تم إلغاء تنشيط البوابة. يُرجَى الاتصال بمسؤول البوابة لديك.

فيديو السؤال: حساب الشحنة المنقولة باستخدام معادلة الاختزال النصفية. الكيمياء

يمكن وصف اختزال أيونات الألومنيوم بالمعادلة النصفية الأيونية الآتية: ‪Al³⁺(𝑙) + 3e⁻ → Al(𝑠)‬‏. لأقرب منزلتين عشريتين وبالترميز العلمي، ما عدد الشحنات اللازمة لاختزال ‪200 Kg‬‏ من أيونات الألومنيوم وتحويلها إلى فلز الألومنيوم؟ شحنة الإلكترون الواحد ‪1.602 × 10⁻¹⁹ C‬‏.

٠٧:٠٣

‏نسخة الفيديو النصية

يمكن وصف اختزال أيونات الألومنيوم بالمعادلة النصفية الأيونية الآتية: ‪Al3+‬‏ السائل زائد 3e- يتفاعلان ليكونا ‪Al‬‏ الصلب. لأقرب منزلتين عشريتين وبالترميز العلمي، ما عدد الشحنات اللازمة لاختزال 200 كيلوجرام من أيونات الألومنيوم وتحويلها إلى فلز الألومنيوم؟ شحنة الإلكترون الواحد 1.602 في 10 أس سالب 19 كولوم.

اختزال أيونات الألومنيوم تعني إضافة إلكترونات. يلزم ثلاثة إلكترونات لاختزال أيون ‪Al3+‬‏ واحد إلى ألومنيوم صلب. في حين ليس من الضروري أن تكون أيونات الألومنيوم سائلة لكي تختزل، فهذه هي الحالة الأكثر شيوعًا في الصناعة. ما يستفسر السؤال عنه هو عدد الشحنات اللازمة لاختزال 200 كيلوجرام من أيونات الألومنيوم وتحويلها كلها إلى فلز الألومنيوم؟

الشحنة المطلوبة تنتقل بواسطة الإلكترونات. شحنة الإلكترون الواحد معطاة في السؤال، وهي 1.602 في عشرة أس سالب 19 كولوم. أول ما نحتاج إليه للإجابة على هذا السؤال هو حساب عدد مولات ‪Al3+‬‏ الموجودة في 200 كيلوجرام. بعد ذلك نحسب عدد مولات الإلكترونات اللازمة لاختزال أيونات الألومنيوم. وأخيرًا: نحسب إجمالي شحنة جميع هذه الإلكترونات.

لحساب عدد مولات الألومنيوم ‪3+‬‏، نحتاج إلى معرفة الكتلة الذرية للألومنيوم. إذا نظرنا إلى الجدول الدوري، فسوف نجد أن الكتلة الذرية للألومنيوم تساوي 26.982‪𝑢‬‏. واحد ‪u‬‏ يساوي جرامًا واحدًا لكل مول. إذن الكتلة المولية للألومنيوم تساوي 26.982 جرامًا لكل مول. لا يعادل وزن أيون الألومنيوم ‪3+‬‏ بالضبط وزن ذرة الألومنيوم. لكن الإلكترونات لها كتلة صغيرة للغاية. لذا فإن الكتلة المولية للألومنيوم ‪3+‬‏ تساوي تقريبًا 26.982 جرامًا لكل مول. وعدد مولات ‪Al3+‬‏ يساوي الكتلة التي لدينا مقسومة على كتلته المولية.

وحدة الكتلة المولية هي جرام لكل مول. لكن معطى لدينا في السؤال كتلة أيونات الألومنيوم بالكيلوجرام. الكيلوجرام الواحد يساوي 1000 جرام. لذا يمكننا ضرب 200 كيلوجرام في 1000 جرام لكل كيلوجرام، وهو ما يساوي 200000 جرام. ثمة طريقة أخرى للتفكير في ذلك، وهي أن نتذكر أن الكيلو يعني عشرة أس ثلاثة، أو 1000. إذن 200 كيلوجرام يساوي 200 مضروبة في 1000 جرام. بكلتا الطريقتين، نحصل على القيمة 200000 جرام. الآن يمكننا أن نعوض بهذه القيمة في معادلتنا. عدد مولات ‪Al3+‬‏ يساوي 200000 جرام مقسومة على 26.982 جرامًا لكل مول. وهذا يساوي 7412.35 مول من ‪Al3+‬‏. لندون هذه القيمة وننتقل إلى الخطوة التالية، وهي حساب عدد مولات الإلكترونات.

في المعادلة، يلزم ثلاثة إلكترونات لاختزال كل أيون من ‪Al3+‬‏. ونظرًا لأن نسبة ‪Al3+‬‏ إلى ‪e-‬‏ هي واحد إلى ثلاثة، فإننا نحتاج إلى ضرب عدد مولات ‪Al3+‬‏ في 3 لكي نحصل على عدد مولات الإلكترونات. إذن 7412.35 مول من ‪Al3+‬‏ في 3 مولات من الإلكترونات لكل مول من ‪Al3+‬‏ يساوي 22237.0 مول من الإلكترونات. هنا نحذف وحدة المول لـ ‪Al3+‬‏، وهكذا نحصل على الوحدة الصحيحة لمولات الإلكترونات. الآن يمكننا أن ندون إجابة الجزء الثاني وننتقل إلى الجزء الثالث لحساب شحنة الإلكترونات.

أعطانا السؤال شحنة الإلكترون الواحد. ومن ثم إذا عرفنا عدد الإلكترونات، يمكننا ضربها معًا لنحصل على شحنة الإلكترونات. لكن ليس لدينا سوى عدد الإلكترونات بالمول. يخبرنا ثابت أفوجادرو، ورمزه ‪NA‬‏، بعدد الأنواع الموجودة في المول. وهو يساوي 6.022 في عشرة أس 23 لكل مول. يمكننا حساب عدد الإلكترونات بأخذ عدد مولات الإلكترونات 22237.0 وضربه في ثابت أفوجادرو وهو 6.022 في عشرة أس 23 لكل مول. وهذا يعطينا، بالصيغة القياسية، 1.33911 في عشرة أس 28 إلكترونًا.

إجمالي شحنة الإلكترونات تساوي عدد الإلكترونات 1.33911 في عشرة أس 28 مضروبًا في شحنة الإلكترون الواحد، 1.602 في عشرة أس سالب 19 كولوم. هذا يساوي 2.14526 في عشرة أس تسعة كولوم. لكننا لم ننته تمامًا بعد. نحتاج إلى تقريب إجابتنا. يطلب منا السؤال تقريب الإجابة إلى أقرب منزلتين عشريتين. وكذلك كتابتها بالترميز العلمي. هذا يعني أن إجابتنا هي 2.15 في عشرة أس تسعة كولوم، التي يمكننا أن نكتبها 2.15 جيجا كولوم.

طريقة أخرى لحل هذا السؤال هي استخدام ثابت فاراداي الذي يعطينا كمية الشحنة بالكولوم لكل مول من الإلكترونات. إذا ضربنا عدد مولات الإلكترونات في ثابت فاراداي فسوف نحصل على الإجابة نفسها. لكن هذا ليس مفاجئًا؛ لأن ثابت فاراداي يساوي ثابت أفوجادرو مضروبًا في شحنة الإلكترون. والطريقة التي استخدمتها صحيحة؛ لأنني ضربت في ثابت أفوجادرو أولًا ثم في شحنة إلكترون واحد. لكن حلها باستخدام ثابت فاراداي سيكون أسرع. مهما كانت الطريقة التي نريد أن نحل بها، فإن القيمة الناتجة يجب أن تكون 2.15 في عشرة أس تسعة كولوم.

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.