1- في عملية صدأ الحديد تحدث أكسدة لذرات الحديد إلى أيونات حديد $\mathrm{III}$ (ويتم اختزال ذرات الأكسجين إلى أيونات أكسيد بفعل فقد الإلكترونات) شرح السؤال 💡 ماذا يطلب منا السؤال؟ اقرأ العبارة بتمعن للتدقيق في تعريف عمليتي الأكسدة والاختزال. هل الاختزال يعني "فقد" الإلكترونات أم "اكتسابها"؟ صح خطأ الإجابة الصحيحة: خطأالتوضيح: تفاعل الصدأ هو تفاعل أكسدة واختزال (أخسدة). الجزء الأول من العبارة صحيح، حيث يتأكسد الحديد بفقد الإلكترونات متحولاً إلى أيونات حديديك ($\mathrm{Fe}^{3+}$). لكن الخلل يكمن في الجزء الثاني؛ فالاختزال هو عملية اكتساب الإلكترونات وليس فقدها، حيث يكتسب الأكسجين الإلكترونات المفقودة من الحديد ليتحول إلى أيون أكسيد سالب ($\mathrm{O}^{2-}$).⚠️ انتبه (خطأ شائع): الجمل المركبة الطويلة في الأسئلة قد تبدأ بمعلومة صحيحة تماماً وتختتم بكلمة واحدة خاطئة لتضليل الطالب. التأكد من كل أجزاء الجملة ضروري.💡 للاطلاع: طبقة أكسيد الحديديك المميأ الناتجة (الصدأ) طبقة هشة ومسامية، لذا فهي لا تحمي الفلز وتسمح باستمرار التآكل حتى ينهار بالكامل.(الوحدة 3: استخلاص الفلزات، الدرس 3-6: صدأ الحديد : تفاعل أخسدة، ص 53)
2- الفلز الذي يحتاج إلى حرارة أقل عند تسخينه مع الكربون لاستخلاصه من الخام مقارنة ببقية الفلزات التالية: شرح السؤال 💡 كيف نفكر؟ كلما كان الفلز أضعف وأقل نشاطاً في سلسلة الفاعلية، كان أكسيده غير مستقر وضعيف الترابط، مما يسهل على الكربون انتزاع الأكسجين منه بأقل قدر من الحرارة. النحاس الرصاص الحديد الخارصين الإجابة الصحيحة: النحاسالتوضيح: ترتيب الفلزات المعطاة في سلسلة الفاعلية من الأنشط إلى الأضعف هو: الخارصين > الحديد > الرصاص > النحاس. الفلزات الأضعف (كالنحاس) تكون مركباتها (أكاسيدها) أقل استقراراً ويسهل تكسيرها. ولذلك، يحتاج أكسيد النحاس إلى حرارة أقل بكثير ليختزله الكربون مقارنة بما يحتاجه الخارصين أو الحديد.خطوات الحل:ترتيب الفلزات: $\mathrm{Zn > Fe > Pb > Cu}$.تحديد العلاقة: أضعف فلز نشاطاً = أضعف ارتباط بالأكسجين = أقل حرارة للاختزال.الاستنتاج: النحاس هو أضعف الفلزات المذكورة، فهو الذي يحتاج للحرارة الأقل.🧠 الحل بالاستبعاد: الخارصين فلز قوي ويحتاج لحرارة تبلغ درجة غليانه ليُستخلص (استبعاد الخيار الرابع). الحديد يحتاج لفرن عالي وأكثر من $1500^\circ \mathrm{C}$ (استبعاد الخيار الثالث). الرصاص يحتاج لحرارة متوسطة. النحاس هو الأضعف بينهم وهو فلز يقترب من الفلزات النبيلة، فيكون استخلاصه الأسهل والأقل حرارة.💡 للاطلاع: النحاس لشدة ضعف ارتباطه في خاماته يمكن استخلاصه أحياناً بمجرد تحميصه بشدة في الهواء، أو باختزاله بالهيدروجين وهي طريقة لا تصلح مع الحديد أو الخارصين.(الوحدة 3: استخلاص الفلزات، الدرس 3-3: الكربون وسلسلة الفاعلية، ص 50)
3- في عملية تعويم الزبد ........ شرح السؤال 💡 تلميح: تستخدم عملية التعويم لتركيز وتنقية الخامات الرديئة لفلز النحاس. تذكر اسم خام النحاس الأساسي والمكونات التي تضاف إليه لفصل الشوائب الثقيلة. يتم سحق خام النحاس النقي مع الزيوت والماء تستخدم لتنقية الخام الرئيسي للنحاس وهو الجالينا عملية بسيطة تستهلك كمية قليلة من الماء جميع الإجابات السابقة خاطئة الإجابة الصحيحة: جميع الإجابات السابقة خاطئةالتوضيح: عملية "تعويم الزبد" هي طريقة لتركيز خامات النحاس الرديئة. تتضمن سحق الخام (غير النقي) مع الماء والزيوت وإضافة مواد كيميائية (صابون)، ثم نفخ الهواء لتتكون رغوة (زبد) تلتصق بها حبيبات الخام وترتفع لأعلى، بينما تغوص الشوائب الثقيلة. الخام الرئيسي للنحاس هو "بيريت النحاس"، وهذه العملية تستهلك كميات هائلة من الماء (حوالي $500$ طن ماء لكل طن نحاس نقي).خطوات الحل:تحليل الخيار الأول: الخام المسحوق يكون غير نقي وليس نقياً، وإلا لم نحتج للعملية.تحليل الخيار الثاني: الخام الرئيسي للنحاس هو بيريت النحاس ($\mathrm{CuFeS_2}$)، وليس الجالينا (خام الرصاص).تحليل الخيار الثالث: العملية تستهلك كميات ضخمة من الماء، وليست كمية قليلة.الاستنتاج: جميع العبارات المذكورة في الخيارات خاطئة علمياً.💡 للاطلاع: تستهلك عملية التعويم هذه كميات مياه كبيرة جداً، مما يطرح تحدياً بيئياً ضخماً في ضرورة التخلص من هذه المياه الملوثة بطرق آمنة.(الوحدة 3: استخلاص الفلزات، الدرس 3-2: تركيز الخامات، ص 49)
4- ما يحدث عند الكاثود في عملية استخلاص الألومنيوم بالتحليل الكهربائي: شرح السؤال 💡 تلميح: الكاثود هو القطب السالب. ما هو الأيون الذي سيهاجر إليه؟ وهل سيكتسب إلكترونات أم سيفقدها ليتحول إلى ذرة متعادلة؟ $\mathrm{3O_2 + 12e^- \rightarrow 6O^{2-}}$ $\mathrm{6O^{2-} \rightarrow 3O_2 + 12e^-}$ $\mathrm{4Al^{3+} + 12e^- \rightarrow 4Al}$ $\mathrm{4Al \rightarrow 4Al^{3+} + 12e^-}$ الإجابة الصحيحة: $\mathrm{4Al^{3+} + 12e^- \rightarrow 4Al}$التوضيح: في خلية التحليل الكهربائي للألومينا، تهاجر أيونات الألومنيوم الموجبة ($\mathrm{Al^{3+}}$) نحو القطب السالب (الكاثود المصنوع من بطانة الجرافيت). هناك، يحدث لها تفاعل "اختزال" حيث تكتسب كل أيونة $3$ إلكترونات لتتحول إلى ذرات ألومنيوم سائلة متعادلة ($\mathrm{Al}$). لوزن المعادلة الكهربائية ومساواة الإلكترونات مع تفاعل الأنود، نضرب المعادلة في $4$.خطوات الحل:تحديد اتجاه الأيونات: أيونات $\mathrm{Al^{3+}}$ الموجبة تتجه للكاثود السالب.تحديد التفاعل الأساسي: $\mathrm{Al^{3+} + 3e^- \rightarrow Al}$.مضاعفة المعادلة للوزن الكلي للخلية: بضربها في $4$ تصبح $\mathrm{4Al^{3+} + 12e^- \rightarrow 4Al}$.الاستنتاج: هذه هي المعادلة الدقيقة للتفاعل الكاثودي.🧠 الحل بالاستبعاد: تفاعلات الأكسجين وتكوين الغاز (الخيارات الأول والثاني) تحدث عند القطب الموجب (الأنود)، فنستبعدها. الخيار الرابع يمثل عملية "أكسدة" (فقد إلكترونات للذرة المتعادلة)، وهذا يخالف مبدأ الكاثود الذي يمنح الإلكترونات للأيونات.💡 للاطلاع: يتجمع الألومنيوم السائل عند الكاثود في قاع الخلية، ويتم سحبه من وقت لآخر عبر فتحة تفريغ خاصة دون الحاجة لإيقاف عملية التحليل المستمرة.(الوحدة 3: استخلاص الفلزات، الدرس 3-7: استخلاص الألومنيوم : اختزال الكتروليتي، ص 55)
