מפתח תשובות · יחידה 10

חמצון־חיזור ואלקטרוכימיה.

שאלות התרגול של כל שיעור, התשובות הנכונות שלהן והטעויות שהן מזהות. תשובות שנקראות מהסצנה משתמשות באותה הגדרה שהלומדים רואים.

קטלוג הטעויות הנפוצות

מפתח תשובות 4

שיעור 1 מתוך 4 · כ־25 דקות

חמצון וחיזור

תגובות שבהן אלקטרונים עוברים מחומר לחומר: מי מאבד ומי מקבל, לאן הולכים האלקטרונים בתא, דרגות חמצון, ולמה חמצון לא קורה אף פעם לבד.

לפתוח את השיעור

4 השלבים והתשובות שלהם

שלב 1 מתוך 4
לפתוח את השלב
לאבד אלקטרונים
תרגול · בחרו
השאלה
בתא רצועת האבץ הולכת ונאכלת: $\mathrm{Zn} \rightarrow \mathrm{Zn^{2+}} + 2e^-$ ⁠. מה קורה לאבץ?

התשובה הנכונה
- נכונה הוא מתחמצן: מאבד אלקטרונים
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
התנגדות העומס
50 Ω
המתכת השמאלית
אבץ
הצגת יונים ואלקטרונים
כבוי
האפשרויות
מוצגות בסדר אקראי.
- נכונה הוא מתחמצן: מאבד אלקטרונים
- שגויה הוא מתחזר: מאבד אלקטרונים
  טעות נפוצה: Swaps oxidation and reduction: takes gaining electrons to be oxidation.
  משוב מהקטלוג
  חמצון הוא איבוד אלקטרונים, וחיזור הוא קבלת אלקטרונים. אבץ שהופך ל־ $\mathrm{Zn^{2+}}$ ⁠ איבד שני אלקטרונים: הוא התחמצן, והמטען שלו עלה. יון נחושת שהופך לנחושת קיבל שני אלקטרונים: הוא התחזר, והמטען שלו ירד, ומכאן השם. דרך לזכור: בחיזור מוסיפים אלקטרונים.
- שגויה הוא מתחמצן: מקבל אלקטרונים
  טעות נפוצה: Swaps oxidation and reduction: takes gaining electrons to be oxidation.
  משוב מהקטלוג
  חמצון הוא איבוד אלקטרונים, וחיזור הוא קבלת אלקטרונים. אבץ שהופך ל־ $\mathrm{Zn^{2+}}$ ⁠ איבד שני אלקטרונים: הוא התחמצן, והמטען שלו עלה. יון נחושת שהופך לנחושת קיבל שני אלקטרונים: הוא התחזר, והמטען שלו ירד, ומכאן השם. דרך לזכור: בחיזור מוסיפים אלקטרונים.
- שגויה הוא רק מתמוסס, כמו מלח במים, בלי שינוי כימי
  משוב
  מלח שמתמוסס היה יונים עוד בגביש. כאן אטומי אבץ ניטרליים הופכים ליונים: הם משנים את מספר האלקטרונים שלהם, וזו תגובה כימית.
משוב לתשובה נכונה
כל אטום אבץ מאבד שני אלקטרונים והופך ליון $\mathrm{Zn^{2+}}$ ⁠ שעובר לתמיסה. איבוד אלקטרונים הוא חמצון. האלקטרונים לא נעלמים: הם יוצאים בתיל אל רצועת הנחושת.

פתרון מלא
1. משמאל לחץ אטום ניטרלי, $\mathrm{Zn}$ ⁠; מימין יון $\mathrm{Zn^{2+}}$ ⁠ ושני אלקטרונים.
2. האבץ איבד שני אלקטרונים, והמטען שלו עלה מ־0 ל־+2.
3. איבוד אלקטרונים הוא חמצון.
שלב 2 מתוך 4
לפתוח את השלב
לאן הולכים האלקטרונים
תרגול · נבאו, ואז הסתכלו
השאלה
הצגת יונים ואלקטרונים תראה את היונים ואת האלקטרונים. לאן זורמים האלקטרונים?

התשובה הנכונה
- נכונה בתיל, מהאבץ אל הנחושת
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
התנגדות העומס
50 Ω
המתכת השמאלית
אבץ
הצגת יונים ואלקטרונים
כבויקבוע
האפשרויות
- נכונה בתיל, מהאבץ אל הנחושת
- שגויה בתיל, מהנחושת אל האבץ
  טעות נפוצה: Swaps oxidation and reduction: takes gaining electrons to be oxidation.
  משוב מהקטלוג
  חמצון הוא איבוד אלקטרונים, וחיזור הוא קבלת אלקטרונים. אבץ שהופך ל־ $\mathrm{Zn^{2+}}$ ⁠ איבד שני אלקטרונים: הוא התחמצן, והמטען שלו עלה. יון נחושת שהופך לנחושת קיבל שני אלקטרונים: הוא התחזר, והמטען שלו ירד, ומכאן השם. דרך לזכור: בחיזור מוסיפים אלקטרונים.
- שגויה דרך גשר המלח, מכוס לכוס
  טעות נפוצה: Thinks electrons flow through the solutions and the salt bridge to close the circuit.
  משוב מהקטלוג
  אלקטרונים זורמים רק במתכת: בתיל ובאלקטרודות. בתמיסה ובגשר המלח אין אלקטרונים חופשיים; שם המטען נישא על ידי יונים. יונים חיוביים נעים לכיוון הקתודה ויונים שליליים לכיוון האנודה, וכך כל תמיסה נשארת ניטרלית והמעגל נסגר.
אחרי נעילת הניבוי הסצנה משתנה
הצגת יונים ואלקטרונים
פועלקבוע
ניבוי אף פעם לא נחשב כישלון: בכל מקרה הלומדים רואים את התוצאה ואת ההסבר.
משוב לתשובה נכונה
האבץ מתחמצן ומשחרר אלקטרונים, והם עוברים בתיל אל הנחושת. שם יוני $\mathrm{Cu^{2+}}$ ⁠ מהתמיסה מקבלים אותם והופכים לנחושת. בגשר המלח נעים יונים, לא אלקטרונים.

פתרון מלא
1. האבץ מתחמצן: $\mathrm{Zn} \rightarrow \mathrm{Zn^{2+}} + 2e^-$ ⁠, ולכן אלקטרונים נוצרים ברצועת האבץ.
2. יוני הנחושת מתחזרים: $\mathrm{Cu^{2+}} + 2e^- \rightarrow \mathrm{Cu}$ ⁠, ולכן אלקטרונים נצרכים ברצועת הנחושת.
3. האלקטרונים עוברים אפוא מהאבץ לנחושת, דרך המתכת היחידה שמחברת ביניהן: התיל.
שלב 3 מתוך 4
לפתוח את השלב
דרגות חמצון
תרגול · חשבו
השאלה
מהי דרגת החמצון של הגופרית ביון הסולפט, $\mathrm{SO_4^{2-}}$ ⁠? ענו במספר עם סימן.

התשובה הנכונה
6 ± 0.01
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
התנגדות העומס
50 Ω
המתכת השמאלית
אבץ
הצגת יונים ואלקטרונים
פועל
מתקבלת בטווח
± 0.01
ערך קבוע בשאלה
תשובות שגויות שהשאלה מזהה
- -2 ± 0.01
  טעות נפוצה: Gives an atom in a compound the charge of its usual simple ion, instead of working the oxidation number out.
  משוב מהקטלוג
  דרגת חמצון מחשבים מהתרכובת עצמה, לא מהיון הרגיל של היסוד. בגופרית ב־ $\mathrm{SO_4^{2-}}$ ⁠: לכל חמצן −2, ארבעה חמצנים הם −8, והסכום צריך להיות מטען היון, −2. לכן לגופרית +6, לא −2 כמו ביון הגופרי $\mathrm{S^{2-}}$ ⁠.
משוב לתשובה נכונה
$x + 4 \times (-2) = -2$ ⁠, ולכן $x = +6$ ⁠. לגופרית יש שישה אלקטרונים ברמה החיצונית, ובסולפט כאילו מסרה את כולם לחמצנים.

רמז
לחמצן −2, וסכום דרגות החמצון שווה למטען היון.

פתרון מלא
1. דרגת החמצון של חמצן בתרכובות: −2.
2. סכום הדרגות ביון שווה למטען שלו: $x + 4 \times (-2) = -2$ ⁠.
3. $x - 8 = -2$ ⁠, ולכן $x = +6$ ⁠.
אם עניתם −2, נתתם לגופרית את המטען של היון הגופרי, $\mathrm{S^{2-}}$ ⁠. בסולפט היא קשורה לחמצנים, שמושכים אלקטרונים חזק יותר ממנה.
שלב 4 מתוך 4
לפתוח את השלב
תמיד יחד
תרגול · בחרו
השאלה
ברזל מחליד באוויר לח: $4\mathrm{Fe} + 3\mathrm{O_2} \rightarrow 2\mathrm{Fe_2O_3}$ ⁠. הברזל מתחמצן. מה קורה לחמצן?

התשובה הנכונה
- נכונה הוא מתחזר: כל אטום חמצן מקבל שני אלקטרונים
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
התנגדות העומס
50 Ω
המתכת השמאלית
אבץ
הצגת יונים ואלקטרונים
פועל
האפשרויות
מוצגות בסדר אקראי.
- נכונה הוא מתחזר: כל אטום חמצן מקבל שני אלקטרונים
- שגויה שום דבר: חמצון הוא תגובה של הברזל בלבד
  טעות נפוצה: Thinks an oxidation can happen on its own, without a reduction.
  משוב מהקטלוג
  אלקטרונים לא נעלמים. כל אלקטרון שחומר אחד מאבד, חומר אחר חייב לקבל. לכן חמצון וחיזור תמיד קורים יחד, ומספר האלקטרונים שאבדו שווה למספר שהתקבלו. זו הסיבה לשם חמצון־חיזור.
- שגויה גם הוא מתחמצן
  טעות נפוצה: Swaps oxidation and reduction: takes gaining electrons to be oxidation.
  משוב מהקטלוג
  חמצון הוא איבוד אלקטרונים, וחיזור הוא קבלת אלקטרונים. אבץ שהופך ל־ $\mathrm{Zn^{2+}}$ ⁠ איבד שני אלקטרונים: הוא התחמצן, והמטען שלו עלה. יון נחושת שהופך לנחושת קיבל שני אלקטרונים: הוא התחזר, והמטען שלו ירד, ומכאן השם. דרך לזכור: בחיזור מוסיפים אלקטרונים.
משוב לתשובה נכונה
דרגת החמצון של החמצן יורדת מ־0 ב־ $\mathrm{O_2}$ ⁠ ל־−2 בתחמוצת: הוא התחזר. הברזל עולה מ־0 ל־+3. הברזל הוא המחזר, החומר שמוסר אלקטרונים, והחמצן הוא המחמצן, שמקבל אותם.

פתרון מלא
1. ב־ $\mathrm{Fe}$ ⁠ וב־ $\mathrm{O_2}$ ⁠ דרגות החמצון 0: יסודות.
2. ב־ $\mathrm{Fe_2O_3}$ ⁠: חמצן −2, ולכן $2x + 3(-2) = 0$ ⁠, $x = +3$ ⁠.
3. הברזל איבד אלקטרונים (0 ← +3) והחמצן קיבל (0 ← −2).
4. 4 אטומי ברזל מוסרים 12 אלקטרונים, ו־6 אטומי חמצן מקבלים 12.

שיעור 2 מתוך 4 · כ־25 דקות

טור הפעילות של המתכות

למה נתרן מחליק על המים ואשלגן נדלק, איך מדרגים מתכות לפי הנכונות שלהן לאבד אלקטרונים, ומה הדירוג מנבא: מי דוחק את מי מתמיסה ומי משחרר מימן מחומצה.

לפתוח את השיעור

6 השלבים והתשובות שלהם

שלב 1 מתוך 6
לפתוח את השלב
במורד הטור
תרגול · נבאו, ואז הסתכלו
השאלה
בשקע השמאלי נתרן מחליק על המים ומבעבע. מה יעשה אשלגן, שמתחת לנתרן בטבלה?

התשובה הנכונה
- נכונה יגיב חזק יותר: המימן שלו יידלק
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
שורה בטבלה
Na · Mgקבוע
טמפרטורת המים
293.1 K
התקרבות לאטומים
אגנים
האפשרויות
- נכונה יגיב חזק יותר: המימן שלו יידלק
- שגויה יגיב חלש יותר
  טעות נפוצה: Thinks group 1 and 2 metals get less reactive down the group, as the halogens do.
  משוב מהקטלוג
  אצל המתכות הפעילות עולה ככל שיורדים בטור. מתכת מגיבה כשהיא מאבדת אלקטרונים, וככל שהאטום גדול יותר, האלקטרון החיצוני רחוק יותר מהגרעין ומוחזק חלש יותר. ליתיום מבעבע לאט, נתרן מחליק על המים, אשלגן נדלק, וצזיום מתפוצץ. אצל ההלוגנים, שמגיבים כשמקבלים אלקטרון, המגמה הפוכה.
- שגויה יגיב בדיוק כמו נתרן, כי לשניהם אלקטרון חיצוני אחד
  משוב
  לשניהם אלקטרון חיצוני אחד, ולכן הם מגיבים באותה תגובה. אבל כמה קל לאבד אותו תלוי במרחק שלו מהגרעין.
אחרי נעילת הניבוי הסצנה משתנה
שורה בטבלה
K · Caקבוע
ניבוי אף פעם לא נחשב כישלון: בכל מקרה הלומדים רואים את התוצאה ואת ההסבר.
משוב לתשובה נכונה
אשלגן מגיב כל כך מהר שהחום מדליק את המימן בלהבה סגולה. $2\mathrm{K} + 2\mathrm{H_2O} \rightarrow 2\mathrm{KOH} + \mathrm{H_2}$ ⁠: אותה תגובה כמו של נתרן, רק מהירה יותר.

פתרון מלא
1. מתכות מגיבות כשהן מאבדות את האלקטרונים החיצוניים.
2. לאשלגן יש קליפה אחת יותר מלנתרן, ולכן האלקטרון החיצוני רחוק יותר מהגרעין.
3. הוא מוחזק חלש יותר, ולכן אובד בקלות רבה יותר: אשלגן פעיל יותר.
שלב 2 מתוך 6
לפתוח את השלב
למה
תרגול · בחרו
השאלה
למה צזיום מגיב עם מים הרבה יותר בעוצמה מליתיום?

התשובה הנכונה
- נכונה האלקטרון החיצוני שלו רחוק מהגרעין ומוחזק חלש
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
שורה בטבלה
Cs · Ba
טמפרטורת המים
293.1 K
התקרבות לאטומים
אטומים
האפשרויות
מוצגות בסדר אקראי.
- נכונה האלקטרון החיצוני שלו רחוק מהגרעין ומוחזק חלש
- שגויה יש לו יותר אלקטרונים חיצוניים למסור
  משוב
  לליתיום ולצזיום אלקטרון חיצוני אחד בדיוק: שניהם בטור 1.
- שגויה הוא כבד יותר, ולכן פוגע במים חזק יותר
  משוב
  המסה לא קובעת את מהירות התגובה. מה שקובע הוא כמה קל לאטום לאבד את האלקטרון שלו.
- שגויה הגרעין שלו חזק יותר ודוחף את האלקטרון החוצה
  משוב
  גרעין חיובי מושך אלקטרונים, לא דוחף. אצל צזיום המשיכה מגיעה לאלקטרון החיצוני חלשה, דרך חמש קליפות פנימיות.
משוב לתשובה נכונה
לצזיום שש קליפות, ולאלקטרון החיצוני מגיעה משיכה חלשה של הגרעין, ממוסכת בידי האלקטרונים הפנימיים. לכן נדרשים רק 376 kJ/mol כדי להסיר אותו, לעומת 520 kJ/mol אצל ליתיום.

פתרון מלא
1. כל מתכות טור 1 מגיבות כשהן מאבדות את האלקטרון החיצוני היחיד שלהן.
2. ככל שיורדים בטור, נוספות קליפות, והאלקטרון החיצוני רחוק יותר מהגרעין.
3. המשיכה אליו חלשה יותר, ולכן קל יותר לאבד אותו, והתגובה מהירה יותר.
שלב 3 מתוך 6
לפתוח את השלב
טור 2
תרגול · נבאו, ואז הסתכלו
השאלה
בשקע הימני מגנזיום במים קרים, וכמעט לא קורה דבר. מה יקרה כשתחממו את המים ל־80 °C?

התשובה הנכונה
- נכונה הוא יתחיל לבעבע לאט
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
שורה בטבלה
Na · Mgקבוע
טמפרטורת המים
293.1 Kקבוע
התקרבות לאטומים
אגנים
האפשרויות
- נכונה הוא יתחיל לבעבע לאט
- שגויה שום דבר: מגנזיום לא מגיב עם מים
  משוב
  מגנזיום מגיב עם מים, אבל לאט מאוד בקור. חום מזרז כל תגובה.
- שגויה הוא יגיב בעוצמה כמו נתרן
  משוב
  מגנזיום צריך לאבד שני אלקטרונים, והם מוחזקים חזק יותר משל נתרן. חום מזרז אותו, אבל לא עד כדי כך.
אחרי נעילת הניבוי הסצנה משתנה
טמפרטורת המים
353.1 Kקבוע
ניבוי אף פעם לא נחשב כישלון: בכל מקרה הלומדים רואים את התוצאה ואת ההסבר.
משוב לתשובה נכונה
במים חמים מגנזיום מבעבע לאט ומשחרר מימן, והאינדיקטור מוורד סביבו: $\mathrm{Mg} + 2\mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{Mg(OH)_2} + \mathrm{H_2}$ ⁠. מתכות טור 2 פעילות פחות מהשכנות שלהן בטור 1, באותה שורה.

פתרון מלא
1. מגנזיום הוא מתכת פעילה, אבל פחות מנתרן: הוא צריך למסור שני אלקטרונים.
2. במים קרים התגובה איטית מכדי שנראה אותה.
3. חימום מזרז את התגובה, ומופיעות בועות של מימן.
שלב 4 מתוך 6
לפתוח את השלב
דחיקה
תרגול · בחרו
השאלה
טובלים רצועת אבץ בתמיסה כחולה של נחושת גופרתית, $\mathrm{CuSO_4}$ ⁠. מה תראו אחרי כמה דקות?

התשובה הנכונה
- נכונה ציפוי חום־אדמדם של נחושת על האבץ, והכחול דוהה
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
שורה בטבלה
K · Ca
טמפרטורת המים
293.1 K
התקרבות לאטומים
אגנים
האפשרויות
מוצגות בסדר אקראי.
- נכונה ציפוי חום־אדמדם של נחושת על האבץ, והכחול דוהה
- שגויה שום דבר: מתכת לא מגיבה עם תמיסה של מתכת אחרת
  משוב
  אבץ פעיל יותר מנחושת, ולכן הוא מוסר אלקטרונים ליוני הנחושת.
- שגויה האבץ מצפה את עצמו באבץ נוסף מהתמיסה
  משוב
  בתמיסה אין יוני אבץ בהתחלה; יש יוני נחושת. הם אלה שמתחזרים.
משוב לתשובה נכונה
$\mathrm{Zn} + \mathrm{Cu^{2+}} \rightarrow \mathrm{Zn^{2+}} + \mathrm{Cu}$ ⁠: האבץ מתחמצן ונכנס לתמיסה, ויוני הנחושת מתחזרים ומצפים אותו. זו תגובת דחיקה: מתכת פעילה יותר דוחקת מתכת פעילה פחות מהתמיסה. היא התא הגלווני, בלי תיל.

פתרון מלא
1. בטור הפעילות אבץ גבוה מנחושת: הוא מוסר אלקטרונים בקלות רבה יותר.
2. לכן האבץ מתחמצן, $\mathrm{Zn} \rightarrow \mathrm{Zn^{2+}} + 2e^-$ ⁠, ויוני הנחושת מתחזרים, $\mathrm{Cu^{2+}} + 2e^- \rightarrow \mathrm{Cu}$ ⁠.
3. נחושת מתיישבת על האבץ, ויוני הנחושת הכחולים בתמיסה מתמעטים.
שלב 5 מתוך 6
לפתוח את השלב
לא בכיוון ההפוך
תרגול · בחרו
השאלה
ומה יקרה לחוט כסף באותה תמיסה של נחושת גופרתית?

התשובה הנכונה
- נכונה שום דבר
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
שורה בטבלה
Na · Mgברירת מחדל
טמפרטורת המים
293.1 Kברירת מחדל
התקרבות לאטומים
אגניםברירת מחדל
האפשרויות
מוצגות בסדר אקראי.
- נכונה שום דבר
- שגויה הוא יצטפה בנחושת
  טעות נפוצה: Thinks any metal will push any other metal out of a solution of its salt.
  משוב מהקטלוג
  מתכת דוחקת מתכת אחרת מהתמיסה רק אם היא פעילה יותר, כלומר נוטה יותר לאבד אלקטרונים. אבץ, שגבוה מנחושת בטור הפעילות, מצפה בנחושת בתמיסת נחושת גופרתית. כסף, שנמוך מנחושת, לא עושה בה דבר.
- שגויה הוא יתמוסס, והכחול יעמיק
  טעות נפוצה: Thinks any metal will push any other metal out of a solution of its salt.
  משוב מהקטלוג
  מתכת דוחקת מתכת אחרת מהתמיסה רק אם היא פעילה יותר, כלומר נוטה יותר לאבד אלקטרונים. אבץ, שגבוה מנחושת בטור הפעילות, מצפה בנחושת בתמיסת נחושת גופרתית. כסף, שנמוך מנחושת, לא עושה בה דבר.
משוב לתשובה נכונה
כסף נמוך מנחושת בטור הפעילות: הוא מחזיק באלקטרונים שלו חזק יותר מנחושת, ולכן לא ימסור אותם ליוני הנחושת. הכיוון ההפוך כן עובד: חוט נחושת בתמיסת כסף חנקתי מתכסה בגבישי כסף.

פתרון מלא
1. כדי לצפות בנחושת, הכסף היה צריך למסור אלקטרונים ליוני הנחושת.
2. כסף נמוך מנחושת בטור הפעילות: הוא נוטה פחות ממנה לאבד אלקטרונים.
3. לכן אין תגובה.
שלב 6 מתוך 6
לפתוח את השלב
מתכות וחומצות
תרגול · בחרו
השאלה
אילו מהמתכות האלה ישחררו מימן בחומצה מהולה? בחרו את כולן.

התשובה הנכונה
- נכונה מגנזיום
- נכונה אבץ
- נכונה ברזל
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
שורה בטבלה
Na · Mgברירת מחדל
טמפרטורת המים
293.1 Kברירת מחדל
התקרבות לאטומים
אגניםברירת מחדל
האפשרויות
מוצגות בסדר אקראי. יותר מאפשרות נכונה אחת: צריך לסמן את כולן.
- נכונה מגנזיום
- נכונה אבץ
- נכונה ברזל
- שגויה נחושת
  טעות נפוצה: Thinks any metal will push any other metal out of a solution of its salt.
  משוב מהקטלוג
  מתכת דוחקת מתכת אחרת מהתמיסה רק אם היא פעילה יותר, כלומר נוטה יותר לאבד אלקטרונים. אבץ, שגבוה מנחושת בטור הפעילות, מצפה בנחושת בתמיסת נחושת גופרתית. כסף, שנמוך מנחושת, לא עושה בה דבר.
- שגויה כסף
  טעות נפוצה: Thinks any metal will push any other metal out of a solution of its salt.
  משוב מהקטלוג
  מתכת דוחקת מתכת אחרת מהתמיסה רק אם היא פעילה יותר, כלומר נוטה יותר לאבד אלקטרונים. אבץ, שגבוה מנחושת בטור הפעילות, מצפה בנחושת בתמיסת נחושת גופרתית. כסף, שנמוך מנחושת, לא עושה בה דבר.
משוב לתשובה נכונה
מתכות שמעל המימן בטור הפעילות מוסרות אלקטרונים ליוני $\mathrm{H^+}$ ⁠ של החומצה: $\mathrm{Zn} + 2\mathrm{H^+} \rightarrow \mathrm{Zn^{2+}} + \mathrm{H_2}$ ⁠. נחושת וכסף מתחת למימן, ולא מגיבות. לכן מטבעות ותכשיטים עשויים מהן.

פתרון מלא
1. טור הפעילות: $\mathrm{K, Na, Ca, Mg, Al, Zn, Fe, Pb, (H), Cu, Ag, Au}$ ⁠.
2. מתכת משחררת מימן מחומצה רק אם היא מעל המימן.
3. מגנזיום, אבץ וברזל מעליו; נחושת וכסף מתחתיו.

שיעור 3 מתוך 4 · כ־30 דקות

תאים גלווניים

איך תגובת חמצון־חיזור מפיקה חשמל: אנודה וקתודה, מתח מפוטנציאלים תקניים, למה הקטבים מתהפכים, כמה מתח הולך בתוך התא, ומה עושה גשר המלח.

לפתוח את השיעור

5 השלבים והתשובות שלהם

שלב 1 מתוך 5
לפתוח את השלב
המתח של תא
תרגול · חשבו
השאלה
פוטנציאלי החיזור התקניים: $E^\circ(\mathrm{Cu^{2+}/Cu}) = +0.34\ \mathrm{V}$ ⁠ ו־ $E^\circ(\mathrm{Zn^{2+}/Zn}) = -0.76\ \mathrm{V}$ ⁠. מה המתח של תא אבץ־נחושת כשלא זורם בו זרם?

התשובה הנכונה
1.1 V ± 0.01 V
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
התנגדות העומס
500 Ω
המתכת השמאלית
אבץקבוע
הצגת יונים ואלקטרונים
כבוי
מתקבלת בטווח
± 0.01 V
מחושבת מהסצנה בהגדרה של השלב
Cell voltage with no current: positive when the left metal is the − terminal/nodes/cell/outputs/emf
כל יחידה של אותו גודל מתקבלת; התשובה מומרת לפני הבדיקה.
תשובות שגויות שהשאלה מזהה
- -0.42 V ± 0.01 V
  טעות נפוצה: Adds the two standard electrode potentials instead of subtracting them.
  משוב מהקטלוג
  המתח של תא הוא הפרש הפוטנציאלים: $E^\circ_{\mathrm{cell}} = E^\circ_{\mathrm{cathode}} - E^\circ_{\mathrm{anode}}$ ⁠. לתא אבץ־נחושת: $0.34 - (-0.76) = 1.10\ \mathrm{V}$ ⁠. מי שמחבר מקבל $0.34 + (-0.76) = -0.42$ ⁠, ומתח שלילי לתא שעובד הוא סימן שמשהו התהפך.
משוב לתשובה נכונה
$0.34 - (-0.76) = 1.10\ \mathrm{V}$ ⁠. הנחושת היא הקתודה, הקוטב החיובי, והאבץ הוא האנודה, הקוטב השלילי. זה המתח של תא דניאל, אחת הסוללות הראשונות.

רמז
$E^\circ_{\mathrm{cell}} = E^\circ_{\mathrm{cathode}} - E^\circ_{\mathrm{anode}}$ ⁠.

פתרון מלא
1. הקתודה היא המתכת עם הפוטנציאל הגבוה יותר: נחושת, +0.34 V. האנודה: אבץ, −0.76 V.
2. $E^\circ_{\mathrm{cell}} = 0.34 - (-0.76)$ ⁠.
3. $= 0.34 + 0.76 = 1.10$ ⁠.
4. התשובה: 1.10 V.
אם יצא −0.42 V, חיברתם את הפוטנציאלים במקום לחסר.
שלב 2 מתוך 5
לפתוח את השלב
לבחור מתכות
תרגול · הגיעו למטרה
השאלה
בחרו בהמתכת השמאלית את המתכת שנותנת לתא את המתח הגבוה ביותר, ולחצו על בדיקה.

המטרה
- 2.71 V ± 0.01 V
  בתחילת השלב: 1.1 V
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
התנגדות העומס
500 Ωקבוע
המתכת השמאלית
אבץ
הצגת יונים ואלקטרונים
כבוי
נקרא מהסצנה בנקודה
Cell voltage with no current: positive when the left metal is the − terminal/nodes/cell/outputs/emf
הגדרה אחת שמגיעה למטרה
המתכת השמאלית
מגנזיום
משוב לתשובה נכונה
מגנזיום: $0.34 - (-2.37) = 2.71\ \mathrm{V}$ ⁠. ככל ששתי המתכות רחוקות יותר זו מזו בטור הפעילות, המתח גבוה יותר.

משוב לתשובה שגויה
עוד לא. מצאו את המתכת עם פוטנציאל החיזור הנמוך ביותר.

רמז
ככל שהמתכת השמאלית גבוהה יותר בטור הפעילות, היא „דוחפת” אלקטרונים חזק יותר.

פתרון מלא
1. הנחושת מימין קבועה, +0.34 V.
2. $E^\circ_{\mathrm{cell}} = 0.34 - E^\circ_{\mathrm{M}}$ ⁠, כש־ $\mathrm{M}$ ⁠ היא המתכת השמאלית: המתח גדול ביותר כש־ $E^\circ_{\mathrm{M}}$ ⁠ הנמוך ביותר.
3. מגנזיום, −2.37 V, הוא הנמוך ביותר מבין החמש.
4. בחרו מגנזיום: 2.71 V.
שלב 3 מתוך 5
לפתוח את השלב
הקטבים מתהפכים
תרגול · נבאו, ואז הסתכלו
השאלה
בתא אבץ־נחושת האבץ מתמוסס. איזו רצועה תתמוסס כשתחליפו את המתכת השמאלית בכסף?

התשובה הנכונה
- נכונה הנחושת
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
התנגדות העומס
50 Ω
המתכת השמאלית
אבץקבוע
הצגת יונים ואלקטרונים
פועל
האפשרויות
- נכונה הנחושת
- שגויה הכסף
  טעות נפוצה: Thinks the electrode with the more positive potential is the one that dissolves.
  משוב מהקטלוג
  האלקטרודה שמתמוססת היא זו שמתחמצנת: המתכת שפחות מחזיקה באלקטרונים שלה, עם הפוטנציאל הנמוך יותר. בתא כסף־נחושת: $E^\circ(\mathrm{Cu}) = +0.34$ ⁠ ו־ $E^\circ(\mathrm{Ag}) = +0.80$ ⁠, ולכן הנחושת מתמוססת והכסף מצטבר.
- שגויה אף אחת: הכסף לא מגיב, אז אין זרם
  משוב
  כסף לא מתחמצן כאן, אבל יוני כסף יכולים להתחזר. אז הנחושת היא שמוסרת אלקטרונים.
אחרי נעילת הניבוי הסצנה משתנה
המתכת השמאלית
כסףקבוע
ניבוי אף פעם לא נחשב כישלון: בכל מקרה הלומדים רואים את התוצאה ואת ההסבר.
משוב לתשובה נכונה
כסף נמוך מנחושת בטור הפעילות, ולכן עכשיו הנחושת היא האנודה: היא מתחמצנת, ויוני הכסף מתחזרים על רצועת הכסף. הקטבים התהפכו, והמתח $0.34 - 0.80 = -0.46\ \mathrm{V}$ ⁠: אותם 0.46 V בכיוון ההפוך.

פתרון מלא
1. $E^\circ(\mathrm{Ag^+/Ag}) = +0.80$ ⁠, גבוה מ־ $E^\circ(\mathrm{Cu^{2+}/Cu}) = +0.34$ ⁠.
2. המתכת עם הפוטנציאל הנמוך יותר מתחמצנת: הנחושת.
3. לכן הנחושת מתמוססת, $\mathrm{Cu} \rightarrow \mathrm{Cu^{2+}} + 2e^-$ ⁠, וכסף מצטבר על הרצועה השמאלית.
שלב 4 מתוך 5
לפתוח את השלב
מתח תחת עומס
תרגול · חשבו
השאלה
לתא אבץ־נחושת, 1.10 V, יש התנגדות פנימית של 10 Ω. התנגדות העומס 20 Ω. מה מראה המד על העומס?

התשובה הנכונה
0.7333 V ± 0.01 V
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
התנגדות העומס
20 Ωקבוע
המתכת השמאלית
אבץקבוע
הצגת יונים ואלקטרונים
כבוי
מתקבלת בטווח
± 0.01 V
מחושבת מהסצנה בהגדרה של השלב
What the meter reads across the load/nodes/cell/outputs/voltage
כל יחידה של אותו גודל מתקבלת; התשובה מומרת לפני הבדיקה.
תשובות שגויות שהשאלה מזהה
- 1.1 V ± 0.01 V
  טעות נפוצה: Thinks a cell delivers its full emf at its terminals whatever current it supplies.
  משוב מהקטלוג
  לתא יש התנגדות פנימית: התמיסות וגשר המלח. כשזורם זרם, חלק מהמתח מתבזבז בתוך התא, $Ir$ ⁠, והמד מראה רק את השאר: $V = \varepsilon - Ir$ ⁠. ככל שהעומס כבד יותר והזרם גדול יותר, המתח בהדקים נמוך יותר.
משוב לתשובה נכונה
$I = \dfrac{1.10}{20 + 10} = 0.0367\ \mathrm{A}$ ⁠, ו־ $V = 0.0367 \times 20 = 0.73\ \mathrm{V}$ ⁠. שליש מהמתח הלך בתוך התא, בתמיסות ובגשר המלח.

רמז
קודם הזרם: $I = \dfrac{\varepsilon}{R + r}$ ⁠. אחר כך $V = IR$ ⁠.

פתרון מלא
1. הנתונים: $\varepsilon = 1.10\ \mathrm{V}$ ⁠, $r = 10\ \Omega$ ⁠, $R = 20\ \Omega$ ⁠.
2. הזרם: $I = \dfrac{\varepsilon}{R + r} = \dfrac{1.10}{30} = 0.0367\ \mathrm{A}$ ⁠.
3. המתח על העומס: $V = IR = 0.0367 \times 20 = 0.733$ ⁠.
4. התשובה: 0.73 V.
אם עניתם 1.10 V, שכחתם את ההתנגדות הפנימית: זה המתח רק כשלא זורם זרם.
שלב 5 מתוך 5
לפתוח את השלב
גשר המלח
תרגול · בחרו
השאלה
מה תפקידו של גשר המלח בין שתי הכוסות?

התשובה הנכונה
- נכונה הוא מאפשר ליונים לנוע, כך שכל תמיסה נשארת ניטרלית
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
התנגדות העומס
50 Ω
המתכת השמאלית
אבץ
הצגת יונים ואלקטרונים
פועל
האפשרויות
מוצגות בסדר אקראי.
- נכונה הוא מאפשר ליונים לנוע, כך שכל תמיסה נשארת ניטרלית
- שגויה הוא מעביר את האלקטרונים חזרה מהנחושת לאבץ
  טעות נפוצה: Thinks electrons flow through the solutions and the salt bridge to close the circuit.
  משוב מהקטלוג
  אלקטרונים זורמים רק במתכת: בתיל ובאלקטרודות. בתמיסה ובגשר המלח אין אלקטרונים חופשיים; שם המטען נישא על ידי יונים. יונים חיוביים נעים לכיוון הקתודה ויונים שליליים לכיוון האנודה, וכך כל תמיסה נשארת ניטרלית והמעגל נסגר.
- שגויה הוא מספק את האנרגיה של התא
  משוב
  האנרגיה באה מהתגובה בין האבץ ליוני הנחושת. בלי גשר המלח התגובה עוצרת, אבל הגשר עצמו לא מגיב.
משוב לתשובה נכונה
בלי הגשר, יוני $\mathrm{Zn^{2+}}$ ⁠ היו מצטברים בכוס השמאלית ומטען חיובי היה נבנה בה, והימנית הייתה נעשית שלילית. תוך רגע המטענים האלה היו עוצרים את הזרם. דרך הגשר יונים שליליים נעים שמאלה וחיוביים ימינה, והמעגל נשאר סגור.

פתרון מלא
1. בכוס האבץ נוצרים יונים חיוביים; בכוס הנחושת יונים חיוביים נעלמים.
2. אילו לא היה מעבר בין הכוסות, הראשונה הייתה נטענת חיובית והשנייה שלילית, והזרם היה נעצר.
3. גשר המלח מעביר יונים ומאזן את המטענים. אלקטרונים עוברים רק בתיל.

שיעור 4 מתוך 4 · כ־40 דקות

סוללות ואלקטרוליזה

סוללה היא תא גלווני שאפשר להריץ אחורה: מה מתרוקן כשהיא נפרקת, מה הטעינה עושה, ואיך אלקטרוליזה מפיקה מתכות ומצפה בהן, גרם אחרי גרם.

לפתוח את השיעור

10 השלבים והתשובות שלהם

שלב 1 מתוך 10
לפתוח את השלב
סוללה היא תא
תרגול · בחרו
השאלה
כשהטלפון רץ על הסוללה כל היום, מה הסוללה מאבדת?

התשובה הנכונה
- נכונה אנרגיה כימית, שהופכת לאנרגיה חשמלית
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
זרם
1 C
רמת הטעינה
60 %
התקרבות ליונים
יונים
האפשרויות
מוצגות בסדר אקראי.
- נכונה אנרגיה כימית, שהופכת לאנרגיה חשמלית
- שגויה מטען חשמלי: האלקטרונים שלה נגמרים
  טעות נפוצה: Thinks a battery stores electric charge, so charging fills it with electrons from the charger.
  משוב מהקטלוג
  סוללה אוגרת אנרגיה כימית, לא מטען. כל אלקטרון שיוצא מהדק אחד חוזר בהדק השני, והסוללה נשארת ניטרלית לכל אורך הדרך. בטעינה המטען דוחף את האלקטרונים ואת יוני הליתיום בחזרה למקום שבו האנרגיה הכימית שלהם גבוהה: הוא מריץ את התגובה הפוך.
- שגויה ליתיום, שנשרף בזמן השימוש
  משוב
  הליתיום רק עובר מצד לצד בתוך הסוללה. לכן אפשר לטעון אותה שוב מאות פעמים.
משוב לתשובה נכונה
הסוללה נשארת ניטרלית כל הזמן: כל אלקטרון שיוצא מהקוטב השלילי חוזר לחיובי. מה שמתרוקן הוא האנרגיה הכימית: הליתיום עבר ממקום של אנרגיה גבוהה, בגרפיט, למקום של אנרגיה נמוכה, בתחמוצת.

פתרון מלא
1. במעגל סגור הזרם זהה בכל נקודה: כמה שיוצא, חוזר.
2. לכן הסוללה לא מאבדת אלקטרונים ולא מטען.
3. היא מאבדת אנרגיה כימית, שהתגובה ממירה לעבודה חשמלית במעגל.
שלב 2 מתוך 10
לפתוח את השלב
טעינה
תרגול · נבאו, ואז הסתכלו
השאלה
הסוללה מתפרקת: יוני ליתיום עוברים בתוכה מהגרפיט אל התחמוצת. מה יקרה ליונים כשתחברו מטען?

התשובה הנכונה
- נכונה הם יחזרו מהתחמוצת אל הגרפיט
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
זרם
1 Cקבוע
רמת הטעינה
60 %
התקרבות ליונים
יונים
האפשרויות
- נכונה הם יחזרו מהתחמוצת אל הגרפיט
- שגויה המטען יוסיף לסוללה יונים ואלקטרונים חדשים
  טעות נפוצה: Thinks a battery stores electric charge, so charging fills it with electrons from the charger.
  משוב מהקטלוג
  סוללה אוגרת אנרגיה כימית, לא מטען. כל אלקטרון שיוצא מהדק אחד חוזר בהדק השני, והסוללה נשארת ניטרלית לכל אורך הדרך. בטעינה המטען דוחף את האלקטרונים ואת יוני הליתיום בחזרה למקום שבו האנרגיה הכימית שלהם גבוהה: הוא מריץ את התגובה הפוך.
- שגויה הם יישארו במקום, והמטען רק ימלא את הסוללה בחשמל
  טעות נפוצה: Thinks a battery stores electric charge, so charging fills it with electrons from the charger.
  משוב מהקטלוג
  סוללה אוגרת אנרגיה כימית, לא מטען. כל אלקטרון שיוצא מהדק אחד חוזר בהדק השני, והסוללה נשארת ניטרלית לכל אורך הדרך. בטעינה המטען דוחף את האלקטרונים ואת יוני הליתיום בחזרה למקום שבו האנרגיה הכימית שלהם גבוהה: הוא מריץ את התגובה הפוך.
אחרי נעילת הניבוי הסצנה משתנה
זרם
-1 Cקבוע
ניבוי אף פעם לא נחשב כישלון: בכל מקרה הלומדים רואים את התוצאה ואת ההסבר.
משוב לתשובה נכונה
המטען דוחף אלקטרונים אל הגרפיט, ויוני הליתיום חוזרים אליו דרך האלקטרוליט: התגובה רצה הפוך. אף יון לא נוסף ואף יון לא אבד; מה שנוסף הוא אנרגיה כימית.

פתרון מלא
1. בפריקה התגובה הכימית מתרחשת מעצמה ומניעה אלקטרונים במעגל: זה תא גלווני.
2. בטעינה ספק חיצוני מניע את האלקטרונים בכיוון ההפוך, ומכריח את התגובה לרוץ הפוך.
3. לכן יוני הליתיום חוזרים לגרפיט, למצב של אנרגיה כימית גבוהה.
שלב 3 מתוך 10
לפתוח את השלב
אלקטרוליזה
תרגול · בחרו
השאלה
באלקטרוליזה של נתרן כלורי מותך מעבירים זרם בין שתי אלקטרודות. מה נוצר באלקטרודה השלילית?

התשובה הנכונה
- נכונה מתכת נתרן
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
זרם
-1 C
רמת הטעינה
60 %
התקרבות ליונים
יונים
האפשרויות
מוצגות בסדר אקראי.
- נכונה מתכת נתרן
- שגויה גז כלור
  טעות נפוצה: Thinks the cathode is always the positive electrode.
  משוב מהקטלוג
  קתודה היא האלקטרודה שבה קורה חיזור, ואנודה היא זו שבה קורה חמצון, תמיד. הסימן תלוי בסוג התא: בתא גלווני הקתודה היא הקוטב החיובי, אבל באלקטרוליזה הספק דוחף אלקטרונים אל הקתודה, והיא הקוטב השלילי. שם יונים חיוביים, כמו $\mathrm{Na^+}$ ⁠, מקבלים אלקטרונים.
- שגויה גז מימן
  משוב
  במלח מותך אין מים, ולכן אין מאיפה לבוא מימן. מימן מופיע באלקטרוליזה של תמיסה מימית.
משוב לתשובה נכונה
הספק דוחף אלקטרונים אל האלקטרודה השלילית, והיא הקתודה: יוני $\mathrm{Na^+}$ ⁠ נמשכים אליה ומתחזרים, $\mathrm{Na^+} + e^- \rightarrow \mathrm{Na}$ ⁠. באנודה, החיובית, יוני $\mathrm{Cl^-}$ ⁠ מתחמצנים לגז כלור. כך מפיקים נתרן בתעשייה.

פתרון מלא
1. האלקטרודה השלילית מושכת יונים חיוביים: $\mathrm{Na^+}$ ⁠.
2. היא מלאה אלקטרונים מהספק, והיונים מקבלים אותם: חיזור.
3. $\mathrm{Na^+} + e^- \rightarrow \mathrm{Na}$ ⁠: נוצרת מתכת נתרן.
אם בחרתם כלור, הנחתם שהקתודה תמיד חיובית. באלקטרוליזה הקתודה היא הקוטב השלילי.
שלב 4 מתוך 10
לפתוח את השלב
כמה מתכת
תרגול · חשבו
השאלה
מצפים מפתח בנחושת: זרם של 2.0 A עובר בתמיסת $\mathrm{Cu^{2+}}$ ⁠ במשך 965 s. כמה גרם נחושת מצטברים על המפתח? קבוע פאראדיי $F = 96\,500\ \mathrm{C/mol}$ ⁠, והמסה המולרית של נחושת 63.5 g/mol.

התשובה הנכונה
0.635 g ± 0.005 g
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
זרם
1 Cברירת מחדל
רמת הטעינה
60 %ברירת מחדל
התקרבות ליונים
תאברירת מחדל
מתקבלת בטווח
± 0.005 g
ערך קבוע בשאלה
כל יחידה של אותו גודל מתקבלת; התשובה מומרת לפני הבדיקה.
תשובות שגויות שהשאלה מזהה
- 1.27 g ± 0.005 g
  טעות נפוצה: Counts one electron per ion discharged, whatever the ion’s charge.
  משוב מהקטלוג
  כל יון צריך אלקטרונים כמספר המטען שלו. $\mathrm{Cu^{2+}} + 2e^- \rightarrow \mathrm{Cu}$ ⁠: לכל מול נחושת שני מולים של אלקטרונים. לכן מאותו מטען חשמלי מתקבלת חצי כמות של נחושת לעומת כסף, $\mathrm{Ag^+} + e^- \rightarrow \mathrm{Ag}$ ⁠.
משוב לתשובה נכונה
$Q = 2.0 \times 965 = 1930\ \mathrm{C}$ ⁠, כלומר $0.020$ ⁠ מול אלקטרונים, ומהם $0.010$ ⁠ מול נחושת: 0.635 g.

רמז
$Q = It$ ⁠, מולי אלקטרונים $= \dfrac{Q}{F}$ ⁠, ולכל יון נחושת שני אלקטרונים.

פתרון מלא
1. המטען: $Q = It = 2.0 \times 965 = 1930\ \mathrm{C}$ ⁠.
2. מולי אלקטרונים: $\dfrac{1930}{96\,500} = 0.020\ \mathrm{mol}$ ⁠.
3. $\mathrm{Cu^{2+}} + 2e^- \rightarrow \mathrm{Cu}$ ⁠: מולי נחושת $= \dfrac{0.020}{2} = 0.010$ ⁠.
4. המסה: $0.010 \times 63.5 = 0.635$ ⁠.
5. התשובה: 0.635 g.
אם יצא 1.27 g, ספרתם אלקטרון אחד לכל יון נחושת.
שלב 5 מתוך 10
לפתוח את השלב
לספור מטען
תרגול · חשבו
השאלה
סוללה של טלפון מספקת זרם של 0.5 A במשך שעתיים. כמה מטען עבר במעגל?

התשובה הנכונה
3600 C ± 1%
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
זרם
0.5 C
רמת הטעינה
60 %
התקרבות ליונים
תא
מתקבלת בטווח
± 1%
ערך קבוע בשאלה
כל יחידה של אותו גודל מתקבלת; התשובה מומרת לפני הבדיקה.
תשובות שגויות שהשאלה מזהה
- 1 C ± 0.01 C
  טעות נפוצה: Thinks a battery stores electric charge, so charging fills it with electrons from the charger.
  משוב
  $0.5 \times 2 = 1$ ⁠ הם אמפר־שעה, לא קולון. המירו שעות לשניות. ושימו לב: המטען הזה עבר בסוללה, הוא לא היה מאוחסן בה.
משוב לתשובה נכונה
$Q = 0.5 \times 7200 = 3600\ \mathrm{C}$ ⁠: אמפר־שעה אחד. המטען הזה הסתובב במעגל ונשאר שלם; מה שהסוללה נתנה הוא אנרגיה, בערך $3600 \times 3.7 \approx 13\,000\ \mathrm{J}$ ⁠ במתח של 3.7 V.

רמז
$Q = It$ ⁠, עם $t$ ⁠ בשניות.

פתרון מלא
1. $t = 2\ \mathrm{h} = 2 \times 3600 = 7200\ \mathrm{s}$ ⁠.
2. $Q = It = 0.5 \times 7200 = 3600$ ⁠.
3. התשובה: 3600 C.
שלב 6 מתוך 10
לפתוח את השלב
זרם מהיר יותר
תרגול · חשבו
השאלה
הקיבולת של הסוללה 3 Ah. זרם של 1C פירושו זרם שמרוקן אותה בשעה אחת. הזרם נעול עכשיו על 2C. כמה אמפר זורמים?

התשובה הנכונה
6 A ± 2%
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
זרם
2 Cקבוע
רמת הטעינה
60 %
התקרבות ליונים
תא
מתקבלת בטווח
± 2%
מחושבת מהסצנה בהגדרה של השלב
Current out of the + terminal; negative while charging/nodes/cell/outputs/batteryCurrent
כל יחידה של אותו גודל מתקבלת; התשובה מומרת לפני הבדיקה.
תשובות שגויות שהשאלה מזהה
- 1.5 A ± 2%
  טעות נפוצה: Divides the capacity by the C-rate to get the current, so a higher C-rate seems to mean a smaller current.
  משוב מהקטלוג
  ה־C אומר כמה מהר הסוללה מתרוקנת: 1C בשעה, 2C בחצי שעה. כדי לרוקן מהר יותר צריך זרם גדול יותר, ולכן הזרם הוא הקיבולת כפול ה־C, לשעה.
משוב לתשובה נכונה
6 A: הסוללה תתרוקן בחצי שעה.

רמז
ב־1C הסוללה מתרוקנת בשעה: הזרם שווה לקיבולת חלקי שעה אחת.

פתרון מלא
1. ב־1C: $\dfrac{3\ \mathrm{Ah}}{1\ \mathrm{h}} = 3$ ⁠ אמפר.
2. ב־2C: פי שניים, $6$ ⁠ אמפר.
3. בזרם כזה הסוללה מתרוקנת בחצי שעה.
אם עניתם 1.5 A, חילקתם בשניים במקום להכפיל. 2C מרוקן מהר פי שניים, ולכן הזרם גדול פי שניים.
שלב 7 מתוך 10
לפתוח את השלב
בהדקים
תרגול · חשבו
השאלה
כשלא זורם זרם, הסוללה ב־60% מראה 3.80 V. עכשיו היא מספקת 3 A, וההתנגדות הפנימית שלה 0.05 Ω. איזה מתח מגיע להדקים שלה?

התשובה הנכונה
3.65 V ± 0.5%
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
זרם
1 Cקבוע
רמת הטעינה
60 %קבוע
התקרבות ליונים
תא
מתקבלת בטווח
± 0.5%
מחושבת מהסצנה בהגדרה של השלב
Terminal voltage, the open-circuit voltage minus I·R/nodes/cell/outputs/batteryVoltage
כל יחידה של אותו גודל מתקבלת; התשובה מומרת לפני הבדיקה.
תשובות שגויות שהשאלה מזהה
- 3.8 V ± 0.3%
  טעות נפוצה: Thinks a cell delivers its full emf at its terminals whatever current it supplies.
  משוב מהקטלוג
  לתא יש התנגדות פנימית: התמיסות וגשר המלח. כשזורם זרם, חלק מהמתח מתבזבז בתוך התא, $Ir$ ⁠, והמד מראה רק את השאר: $V = \varepsilon - Ir$ ⁠. ככל שהעומס כבד יותר והזרם גדול יותר, המתח בהדקים נמוך יותר.
משוב לתשובה נכונה
3.65 V: 0.15 V הולכים על ההתנגדות שבתוך הסוללה.

רמז
חלק מהמתח נופל על ההתנגדות שבתוך הסוללה עצמה: $IR$ ⁠.

פתרון מלא
1. המפל הפנימי: $IR = 3 \times 0.05 = 0.15$ ⁠ וולט.
2. המתח בהדקים: $3.80 - 0.15 = 3.65$ ⁠ וולט.
אם עניתם 3.80 V, שכחתם שהזרם עובר גם בתוך הסוללה. ככל שהזרם גדול יותר, המתח בהדקים נמוך יותר.
שלב 8 מתוך 10
לפתוח את השלב
ההספק שיוצא
תרגול · חשבו
השאלה
זרם נעול על 2C, 6 A. הסוללה מראה 3.80 V בלי זרם, וההתנגדות הפנימית שלה 0.05 Ω. איזה הספק היא מוסרת לנורה?

התשובה הנכונה
21 W ± 2%
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
זרם
2 Cקבוע
רמת הטעינה
60 %קבוע
התקרבות ליונים
תא
מתקבלת בטווח
± 2%
מחושבת מהסצנה בהגדרה של השלב
Power delivered to the bulb; negative, taken from the charger/nodes/cell/outputs/batteryPower
כל יחידה של אותו גודל מתקבלת; התשובה מומרת לפני הבדיקה.
תשובות שגויות שהשאלה מזהה
- 22.8 W ± 1%
  טעות נפוצה: Thinks a cell delivers its full emf at its terminals whatever current it supplies.
  משוב מהקטלוג
  לתא יש התנגדות פנימית: התמיסות וגשר המלח. כשזורם זרם, חלק מהמתח מתבזבז בתוך התא, $Ir$ ⁠, והמד מראה רק את השאר: $V = \varepsilon - Ir$ ⁠. ככל שהעומס כבד יותר והזרם גדול יותר, המתח בהדקים נמוך יותר.
משוב לתשובה נכונה
21 W. עוד 1.8 W מחממים את הסוללה מבפנים.

רמז
מצאו קודם את המתח בהדקים, ואז $P = VI$ ⁠.

פתרון מלא
1. המפל הפנימי: $6 \times 0.05 = 0.30$ ⁠ וולט, ולכן בהדקים $3.80 - 0.30 = 3.50$ ⁠ וולט.
2. $P = VI = 3.50 \times 6 = 21$ ⁠ ואט.
אם עניתם 22.8 W, כפלתם במתח שבלי זרם. ההפרש, 1.8 W, הוא החום שנשאר בתוך הסוללה.
שלב 9 מתוך 10
לפתוח את השלב
חום בפנים
תרגול · נבאו, ואז הסתכלו
השאלה
בזרם של 1C נשארים בתוך הסוללה 0.45 W של חום. נבאו: כמה חום יישאר בה כשהזרם יוכפל ל־2C?

התשובה הנכונה
- נכונה פי ארבעה, 1.8 W
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
זרם
1 C
רמת הטעינה
60 %
התקרבות ליונים
יונים
האפשרויות
- שגויה אותו דבר, 0.45 W, כי ההתנגדות לא השתנתה
  אין משוב משלה; הלומדים רואים את ההודעה הרגילה
  עוד לא. הסתכלו שוב ונסו פעם נוספת.
- שגויה פי שניים, 0.9 W
  טעות נפוצה: Thinks the heat made in a resistance grows in step with the current.
  משוב מהקטלוג
  החום בנגד הוא $I^2 R$ ⁠. פי שניים זרם פירושו פי שניים מטען בכל שנייה, וכל מטען מאבד גם פי שניים אנרגיה, כי המפל $IR$ ⁠ גדל פי שניים. יחד: פי ארבעה.
- נכונה פי ארבעה, 1.8 W
אחרי נעילת הניבוי הסצנה משתנה
זרם
2 C
ואז הסצנה מראה: 1.8 W · I²R heating inside the cell/nodes/cell/outputs/batteryHeat
ניבוי אף פעם לא נחשב כישלון: בכל מקרה הלומדים רואים את התוצאה ואת ההסבר.
משוב לתשובה נכונה
פי ארבעה, 1.8 W: החום הולך עם ריבוע הזרם.

רמז
החום בנגד הוא $I^2 R$ ⁠.

פתרון מלא
1. $P = I^2 R$ ⁠: ב־3 A, $9 \times 0.05 = 0.45$ ⁠ ואט.
2. ב־6 A: $36 \times 0.05 = 1.8$ ⁠ ואט, פי ארבעה.
לכן טעינה מהירה מחממת את הסוללה הרבה יותר מטעינה איטית, ומטענים מהירים מאטים כשהסוללה מתחממת.
שלב 10 מתוך 10
לפתוח את השלב
כמה היא מלאה
תרגול · הגיעו למטרה
השאלה
כשלא זורם זרם, המתח של סוללת ליתיום אומר כמה היא טעונה. הורידו את רמת הטעינה עד שהמתח במנוחה יהיה 3.60 V, ולחצו על בדיקה.

המטרה
- 3.6 ± 0.01
  בתחילת השלב: 3.8
הגדרות, אפשרויות ומשוב
הסצנה בשלב הזה
זרם
1 C
רמת הטעינה
60 %
התקרבות ליונים
תא
נקרא מהסצנה בנקודה
Open-circuit voltage at this state of charge/nodes/cell/outputs/batteryRestVoltage
הגדרה אחת שמגיעה למטרה
זרם
-2 C
רמת הטעינה
20 %
משוב לתשובה נכונה
ב־20%: מכאן המתח צונח מהר, והטלפון מזהיר שהסוללה חלשה.

רמז
ב־60% המתח במנוחה 3.80 V, ובסוללה ריקה 3.0 V.

פתרון מלא
1. ככל שהסוללה מתרוקנת, פחות ליתיום נשאר בגרפיט, והמתח במנוחה יורד.
2. בין 20% ל־80% הוא יורד לאט, ובקצוות מהר.
3. 3.60 V מתקבלים ב־20%.
כך הטלפון מעריך כמה סוללה נשארה: הוא מודד מתח, ומתקן לפי הזרם שזורם באותו רגע.

בכל היחידה · 14 טעויות נפוצות

קטלוג הטעויות הנפוצות

כל טעות נפוצה שהיחידה מזהה, בכמה מילים. פתחו טעות כדי לראות מה הלומדים קוראים כשהתשובה מתאימה לה, ואיפה היא נשאלת.

תוכן העניינים

חמצון וחיזור

לאבד אלקטרונים

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

האפשרויות

פתרון מלא

לאן הולכים האלקטרונים

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

האפשרויות

אחרי נעילת הניבוי הסצנה משתנה

פתרון מלא

דרגות חמצון

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

תשובות שגויות שהשאלה מזהה

רמז

פתרון מלא

תמיד יחד

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

האפשרויות

פתרון מלא

טור הפעילות של המתכות

במורד הטור

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

האפשרויות

אחרי נעילת הניבוי הסצנה משתנה

פתרון מלא

למה

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

האפשרויות

פתרון מלא

טור 2

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

האפשרויות

אחרי נעילת הניבוי הסצנה משתנה

פתרון מלא

דחיקה

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

האפשרויות

פתרון מלא

לא בכיוון ההפוך

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

האפשרויות

פתרון מלא

מתכות וחומצות

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

האפשרויות

פתרון מלא

תאים גלווניים

המתח של תא

השאלה

התשובה הנכונה

הסצנה בשלב הזה

תשובות שגויות שהשאלה מזהה

רמז

פתרון מלא

לבחור מתכות

השאלה

המטרה

הסצנה בשלב הזה

הגדרה אחת שמגיעה למטרה

רמז