الدرس الخامس ... التغيرات الحرارية المصاحبة للتغيرات الكيميائية

التغيرات الحرارية المصاحبة للتغيرات الكيميائية
حـــــرارة الترسيب :
 تعريف حرارة الترسيب
كمية الحرارة المنطلقة عند ترسيب واحد مول من المادة ترسيباً كاملاً
-مقدار التغير الحرارى الناتج عن ترسيب واحد مول من كلوريد الفضة
AgNO3 + NaCl  NaNO3 + AgCl  H= -35.6 KJ
ما معنى أن حرارة ترسيب كلوريد الفضة تساوى – 35.6 كيل جول / مول
معنى ذلك أن كمية الحرارة المنطلقة عند ترسيب واحد مول من كلوريد الفضة ترسيباً كاملاً يساوى –36.5 كيلو جول
 علل يمكن اعتبار أن حرارة الترسيب التغير الحرارى الناتج عن ترسيب واحد مول من كلوريد الفضة
عند إضافة محلول نترات الفضة على محلول كلوريد الصوديوم يحدث الآتي:
1- يتأين كل من كلوريد الصوديوم ونترات الفضة
2- يتحد ايون الفضة من نترات الفضة مع ايون الكلوريد من كلوريد الصوديوم ويتكون كلوريد الفضة
3- يظل ايون النترات والصوديوم فى المحلول ذائبين فلا يؤثر كل منهم على التغير الحرارى
AgNO3  Ag + + NO3-
NaCl  Na+ + Cl-بالجمع
NaCl(aq) + AgNO3(aq) AgCl (s) + Na+( aq) +NO-3 (aq)
 علل حرارة الترسيب تفاعل طارد للحرارة
لأنة فى تفاعلات الترسيب تكون المتفاعلات فى حالة يون فلا يكون هناك تكسير روابط و لا طاقة ممتصة وعند إضافة كل منهم على الآخر يتحد الايون الموجب مع الايون السالب للمادة المترسبة ويتكون رابطة بينهم تسبب انطلاق طاقة تسمى حرارة الترسيب

قياس التغير الحرارى الناتج عن الترسيب
 الأدوات
1-زجاجة من البلاستيك 2-مخبار مدرج
3-ترمومتر مقسم تدريجة إلى 01. درجة مئوية 4-نترات فضة وكلوريد صوديوم أو كلوريد امونيوم
 خطوات العمل :
1-خذ بواسطة المخبار 25 سم من محول نترات الفضة 1/ 2مولر وضعها فى الزجاجة البلاستيك
2-عين درجة حرارتها الابتدائية
3-خذ بواسطة المخبار 25 سم من محول كلوريد الصوديوم 1/ 2مولر وضعها فى الزجاجة البلاستيك ورجها جيدا
4-عين درجة الحرارة النهائية
 الحسابات
-درجة الحرارة الابتدائية =
- درجة الحرارة النهائية =
التغير فى درجة الحرارة =
كمية الحرارة = الكتلة × الحرارة النوعية × فرق درجات الحرارة
حـــــرارة التكوين
 حرارة التكوين :
كمية الحرارة المنطلقة والممتصة عند تكوين واحد مول من مركب ما من عناصره الأولية بحيث تكون العناصر فى حالاتها القياسية .
 الحالة القياسية :
هى الحالة التى تكون عندها المادة فى أكثر حالاتها استقراراً عند 25م وضغط جوى
معتاد 76سم/ز
1- تفاعل الفلور مع الهيدروجين لتكوين فلوريد هيدروجين
F2 + H2  2HF H = - 543.7 kj
- نلاحظ أن هذا المقدار من الحرارة 543.7 انطلق نتيجة تكوين2 مول من فلوريد الهيدروجين
 تكون كمية الحرارة الناتجة من تكوين واحد مول من فلوريد الهيدروجين
= 543.7 / 2 = 267.35 ك ج
2- تفاعل الأكسجين مع الكربون لتكوين غاز ثاني أكسيد الكربون
C + O2  CO2 H = 393.5 Kj
- حرارة تكوين غاز CO2 من عناصره الأولية وهى الكربون فى صورة جرافيت والأكسجين فى صورة غاز تساوى 393.5 ك ج
 علل الجرافيت هى الحالة القياسية للكربون
لأنة يمثل أكثر حالات الكربون استقرارا فى عند 25م وضغط جوى معتاد 76سم/ز
- س : ما المقصود بأن حرارة تكوين ثاني أكسيد الكربون = 393.5 ك ج
معنى ذلك أن كمية الحرارة الناتجة من تكوين واحد مول من ثاني أكسيد الكربون من عناصره الأولية وهى فى حالتها القياسية وهى الكربون فى صورة جرافيت والأكسجين فى صورة غاز =5,393ك ج
*التغير فى المحتوى الحرارى
= حرارة تكوين النواتج – حرارة تكوين المتفاعلات
حرارة تكوين المركب = المحتوى الحرارى له
 علل التفاعل C2H6 +7/2 O2 2CO2+ 3H2O لاتمثل حرارة تكوين الماء ولا غاز ثانى اكسيد الكربون
لأنة لم يتم تكوين كل منهم من عنا صرة الأولية

 علاقة حرارة التكوين بثبات المركبات حرارياً :
التفاعلات الطاردة
للحرارة : التفاعلات الماصة
للحرارة : كيلو جول
(+)
نواتج غير ثابتة
مركبات ماصة للحرارة
+= H متفاعلات
0
-= H متفاعلات

نواتج ثابتة
مركبات طاردة للحرارة (-)
كيلو جول
حالة المركب ثابتة كيميائياً غير ثابت حراريا
طاقة المركب الناتج أقل من طاقة مكوناته أكبر من طاقة مكوناته
المحتوى الحرارى للمركب الناتج اقل من طاقة مكوناتة اكبر من طاقة مكوناتة
طاقة التكوين وطاقة التكسير طاقة الرابطة < طاقة تكوين الروابط طاقة الرابطة > طاقة تكوين الروابط
مسائل على حرارة الاحتراق والتكوين
1 – إذا علمت أن حرارة احتراق الكحول الإيثيلى هي 1367 ك.ج مول . احسب كمية الحرارة الناتجة من احتراق 23 جم منه
C = 12 ‘ O = 16 ‘ H = 1
C2H5OH = 2 ×12 + 6×1 + 1×16 = 46 جم
46 جم  1367
23 جم  س س = 23 × 1367 / 46 = 683.5 ك ج
=====================================================
2-فى التفاعل 2H2O2  2H2O + O2 ∆H = -570 KJ
*-احسب حرارة احتراق الهيدروجين
2H2 + O2  2H2O
حرارة احتراق 2 مول الهيدروجين هى حرارة تكوين الماء = 570 ك ج
حرارة احتراق الهيدروجين =حرارة احتراق واحد مول= -570 = -285 ك ج
2
*ما قيمة المحتوى الحرارى للماء = -570 /2 = -285 ك ج
*الماء مركب ثابت حراريا اذكر السبب أن المحتوى الحرارى لة اقل من مكوناتة
ماهى كمية الحرارة الناتجة من احتراق 4 جم هيدروجين = -570
ما كتلة الماء الناتج من هذا التفاعل =36 جم
احسب كمية الحرارة الناتجة من تكوين 18 جم ماء = -285 ك ج
3- فى المعادلة C2H6 +7/2 O2  2CO2+ 3H2O
احسب حرارة تكوين غاز الإيثان اذا علمت أن حرارة 3 جم منة = -120 ك ج وان حرارة تكوين الماء =-285 ك ج /مول وان حرارة تكوين ثانى اكسيد الكربون =-393 ك ج /مول (C=12 ,H=1 ,O=16)
كتلة المول من الإيثان C2H6 = 12×2 +6×1 = 24 + 6 =30 جم
3 جم إيثان  -120
30 جم إيثان  س
س = 30 ×-120 /3 = -1200 ك ج
ويصبح هو مقدار التغير فى المحتوى الحرارى
حرارة تكوين النواتج = 2× -393 + 3×-285 = -786 +- 855 =
- 1641 ك ج
حرارة تكوين المتفاعلات = س + صفر = س
التغير فى المحتوى الحرارى = حرارة تكوين النواتج – حرارة تكوين المتفاعلات
-1200 = -1641 – س
س= -1641+ 1200 =- 441 ك ج
=====================================================
2C2H6 + 7O2  4 CO2 + 6H2O ∆H =- 2400 KJ4-فى التفاعل
ا ) احسب كمية الحرارة الناتجة من احتراق 5 جرام إيثان
كتلة 2 مول إيثان = 2( 2×12 + 6×1 )= 2(24 +6 ) =2×30 =60 جم
ب ) احسب كمية الإيثان التى تنتج 300 ك.ج عند الاحتراق
60 جم  2400
س  300
س= 300 ×60 = 7.5 جم
2400
ج ) ما عدد مولات كل من H2O ' CO2 التى تنتج من احتراق واحد مول إيثان
-عدد مولات ثانى اكسيد الكربون = 2 مول
-عدد مولات بخار الماء = 3 مول
ء ) إذا علمت أن حرارة تكوين الماء ، ثانى اكسيد الكربون على الترتيب –285 ، -393 ك.ج احسب حرارة تكوين الإيثان .
حرارة تكوين المتفاعلات = 2 × س + صفر = 2س
حرارة تكوين النواتج = 4 × - 393 + 6× - 285 = -3282 ك ج
التغير فى المحتوى الحرارى = حرارة تكوين النواتج - حرارة تكوين المتفاعلات
-2400 = -3282 – 2 س
- 2س -2400 + 3282 = 882
س = -882 ÷ 2 =441 ك ج
=====================================================

5- احسب حرارة تكوين غاز البر وبان C3H8 إذا علمت أن حرارة تكوين CO2 = - 393 ك.ج وأن حرارة تكوين الماء = 285 ك.ج .
C3H8 + 5O2  3CO2 + 4H2O ∆H = -221 Kj
تكوين المتفاعلات = 1 × س + صفر = س
حرارة تكوين النواتج = 3 × - 393 + 4× - 285 =- 1179 – 1140 = -2319 ك ج
التغير فى المحتوى الحرارى = حرارة تكوين النواتج - حرارة تكوين المتفاعلات
-221= 2319 – س (-س = -221 + 2319 = 2098 ك ج)
=====================================================
6-يتفاعل الخارصين مع حمض الهيدروكلوريك المخفف حسب المعادلة
Zn + 2H+Cl  Zn+2Cl2 + H+2 ∆H = -150 KJ (1)
1-احسب عدد مولات كل من حمض الهيدروكلوريك والخارصين عندما يكون التغير الحرارة =-150 ك ج
عدد مولات حمض الهيدروكلوريك 2 مول والخارصين =1 مول
2-احسب التغير الحرارى عندما يذوب مولان من الخارصين فى كمية وفيرة من حمض الهيدروكلوريك
= 2 ×-150 = -300 ك ج
3-احسب وزن الخارصين الذائب والحمض الناتج اذا كان التغير الحرارى =100 ك ج ( الخارصين = 65 والهيدروجين = 1 )
Zn + 2H+Cl  Zn+2Cl2 + H+2 ∆H = -150 KJ
65 جم خار صين -150
س جم خار صين -100
س= -100 ×65 /-150 =43.33 جم خار صين
2جم هيدروجين  -150
س جم هيدروجين  -100
س= -100 ×2/-150 =1.33 جم هيدروجين
-إذا استخدم حمض الكبريتيك بدلا من حمض الهيدروكلوريك فكم مول من حمض الكبريتيك يتفاعل مع وفرة من الخارصين ليكون التغير الحرارى -150 ك ج
Zn + H+2SO4  Zn+2SO4 + H+2 ∆H = -150 KJ (2)
بمقارنة المعادلة 1 ،2 نجد أن كتلة الخارصين الذائبة والهيدروجين الناتجة متساوية فى الحالتين بذلك يلزم واحد مول من حمض الكبريتيك لكي يتفاعل مع وفرة من الخاصين
=====================================================
7-في الشكل المقابل احسب قيمة كل من س ، ص
S  H2SO4 ∆H =-595Kj
S+O2  SO2 ∆H =-297Kj
SO2 +1/2O2 SO3 ∆H =-89Kj
SO3 +H2O  H2SO4 ∆H=ص
SO2  H2SO4 ∆H=س
ص= -595-(-297-89) =-595+ 386
=-209ك ج
س =-595 – (-297)= -595 +297
=298 ك ج

قانـــــون هس
 تعريف قانون هس:-
تتوقف حرارة التفاعل على طبيعة المواد الداخلة فى التفاعل والمواد الناتجة من التفاعل وليس على الخطوات التي يتم فيه التفاعل
 أهمية قانون هس:
1- معاملة المعادلات الكيميائية الحرارية كأنها معادلات جبرية
2- حساب التغير فى المحتوى الحرارى التى لا يمكن قياسها بطريق مباشر ولكن يمكن قياسها بواسطة تفاعلات أخرى.
 حرارة التفاعل:
تعبر حرارة التفاعل عن صور التغير فى المحتوى الحرارى الذي ينشأ نتيجة للتفاعلات السابقة.
- قد تكون حرارة التفاعل نتيجة للاحتراق – التعادل – الترسيب، ..
- حرارة تفاعل أي مركب ثابتة سواء تم هذا التفاعل فى خطوة واحدة أو فى عده خطوات.
مثــال :
- تعيين حرارة أول أكسيد الكربون CO
C + O2  CO2 H = س
1- نعين حرارة احتراق الكربون
(1) C + O2  CO2 H = - 393.7 kj
2- نعين حرارة احتراق أول أكسيد الكربون
(2) CO + ½ O2  CO2 H = - 283.3 kj
3- نطرح المعادلة رقم (2) من رقم (1)
(3)C + O2  CO2 H = - 393.7 kj
CO + ½ O2  CO2 H = - 283.3 kj
C + O2 – CO – ½ O2  صفر H = - 110.4 kj
C + ½ O2  CO H = - 110.4 kj
 حرارة تكوين أول أكسيد الكربون = 4و110 ك.ج

 علل أهمية قانون هس فى الكيمياء
لأنة يستخدم فى حساب التغير فى المحتوى الحرارى التى لا يمكن قياسها
بطريق مباشر ولكن يمكن قياسها بواسطة تفاعلات أخرى.
 لايمكن تعيين حرارة تكوين غاز أول اكسيد الكربون بطريقة عملية مباشرة
لان مركب أول اكسيد الكربون غير ثابت بمجرد تكوينة تستمر عملية الأكسدة
ويتحول إلى غاز ثانى أكسيد الكربون
C + O2  CO2
CO + ½ O2  CO2
 علل : يستخدم الألومونيوم فى اختزال أكسيد الحد يديك وليس العكس
نظراً لأن المحتوى الحرارى لأكسيد الألومونيوم أقل من المحتوى الحرارى لأكسيد الحد يديك فإن أكسيد الألومونيوم أثبت من أكسيد الحد يديك والتفاعل الكيميائي يسير فى اتجاه تكوين المركب الأثبت.
2Al + Fe2O3  2Fe + Al2O3 H = - 1669.8 kj
 علل : يتدرج ثبات هاليدات الهيدروجين بالنقصان من فلوريد الهيدروجين إلى يوديد الهيدروجين .
- لأن المحتوى الحرارى لهاليدات الهيدروجين يتدرج بالزيادة من فلوريد الهيدروجين إلى يوديد الهيدروجين.
مسائل على قانون هس
1-رتب المركبات الآتية حسب ثباتها حرارياً HF ،HCl ،HI ، HBr
إذا علمت أن حرارة تكوينها على الترتيب ..-271 ، -92 ، +26 ، -36
- HF > HCL > HBr > HI
- HF  أكثرها ثباتية
- HI  أقلها ثباتية
=====================================================
2-إذا علمت أن حرارة تكوين أكسيد الألومونيوم هى – 1669.8 ك ج وأن حرارة تكوين أكسيد الحدي ديك = -822 ك ج . فسر لماذا يستخدم الألومونيوم فى اختزال أكسيد الحد يديك ولا يستخدم الحديد فى اختزال أكسيد الألومونيوم.
2Al + 3/2 O2  Al2O3 H = - 1669.8 kj
2Fe + 3/2 O2  Fe2O3 H = - 822 kj
يزداد ثبات المركب الناتج كلما زاد الطاقة المنطلقة من التفاعل
المحتوى الحرارى لأكسيد الألومونيوم أقل من المحتوى الحرارى لأكسيد الحد يديك
 أكسيد الألومونيوم أكثر ثباتاً من أكسيد الحد يديك
التفاعل يسير فى اتجاه تكوين المركب الأثبت وهو أكسيد الألومونيوم
2Al + Fe2O3  2Fe + Al2O3 H = - 1669.8 kj
=================================================
3- المعادلتان التاليتان توضحان حرارة تكوين أكسيد النتريك وحرارة احتراقة على التوالي
½ N2 + ½ O2  NO H=90.37 K.J -----(1)
NO+ ½ O2  NO2 H = 56.79 KJ -----(2)
احسب حرارة تكوين فوق أكسيد النيتروجين من عناصرة
بجمع المعادلة رقم (2) مع رقم (1)
½ N2 + ½ O2 +NO + 1/2 O2  NO- NO2 H=33.56 KJ
½ N2 + O2  NO2 H=33.56 KJ
=====================================================
4-بدلالة المعادلات التالية احسب H للتفاعل H2(g) + Cl2(g)  2HCl(g)
NH3 (g) +HCl(g)  NH4Cl(v) H1 = -176 KJ ----(1)
N2(g) +3H2(g)  2NH3(g) H2 = -92022 KJ ---(2)
N2(g) +4H2(g) + Cl2(g)  2NH4Cl(v) H3 = -628086 KJ ---(3)
بضرب المعادلة رقم (1) ×2
2NH3 (g) +2HCl(g)  2NH4Cl(v) H4 = -352 KJ ----(4)
بجمع المعادلة رقم (4) مع المعادلة رقم (2)
N2(g) +3H2(g +2HCl(g)  2NH4Cl(v) H5 =-444022 KJ ------(5)
طرح المعادلة رقم (5) من المعادلة رقم (3)
H2(g) + Cl2(g) -2HCl(g)  H6 =184064 KJ
H2(g) + Cl2(g)  2HCl(g) H6 =184064 KJ
=======================================================
5- باستخدام قانون هس احسب حرارة تكوين غاز الميثان من عناصرة الأولية إذا علمت أن
CH4 +2O2 CO2 + 2H2O +212 K .Cal------(1)
C+O2  CO2 +94.5 K .Cal ------------(2)
H2+1/2 O2  H2O +68.4 K. Cal -------------(3)
معادلة تكوين الميثان من عناصرة الأولية C+2H2  CH4 ------(4)
بضرب المعادلة (‌2) فى (1) والمعادلة (3) فى (2) وجمع المعادلتين الناتجتين
C+O2  CO2 +94.5 K.Cal -----(5)
2H2+O2  2H2O +136.8 K. Cal -------------(6)
C+ 2H2 +2O2  CO2 + 2H2O + 231.3 K.Cal (7)
بطرح المعادلة رقم (1) من المعادلة رقم(7)
C+2H2 - CH4  19.3 K.Cal
C+2H2  CH4 19.3 K.Cal
=================================================
6-باستخدام قانون هس احسب حرارة تكوين الايثانول من عناصرة الأولية اذا علمت أن حرارة احتراق الايثانول = 226.8 كيلو سعر والكربون = 94.5 كيلو سعر والهيدروجين = 68.4 كيلو سعر
C2H5OH +3O2 2CO2 +2H2O +226.8 K.Cal ---(1)
C+O2 CO2 +94.5 K .Cal ------------(2)
H2+1/2 O2 H2O +68.4 K. Cal -------------(3)
معادلة تكوين الايثانول 2C+3H2 +1/2O2  C2H5OH
بضرب المعادلة (2) فى 2 والمعادلة (3) فى 3 والجمع
2C+2O2  2CO2 +94.5 K .Cal ------------(2)
3H2+3/2 O2  3 H2O +68.4 K. Cal -------------(3)
2C+7/2O2 +3H2  2CO2 + 3H2 +162.9 K. Cal ---(4)
2C+7/2O2 +3H2 – ( C2H5OH +3O2 ) 63.9 K.Cal
2C + 1/2 O2  C2H5OH +63.9 K.Cal
=====================================================
7-احسب حرارة تكوين رابع كلوريد القصدير باستخدام المعادلات الآتية
Sn(s) + Cl2(g)  SnCl2(s) H1=-34908 KJ -------------(1)
SnCl2(s) + Cl2(g)  SnCl4(l) H1= -18504 KJ ---(2)
بجمع المعادلتين ( 1، 2)
Sn(s) +2 Cl2(g)

» الدرس الثانى ...وحدات قياس الطاقة و المعادلة الكيميائية الحرارية المتزنة
» الدرس الخامس ... المعادلة الكيميائية والتفاعل الكيميائي
» الدرس السادس ... أنواع التفاعلات الكيميائية
» الدرس الخامس ... شدة الصوت
» الدرس الخامس ... الماء