المهارات العملية في الكيمياء I

صلب أبيض، سائل عديم اللون، غاز رائحته تشبه حمامات السباحة: يسأل WCH13 عن ما الذي ستفعله بها. أي اختبار يفصل بين الليثيوم والسترونشيوم، ولماذا يوضع مجفف في مكانه، وهل كان المعدن فائضًا، ولماذا تكون قيمة الإنثالبي الخاصة بك أقل من كتاب البيانات. كل سؤال يعود إلى العمل المخبري للوحدات 1 و2 — التفاعلات التي أجريتها، والقياسات التي قمت بها، والحكم وراء كل خطوة.

WCH13/01 المهارات العملية في الكيمياء I هو الوحدة الثالثة في IAS: 1 ساعة 20 دقيقة، 50 علامات، جميعها إلزامية، حد أدنى من 6 علامات رياضية. يحدد المنهج أربع قدرات يتم تقييمها — التفكير المستقل في سياق عملي، استخدام الأساليب العلمية، الحساب (الرسوم البيانية، الأرقام المعنوية، الدقة والوضوح)، واستخدام الأجهزة (الاختيار، النطاق والدقة، الصحة والسلامة). قد تتجاوز الأسئلة الثمانية تجارب أساسية مواقف غير مألوفة مبنية على نفس التقنيات.

اختبارات اللهب: نظّف سلك نيكرمل أو بلاتيني بحمض الهيدروكلوريك المركّز، أغمر العينة، وأدخلها في أكثر لهب حار غير مضيء (أزرق هادئ). الليثيوم قرمز داكن، الصوديوم أصفر، البوتاسيوم بنفسجي فاتح، الكالسيوم أحمر طوبي، السترونشيوم أحمر، الباريوم أخضر فاتح، النحاس أزرق-أخضر. يتصادم لونان أحمر — الليثيوم والسترونشيوم — لذا تأكد كيميائياً: أضف أيونات الكبريتات (حمض الكبريتيك المخفف أو كبريتات قابلة للذوبان)؛ كبريتات السترونشيوم تكون راسباً، بينما كبريتات الليثيوم تبقى ذائبة. البوتاسيوم بنفسجي فاتح، الروبيديوم أحمر-بنفسجي — اذكر الكلمات الدقيقة، لا "بنفسجي".

أيونات الهاليد: حمّض باستخدام حمض النتريك المخفف، أضف نترات الفضة — كلوريد أبيض، بروميد كريمي، يوديد أصفر فاتح راسب. تأكد بالأمونيا: يذوب AgCl في NH₃(aq) مخفف، AgBr فقط في NH₃(aq) مركز، لا يذوب AgI في أي منهما.

المجموعات الوظيفية العضوية: كلوروفسفور(V) على كحول أو حمض كربوكسيلي يُنتج بخارات — الغاز هو كلوريد الهيدروجين (بخارات ضبابية، لا "حمض الهيدروكلوريك"). ثنائي كرومات(VI) المحمّضة تتحول من برتقالي إلى أخضر عند أكسدة كحول أولي أو ثانوي (أو ألدهيد). ادمج الاختبارات مع أيون الجزيء: متماثلان C₃H₈O يعطيان Mr 60؛ الذروة الأقوى عند m/z 31 (CH₂OH⁺) تدل على الكحول الأولي، وعند 45 (CH₃CHOH⁺) تدل على الثانوي — بروبان-1-ول وبروبان-2-ول.

ورق ترشوش مشبع بـ ماء الصنبور (الماء منزوع الأيونات يوصل الكهرباء بشكل ضعيف جداً لأنه يفتقر تقريباً للأيونات)، مع قطرات من نترات الفضة وكرومات(VI) البوتاسيوم: عند مرور التيار، أيونات Ag⁺ هاجرت نحو الكاثود و CrO₄²⁻ نحو الأنود، لتلتقي وتكوّن راسباً أحمر — 2Ag⁺ + CrO₄²⁻ → Ag₂CrO₄. هذا العرض دليل على أن كلا الملحين أيوني. بقعة خضراء من كرومات النحاس(II) تنقسم: تيار أزرق Cu²⁺ يتجه للكاثود، وكرومات أصفر يتجه للأنود.

يعطي تخليق كلوريد الحديد(III) اللامائي علامة لكل سبب في المرحلة. تفاعل HMC المركّز مع برمنغنات(VII) البوتاسيوم هو تفاعل أكسدة واختزال: تفقد أيونات الكلوريد إلكترونات (2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻) بينما تُختزل برمنغنات(VII). كلوريد الكالسيوم اللامائي يُجفّف الكلور (عامل تجفيف، لا "إزالة ماء")؛ صوف سيراميكي يحمله في مكانه. يُسخّن الحديد بعد نصف دقيقة فقط حتى يتم طرد الهواء أولاً — وإلا سيتفاعل الحديد مع الأكسجين قبل الكلور. يُمتص الفائض السام من الكلور بهيدروكسيد الصوديوم في النهاية. يُصعد المنتج إلى المستقبل ويُغلق بسرعة لأنه متبلل — يمتص الماء لتكوين هيدرات، ولهذا يمكن أن يكون المنتج الموزون أثقل من الحد الأقصى المحسوب.

تحقق محلول. من 2.00 g من الحديد: $n = 2.00/55.8 = 0.0358$ مول. $M_r(\mathrm{FeCl_3}) = 55.8 + 3 \times 35.5 = 162.3$. أقصى كتلة $= 0.0358 \times 162.3 = 5.82$ g — و5.80 مرفوض بسبب عدم المطابقة للأرقام التي تدعمها البيانات.

اختر المعدات بناءً على ما تتطلبه القياسات: حجمية (±0.05 سم³ لكل قراءة، 50 سم³ نطاق) للتحليل الحجمي، دورق عيارية لتحضير المحاليل، محقنة غاز لحجم الغازات، وحرارة مقيّدة من 0.1–1 °C للتغيرات الحرارية. وزن بطريقة الفرق؛ اقرأ أسفل المناصل عند مستوى العين؛ خذ التحليلات الحجمية في توافق (ضمن 0.10 سم³) قبل الحساب المتوسط — ولا يُدرج التحليل الحجمي التقريبي في المتوسط. اذكر الأرقام المعنوية التي تدعمها البيانات، وأعطِ الشك بـ ± نصف تدريجة لكل قراءة، وضاعفها عند حساب الفرق بين قراءتين.

يُزيح المغنيسيوم الزنك: قِس التغير الحراري لكتلة معروفة من المحلول وحوّله إلى تغير إنثالبي لكل مول.

تحقق محلول (بناءً على بيانات 2025). $n(\mathrm{Zn^{2+}}) = 0.0500 \times 1.00 = 0.0500$ مول؛ $n(\mathrm{Mg}) = 2.20/24.3 = 0.0905$ مول — المغنيسيوم فائض. $\Delta T = 55.2 - 19.4 = 35.8$ °C.

اقسم على عدد مولات العامل المحدد في المحلول (أيونات الزنك)، وليس على المغنيسيوم. قيمة تجريبية أصغر من الكتاب البياني تعني فقدان الحرارة — وهي الإجابة الكلاسيكية. التحسينات المعتمدة في المنهج: وعاء معزول (كوب بوليسترين)، غطاء، قراءات حرارية كل 30 ثانية أو مسجل بيانات، تركيز أقل لتقليل فقدان الحرارة لكل ثانية، ومنحنى تبريد يتم استخلاصه إلى وقت الخلط. يتم تجاهل "استخدام ماصة" و"التكرار والحساب المتوسط" هنا صراحةً — فالأدوات الزجاجية أدق لا تمنع فقدان الحرارة.

يفحص هذا الورقة الفهم العملي المكتوب. لا تدل الدرجات الكاملة على أنك أجريت تحليلًا حجميًا لنقطة نهاية حادة، أو نقلت مادة صلبة كمياً، أو تعاملت مع HCl المركز خلف درع واقٍ — فهذه المهارات تُبنى في الفصل عبر التجارب العملية الثمانية الأساسية ونظرائها.

1. صف اختبار اللهب لمادة صلبة مجهولة، بما في ذلك كيفية تنظيف السلك.
2. اذكر ألوان الرواسب لكلوريد وبروميد ويوديد مع نترات الفضة، وكيف يؤكد الأمونياك كل منها.
3. يعطي الليثيوم والسترونشيوم لوناً أحمر في اختبار اللهب. قدم اختباراً كيميائياً يُميز بين نتراتيهما، مع الملاحظات.
4. في تجربة هجرة ورقة الترشيح، لماذا يجب نقع الورقة في ماء الصنبور بدلاً من الماء منزوع الأيونات، وأي أيون في ماء الصنبور قد يكون راسباً أبيض بالقرب من نترات الفضة؟
5. اكتب معادلة النصف لتكوين الكلور من حمض الهيدروكلوريك المركز ومنغنيت البوتاسيوم(VII)، وبرر مصطلح "أكسدة-اختزال".
6. 2.00 g من الحديد تعطي كلوريد الحديد(III). احسب أقصى كتلة، واشرح لماذا قد يكون وزن المنتج الفعلي أكبر.
7. 50.0 سم³ من محلول ZnSO₄ بتركيز 1.00 mol dm⁻³ تتفاعل مع 2.20 جم Mg. بيّن أي العامل فائض.
8. درجات حرارة 19.4 °C و55.2 °C لـ 50.0 g من المحلول (c = 4.18 J g⁻¹ °C⁻¹). احسب ΔH مع الإشارة والوحدة.
9. أعطِ ثلاث تحسينات معتمدة في المنهج للكالوريمتر، واحتمال شائع يتجاهله المنهج.
10. طيف كتلة لنظير C₃H₈O يظهر ذروة قوية عند m/z 45 بدلاً من 31. أي نظير هو هذا، وما أيون m/z 45؟

الإجابات: 1 نظف السلك بـ HCl المركز وسخّنه؛ غمّ العينة في أبهر أزرق ساخن (غير مشع) لاحظ اللون؛ 2 كلوريد أبيض AgCl، بروميد كريم AgBr، يوديد أصفر فاتح AgI؛ يذوب AgCl في الأمونيا المخففة، AgBr فقط في المركزة، AgI في لا واحدة منهما؛ 3 أضف حمض الكبريتيك المخفف (أو كبريتات قابلة للذوبان): راسب أبيض (SrSO₄) يعني سترونشيوم، عدم وجود راسب يعني ليثيوم؛ 4 ماء منزوع الأيونات لديه أيونات شبه معدومة لذا لا يوصل الكهرباء؛ أيونات الكلوريد (أو البيكربونات) يمكن أن تُكوّن AgCl أبيض على جانب الفضة؛ 5 2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻؛ تفقد أيونات الكلوريد إلكترونات (تُأكسد، عدد أكسدة −1 → 0) بينما يرتبط مanganate(VII) بها (تُختزل)؛ 6 $n = 2.00/55.8 = 0.0358$ مول؛ $0.0358 \times 162.3 = 5.82$ جم؛ المنتج الهيغروسكوبي يمتص الماء مُكوّنًا هيدرات، مضيفًا كتلة الماء؛ 7 Zn²⁺ $= 0.0500$ مول، Mg $= 2.20/24.3 = 0.0905$ مول — المغنيسيوم فائض؛ 8 $\Delta T = 35.8$ °C؛ $q = 50.0 \times 4.18 \times 35.8 = 7482$ جول؛ $\Delta H = -7.482/0.0500 = -150$ kJ mol⁻¹؛ 9 حاوية معزولة (بوليسترين)؛ غطاء؛ درجة حرارة كل 30 ثانية أو مسجل بيانات؛ تركيز أقل؛ رسم منحنى التبريد — تم إهماله: بيبتة/بيريتي، موازن أدق، تكرارات؛ 10 بروبان-2-ول؛ m/z 45 هو CH₃CHOH⁺ (C₂H₅O⁺).