مرداد ۱۴۰۵

امتحان نهایی شیمی ۳

سوالات و پاسخ‌های تشریحی امتحان نهایی شیمی ۳
همراه با بارم‌بندی و نکات کلیدی

۲۰ بارم کل۱۶ تعداد سوال۱۲۰ دقیقه زماندانلود PDF

سوال ۹ — سؤال ۹ امتحان نهایی شیمی ۳ — مرداد ۱۴۰۵

۱.۲۵ بارم

نمودار زیر مربوط به تغییر غلظت یون‌ها در یک سلول گالوانی در بخشی از زمان است:

زمانغلظت مولی

آ) شکل زیر یک ورقهٔ آهنی را نشان می‌دهد که با لایهٔ نازکی از کروم پوشیده شده است. بر اثر ایجاد خراش در سطح این ورقه، کدام فلز، آهن (Fe\mathrm{Fe}) یا کروم (Cr\mathrm{Cr})، اکسید می‌شود؟ چرا؟

ورقهٔ آهن (Fe) که لایهٔ نازکی از کروم (Cr) روی آن کشیده شده و یک قطرهٔ آب روی سطح آن نشسته است

ب) در فرایند آبکاری یک حلقهٔ آهنی با فلز کروم، حلقه به کدام قطب (مثبت یا منفی) سلول الکترولیتی متصل است؟ محلول الکترولیت حاوی کدام یون (Cr2+\mathrm{Cr^{2+}} یا Fe2+\mathrm{Fe^{2+}}) است؟

دیدن پاسخپاسخ این سوال همراه با حل تشریحی و نکات آموزشی
در یک قدمی شماست!
پاسخ تشریحیبستن پاسخ

آ) کروم (Cr\mathrm{Cr})؛ مطابق نمودار، کروم اکسید شده و غلظت کاتیون Cr2+\mathrm{Cr^{2+}} در محلول افزایش یافته است؛ بنابراین قدرت کاهندگی کروم از آهن بیشتر است.

ب) قطب منفی — یون Cr2+\mathrm{Cr^{2+}}

راه‌حل قدم‌به‌قدم

آ) در نمودار، غلظت Cr2+\mathrm{Cr^{2+}} با گذشت زمان زیاد می‌شود؛ یعنی فلز کروم الکترون از دست می‌دهد و به صورت یون وارد محلول می‌شود (اکسایش). در همان حال غلظت Fe2+\mathrm{Fe^{2+}} کم می‌شود؛ یعنی این یون‌ها الکترون می‌گیرند و به آهن تبدیل می‌شوند (کاهش):

Cr(s)+Fe2+(aq)→Cr2+(aq)+Fe(s)\mathrm{Cr(s) + Fe^{2+}(aq) \rightarrow Cr^{2+}(aq) + Fe(s)}

پس کروم کاهندهٔ قوی‌تری از آهن است و تمایل بیشتری به اکسایش دارد. وقتی سطح ورقه خراش برمی‌دارد و آب به هر دو فلز می‌رسد، فلزی که کاهندهٔ قوی‌تری است یعنی کروم اکسید می‌شود و آهن زیر آن محفوظ می‌ماند.

ب) در آبکاری، جسمی که باید روکش شود کاتد سلول است؛ در کاتد یون‌های فلز روکش الکترون می‌گیرند و به صورت فلز روی جسم می‌نشینند. کاتد سلول الکترولیتی به قطب منفی منبع برق وصل است. چون می‌خواهیم روی حلقه کروم بنشیند، محلول الکترولیت باید یون‌های کروم یعنی Cr2+\mathrm{Cr^{2+}} داشته باشد:

Cr2+(aq)+2e−→Cr(s)\mathrm{Cr^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow Cr(s)}
این پاسخ مفید بود؟