חמצון־חיזור, חישובים

ניסוי 1: נתונות שלוש מבחנות, 1–3: מבחנה 1 מכילה תמיסה של יוני כלור $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}(\mathrm{aq})$ ויוני נתרן $\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}(\mathrm{aq})$. מבחנה 2 מכילה תמיסה של יוני ברום $\mathrm{B}{\mathrm{r}}^{-}(\mathrm{aq})$ ויוני נתרן $\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}(\mathrm{aq})$. מבחנה 3 מכילה תמיסה של יוני יוד ${\mathrm{I}}^{-}(\mathrm{aq})$ ויוני נתרן $\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{+}(\mathrm{aq})$. לכל אחת מן המבחנות הוסיפו תמיסת $\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2(\mathrm{aq})$. לפניכם איורים המתארים את המבחנות 1–3 לפני הוספת תמיסת $\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2(\mathrm{aq})$ ואחריה:

סעיף א. על פי איור 2, תארו תצפית אחת לכל אחת מן המבחנות לאחר הוספת תמיסת $\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2(\mathrm{aq})$.

בניסוי התרחשו תגובות רק בשתיים משלוש המבחנות. לפניכם ניסוח נטו של התגובות שהתרחשו במהלך הניסוי: תגובה I: $\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2(\mathrm{aq})+2{\mathrm{I}}^{-}(\mathrm{aq})\to {\mathrm{I}}_2(\mathrm{aq})+2\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}(\mathrm{aq})$ תגובה II: $\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2(\mathrm{aq})+2\mathrm{B}{\mathrm{r}}^{-}(\mathrm{aq})\to \mathrm{B}{\mathrm{r}}_2(\mathrm{aq})+2\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}(\mathrm{aq})$

סעיף ב. קִבעו את דרגות החמצון של כל אחד מן החלקיקים המשתתפים בשתי התגובות.

לפניכם שני היגדים,

(1) ו־ (2), המתייחסים לתגובות שהתרחשו. קִבעו עבור כל היגד אם הוא נכון או לא נכון. נמקו כל אחת מן הקביעות.

(1) בשתי התגובות I ו־ II המחמצן הוא $\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2(\mathrm{aq})$.

(2) בשתי התגובות I ו־ II המחזר הוא $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}(\mathrm{aq})$.

בתום הניסוי היה נפח התמיסה במבחנה שבה התרחשה תגובה II $5$ מ"ל. ריכוז יוני הכלור $\mathrm{C}{\mathrm{l}}^{-}(\mathrm{aq})$ בתום התגובה היה $0.1\mathrm{M}$.

סעיף ד. מהו מספר מולקולות הברום, $\mathrm{B}{\mathrm{r}}_2(\mathrm{aq})$, שהתקבלו בתגובה? פרטו את חישוביכם. נתון: ב־1 מול יש $6.02\times 10^{23}$ חלקיקים.

ניסוי 2: הדליקו צמר ברזל, המורכב בעיקר מברזל מוצק, $\mathrm{Fe}(\mathrm{s})$. בתגובה $\mathrm{Fe}(\mathrm{s})$ מגיב עם החמצן שבאוויר, ${\mathrm{O}}_2(\mathrm{g})$, ומתקבלת התרכובת היונית המוצקה ברזל חמצני. אטומי ברזל יוצרים שני סוגי יונים: $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{2+}$ ו־ $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}$. לכן קיימות שתי תרכובות אפשריות של ברזל חמצני, שכל אחת מהן מתאימה לאחד מן היונים האלה.

סעיף ה. רִשמו את הנוסחאות של שתי התרכובות האפשריות של ברזל חמצני בטמפרטורת החדר.

בניסוי המתואר התקבל המוצק היוני שבו יון הברזל הוא $\mathrm{F}{\mathrm{e}}^{3+}$.

סעיף ו. נסחו ואזנו את התגובה שהתרחשה בניסוי.

האם התגובה שניסחתם היא תגובת חמצון־חיזור? אם כן, קִבעו מהו המחמצן ומהו המחזר. אם לא, נמקו את תשובתכם.

בניסוי הגיבו $9.8$ גרם צמר ברזל, $\mathrm{Fe}(\mathrm{s})$, עם חמצן, ${\mathrm{O}}_2(\mathrm{g})$, לפי התגובה שניסחתם בסעיף ו. מהי מסת הברזל החמצני שהתקבל בתגובה? פרטו את חישוביכם.