تجربة التحليل الكهربائي للماء في مختبر افتراضي.
يستطيع التيار الكهربائي تحليل الماء إلى الغازين المكوّنين له. يمرّر الطالب تيارًا كهربائيًّا في ماء أضيف إليه قليل من الحمض، ويجمع غازي الهيدروجين والأكسجين، ويقيس حجميهما، ويكشف عن كلٍّ منهما.
في هذا المختبر الافتراضي للكيمياء يعلّق الطالب قطبين من الكربون في الماء المقطّر، ويضبط مصدر الطاقة على 6 V، ويضيف قليلًا من حمض الكبريتيك المخفّف ليمرّ التيار. يتجمّع الهيدروجين والأكسجين في أنبوبي اختبار منكّسين، ويُقرأ حجماهما على التدريج، ثم يكشف الطالب عن كل غاز بشظية مشتعلة.
اطلب عرضًا تجريبيًا
ماذا يتعلّم الطالب.
- تحليل الماء كهربائيًّا إلى هيدروجين وأكسجين، والكشف عن كلٍّ منهما.
- قياس حجمي الغازين الناتجين وإيجاد النسبة بينهما.
- معرفة علاقة كمية الغاز الناتج بشدة التيار وزمن مروره.
خطوة بخطوة.
الخطوات التي يتبعها الطالب في التطبيق، وما يُظهره المختبر عند كلٍّ منها.
- 1
علّق الأنود والكاثود على حافة كأس الماء المقطّر.
ملاحظة
يوصل السلك الأحمر الأنود بالطرف الموجب لمصدر الطاقة، ويوصل السلك الأسود الكاثود بالطرف السالب. والقطبان من الكربون، وهو خامل: ينقل التيار ولا يُستهلك.
- 2
شغّل مصدر الطاقة واضبطه على 6 V، ثم راقب القطبين.
ملاحظة
لا يحدث شيء. فالماء النقي لا يحتوي على أيونات كافية لنقل التيار الكهربائي، فلا يكاد يمرّ فيه تيار ولا يتحلل.
- 3
افتح زجاجة حمض الكبريتيك المخفّف، وأضف قليلًا منه إلى الماء بالقطّارة.
ملاحظة
تتكوّن فقاعات على القطبين، وهي أكثر عند الكاثود. فالحمض يمدّ الماء بأيونات تنقل التيار الكهربائي، أما الحمض نفسه فلا يُستهلك.
- 4
أطفئ مصدر الطاقة، ثم املأ أنبوبي الاختبار بالماء ونكّسهما فوق القطبين.
ملاحظة
الأنبوب المملوء بالماء لا هواء فيه. فالغاز المتصاعد من القطب يتجمّع في أعلى الأنبوب ويدفع الماء إلى الأسفل، فيمكن قراءة حجمه من التدريج.
- 5
شغّل مصدر الطاقة وراقب تجمّع الغازين.
ملاحظة
يتحلل الماء إلى العنصرين المكوّنين له. وحجم الهيدروجين ضعف حجم الأكسجين، أي حجمان إلى حجم واحد. وكلما زادت شدة التيار أو زمن مروره زادت كمية الغاز.
ماء (سائل) ← هيدروجين (غاز) + أكسجين (غاز)
2H2O(l) → 2H2(g) + O2(g)
- 6
أشعل الشظية من موقد اللهب وقرّب الشعلة من فوهة أنبوب الهيدروجين.
ملاحظة
يحترق الغاز بفرقعة حادّة: إنه الهيدروجين. يتكوّن عند الكاثود، وهو القطب السالب، حيث تكتسب أيونات الهيدروجين إلكترونات. وعند احتراقه يتّحد مع الأكسجين مكوّنًا الماء من جديد.
2H+(aq) + 2e− → H2(g)
- 7
أشعل الشظية مرة أخرى وقرّبها من أنبوب الأكسجين.
ملاحظة
تشتعل الشظية المتوهّجة من جديد: إنه الأكسجين. يتكوّن عند الأنود، وهو القطب الموجب، حيث يفقد الماء إلكترونات. إذن يتكوّن الماء من الهيدروجين والأكسجين. وفي المختبر الحقيقي يكون حجم الأكسجين المتجمّع أقل قليلًا من النصف؛ لأن بعضه يذوب في الماء، ويتفاعل قليل منه مع كربون الأنود.
2H2O(l) → O2(g) + 4H+(aq) + 4e−
النتيجة
H₂ : O₂ = 2 : 1
يتجمّع الغازان فوق القطبين وتُقرأ كميتاهما على تدريج الأنبوبين: 10.0 mL من الهيدروجين مقابل 5.0 mL من الأكسجين، كما تقول صيغة الماء H₂O.
مصمَّم للشاشة في مقدّمة الفصل.
تُدرِّس معظم الفصول اليوم من شاشة تفاعلية، وقد صُمّم Gnosis Labs لها أولًا، ليتابع الفصل كله تجربة واحدة معًا. وتعمل المختبرات نفسها على الأجهزة اللوحية والهواتف وأجهزة الكمبيوتر.
كل كلمة على الشاشة وكل تعليمة منطوقة متوفرة باللغتين. والعربية تُقرأ من اليمين إلى اليسار.
المزيد في المختبرات.
اطلب عرضًا تجريبيًا
شاهده في مدرستك.
أخبرنا عن مدرستك وسنرتّب عرضًا تجريبيًا للمختبرات لك ولمعلّميك.
