فيديو السؤال: حساب كتلة الهيدروجين الناتج في خلية الكيمياء • الصف الثالث الثانوي

نسخة الفيديو النصية

يمر تيار كهربي شدته 2.345 أمبير عبر الخلية الموضحة بالشكل لمدة 45 دقيقة. ما كتلة الهيدروجين الناتج بوحدة الجرام، لأقرب منزلة عشرية وبالترميز العلمي؟ الكتلة المولية للهيدروجين جرام واحد لكل مول.

يعرف الجهاز الموضح في الشكل بفولتاميتر هوفمان. في مهبط الجهاز، تختزل أيونات الهيدروجين لتكوين غاز الهيدروجين. عند المصعد، يتأكسد الماء لتكوين غاز الأكسجين وأيونات الهيدروجين.

بما أن هذا السؤال يسألنا عن كتلة الهيدروجين الناتج، فما يهمنا هو التفاعل الذي يحدث عند المهبط. ستكون خطوتنا الأولى تحديد إجمالي كمية الشحنة، أو كمية الإلكترونات، التي استخدمت لاختزال أيونات الهيدروجين إلى غاز الهيدروجين. يمكننا فعل ذلك باستخدام هذه المعادلة التي تنص على أن الشحنة الكلية ‪𝑄‬‏ تساوي شدة التيار ‪𝐼‬‏ مضروبة في الزمن.

شدة التيار المعطاة في المسألة هي 2.345 أمبير، ويمكننا التعويض بها في المعادلة مباشرة. أما الزمن المعطى في المسألة، فهو 45 دقيقة. لكن علينا التعبير عن هذا الزمن بالثواني لنعوض به في المعادلة. يوجد 60 ثانية في الدقيقة الواحدة، إذن، يمكننا تحويل الزمن من الدقائق إلى الثواني إذا ضربنا في 60. هذا يعطينا 2700 ثانية، وهو ما يمكننا التعويض به في المعادلة الآن. الأمبير الواحد يكافئ كولوم واحدًا لكل ثانية. يمكننا التعويض بهذه الوحدة في المعادلة. والآن، ستحذف الثواني لنحصل على 6331.5 كولوم.

لكن لتحديد كمية غاز الهيدروجين الناتج، نحتاج إلى معرفة عدد الإلكترونات، بالمول، التي تكافئ هذه الكمية من الشحنة. يمكننا معرفة ذلك باستخدام هذه المعادلة، التي تنص على أن الشحنة الكلية تساوي كمية الجسيمات المشحونة، بالمول، مضروبة في ثابت فاراداي. يجب أن نجعل كمية الإلكترونات في طرف بمفردها لكي نتمكن من حل المسألة، ويمكننا فعل ذلك بقسمة طرفي المعادلة على ثابت فاراداي، ويعطينا ذلك هذه المعادلة. دعونا نبدل الطرفين؛ بحيث تكون كمية الجسيمات المشحونة على الطرف الأيسر. ومن ثم، نحل المعادلة.

لقد أوجدنا كمية الشحنة سابقًا، وهي 6331.5 كولوم. قيمة ثابت فاراداي تساوي 96500 كولوم لكل مول. بإجراء العملية الحسابية، نحصل على 0.06561 مول من الإلكترونات. تخبرنا معادلة التفاعل أن كل مولين من الإلكترونات ينتج عنهما مول واحد من غاز الهيدروجين. بعبارة أخرى: ستكون كمية غاز الهيدروجين الناتج نصف كمية الإلكترونات التي تفاعلت؛ أي 0.032805 مول.

لقد أوشكنا على حل المسألة. علينا فقط تحويل هذه الكمية من غاز الهيدروجين إلى كتلة. يمكننا فعل ذلك بضرب كمية غاز الهيدروجين في الكتلة المولية لغاز الهيدروجين. نعوض بكمية غاز الهيدروجين التي حسبناها للتو. نستخدم بيانات الكتلة المولية المعطاة في المسألة لتحديد الكتلة المولية لغاز الهيدروجين. الكتلة المولية لذرة هيدروجين واحدة تساوي جرامًا واحدًا لكل مول، وتوجد ذرتا هيدروجين في الجزيء الواحد من غاز الهيدروجين. إذن، الكتلة المولية لغاز الهيدروجين تساوي جرامين لكل مول. تحذف وحدتا المول، ونحصل على 0.06561 جرام.

مطلوب منا في المسألة التعبير عن إجابتنا بالترميز العلمي؛ أي كتابتها في صورة عدد يقع بين واحد و10 مضروبًا في إحدى قوى العدد 10. بالتعبير عن الإجابة بالترميز العلمي، سنحصل على 6.561 في 10 أس سالب اثنين جرام. وأخيرًا، مطلوب منا في المسألة تقريب الإجابة لأقرب منزلة عشرية، إذن، يمكننا التقريب للحصول على الإجابة النهائية. وعليه، فإن كتلة الهيدروجين الناتج عندما يمر تيار كهربي شدته 2.345 أمبير عبر فولتاميتر هوفمان لمدة 45 دقيقة تساوي 6.6 في 10 أس سالب اثنين جرام.