وزن معادلة الأكسدة والاختزال بطريقة نصف التفاعل - كتاب الكيمياء - الصف 12 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

سؤال 23: 23. (في الوسط الحمضي) Cr₂O₇²⁻(aq) + I⁻(aq) → Cr³⁺(aq) + I₂(s)

الإجابة: Cr₂O₇²⁻(aq) + 6I⁻(aq) + 14H⁺(aq) → 2Cr³⁺(aq) + 3I₂(s) + 7H₂O(l)

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (تحديد التغير في أعداد التأكسد):** لنحدد كيف تتغير أعداد التأكسد للعناصر: - في أيون ثنائي الكرومات Cr₂O₇²⁻: عدد تأكسد الكروم (Cr) هو **+6**. - في المنتج: أيون الكروم الثلاثي Cr³⁺: عدد تأكسد الكروم هو **+3**. إذن: كل ذرة كروم **تكتسب 3 إلكترونات** (تختزل من +6 إلى +3). بما أن لدينا ذرتي كروم في الصيغة الأولية Cr₂O₇²⁻، فإن إجمالي الإلكترونات المكتسبة = 2 ذرة × 3 إلكترونات = **6 إلكترونات**. - في المادة المختزلة: أيون اليوديد I⁻: عدد تأكسد اليود (I) هو **-1**. - في المنتج: اليود I₂(s): عدد تأكسد اليود هو **0**. إذن: كل ذرة يود **تفقد إلكترونًا واحدًا** (تتأكسد من -1 إلى 0). جزيء I₂ يحتوي على ذرتي يود، لذا تفقد **إلكترونين** لكل جزيء I₂. **الخطوة 2 (موازنة الإلكترونات):** عدد الإلكترونات المفقودة (من I⁻) يجب أن يساوي عدد الإلكترونات المكتسبة (بواسطة Cr₂O₇²⁻) وهو 6. لكي نحصل على 6 إلكترونات مفقودة، نحتاج إلى 6 ذرات يود تفقد إلكترونًا واحدًا. - إذن معامل I⁻ يجب أن يكون **6**. - هذا سينتج عنه 3 جزيئات من I₂ (لأن كل جزيء يحتوي على ذرتين). إذن معامل I₂ هو **3**. **الخطوة 3 (موازنة الذرات والشحنة في الوسط الحمضي):** - ذرات الكروم: متوازنة (ذرة كرومين في الطرفين). - ذرات اليود: متوازنة الآن (6 ذرات في كلا الطرفين). - ذرات الأكسجين: في الطرف الأيسر لدينا 7 ذرات O (من Cr₂O₇²⁻)، لذا نضيف **7 جزيئات ماء H₂O** إلى الطرف الأيمن لموازنتها. - ذرات الهيدروجين: بعد إضافة 7H₂O، يصبح لدينا 14 ذرة H في الطرف الأيمن، لذا نضيف **14 أيون H⁺** إلى الطرف الأيسر لموازنتها. **الخطوة 4 (التحقق من الشحنة):** الطرف الأيسر: - شحنة Cr₂O₇²⁻: -2 - شحنة 6I⁻: -6 - شحنة 14H⁺: +14 - **المجموع: +6** الطرف الأيمن: - شحنة 2Cr³⁺: +6 - شحنة 3I₂: 0 - شحنة 7H₂O: 0 - **المجموع: +6** الشحنة متوازنة. إذن المعادلة الموزونة هي: **Cr₂O₇²⁻(aq) + 6I⁻(aq) + 14H⁺(aq) → 2Cr³⁺(aq) + 3I₂(s) + 7H₂O(l)**

سؤال 24: 24. (في الوسط الحمضي) Mn²⁺(aq) + BiO₃⁻(aq) → MnO₄⁻(aq) + Bi³⁺(aq)

الإجابة: 2Mn²⁺(aq) + 5BiO₃⁻(aq) + 14H⁺(aq) → 2MnO₄⁻(aq) + 5Bi³⁺(aq) + 7H₂O(l)

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (تحديد التغير في أعداد التأكسد):** - المادة المختزلة: أيون المنغنيز الثنائي Mn²⁺. عدد تأكسد المنغنيز (Mn) هو **+2**. في المنتج: أيون برمنجنات MnO₄⁻. عدد تأكسد المنغنيز (Mn) فيه هو **+7**. إذن: كل ذرة منغنيز **تفقد 5 إلكترونات** (تتأكسد من +2 إلى +7). - المادة المؤكسدة: أيون البزموت BiO₃⁻. نجد عدد تأكسد البزموت (Bi): (عدد تأكسد Bi) + 3(-2) = -1 => عدد تأكسد Bi - 6 = -1 => عدد تأكسد Bi = **+5**. في المنتج: أيون البزموت الثلاثي Bi³⁺: عدد تأكسد البزموت هو **+3**. إذن: كل ذرة بزموت **تكتسب 2 إلكترونين** (تختزل من +5 إلى +3). **الخطوة 2 (موازنة الإلكترونات):** لكي يتساوى عدد الإلكترونات المفقودة والموجودة، نجد المضاعف المشترك الأصغر لـ (5 و 2) وهو 10. - نحتاج إلى 10 إلكترونات مفقودة: 2 ذرة Mn × 5 إلكترونات = 10. إذن معامل Mn²⁺ والمنتج MnO₄⁻ هو **2**. - نحتاج إلى 10 إلكترونات مكتسبة: 5 ذرات Bi × 2 إلكترون = 10. إذن معامل BiO₃⁻ والمنتج Bi³⁺ هو **5**. **الخطوة 3 (موازنة الذرات والشحنة في الوسط الحمضي):** - ذرات المنغنيز والبزموت: متوازنة الآن (2 منغنيز، 5 بزموت). - ذرات الأكسجين: في الطرف الأيسر، لدينا 15 ذرة O (من 5BiO₃⁻). في الطرف الأيمن، لدينا 8 ذرات O (من 2MnO₄⁻). الفرق = 15 - 8 = 7 ذرات O زائدة في الطرف الأيسر. في الوسط الحمضي، نضيف جزيئات ماء (H₂O) إلى الطرف الأيمن لموازنة الأكسجين. كل جزيء ماء يحتوي على ذرة أكسجين واحدة، لذا نضيف **7H₂O**. - ذرات الهيدروجين: بعد إضافة 7H₂O، يصبح لدينا 14 ذرة H في الطرف الأيمن، لذا نضيف **14H⁺** إلى الطرف الأيسر. **الخطوة 4 (التحقق من الشحنة):** الطرف الأيسر: - شحنة 2Mn²⁺: +4 - شحنة 5BiO₃⁻: -5 (لأن كل أيون شحنته -1) - شحنة 14H⁺: +14 - **المجموع: +13** الطرف الأيمن: - شحنة 2MnO₄⁻: -2 (لأن كل أيون شحنته -1) - شحنة 5Bi³⁺: +15 - شحنة 7H₂O: 0 - **المجموع: +13** الشحنة متوازنة. إذن المعادلة الموزونة هي: **2Mn²⁺(aq) + 5BiO₃⁻(aq) + 14H⁺(aq) → 2MnO₄⁻(aq) + 5Bi³⁺(aq) + 7H₂O(l)**

سؤال 25: 25. (تحفيز في الوسط القاعدي) N₂O₄(g) + ClO⁻(aq) → NO₂⁻(aq) + Cl⁻(aq)

الإجابة: N₂O₄(g) + 2ClO⁻(aq) + 2OH⁻(aq) → 2NO₂⁻(aq) + 2Cl⁻(aq) + H₂O(l)

خطوات الحل:

1. **الشرح:** هذه المعادلة تحدث في **الوسط القاعدي**، مما يعني أننا سنستخدم أيونات الهيدروكسيد OH⁻ وجزيئات الماء H₂O للموازنة (عكس الوسط الحمضي الذي نستخدم فيه H⁺ و H₂O). **أولاً، نحدد التغير في أعداد التأكسد:** - في رباعي أكسيد ثنائي النيتروجين N₂O₄(g): لتحديد عدد تأكسد النيتروجين (N): 2(عدد تأكسد N) + 4(-2) = 0 (لأن الجزيء متعادل). 2(عدد تأكسد N) - 8 = 0 => عدد تأكسد N = **+4**. - في المنتج: أيون النتريت NO₂⁻(aq): (عدد تأكسد N) + 2(-2) = -1 => عدد تأكسد N - 4 = -1 => عدد تأكسد N = **+3**. إذن: النيتروجين **يكتسب إلكترونًا واحدًا** (يختزل من +4 إلى +3). - المادة المؤكسدة: أيون الهيبوكلوريت ClO⁻(aq): عدد تأكسد الكلور (Cl): (عدد تأكسد Cl) + 1(-2) = -1 => عدد تأكسد Cl - 2 = -1 => عدد تأكسد Cl = **+1**. - في المنتج: أيون الكلوريد Cl⁻(aq): عدد تأكسد الكلور هو **-1**. إذن: الكلور **يكتسب إلكترونين** (يختزل من +1 إلى -1). لكن لاحظ! في جزيء N₂O₄، هناك **ذرتان** من النيتروجين، وكل ذرة تكتسب إلكترونًا واحدًا (كما حسبنا أعلاه). إذن إجمالي الإلكترونات المكتسبة بواسطة جزيء N₂O₇ واحد هي **2 إلكترون** (إلكترون لكل ذرة نيتروجين). **ثانيًا، نوازن الإلكترونات:** - الإلكترونات المكتسبة: جزيء N₂O₄ يكتسب 2 إلكترونًا. أيون ClO⁻ يكتسب إلكترونين. هنا لدينا اختزال لكل من المادتين! هذا يعني أن **N₂O₄ يتصرف كمادة مؤكسدة ومختزلة في نفس الوقت** (تفاعل اختزال ذاتي)، أو أن هناك خطأ في التحديد. دعنا نتحقق من التفاعل الأصلي. في التفاعل: N₂O₄(g) + ClO⁻(aq) → NO₂⁻(aq) + Cl⁻(aq) النيتروجين في N₂O₄ عدده +4، وفي NO₂⁻ عدده +3 (اكتسب إلكترونًا). الكلور في ClO⁻ عدده +1، وفي Cl⁻ عدده -1 (اكتسب إلكترونين). إذن، N₂O₄ هو **مادة مختزلة** (تؤكسد نفسها لتختزل الكلور). لكي يختزل الكلور من +1 إلى -1، يحتاج إلى إلكترونين. هذه الإلكترونات يجب أن تأتي من تأكسد النيتروجين. لكن تأكسد النيتروجين من +4 إلى ماذا؟ إذا كان المنتج هو NO₂⁻، فالنيتروجين لا يتأكسد بل **يختزل** (من +4 إلى +3). هذا تناقض. **الفكرة الصحيحة:** في هذا التفاعل، N₂O₄ **يختزل** إلى NO₂⁻ (يكتسب إلكترونات)، و ClO⁻ **يختزل** إلى Cl⁻ (يكتسب إلكترونات). إذن لا يوجد مادة مؤكسدة خارجية! هذا ممكن فقط إذا كان N₂O₄ يخضع لتفاعل **عدم تناسب (Disproportionation)**، حيث يتأكسد جزء منه ويختزل جزء آخر. لنفرض أن: - جزء من النيتروجين في N₂O₄ يختزل من +4 إلى +3 (في NO₂⁻). - جزء آخر من النيتروجين في N₂O₄ يجب أن **يتأكسد** ليوفر الإلكترونات اللازمة لاختزال الكلور واختزال الجزء الآخر من نفسه. لحل هذا، من الأسهل اتباع طريقة الموازنة في الوسط القاعدي خطوة بخطوة مع الحفاظ على المادة والشحنة. **طريقة الحل:** 1. نضع معاملات افتراضية ونوازن الذرات الأساسية أولاً (N, Cl, O). 2. نلاحظ أن المنتج NO₂⁻ يحتوي على N و O بكميات مختلفة عن المتفاعل N₂O₄. 3. بما أن الوسط قاعدي، نضيف OH⁻ إلى الطرف الذي يحتاج هيدروجينًا، و H₂O إلى الطرف الآخر. 4. بالنظر للإجابة المعطاة: N₂O₄(g) + 2ClO⁻(aq) + 2OH⁻(aq) → 2NO₂⁻(aq) + 2Cl⁻(aq) + H₂O(l) نجد أن: - ذرات النيتروجين متوازنة (2 في الطرفين). - ذرات الكلور متوازنة (2 في الطرفين). - ذرات الأكسجين: الطرف الأيسر: 4 (من N₂O₄) + 2 (من ClO⁻) + 2 (من OH⁻) = 8 ذرات O. الطرف الأيمن: 4 (من NO₂⁻) + 1 (من H₂O) = 5 ذرات O! هناك خطأ في العد. دعنا نعد بشكل صحيح: - في 2NO₂⁻: هناك 2 * 2 = 4 ذرات O. - في H₂O: هناك 1 ذرة O. المجموع: 5 ذرات O. ليس هناك توازن مع 8 ذرات في الطرف الأيسر. يبدو أن هناك خطأ مطبعي في الإجابة المعطاة أو في السؤال. الإجابة الصحيحة يجب أن تحقق توازن الذرات. بناءً على مبدأ الموازنة في الوسط القاعدي والهدف من السؤال (وهو تطبيق الطريقة)، فإن **الشرح يركز على كيفية التعامل مع الموازنة في الوسط القاعدي** حيث نضيف OH⁻ و H₂O، وليس على الوصول إلى إجابة محددة قد تكون فيها سقطت ذرات أكسجين في النسخة النصية. **الخلاصة للطالب:** في الموازنة في الوسط القاعدي: 1. نوازن الذرات عدا O و H. 2. نوازن الأكسجين بإضافة جزيئات ماء (H₂O) إلى الطرف الذي يحتاج أكسجينًا. 3. نوازن الهيدروجين بإضافة أيونات هيدروكسيد (OH⁻) إلى الطرف المقابل. 4. نتحقق من توازن الشحنة. في هذا السؤال بالتحديد، تطبيق هذه القواعد على المعادلة الأصلية (مع افتراض أن N₂O₄ يتصرف كمختزل) سيقودنا إلى صيغة مشابهة للإجابة المعطاة، لكن مع ضرورة تصحيح معاملات الماء والأكسجين لضمان التوازن التام للذرات.

ما هي الخطوات العامة لوزن معادلة الأكسدة والاختزال باستخدام طريقة نصف التفاعل في الوسط الحمضي؟

الإجابة: 1. كتابة المعادلة الأيونية الكلية للتفاعل وحذف المعاملات والأيونات المتفرجة. 2. كتابة معادلة نصفي تفاعل الأكسدة والاختزال للمعادلة الأيونية الكلية متضمنة أعداد التأكسد. 3. وزن الذرات والشحنات في نصفي التفاعل باستخدام جزيئات H₂O لوزن ذرات الأكسجين وأيونات H⁺ لوزن الشحنة. 4. ضبط المعاملات بحيث يكون عدد الإلكترونات المفقودة في التأكسد يساوي عدد الإلكترونات المكتسبة في الاختزال. 5. جمع نصفي التفاعل الموزونين وتبسيط المعادلة بحذف أو تجميع المواد المتشابهة. 6. إعادة وضع الأيونات المتفرجة وحالات المواد.

الشرح: هذه الخطوات منهجية لحل مسائل وزن معادلات الأكسدة والاختزال بطريقة نصف التفاعل، وهي طريقة أساسية في الكيمياء الكهربائية.

تلميح: تذكر أن العملية تبدأ بالمعادلة الأيونية وتنتهي بالمعادلة الجزيئية الموزونة.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: متوسط

في طريقة نصف التفاعل لوزن معادلات الأكسدة والاختزال في الوسط الحمضي، ما هي المواد التي تستخدم لوزن ذرات الأكسجين والشحنة الكهربائية؟

الإجابة: تستخدم جزيئات الماء (H₂O) لوزن ذرات الأكسجين، وتستخدم أيونات الهيدروجين (H⁺) لوزن الشحنة الكهربائية.

الشرح: في الوسط الحمضي، تتوافر أيونات H⁺ وجزيئات H₂O بكثرة، مما يجعلها مناسبة لاستخدامها في موازنة ذرات الأكسجين والشحنات في أنصاف التفاعل.

تلميح: فكر في المواد المتوفرة بكثرة في الوسط الحمضي والتي يمكن أن تشارك في التفاعل.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: سهل

ما هو الشرط الأساسي لضبط المعاملات عند جمع نصفي تفاعل الأكسدة والاختزال الموزونين؟

الإجابة: يجب أن يكون عدد الإلكترونات المفقودة في نصف تفاعل التأكسد مساوياً لعدد الإلكترونات المكتسبة في نصف تفاعل الاختزال.

الشرح: هذا الشرط ضروري للحفاظ على قانون حفظ الشحنة الكهربائية في التفاعل الكلي، حيث أن الإلكترونات المفقودة في عملية الأكسدة يجب أن تكتسب بالكامل في عملية الاختزال.

تلميح: تذكر أن الإلكترونات لا تفنى ولا تستحدث، بل تنتقل من المادة المختزلة إلى المادة المؤكسدة.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: سهل

ما هي المعادلة الأيونية الكلية غير الموزونة للتفاعل بين برمنجنات البوتاسيوم (KMnO₄) وثاني أكسيد الكبريت (SO₂)؟

الإجابة: MnO₄⁻(aq) + SO₂(g) → Mn²⁺(aq) + SO₄²⁻(aq)

الشرح: هذه المعادلة تمثل الجوهر الكيميائي للتفاعل بعد إزالة الأيونات المتفرجة (المشاهد) التي لا تشارك في تغيير أعداد التأكسد.

تلميح: ركز على الأيونات والجزيئات التي تتغير أعداد تأكسدها، وأزل الأيونات المتفرجة مثل K⁺.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: متوسط

اكتب نصف تفاعل الأكسدة (غير الموزون) لتحول ثاني أكسيد الكبريت (SO₂) إلى أيون الكبريتات (SO₄²⁻).

الإجابة: SO₂(g) → SO₄²⁻(aq) + 2e⁻

الشرح: في هذا النصف تفاعل، يزيد عدد تأكسد الكبريت من +4 في SO₂ إلى +6 في SO₄²⁻، مما يعني فقدان إلكترونين.

تلميح: تذكر أن نصف تفاعل الأكسدة يتضمن فقدان الإلكترونات.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: متوسط

اكتب نصف تفاعل الاختزال (غير الموزون) لتحول أيون المنغنات (MnO₄⁻) إلى أيون المنغنيز الثنائي (Mn²⁺).

الإجابة: MnO₄⁻(aq) + 5e⁻ → Mn²⁺(aq)

الشرح: في هذا النصف تفاعل، ينخفض عدد تأكسد المنغنيز من +7 في MnO₄⁻ إلى +2 في Mn²⁺، مما يعني اكتساب خمسة إلكترونات.

تلميح: تذكر أن نصف تفاعل الاختزال يتضمن اكتساب الإلكترونات.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: متوسط

ما هو المضاعف المشترك الأصغر لعدد الإلكترونات في نصفي تفاعل الأكسدة (2e⁻) والاختزال (5e⁻) في المثال؟ وكيف يؤثر ذلك على وزن المعادلة؟

الإجابة: المضاعف المشترك الأصغر هو 10. يجب ضرب نصف تفاعل الأكسدة في 5 ونصف تفاعل الاختزال في 2 لجعل عدد الإلكترونات المفقودة مساوياً للمكتسبة (10 إلكترونات في كل منهما) قبل جمعهما.

الشرح: هذه الخطوة ضرورية للتأكد من إلغاء الإلكترونات عند جمع نصفي التفاعل، مما يؤدي إلى معادلة أيونية كلية صحيحة.

تلميح: فكر في كيفية جعل عدد الإلكترونات متساوياً في كلا النصفين قبل الجمع.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: صعب

اكتب نصف تفاعل الأكسدة الموزون لتحول SO₂ إلى SO₄²⁻ في الوسط الحمضي.

الإجابة: SO₂(g) + 2H₂O(l) → SO₄²⁻(aq) + 2e⁻ + 4H⁺(aq)

الشرح: تمت إضافة جزيئتي ماء إلى الطرف الأيسر لموازنة ذرات الأكسجين (4 ذرات أكسجين في كلا الطرفين)، وإضافة 4 أيونات H⁺ إلى الطرف الأيمن لموازنة الشحنة الكلية.

تلميح: تذكر استخدام H₂O لموازنة ذرات الأكسجين و H⁺ لموازنة الشحنة.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: صعب

اكتب نصف تفاعل الاختزال الموزون لتحول MnO₄⁻ إلى Mn²⁺ في الوسط الحمضي.

الإجابة: MnO₄⁻(aq) + 5e⁻ + 8H⁺(aq) → Mn²⁺(aq) + 4H₂O(l)

الشرح: تمت إضافة 8 أيونات H⁺ إلى الطرف الأيسر لموازنة الشحنة الكلية (+2 في كلا الطرفين)، وإضافة 4 جزيئات ماء إلى الطرف الأيمن لموازنة ذرات الأكسجين (4 ذرات أكسجين في كلا الطرفين).

تلميح: تذكر استخدام H⁺ لموازنة الشحنة و H₂O لموازنة ذرات الأكسجين.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: صعب

ما هي المعادلة الأيونية الكلية الموزونة بعد جمع وتبسيط نصفي تفاعل الأكسدة والاختزال في مثال برمنجنات البوتاسيوم وثاني أكسيد الكبريت؟

الإجابة: 5SO₂(g) + 2H₂O(l) + 2MnO₄⁻(aq) → 5SO₄²⁻(aq) + 4H⁺(aq) + 2Mn²⁺(aq)

الشرح: هذه المعادلة تمثل النتيجة بعد ضرب النصف تفاعلين بالمعاملات المناسبة (5 و 2 على التوالي) وجمعهما ثم حذف المواد المتشابهة من طرفي المعادلة (مثل 10e⁻ و 10H₂O و 16H⁺).

تلميح: تأكد من إلغاء الإلكترونات وجزيئات الماء وأيونات الهيدروجين الزائدة عند التبسيط.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: صعب

ما هي المعادلة الجزيئية الموزونة النهائية للتفاعل بين برمنجنات البوتاسيوم وثاني أكسيد الكبريت في الوسط الحمضي؟

الإجابة: 5SO₂(g) + 2H₂O(l) + 2KMnO₄(aq) → K₂SO₄(aq) + 2H₂SO₄(aq) + 2MnSO₄(aq)

الشرح: هذه هي الصيغة النهائية الكاملة للتفاعل بعد إضافة أيونات البوتاسيوم (K⁺) المتفرجة وتوزيعها بين نواتج التفاعل لتكوين أملاح متعادلة الشحنة.

تلميح: تذكر إعادة إضافة الأيونات المتفرجة (K⁺) وتوزيعها بشكل صحيح على النواتج.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: صعب

ما هو الاختبار النهائي الذي يؤكد صحة وزن معادلة الأكسدة والاختزال؟

الإجابة: مراجعة المعادلة الموزونة للتأكد من أن عدد ذرات كل عنصر هو نفسه في طرفي المعادلة.

الشرح: هذا الاختبار يعتمد على قانون حفظ الكتلة، وهو قانون أساسي في الكيمياء ينص على أن المادة لا تفنى ولا تستحدث في التفاعل الكيميائي.

تلميح: فكر في القانون الأساسي الذي يحكم جميع التفاعلات الكيميائية.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: سهل