گام به گام تمرین های دوره ای صفحه 63 درس آسایش و رفاه در سایه شیمی شیمی (3)

1- برای هر یک از جمله های زیر، دلیلی بنویسید.

آ) فلز پلاتین را می توان در بخش های مختلف بدن هنگام جراحی به کار برد.

ب) F_2(g) اکسنده ترین گونه در جدول پتانسیل کاهشی استاندارد است.

پ) عدد اکسایش اکسیژن در OF₂ برابر با 2+ است.

2ــ با مراجعه به جدول 1 توضیح دهید کدام نمودار تغییر غلظت یون ها را در سلول گالوانی روی_مس نشان می دهد.

3- emf سلولی كه واكنش زیر در آن رخ می دهد برابر با 1/98 V است. E₀ نیم سلول A را حساب کرده و با مراجعه به جدول 1، مشخص کنید A کدام فلز است؟

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

5ــ در هر یک از واکنش های زیر گونه های اکسنده و کاهنده را مشخص کنید

6- باتری های روی _ نقره از جمله باتری های دگمه ای هستند که در آنها واکنش زیر انجام می شود.

آ) گونه های اکسنده و کاهنده را در آن مشخص کنید.

ب) آند و کاتد را در این باتری مشخص کنید.

7ــ با توجه به جدول زیر به پرسش ها پاسخ دهید.

آ) کدام گونه قوی ترین و کدام ضعیف ترین اکسنده است؟

ب) کدام گونه قوی ترین و کدام ضعیف ترین کاهنده است؟

پ) کدام گونه)‌ها( می توانند C²⁺_(aq) را اکسید کنند؟

8ـ با توجه به واکنش های زیر به طور طبیعی انجام می شوند گونه های کاهنده و گونه های اکسنده را بر حسب کاهش قدرت مرتب کنید؟

9ــ با توجه به جدول پتانسیل های کاهشی استاندارد توضیح دهید کدام ظرف(مسی یا آهنی) برای نگهداری محلول هیدروکلریک اسید مناسب است؟

10- قدر مطلق پتانسيل كاهشی دو عنصر X و Y در زير داده شده است. هنگامی که اين دو نيم سلول را به هم وصل می کنيم، جريان الكتریكی از اتم X به اتم Y برقرار می شود و با اتصال نيم سلول X به نيم سلول هيدروژن، الكترون ها از اتم X به سمت نيم سلول هيدروژن جاری می شوند. نيروی الكتروموتوری سلول گالوانی شامل اين دو نيم سلول را حساب كنيد.

\(\begin{array}{l}{Y^{2 + }} + 2{e^ - } \to Y\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\left| {{E^ \circ }} \right| = 0/34\,V\\\\{X^{2 + }} + 2{e^ - } \to X\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\left| {{E^ \circ }} \right| = 0/25\,V\end{array}\)

11- شیمی دان ها در برخی سلول های الکتروشیمیایی برای انجام واکنش اکسایش-کاهش از نور بهره می برند و آنها را سلول نور الکتروشیمیایی می نامند. در نمونه ای از آنها که برای تهیه گاز هیدروژن از آب به کار می رود، با توجه به نیم واکنش های زیر:

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

ب) یافته های تجربی نشان می دهند 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 می دانند؟

12- در یک آزمایش چهارفلز A، B، C و D رفتارهای زیر را نشان داده اند:

1) فقط فلزهای A و C با محلول 0/1M هیدروکلریک اسید واکنش می دهند و گاز هیدروژن تولید می کنند.

2) با قرار دادن فلز C در محلول های حاوی یون های \({D^{2 + }}\)، \({B^{2 + }}\) و \({A^{2 + }}\) به ترتیب فلزهای D، B و A رسوب می کنند.

3) یون \({B^{2 + }}\) اکسنده قوی تر از  \({D^{2 + }}\) است.

با توجه به این داده ها، ترتیب کاهندگی این چهار فلز را مشخص کنید.

13- جدول زير نيروی الكتروموتوری سه سلول گالوانی را نشان می دهد:

اگر \({E^ \circ }\,{C^{ + 2}}/C = 0/00\,V\) و فلز A با یون \({C^{ + 2}}\) واکنش ندهد:

آ) مقدار پتانسیل کاهشی استاندارد را برای دو عنصر A و B به دست آورید.

ب) نماد اکسنده ترین و کاهنده ترین گونه را بنویسید.

1- آ) پلاتین فلزی با واکنش پذیری کم و V1.20= E می تواند در بدن برای مدت های طولانی ویژگی های خود را حفظ کند.

ب) با توجه به شعاع و آرایش الکترونی فلوئور، تمایل اتم آن برای دریافت و یا کشیدن الکترون های موجود در یک پیوند بالا بوده (بالاترین تمایل به گرفتن الکترون نسبت به سایر عناصر)؛ بنابراین اکسنده ترین گونه در جدول پتانسیل کاهشی است.

پ)

2- از آنجایی که پتانسیل کاهشی مس بزرگتر از پتانسیل کاهشی روی است، بنابراین در سلول گالوانی، روی آند و مس کاتد است. بنابراین با گذشت زمان از غلظت یون های دو بار مثبت مس در کاتد کاسته و بر غلظت یون های روی دو بار مثبت در آند افزوده می شود. بنابراین نمودار (2) تغییر غلظت را به درستی نشان می دهد.

3-

با توجه به جدول این فلز منگنز است.

4-

5-

6- آ)

اتم Zn کاهنده و یون Ag⁺ اکسنده .

ب) در این باتری ها آند به عنوان قطب منفی (-) یعنی Ag و کاتد را به عنوان قطب مثبت (+) یعنی Zn است.

7- آ) اکسنده قوی بهتر کاهش می دهد؛ یعنی پتانسیل کاهشی بزرگتری دارد: A⁺_(aq)

اکسنده ضعیف پتانسیل کاهشی کوچکتری دارد: D⁺_(aq)

ب) هر چه پتانسیل کاهشی یک نیم واکنش کمتر باشد، گونه سمت راست آن کاهنده قوی تری است: D_(s)

هر چه پتانسیل کاهشی یک نیم واکنش بیشتر باشد، گونه سمت راست آن کاهنده ضعیف تری است: A_(s)

پ) هر گونه ای که پتانسیل کاهشی بیشتری را نسبت به نیم واکنش C³⁺ داشته باشد، می تواند C²⁺ را اکسید کند: B²⁺_(aq) و A⁺_(aq) .

8-

9-

E⁰_(SHE) = 0

از آن جا که این محلول حاوی یون های H⁺_(aq) است که پتانسیل کاهشی این گونه نیز برابر صفر است و با توجه به جایگاه مس و آهن در جدول کاهشی و منفی بودن این عدد برای آهن می توان نتیجه گرفت آهن بر خلاف مس در مجاورت محلول اسید واکنش می دهد. به عبارتی ظرف آهنی دچار خوردگی می شود اما ظرف مسی واکنشی با محلول هیدرو کلریک اسید نمی دهد:

10- از عبارت «با اتصال نيم سلول X به نيم سلول هيدروژن، الكترون ها از اتم X به سمت نيم سلول هيدروژن جاری می شوند» متوجه می شویم که نیم سلول X آند محسوب می شود.

\(\begin{array}{l}{X^{2 + }} + 2{e^ - } \to X\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\,\left| {{E^ \circ }} \right| = 0/25\,V\,\,\,\,\,\,\\\\ \Rightarrow {E^ \circ }({X^{2 + }}/X) = - 0/25\,V\end{array}\)

از عبارت «هنگامی که اين دو نيم سلول را به هم وصل می کنيم، جريان الكتریكی از اتم X به اتم Y برقرار می شود» متوجه می شویم که نیم سلول X آند و نیم سلول Y کاتد است؛ بنابراین:

\(\begin{array}{l}{E^ \circ }({Y^{2 + }}/Y) - {E^ \circ }({X^{2 + }}/X) = \\\\0/34\,V + 0/25\,V = 0/59\,V\end{array}\)

11- آ) نیم سلول آندی:

نیم سلول کاتدی:

ب) 1- تولید گاز H₂ برای سلول خورشیدی

2- استفاده از انرژی پاک خورشید

3- انرژی رایگان خورشید

12- از بند (1) متوجه می شویم که فلزهای A و C از دیگر فلزها کاهنده تر هستند و می توانند الکترون های خود را از دست بدهند.

از بند (2) متوجه می شویم که فلز C از فلز A کاهنده تر است و می تواند الکترون های خود را به یون \({A^{2 + }}\) 

بدهد و آن را به فلز A تبدیل کند.

از بند (3) متوجه می شویم که فلز D از فلز B کاهنده تر است.

بنابراین قدرت کاهندگی این چهار فلز به صورت زیر می باشد:

C > A > D > B

13- از عبارت «فلز A با یون \({C^{ + 2}}\) 

واکنش ندهد» متوجه می شویم که فلز A اکسنده تر از فلز C می باشد؛ در نتیجه فلز A نقش کاتد را ایفا می کند و فلز C نقش آند را؛ بنابراین:

آ)

\(\begin{array}{l}{E^ \circ }({A^{2 + }}/A) - {E^ \circ }({C^{2 + }}/C) = \\\\{E^ \circ }({A^{2 + }}/A) - 0/00\,V = 0/58\,V\\\\ \Rightarrow {E^ \circ }({A^{2 + }}/A) = 0/58\,V\\\\{E^ \circ }({B^{2 + }}/B) - {E^ \circ }({C^{2 + }}/C) = \\\\{E^ \circ }({B^{2 + }}/B) - 0/00\,V = 0/31\,V\\\\ \Rightarrow {E^ \circ }({B^{2 + }}/B) = 0/31\,V\end{array}\)

ب) اکسنده ترین گونه فلز A می باشد و کاهنده ترین گونه، فلز C می باشد.