بسم الله الرحمن الرحيم
تمهيد الوحدة + حل النشاطات + أسئلة وزارية
---------------------------------------------
توجد الطاقة في صور متعددة منها:
1) الطاقة الحرارية.
2) الطاقة الكهربائية.
3) الطاقة الكيميائية.
4) الطاقة النووية.
5) الطاقة الضوئية.
6) الطاقة الإشعاعية.
7) الطاقة الميكانيكية.
تحـولات الطـاقــة:
يمكن تحويل الطاقة إلى أي صورة من صور الطاقة الأخرى.
أمثلـة لبعـض التحـولات:
1) تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية (الأعمدة الكهربائية).
2) تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة حرارية (احتراق الوقود).
3) تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية (التمثيل الضوئي).
4) تحويل الطاقة النووية إلى طاقة كهربائية (المفاعلات النووية).
5) تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية (المصابيح الكهربائية).
6) تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية (المدفأة).
7) تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حركية (المروحة).
*وهذه التحويلات سوف تقودنا إلى قانون بقاء الطاقة الذي ينص على:
(الطاقة لا تفنى ولا تستحدث من العدم ولكن يمكن تحويل الطاقة من صورة إلى أخرى).
مـلاحظــة هامـــة: تقدر الطاقة بوحدة الجول أو السعر.
* العلاقة بين السعر والجول هي: السعر = 4.18 جول.
الطاقة الكيميائية (c.hemical Energy):
تعريفها : هي الطاقة المختزنة ضمن الوحدات التركيبية [الذرات أو الجزيئات] للمواد، وهي تعرف باسم طاقة الوضع الكيميائية.
مـلاحظــة هامـــة: تتوقف الطاقة الكيميائية [Chemical Energy] على:
1- نوع الذرات الداخلة في تركيب المادة.
2- نوع الروابط التي تنشأ بين الذرات.
3- طاقة الربط بين الجزيئات (قوى جذب فاندرفالزVander wails forces ).
ما العلاقة بين نوع الذرات الداخلة في تكوين مركبي الماء والجازولين وبين الطاقة الكيميائية المخزونة في كلٍ منهما؟
ج/ العلاقة هي أن الطاقة الكيميائية المخزونة في كلٍ منهما تختلف عن الأخرى بسبب:
1– الاختلاف في نوع الذرات.
2– الاختلاف في الروابط الناشئة بين الذرات.
3 – الاختلاف في طاقة الربط بين الجزيئات.
التفاعلات الكيميائية يصاحبها تغيرات في الطاقة:
التغيرات الكيميائية تحدث نتيجة التفاعل بين الذرات أو الجزيئات للمواد المتفاعلة ويصاحب ذلك امتصاص طاقة أو انطلاق طاقة حرارية.
مثـــال : تفاعل البوتاسيوم مع الماء يصاحبه انطلاق طاقة حرارية + ضوء.
مثـــال : تفكك نيترات الأمونيوم NH4NO3 يصاحبه امتصاص طاقة حرارية.
الكيمياء الحرارية Thermo chemistry:
تعريف الكيمياء الحرارية: هي فرع من فروع الكيمياء الذي يختص بدراسة التغيرات الحرارية المصاحبة للتغيرات الكيميائية والفيزيائية.
ما علاقة حدوث التفاعل الكيميائي بالطاقة؟
ج/ العلاقة أن التفاعلات الكيميائية يصاحبها تغيرات حرارية بسبب اختلاف الطاقة الكيميائية للمواد المتفاعلة والناتجة عن التفاعل؛ أي أن التفاعلات الكيميائية تكون مصحوبة بتغيرات في الطاقة أما تفاعلات طاردة للحرارة أو تفاعلات ماصة للحرارة، فمثلاً:
* في حالة التفاعلات الطاردة للحرارة تنتقل الطاقة من النظام إلى الوسط المحيط، بينما التفاعلات الماصة للحرارة يقوم النظام بامتصاص الطاقة من الوسط المحيط.
تعريف النظام System: هو أي جزء من الكون نختصه بدراسة معينة ويفصله عن باقي الكون حدود معينة.
تعريف الوسط المحيط: هو الجزء المتبقي خارج حدود النظام.
هناك نوعان من النظام, هما:
(1) النظام المعزول عن الوسط المحيط :
وفيه لا يكون هناك أي تأثير من الوسط المحيط على النظام.
أ- العملية الإديباتية : Adiabatic
هي عملية يحدث فيها تغير في النظام لا يسمح للحرارة بالانتقال عبر الحدود الفاصلة بين النظام والوسط المحيط.
مثـــال : إجراء تفاعل في مسعر حراري معزول بحيث إن الحرارة لا يمكن نقلها عبر الحدود الفاصلة بين النظام والوسط المحيط وتسمى هذه العملية (عملية إديباتية).
ب- العملية الأيزوثيرمية : Isothermal:
هي عملية تتم عند حفظ عناصر النظام (المواد التي يحتويها النظام)
في درجة حرارة معينة أثناء حدوث التفاعل أو أثناء حدوث تغير.
متى يكون النظام في حالة اتزان؟
ج/ يكون النظام في حالة اتزان عندما تكون قيم خواص النظام (المتغيرات الفيزيائية) مثل الحجم والضغط ودرجة الحرارة لا تتغير مع الزمن.
(2) النظام غير المعزول :
وفيه يكون هناك تبادل للمادة أو الطاقة بين النظام والوسط المحيط.
مثـــال : إجراء تفاعل كيميائي في كأس مفتوح يتم تبادل الطاقة بين وسط التفاعل (النظام) والوسط المحيط من خلال جدران الكأس.
العلاقة بين الحرارة ودرجة الحرارة:
الحرارة هي إحدى أشكال الطاقة ويمكن أن تنتقل من النظام أو إليه عبر عملية التوصيل الحراري أو عبر الإشعاع الحراري.
س/ قارن بين الحرارة ، ودرجة الحرارة.
وجه المقارنة الحرارة درجة الحرارة
التعريف : هي طاقة تنتقل من جسم إلىآخر نتيجة اختلاف في درجة حرارة جسمين. هي مقياس للسخونة أو البرودة
وحدة القياس: جـــول الدرجة المئوية – كلفن
السعة الحرارية والحرارة النوعية:
السعة الحرارية Heat Capacity: هي كمية الطاقة اللازمة لرفع درجة حرارة كمية معينة من المادة درجة مئوية واحدة.
الحرارة النوعية Specific Heat: هي كمية الطاقة اللازمة لرفع درجة حرارة جرام واحد من المادة درجة مئوية واحدة.
العلاقة بين الحرارة النوعية وكمية الطاقة المكتسبة أو المفقودة:
الحرارة النوعية = كمية الطاقة المكتسبة أو المفقودة = جول/جم.م5
كتلة الجسم × التغير في درجة الحرارة
مـلاحظــة هامـــة:
تعتمد الحرارة النوعية للمادة على مقدار الطاقة المكتسبة أو المفقودة، فمثلاً: ترتفع درجة حرارة المادة بشكل أكبر عندما تكون الحرارة النوعية للمادة صغيرة.
مثـــال :
الحرارة النوعية للرصاص 0.129 جول/جم.م5، بينما الحرارة النوعية للحديد 0.449 جول/جم.م5، فأيٍ منهما يمكن أن ترفع درجة حرارته بشكل أكبر، ولماذا؟
ج/ الرصاص ترفع درجة حرارته بشكل أكبر؛ لأن الحرارة النوعية للرصاص
أقل من الحرارة النوعية للحديد.
العلاقة بين السعة الحرارية والحرارة النوعية:
السعة الحرارية = كمية الطاقة الحرارية (I)
مقدار التغير في درجة الحرارة
الحرارة النوعية = كمية الطاقة الحرارية (II)
كتلة الجسم × مقدار التغير في درجة الحرارة
* بالتعويض عن قيمة السعة الحرارية في المعادلة (II)
الحرارة النوعية = السعة الحرارية
كتـلـة الـمــادة
مســألـــة :
قطعة من النحاس كتلتها 95.49جم امتصت كمية من الحرارة مقدارها 849جول، فزادت درجة حرارتها من 25م5 إلى 48م5. أوجد الحرارة النوعية للنحاس.
الـحـــــــــــــل : * كتلة النحاس= 95.49جم.
* مقدار التغير في درجة الحرارة = ء2 - ء1 = 48- 25 = 23م5.
* مقدار الطاقة المكتسبة = 849 جول.
الحرارة النوعية للنحاس = كمية الطاقة المكتسبة أو المفقودة
كتلة النحاس × مقدار التغير في درجة الحرارة
= 849 = 0.386 جول/جم.م5
95.49 × 23
مسألة يتم حلها من قبل الطالب :
أحسب كمية الحرارة المكتسبة لرفع درجة حرارة قطعة من الحديد
كتلتها 20جم. عشر درجات مئوية، علماً بأن الحرارة النوعية للحديد تساوي 0.449 جول/جم.م5 ؟ الجواب (89.8جول)
ما المقصود بأن الحرارة النوعية للماء تساوي 4.18جول/جم.م5 ؟
ج/ المقصود بأن الحرارة النوعية للماء تساوي 4.18جول/جم.م5 هو أن الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة 1 جم من الماء درجة مئوية واحدة تساوي 4.18ك/جول.
التفاعلات الكيميائية وحرارة التفاعل:
عرفنا سابقاً أن التفاعلات الكيميائية يصاحبها تغيرات حرارية أما امتصاص للطاقة الحرارية أو انبعاثها.
العوامل التي تتوقف عليها التغيرات الحرارية [حرارة التفاعل]:
1) طبيعة المواد المتفاعلة والناتجة [حالة المواد] صلبة - سائلة- غازية.
2) كمية الطاقة المختزنة في المادة [المحتوى الحراري].
تعريف المحتوى الحراري Heat Content:
هي كمية الحرارة المخزونة في المادة عند تكوينها, ويرمز لها بالرمز [H].
مـلاحظـات هامـــة:
* يختلف المحتوى الحراري لكل مادة عن المواد الأخرى بسبب اختلاف نوع الذرات وأنواع الروابط بينها.
* لا يمكن قياس المحتوى الحراري لمادة عملياً كونها طاقة ذاتية، ولكن يمكن قياس التغير في المحتوى الحراري.
حرارة التفاعل Heat of Reaction:
هي كمية الحرارة المنطلقة أو الممتصة عند تفاعل المواد الداخلة في التفاعل بشكل تام لتكوين النواتج عند الظروف القياسية.
المقصود بالظروف القياسية: هي حالة حدوث التفاعل عند درجة 25م5 وضغط 1جو.
تعريف آخر لحرارة التفاعل: هي مقدار التغير الحراري المصاحب للتفاعل الكيميائي.
مـلاحظـة هامــة: سبب وجود حرارة التفاعل هو الاختلاف في المحتوى الحراري.
حرارة التفاعل = مجموع المحتوى الحراري للنواتج - مجموع المحتوى الحراري للمتفاعلات.
مثـــال : C + D A + B
نواتج متفاعلات
H1 H2
حرارة التفاعل[ ]= H2 Σ - H1 Σ
هناك احتمالين هما :
1) المحتوى الحراري للنواتج [H2] أقل من المحتوى الحراري للمتفاعلات [H1] وهذا يعنى أن قيمة [ ] سوف تكون سالبة؛ أي أن التفاعل طارد للحرارة.
2) المحتوى الحراري للنواتج[H2] أكبر من المحتوى الحراري للمتفاعلات[H1], وهذا يعني أن قيمة [ ] سوف تكون موجبة؛ أي أن التفاعل ماص للحرارة.
أنواع التفاعلات الكيميائية من حيث التغير الحراري
أولاً : التفاعلات الطاردة للحرارة Reactions Exothermic:
وهي التفاعلات التي يصاحبها انطلاق طاقة حرارية كناتج من
نواتج التفاعل. وهي تتميز بالآتي:
(1) يصاحبها انطلاق حرارة.
(2) المحتوى الحراري للنواتج أقل من المحتوى الحراري للمتفاعلات.
(3) ينتج عنها مركبات طاردة للحرارة وهي مركبات ثابتة في درجات الحرارة العادية [علل].
ج/ لأن المحتوى الحراري للمركبات الطاردة أقل من المحتوى الحراري لعناصرها [المتفاعلات].
(4) تتم بصورة تلقائية.
مثـــال :
احتراق مول واحد من الهيدروجين مع نصف مول من الأكسجين لتكوين واحد مول من بخار الماء وتنطلق طاقة حرارية مقدارها 241.8كيلوجول/مول.
الـحــــــــل :
-241.8 kj/mole=
H2 ＞ H1
نواتج متفاعلات
ثانياً: التفاعلات الماصة للحرارة Endothermic Reactions:
هي التفاعلات التي يصاحبها امتصاص طاقة حرارية. وهي تتميز بالآتي :
1) يصاحبها امتصاص طاقة حرارية.
2) المحتوى الحراري للنواتج أكبر من المحتوى الحراري للمتفاعلات.
3) ينتج عنها مركبات ماصة للحرارة.
4) تتم بصورة غير تلقائية.
مثـــال : تفكك واحد مول من بخار الماء يعتبر تفاعل ماص للحرارة، وطبقاً للمعادلة الآتية:
(H1) < (H2)
مـلاحظـات هامـــة:
1) عندما يتم عكس التفاعل، فإن إشارة [∆H] تعكس أيضاً.
2) تتوقف كمية الحرارة الممتصة أو المنطلقة [حرارة التفاعل] المصاحبة للتفاعل الكيميائي على طبيعة المواد المتفاعلة والناتجة.
فمثلاً: المحتوى الحراري للماء السائل تختلف عن المحتوى الحراري لبخار الماء (علل).
ج/ ويرجع ذلك نتيجة الطاقة الكامنة لتكثيف بخار الماء إلى سائل.
قارن بين التفاعلات الطاردة والماصة للحرارة, مع التمثيل بمثال؟
م وجه المقارنة التفاعل الطارد للحرارة التفاعل الماص للحرارة
1 التغير الحراري المصاحب: يصاحبه انطلاق حرارة يصاحبه امتصاص حرارة
2 إشارة [∆H]: ســـالـبــــــة مـــــوجـبــــــــــــــة
3 المحتوى الحراري للمتفاعلات: أكبر من المحتوى الحراري للنواتج أقل من المحتوى الحراري للنواتج
4 المركبات الناتجة: طاردة للحرارة ماصَّـــة للحرارة
مثـــــال : اتحاد الكربون مع غاز الأكسجين لتكوين غاز ثاني أكسيد الكربون
C + O2 CO2 ∆H=-Kj اتحاد اليود مع الهيدروجين لتكوين يوديد الهيدروجين
1/2H2 +1/2I2 HI ∆H=+Kj
على الطالب رسم مخطط الطاقة للتفاعلين السابقين في الجدول
معـادلـة الكيميـاء الحـراريــــة:
هي معادلة كيميائية موزنة موضح عليها حالات المواد المتفاعلة والناتجة كذلك قيمة (∆H)
شروط كتابة معادلة الكيمياء الحرارية:
1) نكتب المعادلة الكيميائية موزنة.
2) نوضح حالات المواد المتفاعلة والناتجة فمثلاً في حالة المادة الصلبة نكتب الحرف (S)، والسائلة (L)، والغازية (g)، والمحلول المائي (aq).
س: وزاري علل: يجب كتابة الحالة الفيزيائية للمتفاعلات والنواتج في المعادلة الحرارية؟
ج/ لأن المحتوى الحراري يختلف باختلاف حالة المادة.
3) يجب كتابة قيمة (∆H) موضحاً الإشارة ( ) موجب في حالة التفاعل الماص وسالب في حالة التفاعلى الطارد.
4) إذا عكست معادلة الكيمياء الحرارية نعكس إشارة قيمة (∆H).
5) وحدات (∆H) هي الكيلو جول (Kj).
6) في حالة ضرب أو قسمة المعادلة الكيميائية الحرارية بعامل ما فإن قيمة (∆H) تُعامل نفس المعاملة بالضرب أو بالقسمة.
مــلحـوظــات هـامـــة :
1) معظم المركبات العضوية خاصة الهيدروكربونية عندما تحترق في وجود وفرة من الأكسجين تعطي (CO2 + H2O + حرارة منطلقة).
2) تفاعلات الانحلال أوالتفكك الحراري تفاعلات ماصة للحرارة فمثلاً جميع أملاح البيكربونات تنحل بالحرارة وتعطي ( كربونات + CO2 + H2O).
سؤال يُجيب عنه الطالب :
• اكتب معادلات كيمياء حرارية تعبر عن احتراق غاز الميثان في وجود وفرة من الأكسجين علماً بأن التفاعل يصاحبه انطلاق طاقة حرارية مقدارها (890 ك جول/ مول).
الإجـابــة:سؤال يُجيب عنه الطالب
سؤال يُجيب عنه الطالب :
• اكتب معادلة كيمياء حرارية تعبر عن اتحاد بخار اليود مع غاز الهيدروجين لتكوين يوديد الهيدروجين ويلزم ذلك طاقة حرارية مقدارها (25 ك جول/ مول).
سؤال يُجيب عنه الطالب :
• اكتب معادلة كيمياء حرارية تعبر عن احتراق الكحول الايثيلي (C2H5OH) في وجود وفرة من الأكسجين مع انطلاق طاقة حرارية مقدارها (-1367 ك. جول/مول).
أنواع التغيرات الحرارية:
التغيرات الحرارية ناتجة من حدوث تغيرات فيزيائية أو كيميائية وهناك فرق بين التغيرات الفيزيائية والكيميائية يوضحها الجدول الآتي:
التغيرات الفيزيائية التغيرات الكيميائية
(1) لا تحدث تغير في تركيب المادة الأساسي. تحدث تغير في تركيب المادة الأساسي.
(2) لا ينتج عنها مواد جديدة. ينتج عنها مواد جديدة.
(3) يصاحبها تغيرات حرارية طفيفة. يصاحبها تغيرات حرارية كبيرة نسبياً.
(4) تزول بزوال المؤثر. لا تزول بزوال المؤثر.
مثال: انصهار الثلج - تبخر الماء. مثال: احتراق الكربون.
تنقسم التغيرات الحرارية إلى:
أولاً: تغيرات حرارية فيزيائية:
وهي تتمثل في حرارة الذوبان - حرارة التبخير والتكثيف.
(أ) حــرارة الذوبــان Heat of Solution:
كيفية حدوث عملية الذوبان تحدث عملية الذوبان على خطوتين هما:
1- تفكك الشبكة البلورية لجزيئات المذاب متحولة إلى أيونات موجبة وسالبة ويصاحب هذه العملية طاقة ممتصة تعرف باسم طاقة تفكك الشبكة البلورية [ممتصة].
2- ارتباط أيونات المذاب بجزيئات المذيب يصاحبها انطلاق طاقة حرارية تعرف باسم طاقة الإيماهة [منطلقة].
حرارة الذوبان = طاقة الإيماهة - طاقة تفكك الشبكة البلورية
[منطلقة] [ممتصة]
• فإذا كانت طاقة الإيماهة أكبر من طاقة تفكك الشبكة البلورية.
الذوبان يكون طارد للحرارة.
• وإذا كانت طاقة تفكك الشبكة البلورية أكبر من طاقة الإيماهة.
الذوبان يكون ماص للحرارة.
تعريف حرارة الذوبان:
هي كمية الحرارة المنطلقة أو الممتصة عند إذابة مول واحد (جزيء جرامي) من المذاب في كمية من المذيب تكفي للحصول على محلول مشبع.
مثـــال : لذوبان ماص للحرارة :
ذوبان ملح نترات الأمونيوم في الماء يكون مصحوب بامتصاص طاقة حرارية من الوسط مما يؤدي إلى انخفاض حرارة المحلول، ولذا يجب تسخين المحلول لتمام عملية الذوبان للوصول إلى محلول مشبع.
∆H= 25.7 Kj/mole.
مثـــال : لذوبان طارد للحرارة :
ذوبان هيدروكسيد الصوديوم في الماء ذوبان طارد للحرارة ولذا نقوم بتبريد المحلول للوصول إلى محلول مشبع.
∆H= -445.1 Kj/mole.
سؤال يُجيب عنه الطالب :
متى يكون الذوبان ماصاً للحرارة، ومتى يكون طارداً للحرارة مع التوضيح بأمثلة؟
(ب) حــرارة التبخيـر والتكثيـف :
الماء المتجمد (الثلج) يتحول إلى سائل عند امتصاصه لكمية حرارة وعند استمرار التسخين يبدأ السائل بالغليان ويتحول إلى بخار ماء ويمكن توضيح ذلك من خلال مخطط أو منحنى تسخين الماء الآتي:
نــلاحـظ مــن خلال الـمنحنــــى :
1) عند الوصول إلى درجة الانصهار والغليان يحدث ثبات لدرجة الحرارة.
2) عملية تحويل الماء السائل إلى بخار يحتاج إلى طاقة أكبر من الطاقة اللازمة لتحويل الثلج إلى ماء سائل.
3) تحوّل الماء السائل إلى بخار ماء يصاحبه امتصاص حرارة [ماص للحرارةٍ]، ويمكن تمثيل هذا التحويل بالمعادلة الآتية:
∆H= +40.7 Kj/mole.
وبالآتي تكون المعادلة الحرارية التي تعبر عن تحول بخار الماء إلى سائل هي:
∆H= -40.7 Kj/mole.
حرارة التكثيف الكامنة هي حرارة منطلقة، حرارة التبخير هي حرارة ممتصة.
علل: المحتوى الحراري للماء السائل يختلف عن المحتوى الحراري لبخار الماء السائل!.
ج/ ويرجع ذلك لحرارة التكثيف الكامنة التي تصاحب تكثيف بخار الماء إلى سائل.
مـلاحظــة هامـــة : يمكن حساب حرارة انصهار الثلج من العلاقة الآتية:
حرارة الانصهار = كتلة المادة المنصهرة × الحرارة النوعية للثلج × مقدار الارتفاع في درجة حرارة الماء
ثانياً: تغيرات حرارية كيميائية: وهي تتمثل في :
أولاً: حرارة التعادل Heat of Neutralization:
ما المقصود بالتعادل؟
ج/التعادل في الكيمياء: هو نوع من التفاعلات الكيميائية التي تحدث بين الأحماض والقواعد لينتج ملح + ماء + حرارة منطلقة تعرف باسم حرارة التعادل.
مثـــال :
∆H= -57.7 Kj/mole.
ماء ملح قاعدة حمض
مصدر حرارة التعادل هو اتحاد أيون الهيدروجين H + لحمض مع أيون لقاعدة لتكوين جزيء ماء.
∆H= -57.7 Kj/mole.
تعريف حرارة التعادل:
هي كمية الحرارة المنطلقة نتيجة تكون واحد مول من الماء عند تعادل محاليل مخففة من حمض قوي مع قاعدة قوية.
مــلاحـظــة هـامـــة :
حرارة التعادل للحموض القوية والقواعد القوية تساوي مقدار ثابت وهو
(-57.7 كيلو جول/مول)، وقد تتأثر حرارة التعادل بزيادة أو نقصان إذا كانت القاعدة أو الحمض ضعيف أو إذا كانت المحاليل للأحماض والقواعد مركزة.
متى تكون حرارة التعادل مقدار ثابت؟
ج/ حرارة التعادل تكون مقدار ثابت عندما:
1- تكون محاليل الأحماض والقواعد مخففة جداً [علل]؟!
ج/ حتى نتفادى حدوث عملية تخفيف التي يصاحبها تغيرات حرارية [حرارة التخفيف] التي تؤثر على حرارة التعادل.
2- تكون الأحماض والقواعد قوية [علل]؟!
ج/ لأن الأحماض القوية والقواعد القوية تامة التأين أي لا تحتاج إلى طاقة لكي تتأين أثناء التعادل وبالآتي لا تتأثر حرارة التعادل.
أمثلة لبعض الأحماض القوية والأحماض الضعيفة:
الأحماض القوية تامة التأين، مثل:
(حمض الكبريتيك)
(حمض النيتريك)
(حمض الهيدروكلوريك)
الأحماض الضعيفة (غير تامة التأين)، مثل :
CH3COOH CH3COO -(aq) + H+(aq)
(حمض الأستيك)
(حمض الكربونيك)
أمثلة لبعض القواعد القوية والقواعد الضعيفة:
القواعد القوية (تامة التأين)، مثل :
(هيدروكسيد البوتاسيوم)
(هيدروكسيد الصوديوم)
القواعد الضعيفة، مثل :
(هيدروكسيد الأمونيوم)
تخيَّر الإجابة الصحيحة من بين القوسين مع تعليل الإجابة المختارة:
حرارة تعادل حمض الهيدروكلوريك مع محلول هيدروكسيد الأمونيوم (تساوي/ أكبر من/ أقل من) المقدار الثابت.
ثانياً: حرارة الاحتراق القياسية Stander Heat of Combustion:
عندما تحترق بعض العناصر أو المركبات في وجود الأكسجين بكمية وفيرة احتراق تام ينتج عن ذلك انطلاق طاقة حرارية تعرف باسم حرارة الاحتراق.
تعريف حرارة الاحتراق :
هي كمية الحرارة المنطلقة عندما يتم احتراق مول واحد من المادة احتراق تام عند الظروف القياسية.
مـلاحظــة هامـــة :
احترق معظم العناصر الفلزية واللافلزية في وجود الأكسجين وينتج عن ذلك تكوين أكاسيد فلزية أو لافلزية؛ بينما تحترق المركبات العضوية وخاصةً المركبات الهيدروكربونية وينتج عن ذلك تكوين (H2O + CO2 + حرارة).
أمثلة لاحتراق بعض العناصر والمركبات العضوية:
= - 395.9 Kj/mole.
= - 285.8 Kj/mole.
(كحول إيثيلي) = - 1368 Kj/mole.
(غاز الميثان) = - 890 Kj/mole.
كيفية قياس حرارة الاحتراق لمادة:
تقاس حرارة الاحتراق لمادة بواسطة المسعرات الحرارية مثل مسعِّر القنبلة.
فكرة عمل المسعِّر: تعتمد فكرة عمل مسعِّر القنبلة على أن:
1) تكون السعة الحرارية للمسعِّر معلومة [ثابت المسعِّر].
2) يقاس مقدار التغير في درجة حرارة ماء المسعِّر [مقدار الارتفاع في درجة الحرارة].
3) نطبِّق في العلاقة الآتية لإيجاد حرارة الاحتراق للمادة.
حرارة الاحتراق لمادة = ثابت المسعِّر × مقدار الارتفاع في درجة حرارة ماء المسعِّر
خطوات قياس حرارة احتراق مادة ما بواسطة مسعِّر القنبلة:
الخطــوات :
1) نضع كمية موزونة من المادة المراد قياس حرارة احتراقها داخل وعاء التفجير.
2) نعيِّن حرارة ماء المسعِّر بواسطة الترمومتر قبل الاحتراق ولتكن [ء1].
3) يتم احتراق المادة المراد تعيين حرارة احتراقها باستخدام سلك التفجير.
4) عند حدوث الاحتراق تنتقل الحرارة إلى الماء المحيط بوعاء التفجير.
5) بواسطة الخلاَّط نحرِّك الماء حتى تتوزع درجة الحرارة على الماء.
س/ ما وظيفة الخلاط في مسعر القنبلة؟ سؤال يُجيب عنه الطالب:
6) نعيِّن درجة حرارة الماء بعد الاحتراق ولتكن (ء2).
7) من العلاقة الآتية نوجد حرارة الاحتراق:
حرارة الاحتراق = ثابت المسعِّر × مقدار الارتفاع في درجة الحرارة.
مما سبق يمكن حساب حرارة الاحتراق القياسية لمادة من خلال:
أ– قياس الزيادة في درجة حرارة الماء والمسعر.
ب– معرفة ثابت المسعر.
مســألـــة :
احترق 11جم من غاز البروبان C3H8 في مسعِّر القنبلة فارتفعت درجة حرارة ماء المسعِّر 26م5، أحسب حرارة احتراق البروبان مقدرة بـ (كيلوجول/مول)،
إذا علمت أن ثابت المسعِّر يساوي (25كيلوجول/م5)، والأوزان الذرية للكربون والهيدروجين على الترتيب هي (12،1)، ثم اكتب معادلة الكيمياء الحرارية التي تعبر عن احتراق البروبان؟
الـحــــــل : * كتلة غاز البروبان = 11جم.
* مقدار الارتفاع في درجة الحرارة [ء2-ء1] = 26م5.
* ثابت المسعِّر = 25 كيلوجول/م5.
*حرارة احتراق واحد مول من غاز البروبان= ؟؟؟
* حرارة احتراق 11جم من غاز البروبان = ثابت المسعِّر × [ء2-ء1]
= 25×26= 650 كيلوجول.
نحوِّل كتلة البروبان إلى مولات من العلاقة الآتية:
عدد مولات 11جم من غاز C3H8 = كتلة البروبان بالجرام
كتلة الجزيء الجرامي
عدد مولات 11جم من غاز C3H8 = 11 = 11 = 1 مول
3 × 12 × 8 × 1 44 4
مول من غاز C3H8 650 كيلوجول
مول واحد من غاز C3H8 (س)
س (حرارة احتراق مول واحد ) من غاز البروبان 650 × 4 =
2600 ك.جول/مول1
معادلة الاحتراق هي :
∆H= -2600 kj/mole.
أهمية معرفة حرارة الاحتراق القياسية :
1- التعرف على حرارة التكوين لبعض المركبات العضوية التي لا يمكن قياس حرارة تكوينها مباشرة.
2- تقدير القيم الحرارية لأنواع الوقود والأغذية المختلفة.
حرارة التكوين القياسية 5∆Hf Stander Heat of formation:
هي كمية الحرارة المنطلقة أو الممتصة عند تكوين واحد مول من المركب من عناصره الأولية في حالتها القياسية (25 م5 – 1 ض جو).
مـلاحظــة هامـــة :
حرارة تكوين العناصر في حالتها القياسية = صفر، وهذا افتراض لعدم معرفة العلماء كيف تكوَّنت العناصر.
مثـــال : تكوين الماء من عناصره الأولية.
∆H= -285.8 Kj/mole.
نلاحظ من المعادلة أن واحد مول من الماء يتكون من عناصره الأولية وهذا يعني أن: مقدار التغير الحراري المصاحب لتكوين مول واحد من الماء (حرارة التفاعل) تساوي حرارة تكوين الماء نظراً لأن حرارة تكوين العناصر تساوي صفر.
أي مركب يتكون من عناصره الأولية في حالتها القياسية فإن حرارة تكوين المركب هي نفسها حرارة التفاعل[∆H].
ونظراً لأن المحتوى الحراري للمواد طاقة ذاتية يصعب حسابها يمكن استبدال المحتوى الحراري بحرارة التكوين التي يمكن حسابها بدقة.
حرارة التفاعل [∆H] مجموع حرارة تكوين النواتج - مجموع حرارة تكوين المتفاعلات.
مثـــال : احسب حرارة تكوين مول واحد من أكسيد النيتريك إذا علمت أن معادلة تكوينه هي: ∆H= +180.6 Kj/mole.
المعادلة الكيميائية الحرارية تعبر عن تكوين 2 مول من أكسيد النيتريك من عناصره الأولية.
حرارة تكوين العناصر = صفر .
حرارة تكوين مول واحد من NO = حرارة التفاعل = ∆H
حرارة تكوين مول واحد من NO = ∆H = 180.6 = 90.3 كيلو جول/مول
علاقة حرارة التكوين القياسية بثبات المركب من حيث التغير الحراري:
حرارة التكوين القياسية للمركبات تساعد على تحديد مدى استقرار أو ميل هذه المركبات إلى التحلل إلى عناصرها الأولية عند الظروف القياسية، فمثلاً:
1) المركبات التي تمتلك حرارة تكوين كبيرة وسالبة تكون أكثر ثباتاً واستقراراً عند الظروف القياسية ولا تميل إلى التفكك وتعتبر هذه المركبات طاردة للحرارة.
2) المركبات التي تمتلك حرارة تكوين كبيرة وموجبة هي مركبات غير ثابتة وتميل إلى الانحلال إلى عناصرها وهي مركبات ماصة للحرارة.
رتِّب المركبات الآتية ترتيباً تصاعدياً حسب الثبات الحراري:
التسلسل 1 2 3 4 5
اسم المركب أكسيد الحديد البنزين أكسيد الكالسيوم ثاني أكسيد الكربون أكسيد النيتريك
حرارة تكوينه - 822.2 + 49.4 - 635.1 - 393.5 + 90.37
ج/أكسيد النيتريك > البنزين > ثاني أكسيد الكربون > أكسيد الكالسيوم > أكسيد الحديد
أيهما أكثر ثباتاً حراري ولماذا؟
ثاني أكسيد الكربون أم أول أكسيد الكربون، علماً بأن حرارة تكوين كل منهما على الترتيب هي (- 393.5 ، - 283 كيلوجول/مول).
حسـاب حـرارة التفـاعـل:
في كثير من الأحيان يلجأ العلماء إلى طرق غير مباشرة للتعرف على
حرارة التفاعل ∆H للأسباب الآتية:
1) وجود صعوبة لقياس حرارة التفاعل بطرق مباشرة عند الظروف القياسية.
2) وجود بعض المواد المتفاعلة أو الناتجة مختلطة بمواد أخرى.
3) وجود مخاطر عند قياس حرارة التفاعل بطرق تجريبية.
علل لا نستطيع أحياناً قياس حرارة التفاعل بطريقة مباشرة.
بسبب وجود مخاطر عند قياس حرارة التفاعل بطرق تجريبية
يمكن حساب حرارة التفاعل بإحدى الطريقتين الآتييـن:
(1) باستخدام حرارة التكوين5∆Hf. (2) قانون هس.
أولاً: باستخـدام حـرارة التكـويــن :
عند حساب حرارة التفاعل أو حرارة تكوين مادة، يراعى الآتي عند الحل:
1- نكتب معادلة كيميائية حرارية تعبر عن التفاعل الحادث:
2- حرارة التفاعل (∆H)=
[مجموع حرارة التكوين النواتج- مجموع حرارة تكوين المتفاعلات].
3- حرارة تكوين أي عنصر في حالته القياسية = صفر.
4- حرارة تكوين أي مركب يتكون من عناصره الأولية تساوي حرارة التفاعل.
5- إذا عكست معادلة الكيمياء الحرارية تعكس إشارة قيمة (∆H) فقط.
6- إذا كان التفاعل يعبر عن احتراق مادة ما فإن حرارة احتراق المادة هي نفسها حرارة التفاعل ( ).
7- يجب إدخال عدد المولات للمواد المتفاعلة والناتجة في العملية الحسابية.
8- يجب مراعاة إشارة قيمة ، .
9- العلاقة بين كتلة المادة وعدد مولاتها هي:
10- المول الواحد (الجزئي الجرامي) من أي مادة (عنصر ومركب) يحتوي على عدد أفوجادرو من الذرات أو الجزيئات.
عدد أفوجادرو = 6.023 × 2310.
11- حرارة احتراق كمية معينة من المادة = حرارة احترق 1 مول من المادة × كتلة المادة المحترقة
كتلة المول الواحد
---------------------------------------------------------------------------
أسئلة وزارية وردت من الوحدة الثانية :
الحرارة النوعية للنحاس = 0.287جول/جم.م5 ، الحرارة النوعية للحديد = 0.449جول/جم.م5 ، الحرارة النوعية للألومنيوم = 0.897جول/جم.م5.
****************************************************
س1/ أكمل الآتي :
1) سخنت قطعة من النحاس على لهب فارتفعت درجة حرارتها 22.5oم . فإذا كانت كمية الحرارة المكتسبة 2.025 كيلو جول فإن كتلة النحاس تساوي ..........
2) قطعة الومنيوم كتلتها 100 جم عند زيادة الحرارة من 25o م إلى 35oم فإن كمية الحرارة الكتسبة هي ........
3) حرارة إنحلال NaOH أقل من إنحلال NO ، C6H6 ، CO لذا فإن حرارة تكوينه تساوي ....... [ +90.37 ، -426.8 ، +49.4 ، -110.5 ] كيلو جول
4) قطعة حديد أمتصت حرارة قدرها 44.9 جول فزادت درجة الحرارة بمعدل 10oم ، إذن كتلتها تساوي ........
5) N2O أسهل إنحلالاً بالحرارة من ( NH3 ، NO2 ، CH4 ) لذا فإن حرارة تكوينه تساوي [ +0.34 ، -74.9 ، + 81.5 ، -46.2 ] كيلو جول/مول
*****************************************************
س2/ احسب حرارة التكوين القياسية لأكسيد الحديد III إذا علمت أن :
***************************************************** س3/ من خلال التفاعل الآتي :
1- احسب حرارة احتراق الميثان علماً بأن كمية الحرارة المنطلقة عند
احتراق 3 جرام من الميثان = 111.25 كيلو جول / مول. 12 = C ، 1 = H .
2- احسب حرارة تكوين الميثان علماً بأن حرارة تكوين CO2 = -393.5 كيلوجول ، حرارة تكوين H2O = -286 كيلو جول .
*****************************************************
س4/ احسب حرارة تكوين النشادر في التفاعل الآتي :
علماً بأن حرارة تكوين بخار الماء = -242 كيلو جول .
*****************************************************
س5/ احسب لتفاعل تحلل كربونات الكالسيوم كالآتي :
علماً بأن حرارة تكوين كل من (CO2 ، CaO ، CaCO3) هي :
(-293.7 ، -635.5 ، -1207.1 ) كيلو جول على التوالي .
*****************************************************
س6/ وضح بالمعادلات الرمزية كل مما يلي :
تعادل حمض الكبريتيك المركز مع هيدروكسيد الصوديوم وانطلاق حرارة مقدارها -57.7 كيلو جول / مول .
*****************************************************
س7/ اذكر قانون (هس) ثم اثبت صحة هذا القانون من المعلومات الآتية:
حرارة تكوين ثاني أكسيد الكربون CO2 = -393.5 ك.جول/مول
حرارة احتراق أول أكسيد الكربون = -110.5 ك.جول/مول
حرارة تكوين أول أكسيد الكربون = -283 ك.جول/مول
*****************************************************
س8/ احسب حرارة اختزال خام الهيماتيت Fe2O3 بواسطة CO طبقاً للمعادلة الآتية:
∆H = ????
إذا علمت أن حرارة تكوين Fe2O3 تساوي -822 ك.جول/مول.
حرارة احتراق أول أكسيد الكربون CO تساوي -283 ك.جول/مول
*****************************************************
س9/ عرِّف حرارة الاحتراق؟ ثم احسب حرارة احتراق 70.5 جم من الشمع المنصهر
C2H4O2)). إذا علمت أن حرارة تكوين كل من الشمع وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء على الترتيب هي: (-2230 ، -394.6 ، -242) ك.جول/مول والأوزان الذرية للكربون والهيدروجين هي (12 ، 1) على الترتيب. (الجواب: – 2683 ك.جول)
*****************************************************
س10/ اختار الإجابة الصحيحة من بين الأقواس :
إذا كانت حرارة احتراق غاز أول أكسيد الكربون هي: -283.4 ك.جول فإن حرارة احتراق 14 جم من الغاز هي :
(-141.7ك.جول / -566.8 ك.جول) علماً بأن { C= 12 ، O = 16}
*****************************************************
تمهيد الوحدة + حل النشاطات + أسئلة وزارية
توجد الطاقة في صور متعددة منها:
1) الطاقة الحرارية.
2) الطاقة الكهربائية.
3) الطاقة الكيميائية.
4) الطاقة النووية.
5) الطاقة الضوئية.
6) الطاقة الإشعاعية.
7) الطاقة الميكانيكية.
تحـولات الطـاقــة:
يمكن تحويل الطاقة إلى أي صورة من صور الطاقة الأخرى.
أمثلـة لبعـض التحـولات:
1) تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة كهربائية (الأعمدة الكهربائية).
2) تحويل الطاقة الكيميائية إلى طاقة حرارية (احتراق الوقود).
3) تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية (التمثيل الضوئي).
4) تحويل الطاقة النووية إلى طاقة كهربائية (المفاعلات النووية).
5) تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ضوئية (المصابيح الكهربائية).
6) تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حرارية (المدفأة).
7) تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة حركية (المروحة).
*وهذه التحويلات سوف تقودنا إلى قانون بقاء الطاقة الذي ينص على:
(الطاقة لا تفنى ولا تستحدث من العدم ولكن يمكن تحويل الطاقة من صورة إلى أخرى).
مـلاحظــة هامـــة: تقدر الطاقة بوحدة الجول أو السعر.
* العلاقة بين السعر والجول هي: السعر = 4.18 جول.
الطاقة الكيميائية (c.hemical Energy):
تعريفها : هي الطاقة المختزنة ضمن الوحدات التركيبية [الذرات أو الجزيئات] للمواد، وهي تعرف باسم طاقة الوضع الكيميائية.
مـلاحظــة هامـــة: تتوقف الطاقة الكيميائية [Chemical Energy] على:
1- نوع الذرات الداخلة في تركيب المادة.
2- نوع الروابط التي تنشأ بين الذرات.
3- طاقة الربط بين الجزيئات (قوى جذب فاندرفالزVander wails forces ).
ما العلاقة بين نوع الذرات الداخلة في تكوين مركبي الماء والجازولين وبين الطاقة الكيميائية المخزونة في كلٍ منهما؟
ج/ العلاقة هي أن الطاقة الكيميائية المخزونة في كلٍ منهما تختلف عن الأخرى بسبب:
1– الاختلاف في نوع الذرات.
2– الاختلاف في الروابط الناشئة بين الذرات.
3 – الاختلاف في طاقة الربط بين الجزيئات.
التفاعلات الكيميائية يصاحبها تغيرات في الطاقة:
التغيرات الكيميائية تحدث نتيجة التفاعل بين الذرات أو الجزيئات للمواد المتفاعلة ويصاحب ذلك امتصاص طاقة أو انطلاق طاقة حرارية.
مثـــال : تفاعل البوتاسيوم مع الماء يصاحبه انطلاق طاقة حرارية + ضوء.
مثـــال : تفكك نيترات الأمونيوم NH4NO3 يصاحبه امتصاص طاقة حرارية.
الكيمياء الحرارية Thermo chemistry:
تعريف الكيمياء الحرارية: هي فرع من فروع الكيمياء الذي يختص بدراسة التغيرات الحرارية المصاحبة للتغيرات الكيميائية والفيزيائية.
ما علاقة حدوث التفاعل الكيميائي بالطاقة؟
ج/ العلاقة أن التفاعلات الكيميائية يصاحبها تغيرات حرارية بسبب اختلاف الطاقة الكيميائية للمواد المتفاعلة والناتجة عن التفاعل؛ أي أن التفاعلات الكيميائية تكون مصحوبة بتغيرات في الطاقة أما تفاعلات طاردة للحرارة أو تفاعلات ماصة للحرارة، فمثلاً:
* في حالة التفاعلات الطاردة للحرارة تنتقل الطاقة من النظام إلى الوسط المحيط، بينما التفاعلات الماصة للحرارة يقوم النظام بامتصاص الطاقة من الوسط المحيط.
تعريف النظام System: هو أي جزء من الكون نختصه بدراسة معينة ويفصله عن باقي الكون حدود معينة.
تعريف الوسط المحيط: هو الجزء المتبقي خارج حدود النظام.
هناك نوعان من النظام, هما:
(1) النظام المعزول عن الوسط المحيط :
وفيه لا يكون هناك أي تأثير من الوسط المحيط على النظام.
أ- العملية الإديباتية : Adiabatic
هي عملية يحدث فيها تغير في النظام لا يسمح للحرارة بالانتقال عبر الحدود الفاصلة بين النظام والوسط المحيط.
مثـــال : إجراء تفاعل في مسعر حراري معزول بحيث إن الحرارة لا يمكن نقلها عبر الحدود الفاصلة بين النظام والوسط المحيط وتسمى هذه العملية (عملية إديباتية).
ب- العملية الأيزوثيرمية : Isothermal:
هي عملية تتم عند حفظ عناصر النظام (المواد التي يحتويها النظام)
في درجة حرارة معينة أثناء حدوث التفاعل أو أثناء حدوث تغير.
متى يكون النظام في حالة اتزان؟
ج/ يكون النظام في حالة اتزان عندما تكون قيم خواص النظام (المتغيرات الفيزيائية) مثل الحجم والضغط ودرجة الحرارة لا تتغير مع الزمن.
(2) النظام غير المعزول :
وفيه يكون هناك تبادل للمادة أو الطاقة بين النظام والوسط المحيط.
مثـــال : إجراء تفاعل كيميائي في كأس مفتوح يتم تبادل الطاقة بين وسط التفاعل (النظام) والوسط المحيط من خلال جدران الكأس.
العلاقة بين الحرارة ودرجة الحرارة:
الحرارة هي إحدى أشكال الطاقة ويمكن أن تنتقل من النظام أو إليه عبر عملية التوصيل الحراري أو عبر الإشعاع الحراري.
س/ قارن بين الحرارة ، ودرجة الحرارة.
وجه المقارنة الحرارة درجة الحرارة
التعريف : هي طاقة تنتقل من جسم إلىآخر نتيجة اختلاف في درجة حرارة جسمين. هي مقياس للسخونة أو البرودة
وحدة القياس: جـــول الدرجة المئوية – كلفن
السعة الحرارية والحرارة النوعية:
السعة الحرارية Heat Capacity: هي كمية الطاقة اللازمة لرفع درجة حرارة كمية معينة من المادة درجة مئوية واحدة.
الحرارة النوعية Specific Heat: هي كمية الطاقة اللازمة لرفع درجة حرارة جرام واحد من المادة درجة مئوية واحدة.
العلاقة بين الحرارة النوعية وكمية الطاقة المكتسبة أو المفقودة:
الحرارة النوعية = كمية الطاقة المكتسبة أو المفقودة = جول/جم.م5
كتلة الجسم × التغير في درجة الحرارة
مـلاحظــة هامـــة:
تعتمد الحرارة النوعية للمادة على مقدار الطاقة المكتسبة أو المفقودة، فمثلاً: ترتفع درجة حرارة المادة بشكل أكبر عندما تكون الحرارة النوعية للمادة صغيرة.
مثـــال :
الحرارة النوعية للرصاص 0.129 جول/جم.م5، بينما الحرارة النوعية للحديد 0.449 جول/جم.م5، فأيٍ منهما يمكن أن ترفع درجة حرارته بشكل أكبر، ولماذا؟
ج/ الرصاص ترفع درجة حرارته بشكل أكبر؛ لأن الحرارة النوعية للرصاص
أقل من الحرارة النوعية للحديد.
العلاقة بين السعة الحرارية والحرارة النوعية:
السعة الحرارية = كمية الطاقة الحرارية (I)
مقدار التغير في درجة الحرارة
الحرارة النوعية = كمية الطاقة الحرارية (II)
كتلة الجسم × مقدار التغير في درجة الحرارة
* بالتعويض عن قيمة السعة الحرارية في المعادلة (II)
الحرارة النوعية = السعة الحرارية
كتـلـة الـمــادة
مســألـــة :
قطعة من النحاس كتلتها 95.49جم امتصت كمية من الحرارة مقدارها 849جول، فزادت درجة حرارتها من 25م5 إلى 48م5. أوجد الحرارة النوعية للنحاس.
الـحـــــــــــــل : * كتلة النحاس= 95.49جم.
* مقدار التغير في درجة الحرارة = ء2 - ء1 = 48- 25 = 23م5.
* مقدار الطاقة المكتسبة = 849 جول.
الحرارة النوعية للنحاس = كمية الطاقة المكتسبة أو المفقودة
كتلة النحاس × مقدار التغير في درجة الحرارة
= 849 = 0.386 جول/جم.م5
95.49 × 23
مسألة يتم حلها من قبل الطالب :
أحسب كمية الحرارة المكتسبة لرفع درجة حرارة قطعة من الحديد
كتلتها 20جم. عشر درجات مئوية، علماً بأن الحرارة النوعية للحديد تساوي 0.449 جول/جم.م5 ؟ الجواب (89.8جول)
ما المقصود بأن الحرارة النوعية للماء تساوي 4.18جول/جم.م5 ؟
ج/ المقصود بأن الحرارة النوعية للماء تساوي 4.18جول/جم.م5 هو أن الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة 1 جم من الماء درجة مئوية واحدة تساوي 4.18ك/جول.
التفاعلات الكيميائية وحرارة التفاعل:
عرفنا سابقاً أن التفاعلات الكيميائية يصاحبها تغيرات حرارية أما امتصاص للطاقة الحرارية أو انبعاثها.
العوامل التي تتوقف عليها التغيرات الحرارية [حرارة التفاعل]:
1) طبيعة المواد المتفاعلة والناتجة [حالة المواد] صلبة - سائلة- غازية.
2) كمية الطاقة المختزنة في المادة [المحتوى الحراري].
تعريف المحتوى الحراري Heat Content:
هي كمية الحرارة المخزونة في المادة عند تكوينها, ويرمز لها بالرمز [H].
مـلاحظـات هامـــة:
* يختلف المحتوى الحراري لكل مادة عن المواد الأخرى بسبب اختلاف نوع الذرات وأنواع الروابط بينها.
* لا يمكن قياس المحتوى الحراري لمادة عملياً كونها طاقة ذاتية، ولكن يمكن قياس التغير في المحتوى الحراري.
حرارة التفاعل Heat of Reaction:
هي كمية الحرارة المنطلقة أو الممتصة عند تفاعل المواد الداخلة في التفاعل بشكل تام لتكوين النواتج عند الظروف القياسية.
المقصود بالظروف القياسية: هي حالة حدوث التفاعل عند درجة 25م5 وضغط 1جو.
تعريف آخر لحرارة التفاعل: هي مقدار التغير الحراري المصاحب للتفاعل الكيميائي.
مـلاحظـة هامــة: سبب وجود حرارة التفاعل هو الاختلاف في المحتوى الحراري.
حرارة التفاعل = مجموع المحتوى الحراري للنواتج - مجموع المحتوى الحراري للمتفاعلات.
مثـــال : C + D A + B
نواتج متفاعلات
H1 H2
حرارة التفاعل[ ]= H2 Σ - H1 Σ
هناك احتمالين هما :
1) المحتوى الحراري للنواتج [H2] أقل من المحتوى الحراري للمتفاعلات [H1] وهذا يعنى أن قيمة [ ] سوف تكون سالبة؛ أي أن التفاعل طارد للحرارة.
2) المحتوى الحراري للنواتج[H2] أكبر من المحتوى الحراري للمتفاعلات[H1], وهذا يعني أن قيمة [ ] سوف تكون موجبة؛ أي أن التفاعل ماص للحرارة.
أنواع التفاعلات الكيميائية من حيث التغير الحراري
أولاً : التفاعلات الطاردة للحرارة Reactions Exothermic:
وهي التفاعلات التي يصاحبها انطلاق طاقة حرارية كناتج من
نواتج التفاعل. وهي تتميز بالآتي:
(1) يصاحبها انطلاق حرارة.
(2) المحتوى الحراري للنواتج أقل من المحتوى الحراري للمتفاعلات.
(3) ينتج عنها مركبات طاردة للحرارة وهي مركبات ثابتة في درجات الحرارة العادية [علل].
ج/ لأن المحتوى الحراري للمركبات الطاردة أقل من المحتوى الحراري لعناصرها [المتفاعلات].
(4) تتم بصورة تلقائية.
مثـــال :
احتراق مول واحد من الهيدروجين مع نصف مول من الأكسجين لتكوين واحد مول من بخار الماء وتنطلق طاقة حرارية مقدارها 241.8كيلوجول/مول.
الـحــــــــل :
-241.8 kj/mole=
H2 ＞ H1
نواتج متفاعلات
ثانياً: التفاعلات الماصة للحرارة Endothermic Reactions:
هي التفاعلات التي يصاحبها امتصاص طاقة حرارية. وهي تتميز بالآتي :
1) يصاحبها امتصاص طاقة حرارية.
2) المحتوى الحراري للنواتج أكبر من المحتوى الحراري للمتفاعلات.
3) ينتج عنها مركبات ماصة للحرارة.
4) تتم بصورة غير تلقائية.
مثـــال : تفكك واحد مول من بخار الماء يعتبر تفاعل ماص للحرارة، وطبقاً للمعادلة الآتية:
(H1) < (H2)
مـلاحظـات هامـــة:
1) عندما يتم عكس التفاعل، فإن إشارة [∆H] تعكس أيضاً.
2) تتوقف كمية الحرارة الممتصة أو المنطلقة [حرارة التفاعل] المصاحبة للتفاعل الكيميائي على طبيعة المواد المتفاعلة والناتجة.
فمثلاً: المحتوى الحراري للماء السائل تختلف عن المحتوى الحراري لبخار الماء (علل).
ج/ ويرجع ذلك نتيجة الطاقة الكامنة لتكثيف بخار الماء إلى سائل.
قارن بين التفاعلات الطاردة والماصة للحرارة, مع التمثيل بمثال؟
م وجه المقارنة التفاعل الطارد للحرارة التفاعل الماص للحرارة
1 التغير الحراري المصاحب: يصاحبه انطلاق حرارة يصاحبه امتصاص حرارة
2 إشارة [∆H]: ســـالـبــــــة مـــــوجـبــــــــــــــة
3 المحتوى الحراري للمتفاعلات: أكبر من المحتوى الحراري للنواتج أقل من المحتوى الحراري للنواتج
4 المركبات الناتجة: طاردة للحرارة ماصَّـــة للحرارة
مثـــــال : اتحاد الكربون مع غاز الأكسجين لتكوين غاز ثاني أكسيد الكربون
C + O2 CO2 ∆H=-Kj اتحاد اليود مع الهيدروجين لتكوين يوديد الهيدروجين
1/2H2 +1/2I2 HI ∆H=+Kj
على الطالب رسم مخطط الطاقة للتفاعلين السابقين في الجدول
معـادلـة الكيميـاء الحـراريــــة:
هي معادلة كيميائية موزنة موضح عليها حالات المواد المتفاعلة والناتجة كذلك قيمة (∆H)
شروط كتابة معادلة الكيمياء الحرارية:
1) نكتب المعادلة الكيميائية موزنة.
2) نوضح حالات المواد المتفاعلة والناتجة فمثلاً في حالة المادة الصلبة نكتب الحرف (S)، والسائلة (L)، والغازية (g)، والمحلول المائي (aq).
س: وزاري علل: يجب كتابة الحالة الفيزيائية للمتفاعلات والنواتج في المعادلة الحرارية؟
ج/ لأن المحتوى الحراري يختلف باختلاف حالة المادة.
3) يجب كتابة قيمة (∆H) موضحاً الإشارة ( ) موجب في حالة التفاعل الماص وسالب في حالة التفاعلى الطارد.
4) إذا عكست معادلة الكيمياء الحرارية نعكس إشارة قيمة (∆H).
5) وحدات (∆H) هي الكيلو جول (Kj).
6) في حالة ضرب أو قسمة المعادلة الكيميائية الحرارية بعامل ما فإن قيمة (∆H) تُعامل نفس المعاملة بالضرب أو بالقسمة.
مــلحـوظــات هـامـــة :
1) معظم المركبات العضوية خاصة الهيدروكربونية عندما تحترق في وجود وفرة من الأكسجين تعطي (CO2 + H2O + حرارة منطلقة).
2) تفاعلات الانحلال أوالتفكك الحراري تفاعلات ماصة للحرارة فمثلاً جميع أملاح البيكربونات تنحل بالحرارة وتعطي ( كربونات + CO2 + H2O).
سؤال يُجيب عنه الطالب :
• اكتب معادلات كيمياء حرارية تعبر عن احتراق غاز الميثان في وجود وفرة من الأكسجين علماً بأن التفاعل يصاحبه انطلاق طاقة حرارية مقدارها (890 ك جول/ مول).
الإجـابــة:سؤال يُجيب عنه الطالب
سؤال يُجيب عنه الطالب :
• اكتب معادلة كيمياء حرارية تعبر عن اتحاد بخار اليود مع غاز الهيدروجين لتكوين يوديد الهيدروجين ويلزم ذلك طاقة حرارية مقدارها (25 ك جول/ مول).
• اكتب معادلة كيمياء حرارية تعبر عن احتراق الكحول الايثيلي (C2H5OH) في وجود وفرة من الأكسجين مع انطلاق طاقة حرارية مقدارها (-1367 ك. جول/مول).
أنواع التغيرات الحرارية:
التغيرات الحرارية ناتجة من حدوث تغيرات فيزيائية أو كيميائية وهناك فرق بين التغيرات الفيزيائية والكيميائية يوضحها الجدول الآتي:
التغيرات الفيزيائية التغيرات الكيميائية
(1) لا تحدث تغير في تركيب المادة الأساسي. تحدث تغير في تركيب المادة الأساسي.
(2) لا ينتج عنها مواد جديدة. ينتج عنها مواد جديدة.
(3) يصاحبها تغيرات حرارية طفيفة. يصاحبها تغيرات حرارية كبيرة نسبياً.
(4) تزول بزوال المؤثر. لا تزول بزوال المؤثر.
مثال: انصهار الثلج - تبخر الماء. مثال: احتراق الكربون.
تنقسم التغيرات الحرارية إلى:
أولاً: تغيرات حرارية فيزيائية:
وهي تتمثل في حرارة الذوبان - حرارة التبخير والتكثيف.
(أ) حــرارة الذوبــان Heat of Solution:
كيفية حدوث عملية الذوبان تحدث عملية الذوبان على خطوتين هما:
1- تفكك الشبكة البلورية لجزيئات المذاب متحولة إلى أيونات موجبة وسالبة ويصاحب هذه العملية طاقة ممتصة تعرف باسم طاقة تفكك الشبكة البلورية [ممتصة].
2- ارتباط أيونات المذاب بجزيئات المذيب يصاحبها انطلاق طاقة حرارية تعرف باسم طاقة الإيماهة [منطلقة].
حرارة الذوبان = طاقة الإيماهة - طاقة تفكك الشبكة البلورية
[منطلقة] [ممتصة]
• فإذا كانت طاقة الإيماهة أكبر من طاقة تفكك الشبكة البلورية.
الذوبان يكون طارد للحرارة.
• وإذا كانت طاقة تفكك الشبكة البلورية أكبر من طاقة الإيماهة.
الذوبان يكون ماص للحرارة.
تعريف حرارة الذوبان:
هي كمية الحرارة المنطلقة أو الممتصة عند إذابة مول واحد (جزيء جرامي) من المذاب في كمية من المذيب تكفي للحصول على محلول مشبع.
مثـــال : لذوبان ماص للحرارة :
ذوبان ملح نترات الأمونيوم في الماء يكون مصحوب بامتصاص طاقة حرارية من الوسط مما يؤدي إلى انخفاض حرارة المحلول، ولذا يجب تسخين المحلول لتمام عملية الذوبان للوصول إلى محلول مشبع.
∆H= 25.7 Kj/mole.
مثـــال : لذوبان طارد للحرارة :
ذوبان هيدروكسيد الصوديوم في الماء ذوبان طارد للحرارة ولذا نقوم بتبريد المحلول للوصول إلى محلول مشبع.
∆H= -445.1 Kj/mole.
سؤال يُجيب عنه الطالب :
متى يكون الذوبان ماصاً للحرارة، ومتى يكون طارداً للحرارة مع التوضيح بأمثلة؟
(ب) حــرارة التبخيـر والتكثيـف :
الماء المتجمد (الثلج) يتحول إلى سائل عند امتصاصه لكمية حرارة وعند استمرار التسخين يبدأ السائل بالغليان ويتحول إلى بخار ماء ويمكن توضيح ذلك من خلال مخطط أو منحنى تسخين الماء الآتي:
نــلاحـظ مــن خلال الـمنحنــــى :
1) عند الوصول إلى درجة الانصهار والغليان يحدث ثبات لدرجة الحرارة.
2) عملية تحويل الماء السائل إلى بخار يحتاج إلى طاقة أكبر من الطاقة اللازمة لتحويل الثلج إلى ماء سائل.
3) تحوّل الماء السائل إلى بخار ماء يصاحبه امتصاص حرارة [ماص للحرارةٍ]، ويمكن تمثيل هذا التحويل بالمعادلة الآتية:
∆H= +40.7 Kj/mole.
وبالآتي تكون المعادلة الحرارية التي تعبر عن تحول بخار الماء إلى سائل هي:
∆H= -40.7 Kj/mole.
حرارة التكثيف الكامنة هي حرارة منطلقة، حرارة التبخير هي حرارة ممتصة.
علل: المحتوى الحراري للماء السائل يختلف عن المحتوى الحراري لبخار الماء السائل!.
ج/ ويرجع ذلك لحرارة التكثيف الكامنة التي تصاحب تكثيف بخار الماء إلى سائل.
مـلاحظــة هامـــة : يمكن حساب حرارة انصهار الثلج من العلاقة الآتية:
حرارة الانصهار = كتلة المادة المنصهرة × الحرارة النوعية للثلج × مقدار الارتفاع في درجة حرارة الماء
ثانياً: تغيرات حرارية كيميائية: وهي تتمثل في :
أولاً: حرارة التعادل Heat of Neutralization:
ما المقصود بالتعادل؟
ج/التعادل في الكيمياء: هو نوع من التفاعلات الكيميائية التي تحدث بين الأحماض والقواعد لينتج ملح + ماء + حرارة منطلقة تعرف باسم حرارة التعادل.
مثـــال :
∆H= -57.7 Kj/mole.
ماء ملح قاعدة حمض
مصدر حرارة التعادل هو اتحاد أيون الهيدروجين H + لحمض مع أيون لقاعدة لتكوين جزيء ماء.
∆H= -57.7 Kj/mole.
تعريف حرارة التعادل:
هي كمية الحرارة المنطلقة نتيجة تكون واحد مول من الماء عند تعادل محاليل مخففة من حمض قوي مع قاعدة قوية.
مــلاحـظــة هـامـــة :
حرارة التعادل للحموض القوية والقواعد القوية تساوي مقدار ثابت وهو
(-57.7 كيلو جول/مول)، وقد تتأثر حرارة التعادل بزيادة أو نقصان إذا كانت القاعدة أو الحمض ضعيف أو إذا كانت المحاليل للأحماض والقواعد مركزة.
متى تكون حرارة التعادل مقدار ثابت؟
ج/ حرارة التعادل تكون مقدار ثابت عندما:
1- تكون محاليل الأحماض والقواعد مخففة جداً [علل]؟!
ج/ حتى نتفادى حدوث عملية تخفيف التي يصاحبها تغيرات حرارية [حرارة التخفيف] التي تؤثر على حرارة التعادل.
2- تكون الأحماض والقواعد قوية [علل]؟!
ج/ لأن الأحماض القوية والقواعد القوية تامة التأين أي لا تحتاج إلى طاقة لكي تتأين أثناء التعادل وبالآتي لا تتأثر حرارة التعادل.
أمثلة لبعض الأحماض القوية والأحماض الضعيفة:
الأحماض القوية تامة التأين، مثل:
(حمض الكبريتيك)
(حمض النيتريك)
(حمض الهيدروكلوريك)
الأحماض الضعيفة (غير تامة التأين)، مثل :
CH3COOH CH3COO -(aq) + H+(aq)
(حمض الأستيك)
(حمض الكربونيك)
أمثلة لبعض القواعد القوية والقواعد الضعيفة:
القواعد القوية (تامة التأين)، مثل :
(هيدروكسيد البوتاسيوم)
(هيدروكسيد الصوديوم)
القواعد الضعيفة، مثل :
(هيدروكسيد الأمونيوم)
تخيَّر الإجابة الصحيحة من بين القوسين مع تعليل الإجابة المختارة:
حرارة تعادل حمض الهيدروكلوريك مع محلول هيدروكسيد الأمونيوم (تساوي/ أكبر من/ أقل من) المقدار الثابت.
ثانياً: حرارة الاحتراق القياسية Stander Heat of Combustion:
عندما تحترق بعض العناصر أو المركبات في وجود الأكسجين بكمية وفيرة احتراق تام ينتج عن ذلك انطلاق طاقة حرارية تعرف باسم حرارة الاحتراق.
تعريف حرارة الاحتراق :
هي كمية الحرارة المنطلقة عندما يتم احتراق مول واحد من المادة احتراق تام عند الظروف القياسية.
مـلاحظــة هامـــة :
احترق معظم العناصر الفلزية واللافلزية في وجود الأكسجين وينتج عن ذلك تكوين أكاسيد فلزية أو لافلزية؛ بينما تحترق المركبات العضوية وخاصةً المركبات الهيدروكربونية وينتج عن ذلك تكوين (H2O + CO2 + حرارة).
أمثلة لاحتراق بعض العناصر والمركبات العضوية:
= - 395.9 Kj/mole.
= - 285.8 Kj/mole.
(كحول إيثيلي) = - 1368 Kj/mole.
(غاز الميثان) = - 890 Kj/mole.
كيفية قياس حرارة الاحتراق لمادة:
تقاس حرارة الاحتراق لمادة بواسطة المسعرات الحرارية مثل مسعِّر القنبلة.
فكرة عمل المسعِّر: تعتمد فكرة عمل مسعِّر القنبلة على أن:
1) تكون السعة الحرارية للمسعِّر معلومة [ثابت المسعِّر].
2) يقاس مقدار التغير في درجة حرارة ماء المسعِّر [مقدار الارتفاع في درجة الحرارة].
3) نطبِّق في العلاقة الآتية لإيجاد حرارة الاحتراق للمادة.
حرارة الاحتراق لمادة = ثابت المسعِّر × مقدار الارتفاع في درجة حرارة ماء المسعِّر
خطوات قياس حرارة احتراق مادة ما بواسطة مسعِّر القنبلة:
الخطــوات :
1) نضع كمية موزونة من المادة المراد قياس حرارة احتراقها داخل وعاء التفجير.
2) نعيِّن حرارة ماء المسعِّر بواسطة الترمومتر قبل الاحتراق ولتكن [ء1].
3) يتم احتراق المادة المراد تعيين حرارة احتراقها باستخدام سلك التفجير.
4) عند حدوث الاحتراق تنتقل الحرارة إلى الماء المحيط بوعاء التفجير.
5) بواسطة الخلاَّط نحرِّك الماء حتى تتوزع درجة الحرارة على الماء.
س/ ما وظيفة الخلاط في مسعر القنبلة؟ سؤال يُجيب عنه الطالب:
6) نعيِّن درجة حرارة الماء بعد الاحتراق ولتكن (ء2).
7) من العلاقة الآتية نوجد حرارة الاحتراق:
حرارة الاحتراق = ثابت المسعِّر × مقدار الارتفاع في درجة الحرارة.
مما سبق يمكن حساب حرارة الاحتراق القياسية لمادة من خلال:
أ– قياس الزيادة في درجة حرارة الماء والمسعر.
ب– معرفة ثابت المسعر.
مســألـــة :
احترق 11جم من غاز البروبان C3H8 في مسعِّر القنبلة فارتفعت درجة حرارة ماء المسعِّر 26م5، أحسب حرارة احتراق البروبان مقدرة بـ (كيلوجول/مول)،
إذا علمت أن ثابت المسعِّر يساوي (25كيلوجول/م5)، والأوزان الذرية للكربون والهيدروجين على الترتيب هي (12،1)، ثم اكتب معادلة الكيمياء الحرارية التي تعبر عن احتراق البروبان؟
الـحــــــل : * كتلة غاز البروبان = 11جم.
* مقدار الارتفاع في درجة الحرارة [ء2-ء1] = 26م5.
* ثابت المسعِّر = 25 كيلوجول/م5.
*حرارة احتراق واحد مول من غاز البروبان= ؟؟؟
* حرارة احتراق 11جم من غاز البروبان = ثابت المسعِّر × [ء2-ء1]
= 25×26= 650 كيلوجول.
نحوِّل كتلة البروبان إلى مولات من العلاقة الآتية:
عدد مولات 11جم من غاز C3H8 = كتلة البروبان بالجرام
كتلة الجزيء الجرامي
عدد مولات 11جم من غاز C3H8 = 11 = 11 = 1 مول
3 × 12 × 8 × 1 44 4
مول من غاز C3H8 650 كيلوجول
مول واحد من غاز C3H8 (س)
س (حرارة احتراق مول واحد ) من غاز البروبان 650 × 4 =
2600 ك.جول/مول1
معادلة الاحتراق هي :
∆H= -2600 kj/mole.
أهمية معرفة حرارة الاحتراق القياسية :
1- التعرف على حرارة التكوين لبعض المركبات العضوية التي لا يمكن قياس حرارة تكوينها مباشرة.
2- تقدير القيم الحرارية لأنواع الوقود والأغذية المختلفة.
حرارة التكوين القياسية 5∆Hf Stander Heat of formation:
هي كمية الحرارة المنطلقة أو الممتصة عند تكوين واحد مول من المركب من عناصره الأولية في حالتها القياسية (25 م5 – 1 ض جو).
مـلاحظــة هامـــة :
حرارة تكوين العناصر في حالتها القياسية = صفر، وهذا افتراض لعدم معرفة العلماء كيف تكوَّنت العناصر.
مثـــال : تكوين الماء من عناصره الأولية.
∆H= -285.8 Kj/mole.
نلاحظ من المعادلة أن واحد مول من الماء يتكون من عناصره الأولية وهذا يعني أن: مقدار التغير الحراري المصاحب لتكوين مول واحد من الماء (حرارة التفاعل) تساوي حرارة تكوين الماء نظراً لأن حرارة تكوين العناصر تساوي صفر.
أي مركب يتكون من عناصره الأولية في حالتها القياسية فإن حرارة تكوين المركب هي نفسها حرارة التفاعل[∆H].
ونظراً لأن المحتوى الحراري للمواد طاقة ذاتية يصعب حسابها يمكن استبدال المحتوى الحراري بحرارة التكوين التي يمكن حسابها بدقة.
حرارة التفاعل [∆H] مجموع حرارة تكوين النواتج - مجموع حرارة تكوين المتفاعلات.
مثـــال : احسب حرارة تكوين مول واحد من أكسيد النيتريك إذا علمت أن معادلة تكوينه هي: ∆H= +180.6 Kj/mole.
المعادلة الكيميائية الحرارية تعبر عن تكوين 2 مول من أكسيد النيتريك من عناصره الأولية.
حرارة تكوين العناصر = صفر .
حرارة تكوين مول واحد من NO = حرارة التفاعل = ∆H
حرارة تكوين مول واحد من NO = ∆H = 180.6 = 90.3 كيلو جول/مول
علاقة حرارة التكوين القياسية بثبات المركب من حيث التغير الحراري:
حرارة التكوين القياسية للمركبات تساعد على تحديد مدى استقرار أو ميل هذه المركبات إلى التحلل إلى عناصرها الأولية عند الظروف القياسية، فمثلاً:
1) المركبات التي تمتلك حرارة تكوين كبيرة وسالبة تكون أكثر ثباتاً واستقراراً عند الظروف القياسية ولا تميل إلى التفكك وتعتبر هذه المركبات طاردة للحرارة.
2) المركبات التي تمتلك حرارة تكوين كبيرة وموجبة هي مركبات غير ثابتة وتميل إلى الانحلال إلى عناصرها وهي مركبات ماصة للحرارة.
رتِّب المركبات الآتية ترتيباً تصاعدياً حسب الثبات الحراري:
التسلسل 1 2 3 4 5
اسم المركب أكسيد الحديد البنزين أكسيد الكالسيوم ثاني أكسيد الكربون أكسيد النيتريك
حرارة تكوينه - 822.2 + 49.4 - 635.1 - 393.5 + 90.37
ج/أكسيد النيتريك > البنزين > ثاني أكسيد الكربون > أكسيد الكالسيوم > أكسيد الحديد
أيهما أكثر ثباتاً حراري ولماذا؟
ثاني أكسيد الكربون أم أول أكسيد الكربون، علماً بأن حرارة تكوين كل منهما على الترتيب هي (- 393.5 ، - 283 كيلوجول/مول).
حسـاب حـرارة التفـاعـل:
في كثير من الأحيان يلجأ العلماء إلى طرق غير مباشرة للتعرف على
حرارة التفاعل ∆H للأسباب الآتية:
1) وجود صعوبة لقياس حرارة التفاعل بطرق مباشرة عند الظروف القياسية.
2) وجود بعض المواد المتفاعلة أو الناتجة مختلطة بمواد أخرى.
3) وجود مخاطر عند قياس حرارة التفاعل بطرق تجريبية.
علل لا نستطيع أحياناً قياس حرارة التفاعل بطريقة مباشرة.
بسبب وجود مخاطر عند قياس حرارة التفاعل بطرق تجريبية
يمكن حساب حرارة التفاعل بإحدى الطريقتين الآتييـن:
(1) باستخدام حرارة التكوين5∆Hf. (2) قانون هس.
أولاً: باستخـدام حـرارة التكـويــن :
عند حساب حرارة التفاعل أو حرارة تكوين مادة، يراعى الآتي عند الحل:
1- نكتب معادلة كيميائية حرارية تعبر عن التفاعل الحادث:
2- حرارة التفاعل (∆H)=
[مجموع حرارة التكوين النواتج- مجموع حرارة تكوين المتفاعلات].
3- حرارة تكوين أي عنصر في حالته القياسية = صفر.
4- حرارة تكوين أي مركب يتكون من عناصره الأولية تساوي حرارة التفاعل.
5- إذا عكست معادلة الكيمياء الحرارية تعكس إشارة قيمة (∆H) فقط.
6- إذا كان التفاعل يعبر عن احتراق مادة ما فإن حرارة احتراق المادة هي نفسها حرارة التفاعل ( ).
7- يجب إدخال عدد المولات للمواد المتفاعلة والناتجة في العملية الحسابية.
8- يجب مراعاة إشارة قيمة ، .
9- العلاقة بين كتلة المادة وعدد مولاتها هي:
10- المول الواحد (الجزئي الجرامي) من أي مادة (عنصر ومركب) يحتوي على عدد أفوجادرو من الذرات أو الجزيئات.
عدد أفوجادرو = 6.023 × 2310.
11- حرارة احتراق كمية معينة من المادة = حرارة احترق 1 مول من المادة × كتلة المادة المحترقة
كتلة المول الواحد
---------------------------------------------------------------------------
أسئلة وزارية وردت من الوحدة الثانية :
الحرارة النوعية للنحاس = 0.287جول/جم.م5 ، الحرارة النوعية للحديد = 0.449جول/جم.م5 ، الحرارة النوعية للألومنيوم = 0.897جول/جم.م5.
****************************************************
س1/ أكمل الآتي :
1) سخنت قطعة من النحاس على لهب فارتفعت درجة حرارتها 22.5oم . فإذا كانت كمية الحرارة المكتسبة 2.025 كيلو جول فإن كتلة النحاس تساوي ..........
2) قطعة الومنيوم كتلتها 100 جم عند زيادة الحرارة من 25o م إلى 35oم فإن كمية الحرارة الكتسبة هي ........
3) حرارة إنحلال NaOH أقل من إنحلال NO ، C6H6 ، CO لذا فإن حرارة تكوينه تساوي ....... [ +90.37 ، -426.8 ، +49.4 ، -110.5 ] كيلو جول
4) قطعة حديد أمتصت حرارة قدرها 44.9 جول فزادت درجة الحرارة بمعدل 10oم ، إذن كتلتها تساوي ........
5) N2O أسهل إنحلالاً بالحرارة من ( NH3 ، NO2 ، CH4 ) لذا فإن حرارة تكوينه تساوي [ +0.34 ، -74.9 ، + 81.5 ، -46.2 ] كيلو جول/مول
*****************************************************
س2/ احسب حرارة التكوين القياسية لأكسيد الحديد III إذا علمت أن :
***************************************************** س3/ من خلال التفاعل الآتي :
1- احسب حرارة احتراق الميثان علماً بأن كمية الحرارة المنطلقة عند
احتراق 3 جرام من الميثان = 111.25 كيلو جول / مول. 12 = C ، 1 = H .
2- احسب حرارة تكوين الميثان علماً بأن حرارة تكوين CO2 = -393.5 كيلوجول ، حرارة تكوين H2O = -286 كيلو جول .
*****************************************************
س4/ احسب حرارة تكوين النشادر في التفاعل الآتي :
علماً بأن حرارة تكوين بخار الماء = -242 كيلو جول .
*****************************************************
س5/ احسب لتفاعل تحلل كربونات الكالسيوم كالآتي :
علماً بأن حرارة تكوين كل من (CO2 ، CaO ، CaCO3) هي :
(-293.7 ، -635.5 ، -1207.1 ) كيلو جول على التوالي .
*****************************************************
س6/ وضح بالمعادلات الرمزية كل مما يلي :
تعادل حمض الكبريتيك المركز مع هيدروكسيد الصوديوم وانطلاق حرارة مقدارها -57.7 كيلو جول / مول .
*****************************************************
س7/ اذكر قانون (هس) ثم اثبت صحة هذا القانون من المعلومات الآتية:
حرارة تكوين ثاني أكسيد الكربون CO2 = -393.5 ك.جول/مول
حرارة احتراق أول أكسيد الكربون = -110.5 ك.جول/مول
حرارة تكوين أول أكسيد الكربون = -283 ك.جول/مول
*****************************************************
س8/ احسب حرارة اختزال خام الهيماتيت Fe2O3 بواسطة CO طبقاً للمعادلة الآتية:
∆H = ????
إذا علمت أن حرارة تكوين Fe2O3 تساوي -822 ك.جول/مول.
حرارة احتراق أول أكسيد الكربون CO تساوي -283 ك.جول/مول
*****************************************************
س9/ عرِّف حرارة الاحتراق؟ ثم احسب حرارة احتراق 70.5 جم من الشمع المنصهر
C2H4O2)). إذا علمت أن حرارة تكوين كل من الشمع وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء على الترتيب هي: (-2230 ، -394.6 ، -242) ك.جول/مول والأوزان الذرية للكربون والهيدروجين هي (12 ، 1) على الترتيب. (الجواب: – 2683 ك.جول)
*****************************************************
س10/ اختار الإجابة الصحيحة من بين الأقواس :
إذا كانت حرارة احتراق غاز أول أكسيد الكربون هي: -283.4 ك.جول فإن حرارة احتراق 14 جم من الغاز هي :
(-141.7ك.جول / -566.8 ك.جول) علماً بأن { C= 12 ، O = 16}
*****************************************************
أعداد وبحث : سالم ماهر حلبوب اليافعي
0 التعليقات