تمرین های دوره ای فصل ۲ شیمی دوازدهم؛ صفحه ۶۳ و ۶۳ و ۶۴ و ۶۵ و ۶۶ - همیار آموزش

/ جواب فصل دوم شیمی دوازدهم /

جواب تمرین های دوره ای صفحه ۶۳ و ۶۳ و ۶۴ و ۶۵ و ۶۶ شیمی دوازدهم

۱- برای هر یک از جمله‌های زیر، دلیلی بنویسید.

آ) فلز پلاتین را می‌توان در بخش‌های مختلف بدن هنگام جراحی به کار برد.
پاسخ: فلز پلاتین جزو فلزهای نجیب است. این فلز به دلیل داشتن °E بزرگ، تمایلی برای از دست دادن الکترون و شرکت در واکنش‌های شیمیایی ندارد، بنابراین با الکترولیت‌ها مواد موجود در بدن واکنش نمی‌دهد.
پاسخی دیگر: پلاتین فلزی با واکنش پذیری کم و E° = ۱/۲۰V است که میتواند در بدن برای مدتهای طولانی ویژگی های خود را حفظ کند.

ب) فلوئور، اکسنده‌ترین عنصر در جدول دوره‌ای است.
پاسخ: فلوئور (F۲_(g)) به عنوان فعال‌ترین نافلز جدول دوره‌ای تمایلی به دادن الکترون ندارد، بلکه تمایل بسیار زیاد برای گرفتن الکترون و کاهش یافتن دارد، بنابراین قدرت اکسندگی زیادی هم دارد.
پاسخی دیگر: فلوئور فعالترین نافلز و اکسنده ترین گونه در جدول پتانسیل کاهشی استاندارد با E° = ۲/۸۷V است. عنصری که تمایل دارد از دیگرگونه ها الکترون بگیرد و به یون های فلوئورید تبدیل شود.

پ) عدد اکسایش اکسیژن در OF_۲ برابر با ۲+ است.

۲- با مراجعه به جدول ۱، توضیح دهید کدام نمودار تغییر غلظت یون‌ها را در سلول گالوانی روی – مس در بخشی از زمان نشان می‌دهد.

پاسخ: نمودار ۲ ، زیرا در سلول Cu-Zn با گذشت زمان به دلیل اکسایش تیغه روی [^+۲ Zn ] افزایش یافته در حالی که به دلیل کاهش یون های مس، [^+۲ Cu ] کم می‌‌شود.

۳- emf سلولی که واکنش زیر در آن رخ می‌دهد برابر با ۱/۹۸V است. °E نیم سلول A را حساب کرده و با مراجعه به جدول ۱ مشخص کنید A کدام فلز است؟

۴- عدد اکسایش اتم نشان داده شده با ستاره را مشخص کنید.

۵- در هر یک از واکنش‌های زیر گونه‌های اکسنده و کاهنده را مشخص کنید.

۶- باتری های روی – نقره از جمله باتری‌های دگمه‌ای هستند که در آنها واکنش زیر انجام می‌شود:

آ) گونه‌های اکسنده و کاهنده را در آن مشخص کنید.

اکسنده: نقره (Ag)
کاهنده: روی (Zn)

ب) آند و کاتد را در این باتری مشخص کنید.
Zn اکسایش یافته از این رو نقش آند دارد در حالی که نقره کاهش یافته و نقش کاتد را دارد.
آند:‌ روی (Zn)
کاتد:‌ نقره (Ag)

جواب صفحه ۶۴ شیمی دوازدهم

۷- با توجه به جدول زیر به پرسش‌ها پاسخ دهید. 
آ) کدام گونه قوی‌ترین و کدام ضعیف‌ترین اکسنده است؟

قوی‌ترین اکسنده: A چون بیشترین °E را دارد.
ضعیف‌ترین اکسنده: D چون کمترین °E را دارد.

ب) کدام گونه قوی‌ترین و کدام ضعیف‌ترین کاهنده است؟
قوی‌ترین کاهنده: D
ضعیف‌ترین کاهنده: A

پ) کدام گونه‌(ها)C۲+C۲+ را اکسید کنند؟
گونه هایی می‌توانند (C⁺(aq را اکسید کنند که اکسنده تر از آن باشند یعنی °E بزرگتر (مثبت تری) داشته باشند. بنابراین
(B^۲+(aq و (A⁺(aq میتوانند (C^۲+(aq را به (C^۳+(aq اکسید کنند.

۸- با توجه به واکنش‌های زیر به طور طبیعی انجام می‌شوند گونه‌های کاهنده و گونه‌های اکسنده را بر حسب کاهش قدرت مرتب کنید؟

جوابی دیگر:

۹- با توجه به جدول پتانسیل‌های کاهشی استاندارد توضیح دهید محلول هیدروکلریک اسید را در کدام ظرف (مسی یا آهنی) می‌توان نگه داشت؟
پاسخ: از جدول (ص ۴۷ کتاب) داریم :

اگر محلول هیدروکلریک اسید در ظرف آهنی یا مسی قرار بگیرد ممکن است واکنشهای زیر انجام شود :

باتوجه به اینکه °E آهن منفی است واکنش (I) انجام شده و باعث سوراخ شدن ظرف خواهد شد. اما °E مس مثبت است. پس واکنش نمیدهد، از این رو ظرف مسی برای نگه داری محلول این اسید مناسبتر است.
پاسخی دیگر: ظرف مسی مناسب است. به طور کلی برای نگه داری محلول‌ها جنس ظرف باید از فلزی انتخاب شود که جایگاه آن در جدول پتانسیل کاهشی استاندارد بالاتر از کاتیون موجود در محلول باشد، پس برای نگه‌داری محلول رقیق اسیدها باید ظرفی را انتخاب کرد که °E آن را بالاتر از هیدروژن باشد ( E° >۰).

۱۰- قدر مطلق پتانسیل کاهشی دو عنصر X و Y در زیر داده شده است. هنگامی‌که این دو نیم‌سلول را به هم وصل می‌کنیم، جریان الکتریکی از اتم X به اتم Y برقرار می‌شود و با اتصال نیم‌سلول X به نیم‌سلول هیدروژن، الکترون‌ها از اتم X به سمت نیم‌سلول هیدروژن جاری می‌شوند. نیروی الکتروموتوری سلول گالوانی شامل این دو نیم‌سلول را حساب کنید. پاسخ: اتصال دو نیم‌سلول X و Y و برقراری جریان الکتریکی از اتم های X به اتم های Y نشان میدهد قدرت کاهندگی عنصر X بیشتر از عنصر Y است و نقش آند را در سلول گالوانی تشکیل شده دارد.
همچنین اتصال دو نیم‌سلول X و هیدروژن و جاری شدن الکترون ها از اتم X به سمت نیم‌سلول هیدروژن نشان میدهد قدرت کاهندگی X از هیدروژن بیشتر است و از آنجایی که °E هیدروژن برابر صفر در نظر گرفته شده، پس ◦ > (E°(X است.
بنابراین emf سلول گالوانی تشکیل شده از X و Y به صورت زیر محاسبه می‌‌شود:(E°(Y نمیتواند منفی باشد زیرا برای یک سلول گالوانی ◦ < emf است.

جواب صفحه ۶۵ شیمی دوازدهم

۱۱- اگر کاتد نوعی باتری لیتیمی که در تلفن همراه به کار میرود، حاوی(MnO_۲(s باشد؛ نیم‌واکنش‌ها به شکل زیر خواهند بود:

آ) عدد اکسایش Mn را در MnO_۲ و MnO_۲ Li تعیین کنید.

ب) هنگامی که تلفن یا رایانه همراه روشن است و باتری نقش سلول گالوانی را دارد، چگونگی جابه‌جایی الکترون ها و یون های لیتیم را توصیف کنید.
پاسخ: در اثر اعمال جریان برق مستقیم(به عنوان منبع خارجی)، در آند (قطب منفی)، اتم های Li اکسایش یافته و یون های ⁺Li و ^–e تولید می‌شود. الکترون های آزاد شده از این فرایند به سمت کاتد (قطب مثبت) حرکت کرده و آن ناحیه را دارای بار منفی می‌کنند. در نتیجه کاتد، یون های ⁺Li تولید شده در آند را جذب کرده و با رسیدن این یون ها در کاتد، نیم واکنش کاهش رخ می‌دهد

پ) هنگامی که تلفن یا رایانه همراه در حال شارژ شدن است و باتری نقش سلول الکترولیتی را دارد، چگونگی جابه‌جایی الکترون ها و یون های لیتیم را توصیف کنید.
پاسخ: در فرایند شارز شدن باتری(باتری نقش سلول الکترولیتی را دارد)، در آند (Li MnO_٢) عمل اکسایش انجام شده و یون های⁺Mn^٣ به ⁺Mn^۴ تبدیل می‌‌شوند. از طرفی یون های ⁺Li نیز به آسانی جدا شده و به سمت کاتد (قطب منفی سلول الکترولیتی) حرکت می‌‌کنند. در کاتد با انجام عمل کاهش، یون های ⁺Li به اتم های لیتیم تبدیل می‌‌شوند.

۱۲- شیمی‌دان‌ها در برخی سلول‌های الکتروشیمیایی برای انجام واکنش اکسایش – کاهش از نور بهره می‌برند و آنها را سلول نور الکتروشیمیایی می‌نامند.
در نمونه‌ای از آنها که برای تهیه گاز هیدروژن از آب به کار می‌رود، با توجه به نیم‌واکنش‌های زیر:

آ) نیم سلول آند و کاتد را مشخص و emf سلول را حساب کنید.

پاسخ: پتانسیل کاهشی(°E )کمتر (منفیتر) نشان دهنده نیم سلول آند است و در آن نیم واکنش اکسایش انجام می‌‌شود. و پتانسیل کاهشی (°E )بیشتر (مثبتتر) نشان دهنده نیم سلول کاتد است و در آن نیم واکنش کاهش انجام می‌‌شود.

ب) یافته‌های تجربی نشان می‌دهند که افزون بر emf، بازده و سرعت انجام واکنش در این سلول پایین است، با این توصیف چرا برخی استفاده از آنها را برای تهیه گاز هیدروژن مناسب می‌دانند؟
پاسخ: (H_۲(g سوختی گران، پرانرژی و دوستدار محیط زیست است به همین دلیل تهیه آن ارزشمند است، توجه کنید بازده و سرعت کم واکنش امکان جمع آوری ایمن آن را نیز مهیا می‌کند.

۱۳- در یک آزمایش چهار فلز C ،B ،A و D رفتارهای زیر را نشان داده‌اند:
– فقط فلزهای A و C با محلول ۰/۱M هیدروکلریک اسید واکنش می‌دهند و گاز هیدروژن تولید می‌کنند.
نتیجه: قدرت کاهندگی A و C از هیدروژن بیشتر است و در سری الکتروشیمیایی پایینتر از هیدروژن قرار دارند

، اما فلزهای B و D در سری الکتروشیمیایی بالاتر از هیدروژن هستند.
– با قرار دادن فلز C در محلول‌های حاوی یون‌های به ترتیب فلزهای D و B و A رسوب می‌کنند.
نتیجه: قدرت کاهندگی فلز C از فلزهای D، B و A بیشتر است.

– یون ^۲+B اکسنده قوی تر از ^۲+D است.
نتیجه: قدرت کاهندگی D بیشتر از B است
با توجه به این داده‌ها، ترکیب کاهندگی این چهار فلزر را مشخص کنید.
پاسخ: از نتیجه گیری های ،۱ ۲ و ۳ نتیجه کلی زیر به دست میآید:

جواب صفحه ۶۵ شیمی دوازدهم

۱۴- جدول زیر نیروی الکتروموتوری سه سلول گالوانی را نشان می‌دهد:

۱۵- با توجه به شکل به پرسش ها پاسخ دهید.
آ) این سلول گالوانی است یا الکترولیتی؟ چرا؟
پاسخ: الکترولیتی، به دلیل وجود یک باتری در مدار خارجی آن (باتری باعث انجام یک واکنش غیرخودبهخودی و غیر طبیعی در سلول می‌‌شود).

ب) در سطح کدام الکترود، نیمواکنش اکسایش رخ میدهد؟ چرا؟
پاسخ: در سطح الکترود قطب مثبت که به آند معروف است وآنیونها (اینجا -X) جذب آن شده وبا انجام عمل اکسایش، الکترون از دست می‌دهند.

پ) در سطح کدام الکترود، امتهای M پدید میآیند؟ چرا؟
پاسخ: در سطح الکترود قطب منفی که به کاتد معروف است وکاتیونها (اینجا +M) جذب آن شده وبا انجام عمل کاهش، الکترون می‌‌گیرند.

ت) در سطح کدام الکترود از یونها، الکترون آزاد می‌‌شود؟
پاسخ: در تمامی سلولها (گالوانی یا الکترولیتی) در سطح تیغه آندی، عمل اکسایش انجام شده و الکترون، آزاد یا تولید می‌شود. پس در این جا، الکترون در سطح الکترود آند (قطب مثبت) آزاد می‌‌شود.

۱۶- می‌دانید که برای استفاده از هر سلول الکترولیتی به یک مولد یا باتری (سلول گالوانی) نیاز است، شکل روبه‌رو این ویژگی را نشان میدهد.
نخست آند و کاتد را برای هر الکترود در هر سلول مشخص کنید، سپس روند انجام فرایند جابه‌جایی الکترون‌ها را هنگام استفاده از یک سلول
الکترولیتی توضیح دهید.

پاسخ:

در سلول گالوانی، الکترود شماره (١) آند و قطب منفی سلول است زیرا با انجام اکسایش الکترون تولید کرده و تیغه آن همواره منفی تراز تیغه شماره (٢) یعنی کاتد است، با اتصال الکترود شماره (١) به الکترود شماره (۴)، این تیغه نسبت به تیغه شماره (٣) منفی تر شده و قطب منفی سلول الکترولیتی را تشکیل داده و عمل کاهش در آن صورت گرفته و کاتد سلول الکترولیتی است و در نهایت الکترود شماره (٣)، قطب مثبت و آند سلول الکترولیتی را تشکیل میدهد.

روند انجام فرایند جابه‌جایی الکترون: با توجه به شکل و الگوی زیر، در الکترود شماره (١)، با انجام اکسایش، الکترون‌ها تولید شده و با انتقال به الکترود شماره (۴) و انجام عمل کاهش در سطح آن، الکترون ها مصرف می‌شوند، سپس در سطح الکترود شماره (٣) با انجام عمل اکسایش، الکترون ها تولید شده و به سمت الکترود شماره (٢) منتقل می‌شود و با انجام عمل کاهش، الکترون های دریافت شده مصرف میگردند.