امتحان الكيمياء — الفصل الثاني توجيهي — أسئلة وزارية مع الحل (النموذج الثالث)

الإجابة الصحيحة: أ. \(1.6 \times 10^{-9} \text{ M/s}\)

"سرعة التفاعل ثابتة عند تغير تركيز المادة A" تعني أن رتبة التفاعل بالنسبة للمادة A هي صفر. وحدة ثابت السرعة \(k\) هي \(\text{M}^{-1}\text{.s}^{-1}\). هذه الوحدة تشير إلى أن التفاعل من الرتبة الثانية الكلية (\(n=2\))، حيث أن وحدة \(k\) هي \(\text{M}^{1-n}\text{.s}^{-1}\). إذا افترضنا أن التفاعل يعتمد على تركيز المادة B (بما أن A رتبتها صفرية، و C هي المتفاعلة في المعادلة المعطاة ولكن تركيزها غير معلوم، بينما تركيز B معلوم)، فإن قانون السرعة سيكون: السرعة = \(k [\text{B}]^2\). السرعة = \((4 \times 10^{-8} \text{ M}^{-1}\text{.s}^{-1}) \times (0.2 \text{ M})^2\) السرعة = \((4 \times 10^{-8}) \times (0.04)\) السرعة = \((4 \times 10^{-8}) \times (4 \times 10^{-2})\) السرعة = \(16 \times 10^{-10} = 1.6 \times 10^{-9} \text{ M/s}\). (ملاحظة: هناك تناقض بين المعادلة المعطاة \(2\text{C} \longrightarrow \text{B} + \text{A}\) وبين استخدام تركيز B في حساب السرعة، ولكن هذا هو التفسير الوحيد الذي يؤدي إلى إحدى الإجابات المتاحة).

الإجابة الصحيحة: ب. \(\text{N}_{2} \rightarrow \text{NO}_{2}\)

التأكسد يعني زيادة في عدد التأكسد. - في الخيار أ: \(\text{N}_{2}\text{O}_{4}\) (N=+4) إلى \(\text{NO}\) (N=+2). هذا اختزال. - في الخيار ب: \(\text{N}_{2}\) (N=0) إلى \(\text{NO}_{2}\) (N=+4). هذا تأكسد. - في الخيار ج: \(\text{NO}\) (N=+2) إلى \(\text{N}_{2}\) (N=0). هذا اختزال. - في الخيار د: \(\text{NO}_{2}\) (N=+4) إلى \(\text{N}_{2}\) (N=0). هذا اختزال. التحول الوحيد الذي يحدث فيه تأكسد لذرات النيتروجين هو \(\text{N}_{2} \rightarrow \text{NO}_{2}\).

الإجابة الصحيحة: ب. \(Cl_{2} \longrightarrow Cl^{-} + OCl^{-}\)

تفاعل التأكسد والاختزال الذاتي (Disproportionation) هو تفاعل تتأكسد فيه ذرة عنصر واحد وتختزل في نفس الوقت. في الخيار (ب)، الكلور في \(Cl_{2}\) (حالة التأكسد 0) يتأكسد إلى \(OCl^{-}\) (حالة التأكسد +1) ويختزل إلى \(Cl^{-}\) (حالة التأكسد -1).

الإجابة الصحيحة: ج. \(OH^{-}\) و \(H_{2}O\)

عند موازنة تفاعلات الأكسدة والاختزال في الوسط القاعدي، يتم استخدام جزيئات \(H_{2}O\) لموازنة ذرات الأكسجين. بعد ذلك، يتم إضافة أيونات \(OH^{-}\) إلى كلا الطرفين لمعادلة أيونات \(H^{+}\) (التي تُستخدم في خطوة سابقة لموازنة الهيدروجين) وتحويل الوسط إلى قاعدي.

الإجابة الصحيحة: ج. \(95 \text{ kJ}\)

\(\Delta H = H_{P} - H_{R} \Rightarrow -80 = 15 - H_{R} \Rightarrow H_{R} = 15 + 80 = 95 \text{ kJ}\).

الإجابة الصحيحة: د. العامل المختزل الأضعف هو \(Y^{-}\).

المعلومات المعطاة: 1. التفاعل: \(Y_{2} + 2Z^{-} \longrightarrow 2Y^{-} + Z_{2}\). هذا التفاعل تلقائي، مما يعني أن \(Y_{2}\) أقوى كعامل مؤكسد من \(Z_{2}\). وبالتالي، فإن \(Z^{-}\) أقوى كعامل مختزل من \(Y^{-}\). ترتيب القوة المؤكسدة: \(Y_{2} > Z_{2}\). ترتيب القوة المختزلة للأيونات: \(Z^{-} > Y^{-}\). 2. "إذا علمت أن العنصر \(Z_{2}\) يستطيع أكسدة أيونات \(X^{-}\)". هذا يعني أن \(Z_{2}\) أقوى كعامل مؤكسد من \(X_{2}\). وبالتالي، فإن \(X^{-}\) أقوى كعامل مختزل من \(Z^{-}\). ترتيب القوة المؤكسدة: \(Z_{2} > X_{2}\). ترتيب القوة المختزلة للأيونات: \(X^{-} > Z^{-}\). بجمع الترتيبات: ترتيب القوة المؤكسدة للعناصر: \(Y_{2} > Z_{2} > X_{2}\). ترتيب القوة المختزلة للأيونات: \(X^{-} > Z^{-} > Y^{-}\). لنحلل الخيارات: أ) تترتب العناصر وفق جهود اختزالها المعيارية \(X_{2} < Y_{2} < Z_{2}\). العامل المؤكسد الأقوى يمتلك جهد اختزال معياري أعلى. لذا، ترتيب جهود الاختزال المعيارية هو: \(E^{\circ}_{X_{2}/X^{-}} < E^{\circ}_{Z_{2}/Z^{-}} < E^{\circ}_{Y_{2}/Y^{-}}\). الخيار أ يقول \(X_{2} < Y_{2} < Z_{2}\)، وهذا يتعارض مع ترتيبنا (\(X_{2} < Z_{2} < Y_{2}\)). لذا، العبارة خاطئة. ب) معادلة التفاعل الكلية عند تمرير غاز \(Z_{2}\) على محلول يحتوي على أيونات \(Z^{-}\) هي: هذا الخيار غير مكتمل، حيث لا توجد معادلة تفاعل مذكورة. لذا، لا يمكن تقييمه. ج) يمكن تحضير غاز \(Z_{2}\) من محلول أحد أملاحه باستخدام العنصر \(X_{2}\). لتحضير غاز \(Z_{2}\) من أيونات \(Z^{-}\) باستخدام العنصر \(X_{2}\)، يجب أن يقوم \(X_{2}\) بأكسدة \(Z^{-}\) إلى \(Z_{2}\). التفاعل المقترح: \(X_{2} + 2Z^{-} \longrightarrow 2X^{-} + Z_{2}\). لكي يكون هذا التفاعل تلقائياً، يجب أن يكون \(X_{2}\) أقوى كعامل مؤكسد من \(Z_{2}\). ولكن ترتيبنا هو \(Z_{2} > X_{2}\). لذا، هذا التفاعل غير تلقائي. العبارة خاطئة. د) العامل المختزل الأضعف هو \(Y^{-}\). وفقاً لترتيب القوة المختزلة للأيونات: \(X^{-} > Z^{-} > Y^{-}\). الأيون \(Y^{-}\) هو الأضعف كعامل مختزل في هذه السلسلة. لذا، العبارة صحيحة.

الإجابة الصحيحة: أ. 2

نفترض أن \(\text{OH}_{2}\) خطأ مطبعي والمقصود \(\text{H}_{2}\text{O}\)، وأن التفاعل هو نصف تفاعل تأكسد \(\text{Mg}\) إلى \(\text{Mg}(\text{OH})_{2}\). نصف التفاعل: \(\text{Mg} \longrightarrow \text{Mg}(\text{OH})_{2}\) 1. موازنة \(\text{Mg}\): متوازنة. 2. موازنة \(\text{O}\): يوجد 2 ذرة \(\text{O}\) في اليمين، لا يوجد في اليسار. نضيف \(2\text{H}_{2}\text{O}\) إلى اليسار: \(\text{Mg} + 2\text{H}_{2}\text{O} \longrightarrow \text{Mg}(\text{OH})_{2}\) 3. موازنة \(\text{H}\): يوجد 4 ذرات \(\text{H}\) في اليسار، 2 ذرة \(\text{H}\) في اليمين. نضيف \(2\text{H}^{+}\) إلى اليمين (وسط حمضي): \(\text{Mg} + 2\text{H}_{2}\text{O} \longrightarrow \text{Mg}(\text{OH})_{2} + 2\text{H}^{+}\) 4. موازنة الشحنة: الشحنة الكلية في اليسار \(0\). الشحنة الكلية في اليمين \(+2\). نضيف \(2\text{e}^{-}\) إلى اليمين: \(\text{Mg} + 2\text{H}_{2}\text{O} \longrightarrow \text{Mg}(\text{OH})_{2} + 2\text{H}^{+} + 2\text{e}^{-}\) عدد مولات أيونات \(\text{H}^{+}\) اللازمة للموازنة هو 2.

الإجابة الصحيحة: ج. جهود الاختزال تزداد من أعلى إلى أسفل في الجدول.

جهود الاختزال المعيارية تزداد من أعلى إلى أسفل في الجدول. المواد على يسار المعادلة تمثل عوامل مؤكسدة، والمواد على يمين المعادلة تمثل عوامل مختزلة. قوة العوامل المختزلة تقل من أعلى إلى أسفل.

الإجابة الصحيحة: د. 8

نحسب عدد تأكسد الكربون في كل مركب: * في \(CH_{4}\): نفترض أن H له عدد تأكسد +1. \(C + 4(+1) = 0 \implies C = -4\) * في \(CCl_{4}\): نفترض أن Cl له عدد تأكسد -1. \(C + 4(-1) = 0 \implies C = +4\) مقدار التغير في عدد التأكسد هو القيمة المطلقة للفرق: \(|+4 - (-4)| = |+4 + 4| = |8| = 8\).

الإجابة الصحيحة: د. 2

لوزن التفاعل في وسط قاعدي: 1. **نصف تفاعل الأكسدة:** \(CN^{-} \longrightarrow CNO^{-}\) * وزن O بإضافة \(H_{2}O\): \(CN^{-} + H_{2}O \longrightarrow CNO^{-}\) * وزن H بإضافة \(H^{+}\): \(CN^{-} + H_{2}O \longrightarrow CNO^{-} + 2H^{+}\) * وزن الشحنة بإضافة \(e^{-}\): \(CN^{-} + H_{2}O \longrightarrow CNO^{-} + 2H^{+} + 2e^{-}\) * التحويل لوسط قاعدي (إضافة \(OH^{-}\) بعدد \(H^{+}\) للطرفين): \(CN^{-} + H_{2}O + 2OH^{-} \longrightarrow CNO^{-} + 2H_{2}O + 2e^{-}\) * التبسيط: \(CN^{-} + 2OH^{-} \longrightarrow CNO^{-} + H_{2}O + 2e^{-}\) (معادلة 1) 2. **نصف تفاعل الاختزال:** \(MnO_{4}^{-} \longrightarrow MnO_{2}\) * وزن O بإضافة \(H_{2}O\): \(MnO_{4}^{-} \longrightarrow MnO_{2} + 2H_{2}O\) * وزن H بإضافة \(H^{+}\): \(MnO_{4}^{-} + 4H^{+} \longrightarrow MnO_{2} + 2H_{2}O\) * وزن الشحنة بإضافة \(e^{-}\): \(MnO_{4}^{-} + 4H^{+} + 3e^{-} \longrightarrow MnO_{2} + 2H_{2}O\) * التحويل لوسط قاعدي: \(MnO_{4}^{-} + 4H_{2}O + 3e^{-} \longrightarrow MnO_{2} + 2H_{2}O + 4OH^{-}\) * التبسيط: \(MnO_{4}^{-} + 2H_{2}O + 3e^{-} \longrightarrow MnO_{2} + 4OH^{-}\) (معادلة 2) 3. **جمع نصفي التفاعل:** * نضرب المعادلة (1) في 3 والمعادلة (2) في 2 لتوحيد عدد الإلكترونات (6 إلكترونات). * \(3CN^{-} + 6OH^{-} \longrightarrow 3CNO^{-} + 3H_{2}O + 6e^{-}\) * \(2MnO_{4}^{-} + 4H_{2}O + 6e^{-} \longrightarrow 2MnO_{2} + 8OH^{-}\) * بجمع المعادلتين وتبسيط المتشابهات: \(3CN^{-} + 2MnO_{4}^{-} + H_{2}O \longrightarrow 3CNO^{-} + 2MnO_{2} + 2OH^{-}\) عدد مولات \(OH^{-}\) في المعادلة الكلية الموزونة هو 2.