حل درس حساب التغير في المحتوى الحراري كيمياء ثاني عشر متقدم

حل درس حساب التغير في المحتوى الحراري كيمياء ثاني عشر متقدم

حساب التغير في المحتوى الحراري 

قانون هس 

في بعض الأحيان يكون من المستحيل أو من غير العملي حساب ΔH في تفاعل ما باستخدام الكالوريميتر ،تحويل الكربون من صورته التآصلية الماس، إلى صورته التأصلية الجرافيت  (جرافيت C(s→ (ماس ,C(s

يحدث هذا التفاعل ببطء شديد بحيث يصبح حساب التغير في المحتوى الحراري مستحيلا تحدث تفاعلات أخرى في ظل ظروف يصعب تكرارها في المختبر كما أن هناك تفاعلات أخرى ينتج عنها نواتج غير تلك المرغوب فيهالهذا يستخدم الكيميائيون طريقة نظرية لحساب ΔH ̄ لنفترض أنك تدرس تكوين ثالث أكسيد الكبريت في الهواء الجوي ستحتاج لحساب ΔH لهذا التفاعل ؟=2S(s) + 3O2(g) → 2SO3(g) ΔH 

لسوء الحظ ينتج عن التجارب المعملية لإنتاج ثالث أكسيد الكبريت وحساب ΔH ،مزيج من النواتج غالبا ما تكون ثاني أكسيد الكبريت (SO2 )في مواقف مثل هذه، يمكنك حساب ΔH باستخدام قانون هس للجمع الحراري قانون هس ينص على أنك إذا استطعت جمع معادلتين حراريتين أو أكثر لإنتاج معادلة نهائية للتفاعل فسيكون مجموع التغير في المحتوى الحراري للتفاعلات الفردية هو التغير في المحتوى الحراري للتفاعل النهائي .

تطبيق قانون هس 

 كيف يمكن استخدام قانون هس لحساب التغير في الطاقة للتفاعل الذي ينتج عنه SO3

؟=2S(s) + 3O2(g) → 2SO3(g) ΔH

الخطوة 1 وهناك حاجة إلى المعادلات الكيميائية التي تحتوي على المواد الموجودة في المعادلة المطلوبة ويكون التغير في المحتوى الحراري معلوما تحتوي المعادلات التالية على S و O2 و SO3 ̄

      a. S(s) + O2(g) → SO2(g) ΔH= -297kJ 

b. 2SO3(g) → 2SO2(g) + O2(g) ΔH = 198kJ 

الخطوة 2 توضح المعادلة المطلوبة تفاعل مولين من الكبريت، لذا أعد كتابة المعادلة a لمولين من الكبريت عن طريق ضرب معاملاتها في 2 ضاعف التغير في المحتوى الحراري ΔH لأنه سيتم إطلاق ضعف الطاقة إذا تفاعل مولان من الكبريت مع هذه التغيرات تصبح المعادلة a كالتالي 

c. 2S(s) + 2O2(g) → 2SO2(g) ΔH = 2(-297kj)= -594kJ

الخطوة 3 في المعادلة المطلوبة يكون ثالث أكسيد الكبريت ناتجا وليس مادة متفاعلة، لذا قم بعكس المعادلة b .حين تقوم بعكس معادلة ما، يجب أن تغير إشارة ΔH الخاصة بها فتصبح b هي المعادلة d

d. 2SO2(g) + O2(g) → 2SO3(g) ΔH = -198

الخطوة 4 اجمع المعادلتين c و d للحصول على التفاعل المطلوب واجمع القيم المطابقة ل ΔH 

2S(s) + 2O2(g) → 2SO2(g )               ΔH = -594

2SO2(g) + O2(g)→ 2SO3(g)          ΔH = -198 

حرارة التكوين القياسية 

يسمح لك قانون هس بحساب قيم ΔH المجهولة باستخدام التفاعلات المعلومةوقيم ΔH التي تم حسابها بشكل تجريبي ومع ذلك، فتدوين قيم ΔH لجميع التفاعلات الكيميائية المعلومة سيكون مهمة ضخمة ولا نهائية ولكن ًعوضا عن ذلك، يدون العلماء التغيرات في المحتوى الحراري ويستخدمونها لنوع واحد فقط من التفاعلاتRتفاعل يتكون فيه مركب من عناصره في حالتها القياسيةالحالة القياسية لمادة ما تعني حالته الفيزيائية المعتادة عند atm 1 و (C°25 )على سبيل المثال في الحالات القياسية يكون الحديد صلبا والزئبق سائل والأكسجين غاز ثنائي الذرة قيمة ΔH لهذا التفاعل تسمى حرارة التكوين القياسية للمركب حرارة التكوين القياسية ΔHf تعرف بأنها التغير في المحتوى الحراري الذي يصاحب تكوين مول واحد من المركب من عناصره التي تكون في حالتها القياسية ويعد تفاعل التكوين لمول واحد من SO3 من عناصره تفاعل حرارة تكوين قياسية 

S(s) + 32O2(g) → SO3(g) ΔHf° = -396 

ناتج هذا التفاعل هو SO3 ،وهو غاز خانق ينتح مطر حمضي حين يمتزج مع رطوبة الهواء الجوي̄تتضح النتائج التدميرية للمطر الحمضي.

ما مصدر حرارة التكوين القياسية

 حين تحدد ارتفاع جبل ما، فإنك تقوم بذلك بالنسبة لنقطة مرجعية ماRعادة ما تكون مستوى سطح البحر̄بطريقة مشابهة، يتم تحديد حرارة التكوين القياسية بناء على الافتراض التالي«العناصر في حالتها ΔHf تساوي kJ 0.0 ̄مع نقطة بدء صفرية، يمكن حساب حرارة التكوين القياسية للمركبات تجريبيا  وتنظيمها على تدريج أعلى وأقل من العناصر في حالاتها القياسية فكر في الصفر على تدريج المستوى الحراري على أنه مشابه لدرجة تجمد الماء وهي C°0.0 كافة المواد التي تكون درجة حرارتها أسخن من نقطة التجمد تكون درجة حرارتها أعلى من الصفر̄كافة المواد التي تكون درجة حرارتها أبرد من نقطة التجمد تكون درجة حرارتها أقل من الصفر .

تحديد حرارة التكوين من التجارب: تم قياس حرارة التكوين القياسية للعديد من المركبات تجريبيا على سبيل المثال، لننظر إلى معادلة تكوين ثاني أكسيد النيتروجين التالية

1/2N2(g) + O2(g) → NO2(g) ΔHf° = +33.2

كلا من النيتروجين والأكسجين غازات ثنائية الذرة في حالاتها القياسية، لذا حرارة التكوين القياسية لكل منهما تساوي صفر عندما يتفاعل غازي الأكسجين والنيتروجين معا لتكوين مول واحد من ثاني أكسيد النيتروجين تكون ΔHالمحسوبة تجريبيا للتفاعل يساوي امتصاص kJ 33.2 هذا يعني أنه يتم امتصاص   kJ 33.2 من الطاقة في تفاعل ماص للحرارة محتوى طاقة الناتج NO2 kJ 2.33 وهو أكبر من محتوى طاقة المواد المتفاعلة على تدريج تكون فيه ΔHf للمتفاعلات تساوي  0.0 kJ   فتكون ΔHf ل  NO2°kJ 33.2  + يوضح أنه على تدريج حرارة التكوين القياسية تكون NO2 أعلى من العناصر التي تكون منها بمقدار kJ 33.2 ̄أما ثالث أكسيد الكبريت (SO3 )فيوضع عند kJ 396 أقل من الصفر على التدريج لأن تكوين (g(SO3 يعد ً تفاعلا طارد للحرارة المحتوى الحراري لثالث أكسيد  ΔHf  هو kJ 39 تبين حرارة التكوين القياسية لبعض المركبات الشائعة. 

استخدام حرارة التكوين القياسية: يمكن استخدام حرارة التكوين القياسية لحساب التغيرات في المحتوى الحراري rxn° ΔH للعديد من التفاعلات في ظروف قياسية باستخدام قانون هس لنفترض أنك ترغب في حساب rxn لتفاعل ينتج  عنه سادس فلوريد الكبريت وسادس فلوريد الكبريت هو غاز مستقر وغير نشط له العديد من التطبيقات المهمة 

؟=H2S(g) + 4F2(g) → 2HF(g) + SF6(g) ΔH °rxn

الخطوة 1 بالرجوع إلى الجدول 5 لمعرفة معادلة تكوين كل مركب من المركبات الثلاثة في المعادلة المطلوبة H2S و SF6 و HF ̄-

(a. 1/2H2(g) + 12F2(g) → HF(g

(b. S(s) + 3F2(g) → SF6(g

(H2(g) + S(s) → H2S(g

الخطوة 2 تصف المعادلتين a و b تكوين النواتج HF و SF6 في المعادلة المطلوبة، لذا استخدم المعادلات a و b في الاتجاه الذي كتبت فيه تصف المعادلة c تكوين الناتج H2S ،ولكن في المعادلة المطلوبة يكون H2S مادة متفاعلة تعكس المعادلة c وتغير أشارة 

H2S(g) → H2(g) + S(s) ΔHf =21

الخطوة 3 نحتاج لمولين من HF ̄اضرب المعادلة a والتغير في محتواها الحراري في اثنتين 

H2(g) + F2(g) → 2HF(g) ΔHf° = 2(-273) = -54 .