تفاعلات الإحلال البسيط - كتاب الكيمياء - الصف 10 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

سؤال ماذا قرأت؟: ماذا قرأت؟ وضح كيف يحدث تفاعل الإحلال البسيط؟

الإجابة: س: ماذا قرأت؟ - وضح كيف يحدث تفاعل الإحلال البسيط ج: يحدث تفاعل الإحلال البسيط عندما يحل عنصر أكثر نشاطاً محل عنصر أقل نشاطاً داخل مركب؛ فيتكون مركب جديد ويتحرر العنصر المزاح. ويُتوقع حدوثه بالاعتماد على سلسلة النشاط.

خطوات الحل:

1. **الشرح:** هذا السؤال يطلب منك توضيح آلية حدوث تفاعل الإحلال البسيط. الفكرة الأساسية هنا هي فهم أن هذا النوع من التفاعلات الكيميائية يعتمد على نشاط العناصر. في تفاعل الإحلال البسيط، يدخل عنصر حر (غير مرتبط) في تفاعل مع مركب. إذا كان هذا العنصر الحر أكثر نشاطاً كيميائياً من العنصر الموجود داخل المركب، فإنه سيحل محله. نتيجة هذا الاستبدال هي تكوين مركب جديد يحتوي على العنصر الأكثر نشاطاً، بينما يتحرر العنصر الأقل نشاطاً كعنصر حر. لتوقع حدوث مثل هذا التفاعل من عدمه، نعتمد على ترتيب العناصر حسب نشاطها الكيميائي في ما يُعرف بسلسلة النشاط الكيميائي.

سؤال 2: هل يحل الفلور محل الكلور في محلول مائي لكلوريد الصوديوم؟ فسر إجابتك.

الإجابة: س2: نعم؛ لأن الفلور أكثر نشاطاً من الكلور في سلسلة نشاط الهالوجينات؛ لذلك يزيح الكلور من كلوريد الصوديوم: $F_2(g) + 2NaCl(aq) \rightarrow$ $2NaF(aq) + Cl_2(g)$

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات والمقارنة):** لدينا عنصر الفلور الحر ($F_2$) ومحلول كلوريد الصوديوم ($NaCl$) الذي يحتوي على أيون الكلوريد ($Cl^-$). ننظر إلى سلسلة نشاط الهالوجينات: الفلور ($F_2$) أكثر نشاطاً من الكلور ($Cl_2$).
2. **الخطوة 2 (التوقع والتفسير):** بما أن الفلور أكثر نشاطاً من الكلور، فهو يستطيع إزاحة أيون الكلور من مركب كلوريد الصوديوم. العنصر الأكثر نشاطاً يحل محل العنصر الأقل نشاطاً في مركبه.
3. **الخطوة 3 (النتيجة والمعادلة):** إذن، نعم، يحل الفلور محل الكلور. ينتج عن التفاعل مركب جديد هو فلوريد الصوديوم ($NaF$) ويتحرر غاز الكلور ($Cl_2$)، كما في المعادلة: $$F_2(g) + 2NaCl(aq) \rightarrow 2NaF(aq) + Cl_2(g)$$

سؤال 3: ادرس المعادلة الآتية: $I_2(g) + NaBr(aq) \rightarrow NR$ لماذا لا يحل اليود محل البروم؟

الإجابة: س3: لأن اليود أقل نشاطاً من البروم في سلسلة نشاط الهالوجينات؛ لذلك لا يستطيع إزاحة البروم من مركباته، فيكون الناتج NR (لا يحدث تفاعل).

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات والمقارنة):** لدينا عنصر اليود الحر ($I_2$) ومحلول بروميد الصوديوم ($NaBr$) الذي يحتوي على أيون البروميد ($Br^-$). ننظر إلى سلسلة نشاط الهالوجينات: البروم ($Br_2$) أكثر نشاطاً من اليود ($I_2$).
2. **الخطوة 2 (التوقع والتفسير):** بما أن اليود أقل نشاطاً من البروم، فهو لا يستطيع إزاحة أيون البروم من مركب بروميد الصوديوم. في تفاعلات الإحلال، العنصر الأقل نشاطاً لا يحل محل العنصر الأكثر نشاطاً في مركبه.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** إذن، لا يحل اليود محل البروم، ولذلك لا يحدث تفاعل، وهو ما يُرمز له بالرمز NR (No Reaction).

سؤال 1: فسر كيف تساعدك سلسلة نشاط الهالوجينات على توقع ما إذا كان التفاعل سيحدث أم لا؟

الإجابة: س1: تُرتب سلسلة نشاط الهالوجينات حسب نشاطها؛ فإذا كان الهالوجين الحر أعلى نشاطاً من هالوجين الأيون الموجود في المركب فإنه يحل محله ويحدث تفاعل، أما إذا كان أقل نشاطاً فلا يحدث تفاعل (NR).

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** سلسلة نشاط الهالوجينات هي ترتيب للعناصر الهالوجينية (مثل الفلور والكلور والبروم واليود) من الأكثر نشاطاً كيميائياً إلى الأقل نشاطاً.
2. **الخطوة 2 (التطبيق):** عندما نريد توقع ما إذا كان هالوجين حر (مثل $F_2$ أو $Cl_2$) سيتفاعل مع مركب يحتوي على أيون هالوجين آخر (مثل $NaBr$ الذي يحتوي على أيون $Br^-$)، نقارن مواقع الهالوجينين في السلسلة. الهالوجين الحر الأعلى في السلسلة (أكثر نشاطاً) يستطيع إزاحة الهالوجين الأقل نشاطاً من مركبه.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** لذلك، تساعدنا السلسلة على التوقع: إذا كان الهالوجين الحر أعلى نشاطاً، فالتفاعل سيحدث. وإذا كان أقل نشاطاً، فلن يحدث تفاعل (NR).

سؤال 4: أي الهالوجينات يتفاعل أسرع مع الصوديوم؟

الإجابة: س4: الفلور.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** معدل أو سرعة تفاعل الهالوجين مع معدن مثل الصوديوم ترتبط ارتباطاً مباشراً بنشاطه الكيميائي. كلما كان الهالوجين أكثر نشاطاً، كان تفاعله أسرع وأكثر حدة.
2. **الخطوة 2 (التطبيق على السلسلة):** في سلسلة نشاط الهالوجينات، الفلور ($F_2$) هو العنصر الأعلى والأكثر نشاطاً، يليه الكلور ($Cl_2$)، ثم البروم ($Br_2$)، ثم اليود ($I_2$) كأقلهم نشاطاً.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** لذلك، الهالوجين الذي يتفاعل أسرع مع الصوديوم هو **الفلور**، لأنه الأكثر نشاطاً في السلسلة.

ما المبدأ الأساسي الذي تستخدمه سلسلة النشاط الكيميائي للهالوجينات لتوقع حدوث تفاعل إحلال بسيط؟

• أ) اللافلز الأقل نشاطاً يحل محل اللافلز الأكثر نشاطاً في مركبه.
• ب) يحدث التفاعل دائماً بين أي هالوجين حر ومركب هالوجين آخر.
• ج) اللافلز الأكثر نشاطاً يحل محل اللافلز الأقل نشاطاً في مركبه.
• د) يعتمد حدوث التفاعل فقط على تركيز المحلول وليس على النشاط.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: اللافلز الأكثر نشاطاً يحل محل اللافلز الأقل نشاطاً في مركبه.

الشرح: 1. سلسلة نشاط الهالوجينات مرتبة تنازلياً حسب النشاط: الفلور (الأكثر نشاطاً) > الكلور > البروم > اليود (الأقل نشاطاً). 2. في تفاعلات الإحلال البسيط، العنصر الحر (اللافلز) يمكنه فقط إزاحة عنصر آخر من مركبه إذا كان أكثر نشاطاً منه. 3. لذلك، يمكن توقع حدوث التفاعل إذا كان اللافلز الحر يقع قبل اللافلز المرتبط في المركب في السلسلة.

تلميح: فكر في ترتيب العناصر في السلسلة وأيها يستطيع إزاحة الآخر.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

بناءً على سلسلة نشاط الهالوجينات، أي مما يلي يصف بشكل صحيح سبب عدم حدوث تفاعل بين البروم (Br₂) وفلوريد الصوديوم (NaF)؟

• أ) لأن البروم أكثر نشاطاً من الفلور، ولكنه يتفاعل ببطء شديد.
• ب) لأن فلوريد الصوديوم مركب مستقر جداً ولا يتفاعل مع أي شيء.
• ج) لأن البروم أقل نشاطاً من الفلور، فلا يستطيع إزاحته من مركبه.
• د) لأن التفاعل يحتاج إلى عامل حفاز غير موجود.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: لأن البروم أقل نشاطاً من الفلور، فلا يستطيع إزاحته من مركبه.

الشرح: 1. سلسلة نشاط الهالوجينات: الفلور > الكلور > البروم > اليود. 2. الفلور هو الأكثر نشاطاً، والبروم أقل نشاطاً منه. 3. في تفاعل الإحلال، العنصر الحر (البروم) يجب أن يكون أكثر نشاطاً من العنصر في المركب (الفلور) ليحدث التفاعل. 4. بما أن البروم أقل نشاطاً، فإن التفاعل لا يحدث (NR).

تلميح: قارن مواقع البروم والفلور في سلسلة النشاط.

التصنيف: تفكير ناقد | المستوى: سهل

ما ترتيب الهالوجينات من الأكثر نشاطاً إلى الأقل نشاطاً، كما هو موضح في سلسلة النشاط؟

• أ) اليود، ثم البروم، ثم الكلور، ثم الفلور.
• ب) الكلور، ثم الفلور، ثم البروم، ثم اليود.
• ج) الفلور، ثم الكلور، ثم البروم، ثم اليود.
• د) البروم، ثم الكلور، ثم الفلور، ثم اليود.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: الفلور، ثم الكلور، ثم البروم، ثم اليود.

الشرح: 1. تُظهر سلسلة نشاط الهالوجينات مستويات مختلفة من النشاط الكيميائي. 2. يتم ترتيبها تنازلياً بناءً على قدرتها على المشاركة في تفاعلات الإحلال. 3. الترتيب الثابت هو: الفلور (F) > الكلور (Cl) > البروم (Br) > اليود (I).

تلميح: تذكر أن الفلور هو أنشط الهالوجينات.

التصنيف: رقم/تاريخ | المستوى: سهل

إذا كان التفاعل: X₂(g) + 2NaCl(aq) → 2NaX(aq) + Cl₂(g) يحدث، فماذا يمكن استنتاجه عن العنصر X مقارنة بالكلور؟

• أ) العنصر X أقل نشاطاً من الكلور.
• ب) العنصر X أكثر نشاطاً من الكلور.
• ج) العنصر X له نفس نشاط الكلور.
• د) لا يمكن تحديد النشاط من هذه المعادلة.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: العنصر X أكثر نشاطاً من الكلور.

الشرح: 1. في المعادلة، يحل العنصر الحر (X₂) محل الكلور في مركب كلوريد الصوديوم (NaCl). 2. وفقاً لقاعدة سلسلة النشاط، يحدث هذا النوع من تفاعلات الإحلال فقط إذا كان العنصر الحر أكثر نشاطاً من العنصر الموجود في المركب. 3. لذلك، يجب أن يكون العنصر X أكثر نشاطاً من الكلور ليستطيع إزاحته.

تلميح: حلل المعادلة: أي عنصر حل محل أي عنصر آخر؟

التصنيف: تفكير ناقد | المستوى: متوسط

ما معنى الرمز (NR) المستخدم في كتابة المعادلات الكيميائية كما ورد في النص؟

• أ) يدل على تفاعل سريع جداً.
• ب) يدل على عدم حدوث تفاعل كيميائي.
• ج) يدل على أن النواتج غير معروفة.
• د) يدل على تفاعل عكسي.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: يدل على عدم حدوث تفاعل كيميائي.

الشرح: 1. الرمز NR هو اختصار للمصطلح الإنجليزي "No Reaction". 2. يُستخدم هذا الرمز في كتابة المعادلات الكيميائية عندما تخلط المواد ولكن لا يحدث أي تغير كيميائي بينها. 3. مثال: Br₂(l) + 2NaF(aq) → NR، لأن البروم لا يستطيع إزاحة الفلور الأكثر نشاطاً.

تلميح: هذا الرمز هو اختصار لعبارة إنجليزية.

التصنيف: تعريف | المستوى: سهل