تفاعلات تميه الأملاح والمحاليل المنظمة - كتاب الكيمياء - الصف 12 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

سؤال 46: اكتب معادلات لتفاعلات تميّه الأملاح التي تحدث عند إذابة الأملاح الآتية في الماء، وصنّف كلًّا منها إلى حمضي، أو قاعدي، أو متعادل: a. نترات الأمونيوم b. كبريتات البوتاسيوم c. إيثانوات الروبيديوم d. كربونات الكالسيوم

الإجابة: a) حمضي ($NH_4^+$ يتميه) b) متعادل (لا يتميه) c) قاعدي ($C_2H_3O_2^-$ يتميه) d) قاعدي ($CO_3^{2-}$ يتميه)

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم الأساسي):** عند إذابة ملح في الماء، قد تتفاعل أيوناته مع جزيئات الماء في عملية تسمى **التميه (Hydrolysis)**. طبيعة المحلول الناتج (حمضي، قاعدي، متعادل) تعتمد على قوة الحمض والقاعدة اللتين نتج منهما الملح. - إذا جاء الكاتيون من **قاعدة ضعيفة** (مثل $NH_4^+$ من $NH_3$)، فسيمتص أيون الهيدروكسيد ($OH^-$) من الماء، ويجعل المحلول **حمضياً**. - إذا جاء الأنيون من **حمض ضعيف** (مثل $CH_3COO^-$ من $CH_3COOH$)، فسيمتص أيون الهيدرونيوم ($H_3O^+$) من الماء، ويجعل المحلول **قاعدياً**. - إذا جاء كل من الكاتيون والأنيون من حمض قوي وقاعدة قوية (مثل $K^+$ من $KOH$ و $SO_4^{2-}$ من $H_2SO_4$)، فلن يحدث تميه ويكون المحلول **متعادلاً**.
2. **الخطوة 2 (تطبيق المفهوم على الأملاح المعطاة):** لنطبق هذا المبدأ على كل ملح: **a. نترات الأمونيوم $(NH_4NO_3)$:** - الكاتيون: $NH_4^+$ (يأتي من القاعدة الضعيفة $NH_3$) → **يتميه**. - الأنيون: $NO_3^-$ (يأتي من الحمض القوي $HNO_3$) → **لا يتميه**. - معادلة التميه للكاتيون: $NH_4^+ + H_2O \rightleftharpoons NH_3 + H_3O^+$ - **نتيجة:** وجود أيونات $H_3O^+$ يجعل المحلول **حمضياً**. **b. كبريتات البوتاسيوم $(K_2SO_4)$:** - الكاتيون: $K^+$ (يأتي من القاعدة القوية $KOH$) → **لا يتميه**. - الأنيون: $SO_4^{2-}$ (يأتي من الحمض القوي $H_2SO_4$) → **لا يتميه**. - **نتيجة:** لا تميه → المحلول **متعادل**. **c. إيثانوات الروبيديوم $(RbCH_3COO)$:** - الكاتيون: $Rb^+$ (يأتي من القاعدة القوية $RbOH$) → **لا يتميه**. - الأنيون: $CH_3COO^-$ (يأتي من الحمض الضعيف $CH_3COOH$) → **يتميه**. - معادلة التميه للأنيون: $CH_3COO^- + H_2O \rightleftharpoons CH_3COOH + OH^-$ - **نتيجة:** وجود أيونات $OH^-$ يجعل المحلول **قاعدياً**. **d. كربونات الكالسيوم $(CaCO_3)$:** - الكاتيون: $Ca^{2+}$ (يأتي من القاعدة القوية $Ca(OH)_2$) → **لا يتميه**. - الأنيون: $CO_3^{2-}$ (يأتي من الحمض الضعيف $H_2CO_3$) → **يتميه**. - معادلة التميه للأنيون: $CO_3^{2-} + H_2O \rightleftharpoons HCO_3^- + OH^-$ - **نتيجة:** وجود أيونات $OH^-$ يجعل المحلول **قاعدياً**.
3. **الخطوة 3 (الخلاصة والتجميع):** إذن، بناءً على تحليل مصدر كل أيون وقابليته للتميه: a. نترات الأمونيوم → محلول **حمضي**. b. كبريتات البوتاسيوم → محلول **متعادل**. c. إيثانوات الروبيديوم → محلول **قاعدي**. d. كربونات الكالسيوم → محلول **قاعدي**.

سؤال 47: تحفيز اكتب معادلة التفاعل الذي يحدث عند معايرة هيدروكسيد الأمونيوم $NH_4OH$ مع بروميد الهيدروجين $HBr$. وهل تكون قيمة $pH$ عند نقطة التكافؤ أكبر أو أقل من 7؟

الإجابة: $NH_4OH + HBr \rightarrow NH_4Br + H_2O$ حمضي ($pH < 7$)

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** المعايرة هي تفاعل حمض ($HBr$) مع قاعدة ($NH_4OH$). نكتب أولاً معادلة التفاعل الكيميائي المتوازنة بينهما. عند نقطة التكافؤ، تكون كمية الحمض والقاعدة متساوية كيميائياً.
2. **الخطوة 2 (التطبيق والتحليل):** **كتابة معادلة التفاعل:** هيدروكسيد الأمونيوم ($NH_4OH$) هو قاعدة ضعيفة، وبروميد الهيدروجين ($HBr$) هو حمض قوي. سيتفاعلان في تفاعل تعادل لتكوين ملح وماء. $$NH_4OH_{(aq)} + HBr_{(aq)} \rightarrow NH_4Br_{(aq)} + H_2O_{(l)}$$ **تحديد طبيعة المحلول عند نقطة التكافؤ:** الملح الناتج هو **بروميد الأمونيوم** ($NH_4Br$). - كاتيونه $NH_4^+$ يأتي من قاعدة ضعيفة ($NH_4OH$ أو $NH_3$). - أنيونه $Br^-$ يأتي من حمض قوي ($HBr$). وفقاً لمبدأ التميه (كما في السؤال السابق)، فإن أيون $NH_4^+$ سيتفاعل مع الماء: $NH_4^+ + H_2O \rightleftharpoons NH_3 + H_3O^+$ هذا التفاعل ينتج أيونات الهيدرونيوم ($H_3O^+$) مما يجعل المحلول **حمضياً**.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** إذن: - معادلة التفاعل: $NH_4OH + HBr \rightarrow NH_4Br + H_2O$ - عند نقطة التكافؤ، يكون الملح الموجود هو $NH_4Br$ الذي ينتج محلولاً **حمضياً**، وبالتالي فإن قيمة الـ $pH$ ستكون **أقل من 7**.

ما هو تعريف المحلول المنظم؟

الإجابة: محلول يقاوم التغيرات في قيم pH عند إضافة كميات محددة من الأحماض أو القواعد.

الشرح: المحلول المنظم يحافظ على ثبات الرقم الهيدروجيني رغم إضافة كميات صغيرة من الأحماض أو القواعد، على عكس الماء النقي الذي يتغير رقمه الهيدروجيني بشكل كبير.

تلميح: فكر في خاصية المقاومة للتغير في وسط معين.

التصنيف: تعريف | المستوى: سهل

كيف يتكون المحلول المنظم؟

الإجابة: يتكون من خليط من حمض ضعيف مع قاعدته المرافقة، أو قاعدة ضعيفة مع حمضها المرافق.

الشرح: هذا التركيب هو الأساس الذي يمكن من خلاله نظام الاتزان الكيميائي من مقاومة التغير في تركيز أيونات الهيدروجين.

تلميح: تذكر أن المكونين ليسا قويين، ولهما علاقة مرافقة.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

كيف يعمل المحلول المنظم على مقاومة التغير في pH عند إضافة حمض؟

الإجابة: يتفاعل الحمض المضاف مع القاعدة المرافقة الموجودة في المحلول، مما يستهلك أيونات الهيدروجين (H⁺) ويحولها إلى جزيئات الحمض الضعيف غير المتأين، فيقل تأثيرها على pH.

الشرح: عند إضافة حمض، يندفع الاتزان نحو تكوين المزيد من جزيئات الحمض الضعيف، مما يستهلك معظم أيونات H⁺ المضافة ويحافظ على ثبات الرقم الهيدروجيني تقريباً.

تلميح: تذكر مبدأ لوتشاتلييه وتأثير إضافة أيونات H⁺ على الاتزان.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: صعب

ما هو المدى الطبيعي لـ pH الدم في جسم الإنسان؟

الإجابة: يتراوح بين 7.1 و 7.7.

الشرح: هذا المدى الضيق ضروري للغاية لعمل الإنزيمات والعمليات الحيوية بشكل صحيح.

تلميح: تذكر أن الدم وسط قريب من التعادل ولكنه مائل قليلاً للقاعدية.

التصنيف: رقم/تاريخ | المستوى: سهل

ما هو المدى الطبيعي لـ pH العصارة المعدية؟

الإجابة: يتراوح بين 1.6 و 1.8.

الشرح: هذا الوسط الحمضي القوي ضروري لتنشيط إنزيم الببسين وهضم البروتينات.

تلميح: تذكر أن المعدة تحتوي على وسط حمضي قوي.

التصنيف: رقم/تاريخ | المستوى: سهل

ما الذي يحدث لـ pH الماء النقي عند إضافة 0.010 مول من HCl إلى لتر منه؟

الإجابة: ينخفض pH من 7.0 إلى 2.0.

الشرح: هذا التغير الهائل (5 وحدات pH) يوضح عدم قدرة الماء النقي على التنظيم، على عكس المحلول المنظم.

تلميح: فكر في مدى التغير الكبير مقارنة بالمحلول المنظم.

التصنيف: رقم/تاريخ | المستوى: متوسط

ما الذي يحدث لـ pH الماء النقي عند إضافة 0.010 مول من NaOH إلى لتر منه؟

الإجابة: يرتفع pH من 7.0 إلى 12.0.

الشرح: مثل إضافة الحمض، إضافة القاعدة للماء النقي تسبب تغيراً كبيراً في الوسط، مما يبرز أهمية المحاليل المنظمة.

تلميح: قارن هذا التغير الكبير مع التغير الطفيف في المحلول المنظم.

التصنيف: رقم/تاريخ | المستوى: متوسط

ما أقصى تغير متوقع في pH عند إضافة كمية مماثلة من حمض أو قاعدة إلى لتر من محلول منظم؟

الإجابة: قد يتغير pH بما لا يزيد على 0.1 وحدة.

الشرح: هذا التغير الطفيف جداً هو الهدف الأساسي من استخدام المحاليل المنظمة في التطبيقات البيولوجية والكيميائية.

تلميح: تذكر أن كلمة 'منظم' تعني مقاومة التغير.

التصنيف: رقم/تاريخ | المستوى: سهل

في مثال محلول HF و NaF المنظم، ما دور أيون الفلوريد (F⁻)؟

الإجابة: هو القاعدة المرافقة لحمض HF، ويتفاعل مع أيونات الهيدروجين (H⁺) المضافة لتكوين المزيد من جزيئات HF.

الشرح: أيون F⁻ هو المكون القاعدي في الزوج الحمضي/القاعدي المرافق، وهو المسؤول عن معادلة الحمض المضاف.

تلميح: تذكر العلاقة بين الحمض الضعيف وقاعدته المرافقة في نظام الاتزان.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

لماذا من المهم لقناديل البحر أن تبقى قيم pH لمياه أحواضها ضمن مدى صغير؟

الإجابة: لضمان بقاء الظروف البيئية مناسبة لعملياتها الحيوية ووظائفها الخلوية، تماماً كما هو مهم لبقاء pH الدم ثابتاً في جسم الإنسان.

الشرح: تغير الرقم الهيدروجيني يمكن أن يعطل عمل الإنزيمات ويؤثر على نفاذية الأغشية الخلوية، مما يهدد حياة الكائن.

تلميح: فكر في أهمية ثبات الوسط الداخلي للكائنات الحية.

التصنيف: تفكير ناقد | المستوى: متوسط

ما الفرق الرئيسي في الاستجابة بين الماء النقي والمحلول المنظم عند إضافة كمية صغيرة من حمض قوي؟

الإجابة: الماء النقي: يتغير pH بشكل كبير (مثال: من 7 إلى 2). المحلول المنظم: يتغير pH تغيراً طفيفاً جداً (أقل من 0.1 وحدة).

الشرح: الفرق يكمن في وجود نظام اتزان كيميائي (زوج حمض/قاعدة مرافق) في المحلول المنظم يقوم بمعادلة الأيونات المضافة، بينما يفتقر الماء النقي لهذه الآلية.

تلميح: قارن بين مفهوم 'عدم المقاومة' و'المقاومة' للتغير.

التصنيف: فرق بين مفهومين | المستوى: متوسط