فيديو السؤال: تحديد ماهية فلز في مركب كربونات باستخدام بيانات من تجربة معايرة الكيمياء • الصف الثالث الثانوي

نسخة الفيديو النصية

يحاول العلماء تحديد ماهية العنصر ‪X‬‏ في مركب له الصيغة الكيميائية ‪X2CO3‬‏. خلطوا 1.19 جرام من مركب الكربونات المجهول بالماء لإنتاج محلول حجمه 250.0 سنتيمترًا مكعبًا. وضعوا 25.00 سنتيمترًا مكعبًا من هذا المحلول في دورق مخروطي. بعد ذلك عايروا هذا المحلول باستخدام 0.1 مولار من حمض الهيدروكلوريك. يوضح الجدول الآتي نتيجة تجربة المعايرة. ما ماهية العنصر المجهول في المركب الذي له الصيغة الكيميائية ‪X2CO3‬‏؟ الكتلة المولية للصوديوم تساوي 23 جرامًا لكل مول. ولليثيوم سبعة جرامات لكل مول. وللبوتاسيوم 39 جرامًا لكل مول. وللمغنيسيوم 24 جرامًا لكل مول. وللألومنيوم 27 جرامًا لكل مول. وللكربون 12 جرامًا لكل مول. وللأكسجين 16 جرامًا لكل مول. أ: الليثيوم، ب: البوتاسيوم، ج: الصوديوم، د: المغنيسيوم، هـ: الألومنيوم.

مطلوب منا في هذا السؤال تحديد العنصر ‪X‬‏ المجهول في المركب الذي له الصيغة الكيميائية ‪X2CO3‬‏. وعلمنا من المعطيات أن تجربة المعايرة تمت عن طريق إضافة محلول حمض الهيدروكلوريك إلى محلول مائي من مركب الكربونات. حسنًا، دعونا نفرغ بعض المساحة للبدء في حل هذه المسألة.

تجربة المعايرة التي يجريها العلماء هي معايرة حمض وقاعدة. وفي معايرة الحمض والقاعدة، يستخدم تفاعل التعادل للمساعدة في تحديد كمية مادة ما أو تركيزها. في هذه المسألة، يتفاعل مركب كربونات قاعدي مع حمض الهيدروكلوريك. ونحن نعلم أن تفاعل كربونات فلز مع حمض ينتج ملحًا وثاني أكسيد الكربون وماء. وبما أن شحنة أنيون الكربونات اثنان سالب، فإن شحنة كل أيون ‪X‬‏ في مركب الكربونات المتعادل يجب أن تكون واحدًا موجبًا. هذا يعني أن أيونات ‪X‬‏ تتحد مع أيونات الكلوريد بنسبة واحد إلى واحد لتكوين الملح. ولوزن المعادلة الكيميائية، سنحتاج إلى كتابة المعامل اثنين أمام الحمض والملح.

في البداية، أذيب 1.19 جرام من مركب الكربونات في الماء لإنتاج 250.0 سنتيمترًا مكعبًا من المحلول. بعد ذلك، وضع العلماء 25.00 سنتيمترًا مكعبًا فقط من المحلول في دورق مخروطي. إذن ما مقدار مركب الكربونات في هذا المحلول الأصغر حجمًا؟ باستخدام علاقة التناسب، نلاحظ أنه إذا قل حجم المحلول بمعامل 10، فإن كتلة المركب المذاب تقل أيضًا بمعامل 10. هذا يعني أنه يوجد 0.119 جرام فقط من مركب الكربونات في الدورق المخروطي. وبما أننا نعلم أن العلماء يضيفون حمض الهيدروكلوريك إلى الدورق المخروطي، فهذا يعني بدوره أن 0.119 جرام فقط من مركب الكربونات سيتفاعل. ونحن نعلم أن تركيز محلول حمض الهيدروكلوريك هو 0.1 مولار، أو 0.1 مول لكل لتر.

في جدول البيانات، يمكننا ملاحظة أنه في تجربة المعايرة، أو المحلول المعاير، استخدم 22.40 سنتيمترًا مكعبًا من حمض الهيدروكلوريك لمعادلة القاعدة الموجودة في الدورق المخروطي بالكامل. ومن المهم أن نتذكر أن السنتيمتر المكعب الواحد يكافئ ملليلترًا واحدًا. وهذا يعني أن حجم الحمض المستخدم في التجربة يساوي 22.40 ملليلترًا. لكن، بما أن التركيز المولاري يعبر عنه بوحدة المول لكل لتر، فسنحول وحدة قياس حجم الحمض من الملليلتر إلى اللتر. ولإجراء هذا التحويل، سنقسم على 1000، وهذا يعطينا 0.02240 لتر.

والآن، دعونا نفرغ بعض المساحة لنبدأ في إجراء العمليات الحسابية. سنبدأ بإيجاد عدد مولات الحمض التي تفاعلت باستخدام المعادلة الآتية. سنضرب تركيز الحمض، الذي يساوي 0.1 مول لكل لتر، في حجم الحمض، الذي يساوي 0.02240 لتر. وهذا يعطينا 0.00224 مول من الحمض. والآن سنحول مولات الحمض إلى مولات القاعدة باستخدام النسبة المولارية من المعادلة الموزونة. يمكننا أن نلاحظ من المعادلة أن المول الواحد من مركب الكربونات يتفاعل مع مولين من حمض الهيدروكلوريك. ومن ثم علينا قسمة عدد مولات الحمض على اثنين.

بعد ذلك، يمكننا استخدام عدد مولات القاعدة وكتلة القاعدة لتحديد كتلة القاعدة المولية. وسنفعل ذلك باستخدام المعادلة الآتية. سنقسم كتلة القاعدة، وهي تساوي 0.119 جرام، على عدد مولات القاعدة، وهو يساوي 0.00112 مول. وبهذا نحصل على 106.25 جرامات لكل مول. والآن يمكننا تكوين معادلة لإيجاد الكتلة المولية لـ ‪X‬‏ فقط. سنعيد كتابة الكتل المولية المعطاة في المسألة على الشاشة. وبالتعويض بقيمة الكتلة المولية لكل من الكربون والأكسجين، نحصل على المعادلة الآتية. وبإعادة ترتيب المعادلة وتبسيطها، يمكننا إيجاد قيمة الكتلة المولية لـ ‪X‬‏. الكتلة المولية لـ ‪X‬‏ تساوي 23.125 جرامًا لكل مول. والعنصر الذي كتلته المولية الأقرب إلى القيمة التي حسبناها هو الصوديوم.

إذن، العنصر ‪X‬‏ في المركب الذي له الصيغة الكيميائية ‪X2CO3‬‏ هو على الأرجح الصوديوم، أو الخيار ج.