درسنامه آموزشی شیمی (2) کلاس یازدهم رشته ریاضی و تجربی

وسایل و مواد مورد نیاز: آهن $(II)$ کلرید، آهن $(III)$ کلرید، آب مقطر، سدیم هیدروکسید، محلول هیدروکلریک اسید، لولۀ آزمایش، قطره چکان، قاشقک.

آزمایش1:

الف) سه لولۀ آزمایش بردارید و آنها را شماره‌‌گذاری کنید. 
ب) مقدار کمی از آهن $(II)$ کلرید را با قاشقک بردارید و در لولۀ آزمایش شمارۀ «1» بریزید. سپس درون آن تا نیمه آب مقطر بریزید و آن را تکان دهید تا محلول شفافی به دست آید. 
پ) مقدار کمی از سدیم هیدروکسید را با قاشقک بردارید و در لولۀ آزمایش شماره «2» بریزید. سپس درون آن تا نیمه آب بریزید و آن را تکان دهید تا محلول شفافی به دست آید. 
ت) با استفاده از قطره‌چکان در لولۀ آزمایش شماره «3» در حدود یک میلی‌لیتر از محلول آهن $(II)$ کلرید را بریزید و به آن قطره قطره محلول سدیم هیدروکسید بیفزایید. 
ث) چه مشاهده می‌کنید؟ مشاهده‌های خود را بنویسید.
با افزودن قطره‌ قطره از محلول سدیم هیدروکسید به محلول آهن $(II)$ کلرید، رنگ محلول به رنگ سبز تیره تغییر می‌کند و با گذشت زمان رسوب سبزرنگ ته‌نشین می‌شود.
ج) در این واکنش، آهن $(II)$ هیدروکسید و سدیم کلرید تشکیل می‌شود. معادلۀ نمادی واکنش انجام شده را بنویسید و موازنه کنید.

$FeC{{l}_{2}}(aq)+2NaOH(aq)\to Fe{{(OH)}_{2}}(s)\downarrow +2NaCl(aq)$

چ) از این آزمایش چه نتیجه‌ای می‌گیرید؟
یون آهن $(II)$ با محلول نمک‌های حاوی یون هیدروکسید شناسایی شده و رسوب سبزرنگ ایجاد می‌کند.

آزمایش 2

الف) در آزمایش 1 به جای آهن $(II)$ کلرید، آهن $(III)$ کلرید بردارید و آزمایش را تکرار کنید. 
ب) مشاهده‌های خود را بنویسید. 
با افزودن قطره‌ قطره از محلول سدیم هیدروکسید به محلول آهن $(III)$ کلرید، رنگ محلول به قرمز آجری تغییر می‌کند و با گذشت زمان رسوب آن تشکیل می‌شود.
پ) با توجه به اینکه فراورده‌های این واکنش آهن $(III)$ هیدروکسید و سدیم کلرید است، معادلۀ نمادی واکنش شیمیایی انجام شده را بنویسید و موازنه کنید.

$FeC{{l}_{3}}(aq)+3NaOH(aq)\to Fe{{(OH)}_{3}}(s)\downarrow +3NaCl(aq)$

ت) از این آزمایش چه نتیجه‌ای می‌گیرید؟
یون آهن $(III)$ با محلول نمک‌های حاوی یون هیدروکسید شناسایی شده و رسوب قرمز آجری ایجاد می‌کند.

آزمایش 3 

الف) یک میخ زنگ زده یا یک وسیله آهنی زنگ زده را بردارید و زنگ آهن سطح آن را با قاشقک خراش بدهید و جمع‌آوری کنید. 
ب) زنگ آهن جمع‌آوری شده را در یک لوله آزمایش بریزید و قطره قطره محلول هیدروکلریک اسید به آن بیفزایید. این عمل را تا جایی ادامه دهید که همۀ زنگ آهن حل شود. 
پ) قطره قطره محلول سدیم هیدروکسید به لوله بیفزایید، این عمل را تا جایی ادامه دهید که رسوب رنگی تشکیل شود. 
ت) مشاهده‌های خود را بنویسید.
با افزودن قطره‌ قطره محلول سدیم هیدروکسید به لوله، رسوب قرمز آجری رنگ تشکیل می‌شود.
ث) در زنگ آهن کدام یون آهن وجود دارد؟ چرا؟
یون آهن $(III)$، زیرا با افزودن قطره‌ قطره محلول سدیم هیدروکسید به لوله حاوی زنگ آهن رسوب قرمز آجری تشکیل می‌شود که نشان‌دهنده‌ی وجود یون $F{{e}^{3+}}$ است.

مواد و وسایل: میخ آهنی، مس $(II)$ سولفات، آب مقطر، بشر. 

1- درون بشری تا یک سوم حجم آن آب بریزید و نصف قاشق چای خوری مس $(II)$ سولفات به آن بیفزایید و آن را هم بزنید تا محلول آبی رنگ به دست آید. 
2- دو عدد میخ آهنی درون بشر بیندازید و مدتی صبر کنید. 

3- مشاهده‌های خود را بنویسید.
رسوب که همان یون‌های مس $(II)$ می‌‎باشد، روی سطح میخ آهنی می‌نشیند و با گذشت زمان رنگ محلول از آبی رنگ به سبز و سپس با مصرف شدن یون‌های مس $(II)$، رنگ محلول به نارنجی تغییر می‌کند.

4- اگر فراورده‌های واکنش انجام شده، فلز مس و محلول آهن $(II)$ سولفات باشند، معادلۀ نمادی واکنش را بنویسید.

$Fe(s)+CuS{{O}_{4}}(aq)\to Cu(s)+FeS{{O}_{4}}(aq)$

5- از این آزمایش چه نتیجه‌ای می‌گیرید؟ 
الف) یکی از روش‌های استخراج فلز مس، از محلول آبی دارای یون‌های حاوی آن می‌باشد. 
ب) فلز آهن واکنش‌پذیری شیمیایی بیشتری نسبت به فلز مس دارد (به این دلیل واکنش انجام شده است، در غیر این صورت واکنشی انجام نمی‌پذیرفت.)

6- به نظر شما کدام فلز واکنش‌پذیرتر است؟ دلیل شما چیست؟ برای درستی دلیل خود شواهد تجربی ارائه کنید.
فلز آهن، انجام شدن این واکنش، دلیل بر این موضوع می‌باشد. اگر فلز مس را درون محلول حاوی یون‌های آهن $(II)$ و آهن $(III)$ قرار دهیم، این واکنش انجام نمی‌پذیرد و پیشرفتی ندارد.

در جدول زیر واکنش‌پذیری سه گروه از فلزها با هم مقایسه شده است. با توجه به آن، به پرسش‌های مطرح شده پاسخ دهید.

الف) در شرایط یکسان کدام فلزها برای تبدیل شدن به کاتیون تمایل بیشتری دارند؟
سدیم و پتاسیم

ب) در شرایط یکسان کدام فلز در هوای مرطوب، سریع‌تر واکنش می‌دهد؟ $Na$
1- $Zn$        2- $Na$         3- $Ag$

پ) تأمین شرایط نگهداری کدام فلزها دشوارتر است؟ چرا؟
فلزهای دارای واکنش‌پذیری زیاد (مانند سدیم و پتاسیم)، زیرا با عنصرهای مختلف به راحتی واکنش می‌دهد.

ت) دربارۀ درستی جملۀ زیر نخست گفت‌وگو نموده سپس بر اساس آن مشخص کنید کدام واکنش انجام می‌شود. چرا؟

«به طور کلی در هر واکنش شیمیایی که به طور طبیعی انجام می‌شود، واکنش‌پذیری فراورده‌ها از واکنش‌دهنده‌ها کمتر است».

$FeO(s)+2Na(s)\begin{matrix}
   {}  \\
\end{matrix}\xrightarrow{\Delta }\begin{matrix}
   {}  \\
\end{matrix}N{{a}_{2}}O(s)+Fe(s)$ -1

$FeO(s)+Cu(s)\xrightarrow{\Delta }Fe(s)+CuO(s)$ -2

واکنش 1 انجام می‌شود زیرا واکنش‌پذیری فرآورده‌ها از واکنش‌دهنده‌ها کمتر است.
واکنش 2 انجام نمی‌شود زیرا واکنش‌پذیری فرآورده‌ها از واکنش‌دهنده‌ها بیشتر است.

ث) دانش‌آموزی با بررسی منابع علمی معتبر از دو واکنش زیر برای مقایسه واکنش‌پذیری آهن با سدیم بهره برده است، روش مقایسه را توضیح دهید.

$\text {I.}\,\ FeO(s)+C(s)\begin{matrix}
   {}  \\
\end{matrix}\xrightarrow{\Delta }\begin{matrix}
   {}  \\
\end{matrix}C{{O}_{2}}(g)+Fe(s)$

واکنش نمی‌دهد $\text {II.}\,\ Na_2O+C(s) \xrightarrow {\Delta }$

در واکنش 1، واکنش‌پذیری واکنش‌دهنده‌ها بیشتر از فرآورده‌های واکنش است، در نتیجه واکنش انجام می‌شود.
در واکنش 2، واکنش‌پذیری فرآورده‌ها بیشتر از واکنش دهنده‌هاست، در نتیجه واکنشی انجام نمی‌گیرد و فرآورده‌ای تولید نمی‌شود.

مطابق واکنش بالا، از واکنش 40 گرم آهن $(III)$ اکسید با مقدار کافی کربن، انتظار می‌رود چند گرم آهن به دست آید؟
از واکنش 40 گرم آهن $(III)$ اکسید با مقدار کافی کربن، 28 گرم آهن بدست می‌آید.

$\underbrace{2F{{e}_{2}}{{O}_{3(s)}}}_{40g}+3{{C}_{(s)}}\xrightarrow{\Delta }\underbrace{4Fe(s)}_{?g}+3C{{O}_{2}}(g)$

$?gFe=40gF{{e}_{2}}{{O}_{3}}\times \frac{1\text {mol}F{{e}_{2}}{{O}_{3}}}{160gF{{e}_{2}}{{O}_{3}}}\times \frac{4\text {mol}Fe}{2\text {mol}F{{e}_{2}}{{O}_{3}}}\times \frac{56gFe}{1\text {mol}Fe}=28gFe$