التحليل الكهربائي في كيمياء IGCSE: النواتج وأنصاف المعادلات

الإلكتروليتات المطلوبة (أقطاب خاملة ما لم يُذكر غير ذلك)

الثلاثة الأولى من المستوى الأساسي في كامبريدج، وكبريتات النحاس بنوعي الأقطاب من الموسع. ويذكر إدكسل بروميد الرصاص وكلوريد الصوديوم وحمض الكبريتيك وكبريتات النحاس بأقطاب خاملة.

الأفكار الأساسية في كل منهج

في المستوى الأساسي بكامبريدج: تعريف التحليل الكهربائي، وتحديد المصعد والمهبط والإلكتروليت، ونواتج الإلكتروليتات الثلاثة الأولى وملاحظاتها، والتنبؤ بنواتج أي مركب ثنائي منصهر، ووصف الطلاء الكهربائي: الجسم المطلي هو المهبط، والمصعد من فلز الطلاء، والإلكتروليت يحتوي على أيونات ذلك الفلز. ويُطلى الفلز لتحسين مظهره ومقاومة التآكل. وخلية وقود الهيدروجين والأكسجين تنتج الكهرباء والماء فقط.

يضيف المستوى الموسع انتقال الشحنة (الإلكترونات في الدائرة الخارجية والأيونات في الإلكتروليت)، وكبريتات النحاس، والتنبؤ بنواتج الهاليدات المخففة والمركزة، وأنصاف المعادلات، ومزايا خلايا الوقود وعيوبها مقارنة بمحركات البنزين.

يبدأ إدكسل بتفسير عدم توصيل المركبات التساهمية وتوصيل الأيونية منصهرة أو مذابة فقط، ثم التجارب نفسها وأنصاف المعادلات وتجربة تحليل المحاليل المائية، وكلها تحمل الحرف C وتُختبر في الورقة الثانية.

مثال محلول ١: التنبؤ بالنواتج في المحلول

بروميد البوتاسيوم المائي المركز بأقطاب خاملة. الأيونات: K+ وBr- من الملح، وH+ وOH- من الماء. عند المهبط: البوتاسيوم أنشط من الهيدروجين فيتصاعد الهيدروجين: 2H+ + 2e- → H2. وعند المصعد: هاليد مركز فيتكون البروم: 2Br- → Br2 + 2e-، ويظهر لون برتقالي بني ويصبح المحلول قلويًا.

ولو كان المحلول مخففًا جدًا لتكوّن الأكسجين عند المصعد: 4OH- → O2 + 2H2O + 4e-.

مثال محلول ٢: الطلاء الكهربائي والأكسدة والاختزال

لطلاء ملعقة فولاذية بالفضة: الملعقة هي المهبط، والمصعد قضيب فضة نقية، والإلكتروليت محلول ملح فضة مثل نترات الفضة. عند المهبط: Ag+ + e- → Ag فتُغطى الملعقة بالفضة، وعند المصعد: Ag → Ag+ + e- فيذوب القضيب ويعوض الأيونات. تفاعل المهبط اختزال لأن الأيونات تكتسب إلكترونات، وتفاعل المصعد أكسدة.

أخطاء شائعة

• الخلط بين القطبين. المصعد موجب ويجذب الأيونات السالبة.
• القول إن المركبات الأيونية الصلبة توصل الكهرباء.
• القول إن الإلكترونات تتحرك في الإلكتروليت، والصحيح أن الأيونات تحمل الشحنة فيه.
• كتابة الصوديوم ناتجًا عند المهبط في محلول كلوريد الصوديوم المائي.
• كتابة Br بدل Br2 أو أنصاف معادلات غير موزونة.
• الاكتفاء بكلمة "فقاعات" للكلور دون اللون واختبار القصر.

أسلوب الإجابة

ابدأ كل سؤال نواتج بكتابة الأيونات الموجودة، ومنها H+ وOH- من الماء في المحاليل، ثم طبق القاعدتين: المهبط هيدروجين ما لم يكن الفلز أقل نشاطًا منه، والمصعد هالوجين إن كان الهاليد مركزًا وإلا فالأكسجين.

تحقق من أنصاف المعادلات بالشحنة والذرات معًا، واستخدم كلمة discharged لتحول الأيونات إلى ذرات أو جزيئات عند القطب، فهي كلمة سلم التصحيح.

كيف تساعد الدروس الفردية

يجد الطلاب التحليل الكهربائي مربكًا لكثرة القواعد والإلكتروليتات. يبني المدرس طريقة واحدة تبدأ بقائمة الأيونات على السبورة المشتركة ويطبقها على كل إلكتروليت، ثم يطلب التنبؤ بنواتج أملاح جديدة وكتابة أنصاف المعادلات من الصفر. ولطلاب إدكسل يتأكد ألا يُترك موضوع الورقة الثانية هذا لنهاية العام.

قائمة التحقق الذاتي

1. أعرّف التحليل الكهربائي والمصعد والمهبط والإلكتروليت.
2. أذكر نواتج بروميد الرصاص المنصهر وكلوريد الصوديوم المركز وحمض الكبريتيك المخفف وملاحظاتها.
3. أشرح الفرق بين أقطاب الكربون والنحاس في كبريتات النحاس.
4. أتنبأ بنواتج أي هاليد مائي مخفف أو مركز.
5. أكتب أنصاف المعادلات وأحدد الأكسدة والاختزال.
6. أصف الطلاء الكهربائي وسببه.
7. أذكر ناتج خلية وقود الهيدروجين والأكسجين.