صفحة 39 - كتاب الكيمياء - الصف 11 - الفصل 2 - المملكة العربية السعودية

الكتاب: كتاب الكيمياء - الصف 11 - الفصل 2 | المادة: الكيمياء | المرحلة: الصف 11 | الفصل الدراسي: 2

الدولة: المملكة العربية السعودية | المنهج: المنهج السعودي - وزارة التعليم

📚 معلومات الصفحة

الكتاب: كتاب الكيمياء - الصف 11 - الفصل 2 | المادة: الكيمياء | المرحلة: الصف 11 | الفصل الدراسي: 2

الدولة: المملكة العربية السعودية | المنهج: المنهج السعودي - وزارة التعليم

نوع المحتوى: درس تعليمي

📝 ملخص الصفحة

📚 المركبات ذات المرونة في استعمال الوقود (FFV) ووقود E85

المفاهيم الأساسية

المركبات ذات المرونة في استعمال الوقود (FFV): مركبات يمكنها العمل على الجازولين التقليدي (100% أو خليط 10% إيثانول) وعلى وقود E85.

وقود E85: خليط وقود يحتوي على 85% إيثانول (C₂H₅OH) و 15% جازولين.

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

  • مثال: تكوين NO₂

- ½ N₂(g) + O₂(g) → NO₂(g) ΔH°f = +33.2 kJ

- تفاعل ماص للحرارة

  • مثال: تكوين SO₃

- 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

  • الصيغة العامة:

- 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

  • مثال 1-6: احتراق الميثان

- 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.

تطبيق: المركبات ذات المرونة في استعمال الوقود (FFV) و E85

وقود E85

  • التركيب: 85% إيثانول (C₂H₅OH) + 15% جازولين.
  • المصدر: وقود متجدد (يمكن إنتاجه منزلياً).
  • الفائدة البيئية: يقلل إطلاق غازات الاحتباس الحراري (مثل CO₂ وأكاسيد النيتروجين) مقارنة بالجازولين.

متطلبات محرك FFV

  • خليط وقود: يحتاج إلى خليط أغنى (وقود أكثر، هواء أقل) من الجازولين.
  • حاقنات الوقود: يجب أن تكون قادرة على حقن كمية وقود أكبر من 30%.

منع التلف

  • سبب التلف: محتوى الإيثانول العالي في E85 يتلف مواد المركبات التقليدية.
  • مواد التصنيع:

- الخزان: يصنع من الفولاذ الذي لا يصدأ.

- الأنابيب: تصنع من الفولاذ الذي لا يصدأ أو تكون مبطنة بمواد لا تتفاعل.

الكتابة في الكيمياء (تمرين)

كتابة معادلات الاحتراق الكامل

  • للأوكتان (C₈H₁₈): ΔHcomb = -5471 kJ/mol
  • للإيثانول (C₂H₅OH): ΔHcomb = -1367 kJ/mol

أسئلة المقارنة

  • أيهما يطلق كمية أكبر من الطاقة لكل 1mol من الوقود؟
  • أيهما يطلق كمية أكبر من الطاقة لكل 1kg من الوقود؟

    • ```

    نقاط مهمة

    • وقود E85 مصدر متجدد ولا يعتمد بنسبة عالية على الوقود الأحفوري.
    • المركبات FFV تعمل على أنواع وقود المركبات التقليدية بالإضافة إلى E85.
    • احتراق E85 صديق للبيئة مقارنة بالجازولين.
    • تصميم محرك FFV يختلف عن التقليدي ليتناسب مع خصائص E85.
    • يجب استخدام مواد خاصة (مثل الفولاذ الذي لا يصدأ) في FFV لمنع تلفها بفعل الإيثانول.

    📋 المحتوى المنظم

    📖 محتوى تعليمي مفصّل

    نوع: محتوى تعليمي

    كيف تعمل الأشياء؟

    نوع: محتوى تعليمي

    المركبات ذات المرونة في استعمال الوقود

    نوع: محتوى تعليمي

    قد لا تزودنا محطات الوقود في المستقبل غير البعيد بأنواع من الجازولين فقط، ولكنها ستضخ أيضًا وقودًا يسمى E85. يمكن استعمال هذا الوقود في المركبات ذات المرونة في استعمال الوقود flexible fuel vehicle – (FFV). والفرق بين هذا النوع من المركبات والمركبات التقليدية أن المركبات التقليدية تعمل على الجازولين بنسبة 100% أو على خليط يتكون من 10% إيثانول و 90% جازولين، في حين تعمل FFV على أنواع الوقود التي تعمل بها المركبات التقليدية، وعلى E85 الذي يحتوي على 85% كحول. ويتميز الوقود E85 بعدم اعتماده على الوقود الأحفوري بنسبة عالية.

    1

    نوع: محتوى تعليمي

    مصدر متجدد E85 وقود 15% من حجمه جازولين و 85% إيثانول. والإيثانول C₂H₅OH وقود متجدد يمكن إنتاجه منزليًا.

    2

    نوع: محتوى تعليمي

    فائدة بيئية يقلل احتراق E85 من إطلاق غازات تسبب الاحتباس الحراري كثاني أكسيد الكربون وأكاسيد النيتروجين مقارنة بالجازولين.

    3

    نوع: محتوى تعليمي

    متطلبات الاحتراق محرك FFV الذي يحرق E85 يحتاج إلى خليط أغنى (وقود أكثر، هواء أقل) من حجم مماثل من الجازولين. حاقنات الوقود في FFV يجب أن يكون لديها القدرة على حقن كمية وقود أكبر من 30%.

    4

    نوع: محتوى تعليمي

    منع التلف إن محتوى الإيثانول في E85 عال لدرجة أنه يتلف بعض المواد المستعملة في المركبات التقليدية. لذلك يصنع خزان وقود FFV من الفولاذ الذي لا يصدأ. كذلك فإن أنابيب الوقود تصنع من الفولاذ الذي لا يصدأ أو تكون مبطنة بمواد لا تتفاعل.

    نوع: محتوى تعليمي

    الكتابة في الكيمياء

    نوع: QUESTION_HOMEWORK

    اكتب معادلات كيميائية حرارية تمثل الاحتراق الكامل لكل 1mol من الأوكتان C₈H₁₈، وهو أحد مكونات البنزين، و 1mol من الإيثانول C₂H₅OH. (ΔHcomb C₈H₁₈ = -5471 kJ/mol; ΔHcomb C₂H₅OH = -1367 kJ/mol)

    نوع: METADATA

    وزارة التعليم 39 Ministry of Education 2025 - 1447

    🔍 عناصر مرئية

    A photograph of a gas station with multiple fuel pumps and a white SUV being refueled. The image is accompanied by four numbered callouts (1, 2, 3, 4) that provide additional information about E85 fuel and flexible fuel vehicles (FFV).

    📄 النص الكامل للصفحة

    كيف تعمل الأشياء؟ المركبات ذات المرونة في استعمال الوقود قد لا تزودنا محطات الوقود في المستقبل غير البعيد بأنواع من الجازولين فقط، ولكنها ستضخ أيضًا وقودًا يسمى E85. يمكن استعمال هذا الوقود في المركبات ذات المرونة في استعمال الوقود flexible fuel vehicle – (FFV). والفرق بين هذا النوع من المركبات والمركبات التقليدية أن المركبات التقليدية تعمل على الجازولين بنسبة 100% أو على خليط يتكون من 10% إيثانول و 90% جازولين، في حين تعمل FFV على أنواع الوقود التي تعمل بها المركبات التقليدية، وعلى E85 الذي يحتوي على 85% كحول. ويتميز الوقود E85 بعدم اعتماده على الوقود الأحفوري بنسبة عالية. --- SECTION: 1 --- مصدر متجدد E85 وقود 15% من حجمه جازولين و 85% إيثانول. والإيثانول C₂H₅OH وقود متجدد يمكن إنتاجه منزليًا. --- SECTION: 2 --- فائدة بيئية يقلل احتراق E85 من إطلاق غازات تسبب الاحتباس الحراري كثاني أكسيد الكربون وأكاسيد النيتروجين مقارنة بالجازولين. --- SECTION: 3 --- متطلبات الاحتراق محرك FFV الذي يحرق E85 يحتاج إلى خليط أغنى (وقود أكثر، هواء أقل) من حجم مماثل من الجازولين. حاقنات الوقود في FFV يجب أن يكون لديها القدرة على حقن كمية وقود أكبر من 30%. --- SECTION: 4 --- منع التلف إن محتوى الإيثانول في E85 عال لدرجة أنه يتلف بعض المواد المستعملة في المركبات التقليدية. لذلك يصنع خزان وقود FFV من الفولاذ الذي لا يصدأ. كذلك فإن أنابيب الوقود تصنع من الفولاذ الذي لا يصدأ أو تكون مبطنة بمواد لا تتفاعل. الكتابة في الكيمياء اكتب معادلات كيميائية حرارية تمثل الاحتراق الكامل لكل 1mol من الأوكتان C₈H₁₈، وهو أحد مكونات البنزين، و 1mol من الإيثانول C₂H₅OH. (ΔHcomb C₈H₁₈ = -5471 kJ/mol; ΔHcomb C₂H₅OH = -1367 kJ/mol) 1. أيهما يطلق كمية أكبر من الطاقة لكل 1mol من الوقود؟ 2. أيهما يطلق كمية أكبر من الطاقة لكل 1kg من الوقود؟ وزارة التعليم 39 Ministry of Education 2025 - 1447 --- VISUAL CONTEXT --- **FIGURE**: Untitled Description: A photograph of a gas station with multiple fuel pumps and a white SUV being refueled. The image is accompanied by four numbered callouts (1, 2, 3, 4) that provide additional information about E85 fuel and flexible fuel vehicles (FFV). Context: Illustrates the concept of flexible fuel vehicles and E85 fuel, detailing its composition, environmental benefits, engine requirements, and material considerations.

    ✅ حلول أسئلة الكتاب الرسمية

    عدد الأسئلة: 2

    سؤال 1: أيهما يطلق كمية أكبر من الطاقة لكل 1mol من الوقود؟

    الإجابة: الأوكتان (5471 > 1367)

    خطوات الحل:

    1. **الخطوة 1 (المعطيات):**
    2. لنفهم السؤال، نحتاج لمعرفة كمية الطاقة المنبعثة عند احتراق مول واحد من كل وقود.
    3. لدينا قيمتان للطاقة المنبعثة لكل 1 مول:
    4. - الأوكتان: 5471 kJ/mol
    5. - الإيثانول: 1367 kJ/mol
    6. **الخطوة 2 (المقارنة):**
    7. نقارن بين القيمتين لنرى أيهما أكبر.
    8. 5471 أكبر من 1367.
    9. **الخطوة 3 (النتيجة):**
    10. إذن، الأوكتان يطلق كمية أكبر من الطاقة لكل 1 مول من الوقود. الإجابة هي: **الأوكتان (5471 > 1367)**

    سؤال 2: أيهما يطلق كمية أكبر من الطاقة لكل 1kg من الوقود؟

    الإجابة: الإيثانول

    خطوات الحل:

    1. **الخطوة 1 (المعطيات):**
    2. هذا السؤال يطلب مقارنة كمية الطاقة المنبعثة لكل 1 كيلوجرام من الوقود، وليس لكل مول.
    3. لدينا قيم الطاقة المنبعثة لكل مول، ونحتاج لتحويلها إلى طاقة لكل كيلوجرام.
    4. نحتاج لمعرفة الكتلة المولية لكل وقود:
    5. - الأوكتان (C8H18): الكتلة المولية = (8 × 12.01) + (18 × 1.01) ≈ 114.23 g/mol = 0.11423 kg/mol
    6. - الإيثانول (C2H5OH): الكتلة المولية = (2 × 12.01) + (6 × 1.01) + (1 × 16.00) ≈ 46.08 g/mol = 0.04608 kg/mol
    7. **الخطوة 2 (الحساب):**
    8. نحسب الطاقة المنبعثة لكل كيلوجرام لكل وقود:
    9. - الأوكتان: الطاقة لكل kg = (5471 kJ/mol) / (0.11423 kg/mol) ≈ 47894 kJ/kg
    10. - الإيثانول: الطاقة لكل kg = (1367 kJ/mol) / (0.04608 kg/mol) ≈ 29666 kJ/kg
    11. **الخطوة 3 (المقارنة والنتيجة):**
    12. بمقارنة القيمتين، نجد أن 47894 kJ/kg (للأوكتان) أكبر من 29666 kJ/kg (للإيثانول).
    13. إذن، الأوكتان يطلق كمية أكبر من الطاقة لكل 1 كيلوجرام من الوقود. الإجابة هي: **الأوكتان**

    🎴 بطاقات تعليمية للمراجعة

    عدد البطاقات: 5 بطاقة لهذه الصفحة

    ما هو الوقود E85 المستخدم في المركبات ذات المرونة في استعمال الوقود (FFV)؟

    • أ) خليط وقود يحتوي على 85% جازولين و 15% إيثانول.
    • ب) خليط وقود يحتوي على 50% إيثانول و 50% جازولين.
    • ج) خليط وقود يحتوي على 85% إيثانول و 15% جازولين.
    • د) وقود ديزل نقي مع إضافات إيثانول.

    الإجابة الصحيحة: c

    الإجابة: خليط وقود يحتوي على 85% إيثانول و 15% جازولين.

    الشرح: 1. الوقود E85 هو بديل للجازولين التقليدي. 2. يتكون من مادتين رئيسيتين: الإيثانول والجازولين. 3. نسبة الإيثانول فيه هي 85%، بينما تشكل نسبة الجازولين 15% المتبقية.

    تلميح: فكر في النسبة المئوية المكونة لهذا النوع من الوقود البديل.

    التصنيف: تعريف | المستوى: سهل

    ما الفائدة البيئية الرئيسية لاستخدام وقود E85 مقارنة بالجازولين التقليدي؟

    • أ) يزيد من كفاءة استهلاك الوقود بنسبة 30%.
    • ب) يقلل من تكلفة إنتاج الوقود بشكل كبير.
    • ج) يقلل من إطلاق غازات تسبب الاحتباس الحراري مثل ثاني أكسيد الكربون وأكاسيد النيتروجين.
    • د) يُنتج طاقة أكبر لكل لتر مقارنة بالجازولين.

    الإجابة الصحيحة: c

    الإجابة: يقلل من إطلاق غازات تسبب الاحتباس الحراري مثل ثاني أكسيد الكربون وأكاسيد النيتروجين.

    الشرح: 1. احتراق الوقود ينتج غازات عادم. 2. مقارنةً باحتراق الجازولين، فإن احتراق وقود E85 ينتج كمية أقل من الغازات المسببة للاحتباس الحراري. 3. من أبرز هذه الغازات: ثاني أكسيد الكربون (CO₂) وأكاسيد النيتروجين (NOₓ).

    تلميح: ركز على تأثير الاحتراق على الغلاف الجوي.

    التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

    لماذا تحتاج محركات المركبات المرنة (FFV) التي تستخدم E85 إلى خليط وقود أغنى (مزيد من الوقود، هواء أقل)؟

    • أ) لأن الإيثانول يحترق بشكل أبطأ ويتطلب وقتًا أطول.
    • ب) لأن كثافة E85 أقل، وبالتالي يحتاج حجم أكبر للحصول على نفس الكتلة.
    • ج) لأن حجم مماثل من وقود E85 يحتاج إلى كمية وقود أكبر لتحقيق احتراق كامل مقارنة بالجازولين.
    • د) لتبريد المحرك بشكل أكثر فعالية ومنع ارتفاع درجة الحرارة.

    الإجابة الصحيحة: c

    الإجابة: لأن حجم مماثل من وقود E85 يحتاج إلى كمية وقود أكبر لتحقيق احتراق كامل مقارنة بالجازولين.

    الشرح: 1. المحرك يحتاج إلى طاقة معينة للعمل. 2. وقود E85 (الغني بالإيثانول) له قيمة حرارية (ΔH) مختلفة عن الجازولين. 3. للحصول على نفس الطاقة، قد يحتاج المحرك إلى حجم أكبر من وقود E85. 4. لذلك، يجب ضخ كمية أكبر من E85 عبر حاقنات الوقود لتعويض الفرق.

    تلميح: فكر في الاختلاف في كثافة الطاقة أو التركيب الكيميائي بين الوقودين.

    التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: صعب

    ما الفرق الرئيسي في التصميم بين خزان وقود مركبة FFV والخزان في المركبة التقليدية؟

    • أ) خزان FFV أصغر حجمًا لاستيعاب كثافة طاقة أعلى لـ E85.
    • ب) خزان FFV معزول حرارياً للحفاظ على درجة حرارة الوقود.
    • ج) يصنع خزان وقود FFV من الفولاذ الذي لا يصدأ لمقاومة التلف الناتج عن الإيثانول.
    • د) خزان FFV يحتوي على فلاتر إضافية لتنقية وقود E85.

    الإجابة الصحيحة: c

    الإجابة: يصنع خزان وقود FFV من الفولاذ الذي لا يصدأ لمقاومة التلف الناتج عن الإيثانول.

    الشرح: 1. وقود E85 يحتوي على نسبة عالية من الإيثانول. 2. الإيثانول مادة كيميائية نشطة يمكن أن تتفاعل مع وتتلف بعض المواد البلاستيكية أو المعدنية الشائعة. 3. لمنع هذا التلف، يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ (الستانلس ستيل) في صناعة خزان الوقود لأنها مادة خاملة لا تتفاعل مع الإيثانول.

    تلميح: فكر في التفاعل الكيميائي بين الإيثانول ومواد التصنيع.

    التصنيف: فرق بين مفهومين | المستوى: متوسط

    عند مقارنة احتراق مول واحد من الأوكتان والإيثانول، أي منهما يعتبر مصدر طاقة أكثر كفاءة بناءً على قيمة ΔHcomb؟

    • أ) الإيثانول، لأن قيمته ΔHcomb أقل سلبية.
    • ب) الأوكتان (C₈H₁₈) لأنه يطلق طاقة أكبر لكل مول (5471- كيلوجول/مول مقابل 1367- كيلوجول/مول).
    • ج) كلاهما متساويان في كفاءة الطاقة لكل مول.
    • د) الإيثانول، لأنه وقود متجدد وبالتالي كفاءته أعلى.

    الإجابة الصحيحة: b

    الإجابة: الأوكتان (C₈H₁₈) لأنه يطلق طاقة أكبر لكل مول (5471- كيلوجول/مول مقابل 1367- كيلوجول/مول).

    الشرح: 1. ΔHcomb تمثل التغير في المحتوى الحراري (الطاقة) عند الاحتراق. 2. القيمة السالبة تعني أن الطاقة منطلقة (تفاعل طارد للحرارة). 3. كلما زادت القيمة المطلقة لـ ΔHcomb (بغض النظر عن الإشارة)، زادت الطاقة المنطلقة. 4. ΔHcomb للأوكتان = -5471 kJ/mol (قيمة مطلقة = 5471). 5. ΔHcomb للإيثانول = -1367 kJ/mol (قيمة مطلقة = 1367). 6. 5471 > 1367، لذا الأوكتان يطلق طاقة أكبر لكل مول.

    تلميح: قارن القيم المطلقة (بغض النظر عن الإشارة السالبة) لكمية الطاقة المنطلقة.

    التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط