المهارات العملية في الكيمياء II

يأخذ WCH16 العمل العملي للوحدات 4 و5 ويطلب منك الدفاع عنه: أي أيون موجب هذا عندما يبدو ترسبان متشابهين، ولماذا لا يجب أن يكون حجم أحد الكواشف دقيقًا، وأية معايرات تدخل في المتوسط، وماذا تعني ميل الخط المستقيم في kJ mol⁻¹. يعاقب الورقة الكيميائي الذي يعرف لماذا حدثت كل خطوة — وسوف يختبر المخطط حرفيًا دون تردد.

WCH16/01 مهارات عملية في الكيمياء II هو 1 ساعة 20 دقيقة، 50 علامة، جميعها إجبارية، ومعظم الأسئلة من الوحدات 4–5 ولكن مسموح باستخدام الوحدات 1–2. القدرات المُقيَّمة تتوافق مع الوحدة 3 — حل المشكلات العملية، الطرق، الحسابات، الأجهزة — وتُطبق الآن على التوازن، الحركية، الفلزات الانتقالية والتخليق العضوي.

مع هيدروكسيد الصوديوم المائي: Cu²⁺ يعطي راسبًا أزرق فاتح (محلول أزرق غامق في الأمونيا الزائدة)؛ Fe²⁺ راسبًا أخضرًا يغمق في الهواء؛ Fe³⁺ راسبًا بنيًا صدئيًا؛ Mn²⁺ راسبًا بنيًا فاتحًا يغمق عند تركه — وهو الكاتيون في 2025 الورقة؛ NH₄⁺ لا يعطي راسبًا، لكن التسخين يُطلق الأمونيا التي تُحوّل ورق تباعث الرطب الأحمر إلى الأزرق. يمكن استخدام أي من الصيغتين للمعادلات الأيونية:

ذوبان هيدروكسيد الحديد(III) في حمض الكبريتيك يعطي المعقد $[\mathrm{Fe(H_2O)_6}]^{3+}$ الأصفر البني. مركب مجهول به $M_r$ 197.9 وتحليل Mn²⁺/Cl⁻ هو MnCl₂·4H₂O: $197.9 - (54.9 + 71.0) = 72.0 = 4 \times 18.0$. ملح يحمل أيونين موجبين (راسب أخضر + أمونيا عند التسخين + راسب أبيض مع كلوريد الباريوم الحمضي) هو ملح Mohr، (NH₄)₂Fe(SO₄)₂.

يُضاف الثيوكبريتات بكمية معروفة صغيرة إلى خليط البيروكسوديسلفات واليوديد: حيث يتفاعل مع اليود فور تكوّنه ($2\mathrm{S_2O_3^{2-}} + \mathrm{I_2} \rightarrow \mathrm{S_4O_6^{2-}} + 2\mathrm{I^-}$)، مما يُؤخّر تغير اللون حتى استهلاك الثيوكبريتات تماماً (وهو ما يُعرف بـ تفاعل الساعة) — حينها يُحوّل أي يود متبقٍ النشا إلى لون أزرق-أسود (بدلاً من العدمي). وبما أن نفس الكمية الصغيرة من اليود تنتظر عند كل نقطة نهاية، فإن $1/t$ تتناسب طردياً مع السرعة الابتدائية. يختبئ في مخطط 2025 علامتا تقنيتين: استخدام سحاحة (بدلاً من أسطوانة قياس) لإضافة النشا أيضاً، لأن الحفاظ على الحجم الكلي ثابتاً يحافظ على تركيزات المتفاعلات ثابتة بين التجارب — وليس لأن السحاحة أدق دقة؛ كما يجب وضع كلا الأنبوبين في حمام الماء للتوازن الحراري قبل الخلط، وتسجيل درجة الحرارة داخل mixture التفاعل.

إكمال الجدول يتطلب انضباطاً حسابياً: $T(\mathrm{K}) = T(^\circ\mathrm{C}) + 273$، و$1/t$ إلى 3 أرقام معنوية، و$\ln(1/t)$ إلى 2 خانات عشرية. الخط المستقيم لـ $\ln(1/t)$ مقابل $1/T$ له ميل $m = -E_a/R$ حيث $E_a$ هو الطاقة التنشيطية:

قيمة موجبة، kJ mol⁻¹، بدون إشارة سالبة — فالإشارة موجودة بالفعل في الميل.

تُظهر تجربة هيدروكسيد الكالسيوم السلسلة الكاملة. لماذا نتركها لمدة يوم؟ للوصول إلى التوازن — وهو محلول مشبع. المؤشر: الميثيل برتقالي (أصفر → برتقالي) أو الفينول فثالين (وردي → عديم اللون). قراءات المعايرة 9.95، 9.55 و9.45 cm³: القراءة الأولى ليست متوافقة وتُستبعد — المتوسط $= (9.55 + 9.45)/2 = 9.50$ cm³. القراءة المتوقعة من دليل البيانات (1.56 g dm⁻³):

إذا كانت قراءة المعايرة المتوسطة أقل من المتوقع، علماً بأن الذوبان ينخفض مع ارتفاع درجة الحرارة، فهذا يعني أن التجربة جرت أكثر دفئاً من 20 °C. أخيراً $K_c = [\mathrm{Ca^{2+}}][\mathrm{OH^-}]^2 = 0.0190 \times (0.0380)^2 = 2.74 \times 10^{-5}\ \mathrm{mol^3\,dm^{-9}}$ — الوحدات تُستنتج ولا تُحفظ.

تحضير بنزوئات الفينيل (بنزويل كلوريد + فينول في هيدروكسيد الصوديوم) هو النموذج القياسي.

• السلامة: ارتداء قفازات لوزن الفينول (سام عبر امتصاص الجلد)؛ خزانة غازات لأن بنزويل كلوريد سام بالاستنشاق.
• لماذا قد يكون الحجم غير دقيق: بيّن بحساب أي المتفاعلات المحدد. $9\ \mathrm{cm^3} \times 1.21 = 10.89$ g $= 0.0775$ mol من بنزويل كلوريد، مقابل $5.00/94.0 = 0.0532$ mol من الفينول — بنزويل كلوريد بـ فائض، لذا فإن حجمه الدقيق لا يؤثر على المحصول.
• الغسل بالماء يزيل الشوائب القابلة للذوبان: فائض البنزويل كلوريد (تم تحلل هيدروليكيه)، HCl، NaOH، NaCl. لا تقل أبداً "الشوائب غير القابلة للذوبان" — المخطط يرفض هذا التعبير.
• إعادة التبلور: اذوب في أقل كمية ممكنة من المذيب الساخن — عند 60 °C، تحت درجة غليان الإيثانول، والأهم من ذلك، تحت درجة انصهار المنتج (71 °C)، حتى لا تنصهر البلورات؛ برد في ماء ثلجي؛ تصفية؛ غسل بـ مبرد مذيب، الذي يزيل الشوائب القابلة للذوبان بينما تذوب البلورات بقليل جداً. نقطة انصهار حادة عند قيمة دليل البيانات تشهد بالنقاوة.

فحص محلول (المحصول). $n$(فينول) $= 5.00/94.0 = 0.0532$ mol؛ 1:1 النسبة المولية؛ الكتلة النظرية $= 0.0532 \times 198.0 = 10.5$ g؛ عند 65.0 % محصول، الكتلة $= 6.85$ g.

كما هو الحال طوال هذه الشهادة، يقيّم الورقة الكتابية فهمك للعمل العملي: الملاحظات، الأسباب، الحسابات والحكم. المهارة اليدوية — endpoint معايرة نظيفة، أنبوب تايلي يعمل، نقل كمي — تُبنى داخل الفصل من خلال التجارب الأساسية نفسها.

1. راسب بني فاتح يغمق عند بقائه في الهواء: أي كاتيون، وما الذي يسببه الغمق؟
2. اكتب معادلتي أيونيتين مقبولين للراسب الأخضر عند تفاعل NaOH(aq) مع محلول Fe²⁺.
3. يعطي الملح ب راسباً أخضر مع هيدروكسيد الصوديوم، ومع الأمونيا عند التسخين، وراسباً أبيض مع كلوريد الباريوم المحمض. استنتج نوع الملح.
4. لماذا يضاف الثيوكبريتات إلى تفاعل الساعة، وما الذي ينهي القياس الزمني؟
5. قراءات المعايرة 9.95، 9.55، 9.45 سم³ — أيها يدخل في المتوسط، وما هو قيمته؟
6. من ميل منحى ln(1/t)–1/T يساوي −6045 كلفن، احسب $E_a$ مع الوحدة.
7. لماذا يُذوب الصلب الخام عند درجة حرارة 60 °C بدلاً من نقطة غليان الإيثانول؟
8. اذكر شيئين يزيلهما الغسيل بالماء من بنزوات الفينيل الخام، وعبارة واحدة يرفضها المخطط.
9. ارسم أو صف جهاز درجة الانصهار، مذكراً ثلاثة أجزاء مُعنونة.
10. 5.00 جم فينول (Mr 94.0) بنسبة إنتاج 65.0 % ما كتلة بنزوات الفينيل (Mr 198.0)؟

الإجابات: 1 Mn²⁺؛ الأكسجين في الهواء يؤكسد Mn(OH)₂ البني الفاتح إلى أكسيد/هيدروكسيد المنجنيز (III/IV) الداكن؛ 2 $\mathrm{Fe^{2+}} + 2\mathrm{OH^-} \rightarrow \mathrm{Fe(OH)_2}$، أو $[\mathrm{Fe(H_2O)_6}]^{2+} + 2\mathrm{OH^-} \rightarrow \mathrm{Fe(OH)_2(H_2O)_4} + 2\mathrm{H_2O}$؛ 3 (NH₄)₂Fe(SO₄)₂ — NH₄⁺، Fe²⁺ و SO₄²⁻؛ 4 يتفاعل مع اليود فور تكونه، مما يؤخر لون النشا حتى يتم إنتاج كمية صغيرة ثابتة من اليود؛ اللون الأزرق الأسود؛ 5 9.55 و 9.45 (متطابقتان ضمن 0.2 سم³)؛ المتوسط 9.50 سم³؛ 6 $E_a = 6045 \times 8.31 = 50.2$ كيلو جول مول⁻¹؛ 7 نقطة غليان الإيثانول (78 °C) أعلى من درجة انصهار المنتج (71 °C) — ستذوب البلورات عند الغليان؛ 60 °C يذيب دون أن يذوب؛ 8 يزيل البنزويل كلوريد الزائد و HCl و NaOH أو NaCl ( قابلة للذوبان) — يُرفض مصطلح "الشوائب غير الذائبة"؛ 9 أنبوب ثيلي (أو أنبوب اختبار غليان/كأس زجاجي) مملوء بالزيت، ومقياس حرارة مُعلَّم داخل السائل، وأنبوب شعري للبلورات ملصق، يُسخّن بالهب (وليس بالكهرباء)؛ 10 $n = 5.00/94.0 = 0.0532$ مول؛ $0.0532 \times 198.0 \times 0.650 = 6.85$ جم.