التنبؤ بالتفاعلات

يمكن التنبؤ بإمكانية حدوث تفاعلات التأكسد والاختزال عن طريق حساب (E⁰) للتفاعل:

فإذا كانت قيمــة E⁰ موجبة دل ذلك على إمكانية حدوث التفاعل تلقائياً. أما إذا كانت قيمة (E⁰) سالبة فالتفاعل لا يحدث تلقائياً، ويمكن حدوثه إذا أعطي طاقة تزيد عن قيمة (E⁰) المحسوبة.

مثال (1):

وضح مدى إمكانية حدوث التفاعل التالي في الظروف المعيارية:

Br₂  +  2Cl^-  →  2Br ^-  +  Cl₂

علماً بأن:

Cl₂   + 2e^-→  2Cl^_-           E⁰ = +1,36 فولت

Br₂   + 2e^-→  2Br^_-           E⁰ = +1,09 فولت

الحل:

نلاحظ من التفاعل المراد التنبؤ بحدوثه أن الكلور تأكسد (مصعد)، ويحسب (E⁰) للتفاعل كالتالي:

E⁰ _{للتفاعل} = E⁰ _{اختزال (المهبط)} - E⁰ _{اختزال (المصعد)}

E⁰ _{للتفاعل} = E⁰ _{اختزال (البروم)} - E⁰ _{اختزال (الكلور)}

E⁰ _{للتفاعل} = (+1,09) ـ (+1,36) = -0,27 فولت

وبما أن (E⁰) للتفاعل له قيمة سالبة فهذا يعني أن التفاعل لا يحدث بشكل تلقائي، أي لا يمكن تحضير Cl₂ بأكسدة أيونات (Cl^-) بوساطة البروم (Br₂).

مثال (2):

هل يستطيع الحديد (Fe) اختزال أيون الحديد (Fe³⁺) إلى (Fe²⁺) وفق المعادلة التالية:

Fe  +  2Fe³⁺  →  3Fe²⁺  

علماً بأن:                                

Fe³⁺ + e^-  → Fe²⁺                                 E⁰  = +0,77 فولت

  Fe²⁺ + 2e_^- →   Fe                             E⁰  = -0,44 فولت

الحل:

نلاحظ من التفاعل المراد التنبؤ بحدوثه أن الحديد (Fe) تأكسد (مصعد)، ويحسب (E⁰) للتفاعل كالتالي:

E⁰ _{للتفاعل} = E⁰ _{اختزال (المهبط)} - E⁰ _{اختزال (المصعد)}

E⁰ _{للتفاعل} = E⁰ _{اختزال (Fe³⁺)} - E⁰ _{اختزال (Fe)}

E⁰ _{للتفاعل} = (+0,77) ـ (-0,44) = +1,21 فولت

بما أن قيمة E⁰ للتفاعل موجبة، فالتفاعل قابل للحدوث.

مثال (3):

هل يمكن تحضير (I₂) بأكسدة أيونات (I^-) بوساطة (Cl₂) كعامل مؤكسد؟

علماً بأن:                                

Cl₂   + 2e^-→  2Cl^_-           E⁰ = +1,36 فولت

I₂   + 2e^-→  2I^-           E⁰ = +0,54 فولت

الحل:

بكتابة معادلة مبدئية من نص السؤال:

I^-  → I₂    Cl₂  +  

نلاحظ من التفاعل المراد التنبؤ بحدوثه أن اليود تأكسد (مصعد)، ويحسب (E⁰) للتفاعل كالتالي:

E⁰ _{للتفاعل} = E⁰ _{اختزال (المهبط)} - E⁰ _{اختزال (المصعد)}

E⁰ _{للتفاعل} = E⁰ _{اختزال (الكلور)} - E⁰ _{اختزال (اليود)}

E⁰ _{للتفاعل} = (+1,36) ـ (+0,54) = +0,82 فولت

وبما أن (E⁰) للتفاعل له قيمة موجبة فهذا يعني أن التفاعل يحدث بصورة تلقائية.

مثال (4):

هل يمكن حفظ محلول كبريتات الكوبالت في وعاء من القصدير؟

علماً بأن:                                

Co   →    Co²⁺  +  2e^-                         E⁰ = -0,28 فولت

Sn  →   Sn²⁺  +  2e^-                          E⁰ = -0,14 فولت

الحل:

بكتابة معادلة مبدئية من نص السؤال:

CoSO₄ + Sn → ??    

وهذا من نوع تفاعلات الإحلال الأحادي، وعليه يمكن إكمال التفاعل على النحو التالي:

   CoSO₄ + Sn   →  Co + SnSO₄

نلاحظ من التفاعل المراد التنبؤ بحدوثه أن القصدير تأكسد (مصعد)، ويحسب (E⁰) للتفاعل كالتالي:

E⁰ _{للتفاعل} = E⁰ _{اختزال (المهبط)} - E⁰ _{اختزال (المصعد)}

E⁰ _{للتفاعل} = E⁰ _{اختزال (الكوبالت)} - E⁰ _{اختزال (القصدير)}

E⁰ _{للتفاعل} = (-0,28) ـ (-0,14) = -0,14 فولت

وبما أن (E⁰) للتفاعل له قيمة سالبة فهذا يعني أن التفاعل لا يحدث بصورة تلقائية؛ إذاً يمكن حفظ المحلول.

مثال (5):

هل يمكن تحريك محلول كبريتات النحاس بملعقة من النيكل؟

علماً بأن:                                

Cu  →   Cu²⁺  +  2e^-                                   E⁰ = +0,34 فولت

Ni  →   Ni²⁺  +  2e^-                                     E⁰ = -0,23 فولت

الحل:

بكتابة معادلة مبدئية من نص السؤال:

CuSO₄ + Ni  →  ??    

وهذا من نوع تفاعلات الإحلال الأحادي، وعليه يمكن إكمال التفاعل على النحو التالي:

NiSO₄ + Cu  →  Ni + CuSO₄

نلاحظ من التفاعل المراد التنبؤ بحدوثه أن النيكل تأكسد (مصعد)، ويحسب (E⁰) للتفاعل كالتالي:

E⁰ _{للتفاعل} = E⁰ _{اختزال (المهبط)} - E⁰ _{اختزال (المصعد)}

E⁰ _{للتفاعل} = E⁰ _{اختزال (النحاس)} - E⁰ _{اختزال (النيكل)}

E⁰ _{للتفاعل} = (+0,34) ـ (-0,23) = +0,57 فولت

وبما أن (E⁰) للتفاعل له قيمة موجبة فهذا يعني أن التفاعل يحدث بصورة تلقائية؛ إذاً لا يمكن تحريك المحلول.

مثال (6):

في أي الوعائين يمكن حفظ محلول كبريتات القصدير: وعاء من الكوبالت أم وعاء من الفضة؟

علماً بأن:                                

Co→    Co²⁺  +  2e^-                          E⁰ = -0,28 فولت

 Sn→   Sn²⁺  +  2e^-                            E⁰ = -0,14 فولت

 Ag→   Ag⁺  +  e^-                               E⁰ = +0,80 فولت

الحل:

أولاً: (وعاء الكوبالت) بكتابة معادلة مبدئية من نص السؤال:

SnSO₄ + Co  → ??    

وهذا من نوع تفاعلات الإحلال الأحادي، وعليه يمكن إكمال التفاعل على النحو التالي:

CoSO₄ + Sn   →  Co + SnSO₄

نلاحظ من التفاعل المراد التنبؤ بحدوثه أن الكوبالت تأكسد (مصعد)، ويحسب (E⁰) للتفاعل كالتالي:

E⁰ _{للتفاعل} = E⁰ _{اختزال (المهبط)} - E⁰ _{اختزال (المصعد)}

E⁰ _{للتفاعل} = E⁰ _{اختزال (القصدير)} - E⁰ _{اختزال (الكوبالت)}

E⁰ _{للتفاعل} = (-0,14) ـ (-0,28) = +0,14 فولت

وبما أن (E⁰) للتفاعل له قيمة موجبة فهذا يعني أن التفاعل يحدث بصورة تلقائية؛ إذاً لا يمكن حفظ المحلول.

ثانياً: (وعاء الفضة) بكتابة معادلة مبدئية من نص السؤال:

SnSO₄ + Ag → ??    

وهذا من نوع تفاعلات الإحلال الأحادي، وعليه يمكن إكمال التفاعل على النحو التالي:

 Ag₂SO₄ + Sn  →  SnSO₄ + 2Ag 

نلاحظ من التفاعل المراد التنبؤ بحدوثه أن الفضة تأكسد (مصعد)، ويحسب (E⁰) للتفاعل كالتالي:

E⁰ _{للتفاعل} = E⁰ _{اختزال (المهبط)} - E⁰ _{اختزال (المصعد)}

E⁰ _{للتفاعل} = E⁰ _{اختزال (القصدير)} - E⁰ _{اختزال (الفضة)}

E⁰ _{للتفاعل} = (-0,14) ـ (+0,80) = -0,94 فولت

وبما أن (E⁰) للتفاعل له قيمة سالبة فهذا يعني أن التفاعل لا يحدث بصورة تلقائية؛ إذاً يمكن حفظ المحلول.

مثال (7):

هل يتفاعل سلك من النحاس مع محلول حمض الهيدروكلوريك HCl المخفف؟

علماً بأن:                                

 Cu  →   Cu²⁺  +  2e^-                          E⁰ = +0,34 فولت

الحل:

بكتابة معادلة مبدئية من نص السؤال:

Cu + HCl  → ??    

وهذا من نوع تفاعلات الإحلال الأحادي، وعليه يمكن إكمال التفاعل على النحو التالي:

CuCl₂ + H₂  →   Cu + 2HCl 

نلاحظ من التفاعل المراد التنبؤ بحدوثه أن النحاس تأكسد (مصعد)، ويحسب (E⁰) للتفاعل كالتالي:

E⁰ _{للتفاعل} = E⁰ _{اختزال (المهبط)} - E⁰ _{اختزال (المصعد)}

E⁰ _{للتفاعل} = E⁰ _{اختزال (الهيدروجين)} - E⁰ _{اختزال (النحاس)}

E⁰ _{للتفاعل} = (صفر) ـ (+0,34) = -0,34 فولت

وبما أن (E⁰) للتفاعل له قيمة سالبة فهذا يعني أن التفاعل لا يحدث بصورة تلقائية.

مثال (8):

هل تذوب قطعة من الخارصين مع محلول حمض الهيدروكلوريك HCl المخفف؟

علماً بأن:                                

 Zn  →   Zn²⁺  +  2e^-                           E⁰ = -0,76 فولت

الحل:

بكتابة معادلة مبدئية من نص السؤال:

Zn + HCl → ??    

وهذا من نوع تفاعلات الإحلال الأحادي، وعليه يمكن إكمال التفاعل على النحو التالي:

ZnCl₂ + H₂   →   Zn + 2HCl 

نلاحظ من التفاعل المراد التنبؤ بحدوثه أن الخارصين تأكسد (مصعد)، ويحسب (E⁰) للتفاعل كالتالي:

E⁰ _{للتفاعل} = E⁰ _{اختزال (المهبط)} - E⁰ _{اختزال (المصعد)}

E⁰ _{للتفاعل} = E⁰ _{اختزال (الهيدروجين)} - E⁰ _{اختزال (الخارصين)}

E⁰ _{للتفاعل} = (صفر) ـ (-0,76) = +0,76 فولت

وبما أن (E⁰) للتفاعل له قيمة موجبة فهذا يعني أن التفاعل يحدث بصورة تلقائية.

مثال (9):

هل يمكن لأيونات الكادميوم Cd²⁺ أن تؤكسد ذرات الرصاص Pb ؟

علماً بأن:                                

 Cd  →   Cd²⁺  +  2e^-                         E⁰ = -0,40 فولت

Pb  →    Pb²⁺  +  2e^-                          E⁰ = -0,13 فولت

الحل:

بكتابة معادلة مبدئية من نص السؤال:

Cd²⁺ + Pb  →  ??    

ويمكن إكمال التفاعل بتحويل الأيونات إلى ذرات، والذرات إلى أيونات على النحو التالي:

 Pb²⁺ + Cd  →  Pb + Cd²⁺

نلاحظ من التفاعل المراد التنبؤ بحدوثه أن الرصاص تأكسد (مصعد)، ويحسب (E⁰) للتفاعل كالتالي:

E⁰ _{للتفاعل} = E⁰ _{اختزال (المهبط)} - E⁰ _{اختزال (المصعد)}

E⁰ _{للتفاعل} = E⁰ _{اختزال (الكادميوم)} - E⁰ _{اختزال (الرصاص)}

E⁰ _{للتفاعل} = (-0,40) ـ (-0,13) = -0,27 فولت

وبما أن (E⁰) للتفاعل له قيمة سالبة فهذا يعني أن التفاعل لا يحدث بصورة تلقائية.

مثال (10):

هل يمكن لذرات الحديد Fe أن تختزل أيونات الزئبق Hg²⁺ ؟

علماً بأن:                                

Fe  →    Fe²⁺  +  2e^-                            E⁰ = -0,44 فولت

 Hg  →   Hg²⁺  +  2e^-                         E⁰ = +0,85 فولت

الحل:

بكتابة معادلة مبدئية من نص السؤال:

Fe + Hg²⁺ →  ??   

ويمكن إكمال التفاعل بتحويل الأيونات إلى ذرات، والذرات إلى أيونات على النحو التالي:

Hg + Fe²⁺  →   Hg²⁺ + Fe 

نلاحظ من التفاعل المراد التنبؤ بحدوثه أن الحديد تأكسد (مصعد)، ويحسب (E⁰) للتفاعل كالتالي:

E⁰ _{للتفاعل} = E⁰ _{اختزال (المهبط)} - E⁰ _{اختزال (المصعد)}

E⁰ _{للتفاعل} = E⁰ _{اختزال (الزئبق)} - E⁰ _{اختزال (الحديد)}

E⁰ _{للتفاعل} = (+0,85) ـ (-0,44) = +1,29 فولت

وبما أن (E⁰) للتفاعل له قيمة موجبة فهذا يعني أن التفاعل يحدث بصورة تلقائية.