تلخيص وحدة الكيمياء الكهربائية ثاني عشر عام

الصف 12 متقدم 

أوراق عمل الترم الثاني الكيمياء الكهربائية

اسم الطالب / 

القسم 1 الخلايا الفولتية . 

– تتضمن تفاعلات الأكسدة – اختزال تغيرات في الطاقة , وأيضا انتقال إلكترونات , لذا يمكن تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية والطاقة الكهربائية إلى طاقة كيميائية

– الكيمياء الكهربائية هي دراسة عمليات الأكسدة والاختزال والتي يتم خلالها تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية والعكس الكهروكيميائية عمليات مفيدة في مجال الصناعة كما تعتبر ذات أهمية كبرى في الوظائف الأحيائية 

الخلايا الفولتية 

– الفكرة الرئيسة : تحدث الأكسدة في الخلايا الفولتية عند الأنود , مما يؤدي إلى إنتاج الكترونات والتي تتدفق إلى الكاثود فيحدث الاختزال .

– عند وضع لوح خارصين في محلول كبريتات نحاس (II) يقل اللون الأزرق للمحلول ويتكون راسب أحمر على الساق ؟ 

يتأكسد الخارصين …………… وتختزل كاتيونات النحاس …………… 

التفاعل الكامل …………… تنتقل الإلكترونات من ذرات الخارصين إلى أيونات النحاس …………… ويقل اللون الأزرق للمحلول لنقص كاتيونات النحاس الزرقاء ….. ويترسب ذرات نحاس لونها أحمر على الساق

س / فسر : لا تتولد طاقة كهربائية في الشكل المجاور ؟ 

يرجع السبب في هذا إلى أنه عند تأكسد الخارصين , تتراكم أيونات الخارصين الموجبة حول القطب الكهربائي للخارصين 

وبينما يتم اختزال أيونات النحاس في محلول كبريتات النحاس ، تتراكم أيونات الكبريتات السالبة حول القطب الكهربائي للنحاس. ويمنع تراكم الشحنات استمرار التفاعل 

– الخلية الكهروكيميائية هي جهاز يستخدم تفاعل الأكسدة والاختزال لإنتاج الطاقة الكهربائية أو يستخدم الطاقة الكهربائية لإحداث تفاعل كيميائي

– الخلية الفولتية هي نوع من أنواع الخلايا الكهروكيميائية التي تحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية من خلال تفاعل الأكسدة والاختزال التلقائي

– القنطرة الملحية هي مسار للحفاظ على تعادل المحلول حيث يسمح بمرور الأيونات من جهة إلى الأخرى 

– ارسم الخلية الفولتية المكونة من قطب خارصين وقطب نحاس كاملة البيانات وصف عملها ؟ Mr Sami 

1 / التفاعل النصفي للأكسدة (الأنود) :

2 / التفاعل النصفي للاختزال (الكاثود)

3 / التفاعل النهائي للخلية

4 / ترميز الخلية (الرمز الاصطلاحي) :

5 / العامل المختزل

6 / العامل المؤكسد

ملاحظات على عمل الخلية الفولتية

– قطب الخارصين (الأنود) يذوب وتقل كتلته ويزداد تركيز كاتيونات+2 Zn(بسبب تأكسد ذرات الخارصين وتحولها إلى أيونات خارصين ذائبة) 

– وقطب النحاس (الكاثود) تزداد کتلته ويقل تركيز كاتيونات+2Cu (لاختزال أيونات النحاس إلى ذرات النحاس تترسب على القطب)

– تتحرك الإلكترونات من قطب الأنود Zn عبر السلك إلى قطب الكاثود Cu ثم إلى أيونات +2Cu الموجودة عند سطح التلامس بين القطب والمحلول

– تنتقل الشحنة عبر الحاجز بواسطة كاتيونات +2 Znالمتحركة من نصف خلية الأكسدة إلى نصف خلية الاختزال . (تتحرك نحو الكاثود) وانيونات SO42- المتحركة من نصف خلية الاختزال إلى نصف خلية الأكسدة . (تتحرك نحو الأنود) 

– تكسب أيونات النحاس II عند الكاثود إلكترونات بسهولة أكبر مقارنة بايونات الخارصين عند الأنود لذلك ، يحدث تفاعل الأكسدة والاختزال تلقائيا

– القطب والإلكتروليت يكونان نصف خلية , يصل بين القطبين سلك , ويفصل بين الإلكتروليتين حاجز مسامي 

القطب (الالكترود) : هو مادة موصلة للكهرباء ، عادة ما تكون شريطا فلزيا أو ساق من الجرافيت والذي يوصل الإلكترونات داخل وخارج المحلول في الخلية النصفية . 

الأنود (المصعد) : هو القطب (الإلكترود) الذي تحدث عنده عملية الأكسدة . 

الكاثود (المهبط) : هو القطب (الإلكترود) الذي تحدث عنده عملية الاختزال . 

نصف الخلية : هو القطب المنفرد المغمور في محلول يحتوي على أيوناته (الكتروليت) . 

مثال : Zn في محلول و Cu , ZnSO4 في محلول , CuSO4

– الطاقة الكهربائية الكامنة تعتبر مقياس لمقدار التيار الذي يمكن توليده من الخلية الفولتية للقيام بالشغل .

– يمكن للشحنة الكهربائية الانتقال بين نقطتين فقط عندما يوجد اختلاف في الطاقة الكهربائية الكامنة بينهما . 

– في الخلية الكهروكيميائية : الإلكترونات المتولدة عند الأنود (جانب التأكسد) يتم دفعها أو تحريكها نحو الكاثود بواسطة EMF

– القوة الدافعة الكهربائية : (جهد الخلية) EMF : هي قوة تتولد نتيجة للفرق في الطاقة الكهربائية الكامنة بين القطبين

– الفولت هو وحدة قياس جهد الخلية (و هو الطاقة الكامنة لكل وحدة شحنة) 

– فرق الجهد الكهربائي للخلية الفولتية يعتبر مؤشرا للطاقة المتوفرة لتحريك الإلكترونات من الأنود إلى الكاثود . 

– يتم تحديد طاقة الإلكترونات المتدفقة من الأنود إلى الكاثود في الخلية الفولتية من خلال فرق الطاقة الكامنة الكهربائية بين القطبين

– يتم تحديد جهد الخلية بمقارنة الفرق بين ميل كلا القطبين لاكتساب الإلكترونات 

– كلما زاد الفرق ، زاد فرق الطاقة الكامنة بين القطبين وزاد جهد الخلية 

– ارسم الخلية الفولتية (كهروكيميائية) كاملة البيانات واكتب التفاعلات AL/AL3+//Cu2+/Cu؟ 

حساب جهود الخلايا الكهروكيميائية 

جهد الاختزال : ميل المادة لاكتساب إلكترونات . 

التيار الكهربائي : حركة الإلكترونات خلال موصل . ويعبر عنه بوحدة الأمبير (A) 

فرق الجهدر (الفولتية) : قياس للطاقة الضرورية لتحريك شحنة كهربائية عبر الخلية 

– يتم قياس فرق الجهد عبر خلية الفولتية الكاملة وهو يساوي مجموع جهد القطبين للتفاعلين النصفيين 

س / لا يمكن قياس جهد قطب بمفرده مباشرة , لأنه لا يمكن انتقال الإلكترونات إلا إذا تم توصيل الأنود والكاثود لتكوين دائرة كاملة ويمكن تحديد القيمة النسبية لجهد التفاعل النصفي عبر وصله بنصف خلية قياسية كمرجع وأشهرها قطب الهيدروجين القياسي SHE