استراتيجية حل المسألة - كتاب الكيمياء - الصف 12 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

ملخص الصفحة 120

استراتيجية حل المسألة: وزن معادلات الأكسدة والاختزال

يقدم المخطط الانسيابي (Flowchart) استراتيجية منهجية لوزن معادلات الأكسدة والاختزال. تبدأ الاستراتيجية بالسؤال التمهيدي: "حدد المواد التي تأكسدت والمواد التي اختزلت، وأيهما تعد عوامل مؤكسدة، وأيهما تعد عوامل مختزلة؟". بناءً على الإجابة، يتم اختيار إحدى الطريقتين:

طريقة عدد التأكسد (Oxidation Number Method): تُستخدم عندما لا تظهر المواد المؤكسدة أو المختزلة أكثر من مرة في طرفي المعادلة.

* الخطوة 1: حدد أعداد التأكسد لجميع العناصر.

* الخطوة 2: وزن معادلات الأكسدة والاختزال باستخدام طريقة عدد التأكسد.

* الخطوة 3: اضبط المعاملات بحيث تكون أعداد التأكسد متساوية في القيمة.

* الخطوة 4: وزن بقية المعادلة باستخدام الطريقة التقليدية.

طريقة نصف التفاعل (Half-Reaction Method): تُستخدم عندما تظهر المواد المؤكسدة أو المختزلة أكثر من مرة، أو عندما يحدث التفاعل في وسط حمضي أو قاعدي.

* الخطوة 1: اكتب المعادلة الأيونية النهائية مع حذف الأيونات المتفرجة.

* الخطوة 2: حدد نصف تفاعل الأكسدة ونصف تفاعل الاختزال.

* الخطوة 3: وزن الذرات والشحنات في كل نصف تفاعل.

* الخطوة 4: اضبط المعاملات بحيث يكون عدد الإلكترونات المفقودة مساويًا لعدد الإلكترونات المكتسبة.

* الخطوة 5: اجمع نصفي التفاعل، وأعد إضافة الأيونات المتفرجة.

الخلاصة

* يصعب وزن معظم معادلات الأكسدة والاختزال باستعمال الطريقة التقليدية.

* تعتمد طريقة عدد التأكسد على مساواة عدد الإلكترونات المفقودة من الذرات بعدد الإلكترونات المكتسبة من قبل ذرات أخرى.

* لوزن معادلات التفاعلات في الوسط الحمضي، أضف عددًا كافيًا من أيونات الهيدروجين (H^+) وجزيئات الماء (H_2O).

* لوزن معادلات التفاعلات في الوسط القاعدي، أضف عددًا كافيًا من أيونات الهيدروكسيد (OH^-) وجزيئات الماء (H_2O).

* نصف التفاعل هو أحد جزأي تفاعل الأكسدة والاختزال.

---

الإجابات على الأسئلة:

26. الفكرة الرئيسة فسر كيف يرتبط التغير في عدد التأكسد بعمليات الأكسدة والاختزال؟

يرتبط التغير في عدد التأكسد ارتباطًا مباشرًا بعمليات الأكسدة والاختزال. ففي عملية الأكسدة، يزداد عدد التأكسد للذرة (أو الأيون) نتيجة لفقدانها إلكترونات. وفي عملية الاختزال، ينخفض عدد التأكسد للذرة (أو الأيون) نتيجة لاكتسابها إلكترونات. وبالتالي، فإن مراقبة التغير في أعداد التأكسد هي الطريقة الأساسية لتحديد أي المواد تأكسدت وأيها اختزلت في تفاعل الأكسدة والاختزال.

27. صف لماذا يُعد من المهم معرفة الظروف التي يتم فيها تفاعل الأكسدة والاختزال في المحلول المائي بهدف وزن معادلة التفاعل؟

معرفة الظروف (حمضي أم قاعدي) مهمة لأنها تحدد نوع الأيونات المتاحة لاستخدامها في موازنة ذرات الأكسجين والهيدروجين والشحنة في المعادلة الأيونية. في الوسط الحمضي، نستخدم أيونات الهيدروجين (H^+) وجزيئات الماء (H_2O) للوزن. أما في الوسط القاعدي، فنستخدم أيونات الهيدروكسيد (OH^-) وجزيئات الماء (H_2O). استخدام النوع الخطأ سيؤدي إلى معادلة غير موزونة أو غير صحيحة.

28. فسر خطوات طريقة عدد التأكسد لوزن المعادلة.

خطوات طريقة عدد التأكسد هي:

تحديد أعداد التأكسد لجميع الذرات في المتفاعلات والنواتج.

تحديد الذرات التي تغيرت أعداد تأكسدها (تأكسدت أو اختزلت).

حساب التغير الكلي في عدد التأكسد (فقدان أو اكتساب إلكترونات) لكل مادة.

ضرب صيغ المواد المؤكسدة والمختزلة بمعاملات تجعل إجمالي الزيادة في عدد التأكسد (فقدان الإلكترونات) مساويًا لإجمالي النقصان في عدد التأكسد (اكتساب الإلكترونات).

وزن باقي الذرات في المعادلة (التي لم تتغير أعداد تأكسدها) باستخدام الطريقة التقليدية.

29. حدد ماذا يوضح نصف تفاعل التأكسد؟ وماذا يوضح نصف تفاعل الاختزال؟

* نصف تفاعل التأكسد: يوضح عملية فقدان الإلكترونات من قبل المادة المؤكسدة (العامل المختزل).

* نصف تفاعل الاختزال: يوضح عملية اكتساب الإلكترونات من قبل المادة المختزلة (العامل المؤكسد).

30. اكتب نصف تفاعل الأكسدة ونصف تفاعل الاختزال لتفاعل الأكسدة والاختزال الآتي:

Pb(s) + Pd(NO_3)_2(aq) \rightarrow Pb(NO_3)_2(aq) + Pd(s)

* نصف تفاعل الأكسدة: Pb(s) \rightarrow Pb^{2+}(aq) + 2e^-

* نصف تفاعل الاختزال: Pd^{2+}(aq) + 2e^- \rightarrow Pd(s)

31. حدد إذا كان نصف تفاعل الأكسدة هو Sn^{2+} \rightarrow Sn^{4+} + 2e^- ونصف تفاعل الاختزال هو Au^{3+} + 3e^- \rightarrow Au، فما أقل عدد من أيونات القصدير II وأيونات الذهب III يمكن أن تتفاعل حتى لا يتبقى إلكترونات؟

لجعل عدد الإلكترونات المفقودة مساويًا لعدد الإلكترونات المكتسبة، نبحث عن المضاعف المشترك الأصغر لعدد الإلكترونات (2 و 3)، وهو 6.

* نضرب نصف تفاعل الأكسدة في 3: 3Sn^{2+} \rightarrow 3Sn^{4+} + 6e^-

* نضرب نصف تفاعل الاختزال في 2: 2Au^{3+} + 6e^- \rightarrow 2Au

أقل عدد من الأيونات التي تتفاعل هو: 3 أيونات من Sn^{2+} و 2 أيون من Au^{3+}.

32. طبق زن المعادلات الآتية:

(أ) HClO_3(aq) \rightarrow ClO_2(aq) + HClO_4(aq)

* تحديد أعداد التأكسد: Cl في HClO_3 هو +5، في ClO_2 هو +4 (اختزال)، في HClO_4 هو +7 (أكسدة). هذا تفاعل اختزال ذاتي (Disproportionation) حيث يتأكسد ويختزل نفس العنصر.

* الوزن: 3HClO_3(aq) \rightarrow 2ClO_2(aq) + HClO_4(aq) + H_2O(l)

(ب) H_2SeO_3(aq) + HClO_3(aq) \rightarrow H_2SeO_4(aq) + Cl_2(g) + H_2O(l)

* تحديد أعداد التأكسد: Se من +4 إلى +6 (أكسدة، يفقد 2e⁻ لكل ذرة). Cl من +5 إلى 0 في Cl_2 (اختزال، يكتسب 5e⁻ لكل ذرة، أي 10e⁻ لكل جزيء Cl_2).

* المضاعف المشترك الأصغر للإلكترونات (2 و 10) هو 10.

* الوزن: 5H_2SeO_3(aq) + 2HClO_3(aq) \rightarrow 5H_2SeO_4(aq) + Cl_2(g) + H_2O(l)

* وزن الهيدروجين والأكسجين: 5H_2SeO_3(aq) + 2HClO_3(aq) \rightarrow 5H_2SeO_4(aq) + Cl_2(g) + 4H_2O(l)

(ج) Cr_2O_7^{2-}(aq) + Fe^{2+}(aq) \rightarrow Cr^{3+}(aq) + Fe^{3+}(aq) (في الوسط الحمضي)

* تحديد أعداد التأكسد: Cr من +6 (في Cr_2O_7^{2-}) إلى +3 (اختزال، يكتسب 3e⁻ لكل ذرة، أي 6e⁻ لكل أيون Cr_2O_7^{2-}). Fe من +2 إلى +3 (أكسدة، يفقد 1e⁻ لكل أيون).

* المضاعف المشترك الأصغر للإلكترونات (6 و 1) هو 6.

* الوزن باستخدام طريقة نصف التفاعل:

* نصف تفاعل الاختزال: Cr_2O_7^{2-} + 14H^+ + 6e^- \rightarrow 2Cr^{3+} + 7H_2O

* نصف تفاعل الأكسدة: Fe^{2+} \rightarrow Fe^{3+} + e^- (نضرب في 6)

* الوزن النهائي: Cr_2O_7^{2-}(aq) + 14H^+(aq) + 6Fe^{2+}(aq) \rightarrow 2Cr^{3+}(aq) + 7H_2O(l) + 6Fe^{3+}(aq)

استراتيجية حل المسألة

وزن معادلات الأكسدة والاختزال

حدد المواد التي تأكسدت والمواد التي اختزلت، وأيهما تعد عوامل مؤكسدة، وأيهما تعد عوامل مختزلة؟

طبق استراتيجية

زن المعادلة الآتية مستعملاً المخطط P₄(s) → HPO₃²⁻(aq) + PH₃(g) (في الوسط الحمضي)

التقويم 3-2

الخلاصة

يصعب وزن معظم معادلات الأكسدة والاختزال باستعمال الطريقة التقليدية. تعتمد طريقة عدد التأكسد على مساواة عدد الإلكترونات المفقودة من الذرات بعدد الإلكترونات المكتسبة من قبل ذرات أخرى. لوزن معادلات التفاعلات في الوسط الحمضي، أضف عددًا كافيًا من أيونات الهيدروجين وجزيئات الماء. أضف عددًا كافيًا من أيونات الهيدروكسيد وجزيئات الماء، لوزن معادلات التفاعلات في الوسط القاعدي. نصف التفاعل هو أحد جزأي تفاعل الأكسدة والاختزال.

26. الفكرة الرئيسة فسر كيف يرتبط التغير في عدد التأكسد بعمليات الأكسدة والاختزال؟

27. صف لماذا يُعد من المهم معرفة الظروف التي يتم فيها تفاعل الأكسدة والاختزال في المحلول المائي بهدف وزن معادلة التفاعل؟

28. فسر خطوات طريقة عدد التأكسد لوزن المعادلة.

29. حدد ماذا يوضح نصف تفاعل التأكسد؟ وماذا يوضح نصف تفاعل الاختزال؟

30. اكتب نصف تفاعل الأكسدة ونصف تفاعل الاختزال لتفاعل الأكسدة والاختزال الآتي: Pb(s) + Pd(NO₃)₂(aq) → Pb(NO₃)₂(aq) + Pd(s)

31. حدد إذا كان نصف تفاعل الأكسدة هو Sn²⁺ → Sn⁴⁺ + 2e⁻ ونصف تفاعل الاختزال هو Au³⁺ + 3e⁻ → Au، فما أقل عدد من أيونات القصدير II وأيونات الذهب III يمكن أن تتفاعل حتى لا يتبقى إلكترونات؟

32. طبق زن المعادلات الآتية:

وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447

120

--- SECTION: استراتيجية حل المسألة --- استراتيجية حل المسألة --- SECTION: وزن معادلات الأكسدة والاختزال --- وزن معادلات الأكسدة والاختزال حدد المواد التي تأكسدت والمواد التي اختزلت، وأيهما تعد عوامل مؤكسدة، وأيهما تعد عوامل مختزلة؟ --- SECTION: طبق استراتيجية --- طبق استراتيجية زن المعادلة الآتية مستعملاً المخطط P₄(s) → HPO₃²⁻(aq) + PH₃(g) (في الوسط الحمضي) --- SECTION: التقويم 3-2 --- التقويم 3-2 --- SECTION: الخلاصة --- الخلاصة يصعب وزن معظم معادلات الأكسدة والاختزال باستعمال الطريقة التقليدية. تعتمد طريقة عدد التأكسد على مساواة عدد الإلكترونات المفقودة من الذرات بعدد الإلكترونات المكتسبة من قبل ذرات أخرى. لوزن معادلات التفاعلات في الوسط الحمضي، أضف عددًا كافيًا من أيونات الهيدروجين وجزيئات الماء. أضف عددًا كافيًا من أيونات الهيدروكسيد وجزيئات الماء، لوزن معادلات التفاعلات في الوسط القاعدي. نصف التفاعل هو أحد جزأي تفاعل الأكسدة والاختزال. --- SECTION: 26 --- 26. الفكرة الرئيسة فسر كيف يرتبط التغير في عدد التأكسد بعمليات الأكسدة والاختزال؟ --- SECTION: 27 --- 27. صف لماذا يُعد من المهم معرفة الظروف التي يتم فيها تفاعل الأكسدة والاختزال في المحلول المائي بهدف وزن معادلة التفاعل؟ --- SECTION: 28 --- 28. فسر خطوات طريقة عدد التأكسد لوزن المعادلة. --- SECTION: 29 --- 29. حدد ماذا يوضح نصف تفاعل التأكسد؟ وماذا يوضح نصف تفاعل الاختزال؟ --- SECTION: 30 --- 30. اكتب نصف تفاعل الأكسدة ونصف تفاعل الاختزال لتفاعل الأكسدة والاختزال الآتي: Pb(s) + Pd(NO₃)₂(aq) → Pb(NO₃)₂(aq) + Pd(s) --- SECTION: 31 --- 31. حدد إذا كان نصف تفاعل الأكسدة هو Sn²⁺ → Sn⁴⁺ + 2e⁻ ونصف تفاعل الاختزال هو Au³⁺ + 3e⁻ → Au، فما أقل عدد من أيونات القصدير II وأيونات الذهب III يمكن أن تتفاعل حتى لا يتبقى إلكترونات؟ --- SECTION: 32 --- 32. طبق زن المعادلات الآتية: وزارة التعليم Ministry of Education 2025 - 1447 120 --- VISUAL CONTEXT --- **DIAGRAM**: استراتيجية حل المسألة: وزن معادلات الأكسدة والاختزال Description: A flowchart illustrating two methods for balancing oxidation-reduction equations. It starts with a general question: 'حدد المواد التي تأكسدت والمواد التي اختزلت، وأيهما تعد عوامل مؤكسدة، وأيهما تعد عوامل مختزلة؟' (Identify oxidized/reduced substances and agents). This leads to a decision box: 'هل تظهر المواد التي تأكسدت أو اختزلت أكثر من مرة في طرفي المعادلة؟ وهل يحدث التفاعل في وسط حمضي أم في وسط قاعدي؟' (Do substances appear multiple times? Is the medium acidic or basic?). If 'لا' (No), the flow proceeds to the 'طريقة عدد التأكسد' (Oxidation Number Method) branch: 1. 'حدد أعداد التأكسد للعناصر كافة.' (Determine oxidation numbers for all elements.) 2. 'وزن معادلات الأكسدة والاختزال بطريقة عدد التأكسد.' (Balance redox equations by oxidation number method.) 3. 'اضبط المعاملات في المعادلة، بحيث تكون أعداد التأكسد متساوية في القيمة.' (Adjust coefficients so oxidation numbers are equal in value.) 4. 'زن بقية المعادلة باستعمال الطريقة التقليدية.' (Balance the rest of the equation using the traditional method.) If 'نعم' (Yes), the flow proceeds to the 'طريقة نصف التفاعل' (Half-Reaction Method) branch: 1. 'اكتب المعادلة الأيونية النهائية للمعادلة مع حذف الأيونات المتفرجة.' (Write the net ionic equation, removing spectator ions.) 2. 'حدد نصف تفاعل الأكسدة ونصف تفاعل الاختزال.' (Identify oxidation and reduction half-reactions.) 3. 'زن الذرات والشحنات في كل نصف تفاعل.' (Balance atoms and charges in each half-reaction.) 4. 'اضبط المعاملات على أن يكون عدد الإلكترونات المفقودة مساويًا لعدد الإلكترونات المكتسبة.' (Adjust coefficients so electrons lost equal electrons gained.) 5. 'اجمع نصفي تفاعل الأكسدة والاختزال، وأعد الأيونات المتفرجة.' (Combine half-reactions and re-add spectator ions.) Data: N/A Context: This flowchart provides a systematic approach for students to balance oxidation-reduction reactions, guiding them through two main methods based on the characteristics of the reaction.