ملخص تفاعلات الترسيب وفصل أيونات الفلزات — ثانية ثانوي

معلومات الدرس

الشعبة: مسار الهندسة وعلوم الحاسب (مادة تخصصية اختيارية: يختار الطالب بينها وبين البرمجة والذكاء الاصطناعي)
الترم: الثاني
رقم الدرس: 3-11 (الفصل الثالث: المواد غير العضوية)

المحتوى الرئيسي

تفاعلات الترسيب الأساسية

جدول ملخص لرواسب أيونات فلزية شائعة (× = لا يتكوّن راسب):

الأيون	مع Cl⁻	مع كبريتيد (وسط حمضي)	مع كبريتيد (وسط قاعدي)	مع OH⁻
$Ag^+$	أبيض $AgCl$	أسود $Ag_2S$	أسود $Ag_2S$	بني $Ag_2O$
$Pb^{2+}$	أبيض $PbCl_2$	أسود $PbS$	أسود $PbS$	أبيض $Pb(OH)_2$
$Cu^{2+}$	×	أسود $CuS$	أسود $CuS$	أزرق $Cu(OH)_2$
$Fe^{2+}$	×	×	أسود $FeS$	أخضر $Fe(OH)_2$
$Fe^{3+}$	×	×	أسود $FeS$	بني محمر $Fe(OH)_3$
$Al^{3+}$	×	×	أبيض $Al(OH)_3$	أبيض $Al(OH)_3$
$Zn^{2+}$	×	×	أبيض $ZnS$	أبيض $Zn(OH)_2$

كذلك: أيون الكرومات $CrO_4^{2-}$ يعطي راسبًا بنيًا محمرًا مع $Ag^+$ (كرومات الفضة) وأصفر مع $Pb^{2+}$ (كرومات الرصاص). أيون الفريوسيانيد $[Fe(CN)_6]^{4-}$ يعطي راسبًا أزرق داكنًا مع $Fe^{3+}$ .

خواص خاصة بالرواسب

$PbCl_2$ يذوب في الماء الساخن (بخلاف $AgCl$ الذي لا يذوب).
$AgCl$ يذوب في وفرة الأمونيا مكوّنًا $[Ag(NH_3)_2]^+$ .
$Pb(OH)_2$ ، $Al(OH)_3$ ، $Zn(OH)_2$ تذوب في وفرة NaOH؛ أما $Ag_2O$ ، $Cu(OH)_2$ ، $Zn(OH)_2$ فتذوب في وفرة الأمونيا (لاحظ أن $Zn(OH)_2$ مرتدد أمام كلا الكاشفين).

الفصل الانتقائي لخليط أيونات فلزية

باستخدام تسلسل من الكواشف يمكن فصل أيونات فلزية متعددة من محلول واحد، كل مرحلة تُرسب مجموعة معينة وتترك الباقي في المرشح:

المرحلة	الإجراء	الأيونات المفصولة	الرواسب
1	إضافة HCl مخفف	$Ag^+$ , $Pb^{2+}$	أبيض $AgCl$ ، أبيض $PbCl_2$
2	تمرير $H_2S$ (وسط حمضي)	$Cu^{2+}$ , $Cd^{2+}$	أسود $CuS$ ، أسود $CdS$
3	إضافة فائض أمونيا (بعد معالجة مناسبة)	$Fe^{3+}$ , $Al^{3+}$	بني محمر $Fe(OH)_3$ ، أبيض $Al(OH)_3$
4	تمرير $H_2S$ (وسط قاعدي)	$Zn^{2+}$ , $Mn^{2+}$	أبيض $ZnS$ ، وردي باهت $MnS$
5	إضافة كربونات الأمونيوم	$Ca^{2+}$ , $Ba^{2+}$	أبيض $CaCO_3$ ، أبيض $BaCO_3$

في المرحلة 3، يُغلى المحلول لإزالة $H_2S$ المتبقي، ثم يُضاف حمض النيتريك المخفف لأكسدة $Fe^{2+}$ (الناتج عن اختزال $Fe^{3+}$ بواسطة $H_2S$ ) مرة أخرى إلى $Fe^{3+}$ ، قبل إضافة فائض الأمونيا.

النقاط الرئيسية

لون الراسب وحده لا يكفي لتحديد هوية الأيون (عدة أيونات تعطي رواسب بيضاء)؛ يلزم إجراء اختبارات إضافية.
الفصل الانتقائي يعتمد على اختلاف ذوبانية رواسب مختلف الأيونات في كواشف متتالية (HCl، ماء ساخن، $H_2S$ ، أمونيا، NaOH).
إمرار $H_2S$ قبل إضافة HCl يُفسد الفصل لأن $Ag^+$ و $Pb^{2+}$ سيترسبان ككبريتيدات بدلًا من كلوريدات.
$Fe^{3+}$ يُختزل إلى $Fe^{2+}$ بواسطة $H_2S$ ، فيلزم إعادة أكسدته بحمض النيتريك قبل إضافة الأمونيا للكشف عنه كهيدروكسيد Fe(III).

أسئلة للمراجعة

لماذا لا يكفي ظهور راسب أبيض وحده لتحديد هوية الأيون الفلزي في المحلول؟
ما المشكلة التي قد تحدث إذا أُمرر غاز كبريتيد الهيدروجين عبر المحلول المختلط قبل إضافة حمض الهيدروكلوريك المخفف؟
صمّم تسلسلًا مناسبًا من الكواشف لفصل الأيونات الأربعة: $Ag^+$ ، $Pb^{2+}$ ، $Cu^{2+}$ ، $Zn^{2+}$ من محلول واحد.

الأهداف العامة

أن يتعرّف الطالب على ألوان رواسب أيونات الفلزات الشائعة مع الكلوريد والكبريتيد والهيدروكسيد.
أن يفهم الطالب فكرة الفصل الانتقائي لأيونات فلزية متعددة من محلول مختلط باستخدام كواشف مرحلية.
أن يفسّر الطالب سبب استخدام كل كاشف في كل مرحلة من مراحل الفصل.