موازنة المعادلات في وسط حمضي

موزانة المعادلات في وسط حمضي

خطوات موازنة معادلات التأكسد والاختزال بطريقة نصف التفاعل والتي تتم في الوسط الحمضي:

1- أقسم المعادلة إلى نصفين يدل أحدهما على التأكسد والآخرعلى الاختزال.

2- أجري الخطوات التالية على كل نصف:

أ- أوازن ذرات العناصر ما عدا الأكسجين والهيدروجين.

ب- أوازن ذرات الأكسجين بإضافة عدد من جزيئات الماء إلى الطرف الذي يعاني نقصاً في ذرات الأكسجين.

ج- أوازن ذرات الهيدروجين بإضافة عدد من أيونات (H+) إلى الطرف الذي يعاني نقصاً في ذرات الهيدروجين.

د- أوازن الشحنات الكهربائية بإضافة عددٍ من الإلكترونات لأحد طرفي المعادلة بحيث يصبح المجموع الجبري للشحنات على طرفي المعادلة متساوٍ.

3- أساوي عدد إلكترونات نصف تفاعل التأكسد بعدد إلكترونات نصف تفاعل الاختزال بالضرب التبادلي إن لزم الأمر.

4- أجمع نصفي التفاعل (اختصر الإلكترونات من الطرفين، ويمكن اختصار الماء وأيونات الهيدروجين).

5- أتحقق من صحة الموازنة بموازنة الذرات والشحنات.

6- أتأكد أن المعادلة الكلية الموزونة مكتوبة بأبسط صورة.

مثال (1):

أوازن المعادلة الآتية بطريقة نصف التفاعل في الوسط الحمضي:

Cr3+ + NO3-                  Cr2O72- + HNO2 →

الحل:

أقسم المعادلة إلى نصفين:

Cr2O72-  →  Cr+3

→  NO3-                  HNO2

أختار أحد نصفي المعادلة وأوازنه باتباع الخطوات الآتية:

Cr2O72-  →  Cr+3

أوازن الذرات ما عدا الأكسجين والهيدروجين؛ أي ذرات (Cr):

Cr2O72-  →  2Cr+3

أوازن الأكسجين بإضافة (7H2O) إلى الطرف الأيمن من المعادلة:

Cr2O72-  →  2Cr+3  +  7H2O

أوازن الهيدروجين بإضافة (14H+) إلى الطرف الأيسر من المعادلة:

Cr2O72-  +  14H+  2Cr+3  +  7H2O

أحسب شحنات كل طرف بضرب عدد المولات في الشحنة الظاهرة على كل مادةن بضرب عدد مولات كل مادة في الشحنة الظاهرة:

Cr2O72-  +  14H+  2Cr+3  +  7H2O

ألاحظ أن مجموع الشحنات على يسار المعادلة (+12)، وعلى يمينها (+6)؛ لذا أوازن الشحنات بإضافة (6e-) إلى الطرف الأيسر من المعادلة:

Cr2O72-  +  14H+ +  6e-  2Cr+3  +  7H2O

وبما أن الإلكترونات قد أضيفت إلى يسار المعادلة، فالمعادلة تمثل نصف تفاعل اختزال.

 

نصف المعادلة الثاني:

→  NO3-                  HNO2

أوازن الذرات ما عدا الأكسجين والهيدروجين؛ أي ذرات (N)، وألاحظ أنها موزونة:

→  NO3-                  HNO2

أوازن الأكسجين بإضافة (H2O) إلى الطرف الأيسر من المعادلة:

HNO2  +  H2O  →  NO3- 

أوازن الهيدروجين بإضافة (3H+) إلى الطرف الأيمن من المعادلة:

HNO2  +  H2O  →  NO3-  +  3H+

أحسب شحنات كل طرف بضرب عدد المولات في الشحنة الظاهرة على كل مادة:

HNO2  +  H2O  →  NO3-  +  3H+

ألاحظ أن مجموع الشحنات على يسار المعادلة (0)، وعلى يمينها (+2)؛ لذا أوازن الشحنات بإضافة (2e-) إلى الطرف الأيمن من المعادلة:

 →  NO3-  +  3H+  2e-  HNO2  +  H2O

وبما أن الإلكترونات قد أضيفت على يمين المعادلة، فالمعادلة تمثل نصف تفاعل تأكسد.

ولمساواة عدد الإلكترونات المكتسبة بعدد الإلكترونات المفقودة نضرب معادلة التأكسد في (3)، ومعادلة الاختزال في (1):

(Cr2O72-  +  14H+ +  6e-  2Cr+3  +  7H2O) x 1

 →  NO3-  +  3H+  2e-) x 3  (HNO2  +  H2O

فيصبح عدد الإلكترونات المكتسبة يساوي عدد الإلكترونات المفقودة.

Cr2O72-  +  14H+ +  6e-  2Cr+3  +  7H2O

 →  3NO3-  +  9H+  6e-  3HNO2  +  3H2O

أحذف الإلكترونات من الطرفين، وأختصر المتشابهات (H2O) و (H+)، وأجمع المعادلتين:

Cr2O72-  +  3HNO2  +  5H+  2Cr+3  +  3NO3-  +  4H2O

 

مثال (2):

يتم التفاعل الآتي في وسط حمضي، أجيب على الأسئلة التي تليه:

Cr3+ + CO2  Cr2O72- + C2H6O  →

  1. وازن المعادلة بطريقة نصف التفاعل.
  2. حدد العامل المؤكسد.
  3. ما عدد تأكسد الكروم في الأيون (Cr2O72-
  4. ما عدد الإلكترونات المكتسبة أو المفقودة في التفاعل السابق؟
  5. كم مولاً من Cr2O72- يلزم لأكسدة مول واحد من C2H6O ؟

 

الحل:

1- أقسم المعادلة إلى نصفين:

Cr2O72-  →  Cr+3

→  CO2                  C2H6O

أختار أحد نصفي المعادلة وأوازنه باتباع الخطوات الآتية:

Cr2O72-  →  Cr+3

أوازن الذرات ما عدا الأكسجين والهيدروجين؛ أي ذرات (Cr):

Cr2O72-  →  2Cr+3

أوازن الأكسجين بإضافة (7H2O) إلى الطرف الأيمن من المعادلة:

Cr2O72-  →  2Cr+3  +  7H2O

أوازن الهيدروجين بإضافة (14H+) إلى الطرف الأيسر من المعادلة:

Cr2O72-  +  14H+  2Cr+3  +  7H2O

أحسب شحنات كل طرف بضرب عدد المولات في الشحنة الظاهرة على كل مادةن بضرب عدد مولات كل مادة في الشحنة الظاهرة:

Cr2O72-  +  14H+  2Cr+3  +  7H2O

ألاحظ أن مجموع الشحنات على يسار المعادلة (+12)، وعلى يمينها (+6)؛ لذا أوازن الشحنات بإضافة (6e-) إلى الطرف الأيسر من المعادلة:

Cr2O72-  +  14H+ +  6e-  2Cr+3  +  7H2O

وبما أن الإلكترونات قد أضيفت إلى يسار المعادلة، فالمعادلة تمثل نصف تفاعل اختزال.

 

نصف المعادلة الثاني:

→  CO2                  C2H6O

أوازن الذرات ما عدا الأكسجين والهيدروجين؛ أي ذرات (C):

→  2CO2                  C2H6O

أوازن الأكسجين بإضافة (H2O) إلى الطرف الأيسر من المعادلة:

C2H6O  +  3H2O  →  2CO2 

أوازن الهيدروجين بإضافة (12H+) إلى الطرف الأيمن من المعادلة:

C2H6O  +  3H2O  →  2CO2 + 12H+

أحسب شحنات كل طرف بضرب عدد المولات في الشحنة الظاهرة على كل مادة:

C2H6O  +  3H2O  →  2CO2 + 12H+

ألاحظ أن مجموع الشحنات على يسار المعادلة (0)، وعلى يمينها (+12)؛ لذا أوازن الشحنات بإضافة (12e-) إلى الطرف الأيمن من المعادلة:

C2H6O  +  3H2O  →  2CO2 + 12H+  +  12e-

وبما أن الإلكترونات قد أضيفت على يمين المعادلة، فالمعادلة تمثل نصف تفاعل تأكسد.

بضرب نصف التفاعل التأكسد في (1)، ونصف تفاعل الاختزال في (2):

(C2H6O + 3H2O → 2CO2 + 12H+  + 12e-) x 1

2Cr3+ + 7H2O) x 2 Cr2O72- + 6e- +  14H+)

تصبح المعادلتين:

C2H6O + 3H2O → 2CO2 + 12H+  + 12e-

4Cr3+ + 14H2O   2Cr2O72- + 12e- +  28H+

 

وبحذف الإلكترونات والمواد الزائدةن وجمع المعادلتين:

        2Cr2O72- + C2H6O + 16H+  →  4Cr3+ + 2CO2 + 11H2O

 

التحقق من موازنة الشحنات:

2- العامل المؤكسد: Cr2O72-

3- عدد تأكسد الكروم = +6

4- (12) إلكترون.

يلزم (2) مول.

 

سؤال 1 :

يتم التفاعل الآتي في وسط حمضي، أجب على الأسئلة التي تليه:

As2O3 + NO3-   →   H3AsO4 + NO

  1. وازن المعادلة بطريقة نصف التفاعل (أيون - إلكترون).
  2. حدد العامل المؤكسد.
  3. حدد العامل المختزل.
  4. ما عدد تأكسد الزرنيخ As في كل من As2O3 و H3AsO4 ؟
  5. ما مقدار التغير في عدد تأكسد الزرنيخ؟

 

سؤال 2 :

يتم التفاعل الآتي في وسط حمضي، أجب على الأسئلة التي تليه:

MnO4-  +  ClO3-   →  Mn2+ + ClO4-

  1. اكتب نصف تفاعل التأكسد موزوناً.
  2. اكتب نصف تفاعل الاختزال موزوناً.
  3. حدد العامل المختزل.
  4. ما عدد مولات الإلكترونات المكتسبة أو المفقودة في التفاعل؟
  5. ما مقدار التغير في عدد تأكسد المنغنيز؟

 

سؤال 3 :

يتم التفاعل الآتي في وسط حمضي، أجب على الأسئلة التي تليه:

NO2 → NO + NO3-

  1. وازن المعادلة بطريقة نصف التفاعل (أيون - إلكترون).
  2. حدد العامل المؤكسد.

 

سؤال 4 :

يتم التفاعل الآتي في وسط حمضي، أجب على الأسئلة التي تليه:

IPO4   →  I2 + IO3- + H2PO4-

  1. وازن المعادلة بطريقة نصف التفاعل.
  2. حدد العامل المختزل في التفاعل.

 

سؤال 6 :

التفاعل الآتي يحدث في وسط حمضي:                                                               

 Zn + NO3-    Zn2+ + NH4+

  1. ما صيغة العامل المؤكسد في التفاعل؟
  2. ما عدد تأكسد النيتروجين في NH4+ ؟
  3. اكتب المعادلة الموزونة لنصف تفاعل التأكسد.
  4. اكتب المعادلة الموزونة لنصف تفاعل الاختزال.

 

إعداد : أ. أحمد الحسين

21 / 11 / 2022

النقاشات