מול אלקטרונים   עודכן לאחרונה!


מול אלקטרונים

חישובי מול אלקטרונים

בשיעור הזה ניעזר בכל מה שלמדנו עד לכאן בחמצון-חיזור ונשלב ידע זה עם שאלות כמותיות בנושא סטוכיומטריה/מולים.
נתחיל מדוגמאות פשוטות ונעלה ברמת הקושי של התרגילים.
בשלב הראשון נתבונן בתהליך חמצון-חיזור שכבר עבר את כל שלבי האיזון:

תהליך חמצון חיזור מאוזן

כעת נראה שלביטויים שרשמנו במעברי האלקטרונים ניתן להתייחס כמקדמים לכל דבר, כמו כל מקדם שמופיע בניסוח התהליך. למשל, בדוגמה זו המקדם של האלקטרונים הוא 6. אין זה משנה אם נתייחס לתהליך החמצון או החיזור כי שניהם מאזנים את התהליך. זכרו שבאחד השלבים בתהליך איזון משוואת חמצון-חיזור דואגים שמספר האלקטרונים הנמסרים יהיה שווה למספר האלקטרונים המתקבלים.
אם נתבונן בשני הביטויים של מעברי האלקטרונים:

בחמצון : -3e/1X2 כלומר 3x2x1=6
וגם בחיזור : -e/6X1 כלומר 1x6x1=6

המקדם של האלקטרונים הוא 6.
נכון שבחמצון המספר 6 מופיע עם סימן "–" ובחיזור עם סימן "+" אבל בהקשר של המקדם אין לדבר שום משמעות. ישנם ספרים שבהם מציינים את מעברי האלקטרונים ללא הסימן בכלל וגם זה בסדר. לכן, ניתן לומר, למשל, שיחס המולים בין האלומיניום ( Aℓ) לבין האלקטרונים (e) ייכתב באופן הבא :

e Aℓ
יחס מולים 6 2

להלן דוגמה נוספת.

מתוך התהליך הנתון להלן
תהליך חמצון חיזור מאוזן, כולל מעברי אלקטרונים

ניתן לומר שיחס המולים בין החמצן (O2) לאלקטרונים הוא:

e O2
יחס מולים 12 (2x2x3) 3

כמובן שאין צורך לכתוב את המכפלה. רשמנו אותה למען הבהירות.

כעת נראה שאלה עם תהליך חמצון-חיזור ועם חישובי מול אלקטרונים.

השאלה כוללת שישה סעיפים א' – ו'. מתחת לכל סעיף תופיע התשובה:
נתון התהליך הבא :

HNO3(aq) + H2S(g) → NO(g) + S8(s) + H2O(ℓ)

  1. רשמו דרגות חמצון לכל מרכיבי התהליך, וקבעו מי המחמצן ומי המחזר. הסבירו את קביעתכם.
    • דרגות חמצון
      על-פי השינויים בדרגות החמצון ניתן לקבוע שאטומי החנקן (N) בחומר  HNO3 הם המחמצנים בתהליך, כי הם קיבלו אלקטרונים ודרגת החמצון שלהם ירדה מ-5+ ל-2+. אטומי הגופרית (S) בחומר  H2S הם החומר המחזר כי הם מסרו אלקטרונים ועלו בדרגת החמצון מ-2- ל-0 .
  2. אזנו את התהליך .
    • כאן נציין שאפשר לאזן את התהליך גם ללא עקרונות החמצון-חיזור. אבל אם יבקשו מאתנו לעבוד עם עקרונות אלה נצטרך לאזן על-פי שינויי מעברי האלקטרונים (לפעמים אם לא מאזנים לפי עקרונות חמצון-חיזור אפשר להגיע למקדמים אחרים ולכן חשוב להקפיד). בכל מקרה נצטרך את מעברי האלקטרונים לחישובים של מול אלקטרונים, כפי שנראה בהמשך השאלה.
    • נאזן על-פי עקרונות החמצון-חיזור שלמדנו
      • נציין מעברי אלקטרונים
        מעברי אלקטרונים
      • נתייחס למספר האטומים המשתתפים בתהליך
        מספר אטומים בתהליך
      • נשווה בין האלקטרונים הנמסרים למתקבלים
        השוואת אלקטרונים
      • ונאזן
        איזון תהליך חמצון חיזור
      • ועכשיו נאזן את שאר האטומים בתהליך:
        איזון המשוואה כעת התהליך מאוזן.

לפני שניגש לסעיף הבא, נציין שכעת אפשר לבצע חישובים סטוכיומטריים שונים כולל חישובי כמויות של מול האלקטרונים.
מיד נראה דוגמאות שונות לכך.

הנתונים להלן הם עבור כל הסעיפים הבאים

בניסוי משתמשים בתמיסת HNO3(aq) בריכוז 1M. לתוך התמיסה מבעבעים 12 ליטר גז מימן גופרי H2S(g) בתנאי החדר (Vm = 25 L / moℓ) .

כדי שלא תהיינה אי הבנות, נציין שכשבשאלה נרשם שמבעבעים את הגז לתמיסה, המשמעות היא שהגז שהוכנס לתמיסה מגיב (במקרה זה על-פי הניסוח שאיזנו בסעיף הקודם).
אין צורך לנסח מחדש את התהליך ואין צורך לנסח תהליך אחר.
מדובר בתהליך שעסקנו בו בסעיפים א ו- ב, תהליך שבו מתרחשת תגובה בין HNO3(aq) ל-H2S(g).

  1. מהו נפח תמיסת HNO3(aq) שהגיבה? פרטו חישוביכם.
    H2S(g) HNO3(aq)
    24 16 יחס מולים
    n=V/Vm 12 V (ליטר)
    25 Vm (ליטר/מול)
    0.48 יחס 16:24 0.32 n (מול)
    1 C (מול/ליטר)
    0.57 0.32 V (ליטר)

    תשובה: נפח התמיסה הוא 0.32 ליטר.

  2. מהי מסת הגופרית (S8) שמתקבלת בתגובה? פרטו חישוביכם.
    נוכל להיעזר במולים שמצאנו בסעיף הקודם:

    S8(s) H2S(g)
    3 24 יחס מולים
    0.06 יחס 3:24 0.48 n (מול)
    256 Mw (ג' / למול)
    m = n x Mw 15.36 m (ג')

    תשובה: נוצרו 15.36 ג' גופרית.

  3. כמה מולקולות גז חנקן חד-חמצני (NO) התקבלו בתגובה? פרטו חישוביכם.
    NO(g) H2S(g)
    16 24 יחס מולים
    0.32 יחס 16:24 חץ ימינה 0.48 n (מול)
    6×1023 NA (מספר החלקיקים/
    מספר אבוגדרו)
    N = n x NA 1.92×1023 N (מספר מולקולות)

    תשובה: בתהליך נוצרו 1.92×1023 מולקולות של NO.

  4. כמה מול אלקטרונים עברו בניסוי? פרטו חישוביכם.
    • החלק החדש בשאלה זו הוא חישוב מול אלקטרונים.
    • מתוך התהליך שאיזנו:
      איזון המשוואה
    • ניתן לראות ש:
      e (אלקטרונים) H2S(g)
      (2x8x3) 48 24 יחס מולים
      0.96 יחס 48:24 חץ ימינה 0.48 n (מול)

      תשובה: בניסוי עוברים 0.96 מול אלקטרונים.

להלן דוגמה נוספת.

נתון לפניכם התהליך הבא :

FeS(s) + O2(g)    →    FeO(s) + SO2(g)

  1. קבעו אם התהליך הנתון הוא תהליך חמצון-חיזור. אם כן קבעו מי המחמצן ומי המחזר. אם לא הסבירו מדוע זה אינו תהליך חמצון-חיזור.

    המשך התוכן בעמוד זה למנויים (חודשי/שנתי) בלבד

    אם הינך מנוי/ה אנא הכנס שם משתמש וסיסמא!

    אם אין ברשותך מנוי אנא בדוק/בדקי את תוכניות מנויים