سوال 98 دفترچه (سوال 23 شیمی) رشته ریاضی، تیر 1403

با توجه به شکل داده‌ شده که سلول گالوانی استاندارد تشکیل‌شده از دو نیم‌سلول را نشان می‌دهد، کدام مورد، عبارت زیر را از نظر علمی به ‌درستی کامل می‌کند؟ (Zn=65g.mol^-1)

«اگر X  الکترود …………. باشد، ……………….. .»

۱) Ag ؛ به ازای مبادله‌ 0.02mol الکترون، جرم الکترود روی 1.3 گرم کاهش می‌یابد.

۲) V ؛ جهت حرکت الکترون‌ها با جهت حرکت یون‌های نمک محلول وانادیم، همسو است.

۳) Ag ؛ جهت حرکت کاتیون‌های محلول نقره به سمت الکترود روی است.

۴) V ؛ E⁰ سلول برابر 0.44+ ولت و ⁺Zn² گونه اکسنده است.

پاسخ:

در سلول گالوانی، نیم سلولی که E⁰ کمتری دارد در آند و نیم سلولی که E⁰ بیشتری دارد در کاتد قرار می‌گیرد. حال به بررسی گزینه‌ها برویم؛ با توجه به اینکه یکی از نیم سلول‌ها، دارای الکترود روی (Zn) می‌باشد:

Ag ؛ به ازای مبادله‌ 0.02mol الکترون، جرم الکترود روی 1.3 گرم کاهش می‌یابد:

نادرست است زیرا:

با توجه به وجود Ag و E⁰ بیشتر آن نسبت به Zn پس نیم واکنش آند مربوط به Zn خواهد بود (با توجه به توضیح ابتدای پاسخ) پس نیم واکنش آندی به صورت زیر است:

Zn(s)→Zn²⁺(aq)+2e

پس با استفاده از استوکیومتری به ازای 0.02 مول الکترون، 0.65 گرم از جرم فلز روی کاهش می‌یابد:

V ؛ جهت حرکت الکترون‌ها با جهت حرکت یون‌های نمک محلول وانادیم، همسو است:

نادرست است زیرا: با توجه به کمتر بودن E⁰ وانادیم (V) نسبت به روی (Zn) ، وانادیم نقش آند را داشته و از طریق سیم، جهت حرکت الکترون‌ها از وانادیم به سمت روی است، ولی در محلول، جهت حرکت آنیون‌ها به سمت وانادیم (آند) هست، پس ناهمسو هستند.

Ag ؛ جهت حرکت کاتیون‌های محلول نقره به سمت الکترود روی است:

نادرست است زیرا: نقره، E⁰ بیشتری نسبت به روی داشته پس نقره، نقش کاتد را دارد، و کاتیون‌ها به سمت نقره (کاتد) حرکت می‌کنند، نه به سمت روی (Zn)

V ؛ E⁰ سلول برابر 0.44+ ولت و ⁺Zn² گونه اکسنده است:

درست است زیرا: با توجه به کمتر بودن E⁰ وانادیم (V) نسبت به روی (Zn) ، وانادیم نقش آند را داشته، و E⁰ سلول برابر خواهد بود با تفاضل E⁰ کاتد (روی) و E⁰ آند (وانادیم):

-0.76-(-1.2)=+0.44

از طرفی با توجه به واکنش کلی این سلول (وانادیم-روی):

V(s)+Zn²⁺(aq)→V²⁺(aq)+Zn(s)

⁺Zn² کاهش می‌یابد، پس گونه اکسنده است.

بنابراین پاسخ گزینه 4 خواهد بود.

پیش نیازهای لازم برای پاسخ به این تست:

• احاطه بر مبحث سلول‌های گالوانی
• آشنایی با نام عناصر
• آشنایی با استوکیومتری
• احاطه بر مبحث E⁰

تحلیل تست:

در سری سوال‌های الکتروشیمی باید بر روی مباحث استوکیومتری هم تسلط داشت که این مورد در این تست هم خودنمایی می‌کند.

بخش زیبای تست:

در گزینه اول اگر موازنه بار انجام نشود، این گزینه درست محسوب می‌شود که نشان از ظرافت طراحی تست دارد.

بخش دوست نداشتنی تست:

ندارد، ولی برای زیباتر شدن تست میشد از بحث مدار بیرونی و مدار درونی نیز استفاده شود.