📝 ملخص الصفحة
📚 قانون هس وتطبيقه
المفاهيم الأساسية
المعادلة الكيميائية الحرارية: معادلة موزونة تبين الحالة الفيزيائية لجميع المواد المشاركة في التفاعل والتغير في المحتوى الحراري (ΔH). تكون عادةً لـ 1 مول من الناتج، وقد تستخدم معاملات كسرية.
خريطة المفاهيم
```markmap
الحرارة المنطلقة من تفاعلات الاحتراق
مثال 1-4: احتراق الجلوكوز
المعطيات
- كتلة الجلوكوز: 54.0 g C₆H₁₂O₆
- ΔHcomb = -2808 kJ/mol
خطوات الحل
تحويل الكتلة إلى مولات
- الكتلة المولية للجلوكوز: 180.18 g/mol
- 54.0 g × (1 mol / 180.18 g) = 0.300 mol
حساب الحرارة المنطلقة (q)
- q = عدد المولات × ΔHcomb
- 0.300 mol × 2808 kJ/mol = 842 kJ
تقويم الإجابة
- الطاقة الناتجة (842 kJ) أقل من ثلث ΔHcomb (-2808 kJ) كما هو متوقع
الربط مع علم الأحياء
- تنطلق 2808 kJ عند احتراق 1 mol جلوكوز في المسعر
- تطلق الكمية نفسها في التنفس الخلوي داخل الجسم
- تنتج الطاقة الكيميائية في صورة روابط جزيئات ATP
تفاعلات احتراق أخرى
احتراق الميثان
- المعادلة:
CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l) + 891 kJ
- الطاقة المنطلقة: 891 kJ/mol
احتراق الأوكتان (الجازولين)
- المعادلة:
C₈H₁₈(l) + 25/2 O₂(g) → 8CO₂(g) + 9H₂O(l) + 5471 kJ
- الطاقة المنطلقة: 5471 kJ/mol
احتراق الهيدروجين
- المعادلة:
H₂(g) + 1/2 O₂(g) → H₂O(l) + 286 kJ
- الطاقة المنطلقة: 286 kJ/mol
الخلاصة
المعادلة الكيميائية الحرارية
- تبين الحالات الطبيعية للمواد
- تبين التغير في المحتوى الحراري (ΔH)
حرارة التبخر المولارية (ΔHvap)
- الطاقة اللازمة لتبخر مول واحد من السائل
حرارة الانصهار المولارية (ΔHfus)
- الحرارة اللازمة لصهر مول واحد من المادة الصلبة
حساب التغير في المحتوى الحراري
أهداف الدرس
- تطبيق قانون هس لحساب ΔH
- توضيح حرارة التكوين القياسية
- حساب ΔH باستخدام المعادلات الكيميائية الحرارية
- حساب ΔH باستخدام حرارة التكوين القياسية
قانون هس
- التغير في المحتوى الحراري لا يعتمد على المسار
- يستخدم لحساب ΔH للتفاعلات التي يصعب قياسها معملياً
- مثال: تفاعل تكوين ثالث أكسيد الكبريت
-
2S(s) + 3O₂(g) → 2SO₃(g) ΔH = ?
التطبيقات
- تفاعلات بطيئة جداً (مثل تحول الألماس إلى جرافيت)
- تفاعلات تعطي نواتج غير مرغوبة في المختبر
الأشكال المتآصلة
- ظاهرة وجود أشكال مختلفة لعنصر ما في نفس الحالة الفيزيائية
- مثال: الجرافيت والألماس (صورتان متجاورتان)
تطبيق قانون هس (مثال: تكوين SO₃)
المعادلة المستهدفة
2S(s) + 3O₂(g) → 2SO₃(g) ΔH = ?
المعادلات المعطاة
- a:
S(s) + O₂(g) → SO₂(g) ΔH = -297 kJ
- b:
2SO₃(g) → 2SO₂(g) + O₂(g) ΔH = 198 kJ
خطوات الحل
تضاعف المعادلة (a) لأن التفاعل المستهدف يحتاج 2 مول من الكبريت
- c: 2S(s) + 2O₂(g) → 2SO₂(g) ΔH = 2(-297 kJ) = -594 kJ
عكس المعادلة (b) لأن SO₃ ناتج وليس متفاعلاً
- d: 2SO₂(g) + O₂(g) → 2SO₃(g) ΔH = -198 kJ
جمع المعادلتين (c) و (d)
- 2S(s) + 2O₂(g) → 2SO₂(g) ΔH = -594 kJ
- 2SO₂(g) + O₂(g) → 2SO₃(g) ΔH = -198 kJ
- النتيجة: 2S(s) + 3O₂(g) → 2SO₃(g) ΔH = -792 kJ
الشكل 12-1: تغيرات الطاقة
- يمثل تغيرات المحتوى الحراري في خطوات التفاعل
- السهم الأيسر: إطلاق 594 kJ لتكوين SO₂
- السهم الأوسط: إطلاق 198 kJ لتكوين SO₃ من SO₂
- السهم الأيمن: التغير الكلي في الحرارة (-792 kJ)
مثال 1-5: تحلل فوق أكسيد الهيدروجين
المعادلة المستهدفة
2H₂O₂(l) → 2H₂O(l) + O₂(g) ΔH = ?
المعادلات المعطاة
- a:
2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(l) ΔH = -572 kJ
- b:
H₂(g) + O₂(g) → H₂O₂(l) ΔH = -188 kJ
خطوات الحل
عكس المعادلة (b) لأن H₂O₂ متفاعل وليس ناتجاً
- ΔH يصبح موجباً
تضاعف المعادلة (b) بعد عكسها لتصبح 2 مول من H₂O₂
- c: 2H₂O₂(l) → 2H₂(g) + 2O₂(g) ΔH = 376 kJ
جمع المعادلتين (a) و (c)
- 2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(l) ΔH = -572 kJ
- 2H₂O₂(l) → 2H₂(g) + 2O₂(g) ΔH = 376 kJ
- النتيجة: 2H₂O₂(l) → 2H₂O(l) + O₂(g) ΔH = -196 kJ
```
نقاط مهمة
- المعادلات الكيميائية الحرارية تكتب عادةً لـ 1 مول من الناتج، مما قد يؤدي لاستخدام معاملات كسرية، مثل:
S(s) + \frac{3}{2} O₂(g) → SO₃(g) ΔH = -396 kJ
- عند تطبيق قانون هس:
*
عكس المعادلة: يغير إشارة ΔH.
* ضرب المعادلة في رقم: يضرب ΔH في نفس الرقم.
* جمع المعادلات: نجمع ΔH لكل معادلة للحصول على ΔH الكلي.
- الهدف من المثال هو حساب ΔH لتفاعل تحلل فوق أكسيد الهيدروجين باستخدام معادلتين حراريتين أخريين معروفتين.
📋 المحتوى المنظم
📖 محتوى تعليمي مفصّل
نوع: محتوى تعليمي
تكون المعادلات الكيميائية الحرارية عادةً موزونة ل مول واحد من الناتج. لذا نجد أنه في الكثير من هذه المعادلات استعمال المعاملات الكسرية. مثلاً تكتب المعادلة الكيميائية الحرارية لتفاعل الكبريت مع الأكسجين لإنتاج مول واحد من ثالث أكسيد الكبريت كما يأتي:
نوع: محتوى تعليمي
S(s) + 3/2 O₂(g) → SO₃(g) ΔH = -396 kJ
ماذا قرأت؟
نوع: محتوى تعليمي
قارن بين المعادلة أعلاه والمعادلة الكيميائية الحرارية للمواد نفسها على الصفحة السابقة.
مثال 1-5
نوع: محتوى تعليمي
قانون هس: استعمل المعادلتين الكيميائيتين الحراريتين a و b أدناه لإيجاد ΔH لمعادلة تحلل فوق أكسيد الهيدروجين H₂O₂، وهو مركب له عدة استعمالات، منها إزالة لون الشعر، وتزويد محركات الصواريخ بالطاقة.
نوع: محتوى تعليمي
2H₂O₂(l) → 2H₂O(l) + O₂(g)
a
نوع: محتوى تعليمي
2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(l)
b
نوع: محتوى تعليمي
H₂(g) + O₂(g) → H₂O₂(l)
تحليل المسألة
نوع: محتوى تعليمي
لديك معادلتان كيميائيتان وتغير المحتوى الحراري لكل منهما. وهاتان المعادلتان تحتويان على جميع المواد الموجودة في المعادلة المطلوبة.
المعطيات
نوع: محتوى تعليمي
2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(l) ΔH = -572 kJ
H₂(g) + O₂(g) → H₂O₂(l) ΔH = -188 kJ
حساب المطلوب
نوع: محتوى تعليمي
H₂O₂ هو مادة متفاعلة
نوع: محتوى تعليمي
اعكس المعادلة b وغير إشارة ΔH
نوع: محتوى تعليمي
2 mol من H₂O₂ يلزم لها 2 mol من H₂O₂
نوع: محتوى تعليمي
اضرب المعادلة b بعد عكسها في 2 لتحصل على ΔH للمعادلة c
نوع: محتوى تعليمي
اضرب 188 kJ في 2 لتحصل على ΔH للمعادلة c
نوع: محتوى تعليمي
اكتب المعادلة c متضمنة ΔH
نوع: محتوى تعليمي
2H₂O₂(l) → 2H₂(g) + 2O₂(g) ΔH = 376 kJ
نوع: محتوى تعليمي
اجمع المعادلة a مع المعادلة c، واحذف كل حدين موجودين على طرفي المعادلة.
نوع: محتوى تعليمي
اكتب المعادلة a
نوع: محتوى تعليمي
اكتب المعادلة c
نوع: محتوى تعليمي
اجمع المعادلتين a و c
تقويم الإجابة
نوع: محتوى تعليمي
ينتج عن جمع المعادلتين المطلوبة التفاعل في محتواه الحراري.
3
نوع: محتوى تعليمي
2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(l) ΔH = -572 kJ
c
نوع: محتوى تعليمي
2H₂O₂(l) → 2H₂(g) + 2O₂(g) ΔH = -196 kJ
a
نوع: محتوى تعليمي
2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(l) ΔH = -572 kJ
c
نوع: محتوى تعليمي
2H₂O₂(l) → 2H₂(g) + 2O₂(g) ΔH = 376 kJ
🎴 بطاقات تعليمية للمراجعة
عدد البطاقات: 5 بطاقة لهذه الصفحة
ما الخاصية الأساسية للمعادلة الكيميائية الحرارية التي تبرر استخدام المعاملات الكسرية فيها؟
- أ) أنها تُكتب باستخدام الرموز الكيميائية فقط.
- ب) أنها تُكتب عادةً لتمثل إنتاج مول واحد من الناتج.
- ج) أنها تُكتب لتمثل تفاعل جميع المتفاعلات بالكامل.
- د) أنها تُكتب دون ذكر قيمة ΔH.
الإجابة الصحيحة: b
الإجابة: أنها تُكتب عادةً لتمثل إنتاج مول واحد من الناتج.
الشرح: 1. المعادلة الكيميائية الحرارية تعبر عن التغير في المحتوى الحراري (ΔH) للتفاعل.
2. لتسهيل المقارنة، يُفضل كتابتها لإنتاج مول واحد من المادة الناتجة.
3. تحقيق ذلك قد يتطلب استخدام معاملات كسرية لموازنة المعادلة.
تلميح: فكر في الوحدة التي تُكتب المعادلة من أجلها.
التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: سهل
ما الخطوة الأولى الأساسية عند تطبيق قانون هس لحساب ΔH لتفاعل ما باستخدام تفاعلات وسيطة؟
- أ) جمع قيم ΔH للتفاعلات الوسيطة مباشرة.
- ب) التأكد من أن التفاعلات الوسيطة تحتوي على جميع المواد الموجودة في التفاعل المطلوب.
- ج) عكس جميع التفاعلات الوسيطة.
- د) ضرب جميع معاملات التفاعلات الوسيطة في 2.
الإجابة الصحيحة: b
الإجابة: التأكد من أن التفاعلات الوسيطة تحتوي على جميع المواد الموجودة في التفاعل المطلوب.
الشرح: 1. قانون هس يستخدم تفاعلات وسيطة معروفة ΔH لها.
2. الخطوة الأولى الحاسمة هي التأكد من أن هذه التفاعلات الوسيطة مجتمعةً تحتوي على جميع المواد الداخلة والخارجة في التفاعل المطلوب.
3. هذا يضمن إمكانية الوصول إلى المعادلة المطلوبة عبر التلاعب الجبري (عكس، ضرب، جمع).
تلميح: قبل التلاعب بالمعادلات، يجب التحقق من توفر المكونات.
التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: متوسط
عند تطبيق قانون هس، إذا قمنا بعكس إحدى المعادلات الوسيطة، ماذا يحدث لقيمة ΔH الخاصة بها؟
- أ) تتضاعف قيمتها.
- ب) تتغير إشارتها (من موجبة إلى سالبة أو العكس).
- ج) تنقص إلى النصف.
- د) تبقى كما هي دون تغيير.
الإجابة الصحيحة: b
الإجابة: تتغير إشارتها (من موجبة إلى سالبة أو العكس).
الشرح: 1. قيمة ΔH تعبر عن حرارة التفاعل في اتجاه كتابته.
2. عكس المعادلة يعني كتابة التفاعل في الاتجاه المعاكس.
3. إذا كان التفاعل الأصلي ماصاً للحرارة (ΔH موجبة)، فإن التفاعل المعكوس يكون طارداً للحرارة (ΔH سالبة) والعكس صحيح.
4. بالتالي، إشارة ΔH تتغير عند عكس المعادلة.
تلميح: عكس التفاعل يعني تحويل المتفاعلات إلى نواتج والعكس.
التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: سهل
عند استخدام قانون هس لحساب التغير في المحتوى الحراري، ما الإجراء الصحيح الذي يجب تطبيقه على قيمة (ΔH) عند عكس اتجاه المعادلة الكيميائية الحرارية؟
- أ) تبقى قيمة ΔH ثابتة دون أي تغيير في الإشارة أو المقدار
- ب) تتغير إشارة قيمة ΔH من الموجب إلى السالب أو العكس
- ج) يتم ضرب قيمة ΔH في الرقم (2) مع الاحتفاظ بنفس الإشارة
- د) تتحول قيمة ΔH دائماً إلى الصفر عند عكس المتفاعلات والنواتج
الإجابة الصحيحة: b
الإجابة: تتغير إشارة قيمة ΔH من الموجب إلى السالب أو العكس
الشرح: 1. يعتمد قانون هس على أن التغير في المحتوى الحراري يعتمد فقط على طبيعة المواد المتفاعلة والناتجة وليس المسار.
2. عند عكس اتجاه تفاعل كيميائي حراري، فإننا نعكس طبيعة انتقال الطاقة فيه.
3. القاعدة تنص على أنه إذا تم عكس المعادلة، يجب تغيير إشارة قيمة ΔH المرافقة لها (مثلاً من -188 kJ إلى +188 kJ).
4. هذا الإجراء ضروري لموازنة الطاقة عند جمع المعادلات للوصول للتفاعل النهائي.
تلميح: تذكر أن التفاعل إذا كان طارداً للحرارة في اتجاه ما، فإنه يكون ماصاً لها في الاتجاه المعاكس.
التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: متوسط
إذا تم تعديل معاملات مادة ناتجة في معادلة كيميائية حرارية لتصبح '1 مول' بدلاً من '2 مول' باستخدام المعاملات الكسرية، فماذا يحدث لقيمة التغير في المحتوى الحراري (ΔH)؟
- أ) تتضاعف قيمة ΔH مرتين.
- ب) تبقى قيمة ΔH ثابتة ولا تتأثر بتغير المعاملات.
- ج) تصبح قيمة ΔH نصف قيمتها الأصلية.
- د) تتغير إشارة ΔH فقط من السالب إلى الموجب.
الإجابة الصحيحة: c
الإجابة: تصبح قيمة ΔH نصف قيمتها الأصلية
الشرح: 1. قيمة التغير في المحتوى الحراري (ΔH) تعتمد على كمية المادة المشاركة في التفاعل.
2. عند كتابة المعادلة لإنتاج مول واحد بدلاً من مولين، فإننا نقسم جميع معاملات المعادلة على 2.
3. وبما أن ΔH متناسبة مع المعاملات، فإن قيمتها تُقسم أيضاً على 2 لتصبح نصف القيمة السابقة.
تلميح: تذكر أن قيمة التغير في المحتوى الحراري تتناسب طردياً مع عدد المولات (المعاملات) في المعادلة المتوازنة.
التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط