم دخوله في التفاعل العكسي الذي يؤدي إلى إعادة شحن البطارية.
يتضمَّنُ الجدولُ المجاور ثلاثَ خلايا جلفانيّة يُشَكِّلُ الفِلِزُّ X أحدَ أقطابها معَ أحدِ الفِلِزّات ذات الرُّموز الافتراضيّة M، N،L ومعلومات عنها. أدرُسُهُ جيِّدًا، ثمَّ أُحدد:
الفِلِزُّ الذي يمكن حفظُ محلول أحد أملاحه في وعاء مصنوع من أيٍّ منَ الفِلِزّات الثلاثة المتبقيّة، هو:
E°cell V X القطب الذي يُشَكِّلُهُ الفِلِزّ قطبا الخليّة 0.78 مِهبط M-X 0.15 مِصعد X-N 0.74 مِصعد X-L عدد تأكسد البورون B في المركب NaBH4 يساوي:
يتضمَّنُ الجدولُ المجاور ثلاثَ خلايا جلفانيّة يُشَكِّلُ الفِلِزُّ X أحدَ أقطابها معَ أحدِ الفِلِزّات ذات الرُّموز الافتراضيّة M، N،L ومعلومات عنها. أدرُسُهُ جيِّدًا، ثمَّ أُجيبُ:
جهدُ الخليّة M-N المعياري E°cell بالفولت يساوي:
E°cell V X القطب الذي يُشَكِّلُهُ الفِلِزّ قطبا الخليّة 0.78 مِهبط M-X 0.15 مِصعد X-N 0.74 مِصعد X-L أدرسُ الجدولَ المجاور، الذي يتضمَّنُ بعضَ أنصاف تفاعلات الاختزال المعياريّة وجهودها، ثم أجيب:
نصف تفاعل الاختزال E° Ag+ + e- ⇌ Ag 0.80 Cu2+ + 2e- ⇌ Cu 0.34 Zn2+ + 2e- ⇌ Zn -0.76 2H2O + 2e- ⇌ H2 + 2OH- -0.83 Br2 + 2e- ⇌ 2Br- 1.07 عند التحليل الكهربائي لمحلول يحتوي على الأيونات +Cu2+ ، Zn2+ ، Ag ، فإنَّ ذرّاتِها تبدأُ بالترسُّب عند المِهبط حَسَبَ الترتيب الآتي:
خليّة جلفانيّة مكوَّنة من نصف خليّة الرصاص Pb2+| Pb ونصف خليّة الكروم Cr3+|Cr . إذا عَلِمْتُ أنَّ تركيزَ أيونات+Cr3 يزدادُ عند تشغيل الخليّة،
فَأُجيبُ عمّا يأتي:
أ - أُحَدِّدُ المِصعدَ والمِهبط في الخليّة الجلفانيّة.
ب - أتوقعُ التغيُّرَ على كتلة قطب الرصاص معَ استمرار تشغيل الخليّة.
ج - أكتبُ معادلة موزونة تمثلُ التفاعلَ الكُلي الذي يحدث في الخليّة.
د - أحسبُ، مُستعينًا بجدول جهود الاختزال المعياريّة، جهدَ الخليّة المعياري (E°cell).أ. المصعد Cr ، المهبط Pb .
ب. تزداد.
ج. +3Pb2+ + 2Cr →3Pb + 2Cr3د. E° cell = E°cathode - E°anode
E° cell = -0.13 - ( -0.73)= 0.60 v
الفِلِزُّ الذي يوفِّرُ لجسر حديدي أفضلَ حماية مِهبطيّة منَ التآكل:
إذا كان التفاعلُ الآتي يحدث في إحدى الخلايا الجلفانيّة A + B2+→ A2+ + B ، فإن:
العبارة الصحيحة في معادلة التفاعل الموزونة الآتية هي :
IO3-(aq) + 5I-(aq) + 6H+(aq) →3I2(aq) + 3H2O(l)
المادَّةُ التي اختُزِلَت في التفاعل الآتي: TiO2 + 2Cl2 + C → TiCl4 + CO2 ،هي:
أحدُ التفاعلات غير الموزونة الآتية يمثلُ تفاعلَ تأكسد واختزال ذاتي:
تمثلُ المعادلةُ الكيميائيّة الآتية تفاعلَ تأكسد واختزال، أدرُسُهُ جيِّدًا، ثمَّ أُجيبُ عنِ الأسئلة التي تليه:
MnO4-(aq)+ Cl-(aq)→Mn2+(aq) + Cl2(g)
أ - أكتبُ نصفي تفاعل التأكسد والاختزال.
ب- أكتبُ معادلة التفاعل الكُلي الموزونة.
ج - هل يحدث هذا التفاعلُ تلقائيًّا؟ (أستعينُ بجدول جهود الاختزال المعياريّة)أ) نصف تفاعل التأكسد / مصعد: -2Cl-→ + Cl2 + 2e
نصف تفاعل الاختزال / مهبط: MnO4-+ 8H+ + 5e- → Mn2+ + 4H2O
ب) معادلة التفاعل الكلي:
2MnO4-+ 16H+ + 10Cl- → 2Mn2+ + 5Cl2 + 8H2O
ج) التفاعل تلقائي لأن جهد الخلية المعياري للتفاعل موجب
أدرسُ المعلوماتِ الآتيةَ المتعلِّقَةَ بالفِلِزّات ذاتِ الرُّموز الافتراضيّة الآتية: C , Z , B , X , A , Y ، ثمَّ أُجيبُ عنِ الأسئلة التي تليها:
أ - الفِلِزُّ A يختزِلُ أيونات +X2 ولا يختزِلُ أيونات +Y2.ب - عند مفاعلة الفِلِزّين X , B معَ محلول حِمض الهيدروكلوريك المخفَّف، يتفاعلُ X وينطلقُ غازُ الهيدروجين، أمّا B فلا يتفاعل.
ج - عند تكوين خليّة جلفانيّة منَ الفِلِزّين C و Y، تتحرَّكُ الأيوناتُ السالبة منَ القنطرة الملحيّة باتجاه نصف خليّة C.
د - يمكنُ استخلاصُ الفِلِزّ Z من محاليل أملاحه باستخدام الفِلِزّ B.
1) أستنتجُ اتجاه حركة الإلكترونات في الخليّة المكوَّنةِ منَ القطبين C , X.
2) أستنتجُ القطبَ الذي تزداد كتلتُهُ في الخليّة المكوَّنةِ منَ القطبين A , B.
3) أُقارن. ما القطبان اللذين يُشَكِّلان خليّة جلفانيّة لها أعلى جهد خليّة معياري؟
4 ) أتنبَّأُ. هل يمكنُ تحضيرُ الفِلِزّ Z بالتحليل الكهربائي لمحلول ZNO3 ؟ أُفسِّر إِجابتي.
5) أستنتج. هل يتفاعلُ الفِلِزُّ A معَ محلول حِمض الهيدروكلوريك وينطلقُ غازُ الهيدروجين؟ أُفسِّر إِجابتي.
6) أتنبَّأُ. هل يمكنُ تحريكُ محلول نترات الفِلِزّ Y(NO3 )2بِمِلعقة منَ الفِلِزّ ؟ترتيب العناصر وفق جهود الاخت ا زل المعيارية بناء على المعلومات:
C < Y < A < X < B < Z
1) من القطب C إلى القطب X .
2 ) B .
3 ) C ، Z .
4) نعم، جهد اختزال Z موجبا، أي أنه أكبر من جهد اختزال الماء ( 0.83V- )، فيكون أسهل
اختزالا من الماء، لذلك يمكن تحضيره بالتحليل الكهربائي لمحلول أحد أملاحه.5) نعم، جهد الاختزال المعياري للقطب A أقل من جهد الاختزال المعياري لقطب الهيدروجين لذلك يتأكسد A ويختزل أيونات الهيدروجين وينطلق غاز H2 .
6) نعم
أُقارنُ بينَ الخليّة الجلفانيّة وخليّة التحليل الكهربائي، من حيثُ:
أ - تحوُّلاتُ الطاقة في كلٍّ منهما.
ب - شحنةُ كلٍّ منَ المِصعد والمِهبط.
ج - تلقائيّةُ تفاعل التأكسد والاختزال.د - إشارةُ جهد الخليّة المعياري Eº
الخليّة الجلفانيّة خليّة التحليل الكهربائي تحوُّلاتُ الطاقة في كلٍّ منهما كيميائية إلى كهربائية كهربائية إلى كيميائية شحنةُ كلٍّ منَ المِصعد والمِهبط. المصعد(-) ، المهبط(+) المصعد(+)، المهبط(- )
لقائيّةُ تفاعل التأكسد والاختزال تلقائي غير تلقائي إشارةُ جهد الخليّة المعياري Eº موجبة سالبة
يبيِّنُ الجدولُ المجاور القِيَمَ المطلقة لجهود الاختزال المعياريّة ° E للعناصر ( A, B, C, D, M ).
إذا عَلِمْتُ أنَّ ترتيبَ العناصر حَسَبَ قوَّتها كعوامل مختزلة، هو: D>B>M>A>C ،
وأنه عند وصل القطب M بقطب الهيدروجين المعياري تتحرَّكُ الإلكتروناتُ من M إلى قطب الهيدروجين،
نصف تفاعل الاختزال | E°| V A+ + e- A 0.80 B3+ + 3e- B 1.66 C3+ + 3e- C 1.5 D+ + e- D 2.71 M2+ + 32e- M 0.28 فَأُجيبُ -مُستعينًا بالمعلومات السابقة- عنِ الأسئلة الآتية:
أ - أكتبُ إشارة قِيَمِ جهود الاختزال المعياريّة ° E للعناصر .A, B, C, D, M
ب - أستنتج. ما العنصرُ الذي يمكنُ استخدامُ وعاء مصنوع منه لحفظ محلول يحتوي على أيونات +A ؟
ج - أستنتج. ما العاملُ المؤكسد الذي يؤكسد D ولا يؤكسد M؟أ): قيم جهود الاختزال:
حيث ان ترتيبَ العناصر حَسَبَ قوَّتها كعوامل مختزلة، هو: D>B>M>A>C
فان C له اعلى جهد اختزال و D له اقل جهد اختزال،
وبما أن M يمثل المصعد مع قطب الهيدروجين فان جهده اقل من الهيدروجين وبالتالي فهو له جهد اختزال سالب، وعليه يكون جهد اختزال كل من A, D سالبا لأنها اقوى من M كعوامل مختزلة ، والجدول بين قيم جهود الاختزال:
M D C B A القطب -0.28 -2.71 1.5 -1.66 0.80 جهد الاختزال ب) C
ج) +B3
التفاعل الذي يسلكُ فيه الهيدروجين كعامل مؤكسد هو:
أدرسُ معادلةَ التفاعل الكيميائي، التي تتضمَّنُ رموزًا افتراضيّة للفلز X واللافلز Y وعنصر الهيدروجين، ثمّ أُجيبُ عنِ الأسئلة التي تليها:
2X(s)+ 3H2Y → X2 Y3 + 3H2 (g)
أ . أحدد التغير في عددَ تأكسد X.
ب. أحدد التغير في عددَ تأكسد Y.
ج. أُحَدِّدُ العاملَ المؤكسد.2X + 3H2Y → X2 Y3 + 3H2
تغير أعداد التأكسد: 0 2- 3+ 2- 1+ 0
بالنظر إلى المعادلة: ألاحظ أن الفلز X حل محل الهيدروجين في H2Y وتصاعد غاز الهيدروجين،
أي أن ذرات X تأكسدت واختزلت ذرات الهيدروجين في H2Y ، أما Y فلم يتغير عدد تأكسده.أ. التغير في عدد تأكسد X : ازداد من 0 ← +3 .
ب. التغير في عدد تأكسد Y : لم يتغير -2.
ج. العامل المؤكسد: H2Y
خليّةُ تحليل كهربائي تحتوي على محلول بروميد الليثيوم LiBr . بالرُّجوع إلى جدول جهود الاختزال المعياريّة،
أُجيبُ عنِ الأسئلة الآتية:
أ - أكتبُ معادلة التفاعل الذي يحدثُ عند المِصعد.
ب - أستنتج. ما ناتجُ التحليل الكهربائي عند المِهبط؟
ج - أحسب. ما مقدارُ جهد البطّاريّة اللازم لإحداث عمليّة التحليل الكهربائي؟يحتوي محلول LiBr على ايونات سالبة وأخرى موجبة كما في المعادلة الآتية:
-LiBr Li+ + Br
أ) يتأكسد -Br عند المصعد كما في المعادلة الآتية:
-2Br- Br2 + 2e
ب) يختزل الماء عند المهبط لأن جهد اختزاله أكبر من جهد اختزال الايون +Li وينتج غاز الهيدروجين H2ومحلول قاعدي من هيدروكسيد الليثيوم LiOH و كما في المعادلة الآتية:
E° cell = E°cathode - E°anode ج) E° cell = - 0.83 - 1.07 = -1.90 V
جهد البطارية اللازم يزيد عن 1.90V
أحدُ التغيُّرات الآتية يحتاج إلى عامل مؤكسد:
أُوازنُ معادلات التأكسد والاختزال الآتية بطريقة نصف التفاعل، وَأُحَدِّدُ العاملَ المؤكسد والعاملَ المُختزل:
أ - MnO42- →MnO4- + MnO2 (وسط قاعدي)
ب - -S2O32- + IO3- + Cl- → ICl2- + SO42 (وسط حمضي)
أ) المعادلة الكلية الموزونة هي:
-3MnO42- + 2H2O →2MnO4- + MnO2 + 4OH
ب) المعادلة الكلية الموزونة
S2O32- + 2IO3- + 4Cl- + 2H+ → 2SO42- + 2ICl2- + H2O
أدرسُ المعادلاتِ والمعلوماتِ المبيَّنَةَ في الجدول؛ ثمَّ أُجيبُ عنِ الأسئلة التي تليها:
المعلومات المعادلة تفاعل تلقائي Ca + Cd2+ Ca2+ + Cd تفاعل غير تلقائي 2Br- + Sn2+ Br2 + Sn تفاعل تلقائي Cd + Sn2+ Cd2+ + Sn أ - أُحَدِّدُ أقوى عامل مؤكسد.
ب - أُرَتِّبُ العواملَ المُختزَلَةَ تصاعديًّا حَسَبَ قوَّتها.
ج - أستنتج. هل تؤكسدُ أيوناتُ الكادميوم +Cd2أيوناتِ البروم -Br ؟
د - أُقارن. ما العنصران اللذان يكوِّنان خليّةً جلفانيّة لها أعلى جهد خليّة معياري؟أ. Br2
ب. -Ca > Cd > Sn > Br
ج. لا ،د . Ca ، Br2
عددُ مولات أيونات الهيدروكسيد -OH اللازم إضافتُها إلى طرفي المعادلة لموازنة التفاعل الآتي في وسط قاعدي: MnO4- + H2O2 → MnO2 +O2 هو :
يتضمَّنُ الجدولُ المجاور ثلاثَ خلايا جلفانيّة يُشَكِّلُ الفِلِزُّ X أحدَ أقطابها معَ أحدِ الفِلِزّات ذات الرُّموز الافتراضيّة M، N،L ومعلومات عنها. أدرُسُهُ جيِّدًا، ثمَّ أُجيبُ:
يكون ترتيب الفِلِزّاتِ X, L, N, M حَسَبَ قوَّتها كعواملَ مختزلة:
E°cell V X القطب الذي يُشَكِّلُهُ الفِلِزّ قطبا الخليّة 0.78 مِهبط M-X 0.15 مِصعد X-N 0.74 مِصعد X-L عندما يعادُ شحن بطّاريّة قابلة لإعادة الشحن تعملُ الخليّة كخليّة:
العبارة الخاطئة من العبارات الآتية التي تصفُ ما يحدثُ في بطّاريّة أيون الليثيوم خلالَ عمليّة شحن البطّاريّة، هي:
19. جميعُ العبارات الآتية صحيحة، بالنسبة إلى الخليّة الجلفانيّة Ba|Ba2+ǁNi2+|Ni ، ما عدا:
أدرسُ الجدولَ المجاور، الذي يتضمَّنُ بعضَ أنصاف تفاعلات الاختزال المعياريّة وجهودها، ثم أحدد الناتج عند المِهبط في خلية التحليل الكهربائي لمحلول بروميد الخارصين، هو:
نصف تفاعل الاختزال E° Ag+ + e- Ag 0.80 Cu2+ + 2e- Cu 0.34 Zn2+ + 2e- Zn -0.76 2H2O + 2e- H2 + 2OH- -0.83 Br2 + 2e- 2Br- 1.07 مقدارَ التغيُّر في عدد تأكسد ذرّة الكربون ( C)، عند تحول الأيون -C2O42 الى جزيء CO2 هو:
عددُ مولات الإلكترونات اللازمة لموازنة نصف التفاعل الآتي في وسط حِمضي يساوي:
FeO42- → Fe3+
إحدى العبارات الآتية صحيحة: