أسئلة: التحليل الكهربائي (2) كمية الكهرباء وخليتان تحليليتان

الإجابة الصحيحة: $m = Z \times I \times t$

كتلة المادة المترسبة تتناسب طرديًا مع كمية الكهرباء ($Q=It$) والمكافئ الكهروكيميائي ($Z$)، أي $m=ZIt$.

الإجابة الصحيحة: كمية الكهرباء المارة

في التوصيل على التوالي، يمر نفس التيار الكهربي عبر جميع أجزاء الدائرة، لذا تتساوى كمية الكهرباء ($Q$) المارة في كل خلية.

الإجابة الصحيحة: الأنود (+)

يُجعل لوح النحاس غير النقي هو الأنود ليحدث له أكسدة ويذوب في المحلول، بينما يترسب النحاس النقي على الكاثود.

الإجابة الصحيحة: ترسبات الفلزات الأقل نشاطاً مثل الفضة والذهب

الفلزات الأقل نشاطاً من النحاس لا تذوب عند الأنود بل تسقط في قاع الخلية وتسمى طمي الأنود.

الإجابة الصحيحة: 0.1 مول

تفاعل الكاثود هو $Ag^+ + e^- \rightarrow Ag$، لذا فإن ترسيب 1 مول من الفضة يتطلب 1 مول من الإلكترونات.

الإجابة الصحيحة: 2 فاراداي

بما أن التفاعل يحتاج 2 مول من الإلكترونات لكل مول من النحاس، فإن كمية الكهرباء المطلوبة هي 2 فاراداي.

الإجابة الصحيحة: $64 / 2F$

$Z = \frac{\text{الكتلة المولية}}{nF} = \frac{64}{2F}$.

الإجابة الصحيحة: تختزل عند الكاثود

تكتسب أيونات $Cu^{2+}$ الإلكترونات عند الكاثود وتترسب على هيئة ذرات نحاس نقي.

الإجابة الصحيحة: 1 مول

بما أن ثابت فاراداي $F = 9.65 \times 10^4$ C/mol، فإن 96500 كولوم تعادل 1 مول من الإلكترونات.

الإجابة الصحيحة: تزداد الكتلة

يترسب النحاس النقي الناتج من ذوبان الأنود على الكاثود، مما يؤدي لزيادة كتلته.

الإجابة الصحيحة: توصيل الأيونات بين الأقطاب

المحلول الإلكتروليتي (كبريتات النحاس الحمضية) يعمل كوسيط لنقل أيونات النحاس من الأنود إلى الكاثود.

الإجابة الصحيحة: الكتلة المترسبة = الكتلة المولية

بما أن $n=1$، فإن 1 فاراداي (1 مول إلكترون) يرسب 1 مول من الذرات، أي الكتلة المولية كاملة.

الإجابة الصحيحة: $0.200\ \text{mol}$

$t=1930\ \text{s}$، و$Q=10\times1930=1.93\times10^4\ \text{C}$، و$n(e^{-})=\frac{1.93\times10^4}{9.65\times10^4}=0.200\ \text{mol}$. الخيار $3.32\times10^{-3}$ ناتج عن نسيان تحويل الدقائق إلى ثوانٍ.

الإجابة الصحيحة: $1930\ \text{s}$

$n(\text{Cu})=0.050\ \text{mol}$، فيلزم $0.10\ \text{mol}$ إلكترونات، و$Q=0.10\times9.65\times10^4=9650\ \text{C}$، و$t=\frac{9650}{5.0}=1930\ \text{s}$.

الإجابة الصحيحة: الخارصين والحديد

الفلزات الأنشط من النحاس تتأكسد وتذوب لكنها لا تُختزل عند الكاثود، أما الأقل نشاطًا فتتجمع طميًا أسفل الأنود.

عند الأنود، يذوب النحاس وبعض الشوائب الأكثر نشاطاً، بينما تبقى الشوائب الأقل نشاطاً (مثل الفضة والذهب) كطمي. عند الكاثود، تترسب أيونات النحاس فقط لأن جهد اختزالها أعلى من الفلزات الأخرى الموجودة في المحلول، مما يضمن ترسيب نحاس نقي جداً.

1. عدد مولات الفضة = 10.8 / 108 = 0.1 مول. 2. بما أن $Ag^+ + e^- \rightarrow Ag$، فإن عدد مولات الإلكترونات = 0.1 مول. 3. في الخلية الأولى $Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu$، يلزم 2 مول إلكترون لترسيب 1 مول نحاس، لذا نحتاج 0.05 مول نحاس. 4. كتلة النحاس = 0.05 * 64 = 3.2 جرام.

1. عدد مولات النحاس = 1.6 / 64 = 0.025 مول. 2. التفاعل $Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu$ يعني أننا نحتاج 2 مول إلكترون لكل مول نحاس. 3. عدد مولات الإلكترونات = 0.025 * 2 = 0.05 مول. 4. كمية الكهرباء = 0.05 * 96500 = 4825 كولوم.

الفلزات الأكثر نشاطاً تذوب عند الأنود وتدخل في المحلول كأيونات ولا تترسب عند الكاثود. أما الفلزات الأقل نشاطاً فلا تذوب عند الأنود بل تسقط في قاع الخلية على هيئة طمي الأنود.

الأنود (أكسدة): $Cu(s) \rightarrow Cu^{2+}(aq) + 2e^-$. الكاثود (اختزال): $Cu^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow Cu(s)$.

سيبدأ النحاس النقي في الذوبان عند الأنود ويترسب على الكاثود (غير النقي)، مما يعني أن النحاس النقي سيتلوث بالشوائب الموجودة في القطب الآخر، وبذلك تفشل عملية التنقية تماماً.