מיומנויות מעשיות בכימיה I

A white solid, a colourless liquid, a gas that smells of swimming pools: WCH13 asks what you would do with them. Which test separates lithium from strontium, why the drying agent sits where it does, whether the metal was in excess, and why your enthalpy value is smaller than the data book's. Every question reaches back to the bench work of Units 1 and 2 — reactions you ran, measurements you took, and the judgement behind each step.

WCH13/01 מיומנויות מעבדה בכימיה I היא היחידה השלישית ב-IAS: 1 שעות 20 דקות, 50 נקודות, כולן חובה, מינימום של 6 נקודות מתמטיקה. המפרט מונה ארבע יכולות שנמדדות — מחשבה עצמאית בהקשר מעבדתי, שיטה במתודולוגיה מדעית, מנתנות (גרפים, ספרות משמעותיות, דיוק ודיוק), ושימוש במכשירים (בחירה, טווח ורזולוציה, בטיחות). השאלות עשויות לגלות מעבר ל-8 ניסויים ליבה, לתרחישים לא מוכרים הנבנים מאותן טכניקות.

בדיקות להבה: נקו חוט ניקרום או פלטינה בחומצה הידרוכלורי מרוכז, טבלו את הדוגמה והחזיקו אותה בלהבה הכי חמה שאינה זוהרת (כחולה קורעת). ליתיום אדום-סגול, נתרן צהוב, אשלגן סגול בהיר, סידן אדום-לבנים, סטרונציום אדום, בריום ירוק בהיר, נחושת כחול-ירוק. שני אדומים נפגשים — ליתיום וסטרונציום — לכן יש לאמת כימית: הוספת יוני גופרית (חומצה גופריתית מעודנת או גופריתת נתרן מסיסה); גופריתת סטרונציום משקעת, גופריתת ליתיום נשארת מוסס. אשלגן הוא סגול בהיר, רובידיום אדום-סגול — ציינו את המילים המדויקות, אל תאמרו "סגול".

יוני הלוגניים: חמצנו עם חומצה ניטריט מעודנת, הוסיפו ניטראט כסף — כלוריד לבן, ברומיד קרם, יודיד צהוב בהיר משקע. אימות עם אמוניה: AgCl נמס ב-NH₃(aq) מעודנת, AgBr רק ב-NH₃(aq) מרוכזת, AgI לא נמס בשתי המקרים.

קבוצות פונקציונליות אורגניות: פוספורוס(V) כלוריד על אלכוהול או חומצה קרבוקסילית מתאדים — הגז הוא כלוריד מימן (ערפל עשן, לא "חומצה הידרוכלורית"). דיכרומט(VI) מחומץ הופך מכתום לירוק כאשר אלכוהול ראשוני או משני (או אלדהיד) מחומץ. שילוב בדיקות עם יון מולקולרי: שני איזומרים C₃H₈O נותנים Mr 60; הפסגה החזקה ביותר ב-m/z 31 (CH₂OH⁺) מסמנת את האלכוהול הראשוני, ב-45 (CH₃CHOH⁺) את המשני — פרופנ-1-אול ופרופנ-2-אול.

Filter paper soaked in tap water (deionised water barely conducts — it has almost no ions), with drops of silver nitrate and potassium chromate(VI): when the current flows, Ag⁺ ions migrate towards the cathode and CrO₄²⁻ towards the anode, meeting as a red precipitate — 2Ag⁺ + CrO₄²⁻ → Ag₂CrO₄. The demonstration is evidence that both salts are ionic. A green spot of copper(II) chromate splits: blue Cu²⁺ streams to the cathode, yellow chromate to the anode.

הסינתזה של ברזל(III) כלוריד אנדרוזי מקבלת ניקוד עבור הסבר כל שלב. HCl מרוכז על מנגן(VII) אשלגן היא תגובת חמצון-חזור: יוני כלור מאבדים אלקטרונים (2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻) בעוד שמנגן(VII) מחומץ. כלוריד סידן אנדרוזי מייבש את הכלור (חומר יבוש, לא "חומר השראה"); צ Wool קרמי מחזיק אותו במקומו. הברזל מחומם רק לאחר חצי דקה כדי שהאוויר יושאב תחילה — אחרת הברזל פוגש חמצן לפני הכלור. חומצה נתרנית בסוף סופגת את הכלור הרעיל העודף. המוצר מתתמר במכל ולוחץ מהר כי הוא הידרסקופי — הוא סופג מים ליצירת הידרטים, ולכן מוצר שנשקל יכול להיות כבד יותר מהמקסימום המחושב.

בדיקה עבודה. מ-2.00 g ברזל: $n = 2.00/55.8 = 0.0358$ mol. $M_r(\mathrm{FeCl_3}) = 55.8 + 3 \times 35.5 = 162.3$. מסה מקסימלית $= 0.0358 \times 162.3 = 5.82$ g — ו-5.80 נדחה בגלל הפחתת הערכים שהנתונים תומכים בהם.

בחרו מכשיר לפי מה שמדידה דורשת: ביורטה (±0.05 cm³ לקריאה אחת, 50 cm³ טווח) לכותרות, בקבוק נפח להכנת תמיסות, סירנגת גז לנפחי גז, מדחום מדרגה ל-0.1–1 °C לשינויי טמפרטורה. שוקלים בהפרש; קוראים את הקרקעית של המניסקוס בגובה העיניים; לוקחים כותרות להתאמה (בתוך 0.10 cm³) לפני ממוצע — הכותרת הגסה לעולם אינה נכנסת לממוצע. ציינו ספרות משמעותיות שהנתונים תומכים בהם, וציינו חוסר ודאות כ-± מחצית חלוקה לקריאה אחת, כפול לסירוגין של שתי קריאות.

מגנזיום מזיז אבץ: מדדו את שינוי הטמפרטורה של מסה ידועה של תמיסה והמירו לשינוי אנתלפיה למול.

בדיקה עבודה (הנתונים 2025). $n(\mathrm{Zn^{2+}}) = 0.0500 \times 1.00 = 0.0500$ mol; $n(\mathrm{Mg}) = 2.20/24.3 = 0.0905$ mol — מגנזיום בתעלת יתרון. $\Delta T = 55.2 - 19.4 = 35.8$ °C.

חלקו במולות של החומר המגביל בתמיסה (יוני אבץ), ולא במגנזיום. ערך ניסויי קטן יותר מהספר נתונים מצביע על איבוד חום — התשובה הקלאסית. שיפורים שהתוכנית מכירה: מיכל מבודד (כוס פוליסטיירן), מכסה, קריאות טמפרטורה כל 30 שניות או דאטה לוגר, ריכוז נמוך יותר כדי להפחית איבוד חום לשנייה, וגרף עקבת קירור אקסטראפולציה לאחור לזמן הערבול. "להשתמש בפיפט" ו"לחזור ולממוצע" מופיעים כאן במפורש כבלתי רלוונטיים — כלי זכוכית טובים יותר אינם מונעים איבוד חום.

מאמר זה בוחן הבנה כתובה של מעשי מעשה. ציון מלא אינו מעיד על טיטרציה לסיום חד, העברה כמותית של חומר מוצק, או טיפול ב-HCl רכוז מאחורי מסך — מיומנויות אלו נבנות בכיתה דרך שמונת המעשים המרכזיים ושותפיהם.

1. תאר מבחן להבה עבור חומר מוצר לא ידוע, כולל כיצד מנקה את החוט.
2. ציין צבעי המשקעים של כלוריד, ברומיד ויודיד עם חומצת אגרונית, וכיצד אמוניה מאשרת כל אחד מהם.
3. ליתיום וסטרונציום משנימים להבה אדומה. נתן מבחן כימי שמבדיל בין הגבינים שלהם, עם תצפיות.
4. בניסוי ההיגרויות על נייר סינון, מדוע יש להשרות את הנייר במי ברז ולא במים מדייאונים, ואיזה יון במי ברז יכול לתת משקה לבן סמוך לחומצת האגרנית?
5. כתוב את משוואת המחצה ליצירת כלור מחומצת הידרוכלורית רכוזה ומנגנזית אשלגן(VII), והסבר את הביטוי "רדוקס".
6. 2.00 גרם ברזל נותן ברזל(III) כלוריד. חשב את המסה המקסימלית, והסבר מדוע מוצר אמיתי עשוי להיות כבד יותר.
7. 50.0 ס"מ³ של 1.00 מול dm⁻³ ZnSO₄ מגיבים עם 2.20 גרם Mg. הראה איזה תגריב הוא בעודף.
8. Temperatures 19.4 °C and 55.2 °C for 50.0 g of solution (c = 4.18 J g⁻¹ °C⁻¹). Calculate ΔH with sign and unit.
9. תן שלושה שיפורים המוכרים בתכנית הלימודים לקלורिमטריה, ורעיון נפוץ אחד שתכנית זו מתעלמת ממנו.
10. ספקטרום מסה של איזומר C₃H₈O מציג פיק חזק ב-m/z 45 במקום ב-31. איזה איזומר זה, ואיזה יון הוא m/z 45?

תשובות: 1 נקה את החוט בחומצת HCl רכוזה וחמם; הצל את הדוגמה בלהבה הכחולה הכי חמה (ללא זוהר) ושים לב לצבע; 2 כלוריד לבן AgCl, ברומיד קרם AgBr, יודיד צהוב בהיר AgI; AgCl נמס באמוניה דלילה, AgBr רק באמוניה רכוזה, AgI בשתי אינם נמסים; 3 הוסף חומצת גופרית דלילה (או סולפט מסיס): משקה לבן (SrSO₄) מצביע על סטרונציום, אין משקה מצביע על ליתיום; 4 למים מדייאונים יש כמעט אין יונים ולכן הם אינם מוליכים; יוני כלוריד (או הידרוגנפספט) יכולים ליצור AgCl לבן בצד האגרנית; 5 2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻; יוני כלוריד מאבדים אלקטרונים (חמצונו, מספר חמצון −1 → 0) בעוד שמנגנזית(VII) מקבלת אותם (מורדמת); 6 $n = 2.00/55.8 = 0.0358$ מול; $0.0358 \times 162.3 = 5.82$ גרם; המוצר הלכיסקנטי סופח מים ויוצר הידרטים, מוסיף את מסת המים; 7 Zn²⁺ $= 0.0500$ מול, Mg $= 2.20/24.3 = 0.0905$ מול — Mg בעודף; 8 $\Delta T = 35.8$ °C; $q = 50.0 \times 4.18 \times 35.8 = 7482$ J; $\Delta H = -7.482/0.0500 = -150$ kJ mol⁻¹; 9 מיכל מבודד (פוליסטיירן); מכסה; מדידה בטמפרטורה כל 30 שניות או מדד נתונים; ריכוז נמוך יותר; גרף עקומת קירור — מתעלמים: פיפטה/בורט, משקל מדויק יותר, חזרות; 10 פרופנ-2-ול; m/z 45 הוא CH₃CHOH⁺ (C₂H₅O⁺).