في النهاية ستتمكن من
- التمييز بين التحليل الكهربائي وعمود يشتغل تلقائياً.
- استعمال قانون فاراداي لترسيب فلز.
- مراعاة مردود فارادايي معطى.
قبل أن تبدأ
الأكسدة والاختزال والشحنة Q=IΔt وكمية المادة والكتلة المولية.
افهم
الحفاظ على تعريف التفاعلات
يفرض مولد في المحلل الكهربائي تحولاً كهروكيميائياً يحتاج إلى طاقة مقدمة. تحدث الأكسدة عند الأنود والاختزال عند الكاثود حسب التعريف العام للقطبين. في المحلل البسيط المدروس يرتبط الأنود بقطب المولد الموجب والكاثود بالسالب.
عد الإلكترونات
لتيار ثابت، Q=IΔt حيث I بالأمبير وΔt بالثانية. كمية الإلكترونات المتبادلة ne=Q/F، مع F≈96500 C/mol. للتفاعل Cu²⁺+2e⁻→Cu يلزم مولان من الإلكترونات لكل مول نحاس، ومنه nCu=Q/(2F) إذا خصص التيار كله لهذا الترسيب. الكتلة المترسبة mCu=nCu MCu.
تحديد حدود النموذج
قد تتنافس تفاعلات مختلفة في محلول مائي حسب الأنواع والأقطاب والشروط. يفترض الحساب أن التفاعل الكاثودي المعطى هو المتتبع فعلاً. مع مردود فارادايي η، نجد nCu=ηQ/(2F). يمثل هذا المردود نسبة التيار المفيد وليس المردود الطاقي الإجمالي للجهاز.
مثال محلول خطوة بخطوة
يمر تيار ثابت 0,500 A خلال 1930 s. يرسب الكاثود النحاس وفق Cu²⁺+2e⁻→Cu بمردود فارادايي 100 %. خذ MCu=63,5 g/mol واحسب الكتلة المترسبة.
- Q=IΔt=0,500×1930=965 C.
- ne=965/96500=0,0100 mol من الإلكترونات.
- nCu=0,0100/2=0,00500 mol.
- mCu=0,00500×63,5=0,3175 g، أي حوالي 0,318 g. يأتي العامل 2 من نصف المعادلة.
حان دورك
تمرين 1
لشحنة 1930 C ومردود 100 %، ما كمية Cu المترسبة وفق نصف المعادلة نفسها؟
تلميح
اقسم Q على 2F.
عرض التصحيح
nCu=1930/(2×96500)=0,0100 mol.
تمرين 2
للشحنة 1930 C نفسها، المردود الفارادايي 80 %. احسب الكتلة مع MCu=63,5 g/mol.
تلميح
طبق η=0,80 على الكمية النظرية.
عرض التصحيح
nCu=0,80×0,0100=0,00800 mol وmCu=0,00800×63,5=0,508 g.
تمرين 3
عند ثبات التيار والمردود وعدم نفاد الأيونات والشروط نفسها، نضاعف المدة. كيف تتغير الكتلة المترسبة؟
تلميح
تتناسب Q مع المدة.
عرض التصحيح
تتضاعف الكتلة وفق النموذج، ولا يضمن ذلك إذا تغيرت الشروط أو التفاعلات المنافسة.
أخطاء ينبغي تجنبها
- استعمل الثانية للحصول على Q بالكولوم.
- استخرج عدد الإلكترونات من نصف المعادلة لا من الشحنة النهائية للفلز وحدها.
- لا تخلط المردود الفارادايي والمردود الطاقي.
اختبر فهمك
مرجع علمي
بطاقة أصلية من Dars +. المراجع للتحقق من المفاهيم دون إعادة نشر دروس أو تمارين الغير. تغطي هذه المجموعة مفاهيم مختارة ولا تمثل مقرراً رسمياً شاملاً. تأكد مع أستاذك من ملاءمتها لمقرر قسمك.
OpenStax — الكيمياء ↗المرجع بالإنجليزية. الشروح والتمارين الأصلية بالعربية والفرنسية.