حل أسئلة وشرح: التجربة الاستهلالية: خصائص الحمض والقاعدة | الكيمياء الصف الثاني عشر
سؤال 1: التغير في لون الكاشف
سؤال 2: تقدير الرقم الهيدروجيني (pH)
سؤال 3: تفسير اختلاف درجة الحرارة
سؤال 4: الرقم الهيدروجيني للخليط
التحليل والاستنتاج: سؤال 1
أُحَدِّدُ التغيُّرَ الذي يطرأ على لون ورقة الكاشف عند وضعها في محلول كلٍّ من حمض الهيدروكلوريك وهيدروكسيد الصوديوم.
الإجابة النموذجية:
- في محلول حمض الهيدروكلوريك \( \text{HCl} \): يتغير لون ورقة الكاشف العام إلى اللون الأحمر، مما يدل على أن المحلول حمضي قوي.
- في محلول هيدروكسيد الصوديوم \( \text{NaOH} \): يتغير لون ورقة الكاشف العام إلى اللون الأزرق الداكن أو البنفسجي، مما يدل على أن المحلول قاعدي قوي.
التحليل والاستنتاج: سؤال 2
أُقَدِّرُ الرَّقْمَ الهيدروجيني (درجة الحموضة) لكُلٍّ مِنَ المحلولين.
الإجابة النموذجية مع الخطوات الحسابية (بناءً على التركيز \( 0.1 \text{ M} \)):
- حمض الهيدروكلوريك \( \text{HCl} \):
بما أنه حمض قوي أحادي البروتون، فإنه يتأين كلياً في الماء:
\( [\text{H}_3\text{O}^+] = [\text{HCl}] = 0.1 \text{ M} \)
\( \text{pH} = -\log(0.1) = 1 \)
التقدير: الرقم الهيدروجيني \( \text{pH} \approx 1 \). - هيدروكسيد الصوديوم \( \text{NaOH} \):
بما أنها قاعدة قوية تتأين كلياً في الماء:
\( [\text{OH}^-] = [\text{NaOH}] = 0.1 \text{ M} \)
\( \text{pOH} = -\log(0.1) = 1 \)
\( \text{pH} = 14 - \text{pOH} = 14 - 1 = 13 \)
التقدير: الرقم الهيدروجيني \( \text{pH} \approx 13 \).
التحليل والاستنتاج: سؤال 3
أُفَسِّرُ اختلاف درجة حرارة المحلول الناتج من خلط المحلولين عن درجة حرارة كلٍّ منهما.
الإجابة النموذجية:
- الملاحظة: ترتفع درجة حرارة المحلول الناتج من الخلط مقارنة بدرجة حرارة كل محلول على حدة.
- التفسير العلمي: يعود ذلك إلى حدوث تفاعل تعادل بين حمض قوي وقاعدة قوية. تفاعلات التعادل هي تفاعلات طاردة للحرارة (Exothermic)، حيث تتحد أيونات الهيدروجين \( \text{H}^+ \) مع أيونات الهيدروكسيد \( \text{OH}^- \) لتكوين جزيئات الماء، وينتج عن هذا الاتحاد انطلاق طاقة حرارية تؤدي إلى رفع درجة حرارة المزيج، وفقاً للمعادلة الأيونية الصافية التالية:
\( \text{H}^+_{(aq)} + \text{OH}^-_{(aq)} \rightarrow \text{H}_2\text{O}_{(l)} + \text{Heat} \)
التحليل والاستنتاج: سؤال 4
أُقَدِّرُ الرَّقْمَ الهيدروجيني للمحلول الناتج من خلط المحلولين في الكأس الزجاجيَّة.
الإجابة النموذجية:
- النتيجة: الرقم الهيدروجيني للمحلول الناتج هو \( \text{pH} = 7 \) (محلول متعادل)، وسيتغير لون الكاشف العام إلى اللون الأخضر.
- التفسير: تم خلط حجوم متساوية (\( 3 \text{ mL} \)) وتراكيز متساوية (\( 0.1 \text{ M} \)) من حمض قوي وقاعدة قوية. وهذا يعني أن عدد مولات أيونات \( \text{H}^+ \) يساوي تماماً عدد مولات أيونات \( \text{OH}^- \)، مما يؤدي إلى تعادل تام لتكوين محلول ملح الطعام (كلوريد الصوديوم \( \text{NaCl} \)) والماء، وهو محلول متعادل لا يؤثر على تركيز أيونات الهيدرونيوم أو الهيدروكسيد.
\( \text{HCl}_{(aq)} + \text{NaOH}_{(aq)} \rightarrow \text{NaCl}_{(aq)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \)
