آموزش فصل دوم شیمی دوازدهم

آموزش فصل دوم شیمی دوازدهم شامل مباحث بسیار مهم و تست خیز درباره مباحث الکتروشیمی، برقکافت، آّبکافت، اکسایش و کاهش، سلول های گالوانی، سلول های الکترولیتی، سلول سوختی و ....می باشد که در اکثر بودجه بندی های کنکور های سراسری سال های اخیر دو گروه آزمایشی ریاضی و تجربی آمده است. درس شیمی یکی از دروس اختصاصی با ضریب بالا در کنکور سراسری برای داوطلبان گروه تجربی و ریاضی است. لذا یادگیری و آموزش اصولی هر کدام از مباحث فصل های این درس بسیار مهم می باشد. در ادامه مرکز همراه تحصیلی به آموزش فصل دوم شیمی دوازدهم به شیوه ای آسان برای درک هر چه بهتر دانش آموزان پرداخته است.

آموزش فصل دوم شیمی دوازدهم

شیمی دوازدهم3.jpg

یکی از مهم ‌ترین درس‌ های کنکور سراسری برای داوطلبان گروه تجربی و ریاضی درس شیمی است. درس شیمی کنکور برای این دو گروه ضرایب مختلفی دارد. دانش‌آموزان گروه ریاضی باید به درس شیمی به عنوان سومین درس در دفترچه تخصصی پاسخ دهند. تعداد سوالات شیمی برای داوطلبان گروه ریاضی 35 سوال است. داوطلبان گروه ریاضی باید به این 35 سوال در 35 دقیقه پاسخ دهند. این بدین معنی است که داوطلبان برای هر سوال درس شیمی تنها 60 ثانیه فرصت دارند. 60 ثانیه یک زمان مناسب برای درک سوال و پاسخگویی به آن است.

درس شیمی برای داوطلبان گروه تجربی کمی متفاوت ‌تر است، زیرا آن ‌ها باید در میان 5 درس تخصصی خود به سوالات شیمی به عنوان سومین درس پاسخ دهند. تعداد سوالات شیمی برای داوطلبان گروه تجربی 35 سوال است. داوطلبان گروه تجربی نیز باید در 35 دقیقه به 35 سوال درس شیمی پاسخ دهند. هر سوال 60 ثانیه زمان دارد و داوطلب باید با توجه به زمان خود به سوالات پاسخ دهد.

اما این درس به عنوان یکی از دشوار ترین دروس متوسطه دوم محسوب می شود. سختی مباحث شیمی اصلی ترین دلیل بی میلی داوطلبان نسبت به مطالعه مباحث آن است. اما از آنجایی که این درس جزو دروس مهم برای هر دو گروه آزمایشی ریاضی و تجربی می باشد، لذا افراد باید با تکرار و تمرین مهارت های خود را در درس شیمی بهبود بخشند. البته این موضوع ملزم به یادگیری و آموزش اصولی و صحیح می باشد. لذا آشنایی و یادگیری هر کدام از مباحث فصل های شیمی بسیار مهم می باشد. در ادامه به آموزش فصل اول شیمی دوازدهم می پردازیم.

آموزش فصل دوم شیمی دوازدهم مبحث الکتروشیمی

پدیده‌ هایی مانند آذرخش و صاعقه در زندگی انسان نشان دهنده این است که انرژی می‌ تواند در قالب‌ های مختلفی بین سامانه و محیط جا به‌ جا شود. این پدیده‌ های شیمیایی و الکتریکی منجر به بررسی دقیق جا به ‌جایی الکترون ‌ها در محیط و سامانه توسط دانشمندان شد، که نتیجه این تحقیقات موجب پدید آمدن شاخه جدیدی از شیمی با عنوان الکتروشیمی شد. الکتروشیمی منجر به بهبود خواص مواد و فرایند تامین انرژی می ‌شود. الکتروشیمی در صنایع مختلف جهت تامین رفاه و آسایش مردم بسیار مهم است.

 در بخش الکتروشیمی به 3 موضوع مهم پرداخته شده است که عبارتند از:

  • تامین انرژی(باتری و سلول ‌های سوختی)
  • تولید مواد(برقکافت و آبکافت)
  • اندازه گیری و کنترل کیفیت

Untitled-1.gif

باتری

باتری یکی از فراورده‌ های مهم صنعتی است که در صورت نیاز با انجام واکنش ‌های شیمیایی الکتریسیته تولید کرده و انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می ‌کند. باتری کاربرد‌ های فراوانی دارد از جمله این کاربرد ها می توانیم به محصولات الکترونی، رایانه‌ ها، سمعک، اندام های مصنوعی و دستگاه های صنعتی اشاره کرد.

آموزش فصل دوم شیمی دوازدهم انجام واکنش با سفر الکترون

یكی از راه‌ های استفاده از انرژی ذخیره شده در فلزها اتصال آنها در شرایط مناسب به یكدیگر است که در این شرایط اتم‌ه ای فلزات طی واکنش ‌های شیمیایی در شرایط مناسب انرژی آزاد می ‌کنند. مثلا با یک تیغه مسی و تیغه ‌ای دیگر مانند روی و با میوه هایی مانند لیمو می‌ توان نوعی باتری ساخت و با آن یک لامپ LED را روشن کرد. موتورسیكلت برقی و موبایل نمونه هایی از اجسامی هستند كه با انرژی ذخیره شده در باتری كار می كنند که مدت زمان کارکرد این وسایل به حجم و نوع باتری بستگی دارد. باتری به نوعی مولدی است كه در آن واكنش‌ های شیمیایی رخ می دهد تا بخشی از انرژی شیمیایی مواد به انرژی الكتریكی تبدیل کند.

آموزش فصل دوم شیمی دوازدهم کاهش و اکسایش

فلز‌ها و نافلزات نقش‌ های متفاوتی در طی یک واکنش‌ شیمایی دارند. اكسیژن، نافلزی فعال است كه با اغلب فلزها واكنش می دهد و آنها را به اكسید فلز تبدیل می ‌‌كند، درحالی كه با برخی فلزها مانند طلا واكنش نمی‌ دهد.

در طی یک واکنش شیمایی گرفتن الکترون را کاهش و از دست دادن الكترون را اكسایش می گویند. همچنین ماده ‌ای که با گرفتن الکترون سبب اکسایش گونه دیگری می ‌شود، را اکسنده و ماده‌ ای که با دادن الکترون سبب کاهش گونه دیگر می‌شود، را کاهنده می گویند. در واكنش‌ های اكسایش و كاهش، گونه ‌های شیمیایی الكترون داد و ستد می‌ كنند. یعنی برخی گونه‌ ها با از دست دادن الكترون اكسایش می ‌یابند و برخی گونه ها با گرفتن الكترون كاهش می ‌یابند. مثلا اگر تیغه‌ هایی از جنس روی درون محلول مس 2 سولفات آبی رنگ قرار گیرد، به مرور زمان از شدت رنگ محلول كاسته می ‌شود. افزایش عدد اکسایش به معنای از دست دادن الکترون و انجاک فرایند اکسایش است در حالی که کاهش آن به معنای به دست آوردن الکترون و فرایند کاهش است. عدد اکسایش عناصر در حالت آزاد صفر است و عدد اکسایش یون‌ های تک اتمی با بار الکتریکی آن‌ ها برابر است.

آموزش فصل دوم شیمی دوازدهم واکنش روی و مس

دانشمندان هر فرایند اکسایش و یا کاهش را با نیم‌ واکنش نشان می ‌دهند و هر نیم واکنش باید از لحاظ جرم و بار الکتریکی موازنه شده باشد.

در واكنش روی و مس اتم‌ های روی (Zn) هر یک با از دست دادن دو الكترون به یون‌ های روی (+Zn2)  اكسایش یافته و همزمان هر یون مس (+Cu2) با دریافت همان دو الكترون به اتم مس (Cu) كاهش می‌ یابند. در این گونه واکنش ها فراورده‌ها از واكنش دهنده ها پایدارترند. در هر واكنش شیمیایی هنگامی كه بار الكتریكی یک گونه مثبت ‌تر ‌شود، آن گونه اكسایش یافته و گونه‌ هایی كه بار الكتری‌ آن‌ ها منفی ‌تر ‌شود، كاهش می ‌یابند.

هچنین فلز‌ها در واکنش های شیمیایی تمایل دارند یک یا چند الکترون به نافلزات بدهند و ضمن اکسایش به کاتیون تبدیل شوند و نافلزات با گرفتن یک یا چند الکترون حین اکسایش به آنیون تبدیل می ‌شوند، اغلب فلزات کاهنده و اغلب نافلزات اکسنده هستند.

آموزش فصل دوم شیمی دوازدهم آزاد شدن انرژی

در برخی واكنش‌ های اكسایش و كاهش علاوه بر داد و ستد الكترون، انرژی نیز آزاد می ‌شود. فلز هایی مانند منیزم و سدیم در اكسیژن می‌ سوزند، نور و گرما تولید می‌ كنند. البته از واكنش میان فلزهایی مانند روی، آهن و آلومینیم با محلول مس 2 سولفات نیز گرما آزاد می ‌شود. در این واكنش هر اتم آلومینیوم 3 الكترون از دست می ‌دهد و دچار اكسایش می شود در حالی  که هر یون مس 2 الكترون می‌ گیرد و كاهش می ‌یابد.

تمایل فلز ها برای از دست دادن الكترون در محلول های آبی یكسان نیست و فلز ها قدرت كاهندگی متفاوتی دارند. مثلا فلز روی كاهنده تر از مس است. پس در یک واكنش اكسایش و كاهش، فلزی كه قدرت كاهندگی بیشتری دارد، می ‌تواند با برخی كاتیون ‌های فلزی واكنش دهد و آنها را به اتم‌ های فلزی کاهش دهد. در این واكنش سامانه بخشی از انرژی خود را به شكل گرما به محیط می‌ دهد.

اموزش فصل دوم شیمی دوازدهم.jpg

آموزش فصل دوم شیمی دوازدهم سلول گالوانی

برای ایجاد جریان الكتریكی باید الكترون ‌ها را از یک مسیر معینی عبور داد یا از یک نقطه به نقطه دیگر جابه جا کرد. اگر به جای داد و ستد مستقیم الكترون، بتوان الكترون ‌ها را از طریق یک مدار بیرونی هدایت و جابه جا كرد، در این صورت می ‌توان بخشی از انرژی آزاد شده در واكنش اكسایش و كاهش را به شكل انرژی‌ الكتریكی در دسترس تبدیل کرد. دانشمندان با انجام یک سری واکنش های شیمیایی متوجه شدند که كه هر وقت تیغه روی درون محلولی از روی ‌سولفات یا نیم سلول روی و تیغه مس درون محلولی از روی 2 سولفات یا نیم سلول مس قرار گیرد و نیم‌ سلول‌ ها به هم دیگر وصل شوند، الكترون ‌ها در مدار بیرونی جا به ‌جا شده و جریان الكتریكی در مدار ایجاد می‌ شود. این آزمایش منجر به ساخت سلول گالوانی شد. سلول گالوانی می ‌تواند با بهره‌ گیری از قدرت کاهندگی فلزات انرژی الکتریکی تولید کنند. جهت جریان الکتریکی در مدار خارجی از منفی به مثبت است.

آند و کاتد

آند الكترودی است كه در آن نیم واکنش اكسایش و كاتد الكترودی است كه در آن نیم واکنش كاهش رخ می ‌دهد. بنابراین نیم واکنش اکسایش را نیم ‌واکنش آندی و نیم ‌واکنش کاهش را نیم واکش کاتدی می‌ گویند. درهر نیم واكنش، گونه کاهنده در سمت راست و گونه اکسنده در سمت چپ نوشته می ‌شود.

نیروی الکتروموتوری

هر سلول گالوانی ولتاژ معینی دارد اما در آنها با تغییر هر یک از اجزای سلول، ولتاژ تغییر می كند. اختلاف پتانسیل میان دو نیم سلول که باعث روشن شدن لامپ می ‌شود را نیروی الکتروموتوری گویند و با emf نشان می دهند و emf از رابطه زیر بدست می آید:

کاتد – آند = (E)

برای تعیین میزان ولتاژ خروجی از هر نیم سلول، نیم سلول هیدروژن را به عنوان مبنا قرار می دهند و پتانسیل را صفر تعیین می کنند. اگر دو نیم سلول به شکلی مناسبی به هم متصل شوند سلول الکتروشیمیایی به وجود می ‌آید.

در سلول گالوانی روی مس، نیم واکنش اكسایش در آند انجام می شود و هر اتم روی دو الكترون از دست می دهد و به شكل یون روی وارد محلول می شود. به دلیل تولید الكترون در این الكترود آن را با علامت منفی نشان می دهند.الكترون های تولید شده در سطح الكترود روی از طریق مدار بیرونی به سوی كاتد حرکت می کنند. هر یون مس موجود در محلول، این دو الكترون را می ‌گیرد و به شكل اتم مس بر سطح تیغه می ‌نشیند.

با ادامه این روند به تدریج در این محلول غلظت كاتیون روی از آنیون ها بیشتر شده اما در محلول پیرامون الکترود كاتد، غلظت آنیون ها از كاتیون مس بیشتر می شود. البته اصولا  چنین پدیده ای رخ نخواهد داد به این دلیل که برای ادامه واكنش اكسایش كاهش، محلول های موجود در هر دو ظرف باید از نظر بار الکتریکی خنثی بمانند. این جریان هنگامی امكان پذیر است كه كاتیون ها از نیم سلول آند به كاتد و آنیون ها از نیم سلول كاتد به آند از دیواره متخلخل عبور كنند.

آموزش فصل دوم شیمی دوازدهم لیتیم برای ذخیره انرژی

لیتیم با نماد شیمیایی Li یک فلز قلیایی نقره ‌ای و نرم با عدد اتمی 3 است. این عنصر در شرایط استاندارد دما و فشار، جزو سبک ‌ترین و کم چگالی ‌ترین عناصر جامد است. به دلیل واکنش ‌پذیری بالای لیتیم، هرگز نمی ‌توان آن را به صورت عنصر آزاد در طبیعت پیدا کرد و همواره در بخشی از یک ترکیب شیمیایی که بیشتر یونی است، پیدا می ‌شود.

فلز لیتیم در فرایند ساخت باتری نقش مهمی دارد و برای ذخیره انرژی الکتریکی بسیار مناسب است. فلز لیتیم دارای کمترین چگالی ست. باتری ‌های دگمه ‌ای نمونه از باتری ‌های لیتمی در اندازه ‌های متفاوت است. پسماند های الکترونیکی مانند وسایل برقی که با استفاده از مخازن باتری فعالیت می کنند، یکی از منابع بازیافت فلز لیتیم هستند.

آموزش فصل دوم شیمی دوازدهم سلول سوختی

سوخت های فسیلی یکی از رایج ترین سوخت ها برای استفاده در خودرو ها و نیروگاه‌ ها و یکی از منابع اصلی تامین انرژی به شمار می ‌روند. البته مصرف بی ‌رویه این سوخت‌ ها سبب شده تا ذخایر آن ها کاهش یابد. گسترش آلودگی به دلیل مصرف سوخت های فسیلی می باشد که امروزه به یکی از دغدغه ها و نگرانی های اصلی مردم تبدیل شده است. سلول سوختی نوعی سلول گالوانی است كه شیمیدان‌ ها برای تامین انرژی و كاهش آلودگی محیط زیست  به جای استفاده از سوخت های فسیلی پیشنهاد می ‌دهند. این سلول‌ ها علاوه بر كارایی بیشتر می‌ توانند استفاده از كربن دی اكسید را كاهش دهند.

رایج ترین سلول سوختی، سلول هیدروژن اكسیژن است. دستگاهی كه در آن گاز هیدروژن با گاز اکسیژن به صورت کنترل شده واکنش می ‌دهد و بخش زیادی از انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌ کند. هر سلول سوختی سه جز اصلی دارد ب که شامل یک غشا، الکترود آند و الکترود کاتد است. در این سلول، آند و کاتد دارای کاتالیزگر هایی هستند که به نیم واکنش ‌های اکسایش و کاهش سرعت می دهند.

گاز هیدروژن به صورت یک جریان از قسمت بالا وارد سلول می‌ شود و مقداری از این گاز در الکترود آند نفوذ می ‌کند و نیم واکنش آندی را انجام می ‌دهد و گاز اکسیژن به داخل الکترود کاتد نفوذ می ‌کند و به همراه هیدروژن ‌هایی که از بخش آندی وارد این بخش شده اند، نیم واکنش کاتدی را انجام می ‌دهد.

آموزش فصل دوم شیمی دوازدهم برقكافت آب

نوع دیگری از سلول های الكتروشیمیایی هستند كه با اعمال یک ولتاژ بیرونی و عبور جریان الكتریكی از درون محلول الكترولیت می توان یک واكنش شیمیایی در خلاف جهت طبیعی ایجاد کنند. این سلول‌ ها به سلول ‌های الكترولیتی معروف هستند و برقكافت آب از جمله واكنش‌ هایی است كه در آنها انجام می شود. آب خالص رسانایی کمی دارد بنابراین باید برای برقکافت مقداری الکترولیت به آن اضافه کرد. در سلول الكترولیتی، دو الكترود در یک الكترولیت قرار دارند و این الكترود ها اغلب به صورت گرافیت هستند. در این سلول ها، كاتد به قطب منفی باتری و آند به قطب مثبت باتری متصل است و الكترولیت دارای یون هایی است كه آزادانه جابه جا می شوند. در صورت برقراری ولتاژی معین در سلول، یون ها به سوی الكترود با بار ناهمنام حركت می ‌کنند، به طوری كه كاتیون ها به سوی كاتد و آنیون ها به سوی آند جا به‌ جا می ‌شوند و تا به سطح الكترود ها برسند و در نیم واكنش اكسایش و کاهش شركت كنند. یون های -OH آب به طرف قطب مثبت یا آند می‌ روند و طی اکسایش الکترون ‌های تولیدی از طریق سیم خارجی به باتری می ‌رسند.

سلول دانز یک سلول الکترولیتی است که در صنعت برای تهیه فلزسدیم به کار می رود. در این سلول، برقکافت سدیم کلرید مذاب انجام می شود. آند این سلول از جنس گرافیت و کاتد آن فلزی می باشد. گاز کلر در آند و سدیم مذاب در کاتد آن تولید می ‌شود.

آموزش فصل دوم شیمی دوازدهم برقکافت و تهیه فلز سدیم از NaCl

سدیم یکی از عناصر شیمیایی جدول تناوبی است که نشان شیمیایی آن Na و عدد اتمی آن 11 است. سدیم یک فلز واکنش ‌دهنده نرم است که جزو گروه فلزات قلیایی که از نظر ترکیبات طبیعی فراوان هستند، می باشد. این عنصر بسیار واکنش ‌دهنده است و با شعله زرد رنگ می ‌سوزد. این فلز به شدت با آب واکنش می ‌دهد و از این رو باید همیشه در زیر نفت یا روغن نگهداری شود. فلز سدیم در واکنش‌ ها به یون مثبت تبدیل می ‌شود و یک الکترون از دست می‌ دهد تا به آرایش گاز نجیب قبلی خود برسد. فلز سدیم یک كاهنده قوی است كه در طبیعت به حالت آزاد یافت نمی شود. یون های سدیم بسیار پایدارتر از اتم های آن هستند. فلز سدیم را از برقكافت سدیم كلرید مذاب در یک سلول الكترولیتی به دست می آورند.  سدیم کلرید خالص در دمای 801 درجه سانتی گراد ذوب می ‌شود. برای کاهش نقطه ذوب سدیم کلرید به آن کلسیم اکسید اضافه می ‌کنند.

آموزش فصل دوم شیمی دوازدهم آهن گالوانیزه

هنگامی  که فلز ها در هوا قرار می گیرند، اغلب اكسایش یافته و به شكل اكسید در می آیند. در فلز هایی مانند آهن با ادامه اكسایش، لایه ای نازک و شكننده تشكیل می شود كه به تدریج فرو می ریزد. به این حالت می گویند فلز خورده شده است. خوردگی به فرایند ترد شدن، خرد شدن و فروریختن فلز براثر واکنش اکسایش کاهش می گویند. زنگ زدن آهن و تشکیل رنگ سبز بر سطح مس نمونه هایی از خوردگی هستند. پتانسیل كاهشی اغلب فلز ها منفی بوده اما پتانسیل كاهشی اكسیژن مثبت است. بدین ترتیب اكسیژن به عنوان اكسنده تمایل دارد با گرفتن الكترون از فلز ها، آنها را اكسید كند. آهن در محیط اسیدی زود تر زنگ می زند و خوردگی بیشتر پیدا می‌ کند. اما در محیط بازی برعکس است و در محیط بازی آهن با سرعت کمتری خوردگی پیدا می‌ کند. ساده ترین راه برای جلوگیری از خوردگی آهن ، ایجاد یک محافظ است تا از رسیدن اكسیژن و رطوبت به آهن جلوگیری کند. این پوشش را می توان با روش هایی مانند رنگ زدن، قیر اندود كردن و روكش کردن ایجاد کرد.

دانشمندان با انجام یک سری واکنش های شیمیایی دریافتند که اگر در محیطی که آهن در معرض رطوبت قرار دارد، فلز دیگر را در تماس با آهن قرار دهند مثلا فلز روی و منیزیم با  E  کمترآن فلز زودتر اکسید می ‌شود و از خوردگی و اکسید شدن آهن جلوگیری می ‌کند که به آند فداکار می گویند. همین مسئله باعث تولید آهن با روکشی از فلز روی شد که به آن آهن گالوانیزه گفته می ‌شود که در ساخت منبع‌ های آب و برای جلوگیری از خوردگی قطعات بزرگ فلز آهن نیز استفاده می ‌شود.

همراه تحصیلی.jpg

آموزش فصل دوم شیمی دوازدهم آبكاری فلزات

یکی دیگر از فلزاتی که در برابر خوردگی و اکسید شدن مقاومت بالایی دارد آلومینیوم است که بیشتر در ظروف‌، لوله‌ های انتقال آب، محیط  های مرطوب صنعتی و… کاربرد دارد. فلز الومینیوم به دلیل دارا بودن این خواص بسیار کاربردی می باشد. به پوشاندن سطح یک فلز با لایه نازكی از فلز های خوب و مقاوم در برابر خوردگی، آبكاری می گویند و این فرایند در سلول الكترولیتی انجام می‌ شود.

در سلول‌ های گالوانی انجام واکنش اکسایش و کاهش منجر به تولید انرژی الکتریکی می‌ شود اما در سول الکترولیتی با اعمال یک ولتاژ بیرونی معین به دلخواه یک واکنش اکسایش و کاهش انجام می‌ شود. در زندگی روزمره ما واکنش ‌های اکسایش و کاهش بسیاری در جریان است که ناخواسته ‌اند و ضرر‌ های قابل ذکری نیز دارند مانند: سیاه شدن فلزات و فاسد شدن مواد غذایی.

 

منابع شیمی کنکور تجربی

منابع شیمی کنکور ریاضی

انتخاب رشته کنکور سراسری

آزمون لیسانس به پزشکی 

 

یک نظر بنویسید

ارسال