ملخص الدرس: وزن معادلات الأكسدة والاختزال الأيونية الكلية
يقدم هذا الجزء مثالاً توضيحياً لوزن معادلة أكسدة واختزال أيونية كلية باستخدام طريقة عدد التأكسد، يليه مجموعة من المسائل التدريبية.
مثال 3-4: وزن معادلة الأكسدة والاختزال الآتية:
ClO₄⁻(aq) + Br⁻(aq) → Cl⁻(aq) + Br₂(g)
خطوات الحل:
تحليل المسألة: يجب تحديد أعداد التأكسد وجعل الزيادة الكلية في عدد التأكسد مساوية للنقصان الكلي. يحدث التفاعل في وسط حمضي، لذا تُستخدم أيونات H⁺ وجزيئات H₂O لوزن الذرات.
حساب المطلوب:
* تحديد أعداد التأكسد: في ClO₄⁻، عدد تأكسد الكلور (Cl) هو +7. في Br⁻، عدد تأكسد البروم (Br) هو -1. في النواتج، عدد تأكسد Cl في Cl⁻ هو -1، وعدد تأكسد Br في Br₂ هو 0.
* تحديد الذرات المؤكسدة والمختزلة: تأكسد البروم (ازداد عدد تأكسده من -1 إلى 0). اختزل الكلور (انخفض عدد تأكسده من +7 إلى -1).
* تحديد التغير في عدد التأكسد: التغير لذرة Br الواحدة = +1. التغير لذرة Cl الواحدة = -8.
* جعل التغير متساوياً: بما أن التغير في عدد تأكسد Br هو +1، نحتاج إلى 8 ذرات Br لموازنة التغير -8 لذرة Cl. لذا نضيف المعامل 8 أمام Br⁻ في المتفاعلات، والمعامل 4 أمام Br₂ في النواتج (لأن Br₂ يحتوي على ذرتين).
ClO₄⁻(aq) + 8Br⁻(aq) → Cl⁻(aq) + 4Br₂(g)
* وزن ذرات الأكسجين والهيدروجين (لأن الوسط حمضي): يوجد 4 ذرات أكسجين في المتفاعلات (في ClO₄⁻) ولا توجد في النواتج. نضيف 8 أيونات H⁺ إلى المتفاعلات و 4 جزيئات H₂O إلى النواتج لوزن الأكسجين والهيدروجين.
ClO₄⁻(aq) + 8Br⁻(aq) + 8H⁺(aq) → Cl⁻(aq) + 4Br₂(g) + 4H₂O(l)
تقويم الإجابة: عدد ذرات كل عنصر والشحنة الكلية متساوية في طرفي المعادلة النهائية.---
مسائل تدريبية
19. وزن المعادلة: H₂S(g) + NO₃⁻(aq) → S(s) + NO(g) (في الوسط الحمضي)
* تحديد أعداد التأكسد: في H₂S، عدد تأكسد S هو -2. في NO₃⁻، عدد تأكسد N هو +5. في النواتج، عدد تأكسد S في S هو 0، وعدد تأكسد N في NO هو +2.
* تحديد التغير: تأكسد الكبريت (-2 → 0)، التغير = +2 لكل ذرة S. اختزل النيتروجين (+5 → +2)، التغير = -3 لكل ذرة N.
* جعل التغير متساوياً: المضاعف المشترك الأصغر للعددين 2 و 3 هو 6. لذا، التغير الكلي المؤكسد يجب أن يكون +6 والتغير الكلي المختزل -6.
* نحتاج 3 ذرات S (3 × (+2) = +6).
* نحتاج 2 ذرة N (2 × (-3) = -6).
* ضبط المعاملات الأولية: نضع المعامل 3 أمام S في النواتج، والمعامل 2 أمام NO في النواتج. للموازنة، نضع المعامل 3 أمام H₂S في المتفاعلات، والمعامل 2 أمام NO₃⁻ في المتفاعلات.
3H₂S + 2NO₃⁻ → 3S + 2NO
* وزن الأكسجين والهيدروجين (وسط حمضي): يوجد 6 ذرات أكسجين في المتفاعلات (في 2NO₃⁻) ولا توجد في النواتج. نضيف 6 أيونات H⁺ إلى المتفاعلات و 3 جزيئات H₂O إلى النواتج (لوزن الأكسجين أولاً، ثم الهيدروجين).
3H₂S(g) + 2NO₃⁻(aq) + 6H⁺(aq) → 3S(s) + 2NO(g) + 3H₂O(l)
20. وزن المعادلة: Cr₂O₇²⁻(aq) + I⁻(aq) → Cr³⁺(aq) + I₂(s) (في الوسط الحمضي)
* تحديد أعداد التأكسد: في Cr₂O₇²⁻، عدد تأكسد Cr هو +6. في I⁻، عدد تأكسد I هو -1. في النواتج، عدد تأكسد Cr في Cr³⁺ هو +3، وعدد تأكسد I في I₂ هو 0.
* تحديد التغير: اختزل الكروم (+6 → +3)، التغير = -3 لكل ذرة Cr. تأكسد اليود (-1 → 0)، التغير = +1 لكل ذرة I.
* جعل التغير متساوياً: في أيون Cr₂O₇²⁻ توجد ذرتا كروم، لذا التغير الكلي لذرات الكروم = 2 × (-3) = -6. نحتاج 6 ذرات يود (6 × (+1) = +6).
* ضبط المعاملات الأولية: نضع المعامل 1 أمام Cr₂O₇²⁻، والمعامل 6 أمام I⁻ في المتفاعلات. في النواتج، نضع المعامل 2 أمام Cr³⁺ (لذرتي الكروم)، والمعامل 3 أمام I₂ (لأن I₂ يحتوي على ذرتين، و 3I₂ = 6I).
Cr₂O₇²⁻ + 6I⁻ → 2Cr³⁺ + 3I₂
* وزن الأكسجين والهيدروجين (وسط حمضي): يوجد 7 ذرات أكسجين في المتفاعلات. نضيف 14 أيون H⁺ إلى المتفاعلات و 7 جزيئات H₂O إلى النواتج.
Cr₂O₇²⁻(aq) + 6I⁻(aq) + 14H⁺(aq) → 2Cr³⁺(aq) + 3I₂(s) + 7H₂O(l)
21. وزن المعادلة: Zn(s) + NO₃⁻(aq) → Zn²⁺(aq) + NO₂(g) (في الوسط الحمضي)
* تحديد أعداد التأكسد: في Zn، عدد تأكسده هو 0. في NO₃⁻، عدد تأكسد N هو +5. في النواتج، عدد تأكسد Zn في Zn²⁺ هو +2، وعدد تأكسد N في NO₂ هو +4.
* تحديد التغير: تأكسد الخارصين (0 → +2)، التغير = +2 لكل ذرة Zn. اختزل النيتروجين (+5 → +4)، التغير = -1 لكل ذرة N.
* جعل التغير متساوياً: المضاعف المشترك الأصغر للعددين 2 و 1 هو 2. لذا، التغير الكلي المؤكسد يجب أن يكون +2 والتغير الكلي المختزل -2.
* نحتاج 1 ذرة Zn (1 × (+2) = +2).
* نحتاج 2 ذرة N (2 × (-1) = -2).
* ضبط المعاملات الأولية: نضع المعامل 1 أمام Zn و Zn²⁺. نضع المعامل 2 أمام NO₃⁻ في المتفاعلات، والمعامل 2 أمام NO₂ في النواتج.
Zn + 2NO₃⁻ → Zn²⁺ + 2NO₂
* وزن الأكسجين والهيدروجين (وسط حمضي): يوجد 6 ذرات أكسجين في المتفاعلات (في 2NO₃⁻) و 4 ذرات في النواتج (في 2NO₂). الفرق ذرتان أكسجين، نضيف 4 أيونات H⁺ إلى المتفاعلات و 2 جزيئة H₂O إلى النواتج.
Zn(s) + 2NO₃⁻(aq) + 4H⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + 2NO₂(g) + 2H₂O(l)
22. وزن المعادلة: I⁻(aq) + MnO₄⁻(aq) → I₂(s) + MnO₂(s) (في الوسط القاعدي)
* ملاحظة: التفاعل في وسط قاعدي، لذا نستخدم أيونات الهيدروكسيد OH⁻ والماء H₂O للوزن.
* تحديد أعداد التأكسد: في I⁻، عدد تأكسد I هو -1. في MnO₄⁻، عدد تأكسد Mn هو +7. في النواتج، عدد تأكسد I في I₂ هو 0، وعدد تأكسد Mn في MnO₂ هو +4.
* تحديد التغير: تأكسد اليود (-1 → 0)، التغير = +1 لكل ذرة I. اختزل المنجنيز (+7 → +4)، التغير = -3 لكل ذرة Mn.
* جعل التغير متساوياً: المضاعف المشترك الأصغر للعددين 1 و 3 هو 3. لذا، التغير الكلي المؤكسد يجب أن يكون +3 والتغير الكلي المختزل -3.
* نحتاج 3 ذرات I (3 × (+1) = +3).
* نحتاج 1 ذرة Mn (1 × (-3) = -3).
* ضبط المعاملات الأولية: نضع المعامل 3 أمام I⁻ في المتفاعلات، والمعامل 1 أمام MnO₄⁻. في النواتج، نضع المعامل 3/2 أمام I₂ (لأن I₂ يحتوي على ذرتين) والمعامل 1 أمام MnO₂. نضرب المعادلة كلها في 2 للتخلص من الكسور.
6I⁻ + 2MnO₄⁻ → 3I₂ + 2MnO₂
* وزن الأكسجين والهيدروجين (وسط قاعدي): يوجد 8 ذرات أكسجين في المتفاعلات (في 2MnO₄⁻) و 4 ذرات في النواتج (في 2MnO₂). الفرق 4 ذرات أكسجين. في الوسط القاعدي، نضيف 4 جزيئات H₂O إلى المتفاعلات (لتعويض الأكسجين الناقص في النواتج) و 8 أيونات OH⁻ إلى النواتج (لوزن الهيدروجين والأكسجين معاً).
6I⁻(aq) + 2MnO₄⁻(aq) + 4H₂O(l) → 3I₂(s) + 2MnO₂(s) + 8OH⁻(aq)