سوال ۹۹ · شیمی
کنکور ریاضی ۱۴۰۵ · سوال ۹۹ · کلید رسمی سازمان سنجش
شیمی · شیمی ۳ · فصل ۲: آسایش و رفاه در سایهٔ شیمی
کدام مورد در مقایسة ویژگیهای «فرایند آبکاری فلز با نقره» و «سلول گالوانی هیدروژن ـ مس» مشابه است؟ ()
نمایش پاسخ و پاسخ تشریحی
پاسخ درست: گزینهٔ ۱ (کلید رسمی سازمان سنجش)
پاسخ تشریحی
برای مقایسهٔ دو فرایند، باید گونهٔ واکنشدهنده در هر الکترود و تغییر جرم الکترودها را بررسی کنیم. در هر دو نوع سلول، اکسایش در آند و کاهش در کاتد رخ میدهد (شیمی ۳، صفحههای ۴۴–۴۵).
گام اول: آبکاری فلز با نقره
جسمی که قرار است آبکاری شود، کاتد است. یونهای نقره در سطح آن الکترون میگیرند و به نقرهٔ فلزی تبدیل میشوند:
نشستن نقره روی جسم، باعث افزایش جرم کاتد میشود. در آند نیز تیغهٔ نقره اکسید میشود و جرم آن کاهش مییابد:
این فرایندها در شکل آبکاری کتاب نشان داده شدهاند (شیمی ۳، صفحههای ۶۰–۶۱).
گام دوم: سلول گالوانی هیدروژن ـ مس
پتانسیل کاهش استاندارد الکترود هیدروژن برابر است. با توجه به شرط سؤال، ؛ بنابراین مس پتانسیل کاهش استاندارد بیشتری دارد و در این سلول، کاتد است. این مقایسه بر مبنای پتانسیلهای کاهش استاندارد انجام میشود (شیمی ۳، صفحههای ۴۷–۴۸).
نیمواکنش کاتدی عبارت است از:
با رسوب مس روی الکترود، جرم کاتد افزایش مییابد.
در نیمسلول هیدروژن، واکنش آندی به صورت زیر است:
الکترود این نیمسلول از پلاتین است؛ پلاتین در واکنش مصرف نمیشود و تنها سطح رسانای لازم را فراهم میکند. پس در این آند، نه فلز اکسید میشود و نه جرم الکترود کاهش مییابد (شیمی ۳، صفحههای ۴۷–۴۸).
جمعبندی: در هر دو فرایند، یون فلزی در کاتد کاهش مییابد و فلز روی آن مینشیند؛ در نتیجه جرم کاتد افزایش مییابد. در مقابل، اکسایش فلز و کاهش جرم آند فقط در آبکاریِ توصیفشده رخ میدهند و اکسایش آنیونها در هیچیک از این دو آند رخ نمیدهد.
پاسخ: گزینهٔ ۱
چرا گزینههای دیگر نادرستاند
- گزینهٔ ۲: ممکن است دانشآموز حرکت آنیونها به سوی آند را با اکسایش آنها اشتباه بگیرد. در این دو فرایند، گونهٔ اکسیدشونده در آند بهترتیب نقرهٔ فلزی و گاز هیدروژن است، نه آنیونها.
- گزینهٔ ۳: این گزینه از تعمیم کاهش جرم آندِ نقره در آبکاری به همهٔ آندها ناشی میشود. در سلول هیدروژن ـ مس، هیدروژن اکسید میشود و الکترود پلاتینی مصرف نمیشود؛ بنابراین جرم آند کاهش نمییابد.
- گزینهٔ ۴: در آبکاری با نقره، فلز نقره در آند اکسید میشود؛ اما نمیتوان این رفتار را به سلول هیدروژن ـ مس تعمیم داد. در آند آن سلول، گاز هیدروژن اکسید میشود، نه فلز پلاتین.
راهنمایی قدمبهقدم (پیش از دیدن پاسخ)
- تعریف آند و کاتد را به یاد بیاورید: آند محل اکسایش و کاتد محل کاهش است. سپس شکل آبکاری با نقره در شیمی ۳، صفحههای ۶۰–۶۱ را مرور کنید.
- برای تعیین نقش نیمسلولها در سلول گالوانی، پتانسیل کاهش استاندارد مس را با پتانسیل الکترود استاندارد هیدروژن مقایسه کنید؛ پتانسیل الکترود استاندارد هیدروژن صفر است.
- نیمواکنشهای هر دو سلول را بنویسید و ببینید در کدام الکترود، یون فلزی به فلز جامد تبدیل میشود. دقت کنید که در نیمسلول هیدروژن، پلاتین مصرف نمیشود.