حل اسئلة الباب الرابع: الكيمياء الكهربائية

التقويم

السؤال الأول:

تخير الإجابة الصحيحة من بين الأقواس.

1. المواد التي توصل التيار عن طريق حركة أيوناتها هي موصلات:

معدنية
الكتروليتية
إلكترونية

۲. الأنظمة التي يتم فيها تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية نتيجة لحدوث تفاعل أكسدة واختزال بشكل تلقائي هي:

خلايا إلكتروليتية
خلايا جلفانية
خلايا شمسية

3. القطب الذي يحدث عنده عملية الاختزال في الخلايا الجلفانية هو:

القطب الموجب
الأنود
الكاثود

4. القطب الذي تحدث عنده عملية الأكسدة في الخلايا الإلكتروليتية هو:

القطب السالب
الأنود
الكاثود

5. الجسيمات المادية المتحركة في المصهور أو المحلول والغنية بالإلكترونات هي:

الأيونات الموجبة
الأيونات السالبة
الجزيئات

6. جهد قطب الهيدروجين القياسي له قيمة:

صفر
موجبة
سالبة

7. عند مرور كمظية من الكهرباء في خلايا إلكتروليتية متصلة على التوالي فإن كتل العناصر المتكونة عند الأقطاب تتناسب مع:

كتلها الذرية
أعدادها الذرية
كتلها المكافئة

8. إذا كانت قيمة جهود الاختزال القياسية لكل من الخارصين 0.762V- والنيكل 0.230V على الترتيب فإن emf للخلية هي ........V:

0.53
0.76
0.99

السؤال الثاني

1. أحسب كمية الكهرباء بالفرادي اللازمة لترسيب مول من الألومنيوم عند التحليل الكهربي لمصهور Al₂O₃.

عدد الفاراد = التكافؤ X فاراد= 3 فاراد

2. أحسب كتلة الكالسيوم المترسبة عند الكاثود نتيجة مرور كمية من الكهرباء مقدارها، 98650coul في مصهور كلوريد الكالسيوم.

الكتلة المكافئة = 2/40 = 20g

96500 يقابل 20g

98650 يقابل xg

x = 20.445g

3. أكتب الرمز الاصطلاحي لخلية جلفانية مكونة من قطب Sn⁺² / Sn وقطب Ag⁺ / Ag ثم أحسب emf إذا علمت أن جهد الاختزال القياسي لكل من القصدير 0.147V- والفضة 0.8V.

الرمز الاصطلاحي: Sn⁺² / Sn//Ag⁺ / Ag

ق.د.ك = 0.8 -(-0.147) = 0.947v

السؤال الثالث

علل لما يأتي

1. أهمية خلايا الوقود بالنسبة لمركبات الفضاء.

لأن الوقود الغازي من الهيدروجين والأكسجين المستخدم في اطلاق الصواريخ هو نفسه الوقود المستخدم في هذه الخلايا.

تعمل خلية الوقود عند درجة حراراة عالية فيتبخر الماء الناتج منها ويمكن اعاده تكثيفه للاستفاده منه كمياه للشرب لرواد الفضاء.

2. تفضل بطارية أيون الليثيوم عن بطارية المركم الرصاصي الحامضي.

أخف فلز معروف وجهد اختزاله قياسي هو الاصغر بالنسبة لباقي الفلزات الاخرى.

السؤال الرابع

وضح التفاعلات التي تحدث داخل كلا من.

a. خلية الوقود

b. مركم الرصاس ( شحن وتفريغ )

c. خلية الزئبق

d. بطارية الليثيوم أيون

نوع الخلية	خلية الوقود	مركم الرصاس ( شحن وتفريغ )	خلية الزئبق	بطارية الليثيوم أيون
تفاعلات الأكسدة	$2 H_{2} + 40 H \to 4 H_{2} O + 4 e$	$Zn \to {zn}^{+ 2} + 2 e^{-}$	${IiC}_{6} \to C_{6} {+Li}^{+ 1} + e$	$Pb + S 0_{4}^{2 -} \to {PbSO}_{4} + 2 e$
تفاعلات الاختزال	$0_{2} + 2 H_{2} 0 + 4 e \to 740 H$	${Hg}^{2 +} + 2 e \to Hg$	${coo}_{2} + {li}^{+} + e^{-} \to {licoco}_{2}$	$Pb 0_{2} + 4 H^{+} + {SO}_{4}^{2} + 2 e \to {PbSO}_{4} + 2 H_{3} O$
التفاعل الكلي	$2 H_{2} + O_{2} \to 2 H_{2} O$	$Zn + Hg 0 \to Zn 0 + Hg$	${LiC}_{6} + {COO}_{2} = c_{6} + {licoo}_{2}$	$Pb + Pb 0_{2} + 4 H^{+} + 2 {SO}_{4}^{- 2} ⇌ 2 {PbSO}_{4} + 2 H_{2} O$
الرمز الاصطلاحي		$Zn \|{Zn}^{2 +}\| {Hg}^{2 +} ∣ Hg$		$Pb \|{Pb}^{2 +}\| {Pb}^{4 +} ∣ {Pb}^{2 +}$

السؤال الخامس

أعطيت ملعقة نحاسية ما هي الخطوات الواجب اتباعها لطلائها بطبقة من الفضة، مع كتابة المعادلات التي تحدث عند كل من الكاثود والأنود ( المهبط والمصعد ).

تنظیف الجسم المراد طلائه ( الإبریق أو الملعقة ) جیداً.
وجود محلول إلكترولیتى یحتوى على أیونات الفضة ( نترات فضة مثلاً ) .
يوصل ساق من الفضة بالأنود " القطب الموجب ".
یوصل ( الإبریق أو الملعقة ) بالكاثود " القطب السالب " عند مرور التیار الكھربى.

$\begin{aligned} {AgNO}_{3} ⟶ {Ag}^{+} + {NO}^{-}_{3} \\ A g^{+} + e ⟶ Ag \\ Ag ⟶ {Ag}^{+} + e^{:} \\ Ag + {Ag}^{+} ⟶ {Ag}^{+} + Ag \end{aligned}$

السؤال السادس

كيف يمكن الحصول على الألومنيوم من البوكسيت؟

يستخلص الألمونيوم من التحليل الكهربائي لخام البوكسيت (Al₂O₃) المذاب في مصهور الكريوليت (Na₃AlF₆) المحتوى على القليل من الفلسبار (caF₂) لخفض درجة انصهار الخليط من (2045 الى 950 درجة مئوية).

$30^{2 -} ⟶ 3 / 2 O_{2} + 6 e^{-} 2 {Al}^{3 +} + 6 e^{-} ⟶ 2 Al 2 {Al}^{3 +} + 3 O^{2 -} ⟶ 3 / 2 O_{2} + 2 Al$

السؤال السابع

النحاس النقي %99 يحتوى على نسبة من الشوائب. وضح كيف يمكن تنقيته من الشوائب للحصول على نحاس نقاوته %99.95.

نكون خلیة تحلیلیة مكونة من:

الأنود : فلز نحاس غیر نقى (%99).

الكاثود : سلك أورقائق من النحاس النقى (%99.95)

نمرر التیار الكھربى من البطاریة الخارجیة فیحدث الأتي: یتفكك الإلكترولیت ( كبریتات النحاس ) إلى أیون نحاس موجب و أیون كبریتات سالب.

${CuSO}_{4} \to {Cu}^{+ 2} + {SO}_{4}^{- -}$

تتجھ الأیونات إلى الأقطاب المخالفة لھا فى الشحنة. عند الأنود یذوب النحاس ( یتأكسد ) و یتحول إلى أیونات نحاس ثم تعود و تترسب أیونات النحاس فى صورة نحاس نقى مرة أخرى عند الكاثود.

بالنسبة للشوائب فتنقسم إلى جزئین ھما : الحدید و الخارصین تتأكسد و تذوب فى المحلول و لكنھا لا تترسب عند الكاثود لصعوبة إختزالھا بالنسبة للنحاس. شوائب الذھب و الفضة لا تتأكسد عند قطب 
النحاس و تتساقط أسفل الأنود و تزال من قاع الخلیة.

السؤال الثامن

اكتب الرمز الاصطلاحي للخلية الجلفانية التي يحدث بها التفاعل التالي:

Ni⁺²_(aq)+fe_(s) $\to$ Ni_(s)+Fe⁺²_(aq)

a. ثم بين أن الكاثود والأنود ( المبهط والمصعد ).

b. اتجاه سريان التيار.

الحل:

الرمز الاصطلاحي:

$Fe / F {Fe}^{+ 2} / / {Ni}^{+ 2} / Ni$

a. الأنود (المصعد): الحديد، الكاثود (المهبط): النيكل.

b. من الحديد الى النيكل

السؤال التاسع

كم دقيقة تلزم لإتمام ما يلى:

a. إنتاج 10500c من تیار شدته 25A.

الزمن بالثانية = 10500/25=420

الزمن بالدقيقة = 420/60= 7 دقائق

b. ترسيب 21.5g من الفضة من محلول نتيرات الفضة بمرور تیار شدته 10A.

الكتلة المكافئة = 108

96500 يقابل 108

س يقابل 21.5

س = 1921.064815ث

الزمن بالدقيقة = 1921.064815/60=32.017746 دقيقة

السؤال العاشر

أحسب كمية الكهربية ( بالقاراداي ) اللازمة لترسيب 10g من الفضة على سطح شوكة خلال عملية الطلاء بالكهرباء ( 108=Ag).

معادلة الكاثود Ag⁺_(aq)+e^- $\to$ Ag_(s).

1 فاراد يقابل 108 جم

س فاراد يقابل 10 جم

س = 10/108=0.092

السؤال الحادي عشر

كيف يمكن الحصول على الذهب الخالص من سلك نحاس يحتوى على شوائب من الذهب؟

نكون خلیة تحلیلیة مكونة من: