جواب با هم بیاندیشیم صفحه 52 شیمی دوازدهم

پاسخ تشریحی و گام به گام با هم بیندیشیم شیمی دوازدهم صفحه 52 این سؤال یک روش مقدماتی برای تعیین **عدد اکسایش ($ ext{ON}$)** اتم‌ها بر اساس قواعد پیوند شیمیایی و خصلت نافلزی را آموزش می‌دهد که به درک مفهوم **انتقال الکترون** کمک می‌کند. --- ## الف و ب) پاسخ و توضیح با هم بیندیشیم شیمی دوازدهم صفحه 52 **ساختار الکترون-نقطه‌ای (لوییس):** * $\text{H}_2$: $\text{H}: ext{H}$ * $\text{O}_2$: $: ext{O}:: ext{O}:$ * $\text{H}_2 ext{O}$: $ ext{H}:dot{ ext{O}}: ext{H}$ **تخصیص الکترون‌ها (بر اساس قواعد داده شده):** 1. **$athbf{\text{H}_2}$:** پیوند یکسان است. هر $ ext{H}$ به خودی خود ۱ الکترون (نصف پیوند) می‌گیرد. (تخصیص یافته: ۱ الکترون) 2. **$athbf{\text{O}_2}$:** پیوند یکسان است. هر $ ext{O}$ تعداد ۴ الکترون ناپیوندی + ۲ الکترون پیوندی می‌گیرد. (تخصیص یافته: ۶ الکترون) 3. **$athbf{\text{H}_2 ext{O}}$:** خصلت نافلزی $\text{O}$ از $ ext{H}$ بیشتر است. $ ext{O}$ هر ۴ الکترون پیوندی را می‌گیرد. * $ ext{O}$: ۴ الکترون ناپیوندی + ۴ الکترون پیوندی. (تخصیص یافته: ۸ الکترون) * $ ext{H}$: ۰ الکترون پیوندی. (تخصیص یافته: ۰ الکترون) ### پ) پاسخ و توضیح با هم بیندیشیم شیمی دوازدهم صفحه 52 **محاسبه عدد اکسایش ($ ext{ON}$) ($\text{ON} = \text{الکترون ظرفیت} - \text{الکترون‌های تخصیص یافته}$):** * **$athbf{\text{H}}$ در $athbf{\text{H}_2}$:** $ ext{ON} = 1 - 1 = \mathbf{0}$ * **$athbf{\text{O}}$ در $athbf{\text{O}_2}$:** $ ext{ON} = 6 - 6 = \mathbf{0}$ * **$athbf{\text{O}}$ در $athbf{\text{H}_2 ext{O}}$:** $ ext{ON} = 6 - 8 = \mathbf{-2}$ * **$athbf{\text{H}}$ در $athbf{\text{H}_2 ext{O}}$:** $ ext{ON} = 1 - 0 = \mathbf{+1}$ **نتیجه:** در واکنش، $ ext{H}$ از $athbf{0}$ به $athbf{+1}$ و $ ext{O}$ از $athbf{0}$ به $athbf{-2}$ تغییر عدد اکسایش داده است.

پاسخ تشریحی و گام به گام با هم بیندیشیم شیمی دوازدهم صفحه 52 با استفاده از تغییرات عدد اکسایش که در سؤال ۱ محاسبه شد، می‌توان گونه‌های اکسنده و کاهنده را در این واکنش مهم سلول سوختی شناسایی کرد. --- ## پاسخ و توضیح با هم بیندیشیم شیمی دوازدهم صفحه 52 **عدد اکسایش (ON) گونه‌ها:** * $\text{H}$ در $\text{H}_2$: $athbf{0}$ $\longrightarrow$ $ ext{H}$ در $\text{H}_2 ext{O}$: $athbf{+1}$ * $ ext{O}$ در $\text{O}_2$: $athbf{0}$ $\longrightarrow$ $ ext{O}$ در $\text{H}_2 ext{O}$: $athbf{-2}$ | گونۀ در حال تغییر | تغییر $\text{ON}$ | فرآیند | نقش در واکنش | | :---: | :---: | :---: | :---: | | $\mathbf{\text{H}_2}$ | $0 \longrightarrow +1$ (افزایش) | **اکسایش یافته** | **کاهنده** (الکترون می‌دهد) | | $athbf{\text{O}_2}$ | $0 \longrightarrow -2$ (کاهش) | **کاهش یافته** | **اکسنده** (الکترون می‌گیرد) |

پاسخ تشریحی و گام به گام با هم بیندیشیم شیمی دوازدهم صفحه 52 این سؤال به شما کمک می‌کند تا نحوه موازنه نیم‌واکنش‌ها و محاسبه $\text{emf}$ را در یک سلول سوختی اسیدی درک کنید. --- ## الف) پاسخ و توضیح با هم بیندیشیم شیمی دوازدهم صفحه 52 **گام ۱: موازنه نیم‌واکنش‌ها** * **نیم‌واکنش (۱) - کاهش (کاتد):** موازنه بارها و اتم‌ها. $$\mathbf{\frac{1}{2}\text{O}_2}(\text{g}) + 2\text{H}^+(\text{aq}) + 2\text{e}^- \longrightarrow \text{H}_2\text{O}(\text{l})$$ * **نیم‌واکنش (۲) - اکسایش (آند):** موازنه بارها و اتم‌ها (نیاز به ضرب در ۲): $$\mathbf{\text{H}_2}(\text{g}) \longrightarrow 2\text{H}^+(\text{aq}) + 2\text{e}^-$$ **گام ۲: واکنش کلی سلول (جمع دو نیم‌واکنش):** $$\text{H}_2(\text{g}) + \frac{1}{2}\text{O}_2(\text{g}) \longrightarrow \text{H}_2\text{O}(\text{l})$$ ### ب) پاسخ و توضیح با هم بیندیشیم شیمی دوازدهم صفحه 52 **محاسبه $\text{emf}$ سلول:** * **کاتد (کاهش اکسیژن):** $E^\circ_{\text{cathode}} = +1.23\text{ V}$ * **آند (اکسایش هیدروژن):** $E^\circ_{\text{anode}} = 0.00\text{ V}$ $$\text{emf} = E^\circ_{\text{cathode}} - E^\circ_{\text{anode}}$$ $$\text{emf} = (+1.23\text{ V}) - (0.00\text{ V}) = \mathbf{1.23}\text{ V}$$

پاسخ تشریحی و گام به گام با هم بیندیشیم شیمی دوازدهم صفحه 52 استفاده از متان در سلول‌های سوختی یک جایگزین رایج برای هیدروژن است، اما پیامدهای زیست‌محیطی متفاوتی دارد. --- ## الف) پاسخ و توضیح با هم بیندیشیم شیمی دوازدهم صفحه 52 **تعیین $\text{ON}$ و عوامل ردوکس:** | گونه | $\text{ON}$ اولیه | $\text{ON}$ نهایی | فرآیند | نقش | | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: | | $\mathbf{\text{C}}$ در $\text{CH}_4$ | $athbf{-4}$ | $athbf{+4}$ (در $\text{CO}_2$) | **اکسایش** (افزایش $\text{ON}$) | **کاهنده** | | $\mathbf{\text{O}}$ در $\text{O}_2$ | $athbf{0}$ | $athbf{-2}$ (در $\text{CO}_2$ و $\text{H}_2 ext{O}$) | **کاهش** (کاهش $\text{ON}$) | **اکسنده** | **توضیح:** اتم کربن ($ ext{C}$) بیشترین تغییر را در عدد اکسایش داشته (از $-4$ به $+4$، مجموعاً $8$ الکترون از دست داده) و بیشترین سهم را در واکنش اکسایش دارد. ### ب) پاسخ و توضیح با هم بیندیشیم شیمی دوازدهم صفحه 52 **مزیت زیست‌محیطی $\text{H}_2$ نسبت به $\text{CH}_4$:** **گاز هیدروژن ($athbf{\text{H}_2}$) سوخت تمیزتر است.** * **سلول سوختی $\text{H}_2$:** تنها محصول جانبی آن **آب ($ ext{H}_2 ext{O}$)** است که یک گاز گلخانه‌ای نیست. * **سلول سوختی $\text{CH}_4$:** علاوه بر آب، محصول جانبی آن **کربن دی‌اکسید ($ ext{CO}_2$)** است که یکی از اصلی‌ترین **گازهای گلخانه‌ای** بوده و انتشار آن باعث تشدید گرمایش جهانی می‌شود. بنابراین، از منظر انتشار گازهای گلخانه‌ای و تأثیر بر آب و هوا، استفاده از هیدروژن **مزیت زیست‌محیطی قابل توجهی** نسبت به متان دارد.