تقويم الفصل 4 - كتاب الكيمياء - الصف 12 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

54. إذا قمت بتصميم بطارية تستعمل نصف خلية تتكون من Sn و Sn2+، ونصف خلية أخرى تتكون من Cu و Cu2+، مع العلم أن قطب النحاس هو الكاثود وقطب القصدير هو الأنود. فارسم البطارية، ثم اكتب أنصاف التفاعل التي تحدث في كل نصف خلية. ما أكبر جهد يمكن أن تنتجه هذه الخلية؟

* رسم البطارية: تتكون البطارية من وعاءين (نصفَي خلية). في الوعاء الأول يوجد قطب من القصدير (Sn) مغموس في محلول يحتوي على أيونات Sn^{2+}. في الوعاء الثاني يوجد قطب من النحاس (Cu) مغموس في محلول يحتوي على أيونات Cu^{2+}. يُوصل القطبان بسلك خارجي، حيث يتدفق التيار من قطب النحاس (الكاثود) إلى قطب القصدير (الأنود). يُوصل المحلولان بقنطرة ملحية للحفاظ على التعادل الكهربائي.

* أنصاف التفاعل:

* عند الأنود (القطب السالب - القصدير): Sn(s) \rightarrow Sn^{2+}(aq) + 2e^- (أكسدة)

* عند الكاثود (القطب الموجب - النحاس): Cu^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow Cu(s) (اختزال)

* أكبر جهد للخلية: لحساب أكبر جهد قياسي (E°_{cell})، نستخدم العلاقة: E°_{cell} = E°_{cathode} - E°_{anode}. بناءً على جدول جهود الاختزال القياسية (المرجع من الصفحات السابقة)، يكون جهد اختزال النحاس (Cu^{2+}/Cu) موجبًا وجهد اختزال القصدير (Sn^{2+}/Sn) سالبًا. لذلك، سيكون جهد الخلية موجبًا وهو أكبر جهد يمكن أن تنتجه هذه الخلية تحت الظروف القياسية.

55. كيف يمكن عكس تفاعل الأكسدة والاختزال التلقائي لخلية جلفانية؟

يمكن عكس التفاعل التلقائي لخلية جلفانية عن طريق تطبيق مصدر جهد كهربائي خارجي (مثل بطارية) على أقطابها، بحيث يكون جهد المصدر الخارجي أكبر من جهد الخلية الجلفانية وباتجاه معاكس له. تُسمى هذه العملية بالتحليل الكهربائي، حيث تُجبر الإلكترونات على التحرك في الاتجاه المعاكس لحركتها التلقائية، مما يؤدي إلى حدوث تفاعل غير تلقائي.

56. أين يحدث تفاعل الأكسدة في خلية التحليل الكهربائي؟

في خلية التحليل الكهربائي، يحدث تفاعل الأكسدة عند الأنود (المصعد)، وهو القطب المتصل بالطرف الموجب لمصدر الجهد الخارجي.

57. خلية داون ما التفاعل الذي يحدث عند الكاثود في أثناء التحليل الكهربائي لمصهور كلوريد الصوديوم؟

عند الكاثود (المهبط) في خلية داون للتحليل الكهربائي لمصهور كلوريد الصوديوم (NaCl)، يحدث اختزال لأيونات الصوديوم لتنتج فلز الصوديوم:

Na^+(l) + e^- \rightarrow Na(l)

58. صناعة فلز لماذا يستعمل التحليل الكهربائي لماء البحر في جميع أرجاء العالم بكميات كبيرة؟

يستخدم التحليل الكهربائي لماء البحر (محلول كلوريد الصوديوم المركز) على نطاق واسع لأنه عملية صناعية رئيسية لإنتاج ثلاثة منتجات مهمة جدًا هي: غاز الكلور (Cl₂)، وهيدروكسيد الصوديوم (NaOH)، وغاز الهيدروجين (H₂)، والتي تدخل في عدد هائل من الصناعات الكيميائية.

59. إعادة تدوير فسر كيف تحفظ عملية إعادة تدوير الألومنيوم الطاقة؟

تحفظ عملية إعادة تدوير الألومنيوم كمية كبيرة من الطاقة لأن استخلاص الألومنيوم النقي من خام البوكسيت (أكسيد الألومنيوم) يتطلب عملية تحليل كهربائي مكلفة وتستهلك طاقة كهربائية هائلة. بينما تحتاج عملية صهر وإعادة تشكيل الألومنيوم المعاد تدويره إلى طاقة أقل بكثير (حوالي 5% فقط من الطاقة المستخدمة في إنتاجه من الخام).

60. صف ماذا يحدث عند الأنود والكاثود في التحليل الكهربائي لمحلول KI؟

في التحليل الكهربائي لمحلول يوديد البوتاسيوم (KI):

* عند الأنود (المصعد): يتأكسد أيون اليوديد (I⁻) لإنتاج اليود (I₂).

2I^-(aq) \rightarrow I_2(aq) + 2e^-

* عند الكاثود (المهبط): يختزل جزيء الماء (H₂O) لإنتاج غاز الهيدروجين (H₂) وأيونات الهيدروكسيد (OH⁻).

2H_2O(l) + 2e^- \rightarrow H_2(g) + 2OH^-(aq)

61. الطلاء بالكهرباء يوضح الشكل 27-4 مفتاحًا يطلى كهربائيًا بالنحاس في خلية تحليل كهربائي. فأين تحدث الأكسدة؟ فسر إجابتك.

تحدث الأكسدة عند قطب النحاس (Cu) المتصل بالطرف الموجب للبطارية. السبب: في خلية الطلاء الكهربائي، يجب أن تكون أيونات الفلز المراد الطلاء به (Cu²⁺) موجودة في المحلول. يتأكسد فلز النحاس عند القطب الموجب (الأنود) ليذوب في المحلول على شكل أيونات Cu²⁺، والتي تنتقل بعد ذلك نحو الجسم المراد طلائه (المفتاح المتصل بالقطب السالب) لتترسب عليه.

62. اعتمادًا على الشكل 28-4، أجب عن الأسئلة الآتية:

أ) أي الأقطاب يزداد حجمه؟ اكتب معادلة التفاعل الذي يحدث عند هذا القطب.

يزداد حجم قطب الزنك (Zn) المتصل بالطرف السالب للبطارية (الكاثود). التفاعل الذي يحدث عنده هو اختزال أيونات النحاس:

Cu^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow Cu(s)

(يترسب النحاس على قطب الزنك).

ب) أي الأقطاب يقل حجمه؟ اكتب معادلة التفاعل الذي يحدث عند هذا القطب.

يقل حجم قطب النحاس (Cu) المتصل بالطرف الموجب للبطارية (الأنود). التفاعل الذي يحدث عنده هو أكسدة فلز النحاس:

Cu(s) \rightarrow Cu^{2+}(aq) + 2e^-

(يذوب النحاس في المحلول).

63. مستعينًا بالشكل 28-4، فسر ماذا يحدث لأيونات النحاس في المحلول؟

بناءً على الشكل، تُنتَج أيونات النحاس (Cu²⁺) في المحلول نتيجة ذوبان قطب النحاس (الأنود) عند حدوث الأكسدة. في نفس الوقت، تستهلك أيونات النحاس (Cu²⁺) من المحلول عند قطب الزنك (الكاثود) عند حدوث الاختزال وترسب النحاس. في هذه الخلية الكهربائية (التحليل الكهربائي)، يكون معدل إنتاج أيونات النحاس مساويًا لمعدل استهلاكها، لذلك يبقى تركيزها ثابتًا تقريبًا.

64. لماذا تتدفق الإلكترونات من قطب إلى آخر في الخلية الجلفانية؟

تتدفق الإلكترونات تلقائيًا من القطب الذي له جهد اختزال أقل (أكثر سالبية) وهو الأنود (حيث تحدث الأكسدة وتُطلق الإلكترونات)، نحو القطب الذي له جهد اختزال أعلى (أكثر إيجابية) وهو الكاثود (حيث تحدث عملية الاختزال وتستهلك الإلكترونات)، بسبب فرق الجهد الكهربائي الناشئ بينهما.

65. إنتاج الألومنيوم ما المادة التي يتم تحليلها كهربائيًا في العملية الصناعية لإنتاج فلز الألومنيوم؟

المادة التي يتم تحليلها كهربائيًا في عملية هول-هيرو لإنتاج الألومنيوم هي أكسيد الألومنيوم المنصهر (Al₂O₃) المذاب في الكريوليت المنصهر (Na₃AlF₆) لخفض درجة انصهاره.

66. اكتب أنصاف تفاعل الأكسدة والاختزال للخلية الجلفانية فضة - كروم، وحدد الأنود والكاثود واتجاه تدفق الإلكترونات.

* نصف تفاعل الأكسدة (عند الأنود): Cr(s) \rightarrow Cr^{3+}(aq) + 3e^-

* نصف تفاعل الاختزال (عند الكاثود): Ag^+(aq) + e^- \rightarrow Ag(s)

* الأنود (القطب السالب): الكروم (Cr) لأنه أكثر نشاطًا (جهد اختزاله أكثر سالبية).

* الكاثود (القطب الموجب): الفضة (Ag).

* اتجاه تدفق الإلكترونات في السلك الخارجي: من قطب الكروم (الأنود) إلى قطب الفضة (الكاثود).

67. حدد ما إذا كانت تفاعلات الأكسدة والاختزال الآتية تلقائية أو غير تلقائية:

(يتم الحكم على التلقائية من خلال حساب جهد الخلية القياسي E°_{cell} باستخدام جدول جهود الاختزال. التفاعل تلقائي إذا كان E°_{cell} > 0).

أ) Mn^{2+}(aq) + 2Br^-(aq) \rightarrow Br_2(l) + Mn(s) → غير تلقائي (لأن جهد اختزال البروم أعلى من جهد اختزال المنغنيز، لذا سيسير التفاعل في الاتجاه المعاكس تلقائيًا).

ب) 2Fe^{2+}(aq) + Sn^{2+}(aq) \rightarrow 2Fe^{3+}(aq) + Sn(s) → غير تلقائي.

ج) Ni^{2+}(aq) + Mg(s) \rightarrow Mg^{2+}(aq) + Ni(s) → تلقائي (لأن المغنيسيوم أكثر نشاطًا من النيكل ويتأكسد تلقائيًا).

د) Pb^{2+}(aq) + 2Cu^+(aq) \rightarrow Pb(s) + 2Cu^{2+}(aq) → غير تلقائي.

تقويم الفصل 4

54. إذا قمت بتصميم بطارية تستعمل نصف خلية تتكون من Sn و Sn2+، ونصف خلية أخرى تتكون من Cu و Cu2+، مع العلم أن قطب النحاس هو الكاثود وقطب القصدير هو الأنود. فارسم البطارية، ثم اكتب أنصاف التفاعل التي تحدث في كل نصف خلية. ما أكبر جهد يمكن أن تنتجه هذه الخلية؟

4-3

إتقان المفاهيم

55. كيف يمكن عكس تفاعل الأكسدة والاختزال التلقائي لخلية جلفانية؟

56. أين يحدث تفاعل الأكسدة في خلية التحليل الكهربائي؟

57. خلية داون ما التفاعل الذي يحدث عند الكاثود في أثناء التحليل الكهربائي لمصهور كلوريد الصوديوم؟

58. صناعة فلز لماذا يستعمل التحليل الكهربائي لماء البحر في جميع أرجاء العالم بكميات كبيرة؟

59. إعادة تدوير فسر كيف تحفظ عملية إعادة تدوير الألومنيوم الطاقة؟

60. صف ماذا يحدث عند الأنود والكاثود في التحليل الكهربائي لمحلول KI؟

61. الطلاء بالكهرباء يوضح الشكل 27-4 مفتاحًا يطلى كهربائيًا بالنحاس في خلية تحليل كهربائي. فأين تحدث الأكسدة؟ فسر إجابتك.

62. اعتمادًا على الشكل 28-4، أجب عن الأسئلة الآتية:

63. مستعينًا بالشكل 28-4، فسر ماذا يحدث لأيونات النحاس في المحلول؟

مراجعة عامة

64. لماذا تتدفق الإلكترونات من قطب إلى آخر في الخلية الجلفانية؟

65. إنتاج الألومنيوم ما المادة التي يتم تحليلها كهربائيًا في العملية الصناعية لإنتاج فلز الألومنيوم؟

66. اكتب أنصاف تفاعل الأكسدة والاختزال للخلية الجلفانية فضة - كروم، وحدد الأنود والكاثود واتجاه تدفق الإلكترونات.

67. حدد ما إذا كانت تفاعلات الأكسدة والاختزال الآتية تلقائية أو غير تلقائية:

وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447

164

--- SECTION: تقويم الفصل 4 --- تقويم الفصل 4 --- SECTION: 54 --- 54. إذا قمت بتصميم بطارية تستعمل نصف خلية تتكون من Sn و Sn2+، ونصف خلية أخرى تتكون من Cu و Cu2+، مع العلم أن قطب النحاس هو الكاثود وقطب القصدير هو الأنود. فارسم البطارية، ثم اكتب أنصاف التفاعل التي تحدث في كل نصف خلية. ما أكبر جهد يمكن أن تنتجه هذه الخلية؟ --- SECTION: 4-3 --- 4-3 --- SECTION: إتقان المفاهيم --- إتقان المفاهيم --- SECTION: 55 --- 55. كيف يمكن عكس تفاعل الأكسدة والاختزال التلقائي لخلية جلفانية؟ --- SECTION: 56 --- 56. أين يحدث تفاعل الأكسدة في خلية التحليل الكهربائي؟ --- SECTION: 57 --- 57. خلية داون ما التفاعل الذي يحدث عند الكاثود في أثناء التحليل الكهربائي لمصهور كلوريد الصوديوم؟ --- SECTION: 58 --- 58. صناعة فلز لماذا يستعمل التحليل الكهربائي لماء البحر في جميع أرجاء العالم بكميات كبيرة؟ --- SECTION: 59 --- 59. إعادة تدوير فسر كيف تحفظ عملية إعادة تدوير الألومنيوم الطاقة؟ --- SECTION: 60 --- 60. صف ماذا يحدث عند الأنود والكاثود في التحليل الكهربائي لمحلول KI؟ --- SECTION: 61 --- 61. الطلاء بالكهرباء يوضح الشكل 27-4 مفتاحًا يطلى كهربائيًا بالنحاس في خلية تحليل كهربائي. فأين تحدث الأكسدة؟ فسر إجابتك. --- SECTION: 62 --- 62. اعتمادًا على الشكل 28-4، أجب عن الأسئلة الآتية: --- SECTION: 63 --- 63. مستعينًا بالشكل 28-4، فسر ماذا يحدث لأيونات النحاس في المحلول؟ --- SECTION: مراجعة عامة --- مراجعة عامة --- SECTION: 64 --- 64. لماذا تتدفق الإلكترونات من قطب إلى آخر في الخلية الجلفانية؟ --- SECTION: 65 --- 65. إنتاج الألومنيوم ما المادة التي يتم تحليلها كهربائيًا في العملية الصناعية لإنتاج فلز الألومنيوم؟ --- SECTION: 66 --- 66. اكتب أنصاف تفاعل الأكسدة والاختزال للخلية الجلفانية فضة - كروم، وحدد الأنود والكاثود واتجاه تدفق الإلكترونات. --- SECTION: 67 --- 67. حدد ما إذا كانت تفاعلات الأكسدة والاختزال الآتية تلقائية أو غير تلقائية: --- SECTION: Ministry of Education --- وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447 --- SECTION: Page Number --- 164 --- VISUAL CONTEXT --- **DIAGRAM**: الشكل 28-4 Description: A diagram illustrating an electrochemical cell. It shows a battery labeled '9 volts' and 'مصدر جهد' (voltage source) connected via wires to two electrodes immersed in a solution. The positive terminal of the battery is connected to the copper (Cu) electrode, which is labeled 'مصدر (+)' (source (+)). The negative terminal is connected to the zinc (Zn) electrode, which is labeled 'كاثود (-)' (cathode (-)). The solution in the beaker contains '1M Cu²⁺'. A salt bridge, labeled 'مجس جهد' (voltage probe/salt bridge), connects the two half-cells. X-axis: N/A Y-axis: N/A Data: N/A Key Values: 9 volts, 1M Cu²⁺ Context: This diagram represents a galvanic (voltaic) cell or an electrolytic cell, used to answer questions about electrode reactions, volume changes, and ion behavior in solution. **DIAGRAM**: الشكل 27-4 Description: A diagram illustrating an electroplating cell. A battery labeled '9 volts' is connected via wires to two electrodes immersed in a solution. The positive terminal of the battery is connected to a copper (Cu) electrode, labeled 'قطب Cu' (Cu electrode). The negative terminal is connected to an object (represented as a key) that is to be plated. The solution in the beaker contains 'Cu²⁺' ions. X-axis: N/A Y-axis: N/A Data: N/A Key Values: 9 volts, Cu²⁺ Context: This diagram represents an electrolytic cell used for electroplating, specifically plating a key with copper. It is used to answer questions about the location of oxidation and reduction.