الكيمياء (عالي)
التفاعلية 3: انتقال الإلكترون (عالي) — التفاعلية 3 HL
- 1.
عرّف الأكسدة والاختزال من حيث انتقال الإلكترون.
[2 درجة] · بدون آلة حاسبةنقاط التصحيح
- توضيح أن الأكسدة هي فقدان النوع للإلكترونات.
- توضيح أن الاختزال هو اكتساب النوع للإلكترونات.
ملاحظة الفاحص: تنطبق العبارة المختصرة OIL RIG (الأكسدة فقدان، الاختزال اكتساب) على الإلكترونات، وليس على الأكسجين — لا تخلط بينها وبين التعريف الأقدم والأضيق القائم على انتقال الأكسجين.
- 2.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «عرّف الأكسدة والاختزال من حيث انتقال الإلكترون.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح أن الأكسدة هي فقدان النوع للإلكترونات.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 2 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[2 درجة] · بدون آلة حاسبةنقاط التصحيح
- يقر باستحقاق الدرجة للنقطة المذكورة: توضيح أن الأكسدة هي فقدان النوع للإلكترونات.
- يحدد المتطلب الناقص: توضيح أن الاختزال هو اكتساب النوع للإلكترونات.
ملاحظة الفاحص: تعامل مع كل نقطة تصحيح كمتطلب مستقل. لا تمنح الفكرة نفسها درجتين ولا تفترض عملاً لم يُظهره المتعلم.
- 3.
باستخدام جهدي القطب القياسيين E°(Cu²⁺/Cu) = +0.34 V و E°(Zn²⁺/Zn) = −0.76 V، احسب E°cell للتفاعل Zn(s) + Cu²⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Cu(s)، مع تحديد نصف الخلية الذي يمثل المهبط.
[4 درجة]نقاط التصحيح
- تحديد نصف خلية Cu²⁺/Cu بأنه المهبط، لامتلاكه جهد القطب القياسي الأكثر إيجابية (الأقل سلبية).
- تحديد نصف خلية Zn²⁺/Zn بأنه المصعد.
- استخدام E°cell = E°(المهبط) − E°(المصعد) = 0.34 − (−0.76).
- الحصول على E°cell = +1.10 V.
ملاحظة الفاحص: استخدم دائماً المهبط ناقص المصعد بجهود الاختزال المجدولة كما هي — لا تعكس إشارة قيمة المصعد قبل الطرح.
- 4.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «باستخدام جهدي القطب القياسيين E°(Cu²⁺/Cu) = +0.34 V و E°(Zn²⁺/Zn) = −0.76 V، احسب E°cell للتفاعل Zn(s) + Cu²⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Cu(s)، مع تحديد نصف الخلية الذي يمثل المهبط.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «تحديد نصف خلية Cu²⁺/Cu بأنه المهبط، لامتلاكه جهد القطب القياسي الأكثر إيجابية (الأقل سلبية).» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 4 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[4 درجة]نقاط التصحيح
- يقر باستحقاق الدرجة للنقطة المذكورة: تحديد نصف خلية Cu²⁺/Cu بأنه المهبط، لامتلاكه جهد القطب القياسي الأكثر إيجابية (الأقل سلبية).
- يحدد المتطلب الناقص: تحديد نصف خلية Zn²⁺/Zn بأنه المصعد.
- يحدد المتطلب الناقص: استخدام E°cell = E°(المهبط) − E°(المصعد) = 0.34 − (−0.76).
- يحدد المتطلب الناقص: الحصول على E°cell = +1.10 V.
ملاحظة الفاحص: تعامل مع كل نقطة تصحيح كمتطلب مستقل. لا تمنح الفكرة نفسها درجتين ولا تفترض عملاً لم يُظهره المتعلم.
- 5.
اذكر كيف تدل إشارة E°cell على ما إذا كان تفاعل أكسدة-اختزال تلقائياً في الظروف القياسية، ومن ثم اذكر ما إذا كان التفاعل بين Zn(s) و Cu²⁺(aq) تلقائياً، علماً أن E°cell = +1.10 V.
[2 درجة] · بدون آلة حاسبةنقاط التصحيح
- توضيح أن E°cell الموجبة تدل على تفاعل تلقائي (ممكن) في الظروف القياسية، بينما تدل E°cell السالبة على تفاعل غير تلقائي.
- توضيح أنه بما أن E°cell = +1.10 V موجبة، فإن التفاعل بين Zn(s) و Cu²⁺(aq) تلقائي.
ملاحظة الفاحص: يرتبط هذا بالعلاقة ΔG° = −nFE°cell: تعطي E°cell الموجبة قيمة ΔG° سالبة، وهو الشرط الديناميكي الحراري العام للتلقائية.
- 6.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «اذكر كيف تدل إشارة E°cell على ما إذا كان تفاعل أكسدة-اختزال تلقائياً في الظروف القياسية، ومن ثم اذكر ما إذا كان التفاعل بين Zn(s) و Cu²⁺(aq) تلقائياً، علماً أن E°cell = +1.10 V.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح أن E°cell الموجبة تدل على تفاعل تلقائي (ممكن) في الظروف القياسية، بينما تدل E°cell السالبة على تفاعل غير تلقائي.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 2 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[2 درجة] · بدون آلة حاسبةنقاط التصحيح
- يقر باستحقاق الدرجة للنقطة المذكورة: توضيح أن E°cell الموجبة تدل على تفاعل تلقائي (ممكن) في الظروف القياسية، بينما تدل E°cell السالبة على تفاعل غير تلقائي.
- يحدد المتطلب الناقص: توضيح أنه بما أن E°cell = +1.10 V موجبة، فإن التفاعل بين Zn(s) و Cu²⁺(aq) تلقائي.
ملاحظة الفاحص: تعامل مع كل نقطة تصحيح كمتطلب مستقل. لا تمنح الفكرة نفسها درجتين ولا تفترض عملاً لم يُظهره المتعلم.
- 7.
مُرر تيار شدته 2.00 A خلال بروميد الرصاص (II) المنصهر PbBr₂(l) لمدة 1930 ثانية باستخدام أقطاب خاملة. احسب عدد مولات الإلكترونات المنتقلة. (F = 96500 C mol⁻¹)
[4 درجة]نقاط التصحيح
- توضيح صيغة الشحنة: Q = It.
- حساب Q = 2.00 × 1930 = 3860 C.
- استخدام n(e⁻) = Q / F.
- الحصول على n(e⁻) = 3860 / 96500 = 0.0400 mol.
ملاحظة الفاحص: ثابت فاراداي F هو شحنة مول واحد من الإلكترونات — حوّل الشحنة دائماً إلى مولات إلكترونات قبل ربطها بمولات الناتج.
- 8.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «مُرر تيار شدته 2.00 A خلال بروميد الرصاص (II) المنصهر PbBr₂(l) لمدة 1930 ثانية باستخدام أقطاب خاملة. احسب عدد مولات الإلكترونات المنتقلة. (F = 96500 C mol⁻¹)» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح صيغة الشحنة: Q = It.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 4 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[4 درجة]نقاط التصحيح
- يقر باستحقاق الدرجة للنقطة المذكورة: توضيح صيغة الشحنة: Q = It.
- يحدد المتطلب الناقص: حساب Q = 2.00 × 1930 = 3860 C.
- يحدد المتطلب الناقص: استخدام n(e⁻) = Q / F.
- يحدد المتطلب الناقص: الحصول على n(e⁻) = 3860 / 96500 = 0.0400 mol.
ملاحظة الفاحص: تعامل مع كل نقطة تصحيح كمتطلب مستقل. لا تمنح الفكرة نفسها درجتين ولا تفترض عملاً لم يُظهره المتعلم.
- 9.
باستخدام n(e⁻) = 0.0400 mol من التحليل الكهربائي لـ PbBr₂ المنصهر، احسب كتلة الرصاص المترسبة عند المهبط. (Pb²⁺ + 2e⁻ → Pb؛ الكتلة الذرية Ar(Pb) = 207)
[3 درجة]نقاط التصحيح
- توضيح أن 2 مول من الإلكترونات لازمة لكل مول رصاص مترسب، من Pb²⁺ + 2e⁻ → Pb.
- استخدام n(Pb) = n(e⁻) / 2 = 0.0400 / 2 = 0.0200 mol.
- حساب الكتلة = n × Ar = 0.0200 × 207 = 4.14 g.
ملاحظة الفاحص: تحقق دائماً من عدد الإلكترونات في معادلة نصف التفاعل للأيون المحدد الذي يُفرَّغ — ليس دائماً 1، واستخدام النسبة الخاطئة هو الخطأ الأكثر شيوعاً في هذه الحسابات.
- 10.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «باستخدام n(e⁻) = 0.0400 mol من التحليل الكهربائي لـ PbBr₂ المنصهر، احسب كتلة الرصاص المترسبة عند المهبط. (Pb²⁺ + 2e⁻ → Pb؛ الكتلة الذرية Ar(Pb) = 207)» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح أن 2 مول من الإلكترونات لازمة لكل مول رصاص مترسب، من Pb²⁺ + 2e⁻ → Pb.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 3 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[3 درجة]نقاط التصحيح
- يقر باستحقاق الدرجة للنقطة المذكورة: توضيح أن 2 مول من الإلكترونات لازمة لكل مول رصاص مترسب، من Pb²⁺ + 2e⁻ → Pb.
- يحدد المتطلب الناقص: استخدام n(Pb) = n(e⁻) / 2 = 0.0400 / 2 = 0.0200 mol.
- يحدد المتطلب الناقص: حساب الكتلة = n × Ar = 0.0200 × 207 = 4.14 g.
ملاحظة الفاحص: تعامل مع كل نقطة تصحيح كمتطلب مستقل. لا تمنح الفكرة نفسها درجتين ولا تفترض عملاً لم يُظهره المتعلم.
- 11.
اشرح لماذا يُنسب لقطب الهيدروجين القياسي (SHE) جهد قطب قياسي يساوي 0.00 V تماماً، وأوجز لماذا يهم ذلك في تجدول جهود الأقطاب الأخرى.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبةنقاط التصحيح
- توضيح أن قطب الهيدروجين القياسي هو قطب مرجعي عشوائي لكنه متفق عليه عالمياً.
- توضيح أن جهد قطبه القياسي يُعرَّف بأنه 0.00 V تماماً باصطلاح.
- توضيح أن هذا المرجع المشترك يتيح قياس كل جهود الأقطاب القياسية الأخرى وتجدولها على المقياس نفسه، بحيث يمكن مقارنتها ببعضها بشكل ذي معنى.
ملاحظة الفاحص: القيم النسبية لجهود الأقطاب فقط هي المهمة للتنبؤ بالتفاعلات — قيمة 0.00 V لقطب الهيدروجين القياسي هي نقطة مرجعية، وليست ادعاءً بأن الهيدروجين ليس له ميل للاختزال.
- 12.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «اشرح لماذا يُنسب لقطب الهيدروجين القياسي (SHE) جهد قطب قياسي يساوي 0.00 V تماماً، وأوجز لماذا يهم ذلك في تجدول جهود الأقطاب الأخرى.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح أن قطب الهيدروجين القياسي هو قطب مرجعي عشوائي لكنه متفق عليه عالمياً.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 3 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبةنقاط التصحيح
- يقر باستحقاق الدرجة للنقطة المذكورة: توضيح أن قطب الهيدروجين القياسي هو قطب مرجعي عشوائي لكنه متفق عليه عالمياً.
- يحدد المتطلب الناقص: توضيح أن جهد قطبه القياسي يُعرَّف بأنه 0.00 V تماماً باصطلاح.
- يحدد المتطلب الناقص: توضيح أن هذا المرجع المشترك يتيح قياس كل جهود الأقطاب القياسية الأخرى وتجدولها على المقياس نفسه، بحيث يمكن مقارنتها ببعضها بشكل ذي معنى.
ملاحظة الفاحص: تعامل مع كل نقطة تصحيح كمتطلب مستقل. لا تمنح الفكرة نفسها درجتين ولا تفترض عملاً لم يُظهره المتعلم.
- 13.
يُحلَّل محلول كبريتات النحاس (II) المائي كهربائياً باستخدام أقطاب خاملة (بلاتين). حدد النواتج المتكونة عند المهبط والمصعد، واشرح لماذا تُفرَّغ أيونات OH⁻ عند المصعد بدلاً من أيونات SO₄²⁻.
[4 درجة] · بدون آلة حاسبةنقاط التصحيح
- توضيح أن معدن النحاس Cu(s) يترسب عند المهبط، لأن Cu²⁺ يُختزل تفضيلياً على H⁺ (يمتلك Cu²⁺/Cu جهد القطب القياسي الأكثر إيجابية).
- توضيح أن غاز الأكسجين O₂(g) يتكون عند المصعد.
- توضيح أن أيونات OH⁻ (من الماء) تُفرَّغ تفضيلياً لأن أيونات الكبريتات مستقرة جداً ومقاومة بشدة للأكسدة الإضافية، إذ يكون الكبريت أصلاً في حالة تأكسد عالية.
- كتابة معادلة نصف تفاعل المصعد: 4OH⁻(aq) → O₂(g) + 2H₂O(l) + 4e⁻.
ملاحظة الفاحص: في التحليل الكهربائي المائي، قارن دائماً الأيون المعني بنواتج تفريغ الماء نفسه (H⁺/H₂ عند المهبط، OH⁻/O₂ عند المصعد) باستخدام جهود الأقطاب، وليس بسلسلة النشاط فقط.
- 14.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «يُحلَّل محلول كبريتات النحاس (II) المائي كهربائياً باستخدام أقطاب خاملة (بلاتين). حدد النواتج المتكونة عند المهبط والمصعد، واشرح لماذا تُفرَّغ أيونات OH⁻ عند المصعد بدلاً من أيونات SO₄²⁻.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح أن معدن النحاس Cu(s) يترسب عند المهبط، لأن Cu²⁺ يُختزل تفضيلياً على H⁺ (يمتلك Cu²⁺/Cu جهد القطب القياسي الأكثر إيجابية).» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 4 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[4 درجة] · بدون آلة حاسبةنقاط التصحيح
- يقر باستحقاق الدرجة للنقطة المذكورة: توضيح أن معدن النحاس Cu(s) يترسب عند المهبط، لأن Cu²⁺ يُختزل تفضيلياً على H⁺ (يمتلك Cu²⁺/Cu جهد القطب القياسي الأكثر إيجابية).
- يحدد المتطلب الناقص: توضيح أن غاز الأكسجين O₂(g) يتكون عند المصعد.
- يحدد المتطلب الناقص: توضيح أن أيونات OH⁻ (من الماء) تُفرَّغ تفضيلياً لأن أيونات الكبريتات مستقرة جداً ومقاومة بشدة للأكسدة الإضافية، إذ يكون الكبريت أصلاً في حالة تأكسد عالية.
- يحدد المتطلب الناقص: كتابة معادلة نصف تفاعل المصعد: 4OH⁻(aq) → O₂(g) + 2H₂O(l) + 4e⁻.
ملاحظة الفاحص: تعامل مع كل نقطة تصحيح كمتطلب مستقل. لا تمنح الفكرة نفسها درجتين ولا تفترض عملاً لم يُظهره المتعلم.
- 15.
خليتان للتحليل الكهربائي موصولتان على التوالي: إحداهما تحتوي على PbBr₂ منصهر والأخرى على AlCl₃ منصهر، وتُحلَّلان كهربائياً للمدة نفسها وبالتيار نفسه. استنتج أي خلية ترسب مولات أكبر من المعدن، الرصاص أم الألومنيوم، واشرح تعليلك. (Pb²⁺ + 2e⁻ → Pb؛ Al³⁺ + 3e⁻ → Al)
[3 درجة] · بدون آلة حاسبةنقاط التصحيح
- توضيح أن الخلايا الموصولة على التوالي يمر بها التيار نفسه، لذا تمر الكمية نفسها من الشحنة (وبالتالي العدد نفسه من مولات الإلكترونات) عبر كلتيهما.
- توضيح أن ترسيب مول واحد من الرصاص يتطلب مولين من الإلكترونات، بينما يتطلب ترسيب مول واحد من الألومنيوم 3 مولات من الإلكترونات.
- استنتاج أنه للعدد نفسه من مولات الإلكترونات، تترسب مولات من الرصاص أكثر من الألومنيوم، لأن عدد الإلكترونات اللازمة لكل مول رصاص أقل.
ملاحظة الفاحص: في الخلايا الموصولة على التوالي، تُعد مولات الإلكترونات هي الكمية المشتركة بين الخلايا — حوّل دائماً إلى مولات الإلكترونات أولاً، ثم طبّق نسبة معادلة نصف التفاعل الخاصة بكل خلية على حدة.
- 16.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «خليتان للتحليل الكهربائي موصولتان على التوالي: إحداهما تحتوي على PbBr₂ منصهر والأخرى على AlCl₃ منصهر، وتُحلَّلان كهربائياً للمدة نفسها وبالتيار نفسه. استنتج أي خلية ترسب مولات أكبر من المعدن، الرصاص أم الألومنيوم، واشرح تعليلك. (Pb²⁺ + 2e⁻ → Pb؛ Al³⁺ + 3e⁻ → Al)» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح أن الخلايا الموصولة على التوالي يمر بها التيار نفسه، لذا تمر الكمية نفسها من الشحنة (وبالتالي العدد نفسه من مولات الإلكترونات) عبر كلتيهما.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 3 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبةنقاط التصحيح
- يقر باستحقاق الدرجة للنقطة المذكورة: توضيح أن الخلايا الموصولة على التوالي يمر بها التيار نفسه، لذا تمر الكمية نفسها من الشحنة (وبالتالي العدد نفسه من مولات الإلكترونات) عبر كلتيهما.
- يحدد المتطلب الناقص: توضيح أن ترسيب مول واحد من الرصاص يتطلب مولين من الإلكترونات، بينما يتطلب ترسيب مول واحد من الألومنيوم 3 مولات من الإلكترونات.
- يحدد المتطلب الناقص: استنتاج أنه للعدد نفسه من مولات الإلكترونات، تترسب مولات من الرصاص أكثر من الألومنيوم، لأن عدد الإلكترونات اللازمة لكل مول رصاص أقل.
ملاحظة الفاحص: تعامل مع كل نقطة تصحيح كمتطلب مستقل. لا تمنح الفكرة نفسها درجتين ولا تفترض عملاً لم يُظهره المتعلم.
- 17.
اذكر معادلة نرنست، واشرح نوعياً كيف ستؤثر زيادة تركيز Cu²⁺(aq) فوق الظروف القياسية على جهد خلية زنك-نحاس الفلطية، دون حساب.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبةنقاط التصحيح
- ذكر معادلة نرنست، E = E° − (RT/nF) ln Q، التي تربط جهد الخلية في ظروف غير قياسية بجهد الخلية القياسي وحاصل التفاعل Q.
- توضيح أن زيادة [Cu²⁺] فوق القياسي (1 mol/dm³) تخفض حاصل التفاعل Q للتفاعل كما هو مكتوب، لأن Cu²⁺ متفاعل.
- توضيح أن هذا يجعل جهد الخلية E أكبر قليلاً (أكثر إيجابية) من القيمة القياسية E°، لأن التفاعل يُدفع أبعد عن الاتزان باتجاه الأمام.
ملاحظة الفاحص: تُظهر معادلة نرنست أن جهد الخلية ليس ثابتاً مطلقاً — بل يعتمد على التراكيز الفعلية الموجودة، ولا يساوي E° إلا عندما تكون جميع الأنواع بتركيز قياسي (1 mol/dm³).
- 18.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «اذكر معادلة نرنست، واشرح نوعياً كيف ستؤثر زيادة تركيز Cu²⁺(aq) فوق الظروف القياسية على جهد خلية زنك-نحاس الفلطية، دون حساب.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «ذكر معادلة نرنست، E = E° − (RT/nF) ln Q، التي تربط جهد الخلية في ظروف غير قياسية بجهد الخلية القياسي وحاصل التفاعل Q.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 3 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبةنقاط التصحيح
- يقر باستحقاق الدرجة للنقطة المذكورة: ذكر معادلة نرنست، E = E° − (RT/nF) ln Q، التي تربط جهد الخلية في ظروف غير قياسية بجهد الخلية القياسي وحاصل التفاعل Q.
- يحدد المتطلب الناقص: توضيح أن زيادة [Cu²⁺] فوق القياسي (1 mol/dm³) تخفض حاصل التفاعل Q للتفاعل كما هو مكتوب، لأن Cu²⁺ متفاعل.
- يحدد المتطلب الناقص: توضيح أن هذا يجعل جهد الخلية E أكبر قليلاً (أكثر إيجابية) من القيمة القياسية E°، لأن التفاعل يُدفع أبعد عن الاتزان باتجاه الأمام.
ملاحظة الفاحص: تعامل مع كل نقطة تصحيح كمتطلب مستقل. لا تمنح الفكرة نفسها درجتين ولا تفترض عملاً لم يُظهره المتعلم.
- 19.
مُرر تيار شدته 1.5 A خلال أكسيد الألومنيوم المنصهر لترسيب معدن الألومنيوم عند المهبط: Al³⁺ + 3e⁻ → Al. احسب الزمن اللازم لترسيب 2.70 g من الألومنيوم. (الكتلة الذرية Ar(Al) = 27، F = 96500 C mol⁻¹)
[5 درجة]نقاط التصحيح
- حساب مولات Al = 2.70 / 27 = 0.100 mol.
- استخدام نسبة معادلة نصف التفاعل لإيجاد مولات الإلكترونات: 0.100 × 3 = 0.300 mol.
- حساب الشحنة Q = n(e⁻) × F = 0.300 × 96500 = 28950 C.
- استخدام t = Q / I.
- الحصول على t = 28950 / 1.5 = 19300 s.
ملاحظة الفاحص: هذه علاقة قانون فاراداي نفسها كما سبق، مُعاد ترتيبها فقط لحل الزمن بدلاً من الكتلة — حدد دائماً الكمية المجهولة الوحيدة قبل إعادة الترتيب.
- 20.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «مُرر تيار شدته 1.5 A خلال أكسيد الألومنيوم المنصهر لترسيب معدن الألومنيوم عند المهبط: Al³⁺ + 3e⁻ → Al. احسب الزمن اللازم لترسيب 2.70 g من الألومنيوم. (الكتلة الذرية Ar(Al) = 27، F = 96500 C mol⁻¹)» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «حساب مولات Al = 2.70 / 27 = 0.100 mol.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 5 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[5 درجة]نقاط التصحيح
- يقر باستحقاق الدرجة للنقطة المذكورة: حساب مولات Al = 2.70 / 27 = 0.100 mol.
- يحدد المتطلب الناقص: استخدام نسبة معادلة نصف التفاعل لإيجاد مولات الإلكترونات: 0.100 × 3 = 0.300 mol.
- يحدد المتطلب الناقص: حساب الشحنة Q = n(e⁻) × F = 0.300 × 96500 = 28950 C.
- يحدد المتطلب الناقص: استخدام t = Q / I.
- يحدد المتطلب الناقص: الحصول على t = 28950 / 1.5 = 19300 s.
ملاحظة الفاحص: تعامل مع كل نقطة تصحيح كمتطلب مستقل. لا تمنح الفكرة نفسها درجتين ولا تفترض عملاً لم يُظهره المتعلم.
- 21.
اذكر سبباً عملياً واحداً لطلاء جسم بمعدن مثل الكروم أو الفضة كهربائياً، وأوجز دور الجسم المطلي في خلية التحليل الكهربائي.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبةنقاط التصحيح
- ذكر سبب صحيح، مثل حماية المعدن الأساسي من التآكل، أو تحسين مظهره.
- توضيح أن الجسم المراد طلاؤه يُجعل المهبط في خلية التحليل الكهربائي.
- توضيح أن المحلول الكهرلي يحتوي على أيونات معدن الطلاء، التي تُختزل وتترسب على المهبط (الجسم).
ملاحظة الفاحص: يجب أن يكون الجسم المطلي دائماً المهبط، لأن الاختزال (اكتساب الإلكترونات، ترسيب ذرات معدنية متعادلة) يحدث عند المهبط — هذا المبدأ نفسه لأي ترسيب معدني بالتحليل الكهربائي.
- 22.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «اذكر سبباً عملياً واحداً لطلاء جسم بمعدن مثل الكروم أو الفضة كهربائياً، وأوجز دور الجسم المطلي في خلية التحليل الكهربائي.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «ذكر سبب صحيح، مثل حماية المعدن الأساسي من التآكل، أو تحسين مظهره.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 3 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبةنقاط التصحيح
- يقر باستحقاق الدرجة للنقطة المذكورة: ذكر سبب صحيح، مثل حماية المعدن الأساسي من التآكل، أو تحسين مظهره.
- يحدد المتطلب الناقص: توضيح أن الجسم المراد طلاؤه يُجعل المهبط في خلية التحليل الكهربائي.
- يحدد المتطلب الناقص: توضيح أن المحلول الكهرلي يحتوي على أيونات معدن الطلاء، التي تُختزل وتترسب على المهبط (الجسم).
ملاحظة الفاحص: تعامل مع كل نقطة تصحيح كمتطلب مستقل. لا تمنح الفكرة نفسها درجتين ولا تفترض عملاً لم يُظهره المتعلم.
- 23.
أوجز كيف تولّد خلية وقود الهيدروجين-الأكسجين طاقة كهربائية، متضمناً معادلتي نصف التفاعل عند كل قطب في الظروف القلوية، واذكر ميزة واحدة لخلية الوقود مقارنة بحرق الهيدروجين مباشرة كوقود.
[4 درجة] · بدون آلة حاسبةنقاط التصحيح
- ذكر معادلة نصف تفاعل المصعد (القطب السالب): 2H₂ + 4OH⁻ → 4H₂O + 4e⁻.
- ذكر معادلة نصف تفاعل المهبط (القطب الموجب): O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻.
- توضيح أن الإلكترونات تتدفق عبر دائرة خارجية من المصعد إلى المهبط، مولّدة تياراً كهربائياً، بينما الناتج الوحيد إجمالاً هو الماء.
- ذكر ميزة صحيحة، مثل تحويل خلايا الوقود الطاقة الكيميائية مباشرة وبكفاءة أكبر إلى طاقة كهربائية مقارنة بالاحتراق، أو إنتاج الماء فقط دون انبعاثات مباشرة لثاني أكسيد الكربون.
ملاحظة الفاحص: خلية الوقود هي أساساً خلية فلطية تُزوَّد باستمرار بمتفاعلات جديدة (هيدروجين وأكسجين) بدلاً من الاعتماد على مخزون كيميائي داخلي ثابت ينفد.
- 24.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «أوجز كيف تولّد خلية وقود الهيدروجين-الأكسجين طاقة كهربائية، متضمناً معادلتي نصف التفاعل عند كل قطب في الظروف القلوية، واذكر ميزة واحدة لخلية الوقود مقارنة بحرق الهيدروجين مباشرة كوقود.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «ذكر معادلة نصف تفاعل المصعد (القطب السالب): 2H₂ + 4OH⁻ → 4H₂O + 4e⁻.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 4 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[4 درجة] · بدون آلة حاسبةنقاط التصحيح
- يقر باستحقاق الدرجة للنقطة المذكورة: ذكر معادلة نصف تفاعل المصعد (القطب السالب): 2H₂ + 4OH⁻ → 4H₂O + 4e⁻.
- يحدد المتطلب الناقص: ذكر معادلة نصف تفاعل المهبط (القطب الموجب): O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻.
- يحدد المتطلب الناقص: توضيح أن الإلكترونات تتدفق عبر دائرة خارجية من المصعد إلى المهبط، مولّدة تياراً كهربائياً، بينما الناتج الوحيد إجمالاً هو الماء.
- يحدد المتطلب الناقص: ذكر ميزة صحيحة، مثل تحويل خلايا الوقود الطاقة الكيميائية مباشرة وبكفاءة أكبر إلى طاقة كهربائية مقارنة بالاحتراق، أو إنتاج الماء فقط دون انبعاثات مباشرة لثاني أكسيد الكربون.
ملاحظة الفاحص: تعامل مع كل نقطة تصحيح كمتطلب مستقل. لا تمنح الفكرة نفسها درجتين ولا تفترض عملاً لم يُظهره المتعلم.
- 25.
ميّز بين الخلية الأولية والخلية الثانوية، مع ذكر مثال لكل منهما.
[2 درجة] · بدون آلة حاسبةنقاط التصحيح
- توضيح أن الخلية الأولية لا يمكن إعادة شحنها، لأن تفاعلات أقطابها ليست انعكاسية بسهولة، مثل البطارية القلوية القياسية.
- توضيح أن الخلية الثانوية يمكن إعادة شحنها بتمرير تيار عبرها بالاتجاه المعاكس، ما يعكس التفاعل الكيميائي، مثل بطارية الليثيوم أيون أو الرصاص الحمضية.
ملاحظة الفاحص: تعتمد إمكانية إعادة الشحن كلياً على ما إذا كان يمكن دفع تفاعلات أقطاب الخلية إلى الوراء بتيار خارجي — هذه خاصية للكيمياء المحددة، وليست صحيحة لكل الخلايا الفلطية.
- 26.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «ميّز بين الخلية الأولية والخلية الثانوية، مع ذكر مثال لكل منهما.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح أن الخلية الأولية لا يمكن إعادة شحنها، لأن تفاعلات أقطابها ليست انعكاسية بسهولة، مثل البطارية القلوية القياسية.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 2 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[2 درجة] · بدون آلة حاسبةنقاط التصحيح
- يقر باستحقاق الدرجة للنقطة المذكورة: توضيح أن الخلية الأولية لا يمكن إعادة شحنها، لأن تفاعلات أقطابها ليست انعكاسية بسهولة، مثل البطارية القلوية القياسية.
- يحدد المتطلب الناقص: توضيح أن الخلية الثانوية يمكن إعادة شحنها بتمرير تيار عبرها بالاتجاه المعاكس، ما يعكس التفاعل الكيميائي، مثل بطارية الليثيوم أيون أو الرصاص الحمضية.
ملاحظة الفاحص: تعامل مع كل نقطة تصحيح كمتطلب مستقل. لا تمنح الفكرة نفسها درجتين ولا تفترض عملاً لم يُظهره المتعلم.
- 27.
اكتب رمز الخلية القياسي (مخطط الخلية) لخلية فلطية مصنوعة من نصف خلية Zn(s)/Zn²⁺(aq) ونصف خلية Cu(s)/Cu²⁺(aq)، علماً أن الزنك هو المعدن الأسهل أكسدة.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبةنقاط التصحيح
- توضيح أن المصعد (الأكسدة، المعدن الأسهل أكسدة) يُكتب يساراً: Zn(s) | Zn²⁺(aq).
- توضيح أن خطاً رأسياً مزدوجاً يمثل الجسر الملحي، فاصلاً نصفي الخلية: ||.
- كتابة الرمز الكامل: Zn(s) | Zn²⁺(aq) || Cu²⁺(aq) | Cu(s)، مع المهبط (الاختزال) يميناً.
ملاحظة الفاحص: يتبع رمز الخلية دائماً الاصطلاح: المصعد (الأكسدة) يساراً، الجسر الملحي (||) في المنتصف، المهبط (الاختزال) يميناً — الترتيب نفسه لقراءة 'من اليسار إلى اليمين، من الأكسدة إلى الاختزال'.
- 28.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «اكتب رمز الخلية القياسي (مخطط الخلية) لخلية فلطية مصنوعة من نصف خلية Zn(s)/Zn²⁺(aq) ونصف خلية Cu(s)/Cu²⁺(aq)، علماً أن الزنك هو المعدن الأسهل أكسدة.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح أن المصعد (الأكسدة، المعدن الأسهل أكسدة) يُكتب يساراً: Zn(s) | Zn²⁺(aq).» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 3 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبةنقاط التصحيح
- يقر باستحقاق الدرجة للنقطة المذكورة: توضيح أن المصعد (الأكسدة، المعدن الأسهل أكسدة) يُكتب يساراً: Zn(s) | Zn²⁺(aq).
- يحدد المتطلب الناقص: توضيح أن خطاً رأسياً مزدوجاً يمثل الجسر الملحي، فاصلاً نصفي الخلية: ||.
- يحدد المتطلب الناقص: كتابة الرمز الكامل: Zn(s) | Zn²⁺(aq) || Cu²⁺(aq) | Cu(s)، مع المهبط (الاختزال) يميناً.
ملاحظة الفاحص: تعامل مع كل نقطة تصحيح كمتطلب مستقل. لا تمنح الفكرة نفسها درجتين ولا تفترض عملاً لم يُظهره المتعلم.
- 29.
اشرح، من حيث انتقال الإلكترون، لماذا يصدأ الحديد عند تعرضه للأكسجين والماء معاً، واذكر طريقة واحدة لمنع الصدأ استناداً إلى هذه الآلية.
[4 درجة] · بدون آلة حاسبةنقاط التصحيح
- توضيح أن ذرات الحديد تتأكسد (تفقد إلكترونات) لتكوين أيونات Fe²⁺: Fe → Fe²⁺ + 2e⁻، عاملة كمنطقة مصعد.
- توضيح أن الأكسجين المذاب في الماء يُختزل عند نقطة مختلفة على سطح الحديد، عاملاً كمنطقة مهبط: O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻.
- توضيح أن أيونات Fe²⁺ وOH⁻ الناتجة تتفاعل أكثر وتتأكسد بمزيد من الأكسجين لتكوّن في النهاية أكسيد الحديد الثلاثي المائي Fe₂O₃·xH₂O (الصدأ).
- ذكر طريقة وقاية صحيحة، مثل طلاء الحديد بحاجز كالطلاء أو الشحم لمنع الأكسجين والماء، أو تثبيت معدن أكثر نشاطاً (مثل الزنك، في الجلفنة) يتأكسد تفضيلياً بدلاً من الحديد.
ملاحظة الفاحص: الصدأ عملية كهروكيميائية حقيقية بمنطقتي مصعد ومهبط منفصلتين على قطعة المعدن نفسها — تعمل الحماية التضحوية بجعل معدن أكثر نشاطاً يعمل كمصعد بدلاً من ذلك، بحيث يبقى الحديد كمهبط (محمي).
- 30.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «اشرح، من حيث انتقال الإلكترون، لماذا يصدأ الحديد عند تعرضه للأكسجين والماء معاً، واذكر طريقة واحدة لمنع الصدأ استناداً إلى هذه الآلية.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح أن ذرات الحديد تتأكسد (تفقد إلكترونات) لتكوين أيونات Fe²⁺: Fe → Fe²⁺ + 2e⁻، عاملة كمنطقة مصعد.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 4 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[4 درجة] · بدون آلة حاسبةنقاط التصحيح
- يقر باستحقاق الدرجة للنقطة المذكورة: توضيح أن ذرات الحديد تتأكسد (تفقد إلكترونات) لتكوين أيونات Fe²⁺: Fe → Fe²⁺ + 2e⁻، عاملة كمنطقة مصعد.
- يحدد المتطلب الناقص: توضيح أن الأكسجين المذاب في الماء يُختزل عند نقطة مختلفة على سطح الحديد، عاملاً كمنطقة مهبط: O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻.
- يحدد المتطلب الناقص: توضيح أن أيونات Fe²⁺ وOH⁻ الناتجة تتفاعل أكثر وتتأكسد بمزيد من الأكسجين لتكوّن في النهاية أكسيد الحديد الثلاثي المائي Fe₂O₃·xH₂O (الصدأ).
- يحدد المتطلب الناقص: ذكر طريقة وقاية صحيحة، مثل طلاء الحديد بحاجز كالطلاء أو الشحم لمنع الأكسجين والماء، أو تثبيت معدن أكثر نشاطاً (مثل الزنك، في الجلفنة) يتأكسد تفضيلياً بدلاً من الحديد.
ملاحظة الفاحص: تعامل مع كل نقطة تصحيح كمتطلب مستقل. لا تمنح الفكرة نفسها درجتين ولا تفترض عملاً لم يُظهره المتعلم.