الفصل 5 طاقة التفاعلات اعداد/ راجح شعبان

القسم 5 – 1 الكيمياء الحرارية

مؤشرات الأداء: 1- يعرف درجة الحرارة ويحدد الوحدات التي تقاس بها 2- يعرف الحرارة ويحدد وحداتها 3- يجري حسابات حول الحرارة النوعية 4- يوضح المقصود بكل من :التغير في المحتوى الحراري، حرارة التفاعل ، حرارة التكوين ، حرارة الاحتراق

5- يحل مسائل تتعلق بـ : حرارة التفاعل ، حرارة التكوين ، حرارة الاحتراق

الكيمياء الحرارية : دراسة انتقال الطاقة على صورة حرارة الذي يصاحب التفاعلات الكيميائية والتغيرات الفيزيائية الطاقة المنتقلة : هي الطاقة المنطلقة أو الممتصة ما الجهاز المستخدم لقياس الطاقة المنتقلة ؟ الكالوريمتر أو المسعر الحراري .

الكالوريمتر أو المسعر الحراري

ما المقصود بدرجة الحرارة ؟ قياس معدل الطاقة الحركية لجسيمات عينة من المادة . ما مقياس درجة الحرارة المستخدم في حسابات الكيمياء الحرارية ؟ المقياس المئويC ومقياس كلفن K

ما العلاقة بين المقياس المئوي (C ) ومقياس كلفن . ( K ) K = 273 + OC مقادير تقسيمات الدرجات في المقاسين متساوية س : حول 200C إلى كلفن . K = 273 + OC K = 273 + 20 =293 k

K = 273 + OC س 2 : حول 313 k إلى مئوية . 313 = 273 + OC C=313-273 = 40 ما الوحدة التي تقاس بها كمية الطاقة المنتقلة كحرارة ؟ الجول J

ما المقصود بالحرارة ؟ صورة للطاقة تنتقل تلقائياً من جسم أعلى في درجة حرارته إلى جسم أقل في درجة حرارته ما العوامل التي تعتمد عليها كمية الطاقة المنتقلة كحرارة خلال التغير ؟ 1- طبيعة المادة . 2- كتلة المادة . 3- مقدار التغير في درجة الحرارة .

عرف الحرارة النوعية ؟ كمية الطاقة اللازمة لرفع درجة حرارة جرام واحد من المادة درجة مئوية واحد أو كلفنا واحداً . تقاس الحرارة النوعية تحت ضغط ثابت ورمزها Cp .

q Cp = ΔT m × q m ΔT الطاقة المنطلقة أو الممتصةJ كتلة العينة ( g ) الفرق بين درجتي الحرارة الابتدائية والنهائية . ΔT

ΔT T2 T1 = - T2 درجة الحرارة النهائية T1 درجة الحرارة الابتدائية

q q المعطى : المعطى : = = m m = = T1 T2 T1 = = احسب الحرارة النوعية لمادة تمتص عينة منها كتلتها 35 g كمية 48 J من الطاقة عند تسخينها من293 K إلى 313 K . 48 J 35 g 293 K 313 K q q المعطى : المعطى : = = m m = = T1 T2 T1 = =

- = T2 T1 ΔT = - ΔT 313 293 20 K = q Cp = m × ΔT 48 J Cp = = 0.069 J/g.K 35 g × 20 K

q 980 KJ = Cp = 4.18 6.2 L V = D 1 g/mL = 291K T1 = T2 المجهول : إذا أضيف 980KJ من الطاقة إلى 6.2L من الماء عند درجة حرارة 291 K فما درجة الحرارة النهائية للماء علماً أن كثافة الماء 1g/mL وحرارته النوعية =4.18 J/g.K المعطى : q 980 KJ = Cp = 4.18 J/g.K V 6.2 L = D 1 g/mL 291K = T1 = T2 المجهول :

1000 J q 980 KJ 980 000J = × = 1 Kj 1000 mL mL V 6.2 L 6200 = × = 1 L m D = × V mL 1 g/mL m × 6200 = 6200 g m =

q ΔT = Cp m × 980 000J ΔT = 6200 g 4.18 J/g.K × ΔT = 38 K

T1 ΔT = T2 - T1 T2 = ΔT + T2 = 38 K + 291K T2 = 329 K

احسب Cp لمعدن الانديوم علماً أن1 احسب Cp لمعدن الانديوم علماً أن1.0 mol منه يمتص 53 J عندما ترتفع درجة حرارته من 297.5 K إلى 299.5 ( In = 114) q 53 J المعطى : = عدد المولات 1.0mol = 299.5 K 297.5K T2 = T1 = 1.0 mol In = 114.g = m Cp = ? المجهول : J/g.K

T2 T1 ΔT = - ΔT 299.5 - 297.5 = 2 K ΔT =

q Cp = m × ΔT 35 J Cp = 2 K 114 g × = 0.23 J/g.K

ΔH حرارة التفاعل هي كمية الطاقة المنتقلة (الممتصة أو المنطلقة) أثناء التفاعل الكيميائي . ΔH التغير في المحتوى الحراري هي كمية الطاقة الممتصة أو المنطلقة على صورة حرارة من قبل نظام معين خلال عملية تحت ضغط ثابت .

H نواتج H متفاعلات ΔH = - H نواتج المحتوى الحراري للنواتج H متفاعلات المحتوى الحراري للمتفاعلات التغير في المحتوى الحراري ΔH

2H2O(g) 2H2(g) + O2(g) عند حدوث التفاعل السابق تنطلق كمية من الطاقة = 483.6 عند درجة حرارة 298 K وبالتالي يعبر عن كمية الطاقة المنطلقة خلال التفاعل بالمعادلة التالية : 2H2(g) +O2(g) 2H2O(g) + 483.6 kJ

من المعادلة : تنطلق 483.6 kJ من الطاقة عند تكون 2 mol من بخار الماء 2H2(g) +O2(g) 2H2O(g) + 483.6 kJ من المعادلة : تنطلق 483.6 kJ من الطاقة عند تكون 2 mol من بخار الماء س: كم من الطاقة ينطلق عند تكون 4 mol من بخار الماء ؟ 2× 483.6 kJ

س: كم من الطاقة ينطلق عند تكون 1 mol من بخار الماء ؟ ½× 483.6 kJ

ما المعادلة الكيميائية الحرارية ؟ المعادلة التي تتضمن كمية الطاقة الممتصة أو المنطلقة كحرارة أثناء التفاعل الكيميائي . في التفاعلات الطاردة للحرارة، أين تكتب كمية الحرارة ؟ على اليمين جهة المواد الناتجة

في التفاعلات الماصة للحرارة، أين تكتب كمية الحرارة؟ على اليسار جهة المواد المتفاعلة كمية الطاقة الممتصة من جزيئات الماء لتكوين الهيدروجين والأكسجين تساوي كمية الطاقة المنطلقةعند اتحاد هذين العنصرين لتكوين الماء . لأن الفرق بين طاقة المتفاعلات والنواتج لم يتغير

حدد نوع التفاعل (طارد أو ماص للحرارة) : 3CO(g) +Fe2O3(S) 2Fe(S) + 3CO2(g) + 24.7 kJ إذاً التفاعل طارد للحرارة . I2(g) I2(S) + 24.7 kJ التفاعل ماص للحرارة

ما إشارة ΔH في التفاعلات الطاردة للحرارة ؟ من 0 أقل أي ΔH سالبة دائماً لأن النظام يفقد طاقة أثناء التفاعل لماذا ؟ ما إشارة ΔHفي التفاعلات الماصة للحرارة ؟ من 0 أكبر أي ΔH موجبة دائما لأن النظام يكتسب طاقة أثناء التفاعل

س: حدد قيمة ΔH لكل تفاعل مما يلي : 3CO(g) +Fe2O3(S) + 3CO2(g) 2Fe(S) + 24.7 kJ هل التفاعل ماص أم طارد للحرارة ؟ ً التفاعل طارد للحرارة . هل ΔH موجبة أم سالبة لهذا التفاعل ؟ سالبة . - 24.7 kJ كم تكون قيمة ΔH لهذا التفاعل ؟

هل التفاعل ماص أم طارد للحرارة ؟ I2(g) I2(S) س : + 24.7 kJ هل التفاعل ماص أم طارد للحرارة ؟ ً التفاعل ماص للحرارة . هل ΔH موجبة أم سالبة لهذا التفاعل ؟ موجبة . كم تكون قيمة ΔH لهذا التفاعل ؟ + 24.7 kJ

3- في التفاعلات الطاردة للحرارة أين تكتب كمية الحرارة ؟ س: أعد كتابة المعادلات التالية مضمناً قيمة ΔH جانب المتفاعلات أو النواتج : 2Mg(S) 2MgO(S) +O2(g) ΔH = -1200 kJ 1-هل ΔH موجبة أم سالبة لهذا التفاعل ؟ سالبة . طارد. 2- هل التفاعل ماص أم طارد للحرارة ؟ 3- في التفاعلات الطاردة للحرارة أين تكتب كمية الحرارة ؟ جهة النواتج . 2Mg(S) +1200 kJ +O2(g) 2MgO(S)

ΔH سالبة وبالتالي التفاعل للحرارة طارد مسار التفاعل الحراري الطاقة الابتدائية سير التفاعل الطاقة المتفاعلات 300 ΔH الطاقة النهائية 500 النواتج - ΔH الطاقة النهائية = الطاقة الابتدائية - 500 300 200 ΔH = = ΔH سالبة وبالتالي التفاعل للحرارة طارد

ΔH موجبة وبالتالي التفاعل للحرارة ماص الطاقة النهائية النواتج ΔH الطاقة الطاقة الابتدائية المتفاعلات سير التفاعل مسار التفاعل الحراري : ΔH موجبة وبالتالي التفاعل للحرارة ماص

عند استخدام المعادلات الكيميائية الحرارية: 1- تمثل المعاملات عدد المولات ولا تمثل عدد الجزيئات مطلقاً . علل : يمكن كتابة المعاملات ككسور في المعادلات الكيميائية الحرارية ؟ * لأنها تمثل المعاملات عدد المولات ولا تمثل عدد الجزيئات مطلقاً .

2- يجب كتابة الحالة الفيزيائية للمتفاعلات والنواتج . 3- يتناسب التغير في الطاقة طردياً مع عدد مولات المادة الخاضعة للتغير . 4- قيمة تغير الطاقة ΔH لا تتأثر عادة بتغير درجة الحرارة .

ΔH0 f حرارة التكوين المولية تغير الحرارة الذي يحصل لدى تكون مول واحد من مركب من عناصره الأولية في حالتها القياسية عند 250C وضغط 1atm

f حرارة التكوين المولية للعناصر في حالتها القياسية = صفر . ΔH0 المركبات المستقرة جداً تكون حرارة التكوين لها ذات قيم سالبة كبيرة .

المركبات غير المستقرة تماماً تكون حرارة التكوين لها ذات قيم موجبة كبيرة . المركبات غير المستقرة تكون حرارة التكوين لها ذات قيم موجبة أو سالبة قليلة . يزداد الاستقرار + -

HI (+26.5) , C2H2 ( +226.7) CO2 (-393.5) HgC2N2O2(+270) أقلها رتب تصاعدياً المركبات التالية حسب استقرارها (حرارة التكوين kJ/mol بين قوسين) HI (+26.5) , C2H2 ( +226.7) CO2 (-393.5) HgC2N2O2(+270) أقلها الترتيب : C2H2 CO2 HI HgC2N2O2 ثم ثم ثم

2H2(g) +O2(g) 2H2O(g) + 483.6 kJ احسب حرارة تكوين الماء

حرارة الاحتراق ΔH c الحرارة المنطلقة لدى الاحتراق الكامل لمول واحد من المادة . الجهاز الشائع لتحديد قيم حرارة الاحتراق هو كالوريمتر الاحتراق .

ΔH حساب حرارة التفاعل قانون هس : قيمة التغير في المحتوى الحراري ΔH لأي تفاعل كيميائي ثابتة سواء تم التفاعل في خطوة واحدة أو في عدة خطوات .

ΔH ΔH1 ΔH3 ΔH2 ΔH3 ΔH = ΔH1 + ΔH2 +

خطوات حساب حرارة التفاعل : 1- اعكس معادلة التفاعل حيث يلزم(وبالتالي تنعكس إشارة ΔH ) 2- اضرب معاملات المعادلات بأعداد بسيطة بحيث تعطي عند جمعها المعادلة الكيميائية المطلوبة ( تضرب ΔH بنفس العدد )

+O2(g) C(s) CO2(g) H2(g) + ½O2(g) H2O(l) س: احسب حرارة تكوين غاز الميثان من عنصريه غاز الهيدروجين والكربون الصلب عند درجة 298K باستخدام المعادلات والمعلومات التالية : +O2(g) - 393.5kJ C(s) CO2(g) ΔH = c - 285.8kJ H2(g) ΔH = c + ½O2(g) H2O(l) +2H2O(l) CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) - 890.8kJ ΔH = c

C(s) +2H2(g) +O2 C CO2 H2 + ½O2 H2O كتابة المعادلة الأصلية : CH4(g) ΔH = ? f C(s) +2H2(g) قارن بين كل معادلة والمعادلة الأصلية 1- تبقى المعادلتان الأولى والثانية كما هي بينما تعكس المعادلة الثالثة +O2 - 393.5kJ C CO2 ΔH = c - 285.8kJ H2 ΔH = c + ½O2 H2O CH4 + 2O2 CO2 +2H2O + 890.8kJ ΔH =

+O2 C CO2 2H2 H2 + ½O2 + O2 2H2O H2O + 2O2 CH4 CO2 +2H2O 2- تضرب المعادلة الثانية ب( 2 ) بينما تبقى كل من المعادلة الأولى والثالثة كما هي . +O2 - 393.5kJ C CO2 ΔH = c - 285.8kJ 2H2 H2 ΔH = c + ½O2 + O2 2H2O H2O 2×- 285.8kJ CH4 + 2O2 CO2 +2H2O + 890.8kJ ΔH =

+O2 C C CO2 2H2O +2H2 2H2 + O2 CO2 CH4 CH4 + 2O2 +2H2O 3- جمع المعادلات الثلاثة : +O2 - 393.5kJ C C CO2 ΔH = 2H2O - 571.6 kJ +2H2 2H2 ΔH= + O2 CO2 CH4 CH4 + 2O2 +2H2O + 890.8kJ ΔH = -74.3kJ ΔH f =(-393.5) + (-571.6) + (+ 890.8)=

مسألة نموذجية 5 – 2 ص 136

حساب حرارة التكوين :

حرارة التفاعل لـ CO و CO2 +O2 C CO + ½O2 CO2 0 kJ -393.5 kJ - 110.5 kJ ΔH = CO + ½O2 + 283.0 kJ - 283.0 kJ ΔH = ΔH = CO2 -393.5 kJ

,Cl2 Sn 35 ص 150 SnCl2 SnCl4 Sn + Cl2 SnCl2 ΔH = ? SnCl2 + Cl2 SnCl4 -100 - 325.1 kJ -200 SnCl2 ? kJ -300 -400 - 186.2 kJ -500 SnCl4 -600 Sn + Cl2 SnCl2 ΔH = ? SnCl2 + Cl2 SnCl4 ΔH = ? Sn + 2Cl2 SnCl4 ΔH = ?