سؤال ۱۱ امتحان نهایی شیمی ۳ — مرداد ۱۴۰۳

Question

جهت حفاظت لوله‌های آهنی انتقال نفت در فاصله‌های معین از برخی فلزها استفاده می‌شود. با توجه به جدول پتانسیل کاهشی استاندارد، در موقعیت M کدام فلز(ها) مناسب می‌باشد؟ چرا؟ نیم‌واکنش کاهش E^\circ\ (\mathrm{V}) --- --- \mathrm{Fe^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow Fe(s)} -0.44 \mathrm{Sn^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow Sn(s)} -0.14 \mathrm{Mg^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow Mg(s)} -2.37 \mathrm{Cu^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow Cu(s)} +0.34 \mathrm{Al^{3+}(aq) + 3e^- \rightarrow Al(s)} -1.66

Accepted Answer

منیزیم و آلومینیم؛ زیرا این فلزات پتانسیل کاهشی منفی‌تری از آهن دارند (یا قدرت کاهندگی بیشتری از آهن دارند) و خودشان اکسید می‌شوند و از اکسایش آهن پیشگیری می‌کنند.

در این روش (حفاظت کاتدی)، فلز دیگری را با سیم به لولهٔ آهنی وصل می‌کنند تا به جای آهن اکسید شود و خورده شود. برای این کار، فلز M باید کاهندهٔ قوی‌تری از آهن باشد؛ یعنی $E^\circ$ کاهشی آن از آهن ( $-0.44\ \mathrm{V}$ ) کمتر باشد.

فلزهای جدول را با آهن مقایسه می‌کنیم:

منیزیم: $-2.37\ \mathrm{V}$ ← کمتر از آهن، مناسب است.
آلومینیم: $-1.66\ \mathrm{V}$ ← کمتر از آهن، مناسب است.
قلع: $-0.14\ \mathrm{V}$ ← بیشتر از آهن، مناسب نیست.
مس: $+0.34\ \mathrm{V}$ ← بیشتر از آهن، مناسب نیست.

پس منیزیم و آلومینیم مناسب‌اند: این فلزها الکترون می‌دهند و اکسید می‌شوند و الکترون‌ها از راه سیم به لولهٔ آهنی می‌رسند؛ در نتیجه آهن اکسید نمی‌شود. اگر قلع یا مس را وصل کنیم، برعکس، آهن فلز فعال‌تر است و زودتر خورده می‌شود.

نیم‌واکنش کاهش	$E^\circ\ (\mathrm{V})$
$\mathrm{Fe^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow Fe(s)}$	$-0.44$
$\mathrm{Sn^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow Sn(s)}$	$-0.14$
$\mathrm{Mg^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow Mg(s)}$	$-2.37$
$\mathrm{Cu^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow Cu(s)}$	$+0.34$
$\mathrm{Al^{3+}(aq) + 3e^- \rightarrow Al(s)}$	$-1.66$

سوال ۱۱ — سؤال ۱۱ امتحان نهایی شیمی ۳ — مرداد ۱۴۰۳

راه‌حل قدم‌به‌قدم

نظرت دربارهٔ این سؤال چیه؟