مسائل تدريبية - كتاب الكيمياء - الصف 12 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

سؤال 36: 36. إذا ذاب 0.55g من غاز ما في 1.0L من الماء عند ضغط 20.0 kPa، فما كمية الغاز نفسه التي تذوب عند ضغط 110 kPa؟

الإجابة: $S_2 = 0.55(110/20.0) = 3.025 g/L$

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات):** لدينا غاز يذوب في الماء. المعطيات هي: - كتلة الغاز المذابة الأولى: 0.55 جرام - حجم الماء: 1.0 لتر - الضغط الأول: P₁ = 20.0 kPa - الضغط الثاني: P₂ = 110 kPa
2. **الخطوة 2 (القانون):** هذا السؤال يتعلق بذائبية الغازات. نستخدم قانون هنري، الذي ينص على أن ذائبية الغاز في سائل تتناسب طرديًا مع الضغط الواقع على الغاز فوق السائل. $$\frac{S_1}{P_1} = \frac{S_2}{P_2}$$ حيث: - S₁: الذائبية (أو الكتلة المذابة) عند الضغط P₁. - S₂: الذائبية (أو الكتلة المذابة) عند الضغط P₂. - P₁ و P₂ هما الضغطان.
3. **الخطوة 3 (الحل):** نريد إيجاد كمية الغاز S₂ التي تذوب عند الضغط الجديد. نعيد ترتيب القانون: $$S_2 = S_1 \times \frac{P_2}{P_1}$$ نعوض بالقيم المعطاة: $$S_2 = 0.55 \times \frac{110}{20.0}$$
4. **الخطوة 4 (النتيجة):** نقوم بالحساب: $$\frac{110}{20.0} = 5.5$$ $$S_2 = 0.55 \times 5.5 = 3.025$$ إذن، عند ضغط 110 kPa، ستذوب **3.025 جرام** من الغاز في كل لتر من الماء.

سؤال 37: 37. ذائبية غاز عند ضغط 10 atm هي 0.66 g/L. ما مقدار الضغط الواقع على محلول حجمه 1.0L ويحتوي على 1.5g من الغاز نفسه؟

الإجابة: $P_2 = 10(1.5/0.66) = 23 atm$

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات):** لدينا: - الذائبية عند الضغط المرجعي: S₁ = 0.66 g/L - الضغط المرجعي: P₁ = 10 atm - حجم المحلول: 1.0 L - كتلة الغاز الموجودة فعليًا في هذا اللتر: 1.5 g (وهذه هي ذائبيته الفعلية S₂) المطلوب: الضغط P₂ الذي يجعل هذه الكمية تذوب.
2. **الخطوة 2 (القانون):** مرة أخرى نستخدم قانون هنري للتناسب الطردي بين الذائبية والضغط: $$\frac{S_1}{P_1} = \frac{S_2}{P_2}$$
3. **الخطوة 3 (الحل):** نريد إيجاد P₂. نعيد ترتيب القانون: $$P_2 = P_1 \times \frac{S_2}{S_1}$$ نعوض بالقيم المعطاة: $$P_2 = 10 \times \frac{1.5}{0.66}$$
4. **الخطوة 4 (النتيجة):** نقوم بالحساب: $$\frac{1.5}{0.66} \approx 2.2727$$ $$P_2 = 10 \times 2.2727 \approx 22.73$$ بالتقريب لأقرب عدد صحيح (كما هو متبع في مثل هذه المسائل)، الضغط المطلوب هو **23 ضغطًا جويًا**.

سؤال 38: 38. تحفيز: ذائبية غاز عند ضغط 7 atm تساوي 0.52 g/L. ما كتلة الغاز بالجرامات التي تذوب في لتر واحد إذا زاد الضغط إلى 10 atm؟

الإجابة: $S_2 = 0.52(10/7) = 0.74 g/L$

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات):** نحدد المعطيات من السؤال: - الذائبية الأولى: S₁ = 0.52 g/L - الضغط الأول: P₁ = 7 atm - الضغط الجديد: P₂ = 10 atm المطلوب: كتلة الغاز S₂ التي تذوب في لتر واحد عند الضغط الجديد.
2. **الخطوة 2 (القانون):** نطبق قانون هنري للعلاقة الطردية: $$S_2 = S_1 \times \frac{P_2}{P_1}$$
3. **الخطوة 3 (الحل):** بالتعويض المباشر: $$S_2 = 0.52 \times \frac{10}{7}$$ $$\frac{10}{7} \approx 1.4286$$ $$S_2 \approx 0.52 \times 1.4286 \approx 0.7429$$
4. **الخطوة 4 (النتيجة):** بالتقريب لأقرب منزلتين عشريتين، كتلة الغاز التي تذوب عند 10 atm هي **0.74 جرام لكل لتر**.

سؤال 39: 39. الفكرة الرئيسة: عدد العوامل المؤثرة في الذوبان.

الإجابة: طبيعة المذاب والمذيب، مساحة سطح المذاب، درجة الحرارة، التحريك.

خطوات الحل:

1. **الشرح:** عند الحديث عن العوامل المؤثرة في الذوبان، نتذكر أن عملية الذوبان لا تعتمد على عامل واحد، بل على عدة عوامل تتفاعل معًا. هذه العوامل هي: 1. **طبيعة المذاب والمذيب:** وهي العامل الأساسي، ويُعبر عنه بالمبدأ القائل "الشبيه يذوب في الشبيه". فالمذيبات القطبية (كالماء) تذوب المواد القطبية (كملح الطعام)، والمذيبات غير القطبية (كالبنزين) تذوب المواد غير القطبية (كالشمع). 2. **درجة الحرارة:** تأثيرها يختلف حسب حالة المذاب. - **للمواد الصلبة والسوائل:** عادةً تزيد الذائبية بزيادة درجة الحرارة. - **للغازات:** تنخفض الذائبية بزيادة درجة الحرارة. 3. **الضغط:** يؤثر بشكل ملحوظ **في ذائبية الغازات فقط**، حيث تزداد ذائبية الغاز بزيادة الضغط الواقع عليه (قانون هنري). لا يؤثر الضغط بشكل كبير على ذائبية المواد الصلبة أو السوائل. 4. **مساحة سطح المذاب (للمواد الصلبة):** كلما زادت مساحة السطح المعرض للمذيب (مثل طحن المادة إلى مسحوق ناعم)، زادت سرعة عملية الذوبان. 5. **التحريك أو التقليب:** يسرع من عملية الذوبان لأنه يساعد على توزيع جزيئات المذاب وتجديد الاتصال بين سطح المذاب والمذيب.

سؤال 40: 40. عرف الذائبية.

الإجابة: أقصى كمية مذاب تذوب في كمية معينة من مذيب عند درجة حرارة وضغط معينين.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** الذائبية هي مفهوم كمي يحدد مدى قدرة مادة ما (المذاب) على الذوبان في مادة أخرى (المذيب) تحت ظروف محددة.
2. **الخطوة 2 (التعريف الدقيق):** تعرف الذائبية على أنها **أقصى كمية** من المذاب يمكن إذابتها في **كمية معينة** من المذيب (عادة 100 جرام من المذيب أو 1 لتر منه) لتكوين محلول **مشبع** عند **درجة حرارة وضغط معينين**.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** لذلك، هي ليست مجرد أي كمية تذوب، بل هي الحد الأقصى الذي لا يمكن تجاوزه في تلك الظروف. وعندما نذكر الذائبية يجب أن نذكر معها درجة الحرارة والضغط للدقة.

سؤال 41: 41. اشرح كيف تؤثر قوى التجاذب بين الجزيئات في الذوبان؟

الإجابة: تتكون المحاليل عندما تتجاذب قوى المذيب والمذاب بعضها.

خطوات الحل:

1. **الشرح:** عملية الذوبان هي في جوهرها معركة بين قوى التجاذب المختلفة. داخل المذاب، توجد قوى تجاذب تربط جزيئاته ببعضها (مثل الروابط الهيدروجينية أو قوى فان دير فالس). داخل المذيب أيضًا، توجد قوى تجاذب مماثلة تربط جزيئاته. عند خلط المذاب بالمذيب، يجب أن تضعف أو تُكسر هذه القوى داخل كل منهما، وتتكون **قوى تجاذب جديدة** بين جزيئات المذاب وجزيئات المذيب. إذا كانت قوى التجاذب الجديدة بين المذاب والمذيب (مثل تكوين روابط هيدروجينية) قوية بما يكفي للتغلب على القوى التي تربط جزيئات المذاب ببعضها وجزيئات المذيب ببعضها، فإن المذاب يذوب. هذا يفسر قاعدة "الشبيه يذوب في الشبيه". فالمواد القطبية لها قوى تجاذب قوية بين جزيئاتها، ولتذوب تحتاج إلى مذيب قطبي يستطيع تكوين قوى تجاذب قوية معها (مثل الماء وملح الطعام). المواد غير القطبية لا تستطيع تكوين قوى قوية مع المذيبات القطبية، لذلك لا تذوب فيها.

سؤال 42: 42. قارن كيف تتشابه طريقة تحضير محلول مائي من ملح الطعام، ومحلول مائي من السكر؟

الإجابة: كلاهما مواد قطبية تذوب في الماء.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم الأساسي):** كل من ملح الطعام (كلوريد الصوديوم، NaCl) والسكر (سكروز) مواد صلبة قابلة للذوبان في الماء.
2. **الخطوة 2 (أوجه التشابه في طريقة التحضير):** طريقة تحضير محلول مائي منهما **متشابهة تمامًا** من الناحية العملية: 1. تؤخذ كمية محددة من الماء (المذيب) في وعاء. 2. تُضاف الكمية المطلوبة من المادة الصلبة (ملح أو سكر) إلى الماء. 3. يُقلب الخليط حتى تختفي البلورات تمامًا ولا يبقى أي راسب، مما يعني أن المادة قد ذابت تمامًا مشكّلة محلولًا صافيًا.
3. **الخطوة 3 (السبب الكامن وراء التشابه):** سبب هذا التشابه هو أن كلا المادتين **قطبيتان**. جزيئات الماء القطبية قادرة على استقطاب أيونات الصوديوم والكلوريد في الملح، وتكوين روابط هيدروجينية مع مجموعات الهيدروكسيل في جزيء السكر. هذا التفاعل القوي مع الماء هو ما يسهل عملية الذوبان في كلتا الحالتين.

سؤال 43: 43. لخص ماذا يحدث إذا أضيفت نواة تبلور إلى محلول فوق مشبع؟ وبم تصف المحلول الناتج؟

الإجابة: تتبلور كمية من المذاب ويصبح المحلول مشبعًا.

خطوات الحل:

1. **الشرح:** المحلول **فوق المشبع** هو محلول غير مستقر، يحتوي على كمية من المذاب أكبر من الكمية القصوى المسموح بها للذوبان (أكبر من ذائبيته) عند تلك الدرجة الحرارة. يمكن تحضيره عادةً بتبريد محلول مشبع بحذر شديد دون وجود أي بلورة صغيرة (نواة تبلور). عند **إضافة نواة تبلور** (وهي بلورة صغيرة من نفس المذاب أو حتى حبة غبار) إلى هذا المحلول غير المستقر، فإنها تعمل كنقطة بداية أو "قالب". **ماذا يحدث؟** تبدأ جزيئات المذاب الفائضة (الزائدة عن حد الذائبية) في التجمع والترتيب حول هذه النواة بشكل سريع ومفاجئ، مما يؤدي إلى **ترسيب أو تبلور** جزء من المذاب خارج المحلول. **بم نصف المحلول الناتج؟** بعد انتهاء عملية التبلور هذه، لم يعد المحلول يحتوي على كمية مذاب فوق الحد الأقصى. يصبح المحلول الناتج **مشبعًا**، أي أنه يحتوي على أقصى كمية يمكن أن تذوب من المذاب في تلك الظروف، وهو الآن محلول مستقر.

سؤال 44: 44. الرسوم البيانية: استعمل المعلومات الموجودة في الجدول 1-4 لعمل رسوم بيانية لذائبية كبريتات الألومنيوم، وكبريتات الليثيوم، وكلوريد البوتاسيوم عند درجات حرارة 0°C و 20°C و 60°C و 100°C. أي المواد السابقة تتأثر ذائبيتها أكثر بزيادة درجة الحرارة؟

الإجابة: كبريتات الألومنيوم (أكبر تغير في الذائبية).

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (فهم المطلوب):** المطلوب تحليل بيانات ذائبية ثلاث مواد عند أربع درجات حرارة مختلفة (0°C، 20°C، 60°C، 100°C) من خلال رسم بياني يوضح العلاقة بين درجة الحرارة (على المحور الأفقي) والذائبية (على المحور الرأسي) لكل مادة.
2. **الخطوة 2 (كيفية المقارنة):** بعد رسم المنحنيات الثلاثة، نقارن بينها. المادة التي يتأثر ذوبانها أكثر بزيادة درجة الحرارة هي المادة التي يكون **منحنى ذائبيتها أكثر انحدارًا** أو الذي يظهر أكبر تغير في قيم الذائبية بين أدنى وأعلى درجة حرارة (بين 0°C و 100°C).
3. **الخطوة 3 (النتيجة بناءً على البيانات النموذجية):** عادةً، تختلف استجابة المواد لدرجة الحرارة. بناءً على الجدول 1-4 (الذي لم يرد هنا لكن الإجابة مُرشدة)، فإن ذائبية **كبريتات الألومنيوم Al₂(SO₄)₃** تزداد بشكل كبير جدًا مع ارتفاع درجة الحرارة مقارنة بكلوريد البوتاسيوم وكبريتات الليثيوم. أي أن منحنى ذائبية كبريتات الألومنيوم سيكون الأكثر انحدارًا، مما يعني أن ذائبيتها **هي الأكثر تأثرًا بزيادة درجة الحرارة**.

ما نص قانون هنري؟

الإجابة: ينص قانون هنري على أن ذائبية الغاز في سائل تتناسب طردياً مع ضغط الغاز فوق السائل عند درجة حرارة معينة.

الشرح: يصف قانون هنري العلاقة الرياضية بين ذائبية الغاز في سائل والضغط الجزئي لذلك الغاز فوق السائل، بافتراض ثبات درجة الحرارة.

تلميح: فكر في العلاقة بين ذائبية الغاز والضغط عند ثبوت درجة الحرارة.

التصنيف: تعريف | المستوى: سهل

ما هي الصيغة الرياضية لقانون هنري؟

الإجابة: S₁ / P₁ = S₂ / P₂ أو S₂ = S₁ × (P₂ / P₁)، حيث S هي الذائبية و P هي الضغط.

الشرح: تعبر هذه الصيغة عن ثبات النسبة بين الذائبية والضغط عند درجة حرارة معينة، مما يسمح بحساب ذائبية الغاز عند ضغط جديد إذا عرفت ذائبيته عند ضغط معين.

تلميح: تذكر أن النسبة بين الذائبية والضغط تظل ثابتة عند درجة حرارة ثابتة.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: متوسط

إذا ذاب 0.85 جرام من غاز في 1.0 لتر ماء عند ضغط 4.0 atm، فما ذائبيته عند ضغط 1.0 atm (نفس درجة الحرارة)؟

الإجابة: 0.21 جرام/لتر.

الشرح: باستخدام قانون هنري: S₂ = S₁ × (P₂ / P₁) = 0.85 g/L × (1.0 atm / 4.0 atm) = 0.2125 ≈ 0.21 g/L. انخفاض الذائبية إلى الربع منطقي لأن الضغط انخفض إلى الربع.

تلميح: استخدم قانون هنري. لاحظ أن الضغط الجديد ربع الضغط الأصلي.

التصنيف: سؤال اختبار | المستوى: متوسط

ما الخطوات المتبعة لحل مسألة باستخدام قانون هنري؟

الإجابة: 1. كتابة قانون هنري (S₁/P₁ = S₂/P₂). 2. حل القانون لإيجاد المجهول (مثل S₂). 3. تعويض القيم المعطاة مع الوحدات. 4. إجراء العمليات الحسابية (ضرب وقسمة). 5. تقييم الإجابة منطقياً وفحص الوحدة.

الشرح: تتبع هذه الخطوات المنهج العلمي لحل المسائل المتعلقة بقانون هنري، بدءاً من كتابة القانون الأساسي وانتهاءً بالتحقق من معقولية النتيجة.

تلميح: ابدأ بتحديد المعطيات (الذائبية والضغط عند الحالتين) والمطلوب.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: متوسط

كيف تؤثر زيادة الضغط على ذائبية الغاز في سائل عند درجة حرارة ثابتة؟

الإجابة: تزداد ذائبية الغاز في السائل طردياً مع زيادة الضغط فوق السائل، وفقاً لقانون هنري.

الشرح: ينص قانون هنري صراحة على أن الذائبية تتناسب طردياً مع الضغط. لذا، زيادة الضغط تؤدي إلى زيادة كمية الغاز التي تذوب في حجم معين من السائل.

تلميح: تذكر طبيعة العلاقة في قانون هنري (تناسب طردي).

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: سهل

ما هي وحدة قياس الذائبية المستخدمة في مسائل قانون هنري في هذا السياق؟

الإجابة: جرام لكل لتر (g/L).

الشرح: في الأمثلة الواردة، تم التعبير عن الذائبية (كمية الغاز المذاب) بوحدة الكتلة (جرام) لكل وحدة حجم من المذيب (لتر)، أي g/L.

تلميح: انظر إلى الوحدات المستخدمة في القيم المعطاة والمحسوبة في الأمثلة.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: سهل

إذا ذاب 0.55 جرام من غاز في 1.0 لتر ماء عند ضغط 20.0 كيلوباسكال، فما كمية الغاز التي تذوب عند ضغط 110 كيلوباسكال؟

الإجابة: 3.025 جرام (تقريباً 3.03 جرام).

الشرح: باستخدام قانون هنري: S₂ = S₁ × (P₂ / P₁) = 0.55 g/L × (110 kPa / 20.0 kPa) = 0.55 × 5.5 = 3.025 g. بما أن الضغط زاد، زادت الذائبية.

تلميح: استخدم قانون هنري. لاحظ أن الضغط الجديد (110 kPa) أكبر من الضغط الأصلي (20 kPa).

التصنيف: سؤال اختبار | المستوى: متوسط

عرف الذائبية.

الإجابة: الذائبية هي أقصى كمية من المذاب التي يمكن أن تذوب في كمية معينة من المذيب عند ظروف محددة من درجة الحرارة والضغط.

الشرح: الذائبية خاصية للمادة تصف مدى قدرتها على الذوبان في مذيب معين، وتتأثر بشدة بدرجة الحرارة وبالضغط في حالة الغازات.

تلميح: فكر في المفهوم المتعلق بأقصى كمية يمكن إذابتها.

التصنيف: تعريف | المستوى: سهل