نسخة الفيديو النصية
أي معادلة نصفية توضح التفاعل الذي يحدث عند اللوح الموجب خلال مرحلة التفريغ في شحنة بطارية مركم الرصاص الحمضية؟ أ: يتفاعل Pb الصلب زائد PbO2 الصلب زائد اثنين H2SO4 المحلول لتكوين اثنين PbSO4 الصلب زائد اثنين H2O السائل. ب: يتفاعل PbO2 الصلب زائد H2SO4 المحلول زائد اثنين e− لتكوين PbSO4 الصلب زائد اثنين H2O السائل. ج: يتفاعل PbO2 الصلب زائد H2SO4 المحلول زائد اثنين H+ المماه زائد اثنين e− لتكوين PbSO4 الصلب زائد اثنين H2O السائل. د: يتفاعل PbO2 الصلب زائد H2SO4 المحلول زائد اثنين H+ المماه لتكوين PbSO4 الصلب زائد اثنين H2O السائل زائد اثنين e−. هـ: يتفاعل Pb الصلب زائد H2SO4 المحلول لتكوين PbSO4 الصلب زائد اثنين H+ المماه زائد اثنين e−.
اخترع الفيزيائي الفرنسي جاستون بلانتيه بطاريات مركم الرصاص الحمضية عام 1859. كانت بطارية مركم الرصاص الحمضية أول أنواع البطاريات القابلة لإعادة الشحن التي اخترعت. ولا تزال مستخدمة حاليًّا على نطاق واسع باعتبارها بطاريات للسيارات نظرًا لانخفاض تكلفة إنتاجها. وبما أن هذه البطاريات قابلة لإعادة الشحن، فإنها تعمل في مرحلتين مختلفتين. في مرحلة التفريغ، تشغل البطارية جهازًا خارجيًّا، حيث تولد إلكترونات عبر تفاعل أكسدة واختزال. وخلال مرحلة التفريغ، تستخدم بطارية مركم الرصاص الحمضية لتشغيل محرك التشغيل وأضواء السيارة. أثناء مرحلة إعادة الشحن، يمرر تيار خارجي لعكس التفريغ، وهو يحول الطاقة الكهربية إلى طاقة كيميائية.
في السيارة، يعاد شحن البطارية خلال تشغيلها. ويتحقق ذلك عن طريق مولد السيارة، الذي يعرف أيضًا باسم الدينامو، حسب المكان الذي تعيش فيه. لذا، عندما تكون البطارية في مرحلة التفريغ، فإنها تعمل باعتبارها خلية جلفانية. يعمل تفاعل الأكسدة والاختزال التلقائي على تزويد السيارة بالطاقة. وعندما تكون البطارية في مرحلة إعادة الشحن، فإنها تشبه إلى حد كبير الخلية الإلكتروليتية؛ حيث يستخدم التيار الكهربي لجعل تفاعل الأكسدة والاختزال يسري في الاتجاه العكسي. يتناول هذا السؤال مرحلة تفريغ البطارية. على وجه التحديد، نريد معرفة التفاعل الذي يحدث عند اللوح الموجب. لذا، علينا أن نعرف القليل من المعلومات عن تركيب هذه البطاريات.
تتكون بطارية مركم الرصاص الحمضية من ست خلايا متصلة معًا. والبطارية بالكامل مغلفة بالمطاط أو البلاستيك لعزلها عن باقي السيارة. تتكون كل خلية من لوحين من فلز الرصاص لهما شكل شبكي، والإلكتروليت في هذه الخلية هو حمض الكبريتيك. اللوح الذي يؤدي دور المصعد يكون مملوءًا بالرصاص الإسفنجي، وهو فلز رصاص مقسم لأحجام صغيرة ومضغوط. أما اللوح الذي يؤدي دور المهبط في الخلية، فيكون مملوءًا بأكسيد الرصاص الرباعي. ما يعنينا هنا هو التفاعل الذي يحدث خلال مرحلة التفريغ، وهي المرحلة التي تعمل فيها البطارية باعتبارها خلية جلفانية.
في الخلية الجلفانية، يكون المهبط هو القطب الموجب والمصعد هو القطب السالب. إذن، نريد معرفة التفاعل الذي يحدث عند المهبط. في الخلية الكهروكيميائية، يكون المصعد هو القطب الذي تحدث عنده الأكسدة، والمهبط هو القطب الذي يحدث عنده الاختزال. إذن، سيكون التفاعل الذي يحدث عند اللوح الموجب أثناء مرحلة التفريغ هو اختزال أكسيد الرصاص الرباعي. لذا، دعونا نلق نظرة على خيارات الإجابة ونعرف أيها يوضح اختزال أكسيد الرصاص الرباعي.
يمكننا استبعاد خيار الإجابة هـ، لأن هذا التفاعل لا يحتوي على أكسيد الرصاص الرباعي باعتباره متفاعلًا. يمكننا أيضًا استبعاد خيار الإجابة أ، لأن هذه المعادلة ليست معادلة نصفية؛ ومن ثم فهي ليست المعادلة الكيميائية التي نبحث عنها. بعد ذلك، يمكننا استبعاد الخيار د. يوضح هذا التفاعل فقد الإلكترونات. لذا، تحدث أكسدة، وليس اختزالًا. وأخيرًا، يتبقى لدينا خيارا الإجابة ب، ج. أيهما إذن الإجابة الصحيحة؟
المعادلتان متشابهتان للغاية، لكن خيار الإجابة ج يحتوي على أيوني هيدروجين إضافيين باعتبارهما متفاعلين. وإذا نظرنا جيدًا، فسنلاحظ أن أيوني الهيدروجين الإضافيين ضروريان لوزن التفاعل. ومن دون أيوني الهيدروجين الإضافيين، سيكون التفاعل في الخيار ب غير موزون؛ حيث يوجد أيونا هيدروجين في طرف المتفاعلات وأربعة أيونات هيدروجين في طرف النواتج. وتوجد أيضًا شحنة كلية مقدارها اثنان سالب في طرف المتفاعلات غير موزونة في هذه المعادلة.
المعادلة في الخيار ج موزونة، وهي المعادلة الصحيحة التي تحدث عند المهبط. إذن، أي معادلة نصفية توضح التفاعل الذي يحدث عند اللوح الموجب خلال مرحلة التفريغ في شحنة بطارية مركم الرصاص الحمضية؟ الإجابة هي الخيار ج: يتفاعل PbO2 الصلب زائد H2SO4 المحلول زائد اثنين H+ المماه زائد اثنين e− لتكوين PbSO4 الصلب زائد اثنين H2O السائل.
