تجربة - كتاب الكيمياء - الصف 11 - الفصل 2 - المملكة العربية السعودية

سؤال 12: احسب كمية الحرارة التي اكتسبها الماء، علماً بأن الحرارة النوعية للماء $4.184 J/(g.°C)$. ولأن كثافة الماء تساوي $1.0 g/mL$، استخدم حجم الماء على أنه الكتلة.

الإجابة: س 12: كمية الحرارة: $q = (90.0)(4.184)(T_{max} - T_i)$

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات):** لنحدد ما لدينا: - الحرارة النوعية للماء: $C_{الماء} = 4.184 \, J/(g.°C)$ - كثافة الماء: $1.0 \, g/mL$، مما يعني أن كل 1 مل من الماء كتلته 1 جرام. - حجم الماء: $90.0 \, mL$، وبالتالي كتلة الماء: $m_{الماء} = 90.0 \, g$. - درجة الحرارة الابتدائية للماء: $T_i$. - درجة الحرارة القصوى للماء: $T_{max}$.
2. **الخطوة 2 (القانون):** نستخدم قانون حساب كمية الحرارة: $$q = m \times C \times \Delta T$$ حيث: - $q$: كمية الحرارة (بالجول). - $m$: الكتلة (بالجرام). - $C$: الحرارة النوعية (بالجول/جرام.درجة مئوية). - $\Delta T$: التغير في درجة الحرارة (بالدرجة المئوية).
3. **الخطوة 3 (الحل):** بالتعويض في القانون: $$q = m_{الماء} \times C_{الماء} \times (T_{max} - T_i)$$ $$q = (90.0 \, g) \times (4.184 \, J/(g.°C)) \times (T_{max} - T_i)$$
4. **الخطوة 4 (النتيجة):** إذن كمية الحرارة التي اكتسبها الماء هي: $$q = (90.0)(4.184)(T_{max} - T_i) \, J$$

سؤال 13: احسب الحرارة النوعية للفلز. افترض أن الحرارة التي امتصها الماء تساوي الحرارة التي فقدها الفلز.

الإجابة: س 13: الحرارة النوعية: $C_{الفلز} = rac{m_{الماء} C_{الماء} \Delta T_{الماء}}{m_{الفلز} (T_i - T_f)_{الفلز}}$

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات والفكرة):** لنفهم السؤال: - لدينا فلز ساخن وُضع في ماء بارد. - الحرارة التي يفقدها الفلز تنتقل إلى الماء. - الفرضية: الحرارة المفقودة من الفلز = الحرارة المكتسبة للماء. - المعادلة: $q_{الفلز} = q_{الماء}$. - نريد إيجاد الحرارة النوعية للفلز $C_{الفلز}$.
2. **الخطوة 2 (القانون):** نكتب قانون الحرارة لكل مادة: - للماء: $q_{الماء} = m_{الماء} \times C_{الماء} \times \Delta T_{الماء}$ - للفلز: $q_{الفلز} = m_{الفلز} \times C_{الفلز} \times \Delta T_{الفلز}$ حيث: - $\Delta T_{الماء} = T_{max} - T_i$ (للماء). - $\Delta T_{الفلز} = T_i - T_f$ (للفلز، حيث $T_i$ درجة حرارته الابتدائية و $T_f$ درجة حرارته النهائية).
3. **الخطوة 3 (الحل):** بما أن $q_{الفلز} = q_{الماء}$، نعوض: $$m_{الفلز} \times C_{الفلز} \times (T_i - T_f)_{الفلز} = m_{الماء} \times C_{الماء} \times \Delta T_{الماء}$$ نعيد ترتيب المعادلة لإيجاد $C_{الفلز}$: $$C_{الفلز} = \frac{m_{الماء} \times C_{الماء} \times \Delta T_{الماء}}{m_{الفلز} \times (T_i - T_f)_{الفلز}}$$
4. **الخطوة 4 (النتيجة):** إذن الحرارة النوعية للفلز تُحسب بالعلاقة: $$C_{الفلز} = \frac{m_{الماء} \, C_{الماء} \, \Delta T_{الماء}}{m_{الفلز} \, (T_i - T_f)_{الفلز}}$$

سؤال 14: قارن القيمة التي حصلت عليها في التجربة بالقيمة المقبولة للفلز.

الإجابة: س 14: نسبة الخطأ $Error\% = rac{|Exp - Acc|}{Acc} imes 100\%$

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** نتذكر أن المقارنة بين القيمة التجريبية (التي حصلنا عليها من التجربة) والقيمة المقبولة (القيمة النظرية أو المرجعية) تُستخدم لتقييم دقة التجربة.
2. **الخطوة 2 (طريقة المقارنة):** نقوم بحساب نسبة الخطأ المئوية، وهي مقياس للانحراف بين القيمة التجريبية والقيمة المقبولة. القانون: $$Error\% = \frac{|Exp - Acc|}{Acc} \times 100\%$$ حيث: - $Exp$: القيمة التجريبية (من سؤال 13). - $Acc$: القيمة المقبولة (معروفة للفلز). - $|Exp - Acc|$: القيمة المطلقة للفرق (لإزالة الإشارة).
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** إذن نقارن القيمة التجريبية بالقيمة المقبولة باستخدام: $$نسبة \, الخطأ \, \% = \frac{|القيمة \, التجريبية - القيمة \, المقبولة|}{القيمة \, المقبولة}} \times 100\%$$ كلما كانت نسبة الخطأ أصغر، كانت التجربة أكثر دقة.

سؤال 15: صف مصادر الخطأ الرئيسة في هذه التجربة. ما التحسينات التي يمكن أن تعملها في هذه التجربة لتقليل الخطأ؟

الإجابة: س 15: مصادر الخطأ: - فقدان الحرارة للمحيط - امتصاص الكأس للحرارة - عدم دقة القياس التحسينات: - العزل الجيد والتقليب - استخدام ميزان دقيق

خطوات الحل:

1. **الشرح:** في تجربة قياس الحرارة النوعية للفلز، هناك عدة مصادر للخطأ يمكن أن تؤثر على النتائج. من أهمها: 1. **فقدان الحرارة للمحيط:** أثناء نقل الفلز الساخن إلى الماء، قد تفقد بعض الحرارة للهواء المحيط أو للأدوات المستخدمة، مما يجعل الحرارة التي يمتصها الماء أقل من الحرارة التي فقدها الفلز فعلياً. 2. **امتصاص الكأس للحرارة:** الكأس (الكالوريمتر) نفسه قد يمتص جزءاً من الحرارة بدلاً من الماء، وهذا لا يُحتسب في حساباتنا التي تفترض أن كل الحرارة تذهب للماء. 3. **عدم دقة القياس:** أخطاء في قياس الكتل (كتلة الفلز، كتلة الماء) أو درجات الحرارة (الابتدائية والنهائية) باستخدام الموازين أو الترمومترات، خاصة إذا لم تكن الأدوات معايرة بدقة. أما التحسينات التي يمكن عملها لتقليل هذه الأخطاء فتشمل: - **العزل الجيد والتقليب:** استخدام كالوريمتر معزول جيداً (مثل كالوريمتر ستايروفوم) لتقليل فقدان الحرارة للمحيط، وتقليب الماء بلطف لضمان توزيع الحرارة بشكل متجانس وقياس درجة الحرارة بدقة. - **استخدام ميزان دقيق:** استخدام موازين رقمية عالية الدقة لقياس الكتل، وترمومترات دقيقة لقياس درجات الحرارة، مع التأكد من معايرة الأدوات قبل التجربة. إذن، مصادر الخطأ الرئيسة هي فقدان الحرارة وامتصاص الكأس وعدم دقة القياس، والتحسينات تشمل العزل الجيد واستخدام أدوات قياس أكثر دقة.

ما القانون المستخدم لحساب كمية الحرارة المكتسبة أو المفقودة لمادة ما؟

• أ) q = m / (C × ΔT)
• ب) q = m × C × ΔT
• ج) q = C / (m × ΔT)
• د) q = ΔT / (m × C)

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: q = m × C × ΔT

الشرح: 1. القانون هو: كمية الحرارة (q) = الكتلة (m) × الحرارة النوعية (C) × التغير في درجة الحرارة (ΔT). 2. الحرارة النوعية (C) هي خاصية للمادة تحدد كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة 1 جرام منها درجة مئوية واحدة. 3. ΔT هي التغير في درجة الحرارة (T₂ - T₁).

تلميح: يتعلق القانون بثلاث كميات فيزيائية: كتلة المادة، خاصية للمادة، والتغير في درجة الحرارة.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: سهل

في تجربة تحديد الحرارة النوعية للفلز، ما الفرضية الأساسية التي تُبنى عليها حسابات الحرارة؟

• أ) درجة حرارة الفلز والماء تصبح متساوية فوراً.
• ب) الحرارة التي امتصها الماء تساوي الحرارة التي فقدها الفلز.
• ج) كثافة الماء تظل ثابتة خلال التجربة.
• د) الحرارة النوعية للفلز أكبر من الحرارة النوعية للماء.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: الحرارة التي امتصها الماء تساوي الحرارة التي فقدها الفلز.

الشرح: 1. الفرضية هي أن الحرارة المفقودة من الفلز الساخن تنتقل بالكامل إلى الماء البارد. 2. هذا مبني على افتراض أن النظام (الكأس البوليسترين) يعمل كمسعر جيد، مما يقلل فقدان الحرارة للوسط المحيط. 3. رياضياً: q_ماء = q_فلز.

تلميح: تتعلق الفرضية بمبدأ حفظ الطاقة في نظام معزول.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

كيف يمكن التعبير عن قانون حساب الحرارة النوعية للفلز (C_فلز) بناءً على فرضية q_ماء = q_فلز؟

• أ) C_فلز = (m_فلز × ΔT_فلز) / (m_ماء × C_ماء × ΔT_ماء)
• ب) C_فلز = (m_ماء × C_ماء) / (m_فلز × ΔT_فلز × ΔT_ماء)
• ج) C_فلز = (m_ماء × C_ماء × ΔT_ماء) / (m_فلز × ΔT_فلز)
• د) C_فلز = (ΔT_فلز × ΔT_ماء) / (m_ماء × C_ماء × m_فلز)

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: C_فلز = (m_ماء × C_ماء × ΔT_ماء) / (m_فلز × ΔT_فلز)

الشرح: 1. ابدأ من فرضية حفظ الطاقة: m_فلز × C_فلز × ΔT_فلز = m_ماء × C_ماء × ΔT_ماء. 2. لإيجاد C_فلز، اقسم طرفي المعادلة على (m_فلز × ΔT_فلز). 3. النتيجة: C_فلز = (m_ماء × C_ماء × ΔT_ماء) / (m_فلز × ΔT_فلز).

تلميح: يتم اشتقاق الصيغة من مساواة معادلتي الحرارة للماء والفلز، ثم إعادة ترتيبها لإيجاد C_فلز.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: صعب

ما تعريف التفاعل الماص للحرارة من منظور انتقال الحرارة بين النظام والمحيط؟

• أ) تفاعل ينتقل فيه الحرارة من النظام إلى المحيط.
• ب) تفاعل لا يحدث فيه أي انتقال للحرارة.
• ج) تفاعل ينتقل فيه الحرارة من المحيط إلى النظام.
• د) تفاعل تزداد فيه درجة حرارة المحيط فقط.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: تفاعل ينتقل فيه الحرارة من المحيط إلى النظام.

الشرح: 1. في التفاعل الماص للحرارة، يحتاج النظام (خلطة التفاعل) إلى طاقة لحدوث التفاعل. 2. هذه الطاقة تمتص على شكل حرارة من الوسط المحيط (المحيط). 3. نتيجة لذلك، تنخفض درجة حرارة المحيط (مثل الماء أو الهواء حول التفاعل).

تلميح: كلمة 'ماص' تشير إلى امتصاص الطاقة.

التصنيف: تعريف | المستوى: متوسط