101 chapt6 usama

1

الفصل األخير

تفاعالت األكسدة واإلختزال

اإلتزان اآليونى

General Chem, Usama El-Ayaan

2

األكسدة اإلختزال

فقد الكترونات اكتساب الكترونات

زيادة فى عدد التأكسد نقص فى عدد التأكسد

زيادة فى محتوى األكسجين نقص فى محتوى األكسجين

زيادة فى محتوى الهيدروجين

نقص فى محتوى الهيدروجين

األكسدة واإلختزال

General Chem, Usama El-Ayaan

3

عدد التأكسد ألى عنصر يساوى صفر مثل

H2, Cl2, P4, F2, O2, O3, Na, Li, Mg

المكونة من ذرة واحدة البسيطة لأليونات التأكسدعدد

مثل الشحنة التى يحملها األيون يساوي

K+ = +1 , O2- = -2 , Al3+ = +3

تحديد عدد التأكسد

General Chem, Usama El-Ayaan

4

مركبات في ولكن 2- = همركبات معظم فى ألكسجينا تأكسد عدد

= األكسجين تأكسد عدد فإن ( H2O2, Na2O2) البيروكسيد

تأكسد عدد فإن (KO2) أكسيد السوبر مركبات وفي 1-

0.5 - = األكسجين

في ولكن 1+ = مركباته معظم فى لهيدروجينا تأكسد عدد

مثل) والثانية األولى المجموعتين عناصر هيدريدات مركبات

NaH, CaH2) مثل المعقدة الهيدروجين مركبات و

LiAlH4, NaBH4 1- = ه تأكسد عدد فإن .

تحديد عدد التأكسد

General Chem, Usama El-Ayaan

5

أمثلة

يلى فيما العناصر لجميع التأكسد عدد حدد :

Cr, CrCl3, Cr2O72-, K2CrO4, CrOCl,

Cl2, Cl-, ClO-, ClO2-, NaClO3, Cl2O7, KClO4

S, SO2, SO3, SOCl2, H2SO3, H2SO4,

Na2S2O5, Na2S4O6

Mn, Mn2+, Mn2O3, MnO2, MnO4-, MnO4

2-

General Chem, Usama El-Ayaan

6

For KClO4: (K=+1, O=-2, Cl=??)

[+1 (for K+)] + [Cl ???] + [4 X(-2) for oxygen] = zero

+1 + Cl - 8 = 0 , Cl – 7 = 0 Cl = +7 (not -1)

For Na2S4O6: (Na=+1, O=-2, S=??)

[(+1 x 2) (for 2 Na+)] + [4 S ???] + [6 X(-2) for oxygen]

= zero

+2 + 4S - 12 = 0 , 4S – 10 = 0 S = + 2.5 (قيمة كسرية)

أمثلة محلولة

General Chem, Usama El-Ayaan

7

Redox Reactions

العامل المؤكسد العامل المختزل

يحدث لة اختزال يحدث لة أكسدة

يكتسب الكترونات يفقد الكترونات

يقل عدد التأكسد يزداد عدد التأكسد

Na + 2Cl2 2NaCl CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

General Chem, Usama El-Ayaan

8

أمثلة

حدد العامل المؤكسد والعامل المختزل فى التفاعالت اآلتية:

Fe (s) + O2(g) Fe2O3(s)

Fe2O3(s)+ 3 CO(g) 2 Fe(l) + 3 CO2(g)

SO32- + H+ + MnO4

- SO42- + H2O + Mn2+

General Chem, Usama El-Ayaan

9

واالإخزتالمعادالت الأكسدة ةزناو م

(أنصاف المعادالت)اإللكترون –طريقة األيون

1- نكتب نصفى المعادلة

(.نصف يخص العامل المؤكسد واآلخر يخص العامل المختزل)

2- نوازن كل نصف من حيث المواد أوالا

3- نوازن األوساط المختلفة كما يلي:

General Chem, Usama El-Ayaan

10

الوسط القاعدي الوسط الحمضي

زيادة (O) ذرة لكل (+2H) يضافأ -خرى ألجهة في ويضاف

.(H2O) أل

.نقص (H) ذرة لكل (+H) يضاف -ب

ويضاف زيادة (O) ذرة لكل (H2O) يضافأ -خرى ألجهة في

.(-OH 2) أل

في ويضاف زيادة (H) ذرة لكل (-OH) يضاف -بخرى ألجهة

. (H2O) أل

واالإخزتالمعادالت الأكسدة ةزناو م

ك ثر إيجابية( ألسالبة ألشحنة)توأزن ألشحنات مع مرأعاة إضافة أإللك ترونات -4 للجهة أل

General Chem, Usama El-Ayaan

11

وسط حامضى –أمثلة محلولة

حمضى وسط في التالية المعادلة وازن -1

Fe2+ + Cr2O72- Fe3+ + Cr3+

:نزن كل نصف معادلة في عدة خطوات كالتالي

Cr2O72- Cr3+ نصف معادلة اختزال ) )

Cr2O72- 2 Cr3+

Cr2O72- + 14 H+ 2 Cr3+ + 7 H2O

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

General Chem, Usama El-Ayaan

12

Fe2+ Fe3+ (نصف معادلة أكسدة )

Fe2+ Fe3+

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

6 Fe2+ 6 Fe3+ + 6e- (b)

Cr2O72- + 14 H+ + 6 Fe2+ 2 Cr3+ + 7 H2O + 6 Fe3+

أمثلة محلولة

General Chem, Usama El-Ayaan

13

2- وازن المعادلة التالية: MnO4

- + SO32- + H+ SO4

2- + Mn2+

MnO4- Mn2+

MnO4- + 8 H+ Mn2+ + 4 H2O

MnO4- + 8 H+ + 5e- Mn2+ + 4 H2O (a)

SO32- SO4

2-

SO32- + H2O SO4

2- + 2 H+

SO32- + H2O SO4

2- + 2 H+ + 2e- (b)

أمثلة محلولة

General Chem, Usama El-Ayaan

14

االإلكرتوانت تتاليش ليك 5 يف (b) املعادةل رضب و 2 يف (a) املعادةل رضب جيب الآن

:اكلتايل امجلع عند

2 MnO4- + 16 H+ + 10 e- 2 Mn2+ + 8 H2O (a)

5 SO32- + 5 H2O 5 SO4

2- + 10 H+ + 10 e- (b)

2 MnO4- + 6 H+ + 5 SO3

2- 2 Mn2+ + 3 H2O + 5 SO42-

وللتأأكد من احلل جيب تفحص اجملموع اللكي للمواد وللشحنات عيل طريف املعادةل الهنائية

أمثلة محلولة

General Chem, Usama El-Ayaan

15

ن حامتل عن الكشف اإ العامل بدلان من كثري يف للخمر السائقني تعاطي اإ

التايل واالإخزتال الأكسدة تفاعل عيل يعمتد

(Cr2O72- + H+ + CH3CH2OH Cr3+ + CH3CHO)

ختبار أأنبوبة يف النفخ السائق من يطلب حيث كرومات اثين من خليط هبا اإ

املمزي) الأخرض اللون ظهور ويدل الكربيتيك حبمض احملمضة البواتس يوم

للكحول؟ السائق تعاطي عيل االإختبار هناية يف الأنبوبة يف (الثاليث للكروم

:التفاعل هذا تصف اليت املعادةل وازن

أمثلة محلولة

General Chem, Usama El-Ayaan

16

Cr2O72- Cr3+

Cr2O72- 2 Cr3+

Cr2O72- + 14 H+ 2 Cr3+ + 7 H2O

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

CH3CH2OH CH3CHO

C2H6O C2H4O

C2H6O C2H4O + 2H+

C2H6O C2H4O + 2H+ + 2 e- (b)

3 C2H6O 3 C2H4O + 6 H+ + 6 e- (b)

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

Cr2O72- + 8 H+ + 3 C2H6O 2 Cr3+ + 7 H2O + 3 C2H4O

General Chem, Usama El-Ayaan

17

وازن المعادلة التالية :MnO4- + SO3

2- + OH- SO42- + MnO2

الحل

MnO4- MnO2

MnO4- + 2 H2O MnO2 + 4 OH-

MnO4- + 2 H2O + 3 e- MnO2 + 4 OH- (a)

SO32- SO4

2-

SO32- + 2 OH- SO4

2- + 1 H2O

SO32- + 2 OH- SO4

2- + 1 H2O + 2 e- (b)

2 MnO4- + 4 H2O + 6 e- 2 MnO2 + 8 OH- (a)

3 SO32- + 6 OH- 3 SO4

2- + 3 H2O + 6 e- (b)

2 MnO4- + H2O + 3 SO3

2- 2 MnO2 + 2 OH- + 3 SO42-

وسط قاعدى –أمثلة محلولة

General Chem, Usama El-Ayaan

18

ن نسداد من للتخلص يس تخدم اليودو مركب اإ الرصف مواسري اإ

خزتال أأكسدة تفاعل عيل معهل فكرة وتعمتد ابملطاخب غاز منه ينطلق واإ

السدد وتدفع تذيب كبرية وحرارة وضغط أأمونيا

NO3- + OH- + Al [Al(OH)4]

- + NH3 + Heat + pressure

التفاعل هذا تصف اليت السابقة املعادةل وازن

وسط قاعدى –أمثلة محلولة

General Chem, Usama El-Ayaan

19

Al [Al(OH)4]-

Al + 4 OH- [Al(OH)4]-

Al + 4 OH- [Al(OH)4]- + 3 e- (a)

NO3- NH3

NO3- + 3 H2O NH3 + 6 OH-

NO3- + 3 H2O + 3 H2O NH3 + 6 OH- + 3 OH-

NO3- + 6 H2O NH3 + 9 OH-

NO3- + 6 H2O + 8 e- NH3 + 9 OH- (b)

8 Al + 32 OH- 8 [Al(OH)4]- + 24 e- (a)

3 NO3- + 18 H2O + 24 e- 3 NH3 + 27 OH- (b)

8 Al + 5 OH- + 3 NO3- + 18 H2O 8 [Al(OH)4]- + 3 NH3

General Chem, Usama El-Ayaan

20

وازن المعادلة التالية: Pb(OH)3

- + OCl- PbO2 + Cl- Pb(OH)3

- PbO2

Pb(OH)3- PbO2 + 3OH- ( الهيدروكسيد لموازنة )

Pb(OH)3- + 4 OH- PbO2 + 3OH- + 2 H2O ( األكسجين لموازنة )

Pb(OH)3- + OH- PbO2 + 2 H2O + 2 e- ( الشحنات ونوازن الهيدروكسيد من الزيادات نشطب )

Pb(OH)3- + OH- PbO2 + 2 H2O + 2 e- (a)

OCl- Cl-

OCl- + H2O Cl- + 2 OH- (لموازنة األكسجين)

OCl- + H2O + 2 e- Cl- + 2 OH- (b)

Pb(OH)3- + OH- PbO2 + 2 H2O + 2 e- (a)

OCl- + H2O + 2 e- Cl- + 2 OH- (b)

Pb(OH)3- + OCl- PbO2 + H2O + Cl- + OH-

General Chem, Usama El-Ayaan

21

حدد العامل املؤكسد واخملزتل ىف التفاعالت التالية ، مث وازن معادةل التفاعل

1. S2O

3

2- + I

3

- + H

+ S

4O

6

2- + I

-

2. Ce2+

+ Sn2+

Ce3+

+ Sn4+

3. Cr2O

7

2- + I

- + H

+ Cr

3+ + I

2

4. MnO4

- + H2O2 + H

+ Mn

2+ + O

2+ H

2O

5. C2O

4

2- + MnO

4

- + H

+ CO

2 + Mn

2+ + H2O

6. MnO4

- + S

2- + H

+ Mn

2+ + S

7. MnO4

– + Fe

2+ + H

+ Mn

2+ + Fe

3+

8. ClO– + CrO

2

– + OH

- Cl

– + CrO

4

2-

9. C2H

4 + MnO

4

- + H

+ CO

2 + Mn

2+

10. S2-

+ Cr2O

7

2- + H

+ Cr

3+ + S↓

11. NO2 (g) + OH

- NO

3

- + NO

2

-

12. MnO4

- + NO

2

- + OH

- MnO

2 + NO

3

-

13. IO3

- + Cl

- ClO3

- + I

2

14. ClO- + I

- + OH

- Cl

- + IO

3

-

15. Cu(s)

+ H2SO

4 Cu

2+ + SO

2

16. [Cr(OH)2]- + H

2O

2 + OH

- CrO

4

2- + H2O

17. [Sn(OH)3]- + Bi(OH)

3 + OH

- [Sn(OH)

6]2-

+ Bi

General Chem, Usama El-Ayaan

22

اإلتزان اآليونى

Ionic Equilibrium

االتزان األيوني

General Chem, Usama El-Ayaan

23

تعريف األحماض والقواعد

(1884) األيونية آرهينيوس نظرية

لتنتج الماء فى تتأين التى المواد هى األحماض

(+H) بروتونات

أيونات لتنتج الماء فى تتأين التى المواد هى والقواعد

-OH) الهيدروكسيدaq)

النشادر (NH3) ارهينيوس تصنيف فى قاعدة التعتبر

General Chem, Usama El-Ayaan

24

لوري -برونستيدBronsted & lowry (1923)

الحامض معطى عام للبروتونات

القاعدة مستقبل عام للبروتونات

HCl(g) + H2O(l) H3O+ + Cl-

حمض يعتبر الهيدروكلوريك حمض أن هنا نالحظ

(للبروتون مستقبل) الماء بينما (للبروتونات معطى)

.قاعدة تعتبر

تعريف األحماض والقواعد

General Chem, Usama El-Ayaan

25

Pairs تنتج عند فقده للبروتون " مرتبطة به"للحامض قاعدة قرينة

فى المثال السابق

HCl(g) + H2O(l) H3O+ + Cl-

base (y) + base (x)acid (y)+acid (x)

قرائن

General Chem, Usama El-Ayaan

26

الحمض المقترن القاعدة المقترنة

CH3COO- الخليك حمض الخالت CH3COOH

NH3 األمونيا NH4 (أمونيوم) +

HCO-البيكربونيت 3 H2CO3 (الكربونيك حمض)

القاعدة المقترنة –أمثلة على بعض زوج الحمض

General Chem, Usama El-Ayaan

27

( Ionization of water)تأين الماء

H2O (l) H+ (aq) + OH- (aq)

.الخاصية األمفوتيريةيتصرف الماء كحمض أوقاعدة أي أن الماء له

حامض قرين قاعدة

H2O + H2O H3O+ + OH-

قاعدة قرينة حامض

General Chem, Usama El-Ayaan

28

الحاصل األيونى للماء

2H2O (l) H3O+ (aq) + OH- (aq)

Kc = [H3O

+][OH-]

[H2O]2 [H2O]2 = constant

Kc[H2O]2 = Kw = [H+][OH-]

The ion-product constant (Kw) ثابت الحاصل األيونى للماء

General Chem, Usama El-Ayaan

29

الحاصل األيونى للماء

At 250C

Kw = [H+][OH-] = 1.0 x 10-14

[H+] = [OH-]

[H+] > [OH-]

[H+] < [OH-]

Neutral متعادل

Acidic حامضى

Basicقاعدى

General Chem, Usama El-Ayaan

30

pH – (A Measure of Acidity) األس الهيدروجينى

pH = -log [H+]

[H+] = [OH-]

[H+] > [OH-]

[H+] < [OH-]

[H+] = 1 x 10-7

[H+] > 1 x 10-7

[H+] < 1 x 10-7

pH = 7

pH < 7

pH > 7

متعادل

حامضى

قاعدى

قاعدي حامضي 7

متعادل

10-14 M H+ 10-1 M H+ 10-7 M H+

1 14

General Chem, Usama El-Ayaan

31

pOH

pOH = -log [OH-]

[H+][OH-] = Kw = 1.0 x 10-14

-log [H+] – log [OH-] = 14.00

pH + pOH = 14.00

M 0.01تركيز كل منهما HCl, NaOHأحسب الرقم الهيدروجيني والهيدروكسيلي لمحاليل :مثال

General Chem, Usama El-Ayaan

32

HCl H+ + Cl- (تأين تام)

0.01 M 0.01 M 0.01 M

NaOH Na+ + OH- (تأين تام)

0.01 M 0.01 M 0.01 M

pOH = -log [OH-] = -log 0.01 = 2 pH = 14 – 2 = 12 ( إذا المحلول قاعدى 7أكبر من )

pH = -log [H+] = -log 0.01 = 2 ( إذا المحلول حمضى 7أقل من ) pOH = 14 – 2 = 12

:مثال M 0.01تركيز كل منهما HCl, NaOHأحسب الرقم الهيدروجيني والهيدروكسيلي لمحاليل

General Chem, Usama El-Ayaan

33

تأين األحماض والقواعد الضعيفة

Ka [HA] = [H+][A-] = [H+]2

[H+] =

– log [H+]= ½ (-log Ka - log [HA])

pH = ½ [pKa – log Ca]

General Chem, Usama El-Ayaan

34

تأين األحماض والقواعد الضعيفة

BOH B+ + OH-

– log [OH–] = ½ [-log Kb - log Cb]

pOH = ½ [pKb – log Cb]

pH = 14 - ½ [pKb - log Cb]

General Chem, Usama El-Ayaan

35

أمثلةالهيدروجين أيون وتركيز الهيدروجيني الرقم احسب

. 0.1M تركيزه الذي الخليك لحامض التفكك ودرجة

x 10-5 1.82 يساوى تفككه ثابت بأن علماا

pH = ½ )pKa – log [HA]) = ½ [-log (1.82x10-5) – log (0.1)] =

½ [4.74 + 1] = ½ [5.74] = 2.87 log [H+] = –2.87

[H+] = 10–2.87 = 1.35 x 10–3 = 0.00135

(التأين) التفكك درجة =

= [Ka/Ca]1/2 = (1.8x10-5/0.1)1/2 = 0.013416

General Chem, Usama El-Ayaan

36

(Buffer Solution)المحلول المنظم

الرقم في التغيير يقاوم محلول هو المنظم المحلول

أو حمض من صغيرة كمية إضافة عند الهيدروجيني

.قاعدة

أمالحه واحد ضعيف حمض من المنظم المحلول يتكون

الصوديوم وخالت الخليك حمض مثل

هيدروكسيد مثل أمالحها وأحد ضعيفة قاعدة من او

.االمونيوم وكلوريد االمونيوم

General Chem, Usama El-Ayaan

37

الرقم الهيدروجيني لمحلول منظم من

حمض الخليك وخالت الصوديوم

CH3COOH H+ + CH3COO-

CH3COONa Na+ + CH3COO-

يقل تاين الحمض الضعيف

Ka = [H+][CH3COO-]

[CH3COOH] Ka =

[H+] Cs

Ca [H+] =

KaCa

Cs

Log [H+] = log Ka + log Ca

Cs pH = pKa + log

Cs

Ca

General Chem, Usama El-Ayaan

38

الرقم الهيدروجيني لمحلول منظم من

هيدروكسيد األمونيوم وكلوريد األمونيوم

pOH = pKb + log Cs

Cb

pH = pKw - pOH

General Chem, Usama El-Ayaan