Prof./ Ayman Mansour — Chemistry Consultant
الاتزان الكيميائي
Chemical Equilibrium
كيمياء ٢٠٢٦ — Chemistry 2026
نماذج تفاعلية · شرح تفصيلي · مراجعة شاملة
أيٌّ من المعادلات الآتية يمثل عملية يكون فيها معدل التفاعل الطردي مساويًا لمعدل التفاعل العكسي؟
الاتزان الديالاسمكي يحتاج إلى تفاعل عكسي في نظام مغلق بحيث يتساوى معدل التفاعل الطردي والعكسي.
تأفي حمض الإيثانويك ضعيف وعكسي، لذلك يحقق حالة اتزان في المحلول.
أما الترسيب أو تأفي الحمض القوي أو الوعاء المفتوح فلا تمثل اتزانًا مناسبًا.
يوجد محلول حمض الهيدروسيانيك في حالة اتزان طبقًا للمعادلة: HCN(aq) + H₂O(l) ⇌ H₃O⁺(aq) + CN⁻(aq). ماذا يحدث عند إضافة قطرات قليلة من HCl إلى هذا المحلول؟
إضافة HCl تزيد تركيز H₃O⁺ لأنه حمض قوي.
طبقًا لقاعدة لوشاتيليه ينتقل الاتزان عكسيًا لاستهلاك الزيادة في H₃O⁺.
وبذلك تقل درجة تفكك حمض HCN.
في تفاعل الاتزان الآتي: 2X₂(g) + Y₂(g) ⇌ 2X₂Y(g) - حرارة. أيٌّ مما يلي صحيح بالنسبة لتأثير العوامل المختلفة على هذا التفاعل؟
وجود كلمة حرارة في جهة المتفاعلات يعني أن التفاعل الطردي ماص للحرارة.
عند إضافة Y₂ ينتقل الاتزان ناحية النواتج، فتزداد كمية الناتج X₂Y.
ولأن الاتجاه الطردي ماص للحرارة فإنه يمتص كمية أكبر من الطاقة.
أيُّ التفاعلات الآتية يكون أسرع؟
سرعة التفاعل تزيد بزيادة مساحة السطح، وزيادة التركيز، وارتفاع درجة الحرارة.
مسحوق الماغنسيوم أسرع من الشريط، والتركيز 0.2 M أكبر من 0.1 M، ودرجة 35°C أعلى من درجة الغرفة.
لذلك يكون الاختيار الذي يجمع هذه العوامل هو الأسرع.
محلول (X) تركيز أيون الهيدروجين فيه [H⁺] = 1.0 × 10⁻⁹ M عند 25°C. أيٌّ مما يلي يمثل المحلول (X)؟
بما أن [H⁺] = 1.0 × 10⁻⁹ M فإن pH = 9.
عندما تكون قيمة pH أكبر من 7 يكون المحلول قاعديًا.
إذن المحلول قاعدة وقيمة pH له تساوي 9.
في تفاعل الاتزان الآتي: 2NO₂(g) ⇌ N₂(g) + 2O₂(g). الضغط الكلي عند الاتزان = 3.2 atm، والضغط الجزئي لـ NO₂ = 2 atm، والضغط الجزئي لـ O₂ = 1 atm. أيٌّ مما يلي يمثل قيمة Kp للتفاعل؟
الضغط الكلي يساوي مجموع الضغوط الجزئية: 3.2 = 2 + P(N₂) + 1.
إذن P(N₂) = 0.2 atm.
Kp = P(N₂) × P(O₂)² ÷ P(NO₂)² = 0.2 × 1² ÷ 2² = 0.05.
من الشكل المقابل: كل 50 mL من المحلول تحتوي على 2 × 10⁻⁴ mol من المذاب. أيٌّ مما يلي يمثل قيمة Ksp لملح Mg(OH)₂؟
الذوبانية S = عدد المولات ÷ الحجم باللتر = 2 × 10⁻⁴ ÷ 0.050 = 4 × 10⁻³ M.
للمركب Mg(OH)₂: تركيز Mg²⁺ = S وتركيز OH⁻ = 2S.
Ksp = [Mg²⁺][OH⁻]² = (4 × 10⁻³)(8 × 10⁻³)² ≈ 2.5 × 10⁻⁷.
من خلايا التحليل الكهربائي الموضحة: أيٌّ مما يلي يمثل خلية تتكون من قطبين: (B) مصعدًا و(A) مهبطًا؟
من الخلايا الموضحة يكون ترتيب قابلية الأكسدة: A > C > B.
الوضع التلقائي بين A و B يجعل A مصعدًا و B مهبطًا بقيمة موجبة.
لكن المطلوب أن يكون B مصعدًا و A مهبطًا، وهذا عكس الاتجاه التلقائي فتكون القوة الدافعة سالبة وتساوي -2 V.
| مادة | Cl₂ | NO | NOCl |
|---|---|---|---|
| مولات عند الاتزان | 3 | 1.5 | 3 |
Kc = [NO]² × [Cl₂] / [NOCl]²
لنفرض V = حجم. تركيزs:
Kc = (1.5/V)² × (3/V) / (3/V)² = (2.25/V²)(3/V) / (9/V²)
= (6.75/V³) / (9/V²) = 6.75 / (9V) = 0.75/V
0.25 = 0.75/V → V = 0.75/0.25 = 3 L ✓
ابتدائي عدد مولات NaOH = 0.01 × 0.2 = 0.002 مول
نهائي مولات مطلوب = 0.7 × 0.2 = 0.14 مول (اسسومينج حجم ستايس ≈ 200 مل بما أن صلب هو يضاف)
إضافةal مولات = 0.14 − 0.002 = 0.138 مول
كتلة = 0.138 × 40 = 5.52 g ✓
ابتدائي: H₂ = 1 مول, I₂ = 1 مول, HI = 0
ات الاتزان: H₂ = 0.3 مول, I₂ = 0.3 مول
تفاعل = 1 − 0.3 = 0.7 مول كل → HI يتكون = 2 × 0.7 = 1.4 مول
تركيزs (V = 2L): [H₂] = 0.3/2 = 0.15 M, [I₂] = 0.15 M, [HI] = 1.4/2 = 0.7 M
Kc = [HI]²/([H₂][I₂]) = (0.7)²/(0.15 × 0.15) = 0.49/0.0225 = 21.78 ✓
| الاختيار | pH | pOH | α |
|---|---|---|---|
| A | 2.87 | 11.13 | 0.0134 |
| B | 11.13 | 2.87 | 0.0134 |
| C | 13 | 1 | 1 |
| D | 9.26 | 4.74 | 1.8×10⁻⁵ |
NH₄OH هو ضعيف قاعدة.
α = √(Kb/C) = √(1.8×10⁻⁵/0.1) = √(1.8×10⁻⁴) = 0.0134
[OH⁻] = α × C = 0.0134 × 0.1 = 1.34 × 10⁻³ M
pOH = −لوغاريتم(1.34×10⁻³) = 2.87
pH = 14 − 2.87 = 11.13
بما أن NH₄OH هو قاعدة → pH > 7 ✓ (الاختيار B)
| التفاعل (A) | التفاعل (B) |
|---|---|
| N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g) | Mg(s) + 2HCl(aq) → MgCl₂(aq) + H₂(g) |
| العملية | عكسي? | الاتزان? |
|---|---|---|
| () شحيح ذائب ملح | نعم (صلب ⇌ مائي أيونات) | نعم |
| (b) CO₂ في وعاء مغلق | نعم (CO₂(g) ⇌ CO₂(aq)) | نعم |
| (c) الأسيتيك حمض في ماء | نعم (CH₃COOH ⇌ CH₃COO⁻ + H⁺) - سائل طور فقط, مفتوح وعاء هو دقيق. | نعم |
| (d) تحلل H₂O₂ | لا (2H₂O₂ → 2H₂O + O₂↑) - غاز الأكسجين يتسرب, يمنع عكسي تفاعل. | لا |
| محلول | pH |
|---|---|
| A | 1 |
| B | 6 |
| C | 3 |
| محلول | pH | حمض القوة | Ka القيمة |
|---|---|---|---|
| A | 1 | الأقوى | الأكبر |
| C | 3 | وسطي | متوسط |
| B | 6 | الأضعف | الأصغر |
| الأنواع | [A] | [B] |
|---|---|---|
| الابتدائي (M) | 0.8 | 0 |
| التغير (M) | -0.4 (معطى) | + (2 × 0.4) = +0.8 |
| الاتزان (M) | 0.4 | 0.8 |
| عامل | التأثير على [C] |
|---|---|
| () أضف صلب A | لا تأثير (النشاط من صلب = 1) |
| (b) أزل D | ينزاح الأمامي → [C] تزداد |
| (c) نقص V | ينزاح إلى أقل غاز مولات (2→0), الخلفي → [C] تقل ✓ |
| (d) زيادة T | ماص للحرارة تفاعل ينزاح الأمامي → [C] تزداد |
🎯 القاعدة الكيميائية الأساسية: يتغير النظام من انعكاسي إلى تام عند تعديل الشروط والظروف بحيث لا يمكن للاتجاه العكسي أن يستمر. في أنظمة الاتزان الفيزيائي الخاصة بالذوبان، يؤدي اختفاء الطور الصلب (المادة غير الذائبة) تماماً إلى منع حدوث عملية التبلور العكسية.
✅ التحليل التفصيلي للخيار (ب):
• في البداية، يتواجد المحلول المشبع المحتوي على كمية غير ذائبة من نترات الفضة (AgNO3) في حالة **اتزان فيزيائي ديالاسمكي** (عملية انعكاسية) بين الذوبان والترسيب:
AgNO3(s) ⇌ Ag+(aq) + NO3-(aq)
• عند **إضافة وفرة من الماء** (المذيب)، يزداد حجم السائل بشكل كافٍ ليتيح إذابة كل الكمية المتبقية من نترات الفضة الصلبة الموجودة في قاع الإناء بالكامل.
• نظراً لاختفاء المادة الصلبة تماماً من النظام، يصبح اتجاه التبلور العكسي مستحيلاً لعدم وجود بلورات صلبة يترسب عليها الأيون، وبالتالي يُجبر النظام على التحول إلى **عملية ذوبان تامة** تسير في اتجاه واحد فقط.
❌ لماذا الخيار (ج) غير صحيح: تفاعل الخارصين مع حمض الكبريتيك المركز ينتج غاز ثاني أكسيد الكبريت (SO2). حتى لو تم غلق الإناء، فإن غاز SO2 لا يمكنه التفاعل مع كبريتات الخارصين الناتجة لإعادة تكوين المتفاعلات. هذا يعني أن التفاعل **تام بطبيعته منذ البداية**، وبالتالي فإن غلق الإناء لم *يغيره* من انعكاسي إلى تام.
🎯 القاعدة الكيميائية الأساسية: طاقة التنشيط وطاقة الجزيئات المتفاعلة تعتمد على العوامل الخارجية المؤثرة في التفاعل. التغير البنيوي في طاقة المتفاعلات والنواتج مع ثبات طاقة التنشيط يرتبط ارتباطاً مباشراً بالانتقال الحراري.
✅ تحليل حسابي دقيق لمنحنيات الطاقة:
• في المخطط الأول (1): طاقة المتفاعلات = 100 kJ، طاقة النواتج = 25 kJ، وطاقة المركب المنشط (القمة) = 175 kJ. وبالتالي تكون طاقة التنشيط للتفاعل الأمامي = 175 - 100 = 75 kJ.
• في المخطط الثاني (2): طاقة المتفاعلات = 225 kJ، طاقة النواتج = 150 kJ، وطاقة المركب المنشط (القمة) = 300 kJ. وبالتالي تكون طاقة التنشيط للتفاعل الأمامي = 300 - 225 = 75 kJ.
• نلاحظ أن طاقة التنشيط (E) بقيت ثابتة تماماً (75 kJ) وكذلك قيمة التغير في المحتوى الحراري (Δ H = -75 kJ)، ولكن حدث ارتفاع متساوٍ وموحد لكل من طاقة المتفاعلات والنواتج بمقدار 125 kJ نتيجة اكتساب الجزيئات طاقة حركة حرارية أعلى، وهذا لا يحدث إلا عند **زيادة درجة الحرارة**.
❌ لماذا تفشل الخيارات الأخرى:
• إضافة حفاز (الخيار ج): يقلل من طاقة التنشيط (يخفض القمة فقط) مع بقاء خطوط طاقة المتفاعلات والنواتج ثابتة تماماً دون أي تحريك لها.
• زيادة مساحة السطح أو التركيز (ب ود): تؤثر في معدل التصادمات والسرعة الزمنية، لكنها لا تتدخل مطلقاً في قيم المحتوى الحراري الثابت للأنظمة على المحور الرأسي.
🎯 القاعدة الكيميائية الأساسية: يتم حساب ثابت الاتزان (Kc) لكتابة التفاعل المتزن أولاً، ثم إنشاء جدول تقدم التفاعل (ICE) لتتبع تركيزات المواد المتفاعلة والناتجة عند الاتزان، والتعويض بها مباشرة في قانون فعل الكتلة.
✅ حساب تركيزات الاتزان :
• معادلة تفكك ثالث أكسيد الكبريت المتزنة: 2SO3(g) ⇌ 2SO2(g) + O2(g)
• التركيز الابتدائي (C = n/V): بما أن الحجم يساوي 1 لتر، فإن التركيز الابتدائي ـ SO3 = 0.2 مولار، وتركيز النواتج الابتدائية = 0.
• مقدار التغير (التفكك بنسبة 10%): المستهلك من المتفاعلات = 0.2 × 0.10 = 0.02 مولار.
- التغير في SO3 = -0.02 مولار.
- التغير في SO2 = +0.02 مولار (حسب النسبة المولية 2:2).
- التغير في O2 = +0.01 مولار (حسب النسبة المولية 2:1).
• التركيزات النهائية عند الاتزان:
- [SO3]eq = 0.2 - 0.02 = 0.18 M
- [SO2]eq = 0.02 M
- [O2]eq = 0.01 M
📊 التعويض في قانون فعل الكتلة وحساب قيمة Kc:
العلاقة الرياضية لثابت الاتزان هي:
Kc = [SO2]2 · [O2] / [SO3]2
Kc = (0.02)2 · 0.01 / (0.18)2 = 0.0004 · 0.01 / 0.0324 = 4 × 10-6 / (3.24 × 10-2) ≈ 1.23 × 10-4
🎯 القاعدة الكيميائية الأساسية: بالنسبة للقواعد الضعيفة (المحاليل القلوية)، يتم حساب تركيز أيونات الهيدروكسيد [OH-] عن طريق ضرب التركيز الابتدائي للقاعدة (Cb) في درجة التفكك (α)، ومن ثم يتم استخدام اللوغاريتم السالب للحصول على قيمة الأس الهيدروكسيلي (pOH).
✅ خطوات الحل الحسابية بالتفصيل:
• 1. حساب التركيز المولاري للقاعدة (Cb): بما أن حجم المحلول يساوي 1 لتر، فإن التركيز المولاري يساوي عدد المولات مباشرة:
Cb = n / V = 0.25 / 1 = 0.25 M
• 2. حساب تركيز أيونات الهيدروكسيد [OH-]: نستخدم القانون المباشر للاتزان الأيوني:
[OH-] = α × Cb
[OH-] = (2 × 10-2) × 0.25 = 0.005 M = 5 × 10-3 M
• 3. حساب قيمة الـ pOH: نأخذ اللوغاريتم السالب لتركيز أيونات الهيدروكسيد:
pOH = -log[OH-]
pOH = -log(5 × 10-3) = 3 - log(5) = 3 - 0.7 = 2.3
📊 ملاحظة هامة: القيمة المستنتجة للأس الهيدروكسيلي هي 2.3 مما يجعل الخيار (د) هو الإجابة الصحيحة المطلوبة بشكل مباشر. (إذا طُلب الـ pH، فسيكون 14 - 2.3 = 11.7).
🎯 القاعدة الكيميائية الأساسية: هيدروكسيد الصوديوم (NaOH) قاعدة قوية تامة التأفي في الماء. عند تخفيف محلولها بإضافة الماء، يزداد حجم المحلول الكلي مما يؤدي إلى خفض التركيز المولاري للأيونات الذائبة، بينما تظل كمية المادة (عدد الأيونات الكلي الفعلي) ثابتة دون تغيير.
✅ تحليل تأثير التخفيف خطوة بخطوة:
• ثبات عدد الأيونات: بما أن هيدروكسيد الصوديوم متأفي بنسبة 100% بالفعل قبل التخفيف، فإن إضافة المزيد من الماء لن تنتج أي أيونات جديدة، وبالتالي يظل عدد الأيونات الناتجة ثابتاً.
• نقص تركيز الأيونات: زيادة حجم المحلول تؤدي إلى تباعد الأيونات، مما يسبب **نقصاً في تركيز أيونات الهيدروكسيد [OH⁻]**.
• تغير قيم الـ pH والـ pOH: العلاقة بين تركيز الأيون وقيم الأس الهيدروكسيلي هي علاقة لوغاريتمية عكسية.
- عندما **يقل تركيز [OH⁻]**، فإن قيمة الـ **pOH تزداد** تلقائياً.
- (وبالمثل، يقل تركيز الصفة القلوية، فتقل قيمة الـ pH تقرباً نحو النقطة المتعادلة 7).
📊 الخلاصة المنطقية: العبارة التي تصف هذا السلوك بدقة علمية متكاملة هي أن عدد الأيونات يظل ثابتاً بينما تزداد قيمة الـ pOH، مما يجعل الخيار (د) هو الصحيح.
🎯 القاعدة الكيميائية الأساسية: طبقاً لقاعدة لوشاتيليه، عند تغيير الضغط أو الحجم، ينزاح الاتزان في الاتجاه الذي يقلل من هذا التأثير. كما أن **قيمة ثابت الاتزان (Kc) لا تتأثر ولا تتغير إلا بتغير درجة الحرارة فقط**.
✅ تحليل شروط السؤال خطوة بخطوة:
• شرط ثبات قيمة Kc: السؤال يطلب زيادة كمية النواتج "دون التأثير على قيمة Kc"، هذا الشرط يستبعد تماماً الخيار (أ) لأن تغيير درجة الحرارة سيغير حتماً من قيمة Kc.
• حساب عدد مولات الغازات:
- المتفاعلات: تحتوي على 1 mol من الغاز (CO2). (الكربون مادة صلبة لا تُحسب).
- النواتج: تحتوي على 2 mol من الغاز (CO).
• تأثير زيادة حجم الوعاء (خفض الضغط): عند **زيادة حجم وعاء التفاعل**، يقل الضغط الواقع على الغازات، مما يدفع النظام لتنفيذ إزاحة نحو الاتجاه الذي يحتوي على عدد مولات غازية أكبر (الاتجاه الطردي نحو النواتج) لتعويض نقص الضغط. هذا الانزياح يؤدي إلى زيادة كمية غاز أول أكسيد الكربون (CO) مع بقاء قيمة Kc ثابتة تماماً.
❌ لماذا تفشل الخيارات الأخرى:
• الخيار (ب): الكربون مادة صلبة (s)، وإضافة أو إزالة المواد الصلبة النقية لا تؤثر مطلقاً على موضع الاتزان أو كميات الغازات.
• الخيار (ج): تقليل حجم الوعاء (زيادة الضغط) ينقل الاتزان نحو عدد المولات الغازية الأقل (الاتجاه العكسي)، مما يقلل من كمية CO.