تعيين كمية المادة بواسطة المعايرة. الاجابة عن الأسئلة

في هذا الدرس، نستعرض تعيين كمية المادة بواسطة المعايرة، وهي تقنية كيميائية تُستخدم لتحديد تركيز مادة معينة في محلول، عن طريق تفاعلها مع محلول معلوم التركيز. ما هي المعايرة؟ المعايرة هي عملية تحليلية تُستخدم لتحديد كمية المادة في عينة، عن طريق إضافة مادة تفاعلية (المعاير) بتركيز معروف، حتى يتم التفاعل بشكل كامل.

ملاحظة: توجد وثيقة التلميذ بصيغة الـ PDF في نهاية المقال.

1 ـ التفاعل بين المحاليل الحمضية والأساسية:

1 ـ 1 ـ تعريف الحمض والأساس حسب برونشتد ـ لوري:

أ ـ تعريف الحمض:

هو كل مركب كيميائي، جزيئيا كان أم شارديا، قادر على منح (تحرير) بروتونH⁺، أو أكثر لمركب آخر خلال تفاعل كيميائي.

أمثلة:

HCl_(g) + H₂O_(l) → H₃O⁺_(aq) + Cl^-_(aq)

H₂SO_4(aq) + 2H₂O_(l) → 2H₃O⁺_(aq) + SO₄^2-_(aq)

CH₃COOH_(aq) + H₂O_(l) = H₃O⁺_(aq) + CH₃COO^-_(aq)

ب ـ تعريف الأساس:

هو كل مركب كيميائي، جزيئيا كان أم شارديا، قادر على اكتساب (تثبيت) بروتونH⁺  ، أو أكثر خلال تفاعل كيميائي. والأساس الشائع هو شوارد OH^-، ومنه فان كل مركب  كيميائي قادر على اعطاء شوارد OH^-، عند تفاعله مع الماء، أو انحلاله فيه فهو أساس.

أمثلة:

NH_3(g) + H₂O_(l) = NH₄⁺_(aq) + OH^-_(aq) 

وبوجود الماء يحدث التفاعل التالي:

NaOH_(s) → Na⁺_(aq) + OH^-_(aq)

1 ـ 2 ـ مفهوم الثنائية) أساس/حمض):

- نعرف الثنائية (أساس/حمض)، بأنها جملة متكونة من الحمض AH والأساسA^-، الذي تربطهما المعادلة، التي نسميها المعادلة النصفية حمض – أساس: AH = A^- + H⁺  ونكتب الثنائية (أساس/حمض) بالشكل: (AH/A^-)، حيث نكتب الحمض دائما على يسار الخط المائل، والأساس على يمين الخط المائل.

- عندما يفقد الحمض شارة H⁺، فإنه يعطي أساسا نسميه أساس مرافق.

- عندما يكتسب الأساس شاردة H⁺، فإنه يعطي حمضا نسميه حمض مرافق.

1 ـ 3 ـ أمثلة لبعض الثنائيات )حالة خاصة لثنائيتي الماء(:

اكمل الجدول التالي:

معادلة التفكك	الثنائية (اساس/حمض)	اسم المركب
CH3COOH(aq)=H+(aq) + CH3COO-(aq)	CH3COOH/CH3COO-	حمض الايثانويك
NH4+ = NH3 + H+	NH4+/NH3	شاردة الأمونيوم
H3O+ = H2O + H+	H3O+/H2O	شاردة الهيدرونيوم
H2O = H+ + OH-	H2O/OH-	المــاء
HCO3- = CO32- + H+	HCO3-/CO3-2	شاردة كربونات الهيدروجين

1 ـ 4 ـ المحاليل الحمضية والمحاليل الأساسية:

1 ـ 4 ـ 1 ـ تصنيف المحاليل الكيميائية إلى حمضية وأساسية بواسطة كاشف أزرق البروموثيمول (BBT)

نشاط:

   ضع محاليل مخففة من (H₂SO₄ ، HCl ، NaOH ، عصير الليمون، KOH) في كؤوس، ونظيف بضع قطرات من كاشف BBT  في كل كأس.

ـ ماذا تلاحظ بعد إضافة الكاشف إلى المحاليل؟

يتغير لون المحاليل. 
ـ رتب المحاليل حسب تماثل ألوانها بوجود الكاشف؟

لون أصفر	لون أزرق
H2SO4	NaOH
HCl	KOH
عصير الليمون

 ـ ما لون كاشف BBT  مع عصير الليمون ؟

أصفر

ـ صنف المحاليل السابقة إلى حمضية وأساسية

الأحماض	الأسس
H2SO4	NaOH
HCl	KOH
عصير الليمون

الاستنتاج:

النوع الكيميائي H₂SO₄ محلوله المائي حمضي، يغير لون الكاشف الملون BBT إلى الأصفــر.
النوع الكيميائي  HCl محلوله المائي حمضي، يغير لون الكاشف الملون BBT   إلى الأصفــر.
النوع الكيميائي NaOH محلوله المائي أساسي، يغير لون الكاشف الملون BBT إلى الأزرق.
النوع الكيميائي  KOH محلوله المائي أساسي، يغير لون الكاشف الملون BBT إلى الأزرق.

1 ـ 4 ـ 2 ـ المعايرة اللونية حمض ـ أساس:

ـ  تحقيق معايرة حمض كلور الماء بواسطة محلول الصود باستعمال كاشف ملون:

التجربة:

ضع V_a = 20 mL من محلول HCl في بيشر سعته 100 mL، مع مخلاط مغناطيسي، وأضف قطرتين من محلول BBT، قم بتحضير محلول NaOH تركيزه معلوم C_b = 10^-2 mol.L^-1

ـ املأ السحاحة بالمحلول المحضر من  .NaOH

ـ أضبط سطح المحلول داخل السحاحة على إشارة الصفر.

ـ شغل المخلاط المغناطيسي، ثم ابدأ في إضافة قطرات من محلول NaOH بواسطة السحاحة.

ـ ماهي الأدوات الزجاجية اللازمة لأخذ 20 mL من محلول HCl ؟

ماصة سعتها 20mL، انبوب مدرج، بيشر مدرج.

ـ ما هو لون المحلول في البيشر عند إضافة كاشف BBT ؟ (قبل إضافة المحلول الأساسي من السحاحة).

لون المحلول في البيشر عند إضافة كاشف BBT أصفر.

ـ عند إضافة الأساس على الحمض، فإنه يحدث تفاعل يسمى تفاعل حمض – أساس بواسطة الثنائية (أساس/حمض)، وهو سريع وتام.

ـ ما هما الثنائيتان (أساس/حمض) الداخلتان في التفاعل؟

الثنائيتين هما: (H₂O/OH^-)، (H₃O⁺/H₂O).

ـ أكتب معادلة التفاعل الكيميائي الحادث بينهما ؟

(H⁺_(aq)+Cl^-_(aq)) + (Na⁺_(aq)+OH^-_(aq)) = (Na⁺_(aq)+Cl^-_(aq)) +H₂O_(ℓ)

أ - بداية المعايرة:

 في بداية المعايرة نبدأ بإضافة  قطرات من محلول  NaOHالموجود في السحاحة. على محلول  HClالموجود في البيشر.

ـ هل يحدث تغير في لون المحلول ؟ علل إجابتك ؟

يختفي اللون الأصفر تدريجيا بسب تفاعل HIn وHO^-

ـ ما هو المتفاعل المحد للتفاعل حمض– أساس الحادث في بداية المعايرة ؟

في البداية يكون الأساس (HO^-) هو المتفاعل المحد.

ـ حدد المتفاعل الموجود بزيادة وأملأ جدول تقدم التفاعل من أجل حجم مضاف من الأساس قدره V_b ؟

المتفاعل الموجود بزيادة هو الحمض (H₃O⁺).

(H+(aq)+Cl-(aq)) + (Na+(aq)+OH-(aq)) = H2O(l) + (Na+(aq)+Cl-(aq))				معادلة التفاعل
كميات المادة n(mol)				التقدم	حالة الجملة
0	0	nb=CbVb	na=CaVa	0	الحالة الابتدائية
x	x	CbVb-x	CaVa-x	x	الحالة الانتقالية
xmax	xmax	0	CaVa-xmax	xmax= CbVb	الحالة النهائية

حيث:

C_a: تركيز محلول الحمض.

C_b: تركيز محلول الأساس.

V_b: حجم المحلول الأساسي المضاف من السحاحة إلى البيشر.

ب - نقطة التكافؤ:

 أكمل إضافة قطرات من محلول NaOH، حتى تلاحظ تغير في اللون ولا يزول بالتحريك ، عندها توقف عن الإضافة.

ـ ما هو اللون الجديد للمحلول في البيشر؟ اشرح لماذا تحدث هذه الظاهرة ؟

عند هذه النقطة يستهلك كل المتفاعل المعايَر والمتفاعل المعايِر، لذا يأخذ المحلول اللون الأخضر، لأن:

 [HIn] = [In^-]

ـ عبر عن التقدم x باستخدام جدول تقدم التفاعل السابق، وذلك بدلالة V_a وC_a، ثم بدلالة  V_bE وC_b، إذا علمت أنه في هذه الحالة المتفاعلات تفاعلت كلية ؟

لدينا: C_aV_a – x_e = 0 ومنه:  x_e = C_aV_a

ولدينا: C_bV_b – x_e = 0 ومنه:  x_e = C_bV_b

ـ ارمز لـ V_b  بالرمز V_be ، وأوجد العلاقة بين C_b، V_be، V_a، C_a

لدينا: n₀(H₃O⁺) = n_e(HO^-) ومنه: C_aV_a = C_bV_be 

ـ أحسب التركيز C_a لمحلول HCl ؟

$$C_a = \frac{C_b V_{be}}{V_a}$$

ـ أحسب النسبة بين كمية مادة المتفاعلين عند نقطة التكافؤ، وقارنها مع النسبة بين الأعداد الستوكيوميترية ؟

جـ - بعد التكافؤ:

 استمر في إضافة الأساس.

ـ هل يتغير اللون ؟ علل إجابتك؟

يتحول اللون إلى الأزرق وذلك لإستهلاك كل شوارد (H₃O⁺)، وزيادة شوارد (HO^-).

- ما هو المتفاعل المحد الآن ؟

هو حمض كلور الماء.

الاستنتاج:

محلول HCl يتلون بالأصفر مع BBT، وعند إضافة حجوم من الأساس له، يتفاعل الحمض والأساس، فتنقص شدة اللون الأصفر الذي يتحول تدريجيا إلى الأخضر، وعند نقطة التكافؤ، التي تتميز بأن كمية المواد المتفاعلة  تكون بنسب الأعداد الستوكيوميترية لمعادلة التفاعل الحادث. في هذه النقطة تكون المتفاعلات قد تفاعلت كلية.

قبل نقطة التكافؤ كان المتفاعل المحد هو هيدروكسيد الصوديوم، وبعد نقطة التكافؤ أصبح المتفاعل المحد هو حمض كلور الماء، إذن نقطة التكافؤ هي النقطة التي يتغير فيها المتفاعل المحد.

1 ـ 4 ـ 3 ـ المعايرة عن طريق قياس الناقلية:

تجربة:

- خذ 2mL من المحلول التجاري لهيدروكسيد الصوديوم بواسطة ماصة، وأضف إليها ماء مقطر حتى يصبح الحجم  500mL، وأفرغها في بيشر.

- أضف إلى المحلول قطرتين من أزرق البروموتيمولBBT

ـ املأ السحاحة بمحلول (H₃O⁺+ Cl^-) تركيزه المولي 0,1mol/L .

أدخل خلية القياس في البيشر الذي يحتوي محلول NaOH (100 mL) ، وقس الناقلية الكهربائي عند كل إضافة من المحلول الحمضي، سجل اللون الذي يأخذه المزيج عند كل إضافة.

20	16	12	8	4	0	V(mL)
						G(mS)
						لون المزيج
35	27	25	24	23	22	V(mL)
						G(mS)
						لون المزيج

- أكتب معادلة التفاعل الحادث بعد مزج المحلولين. ما هو نوع هذا التفاعل؟

2- أملأ الجدول، ثم أرسم G = f(V) ، واشرح البيان؟

3- اشرح تغيرات لون الكاشف BBT ؟

4- أنشئ ملخص جدول تقدم التفاعل من أجل V < V_eq، V_eq: الحجم عند نقطة التكافؤ، ثم من أجل V > V_eq ؟

5- كيف نميز نقطة التكافؤ في البيان G = f(V) ؟

6- عين نقطة التكافؤ، ثم أحسب [OH^-] في المحلول المعاير، ثم [OH^-] في المحلول التجاري (المنظف) ؟

الحـــل:

1- معادلة التفاعل الحادث هي:

H₃O⁺_(aq) + OH^-_(aq) = 2H₂O_(l)

نوع التفاعل: هو تفاعل حمض – أساس.

2- اتمام الجدول:

20	16	12	8	4	0	V(mL)
6,0	7,5	9,1	10,8	12,5	14,2	G(mS)
أزرق	أزرق	أزرق	أزرق	أزرق	أزرق	لون المزيج
35	27	25	24	23	22	V(mL)
16	9,7	8,1	7,3	6,6	6,1	G(mS)
أصفر	أصفر	أصفر	أصفر	أصفر	أصفر	لون المزيج

- البيان G = f(V)

شرح البيان: نميز في البيان ثلاثة مراحل:

أ- قبل التكافؤ:

 عند إضافة الحمض، تتفاعل شوارد الهيدرونيوم مع شوارد الهيدروكسيد لتعطي الماء، فيتناقص تركيز شوارد الهيدروكسيد، وتبقى شوارد الهيدروكسيد في البيشر بعد تفاعل حمض– أساس، ولذلك المحلول الناتج أساسي، فيكون لون الكاشف أزرق في المحلول.

ب - عند نقطة التكافؤ:

 تكون عندها كل شوارد OH^– قد تفاعلت مع الشوارد H₃O⁺ ، وينتج الماء لذلك الناقلية تكون لها أدنى قيمة لأن عدد الشوارد أقل ما يمكن. تعني نقط التكافؤ نقطة تقاطع المستقيمين الناتجين من البيان G = f(V) قبل التكافؤ وبعد التكافؤ. كما في البيان. 

جـ - بعد نقطة التكافؤ:

 نضيف محلول الحمض فتضاف شوارد H₃O⁺  في الكأس، وتبقى في المحلول إلا أنها لا تتفاعل مع OH^- التي تفاعلت كلية عند نقط التكافؤ. فتزداد الناقلية للمحلول بسرعة لأن شوارد H₃O⁺ ذات ناقلية نوعية مولية عالية، وعليه يكون المحلول في الكأس حمضي، ولذلك فإن لون الكاشف أصفر.

3 – شرح تغير اللون:

- قبل التكافؤ:  لون المحلول أزرق لأن المحلول أساسي.

- عند نقطة التكافؤ: لون المحلول أخضر لأن المحلول معتدل.

- بعد نقطة التكافؤ: لون المحلول أصفر لأن المحلول حمضي.

4 - ملخص جدول تقدم التفاعل:

	عدد مولات الحمض المضاف	عدد مولات المحلول الأساسي التجاري
المرحلة الابتدائية	0	0,1 × C
قبل التكافؤ	0,1 × V	0,1 × C - 0,1V
نقطة التكافؤ	0,1Veq= 0,1×21,5×10-3mol	0,1 × C - 0,1 . Veq= 0
بعد نقطة التكافؤ	0,1( V - 0,0215 ) mol	0

5 - عند نقطة التكافؤ تكون كمية مادة الحمض، وكمية مادة الأساس في المنظف في تناسب مع الأعداد الستوكيوميترية. وهي بيانيا النهاية الحدية الصغرى للدالة:  G = f(V)، أوهي النقطة التي يأخذ عندها المحلول اللون الأخضر.

0,1.C = 0,1V_eq = 2,15×10^-2 mol

حيث نقرأ من البيان V_eq = 21,5 ml

ومنه: C = 2,15×10^-2 mol.L^-1

6- حساب تركيز المحلول المنظف:

 بما أننا عايرنا محلول مخفف من المنظف ووجدنا تركيزه المولي

C₁ = 2,15×10^-2mol/L 

 باستخدام قانون التخفيف:

C₁V₁ = C₂V₂

نجد:

$$C_2 = \frac{C_1 V_1}{V_2}$$

ومنه:

$$C_2 = \frac{(2.15 \times 10^{-2}) \times 500}{2} = 5.38 \, \text{mol/L}$$

2 ـ تفاعل الأكسدة ـ الإرجاعية:

2 ـ 1 ـ مفهوما المؤكسد والمرجع:

نشاط ـ 1 ـ

التعرف على مفهوم المؤكسد والمرجع

التجربة:

    ضع كمية من محلول AgNO₃ في كأس، وضع فيه قطعة نحاس. انتظر10 دقائق، وأرسم التجهيز التجريبي (الكأس والمحلول وقطعة النحاس)، مستعملا الألوان المناسبة في التجربة، مبينا التغيرات التي حدثت في المحلول، وقطعة النحاس.   

ـ سجل ملاحظاتك حول: المحلول وقطعة النحاس؟

نلاحظ ظهور لون جديد في المحلول وهو لون أزرق، وكذلك ظهور اللون الفضي على قطعة النحاس.

ـ هل حدث تحول كيميائي؟ برر إجابتك؟

إن ظهور اللون الأزرق في المحلول، واللون الفضي على  قطعة النحاس هو دليل على حدوث تفاعل كيميائي وفق المعادلة الكيميائية التالية:

2Ag⁺_(aq) + Cu_(s) → Cu²⁺_(aq)+ 2Ag_(s)

ـ ما هو اللون الجديد الظاهر في المحلول ؟

اللون الجديد الظاهر في المحلول هو اللون الأزرق، وهو راجع لوجود شوارد النحاس Cu²⁺ في المحلول.

ـ ما هي الشاردة التي لونت المحلول ؟  

هي شاردة النحاسCu²⁺

ـ أكتب معادلة تفاعل تنمذج التحول الكيميائي الذي حدث لذرة النحاس، وحولها إلىCu²⁺ ؟

Cu_(S) → Cu²⁺_(aq) + 2e^-

ـ هل ظهر جسم جديد ؟ ما لونه ؟ برر إجابتك ؟

نتج عن هذا التفاعل جسم جديد هو الفضة Ag، التي ترسبت على قطعة النحاس بلون  فضي.

ـ أكتب معادلة تفاعل كيميائي تنمذج تحول شاردة الفضة Ag⁺ إلى Ag ؟

Ag⁺_(aq) + e^- → Ag_(S)

الاستنتاج:

عند إدخال قطعة النحاس في محلول نترات الفضة (Ag⁺+NO^-₃) ذي اللون الشفاف، وبعد 10 دقائق نلاحظ ظهور اللون الأزرق في المحلول، الذي يدل على وجود شوارد Cu²⁺ فيه، فنستنتج أن ذرة النحاس تحولت إلى شاردة النحاس بفقدها إلكترونين، كما نلاحظ ترسب معدن أبيض هو معدن الفضة، فنستنتج أن الشاردة Ag⁺  تحولت إلى ذرة الفضة، وترسبت على قطعة النحاس التي تآكلت.

قـاعــدة:

- نقول عن الجسم الذي فقد إلكترون أو أكثر أنه تَأَكْسَدَ، ونسميه مُرْجٍـعْ.

- نقول عن الجسم الذي اكتسب إلكترون أو أكثر أنه أٌرْجٍعَ، ونسميه مُؤَكْسِدْ.

نشاط ـ 2 ـ

تحديد المؤكسد والمرجع خلال تحول كيميائي.

التجربة:

ضع في كأس محلول CuSO₄ ، ثم أضف إليه كمية من قطع معدن الزنك Zn .انتظر10 دقائق.

ـ ماذا تلاحظ ؟

نلاحظ زوال اللون الأزرق، وتشكل راسب أحمر.

ـ أكمل الرسم مستعملا الألوان المناسبة عند انتهاء التفاعل.

ـ هل حدث تحول كيميائي؟ برر إجابتك ؟

نعم، لأن إختفاء اللون الأزرق، وظهور اللون الأحمر يدل على حدوث تحول كيميائي.

ـ ما هو اللون المختفي؟ اشرح سبب هذه الظاهرة ؟

اللون المختفي هو اللون الأزرق، وسببه هو اختفاء شوارد النحاس.

ـ ما هو الجسم الجديد الظاهر؟

يظهر جسم جديد هو النحاس Cu.

ـ أكتب معادلة تنمذج التحول الذي حدث لشاردة النحاس الثنائي، حيث تحولت إلى Cu ؟

Cu²⁺_(aq) + 2e^-  → Cu_(s)

ـ أكتب معادلة تنمذج التحول الكيميائي الحادث للزنك Zn ، حيث تحول إلى شاردة الزنك ؟

Zn_(S) → Zn²⁺_(aq) + 2e^-

تعاريف:

الأكسدة:

هي عبارة عن تغير كيميائي يصاحبه فقدان الإلكترونات من ذرة، أو من مجموعة من الذرات.

ـ ونقول عن الجسم الذي فقد إلكترون أو أكثر، أنه تَأَكْسَدَ، ونسميه مُرْجِعْ.

الارجاع:

 هو عبارة عن تغير كيميائي يصاحبه اكتساب للإلكترونات من طرف ذرة، أو مجموعات من الذرات.

- ونقول عن الجسم الذي اكتسب إلكترون أو أكثر، أنه أُرْجِعَ، ونسميه مُؤَكْسِدْ.

فالمؤكسد هو الفرد الكيميائي (ذرة ـ شاردة ـ جزيء)، الذي يمكن أن يكتسب إلكترون أو أكثر.

مثل:

MnO₄^-_(aq) + 8H⁺_(aq) + 5e^- = Mn²⁺_(aq) + 4H₂O_(l)

ox + ne^- → réd   

فالمرجع هو الفرد الكيميائي (ذرة – شاردة – جزيء)، الذي يمكن أن يعطي إلكترون أو أكثر.

مثال:

Zn_(S) = Zn²⁺_(aq) + 2e^- 

réd → ox + ne^-

2 ـ 2 ـ مفهوم الثنائية مر/مؤ:

عندما يحدث تفاعل أكسدة يتم فيه فقد ne^- ، حيث n عدد الإلكترونات المفقودة من طرف فرد كيميائي A فيتحول إلى فرد كيمائي آخرAⁿ⁺ ، وفق المعادلة النصفية التالية:

  A  →  Aⁿ⁺ + ne^-

يستطيع الفردAⁿ⁺ بتفاعل عكسي، وهو الإرجاع في شروط مناسبة. أن يكتسب نفس العدد من الإلكترونات ne ليصبح A ، وفق المعادلة: Aⁿ⁺ + ne^-  →  A

نسمي الجملة المتشكلة من الفرد الكيميائي في شكله المرجع A ، وشكله المؤكسد Aⁿ⁺ الثنائية (مرجع/مؤكسد) أو (ox/red)، ونكتب: (Aⁿ⁺/A)، للمعادلة النصفية:  

A = Aⁿ⁺ + ne^-

2 ـ 3 ـ أمثلة لبعض الثنائيات (حالة خاصة للمعادن):

أكمل الجدول التالي:

المعادلة النصفية	المرجع	المؤكسد	الثنائية (Ox/réd)
2H++2e- =  H2	H2	H+	H+/H2
MnO4-(aq) + 8H+(aq) + 5e- = Mn2+(aq) + 4H2O(l)	Mn2+	MnO4-	MnO4-/Mn2+
Fe3++e- =  Fe2+	Fe2+	Fe3+	Fe3+/Fe2+
I2+2e- =  2I-	I-	I2	I2/I-
S4O62-+2e- = 2S2O32-	S2O32-	S4O62-	S4O62-/S2O32-

2 ـ 4 ـ المعايرة اللونية:

معايرة محلول ثنائي اليود (I₂) بواسطة محلول ثيوكبريتات الصوديوم Na₂S₂O₃

التجربة:

ـ ضع V_o = 10 mL من محلول ثنائي اليودI₂  تركيزه مجهول في بيشر حجمه 100 mL

ـ املأ السحاحة المدرجة بمحلول Na₂S₂O₃ تركيزه C_r = 0,01 mol/L

ـ ضع أسفل السحاحة البيشر، الذي يحتوي على محلول ثنائي اليود I₂ ، وابدأ بإضافة قطرات من محلول Na₂S₂O₃ من السحاحة.

ـ ما هي الزجاجيات المستخدمة في أخذ V_o =10 mL من محلول ثنائي اليود ؟

ماصة سعتها 10 mL

ـ ما هو لون محلول ثنائي اليود ؟

لون محلول ثنائي اليود بني.

ـ ما هو لون محلول ثيوكبريتات الصوديوم ؟

محلول ثيوكبريتات الصوديوم (Na₂S₂O₃)عديم اللون (شفاف).

إن هذا التفاعل تام وسريع، حيث الثنائيتين (مر/مؤ)، ox/red الداخلة في التفاعل هي: S₄O₆^2-/S₂O₃^2- ، I₂/I^-  

ـ أكتب المعادلة النصف الإلكترونية للأكسدة، والمعادلة النصف الإلكترونية للإرجاع، ومنه الإجمالية ؟

المعادلة النصفية للأكسدة:

2S₂O₃^2- = S₄O₆^2- + 2é

المعادلة النصفية للإرجاع: 

  I₂  +2é = 2I^-    

معادلة الأكسدة الإرجاعية:

2S₂O₃^2- = 2I^- + S₄O₆^2-   I₂ +

ـ حدد المؤكسد والمرجع في هذا التفاعل مع التعليل؟

المؤكسد: هو I₂ لأنه اكتسب إلكترونات.

المرجع: هو S₂O₃^2- لأنه فقد إلكترونات.

أ- بداية المعايرة:

ـ أضف قطرات من محلول Na₂S₂O₃ من السحاحة إلى محلول I₂ في البيشر.

   لاحظ أن المتفاعل المحد هو شاردة الثيوكبريتات S₂O₃^2- (المتفاعل المعايٍر)، والمتفاعل الموجود بزيادة هو ثنائي اليود I₂ (المتفاعل المعايَر).

نعتبر V_o: الحجم الابتدائي لمحلول اليود I₂ و C_o: تركيز محلول ثنائي اليود.

V_r: حجم المحلول الذي يحتوي الشوارد S₂O₃^2-  المضاف من السحاحة. 

 C_r: تركيز محلول شوارد S₂O₃^2-

ـ املأ جدول تقدم التفاعل.

I2(aq) + 2S2O32-(aq) = 2I-(aq) + S4O62-(aq)				معـادلة التفاعل
كمـيات المادة  n(mol)				التقدم	حالة الجملة
0	0	nr=CrVr	no=CoVo	0	الحالة الابتدائية
x	2x	CrVr-2x	Co Vo – x	x	الحالة الانتقالية
xmax	2xmax	CrVr-2xmax	Co Vo – xmax	xmax = CrVr/2	الحالة النهائية

ب - نقطة التكافؤ:

عند نقطة التكافؤ، المتفاعلات تكون كمية مادتها في الجملة الكيميائية بالنسب الستوكيوميترية في معادلة تفاعل المعايرة الحادث. ومنه الأفراد المتفاعلة تكون قد تفاعلت كلية  ونقوم بإضافة محلول ثيوكبريتات من السحاحة على بيشر، الذي يحتوي محلول اليود .

ـ نوقف إضافة محلول ثيوكبريتات الصوديوم من السحاحة، عندما نلاحظ ظهور لون جديد ثابت.

ـ ما هو اللون الجديد الظاهر في هذه التجربة ؟

لون المحلول الجديد أصفر.

ـ ظهور اللون الجديد على ماذا يدل؟

ظهور اللون الجديد يدل على وجود نواتج جديدة.

ـ ما هي هذه الحالة المميزة للتفاعل؟

الحالة المميزة للتفاعل هي التغير اللوني عند نقطة التكافؤ.

الاستنتاج:

لون محلول ثيوكبريتات الصوديوم في السحاحة شفاف، ولون محلول اليود في البيشر بني، وبعد إضافة محلول ثيوكبريتات الصوديوم إلى اليود يبدأ اللون البني يتلاشى، وبعد إضافة حجم مناسب يظهر لون أصفر في الخليط الموجود في البيشر، ولا يزول بالتحريك، نقول في هذه الحالة أننا بلغنا نقطة التكافؤ، وتكون كمية المادة للمتفاعلات، موجودة بنسب الأعداد الستوكيوميترية.

ـ املأ الجدول الذي يصف الجملة الكيميائية في نقطة التكافؤ؟

I2(aq) + 2S2O32-(aq) = 2I-(aq) + S4O62-(aq)				معـادلة التفاعل
كمـيات المادة  n(mol)				التقدم	حالة الجملة
0	0	nr=CrVr	no=CoVo	0	الحالة الابتدائية
x	2x	CrVr-2x	Co Vo – x	x	الحالة الانتقالية
xe	2xe	0	0	xe = CrVre/2	الحالة النهائية

ـ ما هو عدد مولات اليود I₂ عند نقطة التكافؤ؟

عدد مولات اليود I₂ عند نقطة التكافؤ هو صفر.

ـ استنتج x_e التقدم عند نقطة التكافؤ بدلالة V_{o ،} C_o ؟

عند نقطة التكافؤ: C_oV_o – x_e = 0 ومنه: x_e = C_oV_o  

ـ ما هو عدد مولات شوارد ثيوكبريتات S₂O₃^2- عند نقطة التكافؤ؟

عدد مولات شوارد ثيوكبريتات S₂O₃^2- عند نقطة التكافؤ هو صفر.                      

ـ استنتج x_e التقدم بدلالة V_re ، C_r ؟

عند نقطة التكافؤ C_rV_re – 2x_e = 0

ومنه:

$$x_e = \frac{C_r V_{re}}{2}$$

ـ استنتج العلاقة:

$$C_o V_o = \frac{C_r V_{re}}{2}$$

عند نقطة التكافؤ، ثم أحسبC_o  تركيز محلول اليود ؟

لدينا: x_e = C_oV_o

ولدينا:

$$x_e = \frac{C_r V_{re}}{2}$$

ومنه:

$$C_o V_o = \frac{C_r V_{re}}{2}$$

ومنه:

$$C_o = \frac{C_r V_{re}}{2 V_o}$$

ـ بعد نقطة التكافؤ إذا أضفنا حجما V_r من محلول ثيوكبريتات الصوديوم، ما هو المتفاعل المحد الآن؟

بعد نقطة التكافؤ المتفاعل المحد هو I_2(aq)

الاستنتاج:

قبل نقطة التكافؤ المتفاعل المحد هو ثيوكبريتات الصوديوم، أي المتفاعل المعايٍر، وبعد نقطة التكافؤ، المتفاعل المحد هو محلول اليود أي المتفاعل المعايَر.

تعميـم:

إذا حدث تفاعل تام بين متفاعلين B ، A حيث معادلة التفاعل هي:

aA + bB → cC + dD

a ، b ، c ، d هي المعاملات الستوكيوميترية لمعادلة التفاعل.

يكون عند نقطة التكافؤ:

$$\frac{n_b}{b} = \frac{n_a}{a}$$

(n_a عدد مولات A وn_b عدد مولات B)، وبما أن n = CV إذن نكتب:

$$\frac{C_a V_a}{a} = \frac{C_b V_b}{b}$$

2 ـ 5 ـ المعايرة عن طريق الناقلية:

معايرة محلول اليود I_2(aq) بمحلول Na₂S₂O₃ عن طريق قياس الناقلية.

التجربة:

خذ حجما V_o = 10 mL من محلول ثنائي اليود I_2(aq) تركيزه مجهول، ضعه في بيشر سعته 100 mL. املأ السحاحة بمحلول Na₂S₂O₃ تركيزه معلوم  C_r = 5,00×10^-2 mol.L^-1. ضع أسفل السحاحة البيشر الذي يحتوي على محلول  I₂، واسكب تدريجيا من السحاحة محلول Na₂S₂O₃ قطرة قطرة مع التحريك، وفي كل إضافة اقرأ شدة التيار I المار في الدارة باستعمال جهاز قياس الناقلية الكهربائية ـ املأ الجدول التالي: 

6,0	5,0	4,0	3,0	2,0	1,0	0,0	Vr(mL)
							G(ms)
13,0	12,0	11,0	10,0	9,0	8,0	7,0	Vr(mL)
							G(ms)
20,0	19,0	18,0	17,0	16,0	15,0	14,0	Vr(mL)
							G(ms)

الاجابة:

6,0	5,0	4,0	3,0	2,0	1,0	0,0	Vr(mL)
2,63	3,0	3,35	3,68	4,03	4,42	4,81	G(ms)
13,0	12,0	11,0	10,0	9,0	8,0	7,0	Vr(mL)
1,92	1,74	1,55	1,49	1,71	2,0	2,3	G(ms)
20,0	19,0	18,0	17,0	16,0	15,0	14,0	Vr(mL)
3,45	3,25	3,01	2,78	2,55	2,33	2,11	G(ms)

ـ أكمل بيانات الرسم؟

ـ ما هو لون محلول اليود قبل المعايرة ؟

لونه بني.

ـ ما لون محلول ثيوكبريتات الصوديوم؟

شفاف.

ـ علما أن الثنائيتين (مؤكسد/مرجع) الداخلة في التفاعل هما (S₄O₆^2-/S₂O₃^2-)، (I₂/I^-)

ـ أكتب المعادلة النصفية الإلكترونية للأكسدة ؟

 S₂O₃^2-_(aq)  =  S₄O₆^2-_(aq)+2é   

ـ أكتب المعادلة النصفية الإلكترونية للإرجاع ؟

 I_2(aq) + 2é  =  2I^-_(aq)

ـ أكتب معادلة الأكسدة الإرجاعية ؟

 S₂O₃^2-_(aq) + I_2(aq) =  2I^-_(aq) + S₄O₆^2-_(aq)

ـ حدد المؤكسد والمرجع في هذا التفاعل؟

المؤكسد: I_2(aq)

المرجع: S₂O₃^2-_(aq)

ـ أحسب كمية المادة لثنائي اليود قبل المعايرة ؟

 n_o = C_oV_o

بالاستعانة بجدول تقدم التفاعل، أحسب كمية المادة للأجسام الداخلة في التفاعل، والناتجة منه لكل حجم V_r مضاف من محلول Na₂S₂O₃ بواسطة السحاحة، عندما V_r يأخذ القيم التالية: V_r = 12mL ، V_r = 5mL

- من أجل: V_r = 5mL

نلاحظ أن V_r < V_re ومنه جدول التقدم يكون كما يلي:

I2(aq) + 2S2O32-(aq) = 2I-(aq) + S4O62-(aq)				معـادلة التفاعل
كمـيات المادة  n(mol)				التقدم	حالة الجملة
0	0	nr= CrVr	no= CoVo	0	الحالة الابتدائية
x	2x	CrVr-2x	Co Vo – x	x	الحالة الانتقالية
xmax	2xmax	0	Co Vo – xmax	xmax = CrVr/2	الحالة النهائية

ـ ما هو المتفاعل المحد للتفاعل؟

ثيوكبريتات الصوديوم Na₂S₂O₃

- من أجل: V_r = 12 mL

نلاحظ أن V_r > V_re ومنه جدول التقدم يكون كما يلي:

I2(aq) + 2S2O32-(aq) = 2I-(aq) + S4O62-(aq)				معـادلة التفاعل
كمـيات المادة  n(mol)				التقدم	حالة الجملة
0	0	nr= CrVr	no= CoVo	0	الحالة الابتدائية
x	2x	CrVr-2x	Co Vo – x	x	الحالة الانتقالية
xmax	2xmax	Cr(Vr-Vre)	0	xmax = CrVr/2	الحالة النهائية

ـ ما هو المتفاعل المحد في هذه الحالة ؟ هل تغير المتفاعل المحد؟

هو محلول اليود، نعم.

ـ أرسم البيان( G = f(V_r ، وحدد النقطة التي حدث فيها انقلاب إشارة تغير الناقلية ؟

ـ اشرح البيان في فقرة صغيرة ؟

المنحنى  G = f(V_r)يحتوي على جزأين أساسين:

جزء متناقص من أجل 0 ≤ V_r ≤ 10,3 ml وجزء متزايد  10,3 ml ≤ V_r ≤ 20 ml

     نسمي النقطة المحددة بنقطة التكافؤ، ونرمز للحجم عند هذه النقطة بـ  V_re، حيث  V_re = 10,3 ml ، وتأخذ الناقلية عندها أصغر قيمة، وفيها يحدث تغير للمتفاعل المحد للتفاعل.

ـ املأ الجدول عند V_r = V_re أي في نقطة التكافؤ؟

I2(aq) + 2S2O32-(aq) = 2I-(aq) + S4O62-(aq)				معـادلة التفاعل
كمـيات المادة  n(mol)				التقدم	حالة الجملة
0	0	nr= CrVr	no= CoVo	0	الحالة الابتدائية
x	2x	CrVr-2x	Co Vo – x	x	الحالة الانتقالية
CrVre/2	CrVre	CrVre-2xe= 0	CoVo-xe = 0	xmax = CrVr/2	الحالة النهائية

ـ ما هي كمية مادة I_2(aq) في نقطة التكافؤ؟

$$n = C_o V_o - \frac{C_r V_{re}}{2} = 0$$

ـ ما هي كمية المادة S₂O₃^2-_(aq) في نقطة التكافؤ؟

هي صفر (0).

ـ أوجد التقدم x_e بدلالة V_re ، C_r ؟

$$x_e = \frac{C_r V_{re}}{2}$$

ـ أوجد التقدم x_e بدلالة V_o ، C_o ؟

   x_e = C_oV_o

ـ استنتج العلاقة C_oV_o = C_rV_re/2 عند نقطة التكافؤ، وأحسب C_o تركيز محلول اليود  I_2(aq)؟

لدينا: x_e = C_oV_o

ولدينا:

$$x_e = \frac{C_r V_{re}}{2}$$

ومنه:

$$C_o V_o = \frac{C_r V_{re}}{2}$$

ومنه:

$$C_o = \frac{C_r V_{re}}{2 V_o} = \frac{5.1 \times 10^{-2} \times 10^{-3}}{2 \times 10}$$

ومنه:

$$C_o = 1.29 \times 10^{-2} \, \text{mol/L}$$

ـ هل يمكن استخدام قياس الناقلية لتحديد كمية مادة في محلول؟

نعم. 

وثيقة التلميذ بصيغة الـ PDF