وزن المعادلات الكيميائية - كتاب الكيمياء - الصف 10 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

سؤال 9: فسر ما أهمية وزن المعادلات الكيميائية؟

الإجابة: لأن المعادلات تحقق قانون حفظ الكتلة.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** المعادلة الكيميائية تمثل التفاعل الكيميائي الذي يحدث، حيث تتفاعل مواد معينة (المتفاعلات) لتكوين مواد جديدة (النواتج).
2. **الخطوة 2 (المبدأ العلمي):** في أي تفاعل كيميائي، يجب أن يتحقق قانون حفظ الكتلة. هذا القانون ينص على أن الكتلة لا تفنى ولا تستحدث من العدم في التفاعل الكيميائي. بمعنى آخر، يجب أن تكون كتلة المتفاعلات مساوية لكتلة النواتج.
3. **الخطوة 3 (التطبيق):** لتحقيق قانون حفظ الكتلة على مستوى الذرات، يجب أن يكون عدد ذرات كل عنصر متساوياً في طرفي المعادلة (المتفاعلات والنواتج). وزن المعادلة الكيميائية هو عملية ضبط المعاملات (الأرقام التي توضع أمام الصيغ الكيميائية) لضمان تساوي عدد ذرات كل عنصر على جانبي المعادلة.
4. **الخطوة 4 (النتيجة):** إذن، أهمية وزن المعادلات الكيميائية هي **لتحقيق قانون حفظ الكتلة**، مما يضمن أن عدد الذرات من كل نوع متساوٍ قبل وبعد التفاعل.

سؤال 10: عدد ثلاثة من المؤشرات التي تدل على حدوث التفاعل الكيميائي.

الإجابة: س: 10: تصاعد غاز، تكون راسب، تغير في اللون.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** التفاعل الكيميائي هو عملية يتم فيها إعادة ترتيب الذرات لتكوين مواد جديدة. غالبًا ما تكون هناك علامات مرئية أو محسوسة تدل على حدوث هذا التفاعل.
2. **الخطوة 2 (التطبيق):** عندما يحدث تفاعل كيميائي، يمكن ملاحظة عدة مؤشرات تدل على ذلك. هذه المؤشرات هي دلائل حسية أو فيزيائية تشير إلى أن هناك تغيرًا كيميائيًا قد حدث، وليس مجرد تغير فيزيائي.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** ثلاثة من المؤشرات الشائعة التي تدل على حدوث التفاعل الكيميائي هي: 1. **تصاعد غاز:** مثل ظهور فقاعات عند خلط سائلين. 2. **تكون راسب:** وهو مادة صلبة تتكون وتنفصل عن المحلول السائل. 3. **تغير في اللون:** حيث يتغير لون المواد المتفاعلة إلى لون جديد في النواتج.

سؤال 11: اكتب التوزيع الإلكتروني لكل من ذرة الألومنيوم Al، وذرة الأكسجين O، إذا علمت أن الأعداد الذرية هي 13، 8 على الترتيب.

الإجابة: س11: Al: [Ne] 3s² 3p¹ O: [He] 2s² 2p⁴

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات):** لدينا الأعداد الذرية للعنصرين: - الألومنيوم (Al): العدد الذري = 13 - الأكسجين (O): العدد الذري = 8 العدد الذري يمثل عدد البروتونات في النواة، وفي الذرة المتعادلة، يكون مساوياً لعدد الإلكترونات.
2. **الخطوة 2 (القواعد):** نستخدم مبدأ البناء التصاعدي (Aufbau principle) وقاعدة هوند (Hund's rule) ومبدأ باولي للاستبعاد (Pauli exclusion principle) لملء المدارات الإلكترونية. يمكننا استخدام ترميز الغاز النبيل لتبسيط التوزيع.
3. **الخطوة 3 (الحل - للألومنيوم Al):** الألومنيوم (Al) لديه 13 إلكترونًا. أقرب غاز نبيل يسبقه هو النيون (Ne) الذي لديه 10 إلكترونات (1s² 2s² 2p⁶). بعد النيون، نملأ المدارات بالترتيب: - المدار 3s يتسع لإلكترونين: $3s^2$ - المدار 3p يتسع لستة إلكترونات، لكن يتبقى لدينا إلكترون واحد فقط: $3p^1$ إذن، التوزيع الإلكتروني للألومنيوم هو: $[Ne] 3s^2 3p^1$
4. **الخطوة 4 (الحل - للأكسجين O):** الأكسجين (O) لديه 8 إلكترونات. أقرب غاز نبيل يسبقه هو الهيليوم (He) الذي لديه إلكترونان (1s²). بعد الهيليوم، نملأ المدارات بالترتيب: - المدار 2s يتسع لإلكترونين: $2s^2$ - المدار 2p يتسع لستة إلكترونات، لكن يتبقى لدينا 4 إلكترونات: $2p^4$ إذن، التوزيع الإلكتروني للأكسجين هو: $[He] 2s^2 2p^4$
5. **الخطوة 5 (النتيجة):** التوزيع الإلكتروني لذرة الألومنيوم (Al) هو: **$[Ne] 3s^2 3p^1$** التوزيع الإلكتروني لذرة الأكسجين (O) هو: **$[He] 2s^2 2p^4$**

سؤال 12: اكتب الصيغة الكيميائية للمركب الناتج عن اتحاد أيون الحديد III مع أيون الأكسجين O²⁻.

الإجابة: س12: Fe₂O₃

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات):** لدينا الأيونات التالية: - أيون الحديد III: $Fe^{3+}$ (يشير الرقم الروماني III إلى أن شحنة الحديد هي +3) - أيون الأكسجين: $O^{2-}$ (شحنته -2)
2. **الخطوة 2 (المبدأ):** عندما تتحد الأيونات لتكوين مركب أيوني، يجب أن تكون الشحنة الكلية للمركب متعادلة (صفر). لتحقيق ذلك، نستخدم طريقة تبادل الشحنات أو نجد المضاعف المشترك الأصغر للشحنات.
3. **الخطوة 3 (الحل):** لدينا أيون بشحنة +3 وآخر بشحنة -2. المضاعف المشترك الأصغر للعددين 3 و 2 هو 6. - لكي تصبح الشحنة الكلية للحديد +6، نحتاج إلى أيونين من الحديد: $2 imes (+3) = +6$ - لكي تصبح الشحنة الكلية للأكسجين -6، نحتاج إلى ثلاثة أيونات من الأكسجين: $3 imes (-2) = -6$ إذن، نحتاج إلى ذرتين من الحديد وثلاث ذرات من الأكسجين.
4. **الخطوة 4 (النتيجة):** الصيغة الكيميائية للمركب الناتج هي: **$Fe_2O_3$**

سؤال 13: قارن بين المعادلة الكيميائية اللفظية والمعادلة الكيميائية الرمزية.

الإجابة: س 13: اللفظية تصف بالكلمات والرمزية تصف بالرموز والصيغ الكيميائية.

خطوات الحل:

1. **الشرح:** المعادلات الكيميائية هي طريقة للتعبير عن التفاعلات الكيميائية. هناك نوعان رئيسيان للتعبير عنها: 1. **المعادلة الكيميائية اللفظية:** - تصف التفاعل باستخدام أسماء المواد المتفاعلة والناتجة بالكلمات. - توضح المواد المتفاعلة على اليسار والمواد الناتجة على اليمين، ويفصل بينهما سهم يشير إلى اتجاه التفاعل. - مثال: "هيدروجين + أكسجين $\rightarrow$ ماء" 2. **المعادلة الكيميائية الرمزية:** - تصف التفاعل باستخدام الرموز الكيميائية للعناصر والصيغ الكيميائية للمركبات. - تكون أكثر دقة واختصارًا، ويمكن من خلالها وزن المعادلة لتطبيق قانون حفظ الكتلة. - مثال: "$2H_2(g) + O_2(g) \rightarrow 2H_2O(l)$" إذن، الفرق الرئيسي هو أن **المعادلة اللفظية تصف التفاعل بالكلمات، بينما المعادلة الرمزية تصفه بالرموز والصيغ الكيميائية**.

سؤال 14: فسر لماذا يجب اختصار المعاملات في المعادلة الموزونة إلى أبسط نسبة من الأعداد الصحيحة؟

الإجابة: س 14: لأن المعاملات تمثل أبسط نسبة عددية صحيحة بين المولات.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** المعاملات في المعادلة الكيميائية الموزونة هي الأرقام الصحيحة التي توضع أمام الصيغ الكيميائية للمتفاعلات والنواتج. هذه المعاملات لا تمثل فقط عدد الجزيئات أو وحدات الصيغة، بل تمثل أيضًا النسب المولية للمواد المتفاعلة والناتجة.
2. **الخطوة 2 (التطبيق):** عندما نقول أن المعاملات تمثل أبسط نسبة عددية صحيحة، فهذا يعني أننا نبحث عن أقل عدد ممكن من الجزيئات أو المولات التي تتفاعل مع بعضها البعض لتكوين النواتج. إذا كانت المعاملات قابلة للاختصار (مثل 2:4:2)، فإنها لا تمثل أبسط نسبة.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** يجب اختصار المعاملات إلى أبسط نسبة من الأعداد الصحيحة **لأنها تمثل أبسط نسبة عددية صحيحة بين المولات** التي تتفاعل وتنتج. هذا يعكس العلاقة الكيميائية الأساسية بين المواد بأكثر الطرق اختصارًا ووضوحًا، ويجعل المعادلة أكثر فائدة في الحسابات الكيميائية (الستوكيومترية).

سؤال 15: وضح المعادلة الكيميائية الموزونة. هل يمكنك تعديل الأرقام في الصيغة الكيميائية؟

الإجابة: س 15: لا، لأن تغيير الأرقام السفلية يغير هوية المادة.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم الأول - المعادلة الكيميائية الموزونة):** المعادلة الكيميائية الموزونة هي تمثيل للتفاعل الكيميائي يوضح المتفاعلات والنواتج، بالإضافة إلى الحالة الفيزيائية لكل مادة (صلب، سائل، غاز، محلول مائي). الأهم من ذلك، أنها تحقق قانون حفظ الكتلة، مما يعني أن عدد ذرات كل عنصر متساوٍ على جانبي المعادلة (في المتفاعلات والنواتج). يتم تحقيق ذلك عن طريق ضبط المعاملات (الأرقام الكبيرة أمام الصيغ الكيميائية).
2. **الخطوة 2 (المفهوم الثاني - الأرقام في الصيغة الكيميائية):** الأرقام السفلية في الصيغة الكيميائية (مثل الرقم 2 في $H_2O$) تمثل عدد ذرات العنصر داخل الجزيء أو وحدة الصيغة الواحدة. هذه الأرقام هي جزء لا يتجزأ من هوية المادة الكيميائية وتكوينها.
3. **الخطوة 3 (التطبيق والنتيجة):** **لا يمكنك تعديل الأرقام السفلية في الصيغة الكيميائية.** السبب في ذلك هو أن تغيير هذه الأرقام يغير من التركيب الكيميائي للمادة نفسها، وبالتالي يغير **هوية المادة**. على سبيل المثال، إذا غيرت $H_2O$ إلى $H_2O_2$، فإنك لم تعد تتحدث عن الماء، بل عن فوق أكسيد الهيدروجين، وهي مادة مختلفة تمامًا بخصائص مختلفة. عند وزن المعادلة، نغير المعاملات فقط، وليس الأرقام السفلية.

سؤال 16: قوم هل المعادلة الآتية موزونة؟ إذا لم تكن كذلك فصحح المعاملات لوزنها: K₂CrO₄(aq) + Pb(NO₃)₂(aq) → KNO₃(aq) + PbCrO₄(s)

الإجابة: س 16: غير موزونة، المعادلة الموزونة: K₂CrO₄(aq) + Pb(NO₃)₂(aq) → 2KNO₃(aq) + PbCrO₄(s)

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات):** المعادلة المعطاة هي: $K_2CrO_4(aq) + Pb(NO_3)_2(aq) \rightarrow KNO_3(aq) + PbCrO_4(s)$
2. **الخطوة 2 (التحقق من الوزن):** لنعد عدد ذرات كل عنصر على جانبي المعادلة: | العنصر | في المتفاعلات | في النواتج | |---|---|---| | K | 2 | 1 | | Cr | 1 | 1 | | O (في $CrO_4$) | 4 | 4 | | Pb | 1 | 1 | | N | 2 | 1 | | O (في $NO_3$) | 6 | 3 | نلاحظ أن عدد ذرات البوتاسيوم (K) والنيتروجين (N) والأكسجين (O) في مجموعة النترات ($NO_3$) غير متساوٍ على الجانبين. إذن، المعادلة **غير موزونة**.
3. **الخطوة 3 (وزن المعادلة):** - نبدأ بالعناصر غير الموزونة. لدينا 2 ذرة K في المتفاعلات و 1 في النواتج. نضع المعامل 2 أمام $KNO_3$ في النواتج: $K_2CrO_4(aq) + Pb(NO_3)_2(aq) \rightarrow 2KNO_3(aq) + PbCrO_4(s)$ - الآن، لنعد الذرات مرة أخرى: | العنصر | في المتفاعلات | في النواتج | |---|---|---| | K | 2 | 2 | | Cr | 1 | 1 | | O (في $CrO_4$) | 4 | 4 | | Pb | 1 | 1 | | N | 2 | 2 | | O (في $NO_3$) | 6 | 6 | الآن، عدد ذرات كل عنصر متساوٍ على جانبي المعادلة.
4. **الخطوة 4 (النتيجة):** المعادلة الأصلية غير موزونة. المعادلة الموزونة هي: **$K_2CrO_4(aq) + Pb(NO_3)_2(aq) \rightarrow 2KNO_3(aq) + PbCrO_4(s)$**

سؤال 17: يتفاعل محلول حمض الفوسفوريك المائي H₃PO₄ مع محلول هيدروكسيد الكالسيوم المائي Ca(OH)₂ لإنتاج فوسفات الكالسيوم الصلبة Ca₃(PO₄)₂ والماء. اكتب معادلة كيميائية موزونة تعبر عن هذا التفاعل.

الإجابة: 2H₃PO₄ + 3Ca(OH)₂ → Ca₃(PO₄)₂ + 6H₂O

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات وكتابة المعادلة غير الموزونة):** لدينا المتفاعلات والنواتج مع حالاتها الفيزيائية: - حمض الفوسفوريك المائي: $H_3PO_4(aq)$ - هيدروكسيد الكالسيوم المائي: $Ca(OH)_2(aq)$ - فوسفات الكالسيوم الصلبة: $Ca_3(PO_4)_2(s)$ - الماء: $H_2O(l)$ المعادلة غير الموزونة هي: $H_3PO_4(aq) + Ca(OH)_2(aq) \rightarrow Ca_3(PO_4)_2(s) + H_2O(l)$
2. **الخطوة 2 (وزن المعادلة - البدء بالعناصر الأقل تكراراً أو المجموعات الأيونية):** - نبدأ بوزن الكالسيوم (Ca). لدينا 1 ذرة Ca في المتفاعلات و 3 ذرات Ca في النواتج. نضع المعامل 3 أمام $Ca(OH)_2$: $H_3PO_4(aq) + 3Ca(OH)_2(aq) \rightarrow Ca_3(PO_4)_2(s) + H_2O(l)$ - نوزن مجموعة الفوسفات ($PO_4$). لدينا 1 مجموعة $PO_4$ في المتفاعلات و 2 مجموعة $PO_4$ في النواتج. نضع المعامل 2 أمام $H_3PO_4$: $2H_3PO_4(aq) + 3Ca(OH)_2(aq) \rightarrow Ca_3(PO_4)_2(s) + H_2O(l)$ - الآن نوزن الهيدروجين (H) والأكسجين (O) المتبقيين (عادة ما يتم وزن الماء في النهاية): - في المتفاعلات: الهيدروجين من $2H_3PO_4$ هو $2 \times 3 = 6$ ذرات. الهيدروجين من $3Ca(OH)_2$ هو $3 \times 2 = 6$ ذرات. المجموع = 12 ذرة H. - في النواتج: لدينا 2 ذرة H في $H_2O$. لوزن 12 ذرة H، نحتاج إلى 6 جزيئات ماء. نضع المعامل 6 أمام $H_2O$: $2H_3PO_4(aq) + 3Ca(OH)_2(aq) \rightarrow Ca_3(PO_4)_2(s) + 6H_2O(l)$ - لنعد الأكسجين (O) للتأكد (باستثناء الأكسجين في مجموعتي الفوسفات والهيدروكسيد التي تم وزنها ضمن المجموعات): - في المتفاعلات: الأكسجين في $3Ca(OH)_2$ هو $3 \times 2 = 6$ ذرات. - في النواتج: الأكسجين في $6H_2O$ هو $6 \times 1 = 6$ ذرات. كل شيء موزون الآن.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** المعادلة الكيميائية الموزونة هي: **$2H_3PO_4(aq) + 3Ca(OH)_2(aq) \rightarrow Ca_3(PO_4)_2(s) + 6H_2O(l)$**

ما الخطوة الأولى في عملية وزن المعادلة الكيميائية وفقاً للرسم التخطيطي؟

• أ) عد ذرات جميع العناصر.
• ب) كتابة معادلة كيميائية غير موزونة.
• ج) اختصار المعاملات إلى أبسط نسبة.
• د) التأكد من صحة الصيغ الكيميائية.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: كتابة معادلة كيميائية غير موزونة.

الشرح: 1. تبدأ عملية وزن المعادلة بكتابة المعادلة الكيميائية الأولية (غير الموزونة). 2. توضع المواد المتفاعلة على الجانب الأيسر والنواتج على الجانب الأيمن. 3. بعد ذلك تبدأ خطوات الوزن مثل عد الذرات وضبط المعاملات.

تلميح: تذكر أن الوزن هو عملية تصحيح، لذا يجب أن تبدأ بشيء غير مكتمل.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: سهل

ما هو الهدف الأساسي من وزن المعادلة الكيميائية؟

• أ) تسريع التفاعل الكيميائي.
• ب) تحقيق قانون حفظ الكتلة، أي أن المادة لا تفنى ولا تستحدث.
• ج) تغيير طبيعة النواتج النهائية.
• د) جعل المعادلة تبدو أكثر تعقيداً.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: تحقيق قانون حفظ الكتلة، أي أن المادة لا تفنى ولا تستحدث.

الشرح: 1. قانون حفظ الكتلة ينص على أن المادة لا تفنى ولا تستحدث في التفاعل الكيميائي. 2. وزن المعادلة يعني ضبط المعاملات بحيث يتساوى عدد ذرات كل عنصر في طرفي المعادلة. 3. هذا التساوي يضمن تحقيق القانون، حيث أن الكتلة الكلية للمواد المتفاعلة تساوي الكتلة الكلية للنواتج.

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

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: سهل

لماذا يجب اختصار المعاملات في المعادلة الموزونة إلى أبسط نسبة من الأعداد الصحيحة؟

• أ) لزيادة دقة الحسابات الكتلية.
• ب) لأن الكسور غير مسموح بها في المعادلات الكيميائية.
• ج) لتمثيل المعادلة بأبسط صورة ممكنة، وهو الشكل القياسي والمقبول.
• د) لتجنب استخدام الأعداد الكبيرة في المعاملات.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: لتمثيل المعادلة بأبسط صورة ممكنة، وهو الشكل القياسي والمقبول.

الشرح: 1. المعاملات تمثل نسب المولات بين المواد المتفاعلة والناتجة. 2. أبسط نسبة صحيحة تعطي نفس النسبة ولكن بأصغر أعداد ممكنة. 3. هذا يجعل المعادلة أسهل في القراءة والفهم والمقارنة، وهو الشكل المتبع عالمياً.

تلميح: فكر في الهدف من التبسيط في الرياضيات والعلوم.

التصنيف: تفكير ناقد | المستوى: متوسط

أي مما يلي يمثل الفرق الرئيسي بين المعادلة الكيميائية اللفظية والرمزية؟

• أ) اللفظية أكثر دقة من الرمزية.
• ب) الرمزية تستخدم للتفاعلات البسيطة فقط.
• ج) المعادلة اللفظية تستخدم أسماء المواد، بينما الرمزية تستخدم الصيغ الكيميائية.
• د) لا يوجد فرق، كلاهما يعبر عن نفس الشيء بنفس الطريقة.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: المعادلة اللفظية تستخدم أسماء المواد، بينما الرمزية تستخدم الصيغ الكيميائية.

الشرح: 1. المعادلة اللفظية: تعبر عن التفاعل باستخدام الأسماء الكاملة للمواد (مثل: هيدروجين + أكسجين → ماء). 2. المعادلة الرمزية: تعبر عن التفاعل باستخدام الرموز والصيغ الكيميائية (مثل: H₂ + O₂ → H₂O). 3. المعادلة الرمزية أكثر دقة وتحديداً وتستخدم في الحسابات الكيميائية.

تلميح: ركز على طريقة التعبير عن المواد في كل نوع.

التصنيف: فرق بين مفهومين | المستوى: متوسط