نسخة الفيديو النصية
ما المعادلة التي توضح التفاعل عند المصعد أثناء التحليل الكهربي لمحلول كبريتات النحاس باستخدام أقطاب خاملة؟
في هذا السؤال، علينا توقع نواتج التحليل الكهربي لمحلول ملح كبريتات النحاس. التحليل الكهربي عملية كيميائية يمرر فيها تيار كهربي خلال سائل أو محلول يحتوي على أيونات، وهذا يتسبب في تفكك المواد. يسمى السائل أو المحلول الذي يحتوي على أيونات متحركة ويخضع للتحليل الكهربي بالإلكتروليت. في هذا السؤال، الإلكتروليت هو محلول كبريتات النحاس الثنائي، وصيغته الكيميائية CuSO4 مائي.
لنلق الآن نظرة على خلية إلكتروليتية أساسية لاكتشاف التفاعلات التي تحدث داخلها. نلاحظ هنا مصدر طاقة وقطبين سيستخدمان لتمرير تيار كهربي خلال محلول الملح. في الخلية الإلكتروليتية، المصعد هو القطب الموجب الشحنة، والمهبط هو القطب السالب الشحنة. تصنع هذه الأقطاب من مادة خاملة، مثل البلاتين أو الكربون. وتساعد الأقطاب في سريان الإلكترونات خلال المحلول، ولكنها لا تشارك في التفاعلات الكيميائية.
للإجابة عن هذا السؤال، علينا تحديد التفاعل الذي يحدث عند المصعد. الأيونات الموجودة في محلول الملح هي كاتيون النحاس الثنائي وأنيون الكبريتات. أثناء التحليل الكهربي، تتدفق الإلكترونات من المصعد إلى المهبط. ستنجذب أيونات النحاس الموجبة الشحنة إلى المهبط السالب الشحنة. لكن يجب ألا ننسى أن المحلول المائي للملح يحتوي أيضًا على الماء، ويمكن لجزيئات الماء أن تتأين إلى أيونات H+ و−OH. لذا، فإن أيونات الهيدروجين الموجبة الشحنة تنجذب أيضًا إلى المهبط. عند المهبط، يحدث الاختزال، وهو ما يشير إلى اكتساب الإلكترونات.
لتحديد إذا ما كانت أيونات H+ أم أيونات Cu2+ هي التي ستختزل، علينا استخدام سلسلة النشاط الكيميائي. يمكننا أن نلاحظ في هذه السلسلة أن النحاس أقل نشاطًا من الهيدروجين. وعندما يكون عنصر الفلز أقل نشاطًا من الهيدروجين، فهذا يعني أنه عامل مؤكسد أفضل من الهيدروجين. إذن عند المهبط سيختزل كل أيون من أيونات النحاس باكتساب إلكترونين؛ لتكوين ذرات فلز النحاس.
تحدث الأكسدة عند المصعد، وهي فقد الإلكترونات. ولكن، علينا تحديد إذا ما كانت أيونات الهيدروكسيد أم أيونات الكبريتات هي التي ستتأكسد عند المصعد. يتأكسد الأنيون الأكثر نشاطًا عند المصعد. نحن نعلم أن أيونات الهاليدات نشطة للغاية. لذا، إذا كانت أيونات الهاليدات، مثل أيونات الكلوريد، موجودة في المحلول، فإنها ستتأكسد.
بوجه عام، إذا كانت أيونات الهاليدات غير موجودة في المحلول، فإن أيونات الهيدروكسيد تميل إلى التأكسد. وبما أن أيونات الكبريتات ليست أيونات لهاليد، فعلينا كتابة معادلة لأكسدة أيونات الهيدروكسيد. عند أكسدة أيونات الهيدروكسيد، تكون النواتج هي الماء، وغاز الأكسجين، والإلكترونات، كما هو مبين في المعادلة الكيميائية الموزونة الموضحة.
إذن، المعادلة التي توضح التفاعل عند المصعد أثناء التحليل الكهربي لمحلول كبريتات النحاس باستخدام أقطاب خاملة هي أكسدة أربعة −OH لتكوين اثنين H2O زائد O2 زائد أربعة إلكترونات.
