📚 قانون هس وحرارة التكوين (تمارين وتقويم)
المفاهيم الأساسية
قانون هس: يمكن استعماله لإيجاد ΔH للتفاعل. (يُذكر في الصفحة دون تعريف تفصيلي).
حرارة التكوين القياسية (ΔH°f): تُعرّف العناصر في حالاتها القياسية على تدريجها.
خريطة المفاهيم
```markmap
الحرارة المنطلقة من تفاعلات الاحتراق
حرارة التكوين القياسية
التعريف
- ΔH°f لتكوين مول واحد من المركب في الظروف القياسية
- عناصر في حالتها القياسية: ΔH°f = 0.0 kJ/mol
- نقطة مرجعية (مثل الصفر المئوي)
إيجادها بالتجارب
-
½ N₂(g) + O₂(g) → NO₂(g) ΔH°f = +33.2 kJ
- تفاعل ماص للحرارة
-
S(s) + 3/2 O₂(g) → SO₃(g) ΔH°f = -396 kJ
- تفاعل طارد للحرارة
تمثيل بياني (الشكل 1-14)
- تدريج حرارة التكوين
- NO₂ فوق العناصر المكونة (+33.2 kJ)
- SO₃ تحت الصفر (-396 kJ)
قيم لمواد شائعة (الجدول 5-1)
- H₂S(g): ΔH°f = -21 kJ/mol
- HF(g): ΔH°f = -273 kJ/mol
- SO₃(g): ΔH°f = -396 kJ/mol
- SF₆(g): ΔH°f = -1220 kJ/mol
مثال: الماء
H₂(g) + ½ O₂(g) → H₂O(l) ΔH°f = -286 kJ/mol
استعمال حرارة التكوين القياسية
#### مثال تطبيقي: إنتاج سادس فلوريد الكبريت (SF₆)
- التفاعل المستهدف:
H₂S(g) + 4F₂(g) → 2HF(g) + SF₆(g) ΔH°rxn = ?
- الخطوات باستخدام قانون هس:
-
الخطوة 1: كتابة معادلات التكوين من الجدول
- ½H₂(g) + ½F₂(g) → HF(g) ΔH°f = -273 kJ
- S(s) + 3F₂(g) → SF₆(g) ΔH°f = -1220 kJ
- H₂(g) + S(s) → H₂S(g) ΔH°f = -21 kJ
- الخطوة 2: التعامل مع المواد المتفاعلة والناتجة
- استخدام معادلتي التكوين للنواتج (a, b) كما هما.
- عكس معادلة تكوين المتفاعل (c) وتغيير إشارة ΔH°f:
- H₂S(g) → H₂(g) + S(s) ΔH°f = +21 kJ
- الخطوة 3: ضرب المعادلات حسب المعاملات
- تحتاج 2 مول من HF، لذا تضرب المعادلة (a) في 2:
- H₂(g) + F₂(g) → 2HF(g) ΔH°f = -546 kJ
- الخطوة 4: جمع المعادلات وقيم ΔH°f
- H₂(g) + F₂(g)→2HF(g) ΔH°f = -546 kJ
- S(s) + 3F₂(g) → SF₆(g) ΔH°f = -1220 kJ
- H₂S(g) →H₂(g) + S(s) ΔH°f = 21 kJ
- المحصلة: H₂S(g) + 4F₂(g) → 2HF(g) + SF₆(g) ΔH°rxn = -1745 kJ
#### تطبيق SF₆ (الشكل 15-1)
- يستخدم في الحفر على رقائق السليكون لإنتاج أشباه الموصلات.
- أشباه الموصلات: أجزاء مهمة في الأجهزة الإلكترونية الحديثة (حواسيب، هواتف خلوية، مشغلات MP3).
#### حساب ΔH°rxn مباشرة من ΔH°f
-
ΔH°rxn = ΣΔH°f (products) – ΣΔH°f (reactants)
- تطبيق على تفاعل H₂S مع F₂:
-
ΔH°rxn = [(2)ΔH°f (HF) + ΔH°f (SF₆)] – [ΔH°f (H₂S) + (4) ΔH°f (F₂)]
- ΔH°rxn = [(2)(–273 kJ) + (–1220 kJ)] – [–21 kJ + (4)(0.0 kJ)]
- ΔH°rxn = –1745 kJ
-
التفاعل:
CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l)
- المعطيات:
- ΔH°f (CO₂) = –394 kJ
- ΔH°f (H₂O) = –286 kJ
- ΔH°f (CH₄) = –75 kJ
- ΔH°f (O₂) = 0.0 kJ
- الحساب:
- ΔH°rxn = [ΔH°f (CO₂) + (2)ΔH°f (H₂O)] – [ΔH°f (CH₄) + (2)ΔH°f (O₂)]
- ΔH°rxn = [(–394 kJ) + (2)(–286 kJ)] – [–75 kJ + (2)(0.0 kJ)]
- ΔH°rxn = –891 kJ
التقويم والتمارين (صفحة 38)
تطبيقات قانون هس
- بيان كيف أن مجموع معادلات حرارة التكوين يعطي تفاعلاً مستهدفاً (بدون قيم ΔH).
- حساب ΔH°rxn باستخدام جدول قيم حرارة التكوين القياسية.
- إيجاد حرارة الاحتراق القياسية (ΔH°comb) لحمض البيوتانويك.
- دمج معادلتين لحرارة التكوين لإيجاد ΔH°f لمركب جديد (مثل NO₂).
استنتاجات من الجدول 5-1
- تحليل ثبات المركبات مقارنة بعناصرها القياسية (المركب الأكثر استقراراً له طاقة أقل).
تفسير الرسوم العلمية
- عمل رسم لتدريج حرارة التكوين القياسية.
- استخدام الرسم لإيجاد حرارة تكوين الماء عند 298 كلفن.
```
نقاط مهمة
- الصفحة تحتوي على تمارين تدريبية وتقويم للفصل 1-4 حول قانون هس وحرارة التكوين.
- التمارين تركز على التطبيق العملي لقانون هس باستخدام معادلات حرارة التكوين.
- يُطلب من الطالب الاستنتاج حول استقرار المركبات من خلال قيم ΔH°f في الجدول 5-1.
- أحد الأنشطة يتضمن تفسير رسوم علمية لتمثيل حرارة التكوين.