طريقة عدد التأكسد لوزن معادلات الأكسدة والاختزال - كتاب الكيمياء - الصف 12 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

سؤال 15: استعمل طريقة عدد التأكسد في وزن معادلات الأكسدة والاختزال الآتية: HCl(aq) + HNO3(aq) → HClO(aq) + NO(g) + H2O(l)

الإجابة: 3HCl(aq) + 2HNO3(aq) → 3HClO(aq) + 2NO(g) + H2O(l)

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (تحديد أعداد التأكسد):** لنحدد أعداد التأكسد لكل ذرة في المواد المتفاعلة والناتجة. - في **HCl**: H (+1)، Cl (-1) - في **HNO₃**: H (+1)، O (-2) لكل ذرة، وبتطبيق قاعدة أن مجموع أعداد التأكسد يساوي صفر للجزيء: N يكون (+5) لأن (+1) + (+5) + 3×(-2) = 0. - في **HClO**: H (+1)، O (-2)، وبتطبيق قاعدة المجموع يساوي صفر: Cl يكون (+1) لأن (+1) + (+1) + (-2) = 0. - في **NO**: O (-2)، وبتطبيق قاعدة المجموع يساوي صفر للمركب: N يكون (+2). - في **H₂O**: H (+1)، O (-2).
2. **الخطوة 2 (تحديد التأكسد والاختزال):** نقارن أعداد التأكسد للعناصر نفسها في المواد المتفاعلة والناتجة. - **الكلور (Cl)**: ينتقل من (-1) في HCl إلى (+1) في HClO. هذا **فقد للإلكترونات (تأكسد)**. مقدار التغير = (+1) - (-1) = **+2** (يخسر إلكترونين لكل ذرة كلور). - **النيتروجين (N)**: ينتقل من (+5) في HNO₃ إلى (+2) في NO. هذا **اكتساب للإلكترونات (اختزال)**. مقدار التغير = (+2) - (+5) = **-3** (يكتسب ثلاثة إلكترونات لكل ذرة نيتروجين).
3. **الخطوة 3 (موازنة التغير في الإلكترونات):** يجب أن يتساوى العدد الكلي للإلكترونات المفقودة في التأكسد مع العدد الكلي للإلكترونات المكتسبة في الاختزال. - التغير في الكلور (فقدان): +2. - التغير في النيتروجين (اكتساب): -3. أصغر مضاعف مشترك للعددين 2 و 3 هو 6. إذن: - لموازنة الفقدان: (6 / 2) = **3** ذرات كلور يجب أن تتأكسد. - لموازنة الاكتساب: (6 / 3) = **2** ذرات نيتروجين يجب أن تختزل. نضع المعاملات الأولية بناءً على هذا: 3HCl + 2HNO₃ → ...
4. **الخطوة 4 (إكمال المعادلة بالمواد الناتجة):** بناءً على المعاملات الأولية: - إذا تأكسد 3 ذرات Cl، نحتاج 3 جزئيات من HClO (كل منها يحتوي على Cl). - إذا اختزل 2 ذرة N (من HNO₃)، نحصل على 2 جزئي من NO. تصبح المعادلة: 3HCl + 2HNO₃ → 3HClO + 2NO + H₂O
5. **الخطوة 5 (موازنة بقية الذرات والتحقق النهائي):** نتحقق من الذرات: - **الكلور (Cl)**: المتفاعلات (من 3HCl) = 3. النواتج (من 3HClO) = 3. ✅ - **النيتروجين (N)**: المتفاعلات (من 2HNO₃) = 2. النواتج (من 2NO) = 2. ✅ - **الهيدروجين (H)**: المتفاعلات: (من 3HCl = 3) + (من 2HNO₃ = 2) = 5. النواتج: (من 3HClO = 3) + (من H₂O = 2) = 5. ✅ - **الأكسجين (O)**: المتفاعلات: (من 2HNO₃ = 6) = 6. النواتج: (من 3HClO = 3) + (من 2NO = 2) + (من H₂O = 1) = 6. ✅ إذن المعادلة الموزونة هي: **3HCl(aq) + 2HNO₃(aq) → 3HClO(aq) + 2NO(g) + H₂O(l)**

سؤال 16: SnCl4(aq) + Fe(s) → SnCl2(aq) + FeCl3(aq)

الإجابة: 3SnCl4(aq) + 2Fe(s) → 3SnCl2(aq) + 2FeCl3(aq)

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (تحديد أعداد التأكسد):** - في **SnCl₄**: Cl (-1)، وبتطبيق قاعدة المجموع يساوي صفر: Sn = +4. - في **Fe**: عنصر حر، عدده = 0. - في **SnCl₂**: Cl (-1)، وبتطبيق قاعدة المجموع: Sn = +2. - في **FeCl₃**: Cl (-1)، وبتطبيق قاعدة المجموع: Fe = +3.
2. **الخطوة 2 (تحديد التأكسد والاختزال):** - **القصدير (Sn)**: ينتقل من (+4) في SnCl₄ إلى (+2) في SnCl₂. هذا **اكتساب للإلكترونات (اختزال)**. مقدار التغير = (+2) - (+4) = **-2** (يكتسب إلكترونين لكل ذرة Sn). - **الحديد (Fe)**: ينتقل من (0) في Fe إلى (+3) في FeCl₃. هذا **فقد للإلكترونات (تأكسد)**. مقدار التغير = (+3) - (0) = **+3** (يفقد ثلاثة إلكترونات لكل ذرة Fe).
3. **الخطوة 3 (موازنة التغير في الإلكترونات):** أصغر مضاعف مشترك للعددين 2 و 3 هو 6. - لموازنة الاكتساب (Sn): (6 / 2) = **3** ذرات Sn يجب أن تختزل. - لموازنة الفقدان (Fe): (6 / 3) = **2** ذرات Fe يجب أن تتأكسد. نضع المعاملات: 3SnCl₄ + 2Fe → ...
4. **الخطوة 4 (إكمال المعادلة بالمواد الناتجة):** بناءً على ذلك: - ناتج القصدير المختزل: 3SnCl₂. - ناتج الحديد المؤكسد: 2FeCl₃. تصبح: 3SnCl₄ + 2Fe → 3SnCl₂ + 2FeCl₃
5. **الخطوة 5 (التحقق النهائي):** نتحقق: - **Sn**: المتفاعلات 3، النواتج 3. ✅ - **Fe**: المتفاعلات 2، النواتج 2. ✅ - **Cl**: المتفاعلات (من 3SnCl₄ = 12) + (من 2FeCl₃؟ لا يوجد Cl مع Fe في المتفاعلات) = 12. النواتج (من 3SnCl₂ = 6) + (من 2FeCl₃ = 6) = 12. ✅ إذن المعادلة الموزونة هي: **3SnCl₄(aq) + 2Fe(s) → 3SnCl₂(aq) + 2FeCl₃(aq)**

سؤال 17: NH3(g) + NO2(g) → N2(g) + H2O(l)

الإجابة: 8NH3(g) + 6NO2(g) → 7N2(g) + 12H2O(l)

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (تحديد أعداد التأكسد):** - في **NH₃**: H (+1)، وبتطبيق قاعدة المجموع: N = -3. - في **NO₂**: O (-2)، وبتطبيق قاعدة المجموع: N = +4. - في **N₂**: عنصر في صورته العنصرية، عدده = 0. - في **H₂O**: H (+1)، O (-2).
2. **الخطوة 2 (تحديد التأكسد والاختزال):** هنا، النيتروجين يتأكسد ويختزل في نفس التفاعل (تفاعل اختزال ذاتي). - **النيتروجين في NH₃**: ينتقل من (-3) إلى (0) في N₂. هذا **فقد للإلكترونات (تأكسد)**. مقدار التغير = (0) - (-3) = **+3** (يفقد 3 إلكترونات لكل ذرة N في NH₃). - **النيتروجين في NO₂**: ينتقل من (+4) إلى (0) في N₂. هذا **اكتساب للإلكترونات (اختزال)**. مقدار التغير = (0) - (+4) = **-4** (يكتسب 4 إلكترونات لكل ذرة N في NO₂).
3. **الخطوة 3 (موازنة التغير في الإلكترونات):** أصغر مضاعف مشترك للعددين 3 و 4 هو 12. - لموازنة الفقدان (من NH₃): (12 / 3) = **4** ذرات N يجب أن تتأكسد. لكن كل جزئ NH₃ يحتوي على ذرة N واحدة، فنحتاج 4 NH₃. - لموازنة الاكتساب (من NO₂): (12 / 4) = **3** ذرات N يجب أن تختزل. لكن كل جزئ NO₂ يحتوي على ذرة N واحدة، فنحتاج 3 NO₂. نضع المعاملات: 4NH₃ + 3NO₂ → ...
4. **الخطوة 4 (إكمال المعادلة بالمواد الناتجة):** الذرات المتأكسدة (4N) والذرات المختزلة (3N) ستتجمع لتكوين غاز النيتروجين N₂. إجمالي ذرات النيتروجين الناتجة = 4 + 3 = 7 ذرات. لكن جزيء N₂ يحتوي على ذرتين، لذلك نحتاج (7/2) جزئ N₂. تصبح: 4NH₃ + 3NO₂ → (7/2)N₂ + H₂O للتخلص من الكسور، نضرب كل المعاملات في 2: 8NH₃ + 6NO₂ → 7N₂ + H₂O
5. **الخطوة 5 (موازنة الهيدروجين والأكسجين والتحقق):** - **الهيدروجين (H)**: المتفاعلات: 8NH₃ → 24 ذرة H. يجب أن تظهر في الماء. عدد جزيئات الماء = 24 / 2 = 12 جزيء. - **الأكسجين (O)**: المتفاعلات: 6NO₂ → 12 ذرة O. النواتج: في 12H₂O يوجد 12 ذرة O. ✅ تصبح المعادلة: 8NH₃ + 6NO₂ → 7N₂ + 12H₂O التحقق النهائي: - **N**: المتفاعلات: (8×1) + (6×1) = 14 ذرة. النواتج: (7×2) = 14 ذرة. ✅ - **H**: المتفاعلات: (8×3) = 24 ذرة. النواتج: (12×2) = 24 ذرة. ✅ - **O**: المتفاعلات: (6×2) = 12 ذرة. النواتج: (12×1) = 12 ذرة. ✅ إذن المعادلة الموزونة هي: **8NH₃(g) + 6NO₂(g) → 7N₂(g) + 12H₂O(l)**

سؤال 18: SO2(g) + Br2(aq) + H2O(l) → HBr(aq) + H2SO4(aq)

الإجابة: SO2(g) + Br2(aq) + H2O(l) → 2HBr(aq) + H2SO4(aq)

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (تحديد أعداد التأكسد):** - في **SO₂**: O (-2)، وبتطبيق قاعدة المجموع: S = +4. - في **Br₂**: عنصر في صورته العنصرية، عدده = 0. - في **H₂O**: H (+1)، O (-2). - في **HBr**: H (+1)، وبتطبيق قاعدة المجموع: Br = -1. - في **H₂SO₄**: H (+1)، O (-2)، وبتطبيق قاعدة المجموع: S = +6.
2. **الخطوة 2 (تحديد التأكسد والاختزال):** - **الكبريت (S)**: ينتقل من (+4) في SO₂ إلى (+6) في H₂SO₄. هذا **فقد للإلكترونات (تأكسد)**. مقدار التغير = (+6) - (+4) = **+2** (يفقد إلكترونين). - **البروم (Br)**: ينتقل من (0) في Br₂ إلى (-1) في HBr. هذا **اكتساب للإلكترونات (اختزال)**. مقدار التغير لكل ذرة Br = (-1) - (0) = **-1**. لكن جزيء Br₂ يحتوي على ذرتين، لذا التغير الكلي للجزيء = -2.
3. **الخطوة 3 (موازنة التغير في الإلكترونات):** التغير في الإلكترونات المفقودة (من S) = +2. التغير في الإلكترونات المكتسبة (من جزيء Br₂) = -2. هما متساويان بالفعل (2:2). لذلك، معاملات S وBr تكون 1:1 من حيث عدد الذرات/الجزيئات التي تدخل في التفاعل الأحمركس. نضع معامل 1 أمام SO₂ وBr₂ وH₂SO₄. ولأن جزيء Br₂ ينتج 2 ذرة Br مختزلة، نحتاج 2HBr. تصبح: SO₂ + Br₂ + H₂O → 2HBr + H₂SO₄
4. **الخطوة 4 (موازنة بقية الذرات والتحقق):** نتحقق: - **S**: المتفاعلات 1، النواتج 1. ✅ - **Br**: المتفاعلات (Br₂) = 2 ذرة Br، النواتج (2HBr) = 2 ذرة Br. ✅ - **O**: المتفاعلات: (من SO₂ = 2) + (من H₂O = 1) = 3. النواتج: (من H₂SO₄ = 4). ❌ غير متوازن. هناك خطأ. لقد نسينا أن الماء مصدر للأكسجين والهيدروجين. لنوازن ذرة ذرة: من **الخطوة 3**، نعلم أن نسبة S إلى Br₂ هي 1:1. لنفرض المعادلة: aSO₂ + bBr₂ + cH₂O → dHBr + eH₂SO₄ من موازنة S: a = e من موازنة Br: 2b = d من موازنة O: 2a + c = 4e من موازنة H: 2c = d + 2e لنجرب بأبسط الأعداد، بافتراض a = 1 (SO₂): - من موازنة S: e = 1. - من موازنة O: 2(1) + c = 4(1) → 2 + c = 4 → c = 2 (جزيئا ماء). - من موازنة Br: 2b = d. - من موازنة H: 2c = d + 2e → 2(2) = d + 2(1) → 4 = d + 2 → d = 2 (جزيئا HBr). - من موازنة Br: 2b = 2 → b = 1 (جزيء Br₂). كل شيء متوازن الآن. إذن المعادلة هي: SO₂ + Br₂ + 2H₂O → 2HBr + H₂SO₄ **تحقق نهائي:** - S: 1 = 1 ✅ - Br: 2 = 2 ✅ - O: (2 من SO₂) + (2 من 2H₂O) = 4، و (4 من H₂SO₄) = 4 ✅ - H: (4 من 2H₂O) = 4، و (2 من 2HBr) + (2 من H₂SO₄) = 4 ✅ إذن المعادلة الموزونة هي: **SO₂(g) + Br₂(aq) + 2H₂O(l) → 2HBr(aq) + H₂SO₄(aq)** (ملاحظة: الإجابة المقدمة في السؤال `SO₂(g) + Br₂(aq) + H₂O(l) → 2HBr(aq) + H₂SO₄(aq)` تحتوي على خطأ في عدم وضع معامل (2) أمام الماء. لوزن الذرات يجب أن يكون المعامل 2 أمام H₂O).

ما هي الخطوة الأولى في طريقة عدد التأكسد لوزن معادلات الأكسدة والاختزال؟

الإجابة: تحديد أعداد التأكسد لجميع الذرات في المعادلة.

الشرح: تحديد أعداد التأكسد هو الأساس لمعرفة أي ذرة تأكسدت وأيها اختزلت.

تلميح: ابدأ بفحص كل ذرة في المواد المتفاعلة والناتجة.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: سهل

في تفاعل النحاس مع حمض النيتريك، ما التغير في عدد تأكسد ذرة النحاس (Cu)؟

الإجابة: يزداد عدد تأكسد النحاس من صفر إلى +2.

الشرح: النحاس ينتقل من الحالة العنصرية (عدد تأكسد 0) إلى أيون النحاس الثنائي Cu²⁺ (عدد تأكسد +2).

تلميح: تذكر أن الحالة العنصرية للمادة (s) لها عدد تأكسد يساوي صفر.

التصنيف: رقم/تاريخ | المستوى: متوسط

في تفاعل النحاس مع حمض النيتريك، ما التغير في عدد تأكسد ذرة النيتروجين (N) في جزئ HNO₃؟

الإجابة: يقل عدد تأكسد النيتروجين من +5 إلى +4.

الشرح: النيتروجين في HNO₃ له عدد تأكسد +5، بينما في NO₂ له عدد تأكسد +4، مما يعني أنه اكتسب إلكتروناً (اختزل).

تلميح: احسب عدد تأكسد النيتروجين في حمض النيتريك وفي ثاني أكسيد النيتروجين.

التصنيف: رقم/تاريخ | المستوى: متوسط

ما الفرق بين الذرة المتأكسدة والذرة المختزلة في تفاعل الأكسدة والاختزال؟

الإجابة: الذرة المتأكسدة تزداد عدد تأكسدها (تخسر إلكترونات)، والذرة المختزلة تقل عدد تأكسدها (تكتسب إلكترونات).

الشرح: التأكسد هو فقدان الإلكترونات (زيادة عدد التأكسد)، والاختزال هو اكتساب الإلكترونات (نقصان عدد التأكسد).

تلميح: فكر في اتجاه تغير عدد التأكسد وعلاقته بفقدان أو اكتساب الإلكترونات.

التصنيف: فرق بين مفهومين | المستوى: متوسط

ما الشرط الأساسي الذي يجب تحقيقه عند استخدام طريقة عدد التأكسد لوزن المعادلات؟

الإجابة: يجب أن تتساوى الزيادة الكلية في عدد التأكسد للذرات المتأكسدة مع النقصان الكلي في عدد التأكسد للذرات المختزلة.

الشرح: هذا الشرط يعكس حفظ المادة والشحنة في التفاعل الكيميائي، حيث أن الإلكترونات المفقودة في التأكسد تساوي الإلكترونات المكتسبة في الاختزال.

تلميح: فكر في مبدأ حفظ الشحنة أو حفظ الإلكترونات في التفاعل.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: صعب

في تفاعل Cu مع HNO₃، إذا كان التغير في عدد تأكسد النيتروجين (N) هو -1، فما المعامل الذي يجب وضعه أمام HNO₃ و NO₂ لتحقيق تساوي التغيرات؟

الإجابة: يجب وضع المعامل 2 أمام كل من HNO₃ و NO₂.

الشرح: التغير في عدد تأكسد النحاس (+2) يجب أن يساوي التغير الكلي لعدد تأكسد النيتروجين. بما أن تغير النيتروجين الواحد هو -1، نحتاج إلى ذرتين من النيتروجين (2 × -1 = -2) لتعادل تغير النحاس (+2).

تلميح: التغير في عدد تأكسد النحاس هو +2. احسب عدد الذرات اللازمة لتعويض الفرق.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: صعب

لماذا تم تغيير معامل HNO₃ من 2 إلى 4 في الخطوة النهائية لوزن المعادلة؟

الإجابة: لتوازن عدد ذرات النيتروجين في النواتج، حيث يوجد 2 ذرة نيتروجين في 2NO₂ و 2 ذرة نيتروجين في Cu(NO₃)₂، أي إجمالي 4 ذرات نيتروجين.

الشرح: بعد وضع المعامل 2 أمام HNO₃ و NO₂، يصبح لدينا في النواتج 2N من NO₂ و 2N من NO₃⁻ في Cu(NO₃)₂، أي 4N. لذا يجب أن يكون لدينا 4N في المتفاعلات، مما يتطلب 4HNO₃.

تلميح: احسب إجمالي ذرات النيتروجين في الجهة اليمنى (النواتج) بعد وضع المعاملات الأولية.

التصنيف: تفكير ناقد | المستوى: صعب

ما المعادلة الكيميائية الموزونة النهائية لتفاعل النحاس مع حمض النيتريك المركز لإنتاج نترات النحاس وثاني أكسيد النيتروجين والماء؟

الإجابة: Cu(s) + 4HNO₃(aq) → Cu(NO₃)₂(aq) + 2NO₂(g) + 2H₂O(l)

الشرح: هذه المعادلة تحقق توازن الذرات والشحنة، حيث تأكسد النحاس واختزل النيتروجين في حمض النيتريك.

تلميح: تأكد من تساوي عدد ذرات كل عنصر (Cu, H, N, O) على جانبي المعادلة.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: متوسط

ما هو دور أيون النترات (NO₃⁻) في تفاعل النحاس مع حمض النيتريك من حيث عدد التأكسد؟

الإجابة: عدد تأكسد النيتروجين في أيون النترات (NO₃⁻) لم يتغير، فهو يعمل كأيون متفرج.

الشرح: النيتروجين في NO₃⁻ يحافظ على عدد تأكسد +5 في كلا الجانبين (المتفاعلات والنواتج)، لذا لا يشارك في نقل الإلكترونات.

تلميح: انظر إلى أعداد التأكسد للنيتروجين في HNO₃ وفي NO₃⁻ داخل Cu(NO₃)₂.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط