سوال ۹۹ شیمی کنکور ریاضی ۱۴۰۵ با پاسخ تشریحی

برای مقایسهٔ دو فرایند، باید گونهٔ واکنش‌دهنده در هر الکترود و تغییر جرم الکترودها را بررسی کنیم. در هر دو نوع سلول، اکسایش در آند و کاهش در کاتد رخ می‌دهد (شیمی ۳، صفحه‌های ۴۴–۴۵).

گام اول: آبکاری فلز با نقره
جسمی که قرار است آبکاری شود، کاتد است. یون‌های نقره در سطح آن الکترون می‌گیرند و به نقرهٔ فلزی تبدیل می‌شوند:
$\mathrm{Ag^+(aq)+e^-\rightarrow Ag(s)}$
نشستن نقره روی جسم، باعث افزایش جرم کاتد می‌شود. در آند نیز تیغهٔ نقره اکسید می‌شود و جرم آن کاهش می‌یابد:
$\mathrm{Ag(s)\rightarrow Ag^+(aq)+e^-}$
این فرایندها در شکل آبکاری کتاب نشان داده شده‌اند (شیمی ۳، صفحه‌های ۶۰–۶۱).

گام دوم: سلول گالوانی هیدروژن ـ مس
پتانسیل کاهش استاندارد الکترود هیدروژن برابر $E^\circ(\mathrm{H^+/H_2})=0\,\mathrm{V}$ است. با توجه به شرط سؤال، $E^\circ(\mathrm{Cu^{2+}/Cu})>0$؛ بنابراین مس پتانسیل کاهش استاندارد بیشتری دارد و در این سلول، کاتد است. این مقایسه بر مبنای پتانسیل‌های کاهش استاندارد انجام می‌شود (شیمی ۳، صفحه‌های ۴۷–۴۸).

نیم‌واکنش کاتدی عبارت است از:
$\mathrm{Cu^{2+}(aq)+2e^-\rightarrow Cu(s)}$
با رسوب مس روی الکترود، جرم کاتد افزایش می‌یابد.

در نیم‌سلول هیدروژن، واکنش آندی به صورت زیر است:
$\mathrm{H_2(g)\rightarrow 2H^+(aq)+2e^-}$
الکترود این نیم‌سلول از پلاتین است؛ پلاتین در واکنش مصرف نمی‌شود و تنها سطح رسانای لازم را فراهم می‌کند. پس در این آند، نه فلز اکسید می‌شود و نه جرم الکترود کاهش می‌یابد (شیمی ۳، صفحه‌های ۴۷–۴۸).

جمع‌بندی: در هر دو فرایند، یون فلزی در کاتد کاهش می‌یابد و فلز روی آن می‌نشیند؛ در نتیجه جرم کاتد افزایش می‌یابد. در مقابل، اکسایش فلز و کاهش جرم آند فقط در آبکاریِ توصیف‌شده رخ می‌دهند و اکسایش آنیون‌ها در هیچ‌یک از این دو آند رخ نمی‌دهد.

پاسخ: گزینهٔ ۱