حل أسئلة وشرح: كتاب الأنشطة والتجارب العلمية | الكيمياء الصف الثاني عشر
إجابات قسم التحليل والاستنتاج - التجارب الاستهلالية والعملية (ص 1 - 7)
تحليل نتائج التجارب: خصائص الحمض والقاعدة، قوة الحموض، وتميه الأملاح.
- تجربة (1) خصائص الحمض والقاعدة:
1. التغير الذي يطرأ على ورقة الكاشف: في محلول \(\text{HCl}\) يتغير اللون إلى الأحمر/البرتقالي (حمضي)، وفي محلول \(\text{NaOH}\) يتغير اللون إلى الأزرق/البنفسجي (قاعدي).
2. الرقم الهيدروجيني: لـ \(\text{HCl}\) (M 0.1) هو \(\text{pH} = 1\)، ولـ \(\text{NaOH}\) (M 0.1) هو \(\text{pH} = 13\).
3. عند خلطهما (تعادل): يقترب الرقم الهيدروجيني من 7، ويتغير لون الكاشف إلى الأخضر. - تجربة (1) مقارنة قوة الحموض:
1. محلول \(\text{HCl}\) يمتلك \(\text{pH}\) أقل (حوالي 1) مقارنة بمحلول حمض الإيثانويك (حوالي 3).
2. المحلول الأكثر قدرة على التوصيل الكهربائي هو \(\text{HCl}\) لأنه حمض قوي يتأين كلياً.
3. سرعة تصاعد غاز الهيدروجين مع المغنيسيوم أسرع بكثير في محلول \(\text{HCl}\).
4. الحمض الأقوى هو \(\text{HCl}\) والأضعف هو \(\text{CH}_3\text{COOH}\).
5. الاستنتاج: كلما زادت قوة الحمض، قل الرقم الهيدروجيني (\(\text{pH}\))، وزادت قدرته على التوصيل الكهربائي، وزادت سرعة تفاعله لإنتاج غاز الهيدروجين. - تجربة (2) تميه الأملاح:
1. محلول \(\text{NaCl}\): متعادل (لا يتميه)، لون الكاشف أخضر. محلول \(\text{NH}_4\text{Cl}\): حمضي، لون الكاشف أصفر/برتقالي. محاليل \(\text{NaHCO}_3\) و \(\text{CH}_3\text{COONa}\): قاعدية، لون الكاشف أزرق.
2. معادلات التميه للأملاح التي تتميه:
\(\text{NH}_4^+ + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{NH}_3 + \text{H}_3\text{O}^+\) (سلوك حمضي)
\(\text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COOH} + \text{OH}^-\) (سلوك قاعدي)
أسئلة تفكير (السؤال الأول إلى الرابع)
حل المسائل الحسابية المتعلقة بثوابت التأين، الرقم الهيدروجيني، والمحاليل المنظمة.
- السؤال الأول:
1. حساب \(K_b\) لكل قاعدة لمعرفة ترتيبها: القانون المستخدم \(K_b = \frac{[\text{OH}^-]^2}{C_b}\).
للقاعدة A: \(K_b = \frac{(1 \times 10^{-5})^2}{0.1} = 1 \times 10^{-9}\)
للقاعدة B: \(K_b = \frac{(1 \times 10^{-3})^2}{0.01} = 1 \times 10^{-4}\)
للقاعدة C: \(K_b = \frac{(1 \times 10^{-5})^2}{1} = 1 \times 10^{-10}\)
الترتيب حسب القوة: B > A > C.
2. \(\text{pH}\) للقاعدة A: \([\text{OH}^-] = 1 \times 10^{-5}\) إذن \(\text{pOH} = 5\) وبالتالي \(\text{pH} = 14 - 5 = 9\).
3. الملح الذي له أقل \(\text{pH}\) (الأكثر حمضية) هو المشتق من القاعدة الأضعف. القاعدة A أضعف من B، إذن الملح AHCl له أقل \(\text{pH}\).
4. حساب \(\text{pH}\) للمحلول المنظم (القاعدة B وملحها):
\([\text{OH}^-] = K_b \times \frac{[\text{Base}]}{[\text{Salt}]} = 10^{-4} \times \frac{0.2}{0.2} = 10^{-4} \text{ M}\).
\(\text{pOH} = 4 \Rightarrow \text{pH} = 14 - 4 = 10\). - السؤال الثاني:
محلول منظم من قاعدة ضعيفة وملحها.
\([\text{OH}^-] = K_b \times \frac{[\text{Base}]}{[\text{Salt}]} = 4.4 \times 10^{-4} \times \frac{0.2}{0.4} = 2.2 \times 10^{-4} \text{ M}\).
نحسب تركيز أيون الهيدرونيوم: \([\text{H}_3\text{O}^+] = \frac{10^{-14}}{2.2 \times 10^{-4}} \approx 4.5 \times 10^{-11} \text{ M}\).
\(\text{pH} = -\log(4.5 \times 10^{-11}) = 11 - \log(4.5) = 11 - 0.65 = 10.35\). - السؤال الثالث:
1. بما أن تركيز الحمض يساوي تركيز الملح، فإن: \(K_a = [\text{H}_3\text{O}^+] = 4.3 \times 10^{-7}\).
2. صيغة الأيون المشترك: \(\text{HCO}_3^-\).
3. حساب النسبة ليكون \(\text{pH} = 7.45\):
\([\text{H}_3\text{O}^+] = 10^{-7.45} = 10^{0.55} \times 10^{-8} = 3.55 \times 10^{-8} \text{ M}\).
النسبة = \(\frac{[\text{HCO}_3^-]}{[\text{H}_2\text{CO}_3]} = \frac{K_a}{[\text{H}_3\text{O}^+]} = \frac{4.3 \times 10^{-7}}{3.55 \times 10^{-8}} \approx 12.1\). - السؤال الرابع (الأسبرين):
الكتلة الكلية لقرصين = 2 × 0.5 = 1.0 g.
عدد المولات = \(\frac{1.0}{180.16} \approx 0.00555 \text{ mol}\).
التركيز \(C_a\) في 1 لتر = 0.00555 M.
\([\text{H}_3\text{O}^+] = \sqrt{K_a \times C_a} = \sqrt{3 \times 10^{-5} \times 0.00555} \approx 4.08 \times 10^{-4} \text{ M}\).
\(\text{pH} = -\log(4.08 \times 10^{-4}) \approx 3.39\).
أسئلة تفكير (السؤال الخامس إلى العاشر - اختيار من متعدد وتفسير)
حساب Kb للإيفيدرين، وأسئلة الاختيار من متعدد للمفاهيم المتقدمة.
- السؤال الخامس:
\(\text{pH} = 11.33 \Rightarrow \text{pOH} = 14 - 11.33 = 2.67\).
\([\text{OH}^-] = 10^{-2.67} = 2.14 \times 10^{-3} \text{ M}\).
\(K_b = \frac{[\text{OH}^-]^2}{C_b} = \frac{(2.14 \times 10^{-3})^2}{0.035} \approx 1.3 \times 10^{-4}\). - السؤال السادس:
1. الترتيب الصحيح حسب قيمة \(\text{pH}\): حمض قوي < حمض ضعيف < قاعدة ضعيفة < قاعدة قوية.
الخيار (أ): \(\text{HNO}_3 < \text{HCOOH} < \text{NH}_3 < \text{KOH}\).
2. ناتج تفاعل \(\text{CN}^-\) مع الحمض المرافق لـ \(\text{HPO}_4^{2-}\) (وهو \(\text{H}_2\text{PO}_4^-\)):
الخيار (ب): \(\text{HCN} + \text{HPO}_4^{2-}\).
3. العبارة الصحيحة: الخيار (أ) مفهوم لويس يفسر سلوك حمض برونستد-لوري (لأن بروتون برونستد يعتبر مستقبل لزوج الإلكترونات حسب لويس).
4. بما أن الاتزان يزاح نحو النواتج، فإن المتفاعلات هي الأقوى. الحمض الأقوى هو المتفاعل: الخيار (د) \(\text{H}_2\text{CO}_3\).
5. الحمض المرافق الناتج عن تفاعل القاعدة \((\text{CH}_3)_3\text{N}\) مع الحمض:
الخيار (جـ): \((\text{CH}_3)_3\text{NH}^+\).
6. التركيز = 0.05 / 0.5 = 0.1 M. بما أن \(\text{pH} = 1\)، فإن \([\text{H}^+] = 0.1 \text{ M}\) وهو يساوي التركيز الأصلي، إذن هو حمض قوي: الخيار (ب) \(\text{HCl}\).
7. الترتيب الصحيح للحموض حسب \(K_a\): من المعطيات نستنتج أن أضعفها HY وأقواها HW.
الخيار (ب): \(\text{HY} < \text{HX} < \text{HZ} < \text{HW}\).
8. لمحلول قاعدة ضعيفة تركيزه 0.01 M: يكون تأينها جزئياً لذا \([\text{OH}^-] < 10^{-2}\)، وعليه فإن \([\text{H}_3\text{O}^+] > 1 \times 10^{-12}\).
الخيار (د).
9. ملح NaX (pH=9) أقل قاعدية من NaY (pH=10)، إذن الحمض HX أقوى من HY.
عند إضافة ملح NaY إلى محلول HY، يعمل الأيون المشترك على إزاحة التفاعل نحو اليسار فيقل تركيز أيون الهيدرونيوم.
الخيار (جـ): يقل \([\text{H}_3\text{O}^+]\) عند إضافة بلورات الملح NaY إلى محلول الحمض HY.
10. المحلول الذي له قيمة \(\text{pOH}\) أعلى من 7 (أي أن \(\text{pH}\) أقل من 7، محلول حمضي):
الخيار (جـ): \(\text{NH}_4\text{Cl}\) لأنه ملح حمضي.
