أوراق عمل وحدة الكيمياء الكهربائية كيمياء الصف الثاني عشر متقدم - نموذج 1

الصف الصف الثاني عشر متقدم
الفصل كيمياء ثاني عشر متقدم
المادة الفصل الثاني
حجم الملف 2.48 MB
عدد الزيارات 36
تاريخ الإضافة 2021-08-07, 20:38 مساء

أوراق عمل وحدة الكيمياء الكهربائية كيمياء الصف الثاني عشر متقدم - نموذج 1

 

أوراق عمل وحدة الكيمياء الكهربائية 

 

حساب فرق الجهد في الخلايا الكهروكيميائية 

هو مدى قابلية المادة لاكتساب الالكترونات 

جهد الاختزال 

لا يمكن تحديد جهد اختزال القطب بصورة مباشرة علل 

وذلك لأن نصف تفاعل الاختزال لا بد أن يقترن بنصف تفاعل الأكسدة 

وعند اقتران نصفي التفاعل فإن الجهد الناتج يوافق فرق الجهد لنصفب التفاعل 

قطب الهيدروجين القياسي 

تم قياس جهد الاختزال لكل الأقطاب مقابل قطب واحد تم اختياره هو قطب هيدروجين القياسي 

تكوينه :

يتكون من شريحة صغيرة بلاست مغموسة في محلول حمض هيدروكلوريك 

يحتوي على أيونات هيدروجين بتركيز 1M 

 جهد الاختزال القياسي له 

يكون فرق الجهد لقطب الهيدروجين القياسي المسمى جهد الاختزال القياسي مساوياً 0.000v 

عمل القطب : يعمل هذا القطب بوصفه نصف تفاعل أكسدة او نصف تفاعل اختزال اعتماداً على نصف الخلية الموصلة به 

والتفاعلان اللذان يمكن حدوثهما عند قطب الهيدروجين هما الاختزال والأكسدة 

جهود نصف الخلية 

قياسها :

تم قياس جهود الاختزال القياسية وتسجيلها لعدد من أنصاف الخلايا 

الجدول 2.1 : 

ويرتب الجدول 2.1 بعض تفاعلات نصف الخلية الشائعة تصاعدياُ حسب قيم جهود الاختزال وقد تم الحصول على القيم في الججدول من خلال قياس الجهد عند توصيل كل نصف خلية بنصف الهيدروجين القياسية 

وقد تم كتابه التفاعلات جميعها في صورة تفاعلات اختزال 

تحديد نصف تفاعل الاختزال ونصف تفاعل الأكسدة 

في أي خلية جلفانية تحتوي دائماً على نصفي تفاعل سيحدث :

1- نصف التفاعل الذي له جهد اختزال موجب أقل في اتجاه عكسي ويصبح تفاعل أكسدة 

2- نصف التفاعل الذي له جهد اختزال موجب أكبر يحدث في صورة تفاعل اختزال 

3- وأما نصف التقاعل الذي له جهد اختزال سالب أكبر فيحدث في صورة تفاعل أكسدة 

القياس تحت الظروف القياسية 

يجب أن يقاس جهد القطب تحت الظروف القياسية وهي غمس القطب في محلول أيوناته تركيزه 1M عند درجة  25 وatm1  

حيث يشير الصفر فوق الترميز E باختصار إلى أن القياس  تم تحت ظروف قياسية 

تحديد جهود اختزال الخلية الكهروكيميائية 

يمكن استعكال الجدول 1-2 في حساب الجهد الكهربائي لخلية جلفانية مكونة من قطب نحاس زقطب خراصين تحت الظروف القياسية 

خطوات حساب الجهد الكهرباءي لخلية جلفانية مكونةمن قطب نحاس وقطب خارصين تحت الظروف القياسية 

الخطوة الأولى : تحديد جهد الاختزال القياسي لنصف خلية النحاس 

يتم تحديد جهد اختزال القياسي لنصف خلية النحاس عند توصيل قطب النحاس بقطب الهيدروجين القياسي 

حيث تتدفق الالكترونات من قطب الهيدروجين إلى قطب النحاس وتختزل أيونات النحاس إلى فلز النحاس وتساوي قيمته المقيسة بواسطة مقياس فرق الجهد +0.342V 

ويشير الجهد الموجب إلى أن أيونات النحاس عند قطب النحاس تكتسب الكترونات بصورة أسهل من أيونات الهيدروجين عند قطب الهيدروجين القياسي لذا يحدث الاختزال عند قطب النحاس في حين تحدث الأكسدة عند قطب الهيدروجين 

كتابة التفاعل بصيغة رمز الخلية 

1- تكتب الذرات | الأيونات ( التركيز ) الداخلة في عملية الأكسدة أولاً على اليسار وبالترتيب الذي تظهر به نصف تفاعل الأكسدة 

2- ويوضع بينهما عمودان || يمثلان السلك والقنطرة المليحة وتربطان نصفي الخلية 

3- ثم تكتب الأيونات ( التركيز ) | الذرات الداخلة في الاختزال بالترتيب نفسه على اليمين 

لاحظ ضرورة وضع أشارة ناتج الجمع لقيم E قبل قيمة الجهد 

الخطوة الثانية :  تحديد جهد الاختزال القياسي لنصف خلية الخارصين 

يتم تحديد جهد اختزال القياسي لنصف خلية الخارصين  عند توصيل قطب الخارصين بقطب الهيدروجين القياسي 

حيث تتدفق الالكترونات من قطب  الخارصين إلى قطب الهيدروجين

وعند قياس قيمة E لنصف خلية الخارصين بواسطة مقياس الجهد فإنها تساوي -0.762V 

وهذا يعني أن أيونات الهيدروجين عند قطب الهيدروجين تكتسب الكترونات أسهل من أيونات الخراصين 

لذا يكون جهد اختزال أيونات الهيدروجين أعلى من جهد اختزال أيونات الخراصين أي أن جهد اختزال قطب الخارصين أن يكون قيمة سالبة 

الخطوة النهائية : جمع نصفي تفاعل النحاس والخارصين وذلك لحساب جهد الخلية الكهروكيميائية 

يصف التفاعل الذي له أقل جهد اختزال هو تفاعل الأكسدة ونصف التفاعل الذي له أكبر جهد اختزال هو تفاعل الاختزال 

 

انواع البطاريات 

هي البطاريات الأولية 

البطاريات الثانوية 

هي البطاريات الأولية 

تعريفها : هي البطاريات التي تنتج طاقة كهربائية من تفاعل الأكسدة والاختزال الذي لا يحدث بشكل عكسي 

مثل 

1- خلايا الخارصين والكربون     2- البطاريات العلوية 

3- بطاريات الفضة 

البطاريات الثانوية 

مميزاتها : تصبح البطارية غير صالحة الشحن بعد انتهاء التفاعل 

تعريفها : هي البطاريات التي تعتمد على تفاعل الأكسدة والاختزال انعكاسية ويمكن أعادة شحنها

مثل 1- بطارية سيارة    2- بطارية حاسوب المحمول 

تسميتها : تسمى في بعض الأحيان بطاريات تخزين 

بطاريات نيكل - كادميوم 

مميزاتها : بطاريات تخزين قابلة لأعادة الشحن 

تسميتها : تسمى في بعض الأحيان بطاريات NiCad  

كيفية الحصول على الكفاءة القصوى للبطارية 

للحصول على الكفاءة القصوى للبطارية  يصنع كل من الأنود والكاثود من أشرطة رفيعة طويلة من مواد مفصولة بطبقة بمكن للايونات أن تخسر من خلالها 

وتلف الأشرطة في لفائف ضيقة وتعبأ داخل علبة فولاذية 

شحن البطارية : تحدث هذه التفاعلات بشكل عكسي عند شحن بطارية 

بطاريات الليثيوم 

مقارنة بين بطارية الليثيوم وبطارية المركم الرصاصي 

بطارية الليثيوم ذات وزن خفيف 

وتخزن كميات كبيرة من الطاقة بالنسبة لحجمها 

حمض بطاريات الليثيوم :

تستخدم بعض بطاريات الليثيوم مثلا تفاعل الكاثود نفسه الذي تستعمله الخلايا الجافة الخراصين والكربون هو اختزال أكسيد المنجنيز إلى أكسيد المنجنيز 

مميزات بطاريات الليثيوم :

1- تنتج هذه البطاريات تياراً ذا جهد يساوي 3V مقارنة ب 1.5V لخلايا الخارصين والكربون 

2- تستمر بطاريات الليثيوم لفترة طويلة من انواع البطاريات الأخرى 

3- أقل وزناً 

خلايا الوقود 

تعريفها :

هي خلية فولتية تنتج فيها طاقة كهربائية من تأكسد الوقود 

علل : تختلف خلايا الوقود عن البطاريات الأخرى ( علل ) 

ج- لأنها تزود الوقود باستمرار من مصدر خارجي 

علل : خلايا الوقود أفضل مصدر للماء والطاقة على سفن الفضاء 

ج- لأنها تنتج الكهرباء والماء بدون انتاج مواد ثانوية ينبغي التخلص منها 

تركيبها وكيفية عملها :

تتركب خلية الوقود من :

1- قطب الأنود :

حيث يتأكسد الهيدروجين ويستعمل التفاعل أيونات الهيدروكسيد OH النتوافرة في المحلول لموصل قلوي 

2- قطب الكاثود 

حيث يختزل الأكسجين عند وجود الماء لأنتاج 4 أيونات هيدروكسيد 

3- محلول موصل عبارة عن محلول قلوي من هيدروكسيد البوتاسيوم لكي تستطيع الأيونات الانتقال بين الأقطاب 

تركيب الأقطاب 

كل قطب عبارة عن وعاء خالي جدرانه من كربون مسامي 

تسمح بالاتصال بين الحجرة الداخلية والمحلول الموصل المحيط بها 

علل : خلية الوقود لا تنفذ مثل سائر البطاريات حيث تستمر في أنتاج الكهرباء 

لأنها تزود الوقود من مصدر خارجي 

استبدال وقود الهيدروجين بالميثان 

تستخدم بعض الخلايا الميثان بدلا من الهيدروجين إلا أنه قد يؤدي إلى أنتاج ثاني أكسيد الكربون بغاز الدفيئة 

 استعمال غشاء تبادل البروتون 

تستعمل خلايا الوقود صفيحة بلاستيكية تسمى غشاء تبادل البروتونات مما يستبعد الحاجة إلى محلول موصل سائل 

الصدأ 

تعريفه : هو خسارة الفلز الناتج عن تفاعل أكسدة واختزال بين العازل والمواد في البيئة 

مثال : تأكل الصدأ عنعند تعرض قطعة الحديد للهواء والرطوبة حيث يصدأ الجزء المتصل بالتربة الرطبة أولاً 

الصدأ عملية بطيئة ( علل )

لأن قطرات الماء تحتوي على كمية قليلة من الأيونات لذا فهي محاليل موصلة غير فعالة 

الماء الذي يحوي كمية كبيرة من الأيونات يحدث فيه تأكل بسرعة أكبر (علل) 

لأنه يصبح محلولا الكتروتيت جيداً

 

 

 

شارك الملف