---
title: "الخلايا الكهروكيميائية والتحليل الكهربائي"
book: "الكيمياء المدرسية — من الصف الأول إلى الصف الثاني عشر"
subject: chemistry
language: ar
chapter: 47
exercises: 15
source: https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/47-electrochemical-cells-and-electrolysis
license: CC-BY-NC-SA-4.0
credit: "One Chemistry Book, One Course (one-course.com)"
---

# الفصل 47 — الخلايا الكهروكيميائية والتحليل الكهربائي

يُظهر هاتف 1 % في مساء شتوي ثم ينطفئ. فإذا وُصل بالشاحن طوال الليل، امتلأ من جديد في الصباح. ففي بطاريته يجري [التفاعل الكيميائي](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/12-chemical-reactions-reactants-and-products#def-g7-chemical-reactions-reaction) نفسه في اتجاه خلال النهار، فيعطي طاقة كهربائية، ويُدفع في الاتجاه الآخر ليلًا بالشاحن. ويصير [تفاعل الأكسدة والاختزال](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/35-oxidation-and-reduction#def-g11-redox-reaction) مصدرًا للكهرباء حين تُجبر إلكتروناته على الانتقال عبر سلك؛ والكهرباء، إذا دُفعت عبر [محلول](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/2-mixing-and-dissolving#def-g2-mixing-and-dissolving-dissolve)، يمكنها أن تفرض [تفاعل أكسدة واختزال](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/35-oxidation-and-reduction#def-g11-redox-reaction) لا يحدث من تلقاء نفسه أبدًا.

**ما تعرفه من قبل.**

المؤكسدات تكتسب [الإلكترونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/16-inside-the-atom#def-g9-inside-the-atom-nucleus)، والمختزلات تفقدها؛ وأنصاف المعادلات، ومزدوجات [الأكسدة](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/35-oxidation-and-reduction#def-g11-redox-oxidation) [والاختزال](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/35-oxidation-and-reduction#def-g11-redox-oxidation) وتفاعلاتها ([الفصل 35](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/35-oxidation-and-reduction#ch-g11-redox)). وتتطور المجموعة حتى $Q = K$ ([الفصل 43](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/43-chemical-equilibrium-quotient-and-constant#ch-g12-equilibrium)). ومحاليل [الأيونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/17-ions-and-ionic-solutions#def-g9-ions-ion) توصل ([الفصل 17](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/17-ions-and-ionic-solutions#ch-g9-ions))؛ [والمول](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/25-the-mole-and-molar-mass#def-g10-the-mole-amount) [وثابت أفوغادرو](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/25-the-mole-and-molar-mass#def-g10-the-mole-avogadro) ([الفصل 25](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/25-the-mole-and-molar-mass#ch-g10-the-mole)).

![شحن هاتف: تفاعل يُدفع في الاتجاه المعاكس طوال الليل.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g12-cells-and-electrolysis/img-49517e36d302.jpg)

*شحن هاتف: تفاعل يُدفع في الاتجاه المعاكس طوال الليل.*

## 47.1 تفاعل أكسدة واختزال مقسوم نصفين

حين تُغمس صفيحة خارصين في [محلول](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/2-mixing-and-dissolving#def-g2-mixing-and-dissolving-dissolve) كبريتات النحاس، يتأكسد الخارصين وتُختزل [أيونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/17-ions-and-ionic-solutions#def-g9-ions-ion) النحاس عند سطح الصفيحة، $\ce{Zn + Cu^{2+} -> Zn^{2+} + Cu}$: فتنتقل [الإلكترونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/16-inside-the-atom#def-g9-inside-the-atom-nucleus) مباشرة من [الفلز](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/20-the-periodic-table-a-first-look#def-g9-periodic-table-first-look-metal) إلى [الأيونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/17-ions-and-ionic-solutions#def-g9-ions-ion)، وتضيع الطاقة على هيئة قليل من الحرارة. فافصل النصفين، وصِل بينهما بسلك: فيجب على [الإلكترونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/16-inside-the-atom#def-g9-inside-the-atom-nucleus) الآن أن تنتقل عبر السلك، ويمكنها أن تضيء مصباحًا في طريقها.

**تعريف 47.1 (الخلية الكهروكيميائية، نصف الخلية، الجسر الملحي).**

*الخلية الكهروكيميائية* تنتج طاقة كهربائية من [تفاعل أكسدة واختزال](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/35-oxidation-and-reduction#def-g11-redox-reaction) تجري أكسدته واختزاله في حجرتين منفصلتين. وكل حجرة، أي قطب فلزي مغموس في [محلول](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/2-mixing-and-dissolving#def-g2-mixing-and-dissolving-dissolve) أيوناته، هي *نصف خلية*. و*الجسر الملحي*، وهو أنبوب أو شريط ورقي مشبع [بمحلول](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/2-mixing-and-dissolving#def-g2-mixing-and-dissolving-dissolve) [أيونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/17-ions-and-ionic-solutions#def-g9-ions-ion)، يصل بين المحلولين ويغلق الدارة مع إبقائهما منفصلين.

**تعريف 47.2 (المصعد، المهبط).**

القطب الذي تجري عنده [الأكسدة](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/35-oxidation-and-reduction#def-g11-redox-oxidation) هو *المصعد*؛ والقطب الذي يجري عنده [الاختزال](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/35-oxidation-and-reduction#def-g11-redox-oxidation) هو *المهبط*.

![خلية دانيال. تغادر الإلكترونات مصعد الخارصين عبر السلك وتدخل مهبط النحاس؛ وفي الجسر الملحي تتحرك الأيونات لتحفظ كل محلول متعادلًا.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g12-cells-and-electrolysis/fig-8586d63c1b6c.svg)

*خلية دانيال. تغادر [الإلكترونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/16-inside-the-atom#def-g9-inside-the-atom-nucleus) [مصعد](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) الخارصين عبر السلك وتدخل [مهبط](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) النحاس؛ وفي [الجسر الملحي](#def-g12-cells-and-electrolysis-cell) تتحرك [الأيونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/17-ions-and-ionic-solutions#def-g9-ions-ion) لتحفظ كل [محلول](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/2-mixing-and-dissolving#def-g2-mixing-and-dissolving-dissolve) متعادلًا.*

**قضية 47.3 (إلى أين تذهب الإلكترونات).**

في خلية تولّد تيارًا، تغادر [الإلكترونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/16-inside-the-atom#def-g9-inside-the-atom-nucleus) الخلية من [المصعد](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode)، حيث تحررها [الأكسدة](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/35-oxidation-and-reduction#def-g11-redox-oxidation)، وتنتقل عبر الدارة الخارجية، وتدخل من [المهبط](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode)، حيث يأخذها [الاختزال](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/35-oxidation-and-reduction#def-g11-redox-oxidation). [فالمصعد](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) هو القطب السالب، [والمهبط](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) القطب الموجب. وفي الداخل تحمل [الأيونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/17-ions-and-ionic-solutions#def-g9-ions-ion) التيار: فتتحرك الكاتيونات نحو [المهبط](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode)، والأنيونات نحو [المصعد](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode).

**برهان.** تنتج [الأكسدة](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/35-oxidation-and-reduction#def-g11-redox-oxidation) [الإلكترونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/16-inside-the-atom#def-g9-inside-the-atom-nucleus) عند [المصعد](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode)؛ ويستهلكها [الاختزال](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/35-oxidation-and-reduction#def-g11-redox-oxidation) عند [المهبط](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode)؛ والسلك هو الطريق الوحيد بينهما. ولولا [أيونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/17-ions-and-ionic-solutions#def-g9-ions-ion) الجسر لصار كل [محلول](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/2-mixing-and-dissolving#def-g2-mixing-and-dissolving-dissolve) مشحونًا، وهي تمنع ذلك. ∎

**طريقة 47.4 (وصف خلية).**

1. اكتب [تفاعل الأكسدة والاختزال](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/35-oxidation-and-reduction#def-g11-redox-reaction) الإجمالي الذي يجري تلقائيًا.
2. قسّمه إلى نصفي معادلتين: [الأكسدة](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/35-oxidation-and-reduction#def-g11-redox-oxidation) ( [المصعد](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) ) [والاختزال](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/35-oxidation-and-reduction#def-g11-redox-oxidation) ( [المهبط](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) ).
3. عيّن القطبية: [المصعد](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) $-$ ، [والمهبط](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) $+$ ؛ واتجاه [الإلكترونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/16-inside-the-atom#def-g9-inside-the-atom-nucleus) في السلك (من [المصعد](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) إلى [المهبط](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) ) واتجاه التيار (من [المهبط](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) إلى [المصعد](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) ).
4. صف حركة [الأيونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/17-ions-and-ionic-solutions#def-g9-ions-ion) في الجسر.

**لمحة تاريخية — عمود فولتا، 1800.**

في سنة 1800 رصّ الفيزيائي أليساندرو فولتا أقراصًا من فلزين مختلفين، الخارصين والنحاس أو الفضة، تفصل بينها قطع من القماش مبللة بالماء المالح، فحصل على تيار كهربائي مستمر: أول بطارية. وقد أعطت الفيزيائيين أول مصدر متواصل للكهرباء، وأعطت الكيميائيين أداة جديدة: ففي غضون سنوات قليلة أتاح [التحليل الكهربائي](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) فصل الصوديوم والبوتاسيوم أول مرة.

![عمود فولتا في متحف. تصوير GuidoB، CC BY-SA 3.0.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g12-cells-and-electrolysis/img-90c8f7e514de.jpg)

*عمود فولتا في متحف. تصوير GuidoB، CC BY-SA 3.0.*

## 47.2 جهد الخلية

**تعريف 47.5 (جهد الخلية).**

*جهد الخلية* هو التوتر المقيس بين قطبي خلية لا تولّد تيارًا (دارة مفتوحة)، بمقياس فولت؛ ويكون موجبًا حين يكون القطب الموجب لمقياس الفولت على [المهبط](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode).

**مثال 47.6 (خلية دانيال).**

حين يكون تركيز المحلولين كليهما $1\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$، تعطي خلية دانيال $1.10\,\mathrm{V}$. أما كيف يُتنبأ بهذا الجهد من جداول جهود الأقطاب فيبيّنه مجلد السنة الأولى.

**ملاحظة 47.7 (لماذا تنفد الخلية).**

لتفاعل الخلية، $\ce{Zn + Cu^{2+} -> Zn^{2+} + Cu}$، ثابت $K$ كبير جدًا. وبينما تعمل الخلية، يزداد $Q = [\ce{Zn^{2+}}]/[\ce{Cu^{2+}}]$، ويستمر التفاعل ما دام $Q < K$. فإذا نفد أحد المتفاعلين (الخارصين، أو [أيونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/17-ions-and-ionic-solutions#def-g9-ions-ion) النحاس)، توقف التيار: فتكون الخلية «فارغة».

## 47.3 الشحنة والسعة

**تعريف 47.8 (ثابت فاراداي، السعة).**

*ثابت فاراداي* $F$ هو الشحنة الكهربائية [لمول](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/25-the-mole-and-molar-mass#def-g10-the-mole-amount) واحد من [الإلكترونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/16-inside-the-atom#def-g9-inside-the-atom-nucleus)، $F = N_A e = 96\,485\,\mathrm{C}/\mathrm{mol}$. و*سعة* الخلية هي أكبر شحنة كهربائية تستطيع توليدها، وكثيرًا ما تُعطى بالأمبير ساعة: $1\,\mathrm{A}\,\mathrm{h} = 3600\,\mathrm{C}$.

**قضية 47.9 (الشحنة وكمية الإلكترونات).**

تيار شدته $I$ يسري مدة $\Delta t$ ينقل الشحنة $Q = I\,\Delta t$، أي كمية من [الإلكترونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/16-inside-the-atom#def-g9-inside-the-atom-nucleus)

$$
n(e^-) = \frac{Q}{F} = \frac{I\,\Delta t}{F} .
$$

**برهان.** كل [إلكترون](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/16-inside-the-atom#def-g9-inside-the-atom-nucleus) يحمل الشحنة الأولية $e$؛ و$n$ [مول](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/25-the-mole-and-molar-mass#def-g10-the-mole-amount) من [الإلكترونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/16-inside-the-atom#def-g9-inside-the-atom-nucleus) تحمل $n N_A e = n F$. ∎

**مثال 47.10 (سعة خلية دانيال).**

يحوي قطب الخارصين $6.5\,\mathrm{g}$ من الخارصين القابل للتفاعل، أي $6.5/65.4 = 0.099\,\mathrm{mol}$. وكل [ذرة](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/11-atoms-and-molecules#def-g7-atoms-and-molecules-atom) خارصين تعطي إلكترونين: $n(e^-) = 0.199\,\mathrm{mol}$، إذن $Q = 0.199 \times 96485 = 1.9 \times 10^{4}\,\mathrm{C}$، أي نحو $1.9 \times 10^{4}\,/3600 = 5.3\,\mathrm{A}\,\mathrm{h}$، إذا لم تنفد [أيونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/17-ions-and-ionic-solutions#def-g9-ions-ion) النحاس قبل ذلك.

## 47.4 التحليل الكهربائي

**تعريف 47.11 (التحليل الكهربائي، المركم).**

*التحليل الكهربائي* [تفاعل أكسدة واختزال](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/35-oxidation-and-reduction#def-g11-redox-reaction) يفرضه مولّد كهربائي، في الاتجاه المعاكس للاتجاه الذي كان سيأخذه من تلقاء نفسه. و*المركم* خلية قابلة لإعادة الشحن: فأثناء الشحن يدفع المولّد تفاعلها في الاتجاه المعاكس، كتحليل كهربائي.

**في المختبر — التحليل الكهربائي للماء.**

يُغمس قطبان في ماء جُعل موصلًا بقليل من كبريتات الصوديوم، كلٌّ منهما تحت أنبوب اختبار مقلوب مملوء [بالمحلول](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/2-mixing-and-dissolving#def-g2-mixing-and-dissolving-dissolve). ومع مولّد من بضعة فولتات، تصعد فقاعات من القطبين كليهما: عند [المهبط](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) (الموصول بالقطب $-$) ثنائي الهيدروجين، وعند [المصعد](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) ثنائي الأكسجين، والأول ضعف الثاني. فعود مشتعل يفرقع في الغاز الأول؛ وعود متوهج يشتعل من جديد في الثاني.

![التحليل الكهربائي للماء: يتجمع فوق القطبين من ثنائي الهيدروجين ضعف ما يتجمع من ثنائي الأكسجين.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g12-cells-and-electrolysis/fig-0ec6959255ca.svg)

*[التحليل الكهربائي](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) للماء: يتجمع فوق القطبين من ثنائي الهيدروجين ضعف ما يتجمع من ثنائي الأكسجين.*

**مثال 47.12 (الماء مشطورًا).**

عند [المهبط](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode): $\ce{2H2O + 2e- -> H2 + 2OH-}$؛ وعند [المصعد](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode): $\ce{6H2O -> O2 + 4H3O+ + 4e-}$. ولكل أربعة [إلكترونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/16-inside-the-atom#def-g9-inside-the-atom-nucleus)، جزيئان من ثنائي الهيدروجين [وجزيء](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/11-atoms-and-molecules#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) من ثنائي الأكسجين، بينما تتحد [أيونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/17-ions-and-ionic-solutions#def-g9-ions-ion) $\ce{H3O+}$ و$\ce{OH-}$ المتكوّنة عند القطبين من جديد ماءً: فالحصيلة $\ce{2H2O -> 2H2 + O2}$، وهي عكس [احتراق](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/5-burning-what-a-fire-needs#def-g4-what-a-fire-needs-burning) الهيدروجين، وتحتاج إلى طاقة كي تحدث.

**طريقة 47.13 (الكتلة المترسبة بالتحليل الكهربائي).**

1. اكتب [نصف المعادلة](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/35-oxidation-and-reduction#def-g11-redox-couple) عند القطب الذي يتكوّن عنده [الفلز](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/20-the-periodic-table-a-first-look#def-g9-periodic-table-first-look-metal) ، مثلًا $\ce{Cu^{2+} + 2e- -> Cu}$ .
2. احسب الشحنة $Q = I \Delta t$ و $n(e^-) = Q/F$ .
3. اقسم على عدد [الإلكترونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/16-inside-the-atom#def-g9-inside-the-atom-nucleus) لكل [ذرة](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/11-atoms-and-molecules#def-g7-atoms-and-molecules-atom) : $n(\ce{Cu}) =  n(e^-)/2$ ؛ ثم $m = n \times M$ .

**مثال 47.14 (تنقية النحاس).**

يُجعل النحاس غير النقي الآتي من المصهر مصعدًا لخلية [تحليل كهربائي](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) في [محلول](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/2-mixing-and-dissolving#def-g2-mixing-and-dissolving-dissolve) كبريتات النحاس، وصفيحة رقيقة من النحاس النقي مهبطًا. فعند [المصعد](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) [يذوب](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/2-mixing-and-dissolving#def-g2-mixing-and-dissolving-dissolve) النحاس، $\ce{Cu -> Cu^{2+} + 2e-}$؛ وعند [المهبط](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) يترسب النحاس النقي، $\ce{Cu^{2+} + 2e- -> Cu}$؛ والشوائب تسقط إلى القاع أو تبقى في [المحلول](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/2-mixing-and-dissolving#def-g2-mixing-and-dissolving-dissolve). وتيار شدته $100\,\mathrm{A}$ مدة $24\,\mathrm{h}$ ينقل $Q = 100 \times 86400 = 8.64 \times 10^{6}\,\mathrm{C}$، أي $n(e^-) = 89.5\,\mathrm{mol}$، تُرسّب $89.5/2 = 44.8\,\mathrm{mol}$ من النحاس: $2.84\,\mathrm{kg}$.

![تنقية النحاس بالتحليل الكهربائي: ينتقل النحاس من المصعد غير النقي إلى المهبط النقي عبر المحلول.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g12-cells-and-electrolysis/fig-99582ce7319f.svg)

*تنقية النحاس [بالتحليل الكهربائي](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis): ينتقل النحاس من [المصعد](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) غير النقي إلى [المهبط](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) النقي عبر [المحلول](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/2-mixing-and-dissolving#def-g2-mixing-and-dissolving-dissolve).*

## 47.5 البطاريات والمراكم وخلايا الوقود

كل بطارية خلية، وكل بطارية قابلة لإعادة الشحن [مركم](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis). ويعمل [مركم](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) الرصاص والحمض في السيارة بالرصاص وأكسيد الرصاص وحمض الكبريتيك؛ ويحرّك [مركم](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) [أيونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/17-ions-and-ionic-solutions#def-g9-ions-ion) الليثيوم في الهاتف [أيونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/17-ions-and-ionic-solutions#def-g9-ions-ion) الليثيوم بين قطبين، أحدهما من الغرافيت والآخر من أكسيد فلزي، عبر إلكتروليت سائل أو بوليمري، بينما تدور [الإلكترونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/16-inside-the-atom#def-g9-inside-the-atom-nucleus) في الدارة الخارجية. وخلية [الوقود](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/5-burning-what-a-fire-needs#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) خلية تُغذّى بمتفاعلاتها باستمرار: فخلية [وقود](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/5-burning-what-a-fire-needs#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) الهيدروجين تُجري التفاعل $\ce{2H2 + O2 -> 2H2O}$، وهو عكس [التحليل الكهربائي](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) للماء، فتعطي كهرباء وماء. وثنائي الهيدروجين المصنوع [بالتحليل الكهربائي](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) بكهرباء من الرياح أو الشمس، ثم المستعمل في خلايا [الوقود](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/5-burning-what-a-fire-needs#def-g4-what-a-fire-needs-fuel)، طريقة من طرق تخزين هذه الكهرباء.

![قاعة محلّلات كهربائية: يُشطر الماء إلى ثنائي الهيدروجين وثنائي الأكسجين.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g12-cells-and-electrolysis/img-2386bb811d27.jpg)

*قاعة محلّلات كهربائية: يُشطر الماء إلى ثنائي الهيدروجين وثنائي الأكسجين.*

## 47.6 تمارين

**تمرين 47.1 ★.**

في خلية دانيال، أي القطبين هو [المصعد](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode)؟ وأيهما [المهبط](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode)؟ اكتب [نصف المعادلة](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/35-oxidation-and-reduction#def-g11-redox-couple) عند كل منهما.

**حل التمرين 47.1.**

قطب الخارصين هو [المصعد](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode)، $\ce{Zn -> Zn^{2+} + 2e-}$؛ وقطب النحاس هو [المهبط](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode)، $\ce{Cu^{2+} + 2e- -> Cu}$.

**تمرين 47.2 ★.**

يسري تيار شدته $0.20\,\mathrm{A}$ مدة $30\,\mathrm{min}$. احسب الشحنة المنقولة وكمية [الإلكترونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/16-inside-the-atom#def-g9-inside-the-atom-nucleus).

**حل التمرين 47.2.**

$Q = 0.20 \times 1800 = 360\,\mathrm{C}$؛ $n(e^-) = 360/96485 =
3.7 \times 10^{-3}\,\mathrm{mol}$.

**تمرين 47.3 ★.**

ما دور [الجسر الملحي](#def-g12-cells-and-electrolysis-cell)؟ وماذا يحدث إذا نُزع؟

**حل التمرين 47.3.**

يغلق الدارة ويحفظ كل [محلول](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/2-mixing-and-dissolving#def-g2-mixing-and-dissolving-dissolve) متعادلًا كهربائيًا، إذ تنتقل أيوناته إلى الحجرتين. ودونه تكون الدارة مفتوحة: فلا يسري تيار، ويقرأ مقياس الفولت صفرًا ويبقى المصباح مطفأً.

**تمرين 47.4 ★.**

حوّل [سعة](#def-g12-cells-and-electrolysis-capacity) قدرها $2.5\,\mathrm{A}\,\mathrm{h}$ إلى كولوم.

**حل التمرين 47.4.**

$2.5 \times 3600 = 9000\,\mathrm{C}$.

**تمرين 47.5 ★.**

في [التحليل الكهربائي](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis)، أيكون التفاعل تلقائيًا؟ وما الذي يمد بالطاقة؟

**حل التمرين 47.5.**

لا: فالتفاعل يجري في الاتجاه المعاكس للاتجاه التلقائي. والمولّد هو الذي يمد بالطاقة.

**تمرين 47.6 ★★.**

تتكوّن خلية من قطب فضة في نترات الفضة وقطب نحاس في كبريتات النحاس. ويبيّن مقياس الفولت أن [الإلكترونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/16-inside-the-atom#def-g9-inside-the-atom-nucleus) تغادر من النحاس. اكتب نصفي المعادلتين، وسمِّ [المصعد](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) [والمهبط](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode)، وأعطِ التفاعل الإجمالي.

**حل التمرين 47.6.**

[المصعد](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) (النحاس، $-$): $\ce{Cu -> Cu^{2+} + 2e-}$. [المهبط](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) (الفضة، $+$): $\ce{Ag+ + e- -> Ag}$. والتفاعل الإجمالي: $\ce{Cu + 2Ag+ -> Cu^{2+} + 2Ag}$.

**تمرين 47.7 ★★.**

تولّد بطارية ساعة $10\,\text{µ}\mathrm{A}$ باستمرار مدة ثلاث سنوات. فما سعتها بالوحدة $\mathrm{mA}\,\mathrm{h}$؟

**حل التمرين 47.7.**

ثلاث سنوات تساوي $3 \times 365 \times 24 = 26\,280\,\mathrm{h}$؛ $0.010 \times 26280 = 263\,\mathrm{mA}\,\mathrm{h}$.

**تمرين 47.8 ★★.**

تُطلى ملعقة بالفضة بتيار شدته $0.50\,\mathrm{A}$ مدة $40\,\mathrm{min}$، $\ce{Ag+ + e- -> Ag}$. ما كتلة الفضة المترسبة؟

**حل التمرين 47.8.**

$Q = 0.50 \times 2400 = 1200\,\mathrm{C}$؛ $n(e^-) = n(\ce{Ag}) =
1200/96485 = 0.0124\,\mathrm{mol}$؛ $m = 0.0124 \times 107.9 =
1.34\,\mathrm{g}$.

**تمرين 47.9 ★★.**

على شكل خلية دانيال، أعطِ اتجاه التيار في السلك، والاتجاه الذي تتحرك فيه [أيونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/17-ions-and-ionic-solutions#def-g9-ions-ion) $\ce{K+}$ و$\ce{NO3-}$ في الجسر.

**حل التمرين 47.9.**

يسري التيار في السلك من النحاس ($+$) إلى الخارصين ($-$)، عكس [الإلكترونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/16-inside-the-atom#def-g9-inside-the-atom-nucleus). وتتحرك [أيونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/17-ions-and-ionic-solutions#def-g9-ions-ion) $\ce{K+}$ نحو حجرة النحاس، التي تفقد $\ce{Cu^{2+}}$؛ [وأيونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/17-ions-and-ionic-solutions#def-g9-ions-ion) $\ce{NO3-}$ نحو حجرة الخارصين، التي تكسب $\ce{Zn^{2+}}$.

**تمرين 47.10 ★★.**

قارن بين الخلية [والتحليل الكهربائي](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis): إشارة [المصعد](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode)، واتجاه التفاعل، وتحويل الطاقة.

**حل التمرين 47.10.**

في كلتا الحالتين [المصعد](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) هو حيث تجري [الأكسدة](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/35-oxidation-and-reduction#def-g11-redox-oxidation). ففي الخلية يكون [المصعد](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) $-$، والتفاعل تلقائيًا، والطاقة الكيميائية تتحول إلى طاقة كهربائية؛ وفي [التحليل الكهربائي](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) يوصل [المصعد](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) بالقطب $+$ للمولّد، والتفاعل مفروضًا، والطاقة الكهربائية تتحول إلى طاقة كيميائية.

**تمرين 47.11 ★★.**

في [التحليل الكهربائي](#def-g12-cells-and-electrolysis-electrolysis) للماء، يُجمع $24\,\mathrm{mL}$ من ثنائي الهيدروجين. فما حجم ثنائي الأكسجين المجموع في الوقت نفسه؟ ولماذا؟

**حل التمرين 47.11.**

$12\,\mathrm{mL}$: فالمعادلة $\ce{2H2O -> 2H2 + O2}$ تعطي جزيئين من ثنائي الهيدروجين مقابل [جزيء](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/11-atoms-and-molecules#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) من ثنائي الأكسجين، والكميات المتساوية من الغاز تشغل أحجامًا متساوية.

**تمرين 47.12 ★★★.**

تحوي خلية دانيال $5.0\,\mathrm{g}$ من الخارصين و$100\,\mathrm{mL}$ من كبريتات النحاس بتركيز $0.50\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$. أي المتفاعلين ينفد أولًا؟ وما [سعة](#def-g12-cells-and-electrolysis-capacity) الخلية؟ وكم من الوقت تستطيع توليد $50\,\mathrm{mA}$؟

**حل التمرين 47.12.**

$n(\ce{Zn}) = 5.0/65.4 = 0.076\,\mathrm{mol}$؛ $n(\ce{Cu^{2+}}) = 0.100 \times 0.50 = 0.050\,\mathrm{mol}$؛ ويتفاعلان واحدًا لواحد، فتنفد [أيونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/17-ions-and-ionic-solutions#def-g9-ions-ion) النحاس أولًا. $n(e^-) = 2 \times 0.050
= 0.100\,\mathrm{mol}$، $Q = 9.65 \times 10^{3}\,\mathrm{C} = 2.68\,\mathrm{A}\,\mathrm{h}$. وعند $50\,\mathrm{mA}$: $2.68/0.050 = 54\,\mathrm{h}$.

**تمرين 47.13 ★★★.**

بطارية جهدها $1.5\,\mathrm{V}$ توفر $2.0\,\mathrm{A}\,\mathrm{h}$. احسب الطاقة التي تخزنها ($E = Q U$)، بالجول وبالواط ساعة.

**حل التمرين 47.13.**

$Q = 2.0 \times 3600 = 7200\,\mathrm{C}$؛ $E = 7200 \times 1.5 =
1.08 \times 10^{4}\,\mathrm{J}$، أي $1.5 \times 2.0 = 3.0\,\mathrm{W}\,\mathrm{h}$.

**تمرين 47.14 ★★★.**

يُحلَّل الماء كهربائيًا بتيار $2.0\,\mathrm{A}$ مدة $1.0\,\mathrm{h}$. احسب كميتي ثنائي الهيدروجين وثنائي الأكسجين الناتجتين، ثم حجميهما عند $20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ($V_m = 24.1\,\mathrm{L}/\mathrm{mol}$).

**حل التمرين 47.14.**

$Q = 7200\,\mathrm{C}$، $n(e^-) = 0.0746\,\mathrm{mol}$. إلكترونان لكل $\ce{H2}$: $n(\ce{H2}) = 0.0373\,\mathrm{mol}$، $V = 0.90\,\mathrm{L}$. وأربعة لكل $\ce{O2}$: $n(\ce{O2}) = 0.0187\,\mathrm{mol}$، $V = 0.45\,\mathrm{L}$.

**تمرين 47.15 ★★★.**

في تنقية النحاس، يفقد [المصعد](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) $3.00\,\mathrm{kg}$ من المادة بينما يكسب [المهبط](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) $2.84\,\mathrm{kg}$ من النحاس. ما النسبة المئوية للنحاس في [المصعد](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) غير النقي، على افتراض أن النحاس وحده يتأكسد عند [المصعد](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) وأن الشوائب تسقط فحسب؟

**حل التمرين 47.15.**

النحاس الذائب عند [المصعد](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) يساوي النحاس المترسب، لأن [الإلكترونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/16-inside-the-atom#def-g9-inside-the-atom-nucleus) نفسها تمر عند القطبين: $2.84/3.00 = 94.7\,\%$ من النحاس.

## 47.7 مسألة: بطارية الهاتف

**مسألة 47.1.**

مسألة نهاية الأسبوع — ما كتلة الليثيوم التي تتنقل بين قطبي بطارية هاتف سعتها $4000\,\mathrm{mA}\,\mathrm{h}$؟

تحمل بطارية هاتف لصاقة «$3.7\,\mathrm{V}$، $4000\,\mathrm{mA}\,\mathrm{h}$». وفي صورة مبسطة، تعطي كل [ذرة](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/11-atoms-and-molecules#def-g7-atoms-and-molecules-atom) ليثيوم مخزنة في قطب الغرافيت إلكترونًا واحدًا أثناء التفريغ وتغادر أيونَ ليثيوم، $\ce{Li -> Li+ + e-}$؛ فيعبر [الأيون](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/17-ions-and-ionic-solutions#def-g9-ions-ion) الإلكتروليت ويستقبله قطب الأكسيد الفلزي، الذي يكتسب إلكترونًا في الوقت نفسه.

**الجزء الأول — الخلية.**

1. أثناء التفريغ، هل قطب الغرافيت هو [المصعد](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) أم [المهبط](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode) ؟ ولماذا؟
2. أي القطبين هو السالب؟
3. في أي اتجاه تنتقل [الإلكترونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/16-inside-the-atom#def-g9-inside-the-atom-nucleus) عبر الهاتف؟ [وأيونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/17-ions-and-ionic-solutions#def-g9-ions-ion) الليثيوم داخل البطارية؟
4. لماذا تُعد هذه الخلية مركمًا؟

**الجزء الثاني — الشحنة.**

5. حوّل $4000\,\mathrm{mA}\,\mathrm{h}$ إلى أمبير ساعة، ثم إلى كولوم.
6. احسب كمية [الإلكترونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/16-inside-the-atom#def-g9-inside-the-atom-nucleus) التي تمثلها هذه الشحنة.
7. كم إلكترونًا يمثل ذلك؟
8. يستهلك الهاتف في المتوسط $0.25\,\mathrm{A}$ . فكم تدوم البطارية الممتلئة؟
9. تُظهر الشاشة 20 %. فما الشحنة الباقية بالكولوم؟

**الجزء الثالث — الطاقة.**

10. احسب الطاقة المخزنة، $E = Q U$ ، بالجول.
11. حوّلها إلى واط ساعة.
12. قارنها بالطاقة التي يطلقها حرق $1\,\mathrm{g}$ من الميثان ( $55.7\,\mathrm{kJ}$ ).
13. كم شحنة كاملة يعطي $1\,\mathrm{kW}\,\mathrm{h}$ من الكهرباء، لو لم تضع أي طاقة؟

**الجزء الرابع — إعادة الشحن.**

14. أثناء الشحن، أي تفاعل يجري عند قطب الغرافيت؟ أهو [أكسدة](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/35-oxidation-and-reduction#def-g11-redox-oxidation) أم [اختزال](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/35-oxidation-and-reduction#def-g11-redox-oxidation) ؟
15. لماذا تُعد إعادة الشحن تحليلًا كهربائيًا؟
16. يوفر الشاحن $2.0\,\mathrm{A}$ . فكم تستغرق إعادة الشحن الكاملة على الأقل؟
17. ما كمية [أيونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/17-ions-and-ionic-solutions#def-g9-ions-ion) الليثيوم التي تعبر الإلكتروليت خلال شحنة كاملة واحدة؟
18. احسب كتلتها.
19. اذكر الجواب النهائي: ما كتلة الليثيوم التي تتنقل بين القطبين في شحنة كاملة واحدة؟

**حل المسألة 47.1.**

**1.** [المصعد](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode): فالليثيوم يتأكسد عنده.

**2.** قطب الغرافيت، أي [المصعد](#def-g12-cells-and-electrolysis-anode).

**3.** تنتقل [الإلكترونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/16-inside-the-atom#def-g9-inside-the-atom-nucleus) عبر الهاتف من قطب الغرافيت إلى قطب الأكسيد؛ وتعبر [أيونات](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/17-ions-and-ionic-solutions#def-g9-ions-ion) الليثيوم الإلكتروليت في الاتجاه نفسه، من الغرافيت إلى الأكسيد.

**4.** يمكن دفع تفاعلها في الاتجاه المعاكس بشاحن.

**5.** $4.000\,\mathrm{A}\,\mathrm{h}$، أي $4.000 \times 3600 =
14\,400\,\mathrm{C}$.

**6.** $14400/96485 = 0.1492\,\mathrm{mol}$.

**7.** $0.1492 \times 6.022 \times 10^{23} = 8.99 \times 10^{22}$ [إلكترون](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/16-inside-the-atom#def-g9-inside-the-atom-nucleus).

**8.** $4.000/0.25 = 16\,\mathrm{h}$.

**9.** $0.20 \times 14400 = 2880\,\mathrm{C}$.

**10.** $E = 14400 \times 3.7 = 5.3 \times 10^{4}\,\mathrm{J}$، أي نحو $53\,\mathrm{kJ}$.

**11.** $53280/3600 = 14.8\,\mathrm{W}\,\mathrm{h}$.

**12.** حرق $1\,\mathrm{g}$ من الميثان يطلق طاقة أكبر قليلًا ($55.7\,\mathrm{kJ}$) مما تخزنه بطارية هاتف ممتلئة.

**13.** $1000/14.8 = 67.6$: أي 67 شحنة كاملة.

**14.** $\ce{Li+ + e- -> Li}$: [اختزال](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/35-oxidation-and-reduction#def-g11-redox-oxidation).

**15.** يفرض الشاحن التفاعل في الاتجاه المعاكس للاتجاه التلقائي.

**16.** $14400/2.0 = 7200\,\mathrm{s}$، أي $2.0\,\mathrm{h}$.

**17.** [أيون](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/17-ions-and-ionic-solutions#def-g9-ions-ion) ليثيوم واحد لكل [إلكترون](https://one-course.com/books/chemistry/1/ar/chapter/16-inside-the-atom#def-g9-inside-the-atom-nucleus): $0.1492\,\mathrm{mol}$.

**18.** $0.1492 \times 6.9 = 1.03\,\mathrm{g}$.

**19.** يتنقل نحو $1.03\,\mathrm{g}$ من الليثيوم بين القطبين في شحنة كاملة واحدة.