فيديو السؤال: تحديد تركيز حمض الكبريتيك عن طريق المعايرة مع كربونات الصوديوم الكيمياء • الصف الثالث الثانوي

نسخة الفيديو النصية

أذيب 31.8 جرامًا من ‪Na2CO3‬‏ لتحضير محلول حجمه 150 ملليلترًا من أجل تجربة معايرة. أظهرت النتائج أن حجم 44 ملليلترًا من محلول ‪Na2CO3‬‏ تفاعل تمامًا مع حجم 150 ملليلترًا من حمض ‪H2SO4‬‏ مجهول التركيز. ما التركيز المستخدم من حمض ‪H2SO4‬‏؟

لنبدأ الإجابة عن هذه المسألة بالنظر إلى الجملة الأولى. أذيب 31.8 جرامًا من كربونات الصوديوم لتحضير محلول حجمه 150 ملليلترًا من أجل تجربة معايرة. تصف هذه الجملة تكوين محلول قياسي أو محلول معلوم التركيز. يمكننا استخدام هاتين المعلومتين لإيجاد تركيز المحلول القياسي لكربونات الصوديوم. علينا أيضًا أن نعرف معادلتين أساسيتين. ‏‪𝑛‬‏ يساوي ‪𝑐𝑣‬‏ و‪𝑛‬‏ يساوي ‪𝑚‬‏ صغيرًا على ‪𝑀‬‏ كبيرًا، حيث ‪𝑛‬‏ في كلتا المعادلتين يمثل الكمية بالمول. ‏‪𝑐‬‏ هو التركيز بالمول لكل لتر. ‏‪𝑣‬‏ هو الحجم باللتر. ‏‪𝑚‬‏ الصغير هو الكتلة بالجرام. و‪𝑀‬‏ الكبير هو الكتلة المولية بالجرام لكل مول.

بما أننا نحتاج إلى معرفة تركيز المحلول القياسي، يمكننا أن نبدأ بجعل المعادلتين متساويتين. بعد ذلك، يمكننا إعادة ترتيب المعادلة لإيجاد قيمة التركيز. يمكننا التعويض بالكتلة المعطاة في المسألة عن ‪𝑚‬‏ الصغير، لكن علينا إيجاد الكتلة المولية لكربونات الصوديوم. يمكن حساب الكتلة المولية عن طريق جمع الكتل الذرية للذرات المكونة. لإيجاد الكتلة المولية لكربونات الصوديوم، سنحتاج إلى إيجاد حاصل اثنين مضروبًا في الكتلة الذرية للصوديوم زائد الكتلة الذرية للكربون زائد ثلاثة مضروبًا في الكتلة الذرية للأكسجين. يمكننا الحصول على الكتل الذرية من الجدول الدوري. الكتلة الذرية للصوديوم هي 23، والكربون 12، والأكسجين 16. نجري العملية الحسابية ونجد أن الكتلة المولية لكربونات الصوديوم تساوي 106 جرامات لكل مول. ويمكننا التعويض بهذه القيمة في المعادلة.

أخيرًا، نضيف الحجم. الحجم حاليًّا معبر عنه بالملليلترات، ولكن يجب تحويله إلى لترات حتى يمكن استخدام المعادلة. لاحظ أن 1000 ملليلتر يساوي لترًا واحدًا. يمكننا ضرب 150 ملليلترًا في لتر واحد على 1000 ملليلتر. يعطينا ذلك حجمًا يساوي 0.15 لتر. ويمكننا أن نعوض عن ‪𝑣‬‏ بهذه القيمة في المعادلة. نجري العملية الحسابية ونجد أن تركيز المحلول القياسي لكربونات الصوديوم يساوي 2.0 مول لكل لتر. تم استخدام هذا المحلول القياسي من كربونات الصوديوم في تجربة معايرة مع حمض الكبريتيك. ومن ثم علينا كتابة معادلة كيميائية موزونة بين كربونات الصوديوم وحمض الكبريتيك.

عندما تتفاعل كربونات مع حمض، تتكون ثلاثة نواتج: ملح، وماء، وثاني أكسيد للكربون. عندما تتفاعل كربونات الصوديوم مع حمض الكبريتيك، تتكون كبريتات الصوديوم، وهي الملح، بالإضافة إلى الماء وثاني أكسيد الكربون. سنستخدم هذه المعادلة الكيميائية الموزونة بالإضافة إلى القيم المعطاة في المسألة، والمعادلة الأساسية، ‪𝑛‬‏ يساوي ‪𝑐𝑣‬‏، لإيجاد تركيز حمض الكبريتيك. يمكننا إنشاء جدول لتنظيم القيم المعطاة في السؤال ومطابقتها مع المتغيرات في المعادلة الأساسية. سنسجل أيضًا النسبة المولية لكربونات الصوديوم إلى حمض الكبريتيك.

استخدمنا في المعايرة محلولًا قياسيًّا من كربونات الصوديوم تركيزه 2.0 مول لكل لتر، لكننا استهلكنا 44 ملليلترًا فقط من الكمية التي حضرناها. يمكننا إضافة التركيز إلى الجدول في المربع المناسب. الحجم معطى بالملليلترات ويجب تحويله إلى لترات. وكما فعلنا من قبل، يمكننا ضرب الحجم بالملليلترات في لتر واحد على 1000 ملليلتر. يعطينا ذلك حجمًا يساوي 0.044 لتر. حجم حمض الكبريتيك المستخدم 150 ملليلترًا. سنحول 150 ملليلترًا إلى لترات عن طريق الضرب في لتر واحد على 1000 ملليلتر. يعطينا ذلك حجمًا يساوي 0.15 لتر.

يطلب منا السؤال تحديد تركيز حمض الكبريتيك. الآن بعد أن كتبنا القيم المعطاة في الجدول، نحن مستعدون لبدء الخطوة التالية من العملية. يمكننا التعويض بتركيز وحجم كربونات الصوديوم في المعادلة الأساسية لنجد أن عدد مولات كربونات الصوديوم المستخدمة في المعايرة يساوي 0.088 مول. وبعد أن عرفنا عدد مولات كربونات الصوديوم المستخدمة، يمكننا تحديد عدد مولات حمض الكبريتيك المستخدمة في المعايرة. بالنظر إلى المعادلة الكيمائية الموزونة، نلاحظ أن النسبة المولية بين كربونات الصوديوم وحمض الكبريتيك تساوي واحدًا إلى واحد. لذلك، إذا تم استخدام 0.088 مول من كربونات الصوديوم في المعايرة، يجب استخدام 0.088 مول من حمض الكبريتيك أيضًا.

بعد ذلك، يمكننا إعادة ترتيب المعادلة الأساسية لإيجاد تركيز حمض الكبريتيك. يمكننا أن نعوض بكمية حمض الكبريتيك وحجمه، لنجد أن تركيز حمض الكبريتيك يساوي 0.59 مولار.