سوال ۱۰۳ شیمی کنکور تجربی ۱۴۰۴ نوبت اول با پاسخ تشریحی

صورت سؤال عبارت «نادرست» را می‌خواهد؛ بنابراین باید درستی هر چهار عبارت را بررسی کنیم.

۱) اثر دما و جرم الکترود
پتانسیل نیم‌سلول به دما وابسته است. کتاب نیز پتانسیل استاندارد را برای شرایط معین، شامل دمای $25^\circ\mathrm{C}$، فشار $1\,\mathrm{atm}$ و غلظت $1\,\mathrm{mol\,L^{-1}}$ معرفی می‌کند (شیمی ۳، صفحهٔ ۴۶–۴۷).
اما پتانسیل یک الکترود فلزی خالص به جرم آن وابسته نیست؛ در دما و غلظت ثابت، افزودن مقداری از همان فلز، پتانسیل نیم‌سلول و در نتیجه نیروی محرکهٔ سلول را تغییر نمی‌دهد. جرم بیشتر الکترود را نباید با پتانسیل بیشتر اشتباه گرفت. پس یکسان دانستن اثر افزایش دما و افزایش جرم الکترود نادرست است.

۲) ارتباط نیروی محرکه با پتانسیل نیم‌سلول فلزی
طبق رابطهٔ کتاب داریم:
$\mathrm{emf}=E^\circ_{\text{کاتد}}-E^\circ_{\text{آند}}$
همچنین پتانسیل استاندارد نیم‌سلول هیدروژن به‌قرارداد صفر است (شیمی ۳، صفحهٔ ۴۶–۴۸).
اگر نیم‌سلول فلزی کاتد باشد:
$\mathrm{emf}=E^\circ_{\mathrm{X}}-0=E^\circ_{\mathrm{X}}$
در این حالت $E^\circ_{\mathrm{X}}>0$ است.
اگر نیم‌سلول فلزی آند باشد:
$\mathrm{emf}=0-E^\circ_{\mathrm{X}}=-E^\circ_{\mathrm{X}}$
در این حالت $E^\circ_{\mathrm{X}}<0$ است. پس در هر دو حالت:
$\mathrm{emf}=\left|E^\circ_{\mathrm{X}}\right|$
بنابراین عبارت دوم درست است.

۳) جهت مهاجرت آنیون‌ها
اگر نیم‌سلول هیدروژن کاتد باشد، نیم‌سلول فلزی آند است. در آند، فلز اکسایش می‌یابد و کاتیون وارد محلول می‌شود؛ در کاتد نیز یون هیدروژن کاهش می‌یابد. برای حفظ خنثی بودن الکتریکی محلول‌ها، آنیون‌ها از نیم‌سلول کاتد، یعنی نیم‌سلول هیدروژن، به نیم‌سلول آند، یعنی نیم‌سلول فلزی، مهاجرت می‌کنند. این همان جهت مهاجرت یونی بیان‌شده در کتاب است؛ پس عبارت سوم درست است (شیمی ۳، صفحهٔ ۴۵–۴۶).

۴) تعیین علامت پتانسیل از روی واکنش کلی
در واکنش داده‌شده، نیم‌واکنش‌ها عبارت‌اند از:
آند: $\mathrm{H_2(g)\rightarrow 2H^+(aq)+2e^-}$
کاتد: $\mathrm{X^{2+}(aq)+2e^-\rightarrow X(s)}$
پس نیم‌سلول فلزی کاتد و نیم‌سلول هیدروژن آند است. در سلول گالوانی، پتانسیل کاهشی کاتد از آند بیشتر است؛ بنابراین:
$E^\circ_{\mathrm{X}}>E^\circ_{\mathrm{SHE}}=0$
پس عبارت چهارم نیز درست است (شیمی ۳، صفحهٔ ۴۵–۴۸).

در نتیجه، تنها عبارت نخست نادرست است.
پاسخ: گزینهٔ ۱