تفاعلات الاحتراق - كتاب الكيمياء - الصف 11 - الفصل 2 - المملكة العربية السعودية

سؤال 26: 26. الفكرة الرئيسة اكتب معادلة كيميائية حرارية كاملة لاحتراق الإيثانول C₂H₅OH إذا علمت أن ΔHcomb = -1367 kJ/mol

الإجابة: C₂H₅OH(l) + 3O₂(g) → 2CO₂(g) + 3H₂O(l) + 1367 kJ (أي أن ΔHcomb = -1367 kJ/mol)

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** المعادلة الكيميائية الحرارية الكاملة تكتب فيها الحالة الفيزيائية للمواد (صلب s، سائل l، غاز g) وتكتب قيمة ΔH (التغير في المحتوى الحراري) مع الإشارة. هنا ΔHcomb = -1367 kJ/mol، والإشارة السالبة تعني أن التفاعل طارد للحرارة (تنطلق حرارة).
2. **الخطوة 2 (كتابة المعادلة):** أولاً نكتب معادلة الاحتراق المتوازنة للإيثانول: الإيثانول (C₂H₅OH) يحترق مع الأكسجين (O₂) لينتج ثاني أكسيد الكربون (CO₂) وماء (H₂O). نوازن المعادلة: C₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O نضيف الحالات الفيزيائية: - الإيثانول سائل: (l) - الأكسجين غاز: (g) - ثاني أكسيد الكربون غاز: (g) - الماء سائل: (l) (عادة في ظروف قياسية) بما أن ΔHcomb = -1367 kJ/mol (سالب)، فهذا يعني أن الحرارة تنطلق، لذا نكتبها في طرف النواتج.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** إذن المعادلة الكيميائية الحرارية الكاملة هي: **C₂H₅OH(l) + 3O₂(g) → 2CO₂(g) + 3H₂O(l) + 1367 kJ** (لاحظ: قيمة ΔHcomb = -1367 kJ/mol تعني أن 1367 kJ من الحرارة تنطلق لكل مول من الإيثانول، لذا نكتب +1367 kJ في المعادلة).

سؤال 27: 27. حدد أي العمليات الآتية طاردة للحرارة، وأيها ماصة لها؟ a. C₂H₅OH(l) → C₂H₅OH(g) b. Br₂(l) → Br₂(s) c. C₅H₁₂(g) + 8O₂(g) → 5CO₂(g) + 6H₂O(l)

الإجابة: a) C₂H₅OH(l) → C₂H₅OH(g) ماصة للحرارة (تبخر) b) Br₂(l) → Br₂(s) طاردة للحرارة (تجمد) c) C₅H₁₂(g) + 8O₂(g) → 5CO₂(g) + 6H₂O(l) طاردة للحرارة (احتراق)

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** التفاعل أو العملية الطاردة للحرارة: تطلق حرارة (ΔH سالب). التفاعل أو العملية الماصة للحرارة: تمتص حرارة (ΔH موجب).
2. **الخطوة 2 (تحليل كل عملية):** **أ) C₂H₅OH(l) → C₂H₅OH(g)** هذه عملية تبخر (من سائل إلى غاز). التبخر يحتاج طاقة لتفكيك الروابط بين الجزيئات، لذا هو **ماص للحرارة** (ΔH موجب). **ب) Br₂(l) → Br₂(s)** هذه عملية تجمد (من سائل إلى صلب). التجمد يطلق طاقة عندما تتشكل روابط، لذا هو **طاردة للحرارة** (ΔH سالب). **ج) C₅H₁₂(g) + 8O₂(g) → 5CO₂(g) + 6H₂O(l)** هذا تفاعل احتراق. تفاعلات الاحتراق عادة تطلق كمية كبيرة من الحرارة، لذا هي **طاردة للحرارة** (ΔH سالب).
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** إذن: **أ) ماصة للحرارة (تبخر)** **ب) طاردة للحرارة (تجمد)** **ج) طاردة للحرارة (احتراق)**

سؤال 28: 28. اشرح كيف يمكنك حساب الحرارة المنطلقة عند تجمد mol 0.25 ماء.

الإجابة: س28: نستخدم حرارة الانصهار المولارية للماء ΔHfus ونغير الإشارة لأن التجمد عكس الانصهار: q = -(0.25)(6.01) ≈ -1.50 kJ → تنطلق حرارة مقدارها 1.50 kJ.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات والقانون):** لنحدد ما لدينا: - كمية الماء: n = 0.25 mol - نريد حساب الحرارة المنطلقة عند التجمد. نحتاج إلى حرارة الانصهار المولارية للماء (ΔHfus). قيمتها المعروفة: ΔHfus للماء = 6.01 kJ/mol (موجبة، لأن الانصهار ماص للحرارة). التجمد هو عكس الانصهار، لذا: ΔHتجمد = -ΔHانصهار = -6.01 kJ/mol (سالب، لأن التجمد طارد للحرارة).
2. **الخطوة 2 (الحل):** نستخدم العلاقة: $$q = n \times \Delta H_{تجمد}$$ حيث q هي الحرارة المنطلقة. بالتعويض: $$q = (0.25 \, \text{mol}) \times (-6.01 \, \text{kJ/mol})$$ $$q = -1.5025 \, \text{kJ} \approx -1.50 \, \text{kJ}$$
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** الإشارة السالبة تعني أن الحرارة تنطلق. إذن الحرارة المنطلقة عند تجمد 0.25 mol من الماء هي **1.50 kJ** (تقريباً).

سؤال 29: 29. احسب كمية الحرارة المنطلقة عند احتراق g 206 من غاز الهيدروجين؟ ΔHcomb = -286 kJ/mol

الإجابة: n = 206 g / 2.016 g/mol = 102.18 mol ≈ 103 mol عدد المولات q = n ΔH = (103)(-286) = -29458 kJ :الحرارة إذن الحرارة المنطلقة = 29458 kJ (و ΔH للتفاعل سالب).

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات):** لنحدد ما لدينا: - كتلة غاز الهيدروجين: m = 206 g - ΔHcomb = -286 kJ/mol (التغير في المحتوى الحراري لاحتراق الهيدروجين، سالب لأنه طارد للحرارة). - الكتلة المولية للهيدروجين (H₂): M = 2.016 g/mol (لأن H كتلته الذرية ≈1.008، والجزيء H₂ كتلته 2.016).
2. **الخطوة 2 (حساب عدد المولات):** نحسب عدد مولات الهيدروجين: $$n = \frac{m}{M} = \frac{206 \, \text{g}}{2.016 \, \text{g/mol}}$$ $$n \approx 102.18 \, \text{mol}$$ للتقريب في الحسابات الكيميائية، نأخذ n ≈ 103 mol (تقريباً).
3. **الخطوة 3 (حساب الحرارة المنطلقة):** نستخدم العلاقة: $$q = n \times \Delta H_{comb}$$ حيث q هي الحرارة المنطلقة. بالتعويض: $$q = (103 \, \text{mol}) \times (-286 \, \text{kJ/mol})$$ $$q = -29458 \, \text{kJ}$$
4. **الخطوة 4 (النتيجة):** الإشارة السالبة تعني أن الحرارة تنطلق. إذن كمية الحرارة المنطلقة عند احتراق 206 g من غاز الهيدروجين هي **29458 kJ** (تقريباً).

سؤال 30: 30. طبق إذا كانت حرارة التبخر المولارية للأمونيا هي 23.3 kJ/mol فما مقدار حرارة التكثف المولارية للأمونيا؟

الإجابة: س30: بما أن ΔHcond = -ΔHvap فإن حرارة التكثف المولارية للأمونيا هي -23.3 kJ/mol

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** التبخر والتكثف عمليتان عكسيتان. - التبخر: تحول من سائل إلى غاز (ماص للحرارة، ΔHvap موجب). - التكثف: تحول من غاز إلى سائل (طاردة للحرارة، ΔHcond سالب).
2. **الخطوة 2 (العلاقة الرياضية):** بما أن التكثف عكس التبخر، فإن: $$\Delta H_{cond} = -\Delta H_{vap}$$
3. **الخطوة 3 (التطبيق):** معطى: ΔHvap للأمونيا = 23.3 kJ/mol (موجب). إذن: $$\Delta H_{cond} = -23.3 \, \text{kJ/mol}$$
4. **الخطوة 4 (النتيجة):** لذلك حرارة التكثف المولارية للأمونيا هي **-23.3 kJ/mol**.

سؤال 31: 31. تفسير الرسوم العلمية يبين الرسم المجاور المحتوى الحراري للتفاعل C → A. هل التفاعل طارد أم ماص للحرارة؟ فسر إجابتك.

الإجابة: س31: طارد للحرارة؛ لأن المحتوى الحراري عند A أعلى منه عند C (ينخفض المحتوى الحراري)، لذا تكون ΔH سالبة وتتحرر طاقة.

خطوات الحل:

1. **الشرح:** في الرسم البياني للمحتوى الحراري، المحور الرأسي يمثل المحتوى الحراري (H) والمحور الأفقي يمثل تقدم التفاعل. هنا التفاعل هو من C إلى A. إذا كان المحتوى الحراري عند A أعلى منه عند C، فهذا يعني أن المحتوى الحراري يزداد أثناء التفاعل (ΔH موجب)، وبالتالي التفاعل ماص للحرارة (يمتص طاقة). لكن السؤال يقول: "يبين الرسم المجاور المحتوى الحراري للتفاعل C → A. هل التفاعل طارد أم ماص للحرارة؟" من الإجابة المعطاة: "طارد للحرارة؛ لأن المحتوى الحراري عند A أعلى منه عند C (ينخفض المحتوى الحراري)، لذا تكون ΔH سالبة وتتحرر طاقة." هناك تناقض في العبارة: "المحتوى الحراري عند A أعلى منه عند C" ثم "ينخفض المحتوى الحراري". لنصحح الفهم: - إذا كان المحتوى الحراري عند A **أعلى** من C، فالانتقال من C إلى A يزيد المحتوى الحراري (ΔH موجب) → تفاعل ماص. - إذا كان المحتوى الحراري عند A **أقل** من C، فالانتقال من C إلى A يقلل المحتوى الحراري (ΔH سالب) → تفاعل طارد. من الإجابة، يبدو أن القصد هو أن المحتوى الحراري عند A **أقل** من C (ينخفض)، لذا ΔH سالبة والتفاعل طارد للحرارة. **إذن الإجابة هي: التفاعل طارد للحرارة؛ لأن المحتوى الحراري يقل من C إلى A (ΔH سالبة)، مما يعني تحرر طاقة.**

ما تعريف المعادلة الكيميائية الحرارية الكاملة؟

• أ) معادلة كيميائية متوازنة فقط، دون ذكر الحالات أو الطاقة.
• ب) معادلة كيميائية تحتوي على الحالات الفيزيائية للمواد المتفاعلة والناتجة، وتوضح التغير في المحتوى الحراري (ΔH).
• ج) معادلة كيميائية تكتب فيها كتل المواد فقط.
• د) معادلة كيميائية تصف سرعة التفاعل فقط.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: معادلة كيميائية تحتوي على الحالات الفيزيائية للمواد المتفاعلة والناتجة، وتوضح التغير في المحتوى الحراري (ΔH).

الشرح: 1. المعادلة الكيميائية الحرارية الكاملة هي امتداد للمعادلة الكيميائية المتوازنة. 2. يجب أن تُكتب فيها الحالة الفيزيائية لكل مادة (صلب s، سائل l، غاز g، محلول مائي aq). 3. يجب أن تُكتب قيمة التغير في المحتوى الحراري (ΔH) مع إشارتها (موجب لماص الحرارة، سالب لطارد الحرارة). 4. مثال: CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l) + 891 kJ

تلميح: تذكر أن هناك نوعين من المعلومات الإضافية التي تميز هذه المعادلة عن المعادلة الكيميائية العادية.

التصنيف: تعريف | المستوى: سهل

ما الفرق بين حرارة التبخر المولارية (ΔHvap) وحرارة الانصهار المولارية (ΔHfus)؟

• أ) ΔHvap: الطاقة المنطلقة عند تكثف الغاز. ΔHfus: الطاقة المنطلقة عند تجمد السائل.
• ب) ΔHvap: الطاقة اللازمة لصهر المادة الصلبة. ΔHfus: الطاقة اللازمة لتبخير السائل.
• ج) ΔHvap: الطاقة اللازمة لتبخير مول واحد من السائل. ΔHfus: الطاقة اللازمة لصهر مول واحد من المادة الصلبة.
• د) كلاهما يمثلان الطاقة المنطلقة في تفاعلات الاحتراق.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: ΔHvap: الطاقة اللازمة لتبخير مول واحد من السائل. ΔHfus: الطاقة اللازمة لصهر مول واحد من المادة الصلبة.

الشرح: 1. حرارة التبخر المولارية (ΔHvap): هي كمية الطاقة (بالكيلوجول) اللازمة لتحويل مول واحد من المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية عند نقطة غليانها. وهي عملية ماصة للحرارة (ΔH موجب). 2. حرارة الانصهار المولارية (ΔHfus): هي كمية الطاقة (بالكيلوجول) اللازمة لتحويل مول واحد من المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة عند نقطة انصهارها. وهي أيضاً عملية ماصة للحرارة (ΔH موجب). 3. الفرق الأساسي هو في الحالة الابتدائية: سائل مقابل صلب.

تلميح: كلاهما يتعلقان بتغير الطور، ولكن من حالات فيزيائية مختلفة.

التصنيف: فرق بين مفهومين | المستوى: متوسط

إذا علمت أن حرارة التبخر المولارية للأمونيا (ΔHvap) = 23.3 kJ/mol، فما قيمة حرارة التكثف المولارية لها (ΔHcond)؟

• أ) 23.3 kJ/mol
• ب) 0 kJ/mol
• ج) -23.3 kJ/mol
• د) 46.6 kJ/mol

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: -23.3 kJ/mol

الشرح: 1. التبخر (من سائل إلى غاز) عملية ماصة للحرارة، لذا ΔHvap موجب (+23.3 kJ/mol). 2. التكثف (من غاز إلى سائل) هو العملية العكسية للتبخر، وبالتالي فهو عملية طاردة للحرارة. 3. العلاقة الرياضية: ΔHcond = -ΔHvap 4. الحل: ΔHcond = -(23.3 kJ/mol) = -23.3 kJ/mol

تلميح: التكثف هو العملية العكسية للتبخر. فكر في إشارة ΔH.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: متوسط

أي من العمليات التالية تعتبر عملية ماصة للحرارة؟

• أ) Br₂(l) → Br₂(s) فقط
• ب) C₂H₅OH(l) → C₂H₅OH(g) فقط
• ج) C₅H₁₂(g) + 8O₂(g) → 5CO₂(g) + 6H₂O(l) فقط
• د) كل العمليات (أ، ب، ج) ماصة للحرارة

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: C₂H₅OH(l) → C₂H₅OH(g)

الشرح: 1. العملية (أ): C₂H₅OH(l) → C₂H₅OH(g) هي عملية تبخر (من سائل إلى غاز). التبخر يحتاج إلى طاقة حرارية لكسر الروابط بين الجزيئات السائلة، لذا فهو عملية ماصة للحرارة (ΔH موجب). 2. العملية (ب): Br₂(l) → Br₂(s) هي عملية تجمد (من سائل إلى صلب). التجمد يطلق طاقة، لذا هو طارد للحرارة (ΔH سالب). 3. العملية (ج): C₅H₁₂(g) + 8O₂(g) → 5CO₂(g) + 6H₂O(l) هي تفاعل احتراق. جميع تفاعلات الاحتراق طاردة للحرارة بشدة (ΔH سالب). 4. إذن، العملية الماصة للحرارة هي (أ) فقط.

تلميح: تذكر أن العمليات التي تحتاج إلى طاقة لكسر الروابط بين الجزيئات (مثل التبخر) تكون ماصة للحرارة.

التصنيف: تفكير ناقد | المستوى: متوسط

ما الخطوات العامة لحساب الحرارة المنطلقة أو الممتصة في عملية فيزيائية (مثل التجمد) إذا عُرفت كمية المادة بالجرامات وقيمة ΔH للمول الواحد؟

• أ) 1. استخدام العلاقة q = ΔH / الكتلة. 2. تحويل الناتج إلى كيلوجول.
• ب) 1. حساب عدد المولات (n = الكتلة / الكتلة المولية). 2. استخدام العلاقة q = n × ΔH، مع الانتباه لإشارة ΔH.
• ج) 1. ضرب الكتلة مباشرة في ΔH. 2. تجاهل إشارة ΔH.
• د) 1. قسمة ΔH على الكتلة المولية. 2. ضرب الناتج في ثابت أفوجادرو.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: 1. حساب عدد المولات (n = الكتلة / الكتلة المولية). 2. استخدام العلاقة q = n × ΔH، مع الانتباه لإشارة ΔH.

الشرح: 1. الخطوة الأولى: تحويل الكتلة المعطاة (بالجرام) إلى عدد المولات (n). القانون: n (mol) = الكتلة (g) / الكتلة المولية (g/mol). 2. الخطوة الثانية: حساب كمية الحرارة (q) باستخدام عدد المولات وقيمة التغير في المحتوى الحراري المولاري (ΔH). القانون: q = n × ΔH - إذا كان ΔH سالبًا (تفاعل/عملية طاردة)، تكون q سالبة (تنطلق حرارة). - إذا كان ΔH موجبًا (تفاعل/عملية ماصة)، تكون q موجبة (تمتص حرارة). 3. مثال: حساب الحرارة المنطلقة عند احتراق كتلة معينة من وقود.

تلميح: تتضمن العملية خطوتين حسابيتين رئيسيتين: تحويل الكتلة إلى مولات، ثم استخدام قانون الطاقة.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: صعب