7.12: تمرینات

Last updated
Save as PDF

Page ID: 216217

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)

\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)

\( \newcommand{\dsum}{\displaystyle\sum\limits} \)

\( \newcommand{\dint}{\displaystyle\int\limits} \)

\( \newcommand{\dlim}{\displaystyle\lim\limits} \)

\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)

\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)

\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)

\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)

\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)

\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)

\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)

\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)

\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)

\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)

\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)

\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)

\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)

\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)

\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)

\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)

\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)

\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)

\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)

\(\newcommand{\longvect}{\overrightarrow}\)

\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)

\(\newcommand{\avec}{\mathbf a}\) \(\newcommand{\bvec}{\mathbf b}\) \(\newcommand{\cvec}{\mathbf c}\) \(\newcommand{\dvec}{\mathbf d}\) \(\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}\) \(\newcommand{\evec}{\mathbf e}\) \(\newcommand{\fvec}{\mathbf f}\) \(\newcommand{\nvec}{\mathbf n}\) \(\newcommand{\pvec}{\mathbf p}\) \(\newcommand{\qvec}{\mathbf q}\) \(\newcommand{\svec}{\mathbf s}\) \(\newcommand{\tvec}{\mathbf t}\) \(\newcommand{\uvec}{\mathbf u}\) \(\newcommand{\vvec}{\mathbf v}\) \(\newcommand{\wvec}{\mathbf w}\) \(\newcommand{\xvec}{\mathbf x}\) \(\newcommand{\yvec}{\mathbf y}\) \(\newcommand{\zvec}{\mathbf z}\) \(\newcommand{\rvec}{\mathbf r}\) \(\newcommand{\mvec}{\mathbf m}\) \(\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}\) \(\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}\) \(\newcommand{\real}{\mathbb R}\) \(\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}\) \(\newcommand{\bcal}{\cal B}\) \(\newcommand{\ccal}{\cal C}\) \(\newcommand{\scal}{\cal S}\) \(\newcommand{\wcal}{\cal W}\) \(\newcommand{\ecal}{\cal E}\) \(\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}\) \(\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}\) \(\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}\) \(\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}\) \(\newcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\col}{\text{Col}}\) \(\renewcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\nul}{\text{Nul}}\) \(\newcommand{\var}{\text{Var}}\) \(\newcommand{\corr}{\text{corr}}\) \(\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}\) \(\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}\) \(\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}\) \(\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}\) \(\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}\) \(\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}\) \(\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}\) \(\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}\) \(\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}\) \(\newcommand{\lt}{<}\) \(\newcommand{\gt}{>}\) \(\newcommand{\amp}{&}\) \(\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}\)

۱.

هر نیمه واکنش زیر را به عنوان اکسیداسیون یا کاهش شناسایی کنید.

۲.

هر نیمه واکنش زیر را به عنوان اکسیداسیون یا کاهش شناسایی کنید.

۳.

با فرض اینکه هر جفت نیم واکنش زیر در یک محلول اسیدی اتفاق می افتد، یک معادله متعادل برای واکنش کلی بنویسید.

۴.

معادلات زیر را با فرض اینکه در یک محلول اسیدی اتفاق می افتد متعادل کنید.

۵.

اکسیدان و کاهش دهنده هر واکنش تمرین قبلی را شناسایی کنید.

۶.

معادلات زیر را با فرض اینکه در یک راه حل اساسی رخ می دهند متعادل کنید.

۷.

اکسیدان و کاهش دهنده هر واکنش تمرین قبلی را شناسایی کنید.

۸.

چرا یون های هیدروکسید در معادلات نیمه واکنش هایی که در محلول اسیدی اتفاق می افتد ظاهر نمی شوند؟

۹.

چرا یون های هیدروژن در معادلات نیمه واکنش هایی که در محلول اساسی اتفاق می افتد ظاهر نمی شوند؟

۱۰.

چرا باید بار در واکنش های کاهش اکسیداسیون تعادل برقرار کند؟

۱۱.

طرح های سلولی را برای واکنش های سلولی زیر بنویسید، با استفاده از پلاتین به عنوان یک الکترود بی اثر در صورت نیاز.

۱۲.

با فرض اینکه شماتیک های زیر سلول های گالوانیک را به صورت نوشته شده نشان می دهند، واکنش های نیمه سلولی رخ داده در هر کدام را شناسایی می کنند.

۱۳.

یک معادله متعادل برای واکنش سلولی هر سلول در تمرین قبلی بنویسید.

۱۴.

هر واکنش زیر را متعادل کنید و یک شماتیک سلولی بنویسید که واکنش را همانطور که در یک سلول گالوانیک رخ می دهد نشان می دهد.

۱۵.

شناسایی اکسیدان و کاهش دهنده در هر واکنش از تمرین قبلی.

۱۶.

از اطلاعات ارائه شده، از نماد سلول برای توصیف سیستم های زیر استفاده کنید:

در یک نیم سلول، محلول Pt (NO ₃) ₂ فلز Pt را تشکیل می دهد، در حالی که در نیمه سلول دیگر، فلز Cu به یک محلول Cu (NO ₃) ₂ با تمام غلظت های حل شده 1 M می رود.
کاتد شامل یک الکترود طلا در محلول 0.55 M Au (NO _{3) ₃} و آند یک الکترود منیزیم در محلول 0.75 M Mg (NO ₃) ₂ است.
یک نیم سلول شامل یک الکترود نقره ای در محلول 1 M AgNO ₃ است و در نیمه سلول دیگر، یک الکترود مس در 1 M Cu (NO ₃) ₂ اکسید شده است.

۱۷.

چرا یک پل نمکی در سلول های گالوانیک مانند شکل 17.3 ضروری است؟

۱۸.

یک الکترود فعال (فلزی) برای به دست آوردن جرم یافت شد زیرا واکنش کاهش اکسیداسیون اجازه داده شد تا ادامه یابد. الکترود آند بود یا کاتد؟ توضیح بده

۱۹.

مشخص شد که یک الکترود فعال (فلزی) جرم خود را از دست می دهد زیرا واکنش کاهش اکسیداسیون مجاز به ادامه بود. الکترود آند بود یا کاتد؟ توضیح بده

۲۰.

جرم سه الکترود (A، B و C)، هر کدام از سه سلول گالوانیک مختلف، قبل و بعد از اینکه سلولها اجازه عبور جریان را برای مدتی دریافت کردند، اندازهگیری شد. جرم الکترود A افزایش یافت، الکترود B بدون تغییر بود و الکترود C کاهش یافت. هر الکترود را به عنوان فعال یا بی اثر شناسایی کنید و توجه داشته باشید (در صورت امکان) که آیا به عنوان آند یا کاتد عمل می کند.

۲۱.

پتانسیل سلول استاندارد را برای هر واکنش زیر محاسبه کنید و توجه داشته باشید که آیا واکنش در شرایط استاندارد حالت خود به خودی است یا خیر.

۲۲.

۲۳.

واکنش سلول متعادل را برای شماتیک سلول در زیر بنویسید، پتانسیل سلول استاندارد را محاسبه کنید و توجه داشته باشید که آیا واکنش در شرایط حالت استاندارد خود به خودی است یا خیر.

۲۴.

تعیین واکنش سلول و پتانسیل سلول استاندارد در دمای 25 درجه سانتیگراد برای یک سلول ساخته شده از نیم سلول کاتد متشکل از یک الکترود نقره در محلول نیترات نقره 1 M و یک نیم سلول آند متشکل از یک الکترود روی در 1 M نیترات روی. آیا واکنش در شرایط استاندارد خود به خودی است؟

۲۵.

تعیین واکنش سلول و پتانسیل سلول استاندارد در دمای 25 درجه سانتیگراد برای یک سلول ساخته شده از یک نیم سلول آند حاوی یک الکترود کادمیوم در 1 مولار نیترات کادمیوم و یک نیم سلول کاتد متشکل از یک الکترود آلومینیوم در محلول 1 M نیترات آلومینیوم. آیا واکنش در شرایط استاندارد خود به خودی است؟

۲۶.

۲۷.

برای هر جفت پتانسیل سلول استاندارد و مقادیر استوکیومتری الکترون زیر، یک تغییر انرژی آزاد استاندارد مربوطه (kJ) را محاسبه کنید.

۰٫۰۰۰ ولت، n = ۲
+۰٫۴۳۴ ولت، n = ۲
−۲٫۴۳۹ ولت، n = ۱

۲۸.

برای هر جفت تغییر انرژی آزاد استاندارد و مقادیر استوکیومتری الکترون زیر، یک پتانسیل سلولی استاندارد مربوطه را محاسبه کنید.

12 کیلوژول بر مول، n = 3
−۴۵ کیلوژول بر مول، n = ۱

۲۹.

پتانسیل سلول استاندارد و پتانسیل سلول را تحت شرایط اعلام شده برای واکنش های الکتروشیمیایی شرح داده شده در اینجا تعیین کنید. بیان کنید که آیا هر یک تحت هر مجموعه شرایط در 298.15 K خود به خودی هستند یا غیر خود به خودی هستند.

سلول از یک نیم سلول آند متشکل از یک الکترود آلومینیومی در محلول نیترات آلومینیوم 0.015 M و یک نیم سلول کاتد متشکل از یک الکترود نیکل در محلول 0.25 M نیکل (II) نیترات ساخته شده است.
این سلول از یک نیم سلول تشکیل شده است که در آن برم آبی (1.0 M) به یون برومید (0.11 M) اکسید می شود و یک نیم سلول که در آن Al ³⁺ (0.023 M) به فلز آلومینیوم کاهش می یابد.

۳۰.

Δ G و Δ G° را برای هر یک از واکنش ها در مشکل قبلی تعیین کنید.

۳۱.

از داده های ضمیمه L برای محاسبه ثابت های تعادل برای واکنش های زیر استفاده کنید. فرض کنید 298.15 K اگر هیچ دمایی داده نشده است.

۳۲.

_{یک باتری ساخته شده از یک نیم سلول را در نظر بگیرید که از یک الکترود مس در محلول 1 M CuSo ₄ و یک نیم سلول دیگر تشکیل شده است که از یک الکترود سرب در محلول 1 M Pb (NO ₃) 2 تشکیل شده است.}

پتانسیل سلول استاندارد برای باتری چیست؟
واکنش ها در آند، کاتد و واکنش کلی چیست؟
اکثر دستگاه هایی که برای استفاده از باتری های سلول خشک طراحی شده اند می توانند بین 1.0 تا 1.5 ولت کار کنند. آیا می توان از این سلول برای ساخت باتری استفاده کرد که می تواند جایگزین باتری سلول خشک شود؟ چرا یا چرا که نه
فرض کنید اسید سولفوریک با الکترود سرب به نیم سلول اضافه می شود و مقداری PbSO ₄ (s) تشکیل می شود. آیا پتانسیل سلول افزایش می یابد، کاهش می یابد یا ثابت می ماند؟

۳۳.

یک باتری را با واکنش کلی در نظر بگیرید:

واکنش در آند و کاتد چیست؟
یک باتری زمانی «مرده» است که پتانسیل سلولی آن صفر باشد. ارزش Q زمانی که این باتری مرده است چیست؟
اگر مشخص شود که یک باتری مرده خاص دارای [Cu ²⁺] = 0.11 M است، غلظت یون نقره چقدر بود؟

۳۴.

چرا باتری ها از بین می روند، اما سلول های سوختی نه؟

۳۵.

از معادله نرنست برای توضیح افت ولتاژ مشاهده شده برای برخی از باتری ها هنگام تخلیه استفاده کنید.

۳۶.

با استفاده از اطلاعاتی که تاکنون در این فصل آمده است، توضیح دهید که چرا الکترونیک باتری دار در دماهای پایین عملکرد ضعیفی دارد.

۳۷.

کدام عضو از هر جفت فلز احتمال خوردگی (اکسید شدن) بیشتری دارد؟

منیزیم یا کلسیم
Au یا Hg
آهن یا روی
Ag یا Pt

۳۸.

فلزات زیر را در نظر بگیرید: Ag، Au، Mg، Ni و Zn. کدام یک از این فلزات را می توان به عنوان آند قربانی در حفاظت کاتدی یک مخزن ذخیره سازی فولاد زیرزمینی استفاده کرد؟ فولاد آلیاژی است که بیشتر از آهن تشکیل شده است، بنابراین از 0.447 V به عنوان پتانسیل کاهش استاندارد برای فولاد استفاده کنید.

۳۹.

آلومینیوم به راحتی از آهن اکسید می شود و در عین حال زمانی که هر دو در معرض محیط قرار می گیرند، آلومینیوم درمان نشده مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی دارد در حالی که مقاومت در برابر خوردگی آهن درمان نشده ضعیف است. چه چیزی می تواند این مشاهدات را توضیح دهد؟

۴۰.

اگر یک نمونه از آهن و یک نمونه از روی در تماس باشند، روی دچار خوردگی می شود اما آهن دچار خوردگی نمی شود. اگر نمونه ای از آهن با نمونه ای از مس تماس پیدا کند، آهن دچار خوردگی می شود اما مس دچار خوردگی نمی شود. این پدیده را توضیح دهید.

۴۱.

فرض کنید شما سه فلز مختلف A، B و C دارید وقتی فلزات A و B با هم تماس پیدا می کنند، B خورده می شود و A دچار خوردگی نمی شود. هنگامی که فلزات A و C در تماس قرار می گیرند، A خوردگی می کند و C خوردگی نمی کند. بر اساس این اطلاعات، کدام فلز خوردگی می کند و کدام فلز هنگام تماس B و C دچار خوردگی نمی شود؟

۴۲.

چرا یک آند قربانی ساخته شده از فلز لیتیوم انتخاب بدی است

۴۳.

اگر جریان 2.5 آمپر به مدت 35 دقیقه از مدار عبور کند، چند کولن بار از مدار عبور می کند؟

۴۴.

برای سناریو در سوال قبلی، چند الکترون از طریق مدار حرکت کردند؟

۴۵.

واکنش های نیمه و واکنش سلولی که در طی الکترولیز هر نمک مذاب رخ می دهد را در زیر بنویسید.

_{CaCl 2}
LiH
_{آلومینیم کلرید 3}
_{CrBr 3}

۴۶.

چه توده ای از هر محصول در هر یک از سلول های الکترولیتی مشکل قبلی تولید می شود اگر کل بار 3.33 10 ⁵ C از طریق هر سلول عبور کند؟

۴۷.

چه مدت طول می کشد تا 1 مول از هر یک از یون های زیر با استفاده از جریان نشان داده شده کاهش یابد؟

^ال۳+، ۱٫۲۳۴ آ
کلسیم ²⁺، 22.2 A
کروم ^۵+، ۳۷٫۴۵ A
Au ³⁺, 3.57 A

۴۸.

جریان 2.345 A از طریق سلول نشان داده شده در شکل 17.19 به مدت 45 دقیقه عبور می کند. حجم هیدروژن جمع آوری شده در دمای اتاق اگر فشار دقیقا 1 اتمسفر باشد؟ (نکته: آیا هیدروژن تنها گاز موجود در بالای آب است؟)

۴۹.

یک قسمت فلزی با شکل نامنظم ساخته شده از یک آلیاژ خاص با استفاده از محلول Zn (NO ₃) ₂ با روی گالوانیزه شد. هنگامی که جریان 2.599 A مورد استفاده قرار گرفت، دقیقا 1 ساعت طول کشید تا یک لایه 0.01123 میلی متر از روی روی را بر روی قطعه قرار دهد. مساحت کل قسمت چقدر بود؟ ^{چگالی روی 7.140 گرم در سانتی متر است 3.}