الأسبوع 8 · الباب الثاني (٣): الكشف عن الكاتيونات (المجموعات التحليلية الست والنحاس (II) والألومنيوم والحديد (II) والحديد (III) والكالسيوم) وبداية التحليل الكمي: المعايرة والمحلول القياسي ونقطة النهاية والأدلة · 3 دروس
2
الألومنيوم والحديد (II) والحديد (III) والكالسيوم
Chemistry Sec 3 Term 1, Chapter 2: pp. 39–43
الهدفتعرّف على Al³⁺ وFe²⁺ وFe³⁺ وCa²⁺ من رواسبها مع هيدروكسيد الأمونيوم وهيدروكسيد الصوديوم وكربونات الأمونيوم.
كلمات جديدة
راسب جيلاتيني · راسب لين يشبه الجيلي، مثل Al(OH)₃ الأبيضهيدروكسيد · مركب فلز مع OH⁻ مثل Fe(OH)₃اختبار اللهب · اختبار لوني يعطي فيه الملح لونًا في اللهب: أحمر طوبي للكالسيوم (على الورق فقط هنا)
الشرح
كاتيونات المجموعة 3 تكوّن هيدروكسيدات عند إضافة هيدروكسيد الأمونيوم. الألومنيوم يعطي Al(OH)₃ الأبيض الجيلاتيني: Al₂(SO₄)₃ + 6NH₄OH → 2Al(OH)₃ + 3(NH₄)₂SO₄. ويُظهر الكتاب أن Al(OH)₃ يذوب في زيادة من هيدروكسيد الصوديوم: Al(OH)₃ + NaOH → NaAlO₂ + 2H₂O، وهي طريقة مختصرة لكتابة أيون الألومينات. والحديد II يعطي راسبًا أبيض يتحول إلى أخضر مبيض في الهواء: FeSO₄ + 2NaOH → Fe(OH)₂ + Na₂SO₄. والحديد III يعطي راسبًا بنيًا محمرًا: FeCl₃ + 3NaOH → Fe(OH)₃ + 3NaCl، وتتكوّن رواسب من النوع نفسه مع NH₄OH. وفي المجموعة 5 يعطي الكالسيوم كربونات الكالسيوم البيضاء مع كربونات الأمونيوم: CaCl₂ + (NH₄)₂CO₃ → CaCO₃ + 2NH₄Cl. وهي تذوب في HCl المخفف مع تصاعد غاز: CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂، وتذوب في الماء المحتوي على CO₂: CaCO₃ + H₂O + CO₂ → Ca(HCO₃)₂. ويؤكده حمض الكبريتيك المخفف الذي يعطي CaSO₄ الأبيض (شحيح الذوبان)، ولهب أحمر طوبي، وهذا على الورق فقط هنا. ولا تُستخدم محاليل النشادر وهيدروكسيد الصوديوم واللهب في البيت أبدًا.
أي اختبار ملتبس؟ الألومنيوم والحديد II يعطيان معًا راسبًا أبيض مع هيدروكسيد الأمونيوم، فلا تكفي هذه النتيجة وحدها للتمييز بينهما. والحديد III هو الأقل التباسًا لأن لونه البني المحمر يختلف عن الباقين. وللفصل بين Al³⁺ وFe²⁺ نضيف زيادة من NaOH: فيذوب Al(OH)₃، ولا يذوب راسب هيدروكسيد الحديد II (معلومة إضافية) ويتغير لونه في الهواء.
الكالسيوم على خطوات. (1) CaCl₂ + (NH₄)₂CO₃ → CaCO₃ + 2NH₄Cl يعطي راسبًا أبيض. (2) يذيبه HCl المخفف بفوران: CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂، وهو تفاعل الكربونات نفسه في اختبار الأسبوع الماضي. (3) CaCl₂ + H₂SO₄ → CaSO₄ + 2HCl يؤكد الكالسيوم بمادة صلبة بيضاء لا يذوب منها إلا القليل. عُدَّ في الخطوة 3: Ca 1 وCl 2 وS 1 وO 4 وH 2 على الجانبين.
نشاط الفصل
الهواء يغيّر الألوان، مع شخص بالغ. يقطع شخص بالغ تفاحة إلى نصفين (أو يستخدم موزة). ضع نصفًا مكشوف الوجه إلى الأعلى على طبق، ولُفَّ النصف الآخر جيدًا بغلاف بلاستيكي. بعد نصف ساعة قارن الوجهين. تغيّر التفاحة لونها بسبب أكسجين الهواء، مثل هيدروكسيد الحديد II الذي يصير أخضر مبيضًا في الهواء. لا تحاول تحضير أي من رواسب الكتاب، فمحلول النشادر وهيدروكسيد الصوديوم مواد معملية. ثم اكتب جدولًا من ثلاثة صفوف: الكاتيون والكاشف واللون، من حقائق الكتاب أعلاه.
أكمل ووازن: FeCl₂ + NaOH → ? ماذا يحدث للون الراسب في الهواء؟
FeCl₂ + 2NaOH → Fe(OH)₂ + 2NaCl؛ والراسب الأبيض يصير أخضر مبيضًا في الهواء.
3
يتفاعل كبريتات الحديد III مع هيدروكسيد الصوديوم: Fe₂(SO₄)₃ + 6NaOH → 2Fe(OH)₃ + 3Na₂SO₄. ما لون الراسب، وكم مولًا من Fe(OH)₃ يتكوّن من 0.10 mol من Fe₂(SO₄)₃؟
بني محمر؛ n(Fe(OH)₃) = 0.10 × 2 = 0.20 mol.
4
يتفاعل 0.050 mol من FeCl₃ مع زيادة من NaOH: FeCl₃ + 3NaOH → Fe(OH)₃ + 3NaCl. أوجد كتلة Fe(OH)₃ (Fe = 56, O = 16, H = 1).
