المعادلات الكيميائية الحرارية - الكيمياء2-2 - ثاني ثانوي

www.jen.edu.sa 2-3 الأهداف المعادلات الكيميائية الحرارية تكتب معادلات كيميائية Thermochemical Equations حرارية تمثل تفاعلات كيميائية وعمليات أخرى. الفكرة الرئيسة تعبر المعادلات الكيميائية الحرارية عن مقدار الحرارة المنطلقة تصف كيف تفقد الطاقة أو أو الممتصة في التفاعلات الكيميائية. تكتسب في أثناء تغيرات الحالة الربط مع الحياة هل شعرت في أي وقت بالإجهاد بعد سباق صعب أو أي نشاط شاق؟ إذا شعرت أن طاقة جسمك أصبحت أقل مما كانت عليه قبل ذلك الحدث فقد كنت على حق. تحسب الطاقة الممتصة أو يتعلق ذلك الشعور بالتعب بتفاعلات الاحتراق التي تحدث داخل خلايا جسمك، وهو المنطلقة في تفاعل كيميائي. الاحتراق نفسه الذي قد تشاهده عند احتراق الوقود. الفيزيائية للمادة. مراجعة المفردات كتابة المعادلات الكيميائية الحرارية تفاعل الاحتراق هو تفاعل Writing Thermochemical Equations کيميائي يحدث عند تفاعل مادة إن التغير في الطاقة جزء مهم من التفاعلات الكيميائية، لذلك يضمن الكيميائيون AH في مع الأكسجين، مطلقا طاقة على الكثير من المعادلات الكيميائية. وتسمى المعادلات الكيميائية التي تكتب فيها قيم AH شكل حرارة وضوء. المفردات الجديدة المعادلة الكيميائية الحرارية حرارة الاحتراق حرارة التبخر المولارية معادلات كيميائية حرارية. AH-1625 kJ AH=27 kJ 4Fe(s) + 302(g) → 2Fe2O3(s) NH₁NO3(s) → NH(aq) + NO 3(aq) تكتب المعادلة الكيميائية الحرارية في صورة معادلة كيميائية موزونة تشتمل على الحالات الفيزيائية لجميع المواد المتفاعلة والناتجة، والتغير في الطاقة، والذي يعبر عنه عادة بأنه تغير في المحتوى الحراري AH. حرارة الانصهار المولارية ينتج عن تفاعل احتراق الجلوكوز CH1206 الطارد للحرارة - في أثناء عملية الأيض في الجسم - كمية كبيرة من الطاقة، كما هو مبين في المعادلة الكيميائية : C6H12O6(s) + 602(g) →6CO2(g) + 6H2O(1) AHcomb =-2808 kJ يسمى المحتوى الحراري الناتج عن حرق 1mol من المادة احتراقا كاملاً حرارة الاحتراق (enthalpy heat of combustion(Acomb . ويبين الجدول 3-2 تغيرات المحتوى الحراري القياسية لعدة مواد. ويستعمل الرمز AH ليدل على تغير المحتوى الحراري القياسي. فالرمز (۶) يبين أن تغيرات المحتوى الحراري قد تم تحديدها للمواد المتفاعلة والنواتج جميعها عند الظروف القياسية ضغط جوي atm 1 ودرجة حرارة C° 25) ويجب عدم الخلط بينها وبين درجة الحرارة والضغط القياسيين STP وزارة التعليم Mining Education 2073-1445

المطويات . أدخل معلومات من هذا القسم في مطويتك. 312 الجدول 3-2 حرارة الاحتراق القياسية المادة الصيغة الكيميائية السكروز (سكر المائدة) الأوكتان أحد مكونات البنزين) الجلوكوز (سكر بسيط يوجد في الفواكه البروبان (وقود غازي) الميثان (وقود غازي) AH' comb kJ/mol -5644 C12H22O11(5) -5471 CBH18(1) -2808 C6H12O6(8) -2219 C3H8(g) -891 CH4(g) تغيرات الحالة Changes of State هناك الكثير من العمليات غير الكيميائية التي تُمتص الطاقة فيها أو تُطلق. فكر مثلاً فيما يحدث عندما تخرج من حمام ساخن لا بد أنك تشعر برعشة جسمك في أثناء تبخر الماء عن جلدك؛ وذلك لأن جلدك يزود الماء بالحرارة التي يحتاج إليها لكي يتبخر، وكلما امتص الماء الحرارة من جلدك وتبخر ازدادت برودة جسمك. تسمى الحرارة اللازمة لتبخر 1mol من سائل حرارة التبخر المولارية (Hap) Molar enthaley (heat) of vaporization. وبالمثل أيضًا إذا أردت شرب كأس ماء بارد فقد تضع فيه مكعبا من الثلج فيبرد الماء؛ لأنه يزود مكعب الثلج بالحرارة لكي ينصهر، تسمى الحرارة اللازمة لصهر 1mol من مادة صلبة حرارة الانصهار المولارية (Molar enthalpy (heat) of fusion (Hius. ولأن تبخر السائل وصهر المادة الصلبة عمليتان ماصتان للحرارة، تكون AH لكل من العمليتين موجبة. يبين الجدول - حرارة التبخر والانصهار القياسية لعدد من المواد المألوفة. الجدول 4-2 حرارة التبخر والانصهار القياسية المادة الصيغة الكيميائية AH kJ/mol AH vap kJ/mol 6.01 40.7 HO 4.94 38.6 C₂H₂OH 3.22 35.2 CH₂OH الماء الإيثانول الميثانول 11.7 23.4 حمض الإيثانويك (الخل) CH COOH 5.66, 23.3 NH3 الأمونيا وزارة التعليم Ministry of Education 2023-1445

المعادلات الكيميائية الحرارية لتغيرات الحالة يمكن وصف تبخر الماء وصهر الجليد بالمعادلتين الآتيتين: AHvap = 40.7 kJ AHfus = 6.01 kJ H2O(l) → H2O(g) H2O(s) →→H₂O (1) تبين المعادلة الأولى أن 40.7 من الطاقة تُمتص عندما يتحول mol 1 من الماء الى 1mol من بخار الماء. بينما تشير المعادلة الثانية إلى أن 6.01 من الطاقة تُمتص عندما ينصهر مول واحد من الجليد ليكون مولاً واحدا من الشكل - الأسهم التي تشير إلى أعلى تدل على أن طاقة النظام تزداد عندما ينصهر الماء، ثم يتبخر. وتدل الأسهم التي تشير إلى أسفل على أن طاقة النظام نقل عندما يتكثف الماء ويتجمد. تغيرات حالة الماء -H₂O(g) AHvap +40.7 kJ الماء السائل. ماذا يحدث في العمليتين العكسيتين عندما يتكثّف بخار الماء ليكون الماء السائل أو عندما يتجمد الماء مكونا الجليد؟ كميات الحرارة في هذه العمليات الطاردة للحرارة مساوية لكميات الحرارة التي تمتص في عمليتي التبخر والانصهار الماصتين للحرارة. وهكذا فإن قيمة حرارة التكتف المولارية (Molar enthalpy (heat) of condensation (AHcond وقيمة حرارة التبخير المولارية متساويتان رقميًا وإن اختلفتا في الإشارة. كذلك فإن قيمة حرارة التجمد المولارية ( AHsolid) وقيمة حرارة الانصهار المولارية لهما القيمة الرقمية نفسها، ولكنهما تختلفان في الإشارة. وهذه العلاقات موضحة في الشكل 9-2 AHcond -40.7 kJ H200 - AHfus +6.01 kJ AHsolid = -6.01kJ -H₂O(s)----- AHvap = -AHcond Hus = - AHsolid قارن بين معادلتي تكثف وتجمد الماء الآتيتين بالمعادلتين المتعلقتين بتبخر الماء وصهره H2O(g) → H₂O (1) H2O(l) → H₂O(s) AHcond = -40.7 kJ AHsolid -6.01 kJ يستغل بعض المزارعين في البلاد الباردة حرارة انصهار الماء لحماية الفاكهة والخضراوات من التجمد. فإذا كان من المتوقع أن تنخفض درجة الحرارة إلى درجة التجمد في أحد الأيام فإنهم يغمرون بساتينهم وحقولهم بالماء في تلك الليلة. ويعود السبب في ذلك إلى أن عملية تجمد الماء تطلق طاقة Holid تدفئ الهواء المحيط لدرجة كافية لمنع الفاكهة والخضراوات من التلف، وسوف ترسم في مختبر حل المشكلات الآتي منحنى تسخين الماء لتفسير استعمال حرارة الانصهار والتبخر. ماذا قرأت؟ صنف عمليات كل من التكتف، والتجمد، والتبخر، والانصهار، إلى طاردة للحرارة أو ماصة لها. وزارة التعليم Mining Education 2073-1445

مختبر حل المشكلات اعمل رسوما بيانية واستعملها كيف ترسم منحنى التسخين للماء؟ 3 استنتج كيف يبدو شكل منحنى التسخين تتجاذب جزيئات الماء بشدة بعضهـــا نحو بعض لأنها للإيثانول؟ ينصهر الإيثانول عند 114°C- ويغلي قطبية، وتكون روابط هيدروجينية فيما بينها وتفسر عند C 78 ارسم منحنی تسخين الإيثانول في قطبية الماء حرارته النوعية العالية، وحرارة الانصهار مدی درجات الحرارة من °C° 120 إلى 90. ما العوامل التي تحدد طول الأجزاء التي تثبت فيها والتبخير العاليتين نسبيا. التحليل استعمل بيانات الجدول لرسم منحنى التسخين لعينة من الماء كتلتها g 180 عند تسخينها بمعدل ثابت من درجة الحرارة (الخطوط الأفقية)، وميل المنحنى بين الأجزاء التي تتغير فيها درجة الحرارة؟ بيانات الزمن ودرجة حرارة الماء الزمن درجة الحرارة الزمن درجة الحرارة 20°C - إلى 120°C . ثم سجل الوقت الذي يحتاج إليه الماء ليمر في كل قطاع من الرسم البياني. التفكير الناقد 1 حلل كلا من الأجزاء الخمسة من الرسم. والتي تتميز بتغير حاد في ميل المنحنى. وبين كيف يغير امتصاص الحرارة من طاقة الوضع وطاقة الحركة الجزيئات الماء. 2 احسب كمية الحرارة اللازمة لكل منطقة من الرسم. 180 g H2O=10 mol H₂O,AH=6.01 kJ/mol, AHvap = 40.7 kJ/mol, CH.0(s)=2.03 J/g.°C, Cn.orn = 4.184 J/g• °C, Cuog) = 2.01 J/g.C ما علاقة الزمن اللازم في كل منطقة في الرسم بكمية الحرارة الممتصة؟ C° min min 100 13.0 -20 0.0 100 14.0 0 1.0 100 15.0 0 2.0 100 16.0 9 3.0 100 17.0 26 4.0 100 18.0 42 5.0 100 19.0 58 6.0 100 20.0 71 7.0 100 21.0 83 8.0 100 22.0 92 9.0 100 23.0 98 10.0 100 24.0 100 11.0 120 20 25.0 100 12.0 وزارة التعليم Ministry of Education 2023-1445 314

مثال 4-2 الحرارة المنطلقة من تفاعل يستعمل المسعر في قياس الحرارة الناتجة عن تفاعلات الاحتراق؛ إذ يتم التفاعل في حجم ثابت يحوي أكسجينًا مضغوطا ضغطا عاليًا. ما كمية الحرارة الناتجة عن احتراق 54.0 جلوكوز CH206 بحسب المعادلة الآتية: تحليل المسألة AHcomb-2808 kJ C6H12O6(s)+602(g) →6CO2(g) + 6H₂O(1) لديك كتلة معروفة من الجلوكوز، ومعادلة احتراق الجلوكوز و AHcomb. عليك تحويل جرامات الجلوكوز إلى مولات. ولأن الكتلة المولية للجلوكوز أكثر ثلاث مرات من كتلة الجلوكوز المحترق، يمكنك أن تتوقع أن الحرارة الناتجة ستكون أقل من ثلث AHcomb. المعطيات كتلة الجلوكوز g = CH206 54.0 المطلوب kJ ؟ = q AH comb -2808 kJ B حساب المطلوب حول جرامات 120 إلى مولات CH2O اضرب في مقلوب الكتلة المولية 1 mol 180.18 g 54.0gC H.Đ 1 mol C6H12O6 180.18 g C206 = 0.300 mol C6H12O6 اضرب مولات CH2O في المحتوى الحراري للاحتراق AHcomb اضرب مولات الجلوكوز في تقويم الإجابة 0.300 mol CH1206 X 2808 kJ 1 mol C6H12O6 = 842 kJ 2808 kJ 1 mol C6H12O6 الطاقة الناتجة أقل من ثلث AHcomb. مسائل تدريبية 23. احسب الحرارة اللازمة لصهر 25.78 من الميثانول الصلب عند درجة انصهاره استعن بالجدول 24 . 24. ما كمية الحرارة المنطلقة عن تكثّف 2758 من غاز الأمونيا إلى سائل عند درجة غليانه ؟ استعن بالجدول 4-2 لتحديد .AH cond 25. تحفيز ما كتلة الميثان CH، التي يجب احتراقها لإطلاق 128805 من الحرارة؟ استعن بالجدول 3-2 . الربط بي علم الأحياء عند احتراق mol 1 من الجلوكوز في مسعر ينطلق 2808 من تجربة عملية حرارة احتراق مادة الشمع الحرارة، وتنطلق الكمية نفسها من الحرارة في عملية أيض كتلة مساوية من الجلوكوز خلال عملية التنفس الخلوي. وتحدث هذه العملية في كل خلية داخل جسمك في سلسلة من الخطوات المعقدة؛ حيث يتكسر الجلوكوز وينطلق ثاني أكسيد الكربون والماء اللذان ينتجان أيضًا عن حرق الجلوكوز في المسعر، وتخزن الحرارة الناتجة في صورة طاقة وضع كيميائية في روابط جزيئات ثلاثي فوسفات الأدينوسين ATP وعندما يحتاج أي جزء من الجسم إلى الطاقة تقوم جزيئات ATP بإطلاق كمية الطاقة المطلوبة. ارجع إلى دليل التجارب العملية على منصة عين الإثرائية وزارة التعليم Minist Education 2073-1445

CH₂OH ня H HOC Сон OH H OH جلوكوز تفاعلات الاحتراق Combustion Reactions تفاعل الاحتراق عبارة عن تفاعل الوقود مع الأكسجين، وفي الأنظمة الحيوية يعد الطعام الوقود اللازم للاحتراق. يبين الشكل 100-2 بعض الأغذية العديدة التي تحتوي على الجلوكوز بالإضافة إلى أغذية أخرى تحتوي على الكربوهيدرات، والتي تتحول بدورها إلى جلوكوز داخل جسمك. كما أنك تعتمد على تفاعلات الاحتراق في تدفئة منزلك. فمثلاً يُحرق غاز الميثان بوصفه وسيلة لطهو الطعام أو تدفئة المنازل؛ إذ ينتج عن حرق mol من الميثان 891 من الطاقة الحرارية، كما تبين المعادلة الكيميائية: CH4(g) +202(g) → CO2(g) + 2H2O(1) +891 kJ تعمل معظم المركبات ومنها السيارات والطائرات والسفن والشاحنات باحتراق الجاوزلين ، والذي يتكون غالبًا من الأوكتان Chan. ويبين الجدول - الشكل 10-2 هذه الأغذية هي أن احتراق 1mol من الأوكتان ينتج 5471kJ من الحرارة. وقود للجسم. فهي تزود الجسم بالجلوكوز الذي يحترق لإنتاج CaH1B(1)+202(g) →8CO2(g) + 9H2O (1) + 5471 kJ 2808kJ/mol ليقوم الجسم كما يتفاعل الهيدروجين والأكسجين معا لتوفير الطاقة اللازمة لرفع مكوك الفضاء بأنشطته الحيوية. إلى ارتفاعات شاهقة في الفضاء. التقويم 3-2 الخلاصة H2(g) +02 2(g) →H₂O) +286 kJ : 26 الفكرة الرئيسة اكتب معادلة كيميائية حرارية كاملة لاحتراق الإيثانول تحتوي المعادلة الكيميائية الحرارية CHOH إذا علمت أن AHcomb = - 1367 J/mol على الحالات الطبيعية للمواد 27. حدد أي العمليات الآتية طاردة للحرارة، وأيها ماصة لها؟ المتفاعلة والنواتج، كما تبين التغير : 2 )CHOH) → CHOH في المحتوى الحراري. حرارة التبخر المولارية AHp Br2(1) Br2(s) .b C5H12(g) +802(g) → 5CO2(g) + 6H2O (1) C هي كمية الطاقة اللازمة لتبخر مول 28. اشرح كيف يمكنك حساب الحرارة المنطلقة عند تجمد mol 0.25 ماء. 29. احسب كمية الحرارة المنطلقة عند احتراق 206g من غاز الهيدروجين؟ واحد من السائل. AHcomb -286 kJ/mol حرارة الانصهار المولارية Hus، هي كمية الحرارة اللازمة : 30. طبق إذا كانت حرارة التبخر المولارية للأمونيا هي kJ /mol 23.3 فما مقدار لصهر مول واحد من المادة حرارة التكتف المولارية للأمونيا ؟ الصلبة. 316 31. تفسير الرسوم العلمية يبين الرسم المجاور المحتوى الحراري للتفاعل A C. هل التفاعل طارد أم ماص للحرارة؟ فسر إجابتك. ΔΗ وزارة التعليم Ministry of Education 2023-1445