حل مراجعة الوحدة الخامسة الطاقة الكيميائية الصف العاشر

 حل مراجعة الوحدة الخامسة الطاقة الكيميائية صفحة 77

مراجعة الوحدة صفحة 77

 

1- أوضحُ المقصودَ بالمصطلحاتِ والمفاھیمِ الآتیةِ:

الإجابة:

المحتوى الحراري للمادة: كمية الطاقة المخزونة في مول من المادة.

التفاعل الماص للطاقة: تفاعل يتطلب حدوثه تزويده بكمية كافية من الطاقة؛ حيث يكون المحتوى الحراري للمواد الناتجة أكبر من المحتوى الحراري للمواد المتفاعلة.

طاقة التجمد المولية: كمية الطاقة الناتجة عن تجمد مول من المادة عند درجة حرارة معينة.

طاقة التسامي المولية: كمية الطاقة اللازمة لتحويل مول من المادة الصلبة إلى الحالة الغازية.

الحرارة النوعية : كمية الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة غرام واحد من المادة درجة سيليزية واحدة عند ضغط ثابت.

حرارة التكوين القياسية: التغير في المحتوى الحراري الناتج عن تكوين مول واحد من المركب من عناصره الأساسية.

القيمة الحرارية للوقود: كمية الحرارة الناتجة عن حرق غرام واحد من الوقود حرقًا تامًّا بوجود الأكسجين.

 

2- المخططُ المجاورُ یمثلُ تفاعلَ أكسیدِ الكالسیومِ معَ الماءِ لإنتاجِ ھیدروكسید الكالسیومِ، أدرسُ المخططَ وأجیبُ عنِ الأسئلةِ الآتیةِ:

أ . ھلِ التفاعلُ ماصٌّ أمْ طاردٌ للحرارةِ؟

ب. أیُّھما أكثرُ الطاقةُ اللازمةُ لكسرِ الروابطِ في الموادِّ المتفاعلةِ أمِ الطاقةُ المنبعثةُ

عندَ تكوینِ النواتجِ؟

ج. أكتبُ معادلةً كیمیائیةً حراریةً تمثلُ التفاعلَ.

الإجابة:

أ . التفاعل طارد للحرارة.

ب. الطاقة المنبعثة عند تكوين المواد الناتجة.

ج. CaO + H₂ O → Ca + 65 kJ

 

3-  أدرسُ التفاعلاتِ الآتیةَ، وأجیبُ عنِ الأسئلةِ التي تلیھا:

1) NaOH_(aq) + HCl_(aq) → NaCl_(aq) + H₂O _(l) + Heat

2) 6CO_2(g) + Heat + 6H₂O_(l) → C₆H₁₂O_6(aq) + 6O_2(g)

3) N_2(g) + 2O_2(g) + Heat → 2NO_2(g)

4) N_2(g) + 3H_2(g) → 2NH_3(g) + Hea

أ .أحددُ التفاعلَ الطاردَ للطاقةِ، والتفاعلَ الماصَّ لَھا.

ب.أحددُ أیُّھا تكونُ قیمةُ ( ΔH ) لَھا إشارةً سالبةً.

ج.أستنتجُ أیُّھا یكونُ فیھِ المحتوى الحراريُّ للموادِّ المتفاعلةِ أكبرَ منَ المحتوى الحراريِّ للموادِّ الناتجةِ.

د . أرسمُ مخططًا لكلٍّ منْ: تكوینِ المركبِ ( NO₂ ) والمركبِ ( NH₃ ) یبینُ التغیُّرَ في المحتوى الحراريِّ لكلٍّ منھُما.

 

الإجابة:

أ . التفاعلات الطاردة للطاقة: ( 1,4 )

التفاعلات الماصة للطاقة: ( 2,3 )

ب. ΔH تكون قيمة سالبة للتفاعلين ( 1,4 )

ج. التفاعلان ( 1,4 )

 

4- أفسرُ ما یأتي:

أ .تعدُّ عملیةُ التبخرِ تحولًا فیزیائیًّا ماصًّا للطاقةِ، وعملیةُ التجمدِ تحولًا فیزیائیًّا طاردًا للطاقةِ.

ب.طاقةُ التسامي المولیةُ أكبرُ منْ طاقةِ التبخرِ المولیةِ .

 

الإجابة:

أ . لأن تحول الماء السائل الى بخار يلزمه طاقة كافية للتغلب على الترابط بين جزيئات الماء السائل فتنفصل عن بعضها على شكل جزيئات ماء حرة الحركة لا تجاذب بينها، أما التجمد فانه يتم بسبب تقارب جزيئات الماء السائل وانخفاض درجة حرارتها، وتفقد الطاقة وتقل طاقتها الحركية ويزداد التجاذب بين الجزيئات، ويزداد تماسكها؛ فتتقيد حركتها، وتصبح في الحالة الصلبة.

ب. لأن تحول الماء من الحالة الصلبة إلى الحالة الغازية يتطلب تزويد جزيئات الماء بكمية من الطاقة تساوي مجموع كمية الطاقة اللازمة للانصهار، وكمية الطاقة اللازمة للتبخر.

 

5- أحسبُ المتغیراتِ: إذا كانَ المحتوى الحراريُّ للموادِّ الناتجةِ لتفاعلٍ ما
 ( 90 kJ)، وللموادِّ المتفاعلةِ ( 10 kJ )، فكمْ یكونُ التغیُّرُ في المحتوى الحراريِّ للتفاعلِ؟ وما إشارته؟
 

الإجابة:

ΔH = Hpr ‒ Hre

ΔH = 90 kJ ‒ 10 kJ = + 80 kJ

 

 

6- نفذَ مجموعةٌ منَ الطلبة تجربةً لقیاسِ الطاقةِ المنبعثةِ من حرقِ أنواعٍ مختلفةٍ منَ الوقودِ السائلِ في المشعلِ، بتسخینِ  200 mL منَ الماءِ في وعاءٍ معدنيٍّ، وقدْ حصلوا على النتائجِ الآتیةِ المبینةِ في الجدولِ، أدرسُ ھذهِ النتائجَ، وأجیبُ عنِ الأسئلةِ التي تلیه:

أ . من وجھةِ نظري، كیفَ توصلَ الطلبةُ إلى حسابِ مقدارِ الوقودِ الذي حُرِقَ في كلِّ تجربةٍ؟

ب. أكملُ العمودَ الأخیرَ منَ الجدولِ بحسابِ الارتفاعِ في درجةِ حرارةِ الماءِ الناتجِ منْ حرقِ 1 g منَ الوقودِ .

ج. ما الوقودُ الذي أنتجَ أعلى ارتفاعٍ في درجةِ الحرارةِ لكلِّ 1 g تمَّ حرقھُ؟

د . أصفُ: إذا تكررتْ تجربةُ الأوكتانِ باستخدامِ ( 400 mL ) منَ الماءِ في العلبةِ المعدنیةِ؛ فما الارتفاعُ المتوقعُ

في درجةِ الحرارةِ تقریبًا؟ أصفُ كیفَ توصلتُ إلى إجابتي.

ھ. أفسرُ: استخدمتْ مجموعةٌ أخرى منَ الطلبةِ دورقًا زجاجیًّا بدلًا منَ العلبةِ المعدنیةِ في تجاربِھِم. أیةُ مجموعةٍ منَ الطلبةِ ستحصلُ على نتائجَ أكثرَ دقةً؟

و . أفسرُ: قیاسُ تغیراتِ الطاقةِ عندَ حرقِ الوقودِ في المصباحِ الكحوليِّ ( Spirit Lamp ) لا یعطي نتائجَ دقیقةً للغایةِ.

 

الإجابة:

أ . قياس كتلة المصباح ومكوناته قبل عملية الاحتراق وبعده وإيجاد فرق الكتلة الذي يمثل كمية الوقود المحترقة.

ب. الإيثانول: 29.1 ، البرافين: 33.3

بنتان: 25.3 ، اوكتان: 40

ج. أوكتان

د. يتوقع أن يكون حوالي ( 10◦C ) أي نصف الارتفاع في درجة الحرارة، وذلك لأن كمية الحرارة الناتجة نفسها تتوزع على كمية من الماء تساوي ضعف الكمية المستخدمة في التجربة الأساسية.

ه. المجموعة التي تستخدم العلبة الفلزية؛ لأن العلبة الفلزية أكثر قدرة على توصيل الحرارة من الوعاء الزجاجي.

و. لأن جزءًا من الحرارة سوف ينتقل إلى الوسط المحيط ما يقلل كمية الحرارة التي تصل إلى الماء.

 

7- یحترقُ مولٌ منَ المیثانِ ( CH4 ) بوجودِ كمیةٍ وافرةٍ منَ الأكسجینِ لتكوینِ ثاني أكسیدِ الكربونِ ( CO2 ) والماءِ H₂O ، وینتجُ منْ ذلكَ كمیةٌ منَ الحرارةِ مقدارُھا (890 kj)

أ . أكتبُ معادلةً كیمیائیةً حراریةً تعبِّرُ عنِ التفاعلِ.

ب.أرسمُ مخططًا یبینُ تغیُّرَ المحتوى الحراريِّ للتفاعلِ.

 

الإجابة:

أ. CH_4(g) + 2O_2(g) → CO_2(g) + 2H₂O_(g)+ 890 kJ

 

8- وعاءٌ یحتوي على ( 40 g ) منَ الماءِ درجةُ حرارته (حرارةِ الماءِ) ( 25°C )، أحسبُ درجةَ حرارةِ الماءِ النھائیةَ؛ إذا وُضِعَتْ فیه قطعةٌ منَ الألمنیومِ كتلتُھا

 ( 25 g ) ودرجةُ حرارتِھا ( 60°C ) .

 

الإجابة:

 ملاحظة أن كمية الحرارة التي يمتصها الماء تساوي كمية الحرارة التي تفقدها قطعة الألمنيوم، أي أن:

 

q(H₂O) = ‒ q(Al)

m . s . Δt = ‒ (m . s . Δt)

40 × 4.18 (t₂ ‒ 25) = ‒ (25 × 0.89 (t₂ ‒ 60)

167.2 t₂ – 4180 = ‒22.25 t₂ + 1335

167.2 t₂ + 22.25 t₂ = 1335 + 4180

`T_2=\frac{5520}{189.45}=29^\circ C`

 
9- أحسبُ الحرارةَ النوعیةَ لمعدنٍ مجھولٍ، إذا وُضِعَتْ قطعةٌ منه كتلتُھا ( 20 g )، ودرجةُ حرارتِھا ( 70°C )، في 40 g  منَ الماءِ عندَ درجةِ حرارةِ 25^oC، فارتفعتْ درجةُ حرارةِ الماءِ بمقدارِ (3.5^oC)

 

الإجابة:

درجة الحرارة النهائية = درجة الحرارة النهائية للماء

درجة الحرارة النهائية = 28◦C

Δt(m) = 70 ‒ 28.5 = 41.5^◦C

q(w) = ‒ q (m)

m . s . Δt = ‒ ( m . s . Δt)

40 × 4.18 × 3.5 = ‒ (20 × s × (‒41.5))

585.2 = 830 s

s = 0.7 J\g^◦C

10-  أحسبُ كمیةَ الحرارةِ اللازمةَ لتسخینِ قطعةٍ منَ النحاسِ كتلتُھا ( 15 g ) منْ  22°C   إلى ( 60°C ).

الإجابة:

Δt = 60 ‒ 22 = 38^◦C

q = m .s . Δt = 15 × 0.38 × 38 = 722 kJ

 

11- أحسبُ حرارةَ التفاعلِ ( ΔH ) باستخدامِ طاقةِ الروابطِ للتفاعلیْنِ الآتییْنِ:

H_2(g) + I_2(g) → 2HI_(g)

N_2(g) + 3H_2(g) → 2NH_3(g)

الإجابة:

ΔH = ΣBE_pr ‒ ΣBE_re

ΔH = (H-H) + (I - I) ‒ 2(H-I)

ΔH = (436 + 149 ) ‒ 2(295) = ‒ 5 kJ

ΔH = (N≡N) + 3(H-H) ‒ 6(N-H)

ΔH = (942) + 3(436) ‒ 6(386) = ‒ 66 kJ

 

12- الھیدرازینُ السائلُ ( N2H4 ) ھوَ أحدُ أنواعِ الوقودِ المستخدمِ في المركباتِ الفضائیةِ، أحسبُ حرارةَ التفاعلِ الناتجةَ منْ تكوینِ الھیدرازین وفقَ المعادلةِ الآتیةِ: 

N_2(g) + 2H_2(g) → N₂H_4(l)

علمًا بأنَّ:

N₂H_4(l) + O_2(g) → N_2(g) + 2H₂O_(l)               ΔH = -622kJ

H_2(g) +  O_2(g) → H₂O_(l)                                ΔH= -286kJ

الإجابة:

للحصول على المعادلة النهائية نعكس المعادلة الأولى وإشارة ( ΔH )، ثم نضرب المعادلة الثانية ب ( 2) وقيمة (ΔH)  ثم نجمع المعادلتين على النحو الآتي:

 

13- یتكونُ رابعُ كلوریدِ الكربونِ ( CCl4 ) بتفاعلِ غازِ المیثانِ ( CH4 ) معَ غازِ الكلورِ ( Cl2 )، وفقَ المعادلةِ الآتیةِ:

CH_4(g) + 4Cl_2(g) → CCl_4(l) + 4HCl_(g)

باستخدامِ حرارةِ التكوینِ القیاسیةِ للمركباتِ في التفاعلِ، أحسبُ حرارةَ التفاعلِ

(ΔH)

الإجابة:

ΔH^◦ = Σ ΔH^◦_{f (pr)} ‒ Σ ΔH^◦_{f (re)}

ΔH^◦ = (4ΔH^◦_f (CCl_4(l)) + 4ΔH^◦_f (HCl_(g))) ‒ ΔH^◦_f (CH_4(g))

ΔH^◦ = 4(‒139) + 4(‒92.3) – (74.8) = ‒433.4 kJ

14- یحترقُ غازُ كبریتیدِ الھیدروجینِ ( H2S ) بوجودِ كمیةٍ كافیةٍ منَ الأكسجینِ، وفقَ المعادلةِ الآتیةِ:

2H₂S(g) + 3O_2(g) → 2SO_2(g) + 2H₂O_(l)       ΔH= -1036kJ

أحسبُ كمیةَ الحرارةِ الناتجةِ منِ احتراقِ ( 29.5 g ) منه، علمًا أنَّ الكتلةَ المولیةَ لكبریتید الھیدروجین = 34 g/mol

الإجابة:

نحسب عدد مولات (H₂S)

`n=\frac m{Mr}=\frac{29.5}{234}=0.876mol`

نحسب النسبة المولية له:

`x=\frac{0.876}2=0.433mol`

نحسب كمية الحرارة:

Q=X× ΔH=0.433×(-1036)= - 448.59 kj

 

15- یحترقُ الغلوكوزُ في الجسمِ لإنتاجِ الطاقةِ اللازمةِ لقیامِ الخلایا بالوظائفِ المختلفةِ؛ وفقَ المعادلةِ الآتیةِ:

C₆H₁₂O_6(s) + 6O_2(g) → 6CO_2(g) + 6H₂O_(l)      ΔH = -2820kJ

فإذا كانتِ الطاقةُ التي یحتاجُ إلیھا لاعبُ كرةِ سلةٍ خلالَ الساعةِ التدریبیةِ الواحدةِ تساوي

 ( 2100 kJ )، فأحسبُ أقلَّ كتلةٍ منَ السكرِ یتمُّ حرقُھا؛ إذا تدربَ اللاعبُ ساعتیْنِ، علمًا بأنَّ الكتلةَ المولیةَ للغلوكوزِ  ( 180 g/mol )

الإجابة:

يحتاج اللاعب في كل ساعة 2100 kJ ، ويحتاج في الساعتين 4200kJ ، وحسب المعادلة فإن:

1mol C₆H₁₂O₆ → 2820 kJ

X mol → 4200 kJ

`x=\frac{4200kj}{2820kj}\times1mol=1489mol`

m = n × Mr =1.489 mol × 180 g\mol

m = 268g

 

16- أختارُ رمزَ الإجابةِ الصحیحةِ لكلٍّ منَ الفقراتِ الآتیةِ:

1.  یكونُ التغیرُ في المحتوى الحراريِّ سالبًا عندَما یكونُ:

أ . المحتوى الحراريُّ للموادِّ الناتجةِ مساویًا للمحتوى الحراريِّ للموادِّ المتفاعلةِ.

ب.المحتوى الحراريُّ للموادِّ الناتجةِ أكبرَ من المحتوى الحراريِّ للموادِّ المتفاعلةِ.

ج.المحتوى الحراريُّ للموادِّ الناتجةِ أقلَّ من المحتوى الحراريِّ للموادِّ المتفاعلةِ.

د . المحتوى الحراريُّ للموادِّ المتفاعلةِ أقلَّ من المحتوى الحراريِّ للموادِّ الناتجةِ.

 

2. یكونُ التفاعلُ ماصًّا للحرارةِ عندَما:

أ . تفقدُ المادةُ الحرارةَ إلى الوسطِ المحیطِ.

ب.تكسبُ المادةُ الحرارةَ منَ الوسطِ المحیطِ.

ج.عندَما تتعادلُ طاقةُ التفاعلِ معَ الوسطِ المحیطِ.

د . عندَما یكونُ التغیرُ في المحتوى الحراريِّ سالبًا.

 

3.  زیادةُ درجةِ حرارةِ 1 g منَ المادةِ درجةً واحدةً سلسیوس تشیرُ إلى:

أ . التغیرِ في المحتوى الحراريِّ.

ب.المحتوى الحراريِّ للمادةِ.

ج.السعةِ الحراریةِ.

د . الحرارةِ النوعیةِ.

 

4. تشیرُ حرارةُ التفاعلِ الناتجِ منْ تكوینِ مولٍ واحدٍ منَ المركبِ منْ عناصرهِ الأساسیةِ إلى:

أ . طاقة الرابطةِ .

ب.حرارةِ التكوینِ القیاسیةِ.

ج.قانونِ ھیس.

د . التغیرِ في المحتوى الحراريِّ للتفاعلِ.

 

5. یشیرُ قانونُ ھیس إلى أنَّ:

أ . حرارةَ التفاعلِ تعتمدُ على المسارِ الذي یسلكھُ التفاعلُ .

ب.حرارةَ التفاعلِ تعتمدُ على الخطوةِ الرئیسةِ لتكوینِ النواتجِ.

ج.حرارةَ التفاعلِ تمثلُ مجموعَ التغیراتِ الحراریةِ لخطواتِ حدوثِ التفاعلِ.

د . حرارةَ التفاعلِ تمثلُ الفرقَ بینَ مجموعِ طاقاتِ الروابطِ للموادِّ المتفاعلةِ والموادِّ الناتجةِ.

 

 

الإجابة:

1. ج

2. ب

3. د

4. ب

5. ج