السبت، 10 ديسمبر، 2016

درس الكيمياء





الكيمياء الحرارية


هى دراسة التغيرات الحرارية التى تصاحب التفاعلات الكيميائية
وتختزن الطاقة الكيميائية فى المادة فى صورة:
[1] الذرة المفردة.             [2] الجزئ.                      [3] بين الجزيئات.

أولاً: الطاقة الكيميائية فى الذرة


تدور الإلكترونات حول النواة فى عدد من الأغلفة الإلكترونية ويكون للإلكترون فى أى من مستويات الطاقة نوعين من الطاقة هما:
1- طاقة وضع:- هى طاقة ارتباط الإلكترون بالنواة نتيجة جذب النواة له.
         تزداد طاقة الوضع كلما بعد الإلكترون عن النواة وتقل كلما أقترب من النواة.
2- طاقة  حركة:- طاقة تنشأ نتيجة دوران الإلكترون حول النواة.
طاقة الإلكترون فى المستوى (طاقة المستوى):-
هى مجموع طاقتى الوضع والحركة للإلكترون.
طاقة المستوى = طاقة حركة الإلكترون + طاقة وضع الإلكترون
ملاحظات:     [1] كل مستوى طاقة يختلف عن غيره فى الطاقة.
[2] تزداد طاقة المستوى كلما بعد عن النواة.
الطاقة الكيميائية فى الذرة: هى طاقة الإلكترونات فى مستويات الطاقة.

ثانياً: الطاقة الكيميائية فى الجزيئات


عبارة عن ذرتين أو أكثر لعنصر واحد أو لعدة عناصر مرتبطة معاً بروابط كيميائية.
الطاقة الكيميائية فى الجزئ تتواجد فى الروابط الكيميائية بين الذرات

ثالثاً: طاقة الربط بين الجزيئات


توجد المادة فى ثلاث حالات هى: (الصلبة – السائلة – الغازية)
الحالة الصلبة: فيها تكون قوى الجذب بين الجزيئات أكبر ما يمكن مما يعطى الجسم الصلب حالة الجمود والشكل الثابت.
الحالة السائلة: فيها تكون قوى التجاذب بين الجزيئات ضعيفة ولها حرية حركة أكبر ولذلك يأخذ السائل شكل الإناء الذى يوضع فيه.
الحالة الغازية: فيها تكون قوى الجذب بين الجزيئات شبه منعدمة لذا تتحرك فى جميع الاتجاهات وتنتشر فى أى حجم متاح.
قوى جذب فاندر فالز: هى قوى الجذب بين جزيئات المادة
وهى عبارة عن طاقة وضع ولذا فهى تعتمد على المسافة بين الجزيئات وكتلة الجزيئات
المحتوى الحرارى للمادة (H):
مجموع الطاقات المختزنة فى مول واحد من المادة
        يختلف المحتوى الحرارى للمركبات المختلفة بسبب اختلاف جزيئات المواد فى نوع الذرات أو عددها أو أنواع الروابط فيها.
        لا يمكن عملياً قياس المحتوى الحرارى فى مادة معينة.
        يمكن قياس التغير الحادث فى المحتوى الحرارى.
        يفترض أن المحتوى الحرارى للمادة العنصرية يساوى الصفر.
التغير فى المحتوى الحرارى  :
يساوى الفرق بين مجموع المحتوى الحرارى للنواتج ومجموع المحتوى الحرارى للمتفاعلات
التغير فى المحتوى الحرارى = المحتوى الحرارى للنواتج – المحتوى الحرارى للمتفاعلات
  H = H (للنواتج) – H (للمتفاعلات)

وحدات الطاقة


السعر الجول


كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة واحد جرام من الماء بمقدار1 5م
(من 15 5م إلى 16 5م)
الكيلو سعر = 1000سعر (السعر الكبير)  


كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة واحد جرام من الماء بمقدار       درجة مئوية
الكيلو جول = 1000جول
        الكيلوجول كمية صغيرة جداً من الطاقة.
        الكيلو جول يمكنه فقط تسخين 3سم3 من الماء من درجة الحرارة العادية إلى درجة الغليان.
        الكيلو جول = كمية الحرارة الناتجة من احتراق قطرة واحدة من الكحول الميثيلى.

1 سعر = 4.18 جول




الطاقة بالسعر =      الطاقة بالجول
         4.18

                                                                 

الطاقة بالجول = الطاقة بالسعر × 4.18
مثال: ما مقدار الشغل المبذول بالجول الذى ينتج كمية من الحرارة مقدارها 4سعر.

مثال: احسب كمية الحرارة (الطاقة) المتولدة بالسعر عن شغل مبذول مقداره 20.9 جول.

المعادلة الكيميائية الحرارية:
هى معادلة كيميائية متزنة موضح فيها الحالة الفيزيائية والتغيرات الحرارية المصاحبة.
أساسيات كتابة المعادلات الكيميائية الحرارية:
(1)    أن تكون موزونة لتحقيق قانون بقاء المادة {المادة لا تفن ولا تستحدث من العدم}
(2)    كتابة الحالة الفيزيائية للمتفاعلات والنواتج وذلك أن المحتوى الحرارى للمادة يختلف باختلاف حالتها الفيزيائية.
(3)    توضع قيمة التغير فى المحتوى الحرارى   فى نهاية المعادلة وتكون وحدة قياسها كيلو جول لكل مول.
عند حساب المحتوى الحرارى للمركبات:
[1] يفترض أن المحتوى الحرارى للمادة العنصرية صفر.
[2] نعين كمية الحرارة المنطلقة أو الممتصة عند تكوين المركب من عناصره.
أولاً: التفاعلات الطاردة للحرارة:
عند تفاعل مول من الكربون مع مول من الأكسجين يتكون مول من ثانى أكسيد الكربون وتنطلق حرارة مقدارها 383.7 ك جول.
C + O2                       CO2 + 383.7 ك جول
طاقة الطرف الأيمن   =  طاقة الطرف الأيسر   (طبقاً لقانون بقاء الطاقة ”الطاقة لا تفن“)
383.7 + س          =      صفر + صفر
المحتوى الحرارى لثانى أكسيد الكربون (س) = - 383.7 ك جول
وتكتب معادلة التفاعل كما يلى:
C + O2                                  CO2,   = - 383.7 K j








ثانياً: التفاعلات الماصة للحرارة:
عند تفاعل مول من الهيدروجين مع مول من اليود يتكون 2 مول من يوديد الهيدروجين مع امتصاص طاقة مقدارها 51.9 كيلو جول.
H2 + I2                        2HI + (-51.9 كيلو جول)
طاقة الطرف الأيمن   =      طاقة الطرف الأيسر
(- 51.9 ) + س      =        صفر + صفر
س = + 51.9 كيلو جول
وتكتب معادلة التفاعل كالآتى:
H2 + I2                        2HI,  = + 51.9 K j
المحتوى الحرارى ليوديد الهيدروجين =   51.9  = 25.95 كيلو جول
         2      







مقارنة بين التفاعل الطارد للحرارة والماص للحرارة
التفاعل الطارد للحرارة       التفاعل الماص للحرارة
يصحبه انطلاق طاقة يصحبه امتصاص طاقة
المحتوى الحرارى للنواتج أقل من المحتوى الحرارى للمتفاعلات        المحتوى الحرارى للنواتج أكبر من المحتوى الحرارى للمتفاعلات
التغير فى المحتوى الحرارى سالب
 H < صفر
التغير فى المحتوى الحرارى موجب
 H > صفر
ينتج عنه مركبات طاردة للحرارة وهى ثابتة        ينتج عنه مركبات ماصة للحرارة وهى غير ثابتة
المركبات الناتجة يكون محتواها الحرارى سالب  المركبات الناتجة يكون محتواها الحرارى موجب


التغير فى المحتوى الحرارى والتفاعلات الكيميائية 

التفاعل الكيميائى:
عبارة عن كسر الروابط الموجودة بين ذرات جزيئات المواد المتفاعلة وتكوين روابط جديدة بين ذرات جزيئات المواد الناتجة عن التفاعل.
H – H + Cl – Cl                            2 H – Cl
                   تكوين رابطة                         كسر رابطة
طاقة الرابطة:
هى مقدار الطاقة اللازمة لكسر هذه الرابطة فى مول واحد من المادة.
ملاحظات:
[1] تعتبر طاقة الرابطة مقياس لقوة الارتباط بين الذرات. (يزداد تماسك الجزئ كلما زادت طاقة الرابطة)
[2] طاقة كسر الرابطة تساوى طاقة تكوين نفس الرابطة.
[3] كسر الرابطة تفاعل ماص للطاقة. {الإشارة موجبة}
(للتغلب على قوى الجذب التى تربط الذرات)
[4] تكوين الرابطة تفاعل طارد للطاقة.     {الإشارة سالبة}
[5] فى التفاعل الطارد للحرارة:- طاقة تكوين الرابطة أكبر من طاقة كسر الرابطة.
[6] فى التفاعل الماص للحرارة:- طاقة تكوين الرابطة أقل من طاقة كسر الرابطة.
حساب التغير فى المحتوى الحرارى:-
[1] وزن المعادلة.
[2] نحول المعادلة إلى روابط.
[3] نعوض بقيمة طاقة الرابطة.
[4] التغير فى المحتوى الحرارى يحسب من العلاقة:
 = المجموع الجبرى لطاقة كسر روابط المتفاعلات وطاقة تكوين روابط النواتج.
مثال:
احسب التغير فى المحتوى الحرارى عند اتحاد جزئ من الهيدروجين مع جزئ من الكلور لتكوين 2 جزئ من كلوريد الهيدروجين. علماً بأن طاقة الرابطة فى:-
(جزئ H2 =435 ك جول ، جزئ Cl2 =240 ك جول ، جزئ  HCl =430 ك جول)

الحل:
H2 + Cl2                               2HCl
H – H + Cl – Cl                    2 (HCl)
2 × 430                  240 + 435
-860                        + 675
H   =          المجموع الجبرى لطاقة كسر الروابط وطاقة تكوين الروابط.
         =       675 + (-860)
         =       - 185 ك جول
H2 + Cl2                      2HCl,   = - 185 K j
المحتوى الحرارى لجزئ كلوريد الهيدروجين =   -185 = -92.5 كيلو جول
         2      
مثال:
احسب H   بالكيلو جول  للتفاعل الآتى:
CH4 + Cl2                                CH3Cl + HCl
وهل التفاعل طارد للحرارة أم ماص للحرارة مع ذكر السبب. إذا علمت أن طاقة الرابطة.
58 ك سعر    Cl – Cl       104 ك سعر  CH3 – H
84 ك سعر    CH3 – Cl 103 ك سعر  H – Cl
الحل:
تكوين H
|        كسر
H
|
+H –  Cl    H –   C  – Cl       + Cl – Cl
H – C – H
         |
H                |
H
             طاقة تكوين الرابطة                          طاقة كسر الرابطة
                103 + 84                                 58 + 104
                    - 187                                     + 162
H   = 162 + (- 187)
         = - 25 ك سعر
الطاقة بالكيلو جول = الطاقة بالكيلو سعر × 4.18  ك جول
= - 25 × 4.18 = - 104.5 ك جول
الأسئلة
س1: علل لمايأتى:
(1)    كسر الرابطة تفاعل ماص للحرارة.
(2)    تزداد طاقة المستوى كلما بعد عن النواة.
(3)    عند تكوين يوديد الهيدروجين تمتص طاقة حرارية.
(4)    يختلف المحتوى الحرارى تبعاً لاختلاف نوع المادة.
(5)    ثانى أكسيد الكربون مركب ثابت فى درجة الحرارة العادية.
(6)    أكسيد النيتريك مركب غير ثابت فى درجة الحرارة العادية.
(7)    الغازات سريعة الانتشار بينما المواد الصلبة لها حجم محدد.
(8)    التغير فى المحتوى الحرارى سالب فى التفاعلات الطاردة للحرارة.
(9)    التغير فى المحتوى الحرارى موجب فى التفاعلات الماصة للحرارة.
(10)  عند كتابة المعادلة الكيميائية الحرارية يوضح فيها الحالة الفيزيائية للمواد المتفاعلة والناتجة من التفاعل.
س2: قارن بين:
المركبات الماصة والطاردة للحرارة.
التفاعلات الطاردة للحرارة والماصة للحرارة.
س3: ارسم مخطط الطاقة للتفاعلات الآتية موضحاً أيها ماص وأيها طارد مع ذكر السبب.
2C + 2H2                    C2H4,  H = +52.3 K j
SO3 + H2O                 H2SO4,  H = - 130.3 K j
س4: عرف المعادلة الكيميائية الحرارية.
س5: احسب   للتفاعل الآتى بالكيلو سعر وهل التفاعل طارد أم ماص للحرارة.
CH4 + I2                     CH3I + HI
إذا علمت أن طاقة الرابطة
151 ك جول  I – I  435 ك جول  CH3 – H
235 ك جول  CH3 – I     298 ك جول  H – I
س6: احسب   للتفاعل الكيميائى التالى مبيناً نوع التفاعل.
N2 + 3H2                    2NH3    
إذا علمت أن طاقة الرابطة
N   N
H – H        N – H
946 ك جول  435 ك جول  390 ك جول
س7: احسب   بالجول ثم ارسم مخطط الطاقة للتفاعل الآتى:-
H2 + Br2                     2HBr
علماً بأن طاقة الرابطة للهيدروجين والبروم وبروميد الهيدروجين على التوالى:
(104)، (46)، (88) كيلو سعر
س8: احسب  للتفاعل الآتى.
CH4 + 2Br2                CH2Br2 + 2HBr
إذا علمت أن طاقة الرابطة:-
184 ك جول  Br – Br     416 ك جول  C – H
254 ك جول  C – Br       360 ك جول  H – Br

صور التغير فى المحتوى الحرارى





قبل أن نبدأ يجب أن نتعرف على:
التعبير عن تركيز المحلول
التركيز بالمولر (مول / لتر)
المحلول المولارى
هو محلول يحتوى اللتر منه على مول واحد من المذاب.
مثال: المحلول المولارى من كربونات الصوديوم يحتوى اللتر منه على 106 جم من كربونات الصوديوم.
حساب التركيز بالمولر
التركيز المولارى =  عدد  المولات من المادة المذابة
         الحجم باللتر
أو
التركيز المولارى =  وزن المذاب بالجرام
         الكتلة الجزيئية الجرامية للمذاب × الحجم المحلول باللتر
التركيزات العالية:- يعبر عن التركيزات العالية بمضاعفات المول
مثال: محلول 2 مولر من حمض الهيدروكلوريك HCl
هو محلول يحتوى اللتر منه على 2 مول من غاز كلوريد الهيدروجين.
  1 مول من HCl    = 1 + 35.5 = 36.5 جم
  2 مول منه            = 2 × 36.5 = 73 جم
  2 مولر من حمض الهيدروكلوريك
هو محلول يحتوى اللتر منه على 73 جم من غاز كلوريد الهيدروجين.
التركيزات المنخفضة:- يعبر عن التركيزات المنخفضة بأجزاء من المول
مثال: محلول 0.25 مولر من هيدروكسيد الصوديوم
هو محلول يحتوى اللتر منه على 0.25 مول من هيدروكسيد الصوديوم
  1 مول من NaOH = 23+16+1= 40 جم
  0.25 مول من هيدروكسيد الصوديوم = 0.25 × 40 = 10 جم
مثال: احسب تركيز حمض الكبريتيك عند إذابة 4.9 جم منه فى لتر من المحلول.
[H = 1, S = 32, O = 16]
الحل:
1 مول من H2SO4 = 2 × 1 + 32 + 4 × 16 = 98 جم0
التركيز المولارى =  وزن المذاب بالجرام
         الكتلة الجزيئية الجرامية للمذاب × الحجم المحلول باللتر

التركيز المولارى =  4.9
         98 × 1
تركيز المحلول = 0.05 مولر
ملاحظات هامة عند إجراء تجارب الكيمياء الحرارية:
(1)    يمكن إهمال التغير الحرارى الذى يحدث للإناء الحاوى للمواد المتفاعلة الذى يتم فيه إجراء التجربة باستخدام إناء من البلاستيك (بولى سترين) لأنه عازل جيد بسبب:
[أ] صغر التوصيل الحرارى له.               [ب] صغر حرارته النوعية
(2)    يمكن حساب كمية الحرارة المنطلقة أو الممتصة أثناء التفاعل الكيميائى كما يأتى:
كمية الحرارة = كتلة المادة × حرارتها النوعية × فرق درجات الحرارة
         الجول           الجرام           جول/جم 5م              
(3)    اعتبار الحرارة النوعيةللمحاليل المخففة = الحرارةالنوعية للماء =4.18 جول/جم5م
(4)    اعتبار كتلة1سم3 من المحاليل المخففة = كتلة1 سم3 من الماء =1 جرام
أنواع الحرارات
أولاً: التغيرات الحرارية المصاحبة للتغيرات الفيزيائية


[1] حرارة الذوبان




حرارة الذوبان:


حرارة الذوبان المولارية:



تسمى عملية الذوبان بالإماهة: إذا كان المذيب المستخدم هو الماء.
مصدر حرارة الذوبان:  تتم عملية الذوبان على خطوتين متعاكستين فى الطاقة هما:-
[1] تفكك الشبكة البلورية: إلى أيونات موجبة وأيونات سالبة عن طريق كسر الروابط الأيونية وذلك يحتاج إلى امتصاص طاقة للتغلب على قوى الجذب بين الأيونات وتسمى طاقة الشبكة البلورية {تغير ماص للحرارة  }
طاقة الشبكة البلورية:


الشبكة البلورية:


[2] ارتباط الأيونات المفككة بجزيئات الماء: ويصاحب ذلك إنطلاق طاقة تسمى طاقة الإماهة (طاقة تمية الأيونات) {تغير طارد للحرارة  }
حساب حرارة الذوبان:
حرارة الذوبان = المجموع الجبرى لطاقة الإماهة وطاقة الشبكة البلورية
مثال: أذيب نصف مول من نترات الأمونيوم فى لتر من الماء فكانت طاقة تميه الأيونات 50 ك.ج وطاقة الشبكة البلورية 62.5 ك.ج – احسب حرارة ذوبان مول من نترات الأمونيوم.
الحل:
حرارة ذوبان نصف مول      = المجموع الجبرى لطاقة الشبكة البلورية وطاقة الإماهة
                                      = -50 + 62.5 = + 12.5 ك.ج
0.5 مول                          12.5 ك.ج
1 مول                               س ك.ج
(س) حرارة ذوبان نترات الأمونيوم =      1 × 12.5     = + 25 ك جول
         0.5   
فى الذوبان الطارد للحرارة: طاقة الإماهة أكبر من طاقة الشبكة البلورية
فى الذوبان الماص للحرارة: طاقة الإماهة أقل من طاقة الشبكة البلورية
مخطط الطاقة لذوبان طارد للحرارة مخطط الطاقة لذوبان ماص للحرارة
         NaOH + ماء

       
                                  NaOH(aq)

NaOH(s) + ماء
                  NaOH(aq) 
                                NH4NO3 (aq)

                             
NH4NO3 (s) + ماء

NH4NO3 (s) + ماء
               NH4NO3 (aq)
ملحوظة: فى معادلة الذوبان يكتب ماء ولا يكتب (H2O) لأن الأخير يعنى مول والذوبان يتم فى حجم معين وليس فى مول واحد.
تدريب عملى:
ذوبان كبريتات النحاس اللامائية البيضاء {طارد للحرارة}
CuSO4(s) + ماء                    Cu2+(aq) + SO42-(aq)   = -57 K.J
ذوبان كبريتات النحاس المائية الزرقاء {ماص للحرارة}
CuSO4(s).5H2O + ماء                           Cu2+(aq) + SO42-(aq)   = 10 K.J

التعليل:
[1] ذوبان كبريتات النحاس اللامائية فى الماء طارد للحرارة لأنها ترتبط بعدد كبير من جزيئات الماء أثناء خطوة الإماهة، وبذلك تكون طاقة التميه أكبر من طاقة الشبكة البلورية.
[2] ذوبان كبريتات النحاس المائية ماص للحرارة لأن الجزئ مرتبط بعدد خمس جزيئات ماء ولذلك عند الإماهة يرتبط بعدد قليل من جزيئات الماء، وبذلك تكون طاقة التمية أقل من طاقة الشبكة البلورية.
أمثلة محلولة على حرارة الذوبان
مثال(1): عند إذابة مول واحد من هيدروكسيد الصوديوم فى 1000 سم3 من الماء ارتفعت درجة حرارة المحلول بمقدار 12 5م – احسب كمية الحرارة المنطلقة.
الحل:
كمية الحرارة المنطلقة = كتلة المادة بالجرام × الحرارة النوعية × فرق درجات الحرارة
                              = 1000 × 4.18 × 12= 50160 جول
                       = 50.16 كيلو جول
مثال(2): إذا علمت أن حرارة ذوبان هيدروكسيد الصوديوم فى الماء تساوى 50 ك.ج تقريباً احسب حرارة ذوبان 10 جم منه علماً بأن الكتل الذرية كالآتى:-
[H = 1, O = 16, Na = 23]
الحل: كتلة المول من [NaOH] = 23 + 16 + 1 = 40 جرام
40 جرام                          50 كيلو جول
10 جرام                    س كيلو جول
(س) حرارة ذوبان 10جم NaOH =       10 × 50      = 12.5 ك جول
         40    




حرارة التخفيف




مصدر حرارة التخفيف:  تتم عملية التخفيف على خطوتين متعاكستين فى الطاقة هما:-
[1] إبعاد أيونات المذاب عن بعضها: فى المحلول المركز ويكون ذلك مصحوب بامتصاص طاقة تسمى طاقة الإبعاد.
[2] ارتباط الأيونات المذاب بعدد أكبر من جزيئات المذيب ويكون ذلك مصحوب بانطلاق طاقة تسمى طاقة الإرتباط.
حساب حرارة التخفيف:
حرارة التخفيف = المجموع الجبرى لطاقة الإرتباط وطاقة الإبعاد
كما يمكن حسابها كالآتى:
حرارة التخفيف = حرارة ذوبان المحلول الثانى – حرارة ذوبان المحلول الأول
مثال: عند إذابة مول من HCl فى 10 مول من الماء كان التغير الحرارى تساوى -69.49 ك.ج وعندما أذيب فى 25 مول كان التغير الحرارى =-72.27 ك.ج – احسب حرارة تخفيف المحلول الأول إلى المحلول الثانى
الحل:
حرارة التخفيف        = حرارة ذوبان المحلول الثانى – حرارة ذوبان المحلول الأول
                            = -72.27 – (-69.49)
                            = -2.78 ك.ج
   التخفيف طارد للحرارة.
ملحوظة: بعد التخفيف اللانهائى لا يحدث تغير حرارى يذكر فى حرارة التخفيف حيث تكون كمية المذيب كبيرة جداً وبذلك تكون أيونات المذاب بعيدة عن بعضها البعض بدرجة كبيرة ومرتبطة بعدد كبير من جزيئات المذيب.


س: علل لما يأتى:
(1)    ذوبان نترات الأمونيوم فى الماء ماص للحرارة.
(2)    ذوبان هيدروكسيد الصوديوم (الصودا الكاوية) فى الماء طارد الحرارة.
(3)    عند إجراء التفاعلات الحرارية يفضل استخدام كوب من البلاستيك (بولى سترين)
(4)    لا يحدث تغير حرارى بعد التخفيف اللانهائى للمحلول.
(5)    ذوبان كبريتات النحاس اللامائية البيضاء طارد للحرارة بينما ذوبان كبريتات النحاس المائية الزرقاء ماص للحرارة.
(6)    فى معادلة الذوبان يكاب الماء لفظياً ولا يكتب (H2O)
(7)    يجب التقلب ببطء عند تعيين حرارة الذوبان.
س: ماذا يقصد بكل من:
(1) حرارة الذوبان.                     (2) حرارة الذوبان المولارية.
(3) الإماهة.                              (4) حرارة التخفيف.
(5) طاقة الشبكة البلورية.            (6) المحلول المولارى.
س: مسائل:
(1)    أذيب 4 جرام من مادة (X) وأكمل المحلول إلى لتر فأصبحت المولارية 0.1 مولارى احسب الكتلة الجزيئية لهذه المادة.
(2)    احسب التركيز عند ذوبان 10.6 جم من كربونات الصوديوم فى لتر من الماء إذا علمت أن المول من كربونات الصويدوم = 106 جم.
(3)    احسب عدد الجرامات الموجودة من حمض الكبريتيك فى 0.5 لتر من محلول 1مولارى                 [H = 1, S = 32, O = 16]
(4)    احسب تركيز محلول كربونات صوديوم عندما يذاب 53 جم منه لعمل 0.5 لتر من المحلول [Na = 23, C = 12, O = 16]                    
(5)    عند إذابة 8 جم هيدروكسيد صوديوم فى لتر ماء – ما هو تركيز المحلول الناتج.                   [Na = 23, H = 1, O = 16]                            
(6)    كم جرام من هيدروكسيد الصوديوم تذاب فى 500 سم3 للحصول على محلول تركيزه 0.1 مولارى. [Na = 23, H = 1, O = 16]
(7)    أذيب مول من الصودا الكاوية فى كمية من الماء درجة حرارته 21 5م وأكمل المحلول إلى لتر من الماء فارتفعت درجة الحرارة إلى 33 5م – احسب كمية الحرارة الناتجة عن الذوبان ثم احسب كمية الحرارة الناتجة عن ذوبان 0.5 جم من الصودا الكاوية [Na = 23, O = 16, H =1]    
(8)    عند إذابة 2 جم من نترات الأمونيوم فى 200 سم3 من الماء انخفضت درجة الحرارة 6 درجات مئوية – احسب مقدار التغير الحرارى.
(9)    أذيب مول من نترات الأمونيوم فى 2 لتر من الماء المقطر فانخفضت درجة حرارة المحلول بمقدار 18 5م – احسب التغير الحرارى الذى يحدث فى هذه الحالة.
(10)  أذيب مول من حمض الأستيك الثلجى فى لتر ماء فكانت طاقة الشبكة البلورية 152 ك.ج وطاقة تمية الأيونات 81 ك.ج – احسب حرارة ذوبان حمض الأستيك فى الماء ثم وضح نوعها.
(11)  إذا كانت حرارة ذوبان هيدروكسيد البوتاسيوم فى الماء هى 58.5 ك.ج  احسب حرارة ذوبان 2.8 جم منه [H =1, O = 16, K = 39]       
(12)  احسب طاقة التمية عند ذوبان مادة ما فى الماء وكانت طاقة الشبكة البلورية تساوى 182 ك.ج وحرارة الذوبان تساوى + 85.5 ك.ج
(13)  إذا علمت أن حرارة ذوبان هيدروكسيد الصوديوم تساوى 51 كيلو جول  احسب حرارة ذوبان 20 جرام من هيدروكسيد الصوديوم إذا علمت أن:
[Na = 23, H = 1, O = 16]
(14)  احسب التغير الحرارى الذى يحدث عند تخفيف محلول لحمض الكبريتيك علماً بأن التغير الحرارى للحمض المركز يساوى (-73.03) كيلو جول وللحمض المخفف يساوى (-86.32) كيلو جول.
(15)  احسب حرارة التخفيف الناتجة عن إذابة مول من غاز كلوريد الهيدروجين فى 30 مول ماء ثم 150 مول ماء وكان التغير الحرارى فى الحالتين على الترتيب هو  (- 70) كيلو جول، (- 73) كيلو جول.


س: اختر الإجابة الصحيحة من بين الأقواس:
(1)    عند ذوبان 20 جم من مركب فى لتر من الماء أصبحت مولارية المحلول 0.5 مولارى – فإن الكتلة الجزيئية لهذا المركب تساوى …                          (10 جم – 20 جم – 40 جم)
(2)    لتر من محلول حمض الهيدروكلوريك المحتوى على 73 جم من كلوريد الهيدروجين يكون تركيزه … [H = 1, Cl = 35.5]                                    
(1 – 2 – 3 – 4) مولر
(3)    عدد مولات 5.3 جم كربونات صوديوم يكون … [Na = 23, C = 12, O = 16]
(0.05 – 0.5 – 0.1 – 0.01) مول
(4)    محلول 2 مولر هيدروكسيد صوديوم يحتوى اللتر منه على … [Na = 23, O = 16, H =1]
(20 – 60 – 80 – 40) جم
(5)    0.5 لتر من محلول كربونات صوديوم المحتوى على 53 جم من المذاب يكون تركيزه …
[Na = 23, O = 16, H = 1]
(0.5 – 2 – 1.5 – 1) مولر




الترسيب
يحدث عند تفاعل محلولا مادتين وينتج عن التفاعل مادة لا تذوب فى الماء فإنها تترسب وتنطلق كمية من الحرارة.
حرارة الترسيب:-



Ag+NO3-(aq) + Na+Cl-(aq)                   Na+NO3-(aq) + AgCl(s) H = - 35.6kJ
مثال:  من المعادلة السابقة احسب كمية الحرارة المنطلقة فى الحالات الآتية:
1-      ترسيب 0.1 مول من كلوريد الفضة.
2-      ترسيب 35.85 جم من كلوريد الفضة.
{Cl = 35.5, Ag = 108}إذا علمت أن الكتل الذرية كالآتى:      
الحل:
[1]    عند ترسيب             1 مول          يعطى      35.6  ك جول
         عند ترسيب             0.1 مول       يعطى       س     ك جول

س = 35.6 × 0.1 = 3.56 ك جول

[2] 1مول من [AgCl] = 108 + 35.5 = 143.5 جم
عند ترسيب             143.5 جم    يعطى      35.6  ك جول
عند ترسيب             35.85 جم    يعطى      س      ك جول
س=   35.6 × 35.85      =8.89 ك جول
         143.5        




تعريف حرارة التكوين:-




الحالة القياسية للمادة:
هى أكثر حالات المادة استقراراً فى 25 5م وتحت ضغط 76 سم . زئبق.
مثال:
الجرافيت هو الحالة القياسية للكربون لأنه أكثر استقراراً عند 25 5م وتحت الضغط المعتاد.
Cجرافيت + O2 (g)                           CO2 (g),  H = - 393.5 K.J.
سؤال:- 
1- ما معنى أن حرارة تكوين ثانى أكسيد الكربون 393.5 ك. ج.
2- فى التفاعل التالى – احسب حرارة تكوين فلوريد الهيدروجين.
H2 (g) + F2 (g)                    2HF(g),  H = - 534.7 K.J.
ملاحظات:
[1] حرارة تكوين أى عنصر = صفر.
[2] حرارة تكوين المركب = المحتوى الحرارى له.
[3] يمكن حساب حرارة أى تفاعل من العلاقة التالية.
التغير الحرارى H = حرارة تكوين النواتج – حرارة تكوين المتفاعلات
مثال1: إذا كانت حرارة تكوين الميثان وثانى أكسيد الكربون والماء هى –90، - 406، -285.85 ك جول/مول على الترتيب. احسب التغير فى المحتوى الحرارى للتفاعل.
CH4 (g) + 2O2(g)                         CO2 (g) + 2H2O(v)
الحل: 
  H   = [حرارة تكوين النواتج]  – [حرارة تكوين المتفاعلات]
CH4 (g) + 2O2(g)                         CO2 (g) + 2H2O(v)
حرارة تكوين النواتج حرارة تكوين المتفاعلات
[(2 × - 285.85 ) + (- 406)]
(- 571.70 – 406)
(-977.70)   [(2 × صفر) + (-90)]
(-90)
H      = [- 977.70] – [-90]
         = - 977.70 +90 = - 887.70 ك جول
مثال2:
احسب حرارة تكوين كلوريد الصوديوم من التفاعل التالى:
Al2Cl6 + 6 Na                     2Al + 6 NaCl,  H = - 1074.6 K.J.
علماً بأن حرارة تكوين كلوريد الألومنيوم هى – 1390.8 ك جول
الحل
Al2Cl6 + 6 Na                     2Al + 6 NaCl,  H = - 1074.6 K.J.

حرارة تكوين النواتج حرارة تكوين المتفاعلات
(6 × س) + (2 × صفر)    (6 × صفر) + (- 1390.8)
H                = [حرارة تكوين النواتج]  – [حرارة تكوين المتفاعلات]
-1074.6     = 6 س – (- 1390.8)
-1074.6     = 6 س + 1390.8
6 س = -1074.6 – 1390.8 = - 2465.4
 س =           - 2465.4    = - 410.9 ك جول
         6      



التفاعلات الكيميائية الطاردة للحرارة تعطى مركبات أكثر ثباتاً من المركبات الناتجة عن التفاعلات الماصة للحرارة.
[1] المركبات الثابتة حرارياً (المركبات الطاردة):-
تكون طاقتها أقل من طاقة المتفاعلات بمقدار الطاقة المنطلقة.
كلما زادت الطاقة المنطلقة زاد ثبات المركب الكيميائى.
[2] المركبات الغير الثابتة حرارياً (المركبات الماصة):-
تكون طاقتها أكبر من طاقة المتفاعلات بمقدار الطاقة الممتصة.
كلما زادت الطاقة الممتصة قل ثبات المركب





مثال1:
إذا كانت حرارة تكوين المركبات HI, HBr, HCl, HF  هى –271، -92، -36، 26 ك جول على الترتيب. رتب المركبات السابقة حسب ثباتها تجاه التحلل الحرارى ترتيباً تصاعديا مبتدئاً بالأقل ثباتاً.
الحل:
يزداد ثبات المركب كلما زادت الطاقة المنطلقة أثناء تكوينه ولذلك يكون أكثرها ثباتاً HF وأقلها ثباتاً  HI ويكون ترتبها كالآتى:
HF > HCl > HBr > HI
مثال2:
إذا كانت حرارة تكوين أكسيد الحديد(III)  وأكسيد الألومنيوم هى – 822، - 1669.8      ك جول على الترتيب.
         علل لماذا يستخدم الألومنيوم فى اختزال أكسيد الحديد (III) ولا يحدث العكس.
الحل:
2Al + Fe2O3               Al2O3 + 2Fe
       (-1669.8)       (-822)
  حرارة تكوين أكسيد الألومنيوم أكبر من حرارة تكوين أكسيد الحديد(III)
  التفاعل يسير فى اتجاه تكوين المركب الأكثر ثباتاً وهو أكسيد الألومنيوم.







حرارة أى تفاعل مقدار ثابت سواء تم التفاعل فى خطوة واحدة أو عدة خطوات
أهميته:
حساب التغير فى المحتوى الحرارى للتفاعلات التى لا يمكن قياسها بطريقة مباشرة وذلك باستخدام تفاعلات أخرى يمكن قياس حرارة كلا منها.
مثال: حساب حرارة تكوين أول أكسيد الكربون
لا يمكن قياس حرارة تكوين أول أكسيد الكربون بدقة لأن عملية أكسدة الكربون لا تتوقف عند تكوين أول أكسيد الكربون
[1] تعيين حرارة احتراق الكربون لتكوين ثانى أكسيد الكربون:
Cجرافيت + O2 (g)                            CO2 (g),  H = - 393.7 K.J   [1]
[2] تعيين حرارة احتراق أول أكسيد الكربون
CO + ½ O2 (g)                  CO2 (g),  H = - 283.3 K.J    [2]
بطرح المعادلة الثانية من المعادلة الأولى ينتج:
Cجرافيت+O2(g) -CO -½ O2(g)                     CO2(g)-CO2(g),  H = -110.4 K.J.

Cجرافيت+ ½ O2 (g)                        CO (g),  H = - 110.4 K.J.


[1] احسب التغير فى المحتوى الحرارى للتفاعل التالى:
Al2Cl6 + 6 Na                             2Al + 6 NaCl
علماً بأن حرارة تكوين كل من كلوريد الألومنيوم وكلوريد الصوديوم هـى     –1390.8، -410.9 ك جول / مول على الترتيب.

[2] إذا علمت أن حرارة تكوين أكسيد الألومنيوم من عناصره هى 339 ك سعر منطلقة طبقاً للمعادلة التالية:
2Al +   O2                         Al2O3,  H = - 399 K. cal.
احسب حرارة احتراق الألومنيوم مقدرة بالكيلو جول.

[3] ما معنى أن  H = -1680 ك جول فى التغير الحرارى التالى:
2Al + 1 ½ O2                        Al2O3

[4] احسب التغير فى المحتوى الحرارى للتفاعل الآتى:
C2H2 + 5/2 O2                           2CO2 + H2O
إذا علمت أن حرارة تكوين كل من الاستيلين والماء وثانى أكسيد الكربون هى على الترتيب + 226.75، -285.85، -393.7 ك جول / مول.
هل التفاعل طارد أم ماص للحرارة؟ ارسم مخطط الطاقة.

[5] احسب حرارة تكوين غاز الميثان إذا علمت أن حرارة تكوين الماء وثانى أكسيد الكربون هى على الترتيب: -285، -393 ك جول / مول وأن معادلة احتراق الميثان هى:
CH4 (g) + 2O2(g)                       CO2 (g) + 2H2O(v),  H = - 850 K.J.
[6] احسب حرارة تكوين غاز البروبان C3H8 إذا علمت أن حرارة احتراق البروبان هى: - 2228.5 ك جول وحرارة تكوين غاز ثانى أكسيد الكربون والماء هى على الترتيب - 406 ، - 285.5 ك جول. اكتب معادلة التفاعل.
[7] رتب المركبات التالية حسب ثباتها تجاه التحلل الحرارى:
N2O, NH3, N2O5, N2O3, NO2, NO
إذا كانت حرارة التكوين لها على الترتيب هى +90، +33, +15، +84، -46، +82 كيلو جول.
مع التمنيات بالنجاح           Mr. H.S.


ليست هناك تعليقات:

إرسال تعليق