سوال ۹۷ شیمی کنکور تجربی ۱۴۰۲ نوبت دوم با پاسخ تشریحی

برای پاسخ باید میان «ولتاژ سلول» و «مقدار مادۀ قابل مصرف در سلول» تفاوت بگذاریم. همچنین مقدار $E^\circ=+0.76\,\mathrm{V}$ مربوط به شرایط استاندارد است، نه همۀ شرایط ممکن. در کتاب، پتانسیل‌های استاندارد در دمای $25^\circ\mathrm{C}$، فشار $1\,\mathrm{atm}$ و غلظت $1\,\mathrm{mol\,L^{-1}}$ برای محلول الکترولیت‌ها گزارش شده‌اند (شیمی ۳، صفحه‌های ۴۶–۴۷).

واکنش سلول عبارت است از:
$\mathrm{Zn(s)+2H^+(aq)\rightarrow Zn^{2+}(aq)+H_2(g)}$

اکنون موارد را جداگانه بررسی می‌کنیم:

• افزایش غلظت $\mathrm{H^+}$: مؤثر است. یون هیدروژن در نیم‌سلول کاتدی مصرف می‌شود و پتانسیل این نیم‌سلول به غلظت آن وابسته است. با ثابت بودن سایر شرایط، افزایش غلظت این یون، ولتاژ سلول را افزایش می‌دهد.

• افزودن یکی از نمک‌های روی: مؤثر است. منظور، افزودن نمک محلول روی و افزایش غلظت $\mathrm{Zn^{2+}}$ است. این یون فرآوردۀ واکنش سلول است و افزایش غلظت آن، با ثابت بودن سایر شرایط، ولتاژ سلول را کاهش می‌دهد.

• بالا رفتن دما: مؤثر است. ولتاژ سلول به دما وابسته است؛ به همین دلیل، دما از شرایط مشخص‌شده برای گزارش پتانسیل استاندارد است (شیمی ۳، صفحه‌های ۴۶–۴۷). برای این پرسش کافی است بدانیم دما ولتاژ را تغییر می‌دهد و نیازی به تعیین جهت تغییر نیست.

• به‌کار بردن الکترود روی با جرم بیشتر: مؤثر نیست. پتانسیل یک الکترود جامد خالص به جرم آن وابسته نیست؛ بنابراین، تا زمانی که الکترود روی وجود دارد و سایر شرایط یکسان است، روی بیشتر ولتاژ را تغییر نمی‌دهد. جرم بیشتر می‌تواند مقدار مادۀ قابل مصرف و در نتیجه مدت کارکرد سلول را افزایش دهد، نه ولتاژ آن را.

پس سه مورد نخست سبب تغییر ولتاژ می‌شوند و مورد آخر اثری بر آن ندارد.

پاسخ: گزینهٔ ۳