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^-                  Cr₂O₇^2- + HNO₂ →

الحل:

أقسم المعادلة إلى نصفين:

Cr₂O₇^2-  →  Cr⁺³

→  NO₃^-                  HNO₂

أختار أحد نصفي المعادلة وأوازنه باتباع الخطوات الآتية:

Cr₂O₇^2-  →  Cr⁺³

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

Cr₂O₇^2-  →  2Cr⁺³

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

Cr₂O₇^2-  →  2Cr⁺³  +  7H₂O

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

Cr₂O₇^2-  +  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:

Cr₂O₇^2-  +  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:

Cr₂O₇^2-  +  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):

(Cr₂O₇^2-  +  14H⁺ +  6e^- →  2Cr⁺³  +  7H₂O) x 1

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

فيصبح عدد الإلكترونات المكتسبة يساوي عدد الإلكترونات المفقودة.

Cr₂O₇^2-  +  14H⁺ +  6e^- →  2Cr⁺³  +  7H₂O

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

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

Cr₂O₇^2-  +  3HNO₂  +  5H⁺ →  2Cr⁺³  +  3NO₃^-  +  4H₂O

مثال (2):

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

Cr³⁺ + CO₂  Cr₂O₇^2- + C₂H₆O  →

1. وازن المعادلة بطريقة نصف التفاعل.
2. حدد العامل المؤكسد.
3. ما عدد تأكسد الكروم في الأيون (Cr₂O₇^2-)؟
4. ما عدد الإلكترونات المكتسبة أو المفقودة في التفاعل السابق؟
5. كم مولاً من Cr₂O₇^2- يلزم لأكسدة مول واحد من C₂H₆O ؟

الحل:

1- أقسم المعادلة إلى نصفين:

Cr₂O₇^2-  →  Cr⁺³

→  CO₂                  C₂H₆O

أختار أحد نصفي المعادلة وأوازنه باتباع الخطوات الآتية:

Cr₂O₇^2-  →  Cr⁺³

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

Cr₂O₇^2-  →  2Cr⁺³

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

Cr₂O₇^2-  →  2Cr⁺³  +  7H₂O

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

Cr₂O₇^2-  +  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:

Cr₂O₇^2-  +  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:

Cr₂O₇^2-  +  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 → Cr₂O₇^2- + 6e^- +  14H⁺)

تصبح المعادلتين:

C₂H₆O + 3H₂O → 2CO₂ + 12H⁺  + 12e^-

4Cr³⁺ + 14H₂O  → 2Cr₂O₇^2- + 12e^- +  28H⁺

وبحذف الإلكترونات والمواد الزائدةن وجمع المعادلتين:

        2Cr₂O₇^2- + C₂H₆O + 16H⁺  →  4Cr³⁺ + 2CO₂ + 11H₂O

التحقق من موازنة الشحنات:

2- العامل المؤكسد: Cr₂O₇^2-

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.