سوال ۲۳۸ شیمی کنکور تجربی ۱۴۰۱ با پاسخ تشریحی

برای بررسی عبارت‌ها، ابتدا تغییر عدد اکسایش عناصر را در واکنش مشخص می‌کنیم. همین واکنش در تمرین باتری روی ـ نقرهٔ کتاب آمده است (شیمی ۳، صفحهٔ ۶۳):

$\mathrm{Zn(s)+Ag_2O(s)\rightarrow ZnO(s)+2Ag(s)}$

عدد اکسایش اکسیژن در هر دو اکسید برابر $-2$ است؛ پس روی از صفر به $+2$ و نقره از $+1$ به صفر می‌رسد:

$\mathrm{Zn:\quad 0\rightarrow +2}$

$\mathrm{Ag:\quad +1\rightarrow 0}$

بنابراین روی اکسایش می‌یابد و نقرهٔ موجود در اکسید نقره کاهش پیدا می‌کند.

عبارت اول: درست است. با استفاده از پتانسیل‌های داده‌شده در چارچوب سؤال، پتانسیل کاهشی نقره بیشتر است؛ بنابراین سمت نقره کاتد و سمت روی آند است. رابطهٔ محاسبهٔ نیروی الکتروموتوری، اختلاف پتانسیل کاهشی کاتد و آند است (شیمی ۳، صفحه‌های ۴۷–۴۸):

$\mathrm{emf}=E^\circ_{\text{کاتد}}-E^\circ_{\text{آند}}$

$\mathrm{emf}=(+0.80)-(-0.76)=1.56\,\mathrm{V}$

عبارت دوم: درست است. روی با افزایش عدد اکسایش، الکترون از دست می‌دهد. گونه‌ای که الکترون می‌دهد و خود اکسایش می‌یابد، کاهنده است؛ پس اتم‌های روی نقش کاهنده دارند. این تشخیص با جایگاه گونهٔ کاهنده در نیم‌واکنش‌های جدول پتانسیل کاهشی نیز سازگار است (شیمی ۳، صفحه‌های ۴۶–۴۷).

عبارت سوم: نادرست است. اکسنده، گونه‌ای است که الکترون می‌گیرد. در این واکنش، نقرهٔ دارای عدد اکسایش $+1$ در ترکیب $\mathrm{Ag_2O}$ الکترون می‌گیرد؛ پس اکسید نقره گونهٔ اکسنده است، نه اتم‌های نقرهٔ فلزی. نقرهٔ فلزی محصول کاهش است (شیمی ۳، صفحه‌های ۴۶–۴۷ و ۶۳).

عبارت چهارم: نادرست است. هرچند روی محل اکسایش و در نتیجه آند است و کاهش در سمت نقره، یعنی کاتد، رخ می‌دهد، علامت قطب‌ها برعکس نوشته شده است. در سلول گالوانیِ در حال کار، آند قطب منفی و کاتد قطب مثبت است.

عبارت پنجم: درست است. هر اتم نقره برای تغییر عدد اکسایش از $+1$ به صفر، یک الکترون می‌گیرد. با استفاده از عدد آووگادرو، مقدار مولی الکترون‌ها برابر است با:

$n(e^-)=\frac{3.01\times10^{20}}{6.02\times10^{23}}=5.00\times10^{-4}\,\mathrm{mol}$

نسبت مولی نقرهٔ تشکیل‌شده به الکترون برابر یک است؛ بنابراین:

$n(\mathrm{Ag})=5.00\times10^{-4}\,\mathrm{mol}$

$m(\mathrm{Ag})=nM=(5.00\times10^{-4})(108)=0.054\,\mathrm{g}=54\,\mathrm{mg}$

در نتیجه، عبارت‌های اول، دوم و پنجم درست‌اند و در مجموع سه عبارت درست داریم.

پاسخ: گزینهٔ ۳