التأكسد واالختزال الخاليا الكهركيميائية 95

الفصل األول التأكسد واالختزال Oxidation and Reduction النتاجات المتوقعة منك عزيزي الطالب وهي: االختزال عدد التأكسد العامل المؤكسد 1 توضح المقصود بكل من المفاهيم اآلتية: التأكسد العامل المختزل والتأكسد واالختزال الذاتي. 2 تحسب عدد التأكسد لذرات العناصر في المركبات المختلفة. 3 توازن معادالت التأكسد واالختزال بطريقة نصف التفاعل. 4 تعطي امثلة على استخدامات تفاعالت التأكسد واالختزال في الحياة. 96

ا أول مفهوم التأكسد والخت ز ال بداية تم تعريف التأكسد بأنه اتحاد المادة مع األكسجين كما تم تعريف االختزال بأنه عملية نزع األكسجين من خامات األكاسيد. وبما أن هذا التعريف غير شامل تم التوصل إلى تعريف أخر للتأكسد ولالختزال وهو: التأكسد: عملية فقد المادة لإللكترونات خالل التفاعل. االختزال: عملية كسب المادة لإللكترونات خالل التفاعل. Zn + 2Ag + ادرس التفاعل الكيميائي اآلتي ثم أجب عما يليه: + 2Ag 1 ما التغير الذي حدث على ذرة Zn 2 ما التغير الذي حدث على ذرة + Ag Zn 2+ مثال نالحظ تحول ذرة الخارصين Zn إلى أيون الخارصين الثنائي الموجب +2 Zn وذلك من خالل فقدها لإللكترونات كما في نصف التفاعل اآلتي: Zn Zn 2+ + 2e وبذلك يسمى هذا النصف من التفاعل )نصف تفاعل تأكسد( كما نالحظ أيضا تحول أيون الفضة + Ag األحادي الموجب إلى ذرة الفضة لإللكترونات كما في نصف التفاعل اآلتي: Ag وعليه يسمى هذا النصف من التفاعل )نصف تفاعل االختزال( Ag وذلك من خالل كسبه 2Ag + + 2e ونالحظ أن عدد اإللكترونات المفقودة يساوي عدد اإللكترونات المكتسبة وعليه نستطيع جمع أنصاف التفاعل للحصول على التفاعل الكلي كما يلي: Zn Zn 2+ 2Ag + + 2e + 2e Ag Zn + 2Ag + Zn 2+ + 2Ag 97

مساحة لإلجابة H 2 + F 2 فكر هل يمكن اعتبار تفاعل 2HF اإللكترونات واكتسابها كليا تفاعل تأكسد واختزال رغم عدم فقد السؤال االن: هل هناك قصور في تعريف التأكسد واالختزال بأنهما خسارة أو كسب لإللكترونات بما أن هناك تفاعالت تأكسد واختزال ال تتضمن انتقاال كامال لإللكترونات فهذا يشير إلى وجود قصور في تعريف التأكسد واالختزال بأنهما خسارة أو كسب لإللكترونات. وبسبب ذلك أصبح من الضروري الحديث عن مفهوم أكثر شموال ليعبر عن تفاعالت التأكسد واالختزال وهو مفهوم عدد لتأكسد. عدد التأكسد عدد التأكسد في المركبات األيونية هو: الشحنة الفعلية أليون الذرة. عدد التأكسد في المركبات الجزيئية هو: الشحنة التي يفترض أن تكتسبها الذرة المكونة للرابطة التساهمية مع ذرة أخرى فيما لو كسبت الذرة التي لها أعلى كهرسلبية إلكترونات الرابطة كلي ا وخسرت األخرى هذه اإللكترونات. H 2 + Cl 2 2HCl وهنا تحمل ذرة الهيدروجين) H ( شحنة جزيئية موجبة وذرة الكلور) Cl ( شحنة جزيئية سالبة الن كهرسلبية )Cl( أعلى منها للهيدروجين) H (. 98

قواعد عدد التأكسد تعبر أعداد التأكسد عن عدد اإللكترونات التي يتم فقدها أو اكتسابها أو المشاركة بها وقد يكون عدد التأكسد موجبا أو سالبا أو صفرا ولحساب عدد التأكسد قواعد عامة وهي: 1 يكون عدد تأكسد العنصر الحر)المنفرد( يساوي صفرا مثل: Na, Al, B, O 2, H 2, Cu, P 4, F 2 عدد تأكسد األيون البسيط )المكون من ذرة واحدة( يساوي شحنة ذلك األيون مثل: 2 = O 2 1 = Cl 3+ = Al +3 1+ = Na + أ(عدد تأكسد عناصر المجموعة األولى ( الفلزات القلوية )IA يساوي +1 مثل: 2 3 K +, Na +, Li + ب(عدد تأكسد عناصر المجموعة الثانية ( الفلزات القلوية الترابية )IIA يساوي +2 مثل: 1 ج( عدد تأكسد االلمنيوم ( 3+ )Al Mg +2, Ca +2, Ba +2 يساوي +3 4 عدد تأكسد عناصر المجموعة السابعة )الهالوجيناتVIIA ( يساوي مع الفلزات فقط مثل: Br, Cl, I ما عدا الفلور ( F( يكون دائما 1 في جميع المركبات 5 عدد تأكسد الهيدروجين) H ( يساوي +1 في جميع المركبات باستثناء: هيدريدات الفلزات فيكون عدد تأكسده يساوي 1 مثل: AlH 3, BaH 2, NaH 6 عدد تأكسد األكسجين في مركباته يساوي 2 في جميع المركبات باستثناء: أ( فوق األكاسيد يكون عدد تأكسده يساوي 1 مثل: H 2 O 2 ب( مع الفلور يكون عدد تأكسده يساوي +2 وذلك الن الفلور أعلى كهرسلبية من األكسجين فيحمل الشحنة السالبة بينما يحمل األكسجين الشحنة الموجبة مثل: F 2 O أو OF 2 7 في المركبات المتعادلة يكون مجموع أعداد التأكسد لجميع الذرات يساوي صفر. 8 مجموع أعداد التأكسد لجميع الذرات في األيون متعدد الذرات يساوي شحنة األيون. 99

مساحة لإلجابة القاعدة المستخدمة في إيجاد عدد تأكسد عنصر ما الشحنة الكلية= )عدد ذرات العنصر األول عدد تأكسده( + )عدد ذرات العنصر الثاني عدد تأكسده(+... Cr 2 Cr 2 O 7 3 ما عدد تأكسد الكروم Cr في كل من: CrO 2 عدد تأكسده( + )عدد ذرات عدد تاكسده( = الشحنة الكلية 2 ( 3 )2 + ( 1 عدد تأكسد )Cr = صفر Cr عدد تأكسد = Cr 6+ عدد تأكسده( + )عدد ذرات عدد تاكسده( = الشحنة الكلية CrO 3 ( عدد ذرات O ( عدد ذرات O ( 2 )2 + ( 1 عدد تأكسد )Cr = 1 عدد تأكسد = Cr 3+ عدد تأكسده( + )عدد ذرات Cr عدد تاكسده( = الشحنة الكلية 7( )2 + ( 2 عدد تأكسد )Cr = 2 6+ = Cr ( عدد ذرات O 1 مثال عدد تأكسد CrO 3 )1 CrO 2 2 Cr 2 O 7 )2 )3 ( Li 4 C, VO 3 سؤال: ما عدد تأكسد ما تحته خط في كل مما يأتي:, P 2 O 5, IO 3, AlCl 3 ) 100

مفهوم التأكسد واالختزال باالعتماد على عدد التأكسد ان تفاعالت التأكسد واالختزال يرافقها تغير في أعداد التأكسد لبعض ذرات العناصر في التفاعل إذ يزداد عدد التأكسد للذرات التي تأكسدت في حين يقل عدد التأكسد للذرات التي اختزلت. عالقة التأكسد واالختزال بعدد التأكسد تأكسد زيادة عدد التأكسد نقصان اختزال التأكسد: زيادة في عدد التأكسد. االختزال: نقصان في عدد التأكسد. بين الذرات التي تأكسدت والذرات التي التفاعل اآلتي: Fe +2 + Cu اختزلت باستخدام التغير في أعداد التأكسد في Fe + Cu +2 مثال أوال : نحدد عدد تأكسد كل ذرة في التفاعل: صفر 2+ 2+ Fe +2 + Cu صفر Fe + Cu +2 ثانيا : نحدد التغير في عدد التأكسد لتحديد الذرات الت تأكسدت والتي اختزلت: زيادة في عدد التأكسد)تأكسد( 2+ 2+ Fe +2 صفر صفر Fe + Cu +2 + Cu نقصان في عدد التأكسد)اختزال( الذرة التي تأكسدت هي الحديد والذرة التي اختزلت هي النحاس 101

مساحة لإلجابة سؤال: حدد الذرات التي تأكسدت والذرات التي اختزلت في التفاعالت اآلتية: 1. 6HCl + 2Al 2AlCl 3 + H 2 2. CH 4 + 2O 2 CO 2 + 2H 2 O 3. Fe 2 O 3 + 3C 2Fe + 3CO سؤال صفحة... 60 يتفاعل الكلور مع الصوديوم إلنتاج كلوريد الصوديوم حسب المعادلة االتية: 2Na + Cl 2 2NaCl حدد ذرة العنصر التي تأكسدت وذرة العنصر التي اختزلت. اكتب نصفي تفاعل التأكسد واالختزال في التفاعل. اإلجابة: ذرة الصوديوم Na تأكسدت وذرة الكلور Cl اختزلت. Na e Na + + نصف تفاعل التأكسد: Cl2 + 2e 2Cl نصف تفاعل االختزال: سؤال صفحة... 63 ما عدد تأكسد الذرة التي تحتها خط في كل مما يأتي: HPO 2, Cr 2 4, KClO 3, BF 3 2 O 7 يتبع اإلجابة... 102

اإلجابة: :Cr 2 2 O 7 2 = )2 7( + ) 2 س( س = 6+ :BF 3 صفر= )1 3( + ) 1 س( س = 3+ :KClO 3 صفر= )2 3( + ) 1 س( + )1+ 1( س = 5+ :HPO 2 4 2 = )2 4( + ) 1 س( + )1+ 1( س = 5+ سؤال صفحة... 66 حدد الذرات التي تأكسدت والذرات التي اختزلت في كل من المعادلتين االتيتين باالعتماد على التغير عدد التأكسد: SnO 2 + 2C Sn + 2CO MnO 2 + 4HCl MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O اإلجابة: زيادة في عدد التأكسد )تأكسد( 4+ 2 SnO 2 صفر صفر 2+ 2 + 2C Sn + 2CO القصدير) Sn ( اختزل و الكربون) C ( تأكسد نقصان في عدد التأكسد)اختزال( زيادة في عدد التأكسد)تأكسد( 4+ 2 MnO 2 1+ 1 2+ 2 + 4HCl MnCl 2 + صفر Cl 2 1+ 2 + 2H 2 O نقصان في عدد التأكسد)اختزال( المنغنيز) Mn ( اختزل و الكلور) Cl ( تأكسد 103

ثانيا العوامل المؤكسدة والعوامل المخت ز لة التأكسد: هو فقد المادة لإللكترونات )زيادة في عدد التأكسد( وتسمى المادة التي تأكسدت عامل مختزل ألنها تختزل المادة األخرى. االختزال: هو كسب المادة لإللكترونات )نقصان في عدد التأكسد( وتسمى المادة التي اختزلت عامل مؤكسد ألنها ت أكسد المادة األخرى. يعد المركب كامال أو األيون عامال مؤكسدا أو عامال مختزال وليس الذرة فقط مثال بين الذرات التي تأكسدت والذرات التي اختزلت باستخدام التغير في أعداد التأكسد العامل المؤكسد والعامل المختزل في التفاعل اآلتي: Fe + Cu +2 Fe +2 + Cu حدد ثم أوال : نحدد عدد تأكسد كل ذرة في التفاعل: صفر 2+ 2+ Fe +2 + Cu صفر Fe + Cu +2 ثانيا : نحدد التغير في عدد التأكسد لتحديد الذرات الت تأكسدت والتي اختزلت: زيادة في عدد التأكسد)تأكسد( 2+ Pb +2 2+ Ni +2 صفر صفر Ni + + Pb نقصان في عدد التأكسد)اختزال( Ni الذرة التي تأكسدت هي النيكل والذرة التي اختزلت هي الرصاص العامل المؤكسد هو أيون الرصاص Pb +2 والعامل المختزل هو النيكل 104

مساحة لإلجابة مساحة لإلجابة سؤال: حدد الذرات التي تأكسدت والذرات التي اختزلت ثم حدد العامل المؤكسد والعامل المختزل في التفاعالت اآلتية: 1. 6HCl + Zn ZnCl 2 + H 2 2. 2NO + O 2 2NO 2 3. MnO 2 + 4HCl MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O مثال هل يحتاج حدوث نصف التفاعل اآلتي إلى عامل مؤكسد أم عامل مختزل فسر إجابتك. Fe +3 + 3e Fe نحدد طبيعة نصف التفاعل وبما أن اإللكترونات في المواد المتفاعلة نستنتج أنه نصف تفاعل اختزال. أي أن أيونات الحديد 3+ Fe قد اختزلت وكي يتم اختزال هذه األيونات فالبد من وجود عامل مختزل يختزلها. وعليه فإن نصف التفاعل يحتاج لعامل مختزل. سؤال: هل يحتاج حدوث أنصاف التفاعالت اآلتية إلى عامل مؤكسد أم عامل مختزل فسر إجابتك. 1. Na Na + + e 2. 4e + O 2 + 4H + 2H 2 O 105

مساحة لإلجابة التأكسد واالختزال الذاتي هو وجود مواد تسلك في بعض الحاالت كعامل مؤكسد وعامل مختزل في نفس التفاعل Cl 2 مثال حدد العامل المؤكسد والعامل المختزل في التفاعل اآلتي: + 2OH Cl + ClO +H 2 O أوال : نحدد عدد تأكسد كل ذرة في التفاعل: 2+ 1+ 1 1+ 2 صفر +1 صفر Cl + 2OH Cl + ClO 2 +H 2 O ثانيا : نحدد التغير في عدد التأكسد لتحديد الذرات الت تأكسدت والتي اختزلت: زيادة في عدد التأكسد)تأكسد( صفر Cl 2 2+ 1+ + 2OH 1 Cl 1+ 2 + ClO صفر +1 +H 2 O نقصان في عدد التأكسد)اختزال( نالحظ أن Cl 2 تأكسد فهو عامل مختزل كما أن Cl 2 نفسه قد اختزل في نفس التفاعل فهو عامل مؤكسد وبذلك يسمى هذا التفاعل تفاعل تأكسد واختزال ذاتي. سؤال: حدد العامل المؤكسد والعامل المختزل في التفاعل اآلتي: 2H 2 O 2 2H 2 O + O 2 هناك مواد قد تسلك كعامل مؤكسد في تفاعل كيميائي وكعامل مختزل في تفاعل كيميائي ذلك الهيدروجين: آخر مثال )هنا يسلك H 2 2Na + H 2 2NaH H 2 + Cl 2 2HCl H 2 )هنا يسلك كعامل مؤكسد( كعامل مختزل( 106

سؤال صفحة... 68 حدد العامل المؤكسد والعامل المختزل في التفاعليين اآلتيين: ZnSO 4 + Mg Zn + MgSO 4 2FeCl 3 + SnCl 2 2FeCl 2 + SnCl 4 أي نصفي التفاعليين اآلتيين يحتاج لعامل مؤكسد وأيهما يحتاج لعامل مختزل Cr 3+ + 3e Cr 2H O + 4H + + 4e 2 O 2 اإلجابة: الفرع األول: 2+ 6+ 2 ZnSO 4 صفر صفر + Mg 2+ 6+2 Zn + MgSO 4 عامل مؤكسد و Mg عامل مختزل زيادة في عدد التأكسد )تأكسد( زيادة في عدد التأكسد )تأكسد( نقصان في عدد التأكسد)اختزال( ZnSO 4 3+ 1 2+ 1 2+ 1 4+ 1 2FeCl 3 + SnCl 2 2FeCl 2 + SnCl 4 نقصان في عدد التأكسد)اختزال( يحتاج عامل مختزل يحتاج عامل مؤكسد Cr 3+ + 3e 2H 2 O FeCl 3 عامل مؤكسد و SnCl 2 عامل مختزل الفرع الثاني: O 2 Cr + 4H + + 4e سؤال صفحة... 68 في أي التفاعليين اآلتيين يكون سلوك النيتروجين N 2 كعامل مؤكسد وفي أيهما يكون سلوكه كعامل مختزل. N 2 + 2O 2 2NO 2 N 2 + 3H 2 2NH 3 اإلجابة: N 2 عامل مختزل + 2O 2 2NO 2 N 2 عامل مؤكسد + 3H 2 2NH 3 107

سؤال صفحة... 69 بي ن سلوك البروم Br 2 كعامل مؤكسد وكعامل مختزل في التفاعل االتي: 2OH + Br BrO + Br 2 + H 2 O اإلجابة: عامل مختزل زيادة في عدد التأكسد)تأكسد( 2 1+ 2OH صفر + Br 2 1+ 2 BrO 1 + Br 1+ 2 + H 2 O نقصان في عدد التأكسد)اختزال( عامل مؤكسد 108

ثالثا موازنة معادلت التأكسد والخت ز ال بطريقة نصف التفاعل)أيونإلكتون( يجب توفر الشرطيين اآلتيين كي تكون المعادلة الكيميائية موزونة: 1 قانون حفظ المادة وينص على: تساوي أعداد الذرات وأنواعها في طرفي المعادلة الكيميائية. 2 قانون حفظ الشحنة وينص على: تساوي المجموع الجبري للشحنات في طرفي المعادلة الكيميائية. خطوات الموازنة بطريقة نصف التفاعل نقسم التفاعل إلى نصفين اعتمادا على المواد المتفاعلة والناتجة. نوازن ذرات العناصر وذلك بتساوي أعداد الذرات وأنواعها في طرفي المعادلة الكيميائية. نوازن الشحنة الكهربائية وذلك بتساوي المجموع الجبري للشحنات في طرفي المعادلة الكيميائية. نساوي أعداد اإللكترونات المفقودة والمكتسبة. نجمع نصفي التفاعل للحصول على معادلة التفاعل الموزونة. 1 2 3 4 5 وازن معادلة التفاعل اآلتية: مثال Cu + Au 3+ Cu 2+ + Au 1 نقسم التفاعل إلى نصفين: Cu Cu +2 Au +3 Au 2 نوازن الذرات وهنا الذرات متساوية عددا ونوعا 3 نوازن الشحنة الكهربائية: في النصف األول نالحظ أن عدد التأكسد زاد بمقدار 2 نتيجة فقد اإللكترونات أي ان Cu تأكسد ولذلك نضع إلكترونين في المواد الناتجة: Cu 2e Cu +2 + )نصف تفاعل تأكسد( في النصف الثاني نالحظ أن عدد التأكسد نقص بمقدار 3 نتيجة كسب اإللكترونات أي ان Au اختزل ولذلك نضع 3 إلكترونات في المواد المتفاعلة: Au +3 + 3e Au )نصف تفاعل اختزال( 4 نساوي عدد اإللكترونات المفقودة والمكتسبة: 3 ( Cu Cu +2 + 2e ) 2 (Au +3 + 3e Au ( 5 نجمع نصفي التفاعل: 3Cu 3Cu +2 + 6e 2Au +3 + 6e 2Au 3Cu + 2Au +3 3Cu +2 + 2Au 109

مساحة لإلجابة مساحة لإلجابة سؤال: وازن معادلة التفاعل اآلتية: Ag + + Ni Ni 2+ + Ag سؤال: وازن معادلة التفاعل اآلتية: Fe 3+ + Sn Sn 2+ + Fe 110

موازنة المعادالت في وسط حمضي هناك اختالف في موازنة تفاعالت التأكسد واالختزال التي تحدث في وسط حمضي حيث أن للماء وأيون الهيدروجين + H دور هام في موازنة المعادالت الكيميائية في الوسط الحمضي ولمعرفة كيفية موازنة المعادالت في الوسط الحمضي اتبع الخطوات اآلتية: 1 نقسم التفاعل إلى نصفين اعتمادا على المواد المتفاعلة والناتجة. 2 نوازن كل نصف تفاعل على النحو اآلتي: أ نوازن ذرات العناصر عدا األكسجين والهيدروجين. ب نووووازن ذرات األكسوووجين بإضوووافة عووودد مووون جزيئوووات المووواء H 2 O يسووواوي الفووورق فوووي ذرات األكسووجين بووين المووواد المتفاعلووة والناتجووة إلووى الطوورف الووذي يحتوووي أقوول عوودد موون ذرات األكسجين. ج نوازن ذرات الهيدروجين بإضافة عدد من أيونات الهيدروجين + H يساوي الفرق في ذرات الهيدروجين بين المواد المتفاعلة والناتجة إلى الطرف الذي يحتوي أقل عدد من ذرات الهيدروجين. د نووازن الشوحنة الكهربائيوة وذلوك بتسواوي المجمووع الجبوري للشوحنات فوي طرفوي المعادلوة الكيميائية من خالل إضافة عدد من اإللكترونات إلى أحد الطرفين. 3 نساوي أعداد اإللكترونات المفقودة والمكتسبة. 4 نجمع نصفي التفاعل للحصول على معادلة التفاعل الموزونة. 111

وازن المعادلة اآلتية بطريقة نصف التفاعل في وسط حمضي: مثال BiO 3 4 + ClO 2 Bi 3+ + ClO 4 1 نقسم التفاعل إلى نصفين: BiO 3 4 Bi 3+ ClO 2 ClO 4 2 نوازن كل نصف تفاعل على النحو اآلتي: أ نوازن ذرات العناصر عدا األكسجين والهيدروجين وهنا عدد ذرات Bi متساوي. BiO 3 4 Bi 3+ ب نوازن ذرات األكسجين بإضافة عدد من جزيئات الماء H 2 O يساوي الفرق في ذرات األكسجين بين المواد المتفاعلة والناتجة إلى الطرف الذي يحتوي أقل عدد من ذرات األكسجين. وهنا عدد ذرات األكسجين في المواد المتفاعلة =4 بينما في المواد الناتجة = صفر لذا نضيف 4 جزيئات من الماء H 2 O إلى المواد الناتجة. BiO 3 4 Bi 3+ + 4H 2 O ج نوازن ذرات الهيدروجين بإضافة عدد من أيونات الهيدروجين H يساوي الفرق في ذرات الهيدروجين بين المواد المتفاعلة والناتجة إلى الطرف الذي يحتوي أقل عدد من ذرات الهيدروجين وهنا عدد ذرات الهيدروجين في المواد الناتجة = 8 وفي المواد المتفاعلة =صفر لذا نضيف 8 أيونات من H إلى المواد المتفاعلة. BiO 3 4 + 8H + Bi 3+ + 4H 2 O د نوازن الشحنة الكهربائية وذلك بتساوي المجموع الجبري للشحنات في طرفي المعادلة الكيميائية من خالل إضافة عدد من اإللكترونات إلى أحد الطرفين. 5+ 3+ 112 3 8+ صفر +3 Bi 3+ BiO 3 4 + 8H + + 4H 2 O لذا نضيف 2 إلكترون إلى المواد المتفاعلة BiO 3 4 + 8H + + 2e Bi 3+ + 4H 2 O )نصف تفاعل اختزال( 3 نطبق الخطوات السابقة على نصف التفاعل الثاني: أ نوازن ذرات العناصر عدا األكسجين والهيدروجين وهنا عدد ذرات Cl متساوي. ClO 2 ClO 4 ب نوازن ذرات األكسجين بإضافة عدد من جزيئات الماء H 2 O يساوي الفرق في ذرات األكسجين بين المواد المتفاعلة والناتجة إلى الطرف الذي يحتوي أقل عدد من ذرات األكسجين. وهنا عدد ذرات األكسجين في المواد المتفاعلة =2 بينما في المواد الناتجة = 4 لذا نضيف جزيئين من الماء H 2 O إلى المواد المتفاعلة. ClO 2 + 2H 2 O ClO 4

ج نوازن ذرات الهيدروجين بإضافة عدد من أيونات الهيدروجين + H يساوي الفرق في ذرات الهيدروجين بين المواد المتفاعلة والناتجة إلى الطرف الذي يحتوي أقل عدد من ذرات الهيدروجين وهنا عدد ذرات الهيدروجين في المواد الناتجة = صفر وفي المواد المتفاعلة =4 لذا نضيف 4 أيونات من + H إلى المواد الناتجة. ClO + 2H + 4H + 2 2 O ClO 4 د نوازن الشحنة الكهربائية وذلك بتساوي المجموع الجبري للشحنات في طرفي المعادلة الكيميائية من خالل إضافة عدد من اإللكترونات إلى أحد الطرفين. 1 3+ ClO 2 + 2H 2 O 1 ClO 2 صفر 1 + 2H + 4H + 2 O ClO 4 لذا نضيف 4 إلكترونات إلى المواد الناتجة ClO + 4H + + 4e 4 )نصف تفاعل تأكسد( 4+ نساوي عدد اإللكترونات المفقودة والمكتسبة وذلك بضرب نصف تفاعل االختزال ب 2 2( BiO 3 + 8H + + 2e Bi 3+ 4 )نصف تفاعل اختزال( O) + 4H 2 4 12H + 2BiO 3 + 16H + + 4e 4 ClO 2 + 2H 2 O ClO 4 2BiO 3 + ClO + 12H + 4 2 6H2O 2Bi 3+ + 8H 2 O + 4H + + 4e 2Bi 3+ + ClO 4 + 6H 2 O 5 نجمع نصفي التفاعل: 113

مساحة لإلجابة 1 2 سؤال: وازن المعادالت اآلتية بطريقة نصف التفاعل في وسط حمضي: Cu + Cl + As 4 O 6 2 MnO 4 + AsH 3 CuCl + As H + Mn 2+ 3 AsO 4 114

موازنة المعادالت في وسط قاعدي هناك اختالف في موازنة تفاعالت التأكسد واالختزال التي تحدث في وسط قاعدي حيث أن للماء وأيون الهيدروكسيد OH دور هام في موازنة المعادالت الكيميائية في الوسط القاعدي ولمعرفة كيفية موازنة المعادالت في الوسط القاعدي اتبع الخطوات اآلتية: نستخدم نفس الخطوات السابقة في موازنة المعادالت الكيميائية في الوسط الحمضي. نساوي أعداد اإللكترونات المفقودة والمكتسبة. نجمع نصفي التفاعل للحصول على معادلة التفاعل الموزونة. نضيف عددا من أيونات OH يساوي عدد أيونات + H إلى طرفي المعادلة. نجمع أيونات OH و + H الموجودة في طرف واحد من المعادلة معا للحصول على جزيئات الماء. نحذف عددا متساويا من جزيئات الماء المشتركة من الطرفين لتبقى جزيئات الماء في أحدهما فقط 1 2 3 4 5 6 مثال وازن المعادلة اآلتية بطريقة نصف التفاعل في وسط قاعدي: BiO 3 + ClO Bi 3+ + ClO 4 2 4 1 قمنا باستخدام خطوات موازنة المعادالت الكيميائية في الوسط الحمضي في المثال السابق وحصلنا على المعادلة اآلتية: 2BiO 3 + 12H + 2Bi 3+ + ClO 4 + ClO 2 4 + 6H 2 O 2 نضيف عددا من أيونات OH يساوي عدد أيونات + H ايونات + H يساوي 12 أيون فتصبح المعادلة: 2Bi 3+ + ClO 4 + 6H 2 O + 12OH إلى طرفي المعادلة وهنا عدد 3 2BiO 4 + ClO 2 + 12H + + 12OH 3 نجمع أيونات OH و + H الموجودة في طرف واحد من المعادلة معا للحصول على جزيئات الماء H 2 O فتصبح المعادلة: 3 2BiO 4 + ClO 2 + 12H 2 O 2Bi 3+ + ClO 4 + 6H 2 O + 12OH 4 نحذف عددا متساويا من جزيئات الماء المشتركة من الطرفين لتبقى جزيئات الماء في أحدهما فقط فتصبح المعادلة: 2BiO 4 2BiO 4 3 3 + ClO 2 + ClO 2 6H 2 O + 12H 2 O + 6H 2 O 2Bi 3+ + ClO + 6H 2 O + 12OH 4 2Bi 3+ + ClO + 12OH 4 115

مساحة لإلجابة 1 Sb 2 S 3 2 VO + 2 3 IPO 4 سؤال: وازن المعادالت اآلتية بطريقة نصف التفاعل في وسط قاعدي: + NO 3 + V 2+ I 2 VO 2+ + IO 3 Sb 2 O 5 + H 2 PO 4 + S + NO 116

سؤال صفحة... 70 وازن المعادلة الكيميائية اآلتية بطريقة المحاولة والخطأ ثم تحقق من قانوني حفظ المادة والشحنة في طرفي المعادلة: Al + Cl 2 AlCl 3 لماذا تعد المعادلة الكيميائية االتية غير موزونة: Cu + Au 3+ Cu 2+ + Au 2Al + 3Cl 2 2AlCl 3 اإلجابة: الفرع األول: الفرع الثاني: لعدم تحقق قانون حفظ الشحنة ألن المجموع الجبري للشحنات في المواد المتفاعلة = 3+ وفي المواد الناتجة = 2+ MnO 4 As 2 O 3 MnO4 + 8H + + 5e Mn 2+ + 4H2O ClO3 + H2O ClO4 + 2H + +2e 2 (MnO4 + 8H + + 5e Mn 2+ + 4H2O) 5 )ClO3 + H2O ClO4 + 2H + +2e ( 6H + سؤال صفحة... 75 وازن المعادلتين اآلتيتين بطريقة نصف التفاعل في وسط حمضي: + ClO Mn 2+ + ClO 3 4 + NO 3 H 3 AsO 4 + NO اإلجابة: 3H2O 2MnO4 + 16H + + 10e 2Mn 2+ + 8H2O 5ClO3 + 5H2O 5ClO4 + 10H + +10e 2MnO4 + 5ClO3 + 6H + 2Mn 2+ + 5ClO4 + 3H2O 3(As + 5H +4H + + 4e 2 O 3 2 O 2H 3 AsO 4 ) 4(NO +3e + 4H + 3 NO + 2H 2 O) 7H2O 3As + 15H +12H + + 12e 2 O 3 2 O 6H 3 AsO 4 4NO + 12e + 16H + 3 4NO + 8H 2 O 4H + 3As + 4NO + 7H 2 O + 4H + 2 O 3 3 6H 3 AsO 4 + 4NO 117

سؤال صفحة... 77 وازن المعادلة اآلتية بطريقة نصف التفاعل في وسط قاعدي ثم حدد العامل المؤكسد والمختزل فيها: S 2 + I SO 2 + I 2 4 اإلجابة: 4 ( I + 2e 2I 2 ) S 2 + 4H 2 O SO 4 4I + 8e 8I 2 S 2 + 4H 2 O SO 4 2 2 + 8H + +8e + 8H + + 8e S 2 + 4I + 4H 2 2 2 O SO 4 + 8I + 8H + S 2 S 2 S 2 + 4I 2 + 4I 2 + 4I 2 + 4H SO 2 + 8I + 8H + + 8OH 2 O + 8OH 4 4H2O + 4H 2 + 8I 2 O + 8OH SO 4 + 8H 2 O + 8OH SO 2 + 8I 4 + 4H 2 O 118

أهميته: حل مشكلة تسخين الوجبات الجاهزة التي رواد الفضاء. مبدأ عمله: يتناولها يتفاعل المغنيسيوم مع الماء فيتأكسد منتجا أكسيد المغنيسيوم حيث يرافق هذا التفاعل توليد حرارة. حرارة Mg + 2H 2 O Mg(OH) 2 + H 2 + ليست الحرارة المطلوبة يضاف الحديد وملح الطعام إلى المغنيسيوم المتفاعل فينطلق من التفاعل طاقة حرارية تقدر ب 355 كيلوجول وهي الحرارة المطلوبة. مكوناته: كيس شبه منفذ يحتوي خليط المغنيسيوم والحديد والملح موضوع في كيس بالستيكي مقاوم للحرارة. طريقة االستخدام: يوضع الكيس شبه المنفذ والوجبة المراد تسخينها والمغلفة جيدا في الكيس البالستيكي المقاوم ثم تضاف إليهما كمية من الماء ويتركان لمدة 10 دقائق. 119

الفصل الثاني الخاليا الكهركيميائية Electrochemical Cells النتاجات المتوقعة منك عزيزي الطالب وهي: 1. تميز أنواع الخاليا الكهركيميائية. 2. تحدد مكونات الخاليا الكهركيميائية وكيفية عمل كل منها. 3. توضح المقصود بجهد الخلية المعياري. 4. ترتب العوامل المختزلة والعوامل المؤكسدة وفق جهود االختزال المعيارية. 5. تحسب جهد الخلية الكهركيميائية وتحدد تلقائية حدوث التفاعل فيها. 6. تتنبأ بنواتج التحليل الكهربائي لمصاهير المركبات األيونية ومحاليلها. 7. تبين بعض التطبيقات العملية للخاليا الكهركيميائية. 125

ا أول الخاليا الغلفانية هي خاليا يحدث فيها تفاعالت تأكسد واختزال تلقائي إلنتاج طاقة كهربائية ومن التطبيقات عليها البطاريات بأنواعها المختلفة. مم تتكون الخلية الغلفانية يبين الشكل اآلتي خلية لقطبي النحاس والخارصين 1 وعائين منفصلين: كل وعاء يحتوي على قطب فلزي مغموس في محلول كهرلي يحتوي على نفس أيونات الفلز. 2 أسالك توصيل: تسمح لإللكترونات باالنتقال بين القطبين. 3 قنطرة ملحية: وهي عبارة عن أنبوب زجاجي على شكل حرف U يحتوي على محلول مشبع ألحد االمالح المشبعة مثل KCl حيث تعمل على: أ( اكمال الدارة الكهربائية عن طريق انتقال األيونات في المحاليل دون اختالطها. ب( موازنة الشحنات الكهربائية في المحاليل. 4 فولتميتر: يستخدم لقياس جهد الخلية. غلفانية وتتكون من: في الخاليا الغلفانية يحدث التأكسد على المصعد )القطب السالب( فيزداد تركيز األيونات في خلية المصعد وتقل كتلة المصعد أما االختزال فيحدث على المهبط )القطب الموجب( فيقل تركيز األيونات في خلية المهبط وتزداد كتلة المهبط. تكون حركة اإللكترونات عبر الدارة الخارجية)االسالك( المهبط )القطب الموجب(. من المصعد )القطب السالب( إلى بينما تكون حركة األيونات السالبة في القنطرة الملحية نحو نصف وعاء خلية المصعد لمعادلة الزيادة في الشحنات الموجبة أما األيونات الموجبة فتتجه إلى نصف وعاء خلية المهبط لمعادلة الزيادة في الشحنات السالبة. 126

مساحة لإلجابة سؤال: ادرس الخلية الغلفانية اآلتية ثم أجب عما يلي: 1 اكتب معادالت أنصاف التفاعل عند كل قطب. )نصف تفاعل التأكسد( Zn (s) Zn 2+ (aq) + 2e Cu 2+ (aq) + 2e )نصف تفاعل اختزال( (s) Cu 2 حدد المصعد والمهبط في الخلية وشحنة كل منهما. المصعد هو قطب الخارصين) Zn ( وشحنته سالبة المهبط هو قطب النحاس) Cu ( وشحنته موجبة 3 ماذا يحدث لكتلة كل من النحاس والخارصين بعد مدة من الزمن. تزداد كتلة النحاس)المهبط( بينما تقل كتلة الخارصين)المصعد( 4 ماذا يحدث لتركيز كل من األيونات يزداد تركيز كل من األيونات +2 Zn و و 2+ Zn SO 4 Cu 2+ 2 SO في نصف خلية النحاس. و 2 4 ويقل تركيز +2 Cu 5 حدد اتجاه حركة اإللكترونات عبر الدارة الخارجية )األسالك(. تتحرك اإللكترونات من قطب الخارصين)المصعد( إلى قطب النحاس)المهبط(. 6 اكتب معادلة التفاعل الكلي للخلية. (aq) + Cu (s) Zn + Cu 2+ (s) (aq) Zn 2+ Sn + 2Ag + (s) (aq) سؤال: إذا علمت ان التفاعل االتي يحدث بصورة تلقائية أجب عما يليه: + 2Ag (s) 1 أكتب أنصاف التفاعالت عند كل قطب. 2 ماذا يحدث لتركيز +2 Sn بعد فترة من الزمن. 3 ما اتجاه حركة األيونات السالبة عبر القنطرة الملحية. 4 ماذا تتوقع أن يحدث لكتلة كل من قطبي Sn و. Ag Sn 2+ (aq) 127

جهد الخلية الغلفانية ينتج التيار الكهربائي في الخلية الغلفانية نتيجة دفع اإللكترونات للتحرك من القطب السالب )المصعد( إلى القطب الموجب )المهبط( عبر األسالك والقوة التي تدفع اإللكترونات تسمى بالقوة الدافعة الكهربائية للخلية وهي أكبر فرق لقيمة فرق الجهد الكهربائي بين القطبين في الخلية الغلفانية وتقاس بوحدة الفولت) V ). ويعتبر جهد الخلية الغلفانية )E( مقياسا للقوة الدافعة للتفاعل وهو يتأثر بعدة عوامل لذلك يقاس في ظروف معيارية وهي: 1. تركيز األيونات ) 1 مول/لتر( 2. درجة الحرارة ) 25 س ) 5 E o 3. ضغط الغاز إن وجد ) 1 ض.ج( ويرمز لجهد الخلية المعياري بالرمز ( o E( ويقاس بوحدة الفولت وعليه يمكن إيجاد جهد القطب للخلية من خالل العالقة االتية: E o خلية = تأكسد)مصعد( E o + اختزال)مهبط( E o إن ميل نصف تفاعل التأكسد للحدوث في قطب معين عكس ميل نصف تفاعل االختزال للقطب نفسه لذا فإن جهد االختزال ( اختزال( لنفس القطب يساوي جهد التأكسد ( اإلشارة لذلك يمكن تمثيل العالقة السابقة على النحو: E o E o = خلية E o اختزال)مهبط( E o اختزال)مصعد( تأكسد( ولكن يعاكسها في E o اختزال)مصعد( E o تأكسد)مصعد( = مثال 2+ Fe + Cu 2+ (aq) Fe احسب جهد الخلية (s) في التفاعل اآلتي (s) (aq) + Cu المعياري علما أن جهد االختزال المعياري لقطب النحاس = 0.34 فولت ولقطب الحديد = 0.44 فولت. من المعادلة أعاله نالحظ: تأكسد ذرات الحديد Fe )المصعد( واختزال أيونات النحاس +2 Cu )المهبط( وعليه: E o خلية = o E اختزال)مهبط( o E اختزال)مصعد( = 0.34 )0.44( = 0.78 فولت 128

مساحة لإلجابة سؤال: في التفاعل االتي (s) + Ni 2+ (aq) Cd 2+ (aq) + Ni المعياري لقطب للكادميوم = Cd 0.40 فولت ولقطب النيكل E o للخلية Cd (s) إذا علمت أن جهد االختزال = Ni 0.23 فولت احسب مم قطب الهيدروجين المعياري تم استخدام قطب الهيدروجين كقطب مرجعي الستخدامه مع قطب آخر لتكوين خلية غلفانية وحساب جهد القطب اآلخر بعد قياس جهد الخلية ويعود اختيار قطب الهيدروجين كقطب معياري لموقعه المتوسط بين العناصر في نشاطه الكيميائي مما يسهل استخدامه كمصعد أو مهبط اعتمادا على طبيعة القطب اآلخر في الخلية. يتكون قطب الهيدروجين المعياري يبين الشكل المجاور قطب الهيدروجين المعياري حيث يتكون من: قطب بالتين مغموس في محلول حمضي يحتوي أيونات + H بتركيز ) 1 مول/لتر( وتحت ضغط ) 1 ض.ج( من غاز الهيدروجين حيث تعمل قطعة البالتين على توفير مساحة سطح كبيرة لحدوث التفاعل. يمثل التفاعل الذي يحدث في القطب المعياري للهيدروجين بالمعادلة اآلتية: 2e = E o 2H + + صفر (aq) H 2(g) 129

مساحة لإلجابة سؤال: يمثل الشكل المجاور خلية غلفانية قطباها من الخارصين V0.76 والهيدروجين ادرس الشكل ثم أجب عما يلي: 1 اكتب معادالت أنصاف التفاعل عند كل قطب. )نصف تفاعل التأكسد( Zn (s) Zn 2+ (aq) + 2e )نصف تفاعل اختزال( 2H + (aq) + 2e H 2(g) 2 3 حدد المصعد والمهبط في الخلية. المصعد هو قطب الخارصين) Zn ( وشحنته سالبة المهبط هو قطب الهيدروجين ( 2 H( وشحنته موجبة اكتب معادلة التفاعل الكلي للخلية. + Zn + 2H + (s) (aq) Zn 2+ (aq) H 2(g) 4 احسب جهد االختزال المعياري للخارصين. مالحظة: قيمة جهد الخلية المعياري من قراءة الفولتميتر = 0.76 فولت E o خلية = o E اختزال)مهبط( o E اختزال)مصعد( Eاختزال) Zn ( o 0.76 فولت = 0.76 صفر = Eاختزال) Zn ( o سؤال: خلية غلفانية في الظروف المعيارية مكونة من الفضة والهيدروجين وجد ان قيمة E o للخلية = 0.80 فولت احسب جهد االختزال المعياري للفضة إذا كان قطب الفضة يمثل القطب الموجب مالحظة: قطب الفضة يمثل القطب الموجب أي يمثل )المهبط( 130

جدول جهود االختزال المعيارية تم معرفة جهود االختزال المعيارية ألقطاب كثيرة اعتمادا على قطب الهيدروجين المعياري وتم وضعها في جدول على شكل أنصاف تفاعالت اختزال رتبت تصاعديا وفق تزايد جهود االختزال المعيارية سمي بجدول جهود االختزال المعياري. 131

مالحظات عامة على جدول جهود االختزال المعياري: 1 من أعلى ألسفل الجدول تزداد جهود االختزال أي يزداد الميل لالختزال فتزداد قوة المواد كعوامل مؤكسدة. 2 من أسفل ألعلى الجدول تقل جهود االختزال أي يقل الميل لالختزال فتزداد قوة المواد كعوامل مختزلة. 3 كل نصف تفاعل في الجدول يحتوي على عامل مؤكسد وعامل مختزل مثل: Li + (aq) + e Li (s) اختزل فهو عامل مؤكسد( Li + ( Li + e تأكسد فهو عامل مختزل( Li + ( (s) Li + (aq) يستفاد من جدول جهود االختزال المعياري: حساب جهد الخلية المعياري: عند تصميم خلية غلفانية اعتمادا على قيم ) o E) فإن: المهبط )يحدث له اختزال( هو العنصر الذي له أعلى ) o E). المصعد )يحدث له تأكسد( هو العنصر الذي له أقل ) o E). وبعد تحديد المهبط والمصعد نستطيع حساب جهد الخلية المعياري من خالل العالقة: E o اختزال)مصعد( خلية E o = E o اختزال)مهبط( 1 ولعمل خلية غلفانية لها أعلى فرق جهد يتم اختيار فلزين: أعلى ) o E) )أقوى عامل مؤكسد( و أقل ) o E) )أقوى عامل مختزل(. ولعمل خلية غلفانية لها أقل فرق جهد يتم اختيار فلزين: نقوم بالترتيب ومن ثم إيجاد اقل فرق في الجهد بين فلزين متتاليين. احسب قيمة الجهد المعياري لخلية غلفانية قطباها من Mnمستعينا بجدول جهود االختزال المعياري الكالسيوم والمنغنيز بالرجوع للجدول فإن ) o (E للكالسيوم = 2.76 فولت و ) o (E للمنغنيز= العنصر الذي له أعلى ) o E) يمثل المهبط وهو Mn العنصر الذي له أقل ) o E) يمثل المصعد وهو Ca وبالتعويض بالعالقة: 1.18 فولت مثال Ca خلية E o = E o اختزال)مهبط( E o اختزال)مصعد( نجد 1.58 فولت أن: E o خلية = 1.18 )2.67( = 132

مساحة لإلجابة سؤال: باالستعانة بجدول جهود االختزال المعياري أجب عما يلي: 1 خلية غلفانية قطباها من الرصاص) Pb ( والنيكل )Ni) حدد المهبط والمصعد لهذه الخلية. 2 أحسب جهد االختزال المعياري لخلية غلفانية قطباها من الفضة) Ag ( والخارصين) Zn (. 3 حدد الفلزين اللذين يكونان خلية لها أعلى فرق جهد من الفلزات اآلتية: ) Al, Zn, Sn, Co, Cd ( 4 خلية غلفانية قطباها من النيكل) Ni ( والنحاس) Cu ( وجد أن جهد هذه الخلية= 0.59 فولت احسب جهد اختزال النيكل علما أن جهد اختزال النحاس= + 0.34 فولت. حدد الفلزين اللذين يكونان خلية لها أعلى فرق جهد من الفلزات اآلتية: ) Al, Zn, Sn, Co, Cd ( 5 133

مساحة لإلجابة 2 تحديد تلقائية حدوث تفاعالت التأكسد واالختزال: إذا كانت قيمة ( o Eخلية) موجبة فإن التفاعل يحدث بشكل تلقائي. أما إذا كانت قيمة ( o Eخلية) سالبة فإن التفاعل يحدث بشكل غير تلقائي. وبازدياد القيمة الموجبة لجهد الخلية تزداد القوة الدافعة لحدوث التفاعل. هل يحدث التلقائي التفاعل اآلتي بصورة تلقائية أم ال وإذا كان غير تلقائي اكتب معادلة التفاعل 2Cr + 3Zn 2+ (s) (aq) 2Cr 3+ (aq) + 3Zn (s) مثال )نصف تفاعل التأكسد/المصعد( )نصف تفاعل اختزال/المهبط( 2Cr (s) 3Zn 2+ (aq) 2Cr 3+ + 6e + 6e (aq) 3Zn (s) فولت E o اختزال)مصعد( خلية E o = E o اختزال)مهبط( بالرجوع للجدول فإن ) o (E للكروم = 0.73 فولت و ) o (E للخارصين= وبالتعويض بالعالقة: 0.76 نجد أن: E o خلية = 0.76 )0.73( = 0.03 فولت. E o خلية سالبة وعليه فإن التفاعل غير تلقائي الحدوث فيكون التفاعل العكسي هو التلقائي: 2Cr 3+ + (aq) 3Zn (s) 2Cr (s) + 3Zn 2+ (aq) سؤال: مستعينا بجدول جهود االختزال المعياري حدد تلقائية حدوث 2Au 3+ (aq) + 3Fe (s) 3Fe 3+ (aq) + 2Au (s) التفاعل االتي: 134

مساحة لإلجابة عند السؤال: هل يمكن حفظ أو تحريك محلول A في وعاء أو سلك أو ملعقة من B فإن: A تتواجد على شكل أيونات فيحدث لها اختزال وB توجد على شكل ذرات وتمثل الفلز فيحدث لها تأكسد وبنا ء على ذلك نحسب قيمة E o خلية E o خلية E o 1 2 فإذا كانت: موجبة فإن التفاعل يحدث بشكل تلقائي وعليه ال يمكن الحفظ أو التحريك. خلية سالبة فإن التفاعل ال يحدث بشكل تلقائي وعليه يمكن الحفظ أو التحريك. مثال هل يمكن حفظ محلول كبريتات االلمنيوم في وعاء من الخارصين وضح إجابتك. كبريتات االلمنيوم عبارة عن محلول أي تتواجد على شكل أيونات فيحدث لها اختزال )مهبط( وعاء الخارصين يوجد على شكل ذرات ويمثل الفلز فيحدث له تأكسد )مصعد( وبالرجوع لجدول جهود االختزال المعياري نجد أن: ) o (E للخارصين= 0.76 فولت و ) o (E لأللمنيوم= 1.66 فولت وبالتعويض بالعالقة: E o اختزال)مصعد( خلية E o = E o اختزال)مهبط( نجد 0.90 فولت أن: E o خلية = 1.66 )0.76( = E o خلية سالبة فإن التفاعل ال يحدث بشكل تلقائي وعليه يمكن الحفظ أو التحريك. سؤال: مستعينا بجدول جهود االختزال المعياري هل يمكن من النيكل وضح إجابتك. تحريك محلول نترات الفضة بملعقة 135

مساحة لإلجابة عند السؤال: أي الفلزات تحرر)تطلق( غاز الهيدروجين الهيدروكلوريك المخفف HCl H 2 عند تفاعلها مع محلول حمض الفلزات التي تتفاعل مع محاليل الحموض ( يتأكسد الفلز ويختزل الحمض( وتطلق غاز الهيدروجين H 2 هي الفلزات التي لها جهد اختزال سالب. أما الفلزات التي ال تتفاعل مع محاليل الحموض وال تطلق غاز الهيدروجين H 2 هي التي لها جهد اختزال موجب. مثال أي الفلزات اآلتية تتفاعل مع محلول حمض الهيدروكلوريك المخفف) HCl ( مطلقة غاز الهيدروجين Cd (, Au, Al, Ag, Zn( :H 2 بالرجوع إلى جدول جهود االختزال المعياري الفلزات التي لها جهد اختزال سالب تتفاعل مع محلول الحمض وتطلق غاز الهيدروجين H 2 وهي: )Cd, Al, Zn( سؤال: مستعينا بجدول جهود االختزال المعياري عدد ثالثة فلزات تطلق )تحرر( غاز H 2 تفاعلها مع محاليل الحموض المخففة عند 136

3 مقارنة قوة العوامل المؤكسدة والعوامل المختزلة: بزيادة قيمة جهود االختزال المعياري لألقطاب يزداد الميل لالختزال فتزداد قوتها كعوامل مؤكسدة وكلما قلت قيمة جهود االختزال يقل الميل لالختزال فتزداد قوتها كعوامل مختزلة. أقوى عامل مؤكسد يمتلك أعلى قيمة ) o E) أقوى عامل مختزل يمتلك أقل قيمة ) o E) أقوى عامل مؤكسد يسبب التأكسد لجميع المواد التي تعلوه في جدول جهود االختزال المعياري. أقوى عامل مختزل يسبب االختزال لجميع المواد التي أسفله في جدول جهود االختزال المعياري. ادرس الجدول اآلتي ثم أجب عما يليه: 1 حدد أقوى عامل مؤكسد. أقوى عامل مؤكسد يمتلك أعلى قيمة ) o E) وهو Cu 2 حدد أقوى عامل مختزل. أقوى عامل مختزل يمتلك أقل قيمة ) o E) وهو Ca 3 هل يستطيع عنصر الخارصين اختزال أيونات الحديد وضح إجابتك. نعم إلن عنصر الحديد يقع أسفل عنصر الخارصين في جدول جهود االختزال المعياري. وأيضا عند حساب جهد اختزال الخلية( E) o نجد أن: E o اختزال)مصعد( )0.44( = + 0.32 فولت خلية موجبة فإن التفاعل يحدث بشكل تلقائي وعليه يمكن للخارصين اختزال الحديد 4 هل تستطيع أيونات النحاس أكسدة عنصر الكالسيوم وضح إجابتك. نعم ألن عنصر الكالسيوم يقع أعلى عنصر النحاس في جدول جهود االختزال المعياري. وعند حساب جهد اختزال الخلية( E) o نجد أن: E o خلية = 0.34 )2.76( = 3.1+ فولت خلية خلية E o موجبة نصف تفاعل االختزال + 2e Ca (s) + 2e Zn (s) + 2e Fe (s) + 2e خلية E o = E o اختزال)مهبط( E o خلية = 0.76 E o (E o ) 2.76 0.76 0.44 0.34+ Ca 2+ (aq) Zn 2+ (aq) Fe 2+ (aq) Cu 2+ (aq) Cu (s) مثال فولت فإن التفاعل يحدث بشكل تلقائي وعليه يمكن للنحاس أكسدة الكالسيوم. 137

مساحة لإلجابة سؤال: باالستعانة بجدول جهود االختزال المعياري أجب عما يلي: Ag + هل يستطيع H 2 اختزال 1 Fe 2+ ما العنصر الذي يستطيع أكسدة النحاس Cu وال يستطيع أكسدة أيونات الحديد 2 ) رتب المواد التالية تصاعديا حسب قوتها كعوامل مؤكسدة:, Zn 2+, Sn 2+, Co 2+, Cd +2 ( أي الفلزات اآلتية Zn( )Al, Ni, أقواها كعامل مختزل Al 3+ 3 4 هل يستطيع +2 Cu اختزال Au 5 138

مساحة لإلجابة سؤال: اعتمادا على قيم جهود االختزال المعيارية ألنصاف التفاعالت في الجدول المجاور أجب عما ما يلي: ) o (E فولت نصف تفاعل االختزال 1 حدد أقوى عامل مؤكسد وأقوى عامل مختزل. 0.80+ Ag + (aq) + e Ag (s) 2 حدد الفلزات التي تحرر غاز الهيدروجين عند 1.66 Al 3+ (aq) + 3e Al (s) تفاعلها مع محلول حمض HCl المخفف. 0.23 Ni 2+ (aq) + 2e Ni (s) 3 رتب الفلزات حسب تزايد قوتها كعوامل 0.76 Zn 2+ (aq) + 2e Zn (s) مختزلة. 1.09+ Br + 2e 2Br 2 (l) (aq) 4 حدد الفلزين الذين يكونان خلية غلفانية لها أعلى فرق جهد. 5 وضح إمكانية حدوث التفاعل اآلتي في الظروف المعيارية: 2Ag + Br 2Ag + (aq) + 2Br (s) 2(l) (aq) 6 هل يمكن حفظ في (l)2 Br وعاء من النيكل. 7 عند بناء خلية غلفانية مكونة من :)Ni/Zn( أ( حدد المصعد والمهبط وشحنة كل منهما. ب( احسب جهد الخلية المعياري. ج( ماذا يحدث لكتلة القطب )Zn( وتركيز ( +2 )Ni بعد فترة من الزمن. 139

مساحة لإلجابة مساحة لإلجابة سؤال: لديك الفلزات ذات الرموز االفتراضية اآلتية )C A), B, وجميعها تكون أيونات ثنائية موجبة وجد أنه: A. إلى B أن اإللكترونات تنتقل من B مع نصف الخلية A عند وصل نصف الخلية.C تؤكسد العنصر B 2+ أيونات أجب عما يلي: 1 رتب أيونات الفلزات حسب قوتها كعوامل مؤكسدة. 2 حدد الفلزين اللذين يكونان خلية غلفانية لها أكبر فرق جهد. 3 حدد الفلز الذي يختزل +2 B. 4 أي القطبين يمثل المهبط في الخلية الغلفانية المكونة من B و A. سؤال: إذا علمت أن التفاعالت االتية تميل للحدوث تلقائيا : Pb + Cu 2+ Pb 2+ + Cu Ni + Sn 2+ Ni 2+ + Sn Sn + Pb 2+ Sn 2+ + Pb 1 رتب الفلزات حسب قوتها كعوامل مختزلة. 2 حدد األيونات التي تستطيع أكسدة العنصر.Sn 3 اختر فلزين يكونان خلية غلفانية بأعلى فولتية. 4 عند عمل خلية غلفانية من قطبي Pb وNi : ب ماذا يحدث لكتلة Pb بعد فترة من الزمن. أ حدد المهبط والمصعد 140

Cd (s) + سؤال صفحة... 83 إذا علمت أن التفاعل االتي يحدث في خلية غلفانية فأجب عن األسئلة التي تليه: Sn 2+ (aq) Cd 2+ (aq) + Sn (s) اكتب نصفي تفاعل التأكسد واالختزال. حدد اتجاه حركة اإللكترونات عبر الدارة الخارجية. أي القطبين Cd أم Sn تزداد كتلته مع استمرار مرور التيار الكهربائي. Cd (s) Cd 2+ (aq) + 2e اإلجابة: )نصف تفاعل التأكسد/المصعد( Sn 2+ (aq) + 2e (s) Sn )نصف تفاعل اختزال/المهبط( تتحرك اإللكترونات من قطب المصعد الكادميوم) Cd ( إلى قطب المهبط القصدير) Sn (. تزداد كتلة قطب القصدير) Sn ( مع استمرار مرور التيار. سؤال صفحة... 85 إذا علمت أن جهد الخلية المكونة من األقطاب )X,Y( في الظروف المعيارية تساوي )0.57( فولت وأن جهد الخلية المكونة من األقطاب )X,W( في الظروف المعيارية تساوي )0.78( فولت وأن المادة X في الخليتين هي المهبط فأي العنصرين )Y,W( أكثر ميال للتأكسد. اإلجابة: بما أن E o للخلية 0.57=)X,Y( فولت وهو أقل من E o للخلية 0.78=)X,W( فولت وبما أن قطب المهبط هو العنص X وهو نفسه في الخليتين فإن العنصر W أكثر ميال للتأكسد من العنصرY. 141

ثانيا خاليا التحليل الكهربائ هي خاليا يحدث فيها تفاعل تأكسد واختزال بتأثير تيار كهربائي غير تلقائي إلحداث كيميائي. تفاعل قد يكون التحليل الكهربائي لمحلول أو مصهور مادة أيونية وهما في الحالتين يوصالن التيار الكهربائي بسبب وجود أيونات حرة الحركة فعند مرور تيار كهربائي في محلول أو مصهور مادة أيونية تتحرك األيونات باتجاه األقطاب المخالفة لها في الشحنة. التحليل الكهربائي لمصاهير المواد األيونية في خاليا التحليل الكهربائي يكون المهبط هو القطب السالب ويحدث عليه االختزال أما المصعد فهو القطب الموجب ويحدث عليه التأكسد. وفي التحليل الكهربائي ألي مصهور فإن: األيون الموجب )الفلز( هو الذي يختزل..)I هو الذي يتأكسد إلى )I, Br, Cl 2(l), Br 2(l), Cl 2(g) : X 2 ) : X األيون السالب )الهالوجين يمثل الشكل المجاور خلية تحليل كهربائي لمصهور كلوريد الصوديوم NaCl ادرسه ثم أجب عما يليه: 1 ما مكونات خلية التحليل الكهربائي. تتكون خلية التحليل الكهربائي من: أسالك و أقطاب غرافيت وعاء يحتوي مصهور مادة كهرلية بطارية. 2 أي األقطاب يمثل المصعد وأيها يمثل المهبط. المصعد هو القطب الموجب المهبط هو القطب السالب 3 أكتب أنصاف التفاعالت التي تحدث عند كل قطب. المهبط (l) Na + (l) + e Na 2Cl (l) Cl + 2e المصعد (g)2 4 اكتب التفاعل الكلي. 2Na + (l) + 2Cl (l) Cl 2(g) + 2Na (l) 5 ما نواتج التحليل الكهربائي لمصهور.NaCl 1 تكون الصوديوم) Na ( على المهبط. 2 انطالق غاز الكلور) )Cl 2 عند المصعد 6 احسب E o لهذه الخلية. ( مستعينا بجدول جهود االختزال المعياري(. خلية E o = E o اختزال)مهبط( E o اختزال)مصعد( E o خلية = 2.71 E o 1.36 = 4.07 فولت مثال خلية سالبة فإن التفاعل ال يحدث بشكل تلقائي وعليه يستخدم تيار كهربائي )بطارية( لدفع اإللكترونات في الدارة الخارجية. 142

مساحة لإلجابة CuCl 2 سؤال: ما نواتج التحليل الكهربائي لمصاهير كل من LiH و اكتب معادلة التفاعل الكلي. التحليل الكهربائي لمحاليل المواد األيونية 1 2 عند التحليل الكهربائي لمحاليل المواد األيونية نت بع القواعد اآلتية: يكون االختزال : أ أليونات فلزات العناصر االنتقالية مثل:), 2+ )Zn 2+, Pb 2+, Ag +, Ni 2+, Cu في حال وجود محاليلها وليس للماء. ب للماء في حال وجود محاليل أيونات الفلزات الممثلة مثل:) 3+ )K +, Na +, Li +, Mg 2+, Ca 2+, Al يكون التأكسد : أ لأليونات ( H, Cl, للماء ب ) I, Br في حال وجودها وليس للماء., NO 3 في حال وجود أيونات المجموعات مثل: ( 2.)SO 4 ي الحظ تأكسد الهالوجين والهيدروجين ( H ) I, Br, Cl, على المصعد في حال وجود أيوناته على شكل مصهور أو محلول. كما ي الحظ اختزال أيونات العناصر االنتقالية (, 2+ )Zn 2+, Pb 2+, Ag +, Ni 2+, Cu على المهبط سواء في المصهور أو المحلول. 143

NaCl مثال في خلية تحليل كهربائي لمحلول كلوريد الصوديوم لهذا المحلول. ما نواتج التحليل الكهربائي NaCl (s) يتفكك محلول كلوريد الصوديوم في الماء كما في المعادلة: Na + + Cl (aq) (aq) + Na H لذا فإن تفاعالت 1 المهبط )القطب السالب(: يتواجد عليه أيونات وجزيئات الماء 2 O االختزال المحتملة هي: Na + (aq) + e Na(s) 2H2O(l) + 2e H2(g) + 2OH (aq) التفاعل األكثر قابلية للحدوث هو : اختزال الماء ألن أيونات + Na إحدى أيونات الفلزات الممثلة. 2 المصعد )القطب الموجب(: ويتواجد عليه أيونات Cl و جزيئات الماء H 2 O لذا فإن تفاعالت التأكسد المحتملة هي: 2Cl (aq) Cl2(g) + 2e 2H2O(l) O2(g) + 4H + (aq) + 4e التفاعل األكثر قابلية للحدوث هو : تأكسد الكلور Cl وليس الماء. نصف تفاعل االختزال/المهبط نصف تفاعل التأكسد/المصعد التفاعل الكلي 2H2O(l) + 2e H2(g) + 2OH (aq) 2Cl (aq) Cl2(g) + 2e 2H2O(l) + 2Cl (aq) H2(g) + Cl2(g) + 2OH (aq) نواتج التحليل: 1 عند المصعد تصاعد غاز الكلور Cl 2 2 عند المهبط تصاعد غاز الهيدروجين H 2 3 تكون محلول قاعدي من NaOH 144

Zn(NO 3 ) 2 مثال في خلية تحليل كهربائي لمحلول لهذا المحلول. نترات الخارصين ما نواتج التحليل الكهربائي يتفكك محلول نترات الخارصين في الماء كما في المعادلة: Zn(NO Zn 2+ + 2NO 3 ) 2 (s) (aq) 3 (aq) وجزيئات الماء H 2 O لذا فإن تفاعالت Zn 2+ (aq) + 2e 2H2O(l) + 2e وليس الماء إلنه فلز انتقالي. 1 المهبط )القطب السالب(: يتواجد عليه أيونات +2 Zn االختزال المحتملة هي: Zn (s) H2(g) + 2OH (aq) التفاعل األكثر قابلية للحدوث هو: اختزال الخارصين H لذا فإن 2 المصعد )القطب الموجب(: ويتواجد عليه أيونات NO 3 و جزيئات الماء 2 O تفاعالت التأكسد المحتملة هي: NO3 (aq) NO3(g) + e 2H2O(l) O2(g) + 4H + (aq) + 4e NO مجموعة أيونية. التفاعل األكثر قابلية للحدوث هو : تأكسد الماء إلن 3 نصف تفاعل االختزال/المهبط نصف تفاعل التأكسد/المصعد التفاعل الكلي 2(Zn 2+ (aq) + 2e + Zn (s)( 4H + + 4e 2H2O(l) O2(g) (aq) 2H2O(l) + 2Zn 2+ (aq) O2(g) + 2Zn(s) + 4H + (aq) نواتج التحليل: 1 ترسب الخارصين Zn عند المهبط 2 تصاعد غاز األكسجين O 2 عند المصعد 3 تكون محلول حمضي من HNO 3 سؤال: هل يمكن تحضير عنصر النيكل من محاليل أمالحه باستخدام التحليل الكهربائي فسر إجابتك. نعم يمكن ألن جهد اختزال النيكل أكبر من جهد اختزال الماء 145

مساحة لإلجابة سؤال: ما نواتج التحليل الكهربائي لمحاليل كل من NaNO 3 وKI اكتب معادلة التفاعل الكلي. 146

استخدام اليود في المجال الطبي يوديد البوتا سيوم: مركب غير ع ضوي يوجد على شكل بلورات بيضاء. يتأين يوديد البوتاسيوم في الماء كما في المعادلة: KI K + + I وتعد نواتج تحليله كهربائيا من التطبيقات العملية الشائعة االستخدام في المجال الطبي. نواتج التحليل: المهبط)القطب السالب(: تختزل جزيئات الماء وينتج غاز الهيدروجين H 2 كما في المعادلة: 2H2O(l) + 2e H2(g) + 2OH (aq) المصعد)القطب الموجب(: تتأكسد أيونات اليود منتجة اليود I 2 كما في المعادلة: 2I (aq) I2(s) + 2e وعليه التفاعل الكلي هو: + 2OH (aq) 2I (aq) + 2H2O(l) I2(s) + H2(g) حيث يتفاعل اليود الناتج من التفاعل مع أيون اليود مكونا أيون I 3 البني اللون كما في المعادلة: I2(s) + I (aq) I3 (aq) أهمية أيون 3 I تكمن في تحضير األدوية التي تستخدم في عالج المرضى إذا نقص إفراز اليود عندهم أو استؤصلت الغدة الدرقية من أجسامهم. 147

عند التحليل الكهربائي لمصهور NaCl باستخدام أقطاب الغرافيت فإنه ينتج: أ( ذرات الصوديوم عند المهبط وغاز الكلور عند المصعد. )6( 154

ب( خلية 155

)1( د )2( ج )3( ب )4( د )5( د )6( أ )7( ب )8( د )9( أ )1 5(HSO + H 2 + 3H + + 2e 3 2 O SO 4 ) 2IO + 10e + 12H + 3 I 2 + 6H 2 O 5HSO + 2IO 5SO 2 3 3 4 + I 2 + 3H + + H 2 O 1 )2 2(ICl + 2e I + 2Cl 2 ) ICl + 3H + Cl + 6H + +4e 2 O IO 3 5ICl + 3H 2 O IO 3 + 2I + 5Cl + 6H + 2 2 MnO + 4H + + 3e 4 MnO 2 + 2H 2 O 3(NO + H + 2H + + e 2 2 O NO 3 ) 157 MnO + H + 2OH MnO + 3NO + 2H + + 2OH 4 2 O + 3NO 2 2 3 MnO + 3NO + 3NO 2 + 2OH 4 MnO 2 3 + H 2 O )3 أ( خلية تحليل كهربائي. ب( من كيميائية إلى كهربائية. ج( ص: تمثل القنطرة الملحية وهي تعمل على حفظ التوازن في الشحنات الكهربائية في الخاليا الغلفانية. د( اختزال أيونات الليثيوم Li(S) Li + (aq) + e Ni(s) Ni 2+ (aq) + 2e ه( تأكسد النيكل و( البطارية هي مصدر الطاقة تزود الخلية بالطاقة حتى يحدث التفاعل. )4 أ( E )اختزال o الفضة( = 0.80 فولت ب( قطب.Ag ج( E )التفاعل( o = 0.62 فولت د( Co > Ni > Cu > Ag ه( نعم يمكن. و( Ni )5 E )التفاعل( o = o E )اختزال الصوديوم( o E )اختزال االكلور( = 2.71 1.36 = 4.07 فولت ال يحدث التفاعل إلن الخلية تحتاج لفرق جهد أكبر من 4.07 فولت حتى يحدث التفاعل. 3

)6 )1( غاز األكسجين O2 عند المصعد و ذرات العنصر D عند المهبط. Y )2( )3( تقل كتلة X )4( يزداد تركيز أيونات +2 C )5( نعم يمكن )6( تتأكسد أيونات الهيدروجين كما يلي: 2e 2H H2(g) + Y مع C )7( نهاية الوحدة الثانية 158