شرح درس جهد القطب القياسي – الكيمياء (الفرع العلمي) توجيهي

شرح الدرس

يقيس جهاز الفولتميتر جهد الخلية الكلي بين قطبي الخلية الجلفانية في النشاط (6-2)، ولا توجد أداة تستطيع قياس جهد الأقطاب مفردة، لذلك لجأ العلماء لاستخدام قطب الهيدروجين القياسي. تمعّن الشكل (3-6) ولاحظ…

3-6 جهد القطب القياسي ( $E^0$ )

يقيس جهاز الفولتميتر جهد الخلية الكلي بين قطبي الخلية الجلفانية في النشاط (6-2)، ولا توجد أداة تستطيع قياس جهد الأقطاب مفردة، لذلك لجأ العلماء لاستخدام قطب الهيدروجين القياسي. تمعّن الشكل (6-3) ولاحظ أجزاء القطب القياسي.

سلك بلاتين
أنبوب زجاجي
(1 جوي، g) $\ce{H2}$
قطب $\text{Pt(s)}$
محلول حمض الهيدروكلوريك
1 مول/لتر
فقاعات غاز الهيدروجين

واتفق العلماء أن جهد الاختزال وجهد التأكسد القياسي لهذا القطب (ويرمز لهذا الجهد بالرمز $E^\circ$ ) يساوي صفراً في الظروف المعيارية (تركيز 1 مول/لتر للأيونات، و 1 ضغط جوي للغازات ودرجة حرارة 25 °س) ، انظر للمعادلتين الآتيتين:

2\text{H}^+_{(\text{aq})} + 2\text{e}^- \rightleftharpoons \text{H}_{2(\text{g})} \quad E^\circ = 0\text{ v}

ماذا يحدث عند اقتران قطب الهيدروجين القياسي بنصف خلية نحاس في الظروف القياسية؟

للتعرف على ذلك قم بتنفيذ نشاط (6-3).

نشاط (6-3): قياس جهد اختزال النحاس

انظر الشكل (6-4) وأجب عن الأسئلة التي تليه:

$e^-$
$0.34\text{ V}$ فولتميتر
$+$ قطب النحاس
$\ce{Na+}$
$\ce{NO3-}$
$\ce{NO3-}$
$\text{Cu}^{2+} (1\text{ M})$
$\ce{NO3-}$
$\text{Cu}^{2+}(\text{aq}) + 2\text{e}^- \rightarrow \text{Cu}(\text{s})$
$\text{H}^+ (1\text{ M})$
$\ce{NO3-}$
قطب الهيدروجين القياسي
$\text{H}_{2(\text{g})}$ 1 جوي
$\text{H}_{2(\text{g})} \rightarrow 2\text{H}^+(\text{aq}) + 2\text{e}^-$

أي القطبين يمثل المهبط؟ وأيهما يمثل المصعد؟
ما اتجاه انتقال الإلكترونات في السلك الخارجي؟ وما اتجاه انتقال الأيونات عبر الجسر الملحي؟

تبيّن لك من الشكل (6-4) أن الإلكترونات انتقلت من قطب الهيدروجين نحو قطب النحاس، وهذا يعني أن جزيئات الهيدروجين قد تأكسدت (فقدت إلكترونات) على القطب القياسي (المصعد)، بينما اختزلت أيونات النحاس (اكتسبت إلكترونات) على صفيحة النحاس (المهبط).

ويُستدل من ذلك أن ميل أيونات النحاس $\ce{Cu^2+}$ للاختزال كان أكبر من ميل أيونات الهيدروجين $\ce{H+}$ للاختزال، وبذلك سيكون جهد اختزال أيونات النحاس أعلى من جهد اختزال أيونات الهيدروجين.

ولأن الفولتية المقاسة تساوي 0.34 فولت في الظروف القياسية، وتمثل الفرق بين جهد اختزال أيونات الهيدروجين وجهد اختزال أيونات النحاس، فإن جهد اختزال أيونات النحاس سيكون + 0.34 فولت.

نصف تفاعل الاختزال	E° (فولت)
$F_2 + 2e^- \rightarrow 2F^-$	+2.87
$H_2O_2 + 2H^+ + 2e^- \rightarrow 2H_2O$	+1.78
$MnO_4^- + 8H^+ + 5e^- \rightarrow Mn^{2+} + 4H_2O$	+1.51
$PbO_2 + 4H^+ + 2e^- \rightarrow Pb^{2+} + 2H_2O$	+1.46
$Cl_2 + 2e^- \rightarrow 2Cl^-$	+1.36
$Cr_2O_7^{2-} + 14H^+ + 6e^- \rightarrow 2Cr^{3+} + 7H_2O$	+1.33
$O_2 + 4H^+ + 4e^- \rightarrow 2H_2O$	+1.23
$Br_2 + 2e^- \rightarrow 2Br^-$	+1.06
$Ag^+ + e^- \rightarrow Ag$	+0.80
$I_2 + 2e^- \rightarrow 2I^-$	+0.54
$O_2 + 2H_2O + 4e^- \rightarrow 4OH^-$	+0.40
$Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu$	+0.34
$2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2$	0.00
$Pb^{2+} + 2e^- \rightarrow Pb$	- 0.13
$Sn^{2+} + 2e^- \rightarrow Sn$	- 0.14
$Ni^{2+} + 2e^- \rightarrow Ni$	- 0.25
$PbSO_4 + 2e^- \rightarrow Pb + SO_4^{2-}$	- 0.36
$Fe^{2+} + 2e^- \rightarrow Fe$	- 0.44
$Cr^{3+} + 3e^- \rightarrow Cr$	- 0.74
$Zn^{2+} + 2e^- \rightarrow Zn$	- 0.76
$2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 + 2OH^-$	- 0.83
$Mn^{2+} + 2e^- \rightarrow Mn$	- 1.03
$Al^{3+} + 3e^- \rightarrow Al$	- 1.67
$Mg^{2+} + 2e^- \rightarrow Mg$	- 2.38
$Na^+ + e^- \rightarrow Na$	- 2.71
$Ca^{2+} + 2e^- \rightarrow Ca$	- 2.84
$Ba^{2+} + 2e^- \rightarrow Ba$	- 2.90
$K^+ + e^- \rightarrow K$	- 2.92
$Li^+ + e^- \rightarrow Li$	- 3.05

جدول (6-1): جهود الاختزال القياسية عند درجة حرارة 25 °س

اختبر نفسك

تمرين (2)

ارسم خلية جلفانية يقترن فيها قطب الهيدروجين القياسي مع نصف خلية خارصين:

حدّد عليها : المصعد ، والمهبط، واتجاه سريان التيار الكهربائي في السلك الخارجي.
استخدم الجدول (6-1) للتنبؤ بقراءة الفولتميتر.
اكتب معادلة نصف تفاعل التأكسد، ومعادلة نصف تفاعل الاختزال.
اكتب المعادلة الكليّة للتفاعل في الخلية الجلفانية.

ارسم خلية جلفانية يكون قطباها من الخارصين والفضة، وحدّد على الرسم : المصعد ، والمهبط ، واتجاه سريان التيار الكهربائي فيها.

يستخدم مخطط الخلية الاصطلاحي الآتي للتعبير عن الخلية الجلفانية (خارصين - فضة) التي قمت برسمها :

\begin{array}{ccccc} \mathrm{Zn_{(s)}} & | & \mathrm{Zn^{2+}_{(aq)}} & || & \mathrm{Ag^+_{(aq)}} & | & \mathrm{Ag_{(s)}} \\ \text{المصعد} & & & \text{الجسر الملحي} & & & \text{المهبط} \\ \text{نصف خلية التأكسد} & & & & & & \text{نصف خلية الاختزال} \end{array}

تعريفات أساسية

السلسلة الكهروكيميائية

تمكن العلماء في تجارب مشابهة من حساب جهد الاختزال للعديد من أنصاف التفاعلات في الظروف القياسية، وتم ترتيب أنصاف التفاعلات وجهود اختزالها القياسية في جدول يعرف باسم (السلسلة الكهروكيميائية)، ويظهر جزء منها في جدول (6-1

معاينة موضوع «جهد القطب القياسي» من وحدة «الخلايا الكهروكيميائية» في مادة الكيمياء (الفرع العلمي). أقسام الشرح: 1، التعريفات: 1.

شرح الدرس

3-6 جهد القطب القياسي ( $E^0$ )

سلك بلاتين
أنبوب زجاجي
(1 جوي، g) $\ce{H2}$
قطب $\text{Pt(s)}$
محلول حمض الهيدروكلوريك
1 مول/لتر
فقاعات غاز الهيدروجين

2\text{H}^+_{(\text{aq})} + 2\text{e}^- \rightleftharpoons \text{H}_{2(\text{g})} \quad E^\circ = 0\text{ v}

ماذا يحدث عند اقتران قطب الهيدروجين القياسي بنصف خلية نحاس في الظروف القياسية؟

للتعرف على ذلك قم بتنفيذ نشاط (6-3).

نشاط (6-3): قياس جهد اختزال النحاس

انظر الشكل (6-4) وأجب عن الأسئلة التي تليه:

$e^-$
$0.34\text{ V}$ فولتميتر
$+$ قطب النحاس
$\ce{Na+}$
$\ce{NO3-}$
$\ce{NO3-}$
$\text{Cu}^{2+} (1\text{ M})$
$\ce{NO3-}$
$\text{Cu}^{2+}(\text{aq}) + 2\text{e}^- \rightarrow \text{Cu}(\text{s})$
$\text{H}^+ (1\text{ M})$
$\ce{NO3-}$
قطب الهيدروجين القياسي
$\text{H}_{2(\text{g})}$ 1 جوي
$\text{H}_{2(\text{g})} \rightarrow 2\text{H}^+(\text{aq}) + 2\text{e}^-$

أي القطبين يمثل المهبط؟ وأيهما يمثل المصعد؟
ما اتجاه انتقال الإلكترونات في السلك الخارجي؟ وما اتجاه انتقال الأيونات عبر الجسر الملحي؟

نصف تفاعل الاختزال	E° (فولت)
$F_2 + 2e^- \rightarrow 2F^-$	+2.87
$H_2O_2 + 2H^+ + 2e^- \rightarrow 2H_2O$	+1.78
$MnO_4^- + 8H^+ + 5e^- \rightarrow Mn^{2+} + 4H_2O$	+1.51
$PbO_2 + 4H^+ + 2e^- \rightarrow Pb^{2+} + 2H_2O$	+1.46
$Cl_2 + 2e^- \rightarrow 2Cl^-$	+1.36
$Cr_2O_7^{2-} + 14H^+ + 6e^- \rightarrow 2Cr^{3+} + 7H_2O$	+1.33
$O_2 + 4H^+ + 4e^- \rightarrow 2H_2O$	+1.23
$Br_2 + 2e^- \rightarrow 2Br^-$	+1.06
$Ag^+ + e^- \rightarrow Ag$	+0.80
$I_2 + 2e^- \rightarrow 2I^-$	+0.54
$O_2 + 2H_2O + 4e^- \rightarrow 4OH^-$	+0.40
$Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu$	+0.34
$2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2$	0.00
$Pb^{2+} + 2e^- \rightarrow Pb$	- 0.13
$Sn^{2+} + 2e^- \rightarrow Sn$	- 0.14
$Ni^{2+} + 2e^- \rightarrow Ni$	- 0.25
$PbSO_4 + 2e^- \rightarrow Pb + SO_4^{2-}$	- 0.36
$Fe^{2+} + 2e^- \rightarrow Fe$	- 0.44
$Cr^{3+} + 3e^- \rightarrow Cr$	- 0.74
$Zn^{2+} + 2e^- \rightarrow Zn$	- 0.76
$2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 + 2OH^-$	- 0.83
$Mn^{2+} + 2e^- \rightarrow Mn$	- 1.03
$Al^{3+} + 3e^- \rightarrow Al$	- 1.67
$Mg^{2+} + 2e^- \rightarrow Mg$	- 2.38
$Na^+ + e^- \rightarrow Na$	- 2.71
$Ca^{2+} + 2e^- \rightarrow Ca$	- 2.84
$Ba^{2+} + 2e^- \rightarrow Ba$	- 2.90
$K^+ + e^- \rightarrow K$	- 2.92
$Li^+ + e^- \rightarrow Li$	- 3.05

جدول (6-1): جهود الاختزال القياسية عند درجة حرارة 25 °س

اختبر نفسك

تمرين (2)

ارسم خلية جلفانية يقترن فيها قطب الهيدروجين القياسي مع نصف خلية خارصين:

حدّد عليها : المصعد ، والمهبط، واتجاه سريان التيار الكهربائي في السلك الخارجي.
استخدم الجدول (6-1) للتنبؤ بقراءة الفولتميتر.
اكتب معادلة نصف تفاعل التأكسد، ومعادلة نصف تفاعل الاختزال.
اكتب المعادلة الكليّة للتفاعل في الخلية الجلفانية.

ارسم خلية جلفانية يكون قطباها من الخارصين والفضة، وحدّد على الرسم : المصعد ، والمهبط ، واتجاه سريان التيار الكهربائي فيها.

يستخدم مخطط الخلية الاصطلاحي الآتي للتعبير عن الخلية الجلفانية (خارصين - فضة) التي قمت برسمها :

\begin{array}{ccccc} \mathrm{Zn_{(s)}} & | & \mathrm{Zn^{2+}_{(aq)}} & || & \mathrm{Ag^+_{(aq)}} & | & \mathrm{Ag_{(s)}} \\ \text{المصعد} & & & \text{الجسر الملحي} & & & \text{المهبط} \\ \text{نصف خلية التأكسد} & & & & & & \text{نصف خلية الاختزال} \end{array}

تعريفات أساسية

السلسلة الكهروكيميائية

جهد القطب القياسي

شرح الدرس

3-6 جهد القطب القياسي ( $E^0$ )

نشاط (6-3): قياس جهد اختزال النحاس

تعريفات أساسية

موضوعات أخرى في الوحدة

جهد القطب القياسي

شرح الدرس

3-6 جهد القطب القياسي ( $E^0$ )

نشاط (6-3): قياس جهد اختزال النحاس

تعريفات أساسية

موضوعات أخرى في الوحدة

النتائج والمعدل

الامتحانات

الدراسة

روابط رسمية

المنصة

النتائج والمعدل

الامتحانات

الدراسة

روابط رسمية

المنصة

شرح الدرس

3-6 جهد القطب القياسي (E0E^0E0)

نشاط (6-3): قياس جهد اختزال النحاس

تعريفات أساسية

موضوعات أخرى في الوحدة

شرح الدرس

3-6 جهد القطب القياسي (E0E^0E0)

نشاط (6-3): قياس جهد اختزال النحاس

تعريفات أساسية

موضوعات أخرى في الوحدة

3-6 جهد القطب القياسي ( $E^0$ )

3-6 جهد القطب القياسي ( $E^0$ )