صفحة 34 - كتاب الكيمياء - الصف 11 - الفصل 2 - المملكة العربية السعودية

سؤال 32: 32. استعمل المعادلتين a و b لإيجاد ΔH للتفاعل الآتي: $2CO_{(g)} + 2NO_{(g)} \rightarrow 2CO_{2(g)} + N_{2(g)}$ $\Delta H = ?$ a. $2CO_{(g)} + O_{2(g)} \rightarrow 2CO_{2(g)}$ $\Delta H = -566.0 kJ$ b. $N_{2(g)} + O_{2(g)} \rightarrow 2NO_{(g)}$ $\Delta H = -180.6 kJ$

الإجابة: ΔH = -385.4 kJ

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات):** لدينا تفاعل الهدف: $$2CO_{(g)} + 2NO_{(g)} \rightarrow 2CO_{2(g)} + N_{2(g)} \quad \Delta H = ?$$ ولدينا معادلتان مساعدتان: أ) $$2CO_{(g)} + O_{2(g)} \rightarrow 2CO_{2(g)} \quad \Delta H_a = -566.0 \, \text{kJ}$$ ب) $$N_{2(g)} + O_{2(g)} \rightarrow 2NO_{(g)} \quad \Delta H_b = -180.6 \, \text{kJ}$$
2. **الخطوة 2 (الاستراتيجية):** نستخدم قانون هيس (Hess's Law) الذي ينص على أن التغير في المحتوى الحراري (ΔH) للتفاعل الكلي يعتمد فقط على الحالة الابتدائية والنهائية، وليس على المسار. لذلك يمكننا معالجة المعادلات المساعدة (عكسها، ضربها في معامل، جمعها) للحصول على معادلة الهدف. لنلاحظ مكونات معادلة الهدف: - المواد المتفاعلة: 2CO و 2NO. - المواد الناتجة: 2CO₂ و N₂. نحتاج إلى التخلص من O₂ الموجود في المعادلات المساعدة لأنه غير موجود في معادلة الهدف.
3. **الخطوة 3 (معالجة المعادلات):** 1. **المعادلة (أ):** $$2CO + O_2 \rightarrow 2CO_2 \quad \Delta H_a = -566.0 \, \text{kJ}$$ هذه المعادلة جيدة كما هي لأنها تحتوي على 2CO في المتفاعلات و 2CO₂ في النواتج، تماماً كما في معادلة الهدف. 2. **المعادلة (ب):** $$N_2 + O_2 \rightarrow 2NO \quad \Delta H_b = -180.6 \, \text{kJ}$$ في معادلة الهدف، NO موجود في المتفاعلات، لكن في المعادلة (ب) NO موجود في النواتج. لذلك نحتاج إلى عكس هذه المعادلة. عند عكس المعادلة، نعكس إشارة ΔH. المعادلة المعكوسة: $$2NO \rightarrow N_2 + O_2 \quad \Delta H = +180.6 \, \text{kJ}$$
4. **الخطوة 4 (الجمع والتبسيط):** نقوم بجمع المعادلة (أ) والمعادلة (ب) المعكوسة: $$(2CO + O_2 \rightarrow 2CO_2) \quad \Delta H = -566.0 \, \text{kJ}$$ $$+(2NO \rightarrow N_2 + O_2) \quad \Delta H = +180.6 \, \text{kJ}$$ ___________________________ $$2CO + O_2 + 2NO \rightarrow 2CO_2 + N_2 + O_2 \quad \Delta H_{total} = ?$$ نلاحظ أن جزيء O₂ موجود في طرفي المعادلة، فيمكن حذفه (يلغي بعضه). تصبح المعادلة بعد الحذف: $$2CO + 2NO \rightarrow 2CO_2 + N_2$$ وهذه هي بالضبط معادلة الهدف.
5. **الخطوة 5 (حساب ΔH):** ΔH للتفاعل الكلي هو مجموع ΔH للمعادلات المكونة له. $$\Delta H_{total} = \Delta H_a + (-\Delta H_b)$$ $$\Delta H_{total} = (-566.0 \, \text{kJ}) + (+180.6 \, \text{kJ})$$ $$\Delta H_{total} = -566.0 + 180.6 = -385.4 \, \text{kJ}$$ **النتيجة:** إذن قيمة ΔH للتفاعل المطلوب هي **-385.4 kJ**.

سؤال 33: 33. تحفيز إذا كانت قيمة ΔH للتفاعل الآتي $-1789 kJ$، فاستعمل ذلك مع المعادلة a لإيجاد ΔH للتفاعل b. $4Al_{(s)} + 3MnO_{2(s)} \rightarrow 2Al_{2}O_{3(s)} + 3Mn_{(s)}$ $\Delta H = -1789 kJ$ a. $4Al_{(s)} + 3O_{2(g)} \rightarrow 2Al_{2}O_{3(s)}$ $\Delta H = -3352 kJ$ b. $Mn_{(s)} + O_{2(g)} \rightarrow MnO_{2(s)}$ $\Delta H = ?$

الإجابة: ΔH = -521.0 kJ

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات):** لدينا تفاعل الهدف الكلي مع ΔH معطى: $$4Al_{(s)} + 3MnO_{2(s)} \rightarrow 2Al_2O_{3(s)} + 3Mn_{(s)} \quad \Delta H_{total} = -1789 \, \text{kJ}$$ ولدينا معادلة مساعدة (أ): $$4Al_{(s)} + 3O_{2(g)} \rightarrow 2Al_2O_{3(s)} \quad \Delta H_a = -3352 \, \text{kJ}$$ ومطلوب إيجاد ΔH للتفاعل (ب): $$Mn_{(s)} + O_{2(g)} \rightarrow MnO_{2(s)} \quad \Delta H_b = ?$$
2. **الخطوة 2 (الاستراتيجية والعلاقة):** نلاحظ أن التفاعل الكلي (الهدف) يمكن اعتباره ناتجاً عن جمع أو طرح تفاعلات أخرى. الفكرة هي التعبير عن ΔH_total بدلالة ΔH_a و ΔH_b. لنحلل مكونات التفاعل الكلي: - المتفاعلات: 4Al و 3MnO₂. - النواتج: 2Al₂O₃ و 3Mn. إذا نظرنا إلى المعادلة (أ)، نجد أنها تعطينا تكوين 2Al₂O₃ من 4Al و 3O₂. لكن في التفاعل الكلي، الأكسجين O₂ غير موجود بشكل حر، بل موجود داخل مركب MnO₂ في المتفاعلات. لذلك، يمكن التفكير بأن التفاعل الكلي = المعادلة (أ) + (شيء يتعلق بتحويل MnO₂ إلى Mn و O₂).
3. **الخطوة 3 (صياغة العلاقة الرياضية):** لنفترض أن المعادلة (ب) هي تفاعل تكوين MnO₂ من عناصره: $$Mn + O_2 \rightarrow MnO_2 \quad \Delta H_b$$ في التفاعل الكلي، MnO₂ هو متفاعل (على اليسار)، بينما في معادلة التكوين (ب) هو ناتج (على اليمين). لذلك، للحصول على MnO₂ في المتفاعلات (كما في التفاعل الكلي)، نحتاج إلى عكس معادلة التكوين (ب). وعند العكس، نضرب ΔH_b في -1. بما أن لدينا 3 مولات من MnO₂ في التفاعل الكلي، نحتاج إلى عكس معادلة (ب) وضربها في 3. المعادلة (ب) المعكوسة والمضروبة في 3: $$3MnO_{2(s)} \rightarrow 3Mn_{(s)} + 3O_{2(g)} \quad \Delta H = -3 \times \Delta H_b$$
4. **الخطوة 4 (تكوين المعادلة الكلية):** الآن، إذا جمعنا المعادلة (أ) مع المعادلة (ب) المعكوسة والمضروبة في 3، ماذا نحصل؟ المعادلة (أ): $$4Al + 3O_2 \rightarrow 2Al_2O_3 \quad \Delta H_a = -3352 \, \text{kJ}$$ + المعادلة (ب) المعكوسة: $$3MnO_2 \rightarrow 3Mn + 3O_2 \quad \Delta H = -3\Delta H_b$$ _______________________________________________________ الناتج: $$4Al + 3O_2 + 3MnO_2 \rightarrow 2Al_2O_3 + 3Mn + 3O_2 \quad \Delta H_{sum} = \Delta H_a + (-3\Delta H_b)$$ نلاحظ أن 3O₂ تظهر في الطرفين، فيمكن حذفها (تلغي بعضها). بعد الحذف، يصبح الناتج: $$4Al + 3MnO_2 \rightarrow 2Al_2O_3 + 3Mn$$ وهذا هو بالضبط التفاعل الكلي المعلوم ΔH_total له (-1789 kJ).
5. **الخطوة 5 (حل المعادلة لإيجاد ΔH_b):** من الخطوة السابقة، نستنتج أن: $$\Delta H_{total} = \Delta H_a + (-3 \times \Delta H_b)$$ نعوض بالقيم المعطاة: $$-1789 \, \text{kJ} = (-3352 \, \text{kJ}) + (-3 \times \Delta H_b)$$ نحل هذه المعادلة لإيجاد ΔH_b: 1. ننقل ΔH_a إلى الطرف الآخر: $$-1789 - (-3352) = -3 \Delta H_b$$ $$-1789 + 3352 = -3 \Delta H_b$$ $$1563 = -3 \Delta H_b$$ 2. نقسم الطرفين على -3: $$\Delta H_b = \frac{1563}{-3}$$ $$\Delta H_b = -521.0 \, \text{kJ}$$ **النتيجة:** إذن قيمة ΔH لتفاعل تكوين MnO₂ (المعادلة ب) هي **-521.0 kJ**.

ما هو قانون هس (Hess's Law)؟

• أ) قانون يصف العلاقة بين الضغط والحجم لكمية ثابتة من الغاز عند درجة حرارة ثابتة.
• ب) قانون ينص على أن التغير في المحتوى الحراري (ΔH) للتفاعل الكلي يعتمد فقط على الحالة الابتدائية والنهائية، وليس على المسار الذي يسلكه التفاعل.
• ج) قانون يربط بين سرعة التفاعل الكيميائي وتركيز المواد المتفاعلة.
• د) قانون يحدد قابلية ذوبان مادة في مذيب عند درجة حرارة وضغط معينين.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: قانون ينص على أن التغير في المحتوى الحراري (ΔH) للتفاعل الكلي يعتمد فقط على الحالة الابتدائية والنهائية، وليس على المسار الذي يسلكه التفاعل.

الشرح: 1. قانون هس هو قانون في الكيمياء الحرارية. 2. ينص على أن ΔH للتفاعل الكلي هو نفسه بغض النظر عن عدد الخطوات أو المسار. 3. يمكن استخدامه لحساب ΔH لتفاعل ما عن طريق جمع أو طرح ΔH لتفاعلات أخرى معروفة.

تلميح: يركز هذا القانون على خاصية التغير الحراري وعلاقته بحالات المواد.

التصنيف: تعريف | المستوى: متوسط

ما تعريف المحتوى الحراري (أو حرارة) التكوين القياسية (ΔH°f)؟

• أ) هو كمية الحرارة المنطلقة أو الممتصة عند احتراق مول واحد من المادة في وفرة من الأكسجين.
• ب) هو التغير في المحتوى الحراري الذي يرافق تكوين مول واحد من المركب في الظروف القياسية من عناصره في حالتها القياسية.
• ج) هو التغير في الإنتروبيا عند تحول مول واحد من المادة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة.
• د) هو الطاقة اللازمة لكسر مول واحد من الروابط في جزيء غازي.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: هو التغير في المحتوى الحراري الذي يرافق تكوين مول واحد من المركب في الظروف القياسية من عناصره في حالتها القياسية.

الشرح: 1. حرارة التكوين القياسية هي خاصية للمركب. 2. هي ΔH المصاحب لتكوين مول واحد من المركب. 3. الظروف القياسية هي ضغط 1 atm ودرجة حرارة 25°C (298 K). 4. العناصر المتفاعلة يجب أن تكون في حالتها القياسية.

تلميح: يتعلق هذا التعريف بتكوين مركب من عناصره الأولية.

التصنيف: تعريف | المستوى: متوسط

ما هي الحالة القياسية لغاز الأكسجين؟

• أ) سائل عند درجة حرارة 0°C وضغط 1 atm.
• ب) غاز أحادي الذرة (O) عند ضغط 2 atm ودرجة حرارة 25°C.
• ج) غاز ثنائي الذرة (O₂) عند ضغط جوي واحد (1 atm) ودرجة حرارة 25°C (298 K).
• د) صلب بلوري عند درجة حرارة -273°C.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: غاز ثنائي الذرة (O₂) عند ضغط جوي واحد (1 atm) ودرجة حرارة 25°C (298 K).

الشرح: 1. الحالة القياسية هي الظروف المرجعية للمقارنة. 2. للأكسجين، الحالة القياسية هي غاز. 3. الصيغة الجزيئية هي O₂ (ثنائي الذرة). 4. الظروف: ضغط 1 atm ودرجة حرارة 25°C.

تلميح: تذكر أن العناصر توجد في صيغ معينة في حالتها القياسية.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: سهل

عند تطبيق قانون هس، إذا أردنا عكس معادلة كيميائية معروفة ΔH لها، ماذا نفعل بقيمة ΔH؟

• أ) نحافظ على نفس قيمة ΔH دون تغيير.
• ب) نقسم قيمة ΔH على 2.
• ج) نعكس إشارة ΔH (نضربها في -1).
• د) نضرب قيمة ΔH في عدد مولات المادة المستهدفة.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: نعكس إشارة ΔH (نضربها في -1).

الشرح: 1. قانون هس يسمح بمعالجة المعادلات الكيميائية المعروفة ΔH لها. 2. عند عكس المعادلة (جعل المتفاعلات نواتج والعكس)، فإن ΔH للتفاعل المعكوس تساوي ΔH للتفاعل الأصلي مع عكس الإشارة. 3. مثال: إذا كان ΔH للتفاعل A → B = -100 kJ، فإن ΔH للتفاعل B → A = +100 kJ.

تلميح: فكر في أن عكس التفاعل يعني عكس اتجاه التغير الحراري.

التصنيف: صيغة/خطوات | المستوى: متوسط

أي مما يلي يمثل تفاعل حرارة تكوين قياسية لثالث أكسيد الكبريت (SO₃)؟

• أ) SO₂(g) + ¹/₂ O₂(g) → SO₃(g)
• ب) 2S(s) + 3O₂(g) → 2SO₃(g)
• ج) S(s) + ³/₂ O₂(g) → SO₃(g)
• د) H₂SO₄(aq) → SO₃(g) + H₂O(l)

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: S(s) + ³/₂ O₂(g) → SO₃(g)

الشرح: 1. تفاعل حرارة التكوين القياسية يكون مول واحد من المركب من عناصره. 2. العناصر: الكبريت (S) صلب، والأكسجين (O₂) غاز في حالتهما القياسية. 3. المعادلة المتوازنة الصحيحة هي: S(s) + ³/₂ O₂(g) → SO₃(g).

تلميح: تذكر أن تفاعل التكوين القياسي يكون المركب من عناصره في حالاتها القياسية.

التصنيف: سؤال اختبار | المستوى: صعب