سوال ۹۹ شیمی کنکور تجربی ۱۴۰۵ با پاسخ تشریحی

۱. تعیین آند و کاتد
پتانسیل کاهشی استاندارد نقره از آلومینیم بیشتر است:
$E^\circ(\mathrm{Ag^+/Ag})=+0.80\,\mathrm{V}>E^\circ(\mathrm{Al^{3+}/Al})=-1.66\,\mathrm{V}$
بنابراین یون نقره در کاتد کاهش می‌یابد و آلومینیم در آند اکسایش پیدا می‌کند (شیمی ۳، صفحهٔ ۴۶–۴۷):
آند: $\mathrm{Al(s)\rightarrow Al^{3+}(aq)+3e^-}$
کاتد: $\mathrm{Ag^+(aq)+e^-\rightarrow Ag(s)}$

۲. بررسی شمار یون‌های کاهش‌یافته
طبق نیم‌واکنش کاتدی، هر یون نقره برای تبدیل‌شدن به اتم نقره، یک الکترون دریافت می‌کند. بنابراین شمار یون‌های نقرهٔ کاهش‌یافته دقیقاً با شمار الکترون‌های مبادله‌شده برابر است؛ پس گزارهٔ چهارم درست است. نیم‌واکنش کاهش نقره نیز در جدول کتاب به همین صورت آمده است (شیمی ۳، صفحهٔ ۴۶–۴۷).

۳. بررسی جهت حرکت آنیون‌ها
الکترون‌ها از آند آلومینیمی، از راه مدار بیرونی، به کاتد نقره‌ای می‌روند. در مقابل، آنیون‌ها برای حفظ خنثی‌بودن الکتریکی محلول‌ها از نیم‌سلول کاتدی به سوی نیم‌سلول آندی مهاجرت می‌کنند؛ پس جهت این دو حرکت همسو نیست و گزارهٔ اول نادرست است (شیمی ۳، صفحهٔ ۴۵–۴۶).

۴. بررسی مقدار کل یون نیترات
یون نیترات در نیم‌واکنش‌های الکترودی تولید یا مصرف نمی‌شود و نقش یون تماشاگر دارد. مهاجرت آن می‌تواند مقدار نیترات هر نیم‌سلول را تغییر دهد، اما مجموع شمار مول‌های آن در دو نیم‌سلول ثابت می‌ماند؛ بنابراین گزارهٔ دوم نادرست است.

۵. بررسی تغییر جرم تیغه‌ها
با هم‌تعدادکردن الکترون‌های دو نیم‌واکنش، واکنش کلی به دست می‌آید:
$\mathrm{Al(s)+3Ag^+(aq)\rightarrow Al^{3+}(aq)+3Ag(s)}$
پس به‌ازای مصرف $1\,\mathrm{mol}$ آلومینیم، $3\,\mathrm{mol}$ نقره رسوب می‌کند. مطابق توضیح کتاب، جرم تیغهٔ آند کم و جرم تیغهٔ کاتد زیاد می‌شود (شیمی ۳، صفحهٔ ۴۴–۴۶). نسبت مقدار افزایش جرم نقره به مقدار کاهش جرم آلومینیم برابر است با:
$\dfrac{\Delta m_{\mathrm{Ag}}}{|\Delta m_{\mathrm{Al}}|}=\dfrac{3\times108}{1\times27}=12$
بنابراین افزایش جرم نقره دوازده برابر کاهش جرم آلومینیم است، نه چهار برابر؛ پس گزارهٔ سوم نیز نادرست است.

پاسخ: گزینهٔ ۴