تطور كميات المتفاعلات والنواتج، ع م

ملاحظة: توجد وثيقة التلميذ بصيغة الـ PDF في نهاية المقال

مؤشر الكفاءة: المتابعة الزمنية لتحول كيميائي بطيء بواسطة المعايرة اللونية.

I ـ الموضوع: متابعة أكسدة شوارد اليود I^-_(aq) في وسط حمضي بواسطة الماء الأكسجيني H₂O_2(aq)

     أثناء مزج محلولي الماء الأكسجيني H₂O_2(aq) و يود البوتاسيوم (K⁺ + I^-)_(aq) يحدث تحول كيميائي بطيء التفاعل (1). الثنائيتان (مرجع/مؤكسد) الداخلتان في التفاعل هما: (I_2(aq)/I^-_(aq)) ، (H₂O_2(aq)/H₂O_(aq))
1 ـ أكتب معادلة التفاعل المنمذجة لهذا التحول؟

المعادلة النصفية الإلكترونية للأكسدة:

2I^-_(aq) = I_2(aq) + 2e^-

المعادلة النصفية الإلكترونية للإرجاع:

H₂O_2(aq) + 2H⁺_(aq) + 2e^- = 2H₂O_(l)

معادلة الأكسدة ـ ارجاع:

2I^-_(aq) + H₂O_2(aq) + 2H⁺_(aq) = I_2(aq) + 2H₂O_(l)

2 ـ كيف يتغير لون المحلول؟

ـ يتميز محلول ثنائي اليود I_2(aq) بلون أصفر داكن، بالتالي فإن ظهور هذا اللون في الوسط التفاعلي و زيادة حدته يسمح لنا بمتابعة هذا التحول.

II ـ المبدأ:

لتعيين كمية مادة ثنائي اليود الناتج في الوسط التفاعلي عند لحظة زمنية (t) نستعمل المعايرة اللونية.

   من أجل هذا نستعمل محلول ثيوكبريتات الصوديوم (2Na⁺ + S₂O₃^2-)_(aq) عديم اللون تركيزه المولي C = 0,04 mol/L

1 ـ أكتب معادلة التفاعل المنمذج للمعايرة (التفاعل(2)) علما أن الثنائيتان (مرجع/مؤكسد) هما: (I_2(aq)/I^-_(aq))، (S₄O₆^2-_(aq)/S₂O₃^2-_(aq))

المعادلة النصفية الإلكترونية للأكسدة:

2S₂O₃^2-_(aq) = S₄O₆^2-_(aq) + 2e^-

المعادلة النصفية الإلكترونية للإرجاع:

I_2(aq) + 2e^- = 2I^-_(aq)

معادلة الأكسدة ـ الإرجاع:

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

2 ـ أنشئ جدول تقدم تفاعل المعايرة (التفاعل).

I2(aq)  +  2S2O32-(aq)  =  2I-(aq)  +  S4O62-(aq)				معادلة التفاعل
كمـيات المادة n(mol)				التقدم	حالة الجملة
0	0	n0(S2O32-)	n0(I2)	0	الحالة الابتدائية
x	2x	n0(S2O32-)-2x	n0(I2) -x	x	الحالة الانتقالية
XE	2XE	n0(S2O32-)-2XE	n0(I2) –XE	XE	الحالة النهائية

3 ـ أكتب عبارة التقدم الأعظمي عند التكافؤ؟

عند التكافؤ:

$$X_E = n(\text{I}_2) = \frac{n_E(\text{S}_2\text{O}_3^{2-})}{2}$$

4 ـ استنتج عبارة كمية مادة ثنائي اليود بدلالة C و V_E (الحجم المضاف عند التكافؤ)؟

عند التكافؤ:

$$n(\text{I}_2) = \frac{C \cdot V_E}{2}$$

5 ـ عندما نأخذ عينة من الوسط التفاعلي التفاعل (1) لمعايرتها هل التفاعل بين الماء الأكسجيني H₂O_2(aq)   و شوارد اليود I^-_(aq) يتوقف أم يتواصل ؟ اشرح ذلك.

التفاعل لا يتوقف بل يستمر، وجزيئات ثنائي اليود I_2(aq) تكون في تشكل مستمر.

6 ـ كيف يمكن معايرة النوع الكيميائي I_2(aq) في هذه التجربة وهو في حالة تطور مستمر؟

نقوم بإيقاف التفاعل بالتبريد المفاجئ للوسط التفاعلي (2) ثم نعاير ثنائي اليود I_2(aq) المتشكل بشوارد الثيوكبريتات S₂O₃^2-_(aq) .

III ـ البروتوكول التجريبي:

أ/ المحاليل:

محلول الماء الأكسجيني (S)

محلول حمض الكبريت المركز (2H+ + SO42-)	محلول يود البوتاسيوم (S2) (K+ + I-)(aq)	محلول الماء الأكسجيني (S1) H2O2(aq)
1	V2 = 50	V1 = 50	الحجم V(mL)
3	C2 = 0,2	C1 = 0,056	التركيز (C(mol/L

ب/ الوسائل:

ـ قارورة عيارية سعتها 50 mL ، 10 أنابيب اختبار، سحاحة 25 mL ،

ماصة: عيارية مدرجة سعتها: 5 mL و 1 mL، اجاصة مص، قمع، حامل، مخلاط مغناطيسي، ميقاتية.

جـ/ التجربة:

1 ـ أذكر خطوات العمل في التجربة (1).

1 ـ 1 ـ نوزع 50 mL من المحلول (S₁) للماء الأكسجيني بواسطة ماصة عيارية سعتها 5 mL على 10 أنابيب اختبار.

1 ـ 2 ـ نضيف لكل أنبوب قطرات من محلول حمض الكبريت المركز. وفي لحظة t = 0 نسكب في كل واحد منهم  mL5 من محلول (S₂) ليود البوتاسيوم و نشغل الميقاتية.

1 ـ 3 ـ نملأ السحاحة بمحلول ثيوكبريتات الصوديوم ونضبط الحجم عند الصفر.

2 ـ برأيك هل لون الوسط التفاعلي يتطور بنفس الطريقة في الأنابيب العشرة ؟

نلاحظ أن لون المحلول يتطور بنفس الطريقة في الأنابيب العشرة في كل لحظة.

3 ـ أذكر البروتوكول التجريبي للمعايرة ؟

أ ـ في اللحظة t₁ نبرد العينة رقم (1) الموجودة في الأنبوب الأول ، و نبدأ المعايرة حتى يصبح اللون أصفرا فاتحا ، نضيف له كمية قليلة من صمغ النشاء فيصبح لون العينة أزرقا ثم نتمم المعايرة حتى زوال هذا اللون

ب ـ نسجل V_E حجم محلول ثيوكبريتات الصوديوم (2Na⁺ + S₂O₃^2-)_(aq) المضاف لبلوغ نقطة التكافؤ.

جـ ـ نكرر هذه العملية مع بقية الأنابيب الأخرى في أزمنة مختلفة t_i ثم نسجل قيم V_E في كل مرة.

4 ـ أحسب كمية المادة الابتدائية لكل من: I^-_(aq) ، S₂O₃^2-_(aq) الموجودة في كل عينة.

لدينا:

$$n_0(\text{I}^-) = \frac{C_2 \cdot V_2}{10}$$

ومنه:

$$n_0(\text{I}^-) = \frac{0.2 \cdot 50 \cdot 10^{-3}}{10}$$

ومنه:

$$n_0(\text{I}^-) = 0.001 \, \text{mol}$$

ولدينا:

$$n_0(\text{H}_2\text{O}_2) = \frac{C_1 \cdot V_1}{10}$$

تطبيق عددي:

$$n_0({\text{H}}_2{\text{O}}_2)=\frac{56\cdot 10^{-3}\cdot 50\cdot 10^{-3}}{10}$$

ومنه:

$$n_0(\text{H}_2\text{O}_2) = \frac{2.8 \cdot 10^{-3}}{10} = 0.28 \cdot 10^{-3} \, \text{mol}$$

ومنه:

$$n_0({\text{H}}_2{\text{O}}_2)=0.28\text{mmol}$$

5 ـ ما هو دور حمض الكبريت (2H⁺ + SO₄^2-)_(aq) المستعمل ؟

لأن التفاعل يتم في وسط حمضي.

6 ـ أنشئ جدول تقدم التفاعل (1) الخاص بالتحول الكيميائي الذي يحدث بين ثنائي اليود و الماء الأكسجيني.

2I-(aq)  +  H2O2(aq)  + 2H+(aq) =  I2(aq)  +  2H2O(ℓ)					معادلة التفاعل
كميات المادة (mmol)					التقدم	حالة الجملة
/	0	/	0,28	1	0	الحالة الابتدائية
/	x	/	0,28-x	1 -2x	x	الحالة الانتقالية
/	Xf	/	0,28-Xf	1 -2Xf	Xf	الحالة النهائية

7 ـ نلخص نتائج قياسات المعايرة في الجدول التالي:

1800	1440	1080	900	720	510	360	270	160	60	0	t(s)
14,0	13,5	12,5	11,5	10,5	9,0	7,5	6,5	4,8	2,2	0	VE(mL)

8 ـ عند اللحظة t = 360 (s) أحسب كمية مادة كل فرد من الأفراد الكيميائية المتواجدة في العينة و لخصها في جدول.

  ـ من جــــدول القياســـات و عند حدوث التكـــافؤ تكون قيمة حجم محلول ثيوكبريتات الصوديوم المضاف V_E = 7,5 mL

لدينا:

$$n(\text{I}_2) = \frac{C \cdot V_E}{2}$$

بالتعويض بالقيم نجد:

$$n(\text{I}_2) = \frac{0.04 \cdot 7.5 \cdot 10^{-3}}{2}$$

ومنه:

n(I₂) = 0,15×10^-3 mol = 0,15 mmol

لدينا في كل الأنابيب:

$$n(\text{I}_2) = \frac{10 \cdot C \cdot V_E}{2}$$

ومنه:

$$n(\text{I}_2) = 5 \cdot C \cdot V_E$$

ومنه:

n(I₂) = 5×0,04×7,5×10^-3 = 1,5 mmol

بالاعتماد على جدول تقدم التفاعل و كذلك على قيمة n(I₂) نعين كمية مادة الأفراد الكيميائية في الوسط التفاعلي.

n(H₂O₂) = C₁.V₁ – x = 0,28×10 – 1,5 = 1,3 mmol

n(I^-) = C₂.V₂ – 2x = 1×10 – 2×1,5 = 7 mmol

9 ـ أ/ أكمل الجدول:

510	360	270	160	60	0	t(s)
1,80	1,50	1,30	0,96	0,44	0	n(I2)(mmol)
1,0	1,3	1,5	1,8	2,4	2,8	n(H2O2)(mmol)
6,4	7,0	7,4	8,1	9,1	10,0	n(I-)(mmol)
/	1800	1440	1080	900	720	t(s)
/	2,80	2,70	2,50	2,30	2,10	n(I2)(mmol)
/	0	0,1	0,3	0,5	0,7	n(H2O2)(mmol)
/	4,4	4,6	5,0	5,4	5,8	n(I-)(mmol)

ب/ رسم البيان: n(I₂) = f₁(t)

جـ/ رسم البيانين: n(H₂O₂) = f₂(t) ، n(I^-) = f₃(t)

ملاحظات:

ـ يضاف صمغ النشاء عندما يصبح لون المحلول أصفر فاتح.

ـ صمغ النشاء ضروري لأنه يكشف عن وجود I_2(aq) مهما كانت كميته، حتى ولو كانت كميته قليلة.

وثيقة التلميذ بصيغة الـ PDF