الأسبوع 15 · مراجعة الفصل الدراسي الأول (الأبواب من ١ إلى ٣) ومهام مراجعة من إعداد Darslab · 3 دروس
1
مراجعة: العناصر الانتقالية والحديد
Chemistry Sec 3 Term 1, Chapters 1–3: Review
الهدفراجع الأسابيع 1–5 بمسائل جديدة: تركيب d والإلكترونات المفردة، واختبار العنصر الانتقالي، وخامات الحديد واستخلاصه، وتفاعلات الحديد وأكاسيده.
كلمات جديدة
إلكترون مفرد · إلكترون وحده في مربعه؛ يجعل الجسيم بارامغناطيسيًاعنصر انتقالي · عنصر ذرته أو أحد أيوناته الشائعة على الأقل فيه مستوى d ممتلئ جزئيًاأكسيد مختلط · Fe₃O₄ الذي يسلك كأنه FeO·Fe₂O₃ وفيه حديد بحالتي +2 و+3
الشرح
أربع أدوات من الأسابيع 1–5 تحل معظم المسائل. (1) التركيب: السلسلة الأولى [Ar] 3dⁿ 4s²، والاستثناءان Cr (3d⁵ 4s¹) وCu (3d¹⁰ 4s¹). وتفقد الأيونات إلكترونات 4s أولًا، فـ Fe هو 3d⁶ 4s² لكن Fe²⁺ هو 3d⁶ وFe³⁺ هو 3d⁵. (2) الإلكترونات المفردة: ارسم خمسة مربعات واملأها بقاعدة هوند؛ ومع n من الإلكترونات يكون عدد المفردة n حتى 5 ثم 10 − n بعد ذلك. (3) الاختبار: العنصر انتقالي إذا كان في الذرة أو في أيون شائع واحد منه من 1 إلى 9 إلكترونات في d؛ ويفشل فيه الزنك والكادميوم والزئبق. (4) الحديد: من خام معلوم النسبة من Fe₂O₃ يعطي الكوك CO، وFe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂ (على الورق فقط). والأحماض المخففة تعطي أملاح حديد(II) وهيدروجين، Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂. وطريق المولات دائمًا: الكتلة ÷ M تعطي المولات، ونسبة المعادلة تعطي مولات المادة الأخرى، والمولات × M أو × 22.4 L تعطي الجواب. وفي FeO وFe₂O₃ وFe₃O₄ يحتفظ الحديد بحالته حين يؤثر حمض في الأكسيد: أكسيد + حمض → ملح + ماء.
أمثلة محلولة
العدّ. Co²⁺: العنصر Co هو [Ar] 3d⁷ 4s²؛ يفقد إلكترونَي 4s فيصبح 3d⁷. خمسة مربعات: أول خمسة إلكترونات واحد في كل مربع ويقترن الإلكترونان الأخيران، فيكون في 5 − 2 = 3 مربعات سهم مفرد: 3 إلكترونات مفردة، فـ Co²⁺ بارامغناطيسي. و Ni²⁺ هو 3d⁸ وفيه إلكترونان مفردان كما في الصورة. و Cd²⁺ هو 4d¹⁰ ولا مفرد فيه.
الخطوة
الحساب
الناتج
Fe₂O₃ في الخام
800 × 0.80
640 kg
الحديد الناتج
640 × 112 ÷ 160
448 kg
CO اللازم
3 × 4000 mol × 28
336 kg
من الخام إلى الحديد. يحتوي 800 kg من الخام على 80 % هيماتيت: 800 × 0.80 = 640 kg من Fe₂O₃. Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂. وM(Fe₂O₃) = 160 g/mol، فتكون 640 kg ما يعادل 4000 mol (بتوحيد طريقة kg وkmol). والحديد 2 × 4000 = 8000 mol × 56 = 448 kg. وCO اللازم 3 × 4000 = 12 000 mol × 28 = 336 kg. وللتحقق بالاختصار: الحديد 112 ÷ 160 = 70 % من Fe₂O₃، و640 × 0.70 = 448 kg.
الحديد والحمض. 11.2 g من الحديد تساوي 11.2 ÷ 56 = 0.20 mol. Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂ فالهيدروجين 0.20 mol أي 0.20 × 22.4 = 4.48 L عند STP، وFeCl₂ بمقدار 0.20 mol: M = 56 + 2 × 35.5 = 127 فتكون 0.20 × 127 = 25.4 g. والناتج كلوريد الحديد(II) وليس حديد(III) لأن أيونات الهيدروجين في حمض مخفف عوامل مؤكسدة ضعيفة. على الورق فقط.
نشاط الفصل
لعبة الفرز، على الورق فقط. قص عشر بطاقات: Sc وTi وCr وMn وFe وCo وNi وCu وZn وCd. اكتب على ظهر كل بطاقة تركيب d للذرة وتركيب أحد أيوناتها الشائعة. اخلط البطاقات واسحب واحدة وقل هل العنصر انتقالي وكم إلكترونًا مفردًا في الأيون. اجعل كومة للعناصر الانتقالية وكومة لغيرها ثم تحقق من الظهر. أي بطاقتين تحتاجان إلى الأيون وليس إلى الذرة؟
تدرّب
1
كم إلكترونًا مفردًا في Mn³⁺؟ (Mn هو [Ar] 3d⁵ 4s².)
يفقد Mn³⁺ إلكترونَي 4s وإلكترونًا من 3d فيصبح 3d⁴. أربعة مربعات فيها سهم واحد، أي 4 إلكترونات مفردة.
2
يحتوي 500 kg من الخام على 60 % من Fe₂O₃. ما كتلة الحديد التي يمكن الحصول عليها؟
