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

📚 المعادلات الكيميائية الحرارية

المفاهيم الأساسية

تفاعل الاحتراق: هو تفاعل مادة مع الأكسجين، مطلقاً طاقة على شكل حرارة وضوء.

المعادلة الكيميائية الحرارية: معادلة كيميائية موزونة تشتمل على الحالات الفيزيائية لجميع المواد المتفاعلة والناتجة، والتغير في الطاقة (ΔH).

حرارة الاحتراق (ΔHcomb): المحتوى الحراري الناتج عن حرق 1 مول من المادة احتراقاً كاملاً.

ΔH°: يبين أن تغيرات المحتوى الحراري القياسية قد تم تحديدها للمواد المتفاعلة والناتجة جميعها عند الظروف القياسية (ضغط جوي 1 atm ودرجة حرارة 25 °C).

خريطة المفاهيم

```markmap

الطاقة (طبيعة الطاقة)

قياس الحرارة

الوحدات

#### السعر (cal)

##### كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة 1g ماء نقي 1°C

#### السعر الغذائي (Cal)

##### يساوي 1000 سعر (1 كيلوكالوري)

#### الجول (J)

##### وحدة الطاقة في النظام الدولي

##### 1 cal = 4.184 J

تحويل الوحدات

#### 1 Cal = 1000 cal

#### 1 cal = 4.184 J

الحرارة النوعية (Specific Heat)

تعريف

#### كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة جرام واحد من مادة درجة سيليزية واحدة (C°1)

أمثلة

#### الماء

##### C° /g. J 4.184

#### الأسمنت

##### C° /g. J 0.84

#### الحديد (من المثال)

##### C° /g. J 0.449

تفسير

#### لكل مادة حرارة نوعية مميزة لها بسبب تركيبها المختلف

#### الأسمنت تسخن أسرع من الماء لأن حرارتها النوعية أقل

حساب الحرارة (q)

المعادلة

#### q = c × m × ΔT

##### q: الطاقة الحرارية الممتصة أو المنطلقة (J أو kJ)

##### c: الحرارة النوعية للمادة (J/g.°C)

##### m: كتلة المادة (g)

##### ΔT: التغير في درجة الحرارة (°C) = T_f - T_i

إعادة ترتيب المعادلة لحساب الحرارة النوعية (c)

#### c = \frac{q}{m × ΔT}

مثال تطبيقي (الحديد)

#### المعطيات

##### كتلة العينة (m) = 10.0 g

##### درجة الحرارة الابتدائية (T_i) = 50.4 °C

##### درجة الحرارة النهائية (T_f) = 25.0 °C

##### الطاقة المنطلقة (q) = 114 J

#### الحل

##### 1. حساب ΔT: ΔT = T_i - T_f = 50.4 - 25.0 = 25.4 °C

##### 2. تطبيق المعادلة: c = \frac{114 J}{(10.0 g)(25.4 °C)}

##### 3. النتيجة: c = 0.449 J/g·°C

تقويم الإجابة

#### مقارنة النتيجة بالقيم المسجلة في الجداول المرجعية (مثل الجدول 1-2)

مثال 1-3: تطبيق عملي

خطوات حل المسألة

#### 1. تحليل المسألة

##### المعطيات: الكتلة (m)، كمية الحرارة (q)، التغير في درجة الحرارة (ΔT)

##### المطلوب: الحرارة النوعية (c)

#### 2. حساب المطلوب

##### تطبيق المعادلة: c = \frac{q}{m × ΔT}

##### التعويض: c = \frac{256 J}{(4.68 g)(182°C)} = 0.301 J/(g·°C)

#### 3. تقويم الإجابة

##### عدد الأرقام المعنوية صحيح (ثلاثة أرقام)

##### الوحدة صحيحة (J/g·°C)

##### مقارنة النتيجة بالجدول 2-1 لتحديد نوع الفلز (الإسترانشيوم)

مسائل تدريبية

12. حساب الحرارة النوعية

13. حساب الكتلة

14. حساب كمية الحرارة

15. حساب درجة الحرارة النهائية

الطاقة الكيميائية والكون

الكيمياء الحرارية

#### تدرس تغيرات الحرارة المصاحبة للتفاعلات الكيميائية وتغيرات الحالة الفيزيائية

مثال تطبيقي

#### تفاعل أكسدة الحديد الساخنة:

##### 4Fe(s) + 3O₂(g) → 2Fe₂O₃(s) + 1625 kJ

#### يستخدم في تسخين وجبات الجنود وكمادات التدفئة

المسعرية (Calorimetry)

الهدف

#### قياس التغير في المحتوى الحراري (الطاقة الممتصة أو المنطلقة) في التفاعلات

مبدأ العمل

#### جهاز معزول حرارياً

#### يحتوي على كمية معلومة من الماء لامتصاص أو إمداد الطاقة

#### قياس التغير في درجة حرارة الماء لحساب كمية الحرارة

أنواع المسعرات

#### مسعر التفجير (القنبلة)

##### حجرة تفاعل محكمة الإغلاق تحتوي على المادة والأكسجين المضغوط

##### يستخدمه كيميائيو التغذية لقياس القيمة الحرارية للأطعمة

##### يبدأ التفاعل بشارة كهربائية

##### يجب أن يكون المحراك قليل الاحتكاك لتجنب توليد حرارة إضافية

#### مسعر الكأس المصنوعة من البوليسترين

##### أبسط، مفتوح على الجو (تفاعلات تحت ضغط ثابت)

##### يستخدم لتحديد الحرارة النوعية للمواد (مثل الفلزات)

##### مثال: وضع فلز ساخن في ماء المسعر وقياس التغير في درجة حرارة الماء حتى التساوي

خطوات تجربة تحديد الحرارة النوعية للفلز

#### 1. تسخين الفلز

#### 2. نقله إلى المسعر (كأس معزول) الذي يحتوي على كمية معلومة من الماء

#### 3. قياس درجة الحرارة النهائية المشتركة بعد التساوي

#### 4. تطبيق مبدأ حفظ الطاقة: q_{metal} = - q_{water}

#### 5. حساب الحرارة النوعية للفلز: c_{metal} = \frac{- q_{water}}{m_{metal} × ΔT_{metal}}

#### 6. مقارنة النتيجة بالقيم المرجعية (مثل الجدول 2-2) لتحديد نوع الفلز

تجربة: تحديد الحرارة النوعية لفلز

الأدوات

#### كأس بوليسترين (مسعر)، كأس زجاجية، سخان، ماء مقطر، فلز، مقياس حرارة غير زئبقي، مقص، مخبار مدرج

الخطوات العملية

#### 1. تعبئة بطاقة السلامة

#### 2. عمل جدول لتسجيل البيانات

#### 3. تسخين الفلز في الماء المغلي

#### 4. تحضير كمية معلومة من الماء البارد في المسعر

#### 5. نقل الفلز الساخن إلى الماء البارد في المسعر

#### 6. قياس درجة الحرارة النهائية

التحليل

#### 1. حساب الحرارة المكتسبة بواسطة الماء: q_{water} = c_{water} × m_{water} × ΔT_{water}

#### 2. حساب الحرارة النوعية للفلز: c_{metal} = \frac{- q_{water}}{m_{metal} × ΔT_{metal}}

#### 3. مقارنة النتيجة بالقيمة المقبولة للفلز

#### 4. تحديد مصادر الخطأ والتحسينات الممكنة

المحتوى الحراري وتغيراته

الكون والنظام والمحيط

#### الكون = النظام + المحيط

#### التفاعل الطارد للحرارة: تنتقل الحرارة من النظام إلى المحيط

#### التفاعل الماص للحرارة: تنتقل الحرارة من المحيط إلى النظام

مثال على التفاعل الماص للحرارة

#### خلط هيدروكسيد الباريوم مع ثيوسيانات الأمونيوم

#### يمتص التفاعل حرارة من المحيط (الماء واللوح) مما يخفض درجة الحرارة حتى التجمد

#### تحذير: ثيوسيانات الأمونيوم مادة شديدة السمية

المحتوى الحراري (H)

تعريف

#### مقدار الطاقة الحرارية المخزنة في مول واحد من المادة تحت ضغط ثابت

التغير في المحتوى الحراري (ΔHrxn)

#### كمية الحرارة المنطلقة أو الممتصة في التفاعل الكيميائي

#### ΔHrxn = Hfinal – Hinitial

#### ΔHrxn = Hproducts – Hreactants

إشارة المحتوى الحراري للتفاعل

#### التفاعل الطارد للحرارة

##### تنتقل الحرارة من النظام إلى المحيط

##### المحتوى الحراري للمواد الناتجة (Hproducts) أقل من المحتوى الحراري للمواد المتفاعلة (Hreactants)

##### ΔHrxn قيمة سالبة

##### مثال: 4Fe(s) + 3O₂(g) → 2Fe₂O₃(s) ΔHrxn = –1625 kJ

#### التفاعل الماص للحرارة

##### مثال: الكمادة الباردة

###### معادلة التفاعل: NH₄NO₃(s) → NH₄⁺(aq) + NO₃⁻(aq) ΔHrxn = 27 kJ

###### تنتقل الحرارة من المحيط (جسم الشخص) إلى النظام (الكمادة)

###### المحتوى الحراري للنواتج (Hproducts) أكبر من المحتوى الحراري للمواد المتفاعلة (Hreactants)

###### ΔHrxn قيمة موجبة

###### ΔHrxn = Hproducts – Hreactants > 0

المعادلات الكيميائية الحرارية

تعريف

#### معادلة كيميائية موزونة تشتمل على الحالات الفيزيائية لجميع المواد المتفاعلة والناتجة، والتغير في الطاقة (ΔH)

كتابتها

#### تعد كتابة الطاقة جزء مهم من التفاعلات الكيميائية، لذلك يتضمن الكيميائيون ΔH في المعادلات الكيميائية

أمثلة

#### تفاعل طارد للحرارة (أكسدة الحديد)

##### 4Fe(s) + 3O₂(g) → 2Fe₂O₃(s) ΔH = -1625 kJ

#### تفاعل ماص للحرارة (ذوبان نترات الأمونيوم)

##### NH₄NO₃(s) → NH₄⁺(aq) + NO₃⁻(aq) ΔH = 27 kJ

#### تفاعل احتراق الجلوكوز (أيض)

##### C₆H₁₂O₆(s) + 6O₂(g) → 6CO₂(g) + 6H₂O(l) ΔHcomb = -2808 kJ

حرارة الاحتراق (ΔHcomb)

#### المحتوى الحراري الناتج عن حرق 1mol من المادة احتراقاً كاملاً

الظروف القياسية (ΔH°)

#### تغيرات المحتوى الحراري القياسية للمواد المتفاعلة والناتجة جميعها عند الظروف القياسية (ضغط جوي 1 atm ودرجة حرارة 25 °C)

الطاقة الشمسية

الاستغلال

#### تسخين الماء (بسبب حرارته النوعية العالية) لتدفئة الأماكن

#### تقليل استعمال الوقود الذي ينتج ثاني أكسيد الكربون

تحديات

#### سطوع الشمس لفترة محددة يوميًا

#### تراكم الغيوم يقلل من كمية الأشعة

#### الحاجة لطرق فعالة لتخزين الطاقة

الخلايا الكهروضوئية

#### تحول الإشعاع الشمسي مباشرة إلى كهرباء

#### تكلفة إنتاج الكهرباء بها مرتفعة مقارنة بحرق الفحم أو البترول

#### تستخدم لتزويد رواد الفضاء بالطاقة

تطبيقات وطنية

رؤية 2030

#### زيادة مساهمة مصادر الطاقة المتجددة في مزيج الطاقة

مدينة الملك عبد العزيز للعلوم والتقنية (KACST)

#### الجهة الوطنية الرائدة في البحوث التطبيقية في مجال الطاقة

خلايا غراتزل

#### أنظمة ضوئية وكهروكيميائية لتحويل الطاقة الشمسية

#### طورها البروفيسور مايكل غراتزل (فائز بجائزة الملك فيصل للعلوم 1436هـ)

```

نقاط مهمة

• الأهداف: كتابة معادلات كيميائية حرارية، وصف فقدان أو اكتساب الطاقة أثناء تغيرات الحالة، حساب الطاقة الممتصة أو المنطلقة في تفاعل كيميائي.
• المفردات الجديدة: المعادلات الكيميائية الحرارية، حرارة الاحتراق، حرارة التبخر المولارية، حرارة الانصهار المولارية.
• المعادلة الكيميائية الحرارية يجب أن تكون موزونة وتشمل الحالات الفيزيائية و قيمة ΔH.
• ΔH السالبة تشير إلى تفاعل طارد للحرارة (مثل احتراق الحديد والجلوكوز).
• ΔH الموجبة تشير إلى تفاعل ماص للحرارة (مثل ذوبان نترات الأمونيوم).
• ΔH° تشير إلى أن التغير في المحتوى الحراري تم قياسه تحت الظروف القياسية (1 atm, 25°C).

تكتب معادلات كيميائية حرارية تمثل تفاعلات كيميائية وعمليات أخرى.

تصف كيف تفقد الطاقة أو تكتسبها أثناء تغيرات الحالة الفيزيائية للمادة.

تحسب الطاقة الممتصة أو المنطلقة في تفاعل كيميائي.

تفاعل الاحتراق: هو تفاعل مادة مع الأكسجين، مطلقاً طاقة على شكل حرارة وضوء.

المعادلات الكيميائية الحرارية

حرارة الاحتراق

حرارة التبخر المولارية

حرارة الانصهار المولارية

Writing Thermochemical Equations

تعد كتابة الطاقة جزء مهم من التفاعلات الكيميائية، لذلك يتضمن الكيميائيون ΔH في المعادلات الكيميائية، والتي تكتب فيها قيم ΔH.

4Fe(s) + 3O₂(g) → 2Fe₂O₃(s) ΔH = -1625 kJ

NH₄NO₃(s) → NH₄⁺(aq) + NO₃⁻(aq) ΔH = 27 kJ

تكتب المعادلة الكيميائية الحرارية في صورة معادلة كيميائية موزونة تشتمل على الحالات الفيزيائية لجميع المواد المتفاعلة والناتجة، والتغير في الطاقة، والذي يعبر عنه عادة بأنه ΔH.

ينتج عن تفاعل احتراق الجلوكوز C₆H₁₂O₆ الطارد للحرارة - في أثناء عملية الأيض في الجسم - كمية كبيرة من الطاقة، كما هو مبين في المعادلة الكيميائية:

C₆H₁₂O₆(s) + 6O₂(g) → 6CO₂(g) + 6H₂O(l) ΔHcomb = -2808 kJ

يسمى المحتوى الحراري الناتج عن حرق 1mol من المادة احتراقاً كاملاً حرارة الاحتراق (enthalpy (heat) of combustion)ΔHcomb. ويبين الجدول 3-1 تغيرات المحتوى الحراري القياسية لعدة مواد. فالرمز ΔH° يبين أن تغيرات المحتوى الحراري القياسية قد تم تحديدها للمواد المتفاعلة الناتجة جميعها عند الظروف القياسية (ضغط جوي 1 atm ودرجة حرارة 25 °C)، وعدم الخلط بينها وبين درجة الحرارة القياسية STP.

رابط الدرس الرقمي www.ien.edu.sa

--- SECTION: الأهداف --- تكتب معادلات كيميائية حرارية تمثل تفاعلات كيميائية وعمليات أخرى. تصف كيف تفقد الطاقة أو تكتسبها أثناء تغيرات الحالة الفيزيائية للمادة. تحسب الطاقة الممتصة أو المنطلقة في تفاعل كيميائي. --- SECTION: مراجعة المفردات --- تفاعل الاحتراق: هو تفاعل مادة مع الأكسجين، مطلقاً طاقة على شكل حرارة وضوء. --- SECTION: المفردات الجديدة --- المعادلات الكيميائية الحرارية حرارة الاحتراق حرارة التبخر المولارية حرارة الانصهار المولارية --- SECTION: كتابة المعادلات الكيميائية الحرارية --- Writing Thermochemical Equations تعد كتابة الطاقة جزء مهم من التفاعلات الكيميائية، لذلك يتضمن الكيميائيون ΔH في المعادلات الكيميائية، والتي تكتب فيها قيم ΔH. 4Fe(s) + 3O₂(g) → 2Fe₂O₃(s) ΔH = -1625 kJ NH₄NO₃(s) → NH₄⁺(aq) + NO₃⁻(aq) ΔH = 27 kJ --- SECTION: المعادلة الكيميائية الحرارية --- تكتب المعادلة الكيميائية الحرارية في صورة معادلة كيميائية موزونة تشتمل على الحالات الفيزيائية لجميع المواد المتفاعلة والناتجة، والتغير في الطاقة، والذي يعبر عنه عادة بأنه ΔH. ينتج عن تفاعل احتراق الجلوكوز C₆H₁₂O₆ الطارد للحرارة - في أثناء عملية الأيض في الجسم - كمية كبيرة من الطاقة، كما هو مبين في المعادلة الكيميائية: C₆H₁₂O₆(s) + 6O₂(g) → 6CO₂(g) + 6H₂O(l) ΔHcomb = -2808 kJ يسمى المحتوى الحراري الناتج عن حرق 1mol من المادة احتراقاً كاملاً حرارة الاحتراق (enthalpy (heat) of combustion)ΔHcomb. ويبين الجدول 3-1 تغيرات المحتوى الحراري القياسية لعدة مواد. فالرمز ΔH° يبين أن تغيرات المحتوى الحراري القياسية قد تم تحديدها للمواد المتفاعلة الناتجة جميعها عند الظروف القياسية (ضغط جوي 1 atm ودرجة حرارة 25 °C)، وعدم الخلط بينها وبين درجة الحرارة القياسية STP. رابط الدرس الرقمي www.ien.edu.sa