أسئلة الإجابات القصيرة - كتاب الكيمياء - الصف 12 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

سؤال 9: 9. حدد القطب الموجب والقطب السالب في هذا الجهاز.

الإجابة: القطب الموجب: النحاس (الكاثود)، القطب السالب: الخارصين (الأنود).

خطوات الحل:

1. **الشرح:** لفهم هذا السؤال، يجب أن نتذكر أولاً مبدأ عمل الخلية الجلفانية (الخلية الفولتية). في أي خلية كهروكيميائية، هناك تفاعلان يحدثان: تفاعل أكسدة (فقدان إلكترونات) وتفاعل اختزال (اكتساب إلكترونات). - القطب الذي يحدث عنده **الأكسدة** (فقدان الإلكترونات) يُسمى **الأنود (Anode)**، ويكون **قطباً سالباً** في الخلية الجلفانية، لأن الإلكترونات تتركه وتتدفق عبر السلك الخارجي. - القطب الذي يحدث عنده **الاختزال** (اكتساب الإلكترونات) يُسمى **الكاثود (Cathode)**، ويكون **قطباً موجباً** في الخلية الجلفانية، لأن الإلكترونات تتدفق نحوه. بناءً على السلسلة الكهروكيميائية للمعادن (جهود الاختزال القياسية)، يكون الخارصين (Zn) أكثر نشاطاً وميولاً للأكسدة (فقدان إلكترونات) من النحاس (Cu). لذلك، في خلية مكونة منهما: - سيفقد الخارصين إلكترونات: `Zn → Zn²⁺ + 2e⁻` (أكسدة) → إذن **الخارصين هو الأنود (القطب السالب)**. - ستكتسب أيونات النحاس (Cu²⁺) في المحلول هذه الإلكترونات: `Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu` (اختزال) → إذن **النحاس هو الكاثود (القطب الموجب)**. لذلك الإجابة هي: **القطب الموجب: النحاس (الكاثود)، القطب السالب: الخارصين (الأنود).**

سؤال 10: 10. اكتب نصف تفاعل الأكسدة.

الإجابة: $Zn(s) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + 2e^-$

خطوات الحل:

1. **الشرح:** السؤال يطلب كتابة نصف تفاعل الأكسدة. الأكسدة تعني **فقدان الإلكترونات**. في الخلية الجلفانية المكونة من قطبَي الخارصين والنحاس، كما تم التوضيح في السؤال السابق، يكون الخارصين (Zn) هو المعدن الذي يتأكسد لأنه أكثر نشاطاً. عندما يتأكسد الخارصين، يتحول من الحالة الصلبة (`s`) إلى أيونات الخارصين في المحلول (`aq`). في هذه العملية، يفقد كل ذرة خارصين إلكترونين. لذا، يتم كتابة نصف تفاعل الأكسدة على النحو التالي: 1. نكتب المادة المتفاعلة (الخارصين الصلب) على اليسار: `Zn(s)` 2. نكتب الناتج (أيونات الخارصين في المحلول) على اليمين: `Zn²⁺(aq)` 3. نضيف الإلكترونات المفقودة إلى جانب النواتج، لأنها نتجت عن التفاعل. إذن، نصف تفاعل الأكسدة الكامل هو: $$Zn(s) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + 2e^-$$ لاحظ أن الشحنة الكلية متزنة على طرفي المعادلة: الطرف الأيسر شحنته صفر، والطرف الأيمن شحنته (+2) من `Zn²⁺` مقترنة بـ (-2) من إلكترونين، فيصبح المجموع صفراً أيضاً.

سؤال 11: 11. اشرح وظيفة القنطرة الملحية في هذا الجهاز.

الإجابة: تُكمل الدائرة الكهربائية وتسمح بانتقال الأيونات بين نصفي الخلية للمحافظة على التعادل الكهربائي (منع تراكم الشحنات)، وتقلل اختلاط المحلولين مباشرةً.

خطوات الحل:

1. **الشرح:** لنفهم وظيفة القنطرة الملحية (أو الجسر الملحي)، يجب أن نفكر أولاً فيما يحدث داخل الخلية الجلفانية. 1. **المشكلة التي تحلها:** في الخلية، يحدث تدفق للإلكترونات عبر السلك الخارجي من الأنود (السالب) إلى الكاثود (الموجب). ومع تقدم التفاعل: - عند الأنود (مثل الخارصين): تتراكم أيونات موجبة (`Zn²⁺`) في المحلول لأن المعدن يفقد إلكترونات ويتحول لأيونات. - عند الكاثود (مثل النحاس): تتناقص الأيونات الموجبة (`Cu²⁺`) في المحلول لأنها تكتسب إلكترونات وتترسب كمعادن، مما قد يؤدي إلى تراكم شحنة سالبة (من الأنيونات المتبقية مثل `SO₄²⁻`). هذا التراكم للشحنات الموجبة في نصف خلية والسالبة في النصف الآخر يخلق فرق جهد معاكس يعيق سريان التيار ويوقف التفاعل بسرعة. 2. **دور القنطرة الملحية:** هي أنبوب على شكل حرف U مملوء بمحلول ملحي خامل (مثل `KNO₃` أو `KCl`). - تسمح **لأيونات الملح** بالانتقال بين نصفي الخلية. - تهاجر **الأيونات السالبة** (أنيونات، مثل `NO₃⁻`) من القنطرة نحو نصف الخلية الذي تتراكم فيه الشحنة الموجبة (عند الأنود) لمعادلتها. - تهاجر **الأيونات الموجبة** (كاتيونات، مثل `K⁺`) من القنطرة نحو نصف الخلية الذي تتراكم فيه الشحنة السالبة (عند الكاثود) لمعادلتها. 3. **النتيجة:** تحافظ القنطرة على **التعادل الكهربائي** (حيادية الشحنة) داخل محاليل نصفي الخلية، مما يسمح للتفاعل بالاستمرار وتدفق التيار الكهربائي بشكل مستمر. كما أنها تمنع اختلاط المحلولين مباشرةً، مما يحافظ على نقاء التفاعلين المنفصلين للأكسدة والاختزال. لذلك، وظيفتها الرئيسية هي: **إكمال الدائرة الكهربائية داخلياً عن طريق انتقال الأيونات، للمحافظة على التعادل الكهربائي ومنع تراكم الشحنات التي توقف التفاعل.**

سؤال 12: 12. إذا وصل قطب فضة بقطب كروم في خلية جلفانية فأي القطبين سيتأكسد، وأيهما سيختزل؛ اعتمادًا على جهود الاختزال القياسية أعلاه؟ فسر إجابتك.

الإجابة: - سيتأكسد: قطب الكروم (الأنود): $Cr(s) \rightarrow Cr^{3+} + 3e^-$ - سيختزل: قطب الفضة (الكاثود): $Ag^+ + e^- \rightarrow Ag(s)$ التفسير: لأن جهد اختزال الفضة أكبر $E^\circ = 0.7996\ V$ فتُفضّل كاختزال، بينما جهد اختزال الكروم أصغر وأكثر سالبية $E^\circ = -0.744\ V$ لذا يحدث له الأكسدة.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم الأساسي):** في الخلية الجلفانية، يتحدد اتجاه سريان الإلكترونات (وبالتالي تحديد الأنود والكاثود) بناءً على **جهود الاختزال القياسية** ($E^\circ$) للمواد. - المادة ذات جهد الاختزال **الأعلى** (أقل سالبية أو أكثر موجبية) لها ميل أكبر **لاكتساب الإلكترونات** (تحدث لها الاختزال)، لذا تكون **الكاثود**. - المادة ذات جهد الاختزال **الأقل** (أكثر سالبية) لها ميل أكبر **لفقد الإلكترونات** (تحدث لها الأكسدة)، لذا تكون **الأنود**. **الخطوة 2 (تطبيق القاعدة على المعطيات):** نفترض أن جهود الاختزال القياسية المعطاة هي: - جهد اختزال الفضة: $E^\circ = +0.7996\ V$ - جهد اختزال الكروم: $E^\circ = -0.744\ V$ بمقارنة القيمتين: - جهد الفضة ($+0.7996\ V$) **أعلى بكثير** من جهد الكروم ($-0.744\ V$). - وفقاً للقاعدة، المادة ذات الجهد الأعلى (الفضة) تفضل أن تكون طرف الاختزال (تكتسب إلكترونات). - المادة ذات الجهد الأقل (الكروم) تفضل أن تكون طرف الأكسدة (تفقد إلكترونات). **الخطوة 3 (كتابة نصف التفاعلات والنتيجة):** - عند قطب الكروم (الأنود/السالب) سيحدث الأكسدة: $$Cr(s) \rightarrow Cr^{3+} + 3e^-$$ - عند قطب الفضة (الكاثود/الموجب) سيحدث الاختزال: $$Ag^+ + e^- \rightarrow Ag(s)$$ إذن الإجابة هي: - **سيتأكسد: قطب الكروم (الأنود).** - **سيختزل: قطب الفضة (الكاثود).** التفسير: لأن جهد اختزال الفضة أكبر موجبية، لذا تُفضل كطرف اختزال (كاثود)، بينما جهد اختزال الكروم أكثر سالبية، لذا يُفضل كطرف أكسدة (أنود).

في خلية جلفانية تحتوي على قطبين من الخارصين والنحاس، ما هو القطب الموجب (المهبط) وما هو القطب السالب (المصعد)؟

الإجابة: القطب الموجب (المهبط) هو قطب النحاس، والقطب السالب (المصعد) هو قطب الخارصين.

الشرح: في الخلية الجلفانية الموضحة، يتأكسد الخارصين (يفقد إلكترونات) وبالتالي يكون المصعد (القطب السالب). بينما يختزل النحاس (يكتسب إلكترونات) وبالتالي يكون المهبط (القطب الموجب).

تلميح: تذكر أن الإلكترونات تتدفق من القطب الذي يتأكسد (يفقد إلكترونات) نحو القطب الذي يختزل (يكتسب إلكترونات).

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

اكتب نصف تفاعل الأكسدة الذي يحدث عند قطب الخارصين (Zn) في خلية جلفانية.

الإجابة: Zn → Zn²⁺ + 2e⁻

الشرح: نصف تفاعل الأكسدة يمثل عملية فقدان الإلكترونات. في الخلية الجلفانية المكونة من الخارصين والنحاس، يتأكسد الخارصين (Zn) إلى أيون الخارصين (Zn²⁺) مع فقدان إلكترونين.

تلميح: فكر في أن الأكسدة هي فقدان الإلكترونات. ما هو الفلز الذي يفقد إلكترونات في هذا النوع من الخلايا؟

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: متوسط

ما هي وظيفة القنطرة الملحية (الجسر الملحي) في الخلية الجلفانية؟

الإجابة: وظيفة القنطرة الملحية هي إكمال الدائرة الكهربائية عن طريق السماح بانتقال الأيونات بين نصفي الخلية، مما يحافظ على التعادل الكهربائي (حيادية الشحنة) في المحاليل.

الشرح: بدون القنطرة الملحية، سيتوقف التفاعل بسرعة لأن أحد المحلولين سيصبح موجب الشحنة بشدة والآخر سالب الشحنة بشدة، مما يمنع استمرار تدفق الإلكترونات. القنطرة تسمح للأيونات بالحركة لمعادلة هذه الشحنات.

تلميح: فكر في المشكلة التي تحدث عندما تتراكم شحنات موجبة في أحد نصفي الخلية بسبب فقد أو اكتساب الإلكترونات.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

في خلية جلفانية مكونة من قطب فضة (Ag) وقطب كروم (Cr)، بناءً على جهود الاختزال القياسية (Ag⁺/Ag = +0.7996 فولت، Cr³⁺/Cr = -0.744 فولت)، أي الفلزين سيتأكسد (يكون المصعد) وأيهما سيختزل (يكون المهبط)؟

الإجابة: سيتأكسد الكروم (Cr) لأنه يملك جهد اختزال أقل (أكثر سالبية)، بينما سيختزل الفضة (Ag⁺) لأنها تملك جهد اختزال أعلى (أكثر موجبية).

الشرح: في الخلية الجلفانية، يتأكسد الأنود (المصعد) وهو الفلز ذو جهد الاختزال الأقل (أكثر سالبية)، لأنه أكثر قدرة على فقدان الإلكترونات. بينما يختزل الكاثود (المهبط) وهو الفلز ذو جهد الاختزال الأعلى (أكثر موجبية)، لأنه أكثر قدرة على اكتساب الإلكترونات. هنا، جهد الكروم (-0.744 فولت) أقل من جهد الفضة (+0.7996 فولت)، لذا يتأكسد الكروم.

تلميح: تذكر قاعدة أن الفلز ذو جهد الاختزال الأقل (الأكثر سالبية) يكون أكثر ميلاً للأكسدة (فقدان الإلكترونات).

التصنيف: تفكير ناقد | المستوى: صعب

ما هو جهد الاختزال القياسي (E°) لنصف تفاعل اختزال أيونات الفضة: Ag⁺ + e⁻ → Ag؟

الإجابة: +0.7996 فولت (V).

الشرح: يُعطى جهد الاختزال القياسي لنصف تفاعل الفضة مباشرة في الجدول المرفق بالصفحة تحت عمود 'جهد الاختزال (V)'.

تلميح: ابحث في البيانات المعطاة عن القيمة المقابلة لنصف تفاعل الفضة.

التصنيف: رقم/تاريخ | المستوى: سهل

ما هو جهد الاختزال القياسي (E°) لنصف تفاعل اختزال أيونات الكروم: Cr³⁺ + 3e⁻ → Cr؟

الإجابة: -0.744 فولت (V).

الشرح: يُعطى جهد الاختزال القياسي لنصف تفاعل الكروم مباشرة في الجدول المرفق بالصفحة تحت عمود 'جهد الاختزال (V)'.

تلميح: تأكد من قراءة الصف الثاني في الجدول المعطى.

التصنيف: رقم/تاريخ | المستوى: سهل