الخلاصة - كتاب الكيمياء - الصف 11 - الفصل 2 - المملكة العربية السعودية

سؤال 18: 18. اكتب معادلة قانون سرعة التفاعل $aA + bB \rightarrow$ نواتج إذا كان تفاعل المادة A من الرتبة الثالثة.

الإجابة: $R = k[A]^3$

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** قانون سرعة التفاعل يكتب عادة على الصورة $R = k[A]^m[B]^n$ حيث $m$ و $n$ هما رتبة التفاعل بالنسبة للمادة A والمادة B على التوالي، و $k$ هو ثابت السرعة.
2. **الخطوة 2 (التطبيق):** السؤال يقول أن التفاعل بالنسبة للمادة A هو من الرتبة الثالثة. هذا يعني أن الأس $m$ في قانون السرعة للمادة A يساوي 3.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** إذن معادلة قانون السرعة هي: $R = k[A]^3$

سؤال 19: 19. إذا علمت أن التفاعل $2NO(g) + O_2(g) \rightarrow 2NO_2(g)$ من الرتبة الأولى للأكسجين، والرتبة الكلية للتفاعل هي الرتبة الثالثة، فما القانون العام لسرعة التفاعل؟

الإجابة: $R = k[NO]^2[O_2]$

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات):** لنحدد ما لدينا: - التفاعل: $2NO(g) + O_2(g) \rightarrow 2NO_2(g)$ - رتبة التفاعل بالنسبة للأكسجين $O_2$ هي الأولى. - الرتبة الكلية للتفاعل هي الثالثة.
2. **الخطوة 2 (الاستنتاج):** الرتبة الكلية هي مجموع رتب التفاعل بالنسبة لكل مادة متفاعلة. إذا كانت رتبة $O_2$ هي 1 والرتبة الكلية هي 3، فهذا يعني أن رتبة $NO$ يجب أن تكون $3 - 1 = 2$.
3. **الخطوة 3 (كتابة القانون):** إذن القانون العام لسرعة التفاعل سيكون: $R = k[NO]^2[O_2]^1$ أو ببساطة $R = k[NO]^2[O_2]$

سؤال 20: 20. في ضوء البيانات التجريبية الواردة في الجدول الآتي، حدد قانون سرعة التفاعل: نواتج $\rightarrow aA + bB$ (ملاحظة: أي رقم مرفوع إلى القوة صفر يساوي 1. على سبيل المثال: $1 = (55.6)^0$ و $1 = (0.22)^0$)

الإجابة: رتبة $A = 0$ ورتبة $B = 1$ لذا: $R = k[B]$

خطوات الحل:

1. **الشرح:** الفكرة هنا هي تحليل البيانات التجريبية لتحديد رتبة التفاعل بالنسبة لكل مادة. عندما يكون تركيز المادة A ثابتاً وتتغير سرعة التفاعل بتغير تركيز B، فهذا يدل على أن سرعة التفاعل تعتمد على تركيز B. والعكس صحيح. إذا تغير تركيز A ولم تتغير السرعة، فهذا يعني أن رتبة A هي صفر (أي أن تركيزها لا يؤثر على السرعة). بناءً على البيانات المذكورة في الجدول (التي لم تُذكر هنا لكن الإجابة تشير إليها)، نستنتج أن تغيير تركيز A لا يغير السرعة، بينما تغيير تركيز B يغير السرعة بشكل مباشر. لذلك، رتبة A = 0 ورتبة B = 1. إذن قانون السرعة هو: $R = k[B]^1$ أو $R = k[B]$

سؤال 21: 21. تحفيز إذا علمت أن قانون سرعة التفاعل: $CH_3CHO(g) \rightarrow CH_4(g) + CO(g)$ هو: $R = k[CH_3CHO]^2$. فاستعمل هذه المعلومات لتعبئة البيانات المفقودة في الجدول الآتي:

الإجابة: عند: $[A] = 8.00 \times 10^{-3} M$ يكون: $R = 4.32 \times 10^{-10} mol/(L \cdot s)$

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات والقانون):** لدينا قانون سرعة التفاعل: $R = k[CH_3CHO]^2$. هذا يعني أن التفاعل من الرتبة الثانية بالنسبة لـ $CH_3CHO$ (الذي نرمز له أحياناً بـ [A]).
2. **الخطوة 2 (حساب ثابت السرعة k):** من البيانات المعطاة في الجدول (التي لم تُذكر كاملة)، نستخدم زوجاً من القيم المعروفة للتركيز [A] والسرعة R لحساب قيمة k. القانون هو $k = R / [A]^2$.
3. **الخطوة 3 (تطبيق القانون لإيجاد البيانات المفقودة):** بعد حساب k، نعوض في القانون $R = k[A]^2$ باستخدام التركيز الجديد $[A] = 8.00 \times 10^{-3} M$ لإيجاد السرعة R المقابلة. إذن عند $[A] = 8.00 \times 10^{-3} M$، تكون $R = 4.32 \times 10^{-10} mol/(L \cdot s)$.

سؤال 22: 22. الفكرة الرئيسة اشرح ماذا يمكن أن نعرف عن التفاعل من خلال قانون سرعة التفاعل الكيميائي؟

الإجابة: يوضح كيف تعتمد سرعة التفاعل على تراكيز المواد المتفاعلة (رتبة التفاعل لكل مادة والرتبة الكلية)، ويُمكّن من حساب k والتنبؤ بالسرعة.

خطوات الحل:

1. **الشرح:** الفكرة الرئيسة هنا هي أن قانون سرعة التفاعل الكيميائي يخبرنا بكيفية اعتماد سرعة التفاعل على تراكيز المواد المتفاعلة. من خلال هذا القانون، يمكننا معرفة رتبة التفاعل بالنسبة لكل مادة متفاعلة (مثل هل السرعة تتناسب مع التركيز أم مع مربع التركيز؟)، وكذلك الرتبة الكلية للتفاعل (مجموع رتب المواد). بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام القانون لحساب ثابت السرعة k، وهو رقم يخبرنا عن مدى سرعة التفاعل تحت ظروف معينة. وأخيراً، بمجرد معرفة القانون وثابت k، يمكننا التنبؤ بسرعة التفاعل لأي تراكيز للمواد المتفاعلة. إذن، من خلال قانون السرعة نعرف: اعتماد السرعة على التراكيز (الرتب)، ويمكننا حساب k والتنبؤ بالسرعة.

سؤال 23: 23. طبق اكتب معادلات قانون سرعة التفاعل التي تظهر الفرق بين التفاعل من الرتبة الأولى والتفاعل من الرتبة الثانية لمادة متفاعلة واحدة.

الإجابة: الرتبة الأولى: $R = k[A]$ الرتبة الثانية: $R = k[A]^2$

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المفهوم):** عندما يكون لدينا تفاعل لمادة متفاعلة واحدة (مثل A → نواتج)، فإن قانون سرعة التفاعل يختلف حسب رتبة التفاعل.
2. **الخطوة 2 (معادلة الرتبة الأولى):** إذا كان التفاعل من الرتبة الأولى بالنسبة للمادة A، فهذا يعني أن سرعة التفاعل تتناسب طردياً مع تركيز A مرفوعاً للأس واحد. لذلك تكون المعادلة: $R = k[A]^1$ أو $R = k[A]$.
3. **الخطوة 3 (معادلة الرتبة الثانية):** إذا كان التفاعل من الرتبة الثانية بالنسبة للمادة A، فهذا يعني أن سرعة التفاعل تتناسب طردياً مع تركيز A مرفوعاً للأس اثنين (أي مربع التركيز). لذلك تكون المعادلة: $R = k[A]^2$. إذن الفرق يظهر في الأس: الرتبة الأولى: أس 1، الرتبة الثانية: أس 2.

سؤال 24: 24. اشرح وظيفة ثابت سرعة التفاعل في معادلة قانون سرعة التفاعل.

الإجابة: ثابت تناسب يربط السرعة بتراكيز المتفاعلات في قانون السرعة.

خطوات الحل:

1. **الشرح:** ثابت سرعة التفاعل، المرمز له بـ k، هو عامل التناسب في معادلة قانون السرعة. وظيفته هي ربط سرعة التفاعل R بتراكيز المواد المتفاعلة. فمثلاً في القانون $R = k[A]^m[B]^n$، قيمة k هي التي تحدد قيمة السرعة R عند تراكيز معينة لـ A و B. بمعنى آخر، k هو الثابت الذي يجعل من معادلة التناسب $R \propto [A]^m[B]^n$ معادلة تساوي صحيحة. قيمته تعتمد على عوامل مثل درجة الحرارة وطبيعة المواد المتفاعلة، ولكنها تبقى ثابتة عند ثبات هذه الظروف. إذن وظيفة k هي: **ثابت تناسب يربط السرعة بتراكيز المتفاعلات في قانون السرعة**.

سؤال 25: 25. وضح متى يمكن أن يصبح ثابت سرعة التفاعل k ليس ثابتا؟ وعلام تدل قيمة k في قانون سرعة التفاعل؟

الإجابة: لا يبقى k ثابتا عند تغير الحرارة، وقيمته تدل على مدى سرعة التفاعل.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (متى لا يبقى k ثابتاً):** ثابت السرعة k يعتبر ثابتاً فقط عند ثبات الظروف، وأهم هذه الظروف هي درجة الحرارة. إذا تغيرت درجة الحرارة، فإن قيمة k تتغير. لذلك، لا يبقى k ثابتاً عند تغير درجة الحرارة.
2. **الخطوة 2 (ماذا تدل قيمة k):** قيمة ثابت السرعة k تدل على مدى سرعة التفاعل الكيميائي. كلما كانت قيمة k أكبر (عند نفس درجة الحرارة ونفس الرتبة)، كان التفاعل أسرع. فهي مقياس للسرعة الذاتية للتفاعل تحت ظروف معينة. إذن: k لا يبقى ثابتاً عند تغير الحرارة، وقيمته تدل على مدى سرعة التفاعل.

سؤال 26: 26. اقترح تفسيرًا لأهمية أن نعرف أن قيمة قانون سرعة التفاعل هو متوسط سرعة التفاعل.

الإجابة: لأن سرعة التفاعل تتغير مع الزمن بتغير التراكيز؛ فاعتبارها متوسطا أفضل.

خطوات الحل:

1. **الشرح:** الفكرة هنا هي أن سرعة التفاعل الكيميائي ليست ثابتة من البداية إلى النهاية. في بداية التفاعل، تكون تراكيز المواد المتفاعلة عالية، وبالتالي تكون السرعة كبيرة. مع مرور الزمن، تستهلك المواد المتفاعلة وتقل تراكيزها، مما يؤدي إلى انخفاض سرعة التفاعل تدريجياً. لذلك، عندما نكتب قانون سرعة التفاعل (مثل $R = k[A]^2$)، فإن قيمة السرعة R التي نحسبها أو نقيسها تمثل متوسط سرعة التفاعل خلال فترة زمنية معينة، وليست سرعة لحظية ثابتة. معرفة أن القانون يعطي متوسط السرعة مهم لأنه يعكس الحقيقة العملية للتفاعل المتغير مع الزمن، ويجعل حساباتنا وتوقعاتنا أكثر دقة وواقعية. إذن التفسير: لأن سرعة التفاعل تتغير مع الزمن بتغير التراكيز؛ فاعتبارها متوسطاً أفضل.

سؤال 27: 27. فسر كيفية ارتباط الأسس في معادلة قانون سرعة تفاعل كيميائي بالمعاملات في المعادلة الكيميائية التي تمثله.

الإجابة: أسس التراكيز تُحدّد تجريبيا ولا يلزم أن تساوي معاملات المعادلة.

خطوات الحل:

1. **الشرح:** هناك فكرة خاطئة شائعة وهي أن الأسس (القوى) في معادلة قانون سرعة التفاعل يجب أن تساوي المعاملات المتكافئة في المعادلة الكيميائية الموزونة. على سبيل المثال، في التفاعل $2A \rightarrow$ نواتج، قد يعتقد البعض أن قانون السرعة يجب أن يكون $R = k[A]^2$. ولكن هذا غير صحيح. الأسس في قانون السرعة (مثل m في $[A]^m$) تُحدّد عملياً من خلال التجارب المعملية، وليس من خلال معاملات المعادلة الكيميائية. هذه الأسس هي ما نسميه "رتبة التفاعل" بالنسبة لكل مادة. لذلك، لا يوجد ارتباط مباشر أو ضروري بين معاملات المعادلة الكيميائية وأسس التراكيز في قانون السرعة. فقد يكون للتفاعل $2A \rightarrow$ نواتج قانون سرعة $R = k[A]$ (رتبة أولى) أو $R = k[A]^2$ (رتبة ثانية) أو أي رتبة أخرى، وهذا يُعرف فقط بالتجربة. إذن: أسس التراكيز تُحدّد تجريبياً ولا يلزم أن تساوي معاملات المعادلة.

سؤال 28: 28. حدد الرتبة الكلية لتفاعل المادتين A و B إذا علمت أن معادلة سرعته: $R = k[A]^2[B]^2$.

الإجابة: الرتبة الكلية $4 = 2 + 2$

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (المعطيات):** لدينا معادلة سرعة التفاعل: $R = k[A]^2[B]^2$. هذا يعني أن رتبة التفاعل بالنسبة للمادة A هي 2، ورتبة التفاعل بالنسبة للمادة B هي 2.
2. **الخطوة 2 (حساب الرتبة الكلية):** الرتبة الكلية لأي تفاعل هي مجموع رتب التفاعل بالنسبة لجميع المواد المتفاعلة. هنا المادتان هما A و B.
3. **الخطوة 3 (النتيجة):** إذن الرتبة الكلية = رتبة A + رتبة B = 2 + 2 = 4. لذلك الرتبة الكلية هي 4.

سؤال 29: 29. صمم تجربة اشرح كيف يمكن تصميم تجربة لتحديد القانون العام لسرعة التفاعل باستعمال طريقة مقارنة السرعات الابتدائية للتفاعل: نواتج $\rightarrow aA + bB$.

الإجابة: نجري عدة محاولات ونقيس السرعة الابتدائية مع تغيير تركيز متفاعل واحد فقط في كل مرة: - نثبت [B] ونغيّر [A] لإيجاد رتبة A. - نثبت [A] ونغيّر [B] لإيجاد رتبة B. ثم نكتب القانون ونحسب k.

خطوات الحل:

1. **الخطوة 1 (فكرة التجربة):** لتحديد القانون العام لسرعة تفاعل مثل: $aA + bB \rightarrow$ نواتج، نستخدم طريقة السرعات الابتدائية. الفكرة هي قياس سرعة التفاعل في اللحظات الأولى (سرعة ابتدائية) حيث تكون التراكيز معروفة بدقة ولم تتغير كثيراً.
2. **الخطوة 2 (تصميم المحاولات):** نقوم بعدة محاولات (تجارب): 1. في المجموعة الأولى: نثبت تركيز المادة B [B] عند قيمة معينة، ونغير تركيز المادة A [A] لعدة قيم مختلفة. في كل مرة نقيس السرعة الابتدائية R. - إذا تضاعف تركيز A وتضاعفت السرعة R بنفس العامل، فربما رتبة A هي 1. - إذا تضاعف تركيز A وتضاعفت السرعة R 4 مرات (مربع العامل)، فربما رتبة A هي 2. - إذا تغير تركيز A ولم تتغير السرعة R، فرتبة A هي 0. هكذا نحدد رتبة التفاعل بالنسبة لـ A (مثلاً m). 2. في المجموعة الثانية: نثبت تركيز المادة A [A] عند قيمة معينة، ونغير تركيز المادة B [B] لعدة قيم مختلفة. ونقيس السرعة الابتدائية R في كل مرة. بنفس الطريقة السابقة، نحلل كيف تتغير R مع تغير [B] لتحديد رتبة التفاعل بالنسبة لـ B (مثلاً n).
3. **الخطوة 3 (كتابة القانون وحساب k):** بعد تحديد الرتبتين m و n، نكتب القانون العام للسرعة: $R = k[A]^m[B]^n$. ثم نستخدم بيانات إحدى التجارب (قيم [A], [B], R) لحساب ثابت السرعة k من العلاقة: $k = R / ([A]^m[B]^n)$. إذن خطوات التجربة: تغيير تركيز متفاعل واحد في كل مرة مع قياس السرعة الابتدائية، ثم تحديد الرتب، ثم كتابة القانون وحساب k.

ما تعريف قانون سرعة التفاعل الكيميائي؟

• أ) السرعة اللحظية للتفاعل عند بدايته.
• ب) العلاقة الرياضية بين سرعة التفاعل الكيميائي عند درجة حرارة وتركيز محددين للمواد المتفاعلة.
• ج) ثابت التناسب بين سرعة التفاعل ودرجة الحرارة فقط.
• د) مجموع رتب التفاعل بالنسبة لجميع المواد المتفاعلة.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: العلاقة الرياضية بين سرعة التفاعل الكيميائي عند درجة حرارة وتركيز محددين للمواد المتفاعلة.

الشرح: 1. قانون السرعة هو علاقة رياضية. 2. يصف هذه العلاقة عند درجة حرارة ثابتة. 3. يصفها عند تراكيز محددة للمواد المتفاعلة. 4. النتيجة: هو العلاقة الرياضية بين سرعة التفاعل والتراكيز عند درجة حرارة ثابتة.

تلميح: يركز هذا التعريف على العلاقة الرياضية والظروف الثابتة.

التصنيف: تعريف | المستوى: سهل

كيف يتم تحديد قانون سرعة التفاعل عملياً؟

• أ) يُشتق مباشرة من المعاملات في المعادلة الكيميائية الموزونة.
• ب) يُحسب نظرياً بناءً على طبيعة المواد المتفاعلة.
• ج) يُحدد تجريبياً باستخدام طريقة مقارنة السرعات الابتدائية.
• د) يُعرف من خلال قياس سرعة التفاعل عند نهايته فقط.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: يُحدد تجريبياً باستخدام طريقة مقارنة السرعات الابتدائية.

الشرح: 1. قانون السرعة لا يُشتق من المعادلة الكيميائية الموزونة. 2. يجب تحديده عملياً من خلال التجارب. 3. الطريقة التجريبية الشائعة هي طريقة مقارنة السرعات الابتدائية. 4. النتيجة: يُحدد تجريبياً بطريقة مقارنة السرعات الابتدائية.

تلميح: الجواب يتعلق بالطريقة العملية (التجريبية) وليس النظرية.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

ما الفرق بين معادلة قانون السرعة للتفاعل من الرتبة الأولى والرتبة الثانية بالنسبة لمادة متفاعلة واحدة (A)؟

• أ) الرتبة الأولى: R = k، الرتبة الثانية: R = k[A]
• ب) الرتبة الأولى: R = k[A]²، الرتبة الثانية: R = k[A]
• ج) الرتبة الأولى: R = k[A]، الرتبة الثانية: R = k[A]²
• د) الرتبة الأولى: R = k/[A]، الرتبة الثانية: R = k/[A]²

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: الرتبة الأولى: R = k[A]، الرتبة الثانية: R = k[A]²

الشرح: 1. للتفاعل من الرتبة الأولى: تتناسب السرعة طردياً مع تركيز A مرفوعاً للأس واحد. 2. معادلته: R = k[A]¹ أو R = k[A]. 3. للتفاعل من الرتبة الثانية: تتناسب السرعة طردياً مع مربع تركيز A. 4. معادلته: R = k[A]². 5. النتيجة: الفرق في الأس (1 مقابل 2).

تلميح: الفرق يكمن في أس تركيز المادة المتفاعلة [A].

التصنيف: فرق بين مفهومين | المستوى: متوسط

ما وظيفة ثابت سرعة التفاعل (k) في معادلة قانون السرعة؟

• أ) يمثل الرتبة الكلية للتفاعل.
• ب) يقيس التغير في سرعة التفاعل مع الزمن.
• ج) ثابت تناسب يربط السرعة بتراكيز المتفاعلات في قانون السرعة.
• د) يساوي مجموع أسس تراكيز المواد في قانون السرعة.

الإجابة الصحيحة: c

الإجابة: ثابت تناسب يربط السرعة بتراكيز المتفاعلات في قانون السرعة.

الشرح: 1. قانون السرعة يظهر علاقة تناسب بين R وتراكيز المواد المتفاعلة مرفوعة لأسس معينة. 2. لتحويل علاقة التناسب إلى معادلة تساوي، نحتاج إلى ثابت. 3. هذا الثابت هو k. 4. وظيفته: ربط السرعة (R) بتراكيز المتفاعلات. 5. النتيجة: هو ثابت التناسب في المعادلة.

تلميح: كلمة 'ثابت تناسب' هي المفتاح.

التصنيف: مفهوم جوهري | المستوى: متوسط

متى لا يبقى ثابت السرعة (k) ثابتاً؟ وماذا تدل قيمته؟

• أ) يتغير عند تغير الضغط فقط، ويدل على اتجاه التفاعل.
• ب) لا يبقى k ثابتاً عند تغير درجة الحرارة، وقيمته تدل على مدى سرعة التفاعل.
• ج) يتغير عند إضافة عامل حفاز، ويدل على رتبة التفاعل.
• د) يظل ثابتاً دائماً، ويدل على طبيعة المواد الناتجة.

الإجابة الصحيحة: b

الإجابة: لا يبقى k ثابتاً عند تغير درجة الحرارة، وقيمته تدل على مدى سرعة التفاعل.

الشرح: 1. k ثابت فقط عند ثبات الظروف، وأهمها درجة الحرارة. 2. عند تغير درجة الحرارة، تتغير قيمة k. 3. قيمة k هي مقياس للسرعة الذاتية للتفاعل. 4. كلما زادت قيمة k (تحت نفس الظروف)، كان التفاعل أسرع. 5. النتيجة: يتغير مع الحرارة، ويدل على سرعة التفاعل.

تلميح: فكر في العامل الرئيسي الذي يؤثر على k، وماذا تعني القيمة الكبيرة له.

التصنيف: تفكير ناقد | المستوى: صعب