الصف الثالث الثانوي - كيمياء
الباب الثاني: التحليل الكيميائي الوصفي والكمي
حسابات المعايرة الحجمية والتركيز ونسب الشوائب
انقر على أي جملة للاستماع إليها مباشرة 👆
يمثل التحليل الكيميائي الكمي الخطوة التطبيقية الحاسمة لتقدير النسب الوزنية والحجوم الفعلية للمواد المتفاعلة في المحاليل. ويعتمد التحليل الحجمي على عملية المعايرة (Titration)، وهي الإضافة التدريجية الدقيقة لمحلول معلوم التركيز والحجم بدقة (المحلول القياسي) من السحاحة إلى حجم معلوم من محلول مجهول التركيز في دورق مخروطي حتى نصل إلى نقطة التكافؤ (نقطة نهاية التفاعل) التي يتساوى عندها عدد مكافئات المادتين تماماً. ويتم الاستدلال على نقطة نهاية التفاعل باستخدام الأدلة (الكواشف) الكيميائية التي يتغير لونها بتغير نوع الوسط والأس الهيدروجيني (pH). تتنوع تفاعلات المعايرة بين تفاعلات التعادل (بين الأحماض والقلويات)، وتفاعلات الأكسدة والاختزال، وتفاعلات الترسيب، مما يمكن الكيميائي من حساب تركيزات المواد والنسبة المئوية لنقاء الخامات الطبيعية والمستحضرات الدوائية بدقة بالغة.
1. مفاهيم وأدوات التحليل الحجمي
- المحلول القياسي (Standard Solution): محلول معلوم التركيز بدقة يُستخدم لتعيين تركيز محلول آخر مجهول.
- نقطة نهاية التفاعل (End Point): النقطة التي ينتهي عندها التفاعل تماماً ويستدل عليها بتغير لون الدليل.
- نقطة التكافؤ (Equivalence Point): النقطة التي تكون عندها كمية المادة القياسية مكافئة تماماً لكمية المادة المجهولة كيميائياً.
ألوان الأدلة الكيميائية المقررة في الأوساط المختلفة:
| الدليل الكيميائي | الوسط الحامضي (pH < 7) | الوسط المتعادل (pH = 7) | الوسط القاعدي (pH > 7) |
|---|---|---|---|
| الميثيل البرتقالي | أحمر | برتقالي | أصفر |
| الفينولفثالين | عديم اللون | عديم اللون | أحمر وردي |
| عباد الشمس | أحمر | أرجواني | أزرق |
| أزرق بروموثيمول | أصفر | أخضر فاتح | أزرق |
2. القانون العام للمعايرة وتطبيقاته الحسابية
في تفاعلات التعادل: a Acid + b Base ⟶ Products
(Ma · Va) / na = (Mb · Vb) / nb
- Ma, Mb: التركيز المولاري للحمض والقاعدة بوحدة (mol/L).
- Va, Vb: حجم الحمض والقاعدة المستهلك بوحدة (L) أو (mL بشرط تجانس الوحدات).
- na, nb: عدد مولات الحمض والقاعدة في المعادلة الكيميائية الموزونة.
- كتلة المادة المذابة:
Mass (g) = Molarity (M) × Volume (L) × Molar Mass (g/mol).
المسألة: تعادل 25 mL من حمض الهيدروكلوريك تماماً مع 20 mL من محلول كربونات الصوديوم تركيزه 0.1 M. احسب تركيز حمض الهيدروكلوريك.
الحل:
المعادلة الموزونة:
na = 2، nb = 1، Va = 25 mL، Vb = 20 mL، Mb = 0.1 M.
(Ma · 25) / 2 = (0.1 · 20) / 1 ⟹ 12.5 Ma = 2 ⟹ Ma = 2 / 12.5 = 0.16 M.
الحل:
المعادلة الموزونة:
2HCl + Na2CO3 ⟶ 2NaCl + H2O + CO2na = 2، nb = 1، Va = 25 mL، Vb = 20 mL، Mb = 0.1 M.
(Ma · 25) / 2 = (0.1 · 20) / 1 ⟹ 12.5 Ma = 2 ⟹ Ma = 2 / 12.5 = 0.16 M.
المسألة: أُذيبت عينة غير نقية من هيدروكسيد البوتاسيوم كتلتاها 0.28 g في الماء، وتطلبت لمعايرتها 15 mL من حمض الهيدروكلوريك تركيزه 0.2 M. احسب النسبة المئوية لهيدروكسيد البوتاسيوم في العينة (KOH = 56 g/mol).
الحل:
عدد مولات KOH النقية = عدد مولات HCl = M · V = 0.2 × (15/1000) = 0.003 mol.
كتلة KOH النقية = المولات × الكتلة المولية = 0.003 × 56 = 0.168 g.
نسبة النقاء = (0.168 / 0.28) × 100 = 60% (نسبة الشوائب = 40%).
الحل:
HCl + KOH ⟶ KCl + H2O (النسبة المولية 1 : 1)عدد مولات KOH النقية = عدد مولات HCl = M · V = 0.2 × (15/1000) = 0.003 mol.
كتلة KOH النقية = المولات × الكتلة المولية = 0.003 × 56 = 0.168 g.
نسبة النقاء = (0.168 / 0.28) × 100 = 60% (نسبة الشوائب = 40%).
اضغط على أي بطاقة لاكتشاف المعنى الدقيق، واضغط على أيقونة الصوت للاستماع للنطق:
التحليل الحجمي
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
فرع من التحليل الكمي يعتمد على قياس حجوم المحاليل المتفاعلة بدقة
💡 إضاءة وتوضيح: Volumetric analysis
المحلول القياسي
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
محلول معلوم التركيز المولاري بدقة فائقة ويُوضع في السحاحة المعملية
💡 إضاءة وتوضيح: Standard Solution
نقطة نهاية التفاعل
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
النقطة التي يتغير عندها لون الدليل معلناً تمام تفاعل المعايرة
💡 إضاءة وتوضيح: End point
نقطة التكافؤ
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
النقطة النظرية التي يتساوى عندها عدد مكافئات الحمض مع مكافئات القاعدة
💡 إضاءة وتوضيح: Equivalence point
الأدلة الكيميائية
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
مواد كيميائية عضوية ضعيفة يتغير لونها بتغير الرقم الهيدروجيني للوسط
💡 إضاءة وتوضيح: Indicators
الميثيل البرتقالي
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
دليل لونه أحمر في الوسط الحامضي وأصفر في الوسط القاعدي
💡 إضاءة وتوضيح: Methyl Orange
الفينولفثالين
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
دليل عديم اللون في الوسطين الحامضي والمتعادل وأحمر وردي في القاعدي
💡 إضاءة وتوضيح: Phenolphthalein
أزرق بروموثيمول
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
دليل لونه أصفر في الوسط الحامضي وأزرق في الوسط القاعدي وأخضر في المتعادل
💡 إضاءة وتوضيح: Bromothymol Blue
تفاعل التعادل
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
تفاعل بين حمض وقاعدة لإنتاج ملح وماء
💡 إضاءة وتوضيح: H⁺ + OH⁻ ⟶ H2O
النسبة المئوية للنقاء
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
نسبة كتلة المادة النقية إلى الكتلة الكلية للعينة غير النقية مضروبة في 100
💡 إضاءة وتوضيح: % Purity = (m_pure / m_sample) × 100
السحاحة المدرجة
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
أنبوبة زجاجية رأسية مدرجة تنتهي بصنبور للتحكم في إسقاط المحلول قطرة قطرة
💡 إضاءة وتوضيح: Burette
الماصة الحجمية
اضغط لاكتشاف الدلالة والشرح 👆
أداة زجاجية دقيقة لنقل حجم محدد من المحلول إلى الدورق المخروطي
💡 إضاءة وتوضيح: Volumetric Pipette
اضغط على الإجابة لتتحقق من فهمك وتكتشف التفسير النموذجي فورياً:
1
دليل كيميائي يكون عديم اللون في الوسط الحامضي ويتلون باللون الوردي في الوسط القاعدي هو:
2
إذا تعادل 20 mL من حمض الكبريتيك تركيزه 0.1 M تماماً مع 40 mL من هيدروكسيد الصوديوم، فإن تركيز محلول هيدروكسيد الصوديوم يساوي:
3
نقطة التكافؤ في تفاعلات المعايرة تمثل اللحظة التي:
4
المحلول القياسي المناسب لتعيين تركيز محلول هيدروكسيد الصوديوم بالمعايرة هو:
5
دليل أزرق بروموثيمول يتلون في الوسط المتعادل باللون:
6
كتلة هيدروكسيد الصوديوم (NaOH = 40 g/mol) اللازمة لتحضير 500 mL من محلول تركيزه 0.2 M تساوي:
7
تفاعل محلول نترات الفضة مع محلول كلوريد الصوديوم يُصنف كنوع من تفاعلات المعايرة يسمى:
8
عند معايرة حمض ضعيف مع قاعدة قوية، فإن الدليل الأنسب لتحديد نقطة نهاية التفاعل هو:
🎉 تهانينا يا بطل! أتممت جميع محطات الدرس بنجاح باهر وتستحق وسام التميز!