موقد بنزن يسخن بما يكفي لتليين الزجاج. حزمة باردة فورية، عند عصرها مرة واحدة، تنخفض قريباً من نقطة التجمد. كلاهما مجرد تفاعلات كيميائية — أحدهما في…
English narration · English + 中文 subtitles burned in · سرد باللغة الإنجليزية · ترجمة مدمجة بالإنجليزية + الصينية
5.1
Enthalpy change, ΔH · التغير في الإنثالبي، ΔH
Syllabus · المنهج
English
understand that chemical reactions are accompanied by enthalpy changes and these changes can be exothermic ($\Delta H$ is negative) or endothermic ($\Delta H$ is positive)
construct and interpret a reaction pathway diagram, in terms of the enthalpy change of the reaction and of the activation energy
define and use the terms: (a) standard conditions (this syllabus assumes that these are $298\text{ K}$ and $101\text{ kPa}$) shown by $^{\ominus}$. (b) enthalpy change with particular reference to: reaction, $\Delta H_r$, formation, $\Delta H_f$, combustion, $\Delta H_c$, neutralisation, $\Delta H_{\text{neut}}$
understand that energy transfers occur during chemical reactions because of the breaking and making of chemical bonds
use bond energies ($\Delta H$ positive, i.e. bond breaking) to calculate enthalpy change of reaction, $\Delta H_r$
understand that some bond energies are exact and some bond energies are averages
calculate enthalpy changes from appropriate experimental results, including the use of the relationships $q = mc\Delta T$ and $\Delta H = -mc\Delta T/n$
العربية
فهم أن التفاعلات الكيميائية يرافقها تغيرات في الإنثالبي وهذه التغيرات يمكن أن تكون طاردة للحرارة ($\Delta H$ سالبة) أو ماصة للحرارة ($\Delta H$ موجبة)
بناء وتفسير مخطط مسار التفاعل، من حيث تغير الإنثالبي للتفاعل وطاقة التنشيط
تعريف واستخدام المصطلحات التالية: (أ) الظروف القياسية (يعتقد هذا المنهج أن هذه هي $298\text{ K}$ و $101\text{ kPa}$) موضحة بـ $^{\ominus}$. (ب) تغير الإنثالبي مع الإشارة تحديداً إلى: التفاعل، $\Delta H_r$، التكوين، $\Delta H_f$، الاحتراق، $\Delta H_c$، التعادل، $\Delta H_{\text{neut}}$
فهم أن انتقال الطاقة يحدث أثناء التفاعلات الكيميائية بسبب كسر وتكوين الروابط الكيميائية
استخدام طاقات الروابط ($\Delta H$ موجبة، أي كسر الرابطة) لحساب تغير إنثالبي التفاعل، $\Delta H_r$
فهم أن بعض طاقات الروابط دقيقة وبعضها متوسط
حساب تغيرات الإنثالبي من نتائج تجريبية مناسبة، بما في ذلك استخدام العلاقات $q = mc\Delta T$ و $\Delta H = -mc\Delta T/n$
Source: Cambridge International syllabus · المصدر: منهج كامبريدج الدولي
English
Reaction profile: activation energy and ΔH
Every chemical reaction takes in or gives out energy. This energy change, measured at constant pressure, is the enthalpy change 焓变, with symbol $\Delta H$.
in an exothermic 放热 reaction the system gives out heat, so the products have less energy than the reactants and $\Delta H$ is negative.
in an endothermic 吸热 reaction the system takes in heat, so the products have more energy than the reactants and $\Delta H$ is positive.
Reaction pathway diagrams
A reaction pathway diagram 反应路径图 shows the energy of the reactants and products, and the energy "hill" between them. The height of the hill is the activation energy 活化能 — the least energy the particles need before they can react.
exothermic: products sit lower than reactants ($\Delta H < 0$).
endothermic: products sit higher than reactants ($\Delta H > 0$).
Standard conditions and types of enthalpy change
Energy values are compared under standard conditions 标准条件: $298\ \text{K}$ and $101\ \text{kPa}$, shown by the symbol $^{\ominus}$. Each substance is in its normal physical state at those conditions.
Symbol
Name
Definition (per mole, under standard conditions)
$\Delta H_r^{\ominus}$
enthalpy change of reaction 反应焓变
for the amounts shown in the equation
$\Delta H_f^{\ominus}$
enthalpy change of formation 生成焓变
one mole of a compound forms from its elements
$\Delta H_c^{\ominus}$
enthalpy change of combustion 燃烧焓变
one mole of a substance burns completely in oxygen
$\Delta H_{\text{neut}}^{\ominus}$
enthalpy change of neutralisation 中和焓变
one mole of water forms from an acid and an alkali
Energy from breaking and making bonds
During a reaction, old bonds break and new bonds form. Breaking a bond needs energy (endothermic); making a bond releases energy (exothermic). The enthalpy change of the reaction is the difference between the two:
The bond energy 键能 is the energy needed to break one mole of a particular bond in the gas state, so it is always positive. Some bond energies are exact (for one specific molecule); others are averages taken over many different molecules, so calculations using them are only approximate.
Worked example. Use bond energies to find $\Delta H$ for $\text{H}_2 + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{HCl}$. Bond energies (kJ mol⁻¹): H–H $= 436$, Cl–Cl $= 242$, H–Cl $= 431$.
When a reaction heats up (or cools down) a known mass of water or solution, the heat transferred is:
$$q = mc\Delta T$$
where $m$ is the mass, $c$ is the specific heat capacity 比热容 (how much energy raises 1 g by 1 K), and $\Delta T$ is the temperature change. The enthalpy change per mole is then:
$$\Delta H = -\frac{mc\Delta T}{n}$$
The minus sign makes $\Delta H$ negative when the temperature rises (an exothermic reaction).
Worked example. Burning $0.50\ \text{g}$ of methanol ($M_r = 32$) raises the temperature of $100\ \text{g}$ of water by $18\ ^{\circ}\text{C}$. Find the enthalpy change of combustion per mole. ($c = 4.18\ \text{J g}^{-1}\,\text{K}^{-1}$.)
The heat released is $q = mc\Delta T = 100 \times 4.18 \times 18 = 7520\ \text{J}$. The amount burnt is $n = 0.50/32 = 0.0156\ \text{mol}$, so
منحنى تفاعل: طاقة التنشيط وΔHاحتراق الوقود عملية طاردة للحرارة، تطلق الطاقة إلى المحيط.تستخدم الحزمة الباردة الفورية تفاعلاً ممتصاً للحرارة يأخذ الحرارة.
كل تفاعل كيميائي يأخذ أو يطلق الطاقة. هذا التغير في الطاقة، المقاس عند ضغط ثابت، هو التغير في الإنثالبي، رمزه $\Delta H$.
في التفاعل الطارد للحرارة يعطي النظام الحرارة، لذا يكون للمنتجات طاقة أقل من المتفاعلات و$\Delta H$ يكون سالباً.
في التفاعل الممتص للحرارة يأخذ النظام الحرارة، لذا يكون للمنتجات طاقة أكبر من المتفاعلات و$\Delta H$ يكون إيجابياً.
مخططات مسار التفاعل
يُظهر مخطط مسار التفاعل طاقة المتفاعلات والنواتج، و"التل" الطاقةي بينهما. ارتفاع هذا التل هو طاقة التنشيط — أقل طاقة تحتاجها الجسيمات قبل أن تتمكن من التفاعل.
تفاعل طارد للحرارة: النواتج تقع أسفل المتفاعلات ($\Delta H < 0$).
تفاعل ماص للحرارة: النواتج تقع أعلى المتفاعلات ($\Delta H > 0$).
تنتهي التفاعلات الطاردة للحرارة أدنى مما بدأت ($\Delta H<0$)؛ وتنتهي التفاعلات الماصة للحرارة أعلى ($\Delta H>0$)
الظروف القياسية وأنواع تغير الإنثالبي
تُقارن قيم الطاقة تحت ظروف قياسية: $298\ \text{K}$ و$101\ \text{kPa}$، ويُشار إليها بالرمز $^{\ominus}$. تكون كل مادة في حالتها الفيزيائية الطبيعية عند تلك الظروف.
الرمز
الاسم
التعريف (لكل مول، تحت الظروف القياسية)
$\Delta H_r^{\ominus}$
تغير إنثالبي التفاعل
للكميات الموضحة في المعادلة
$\Delta H_f^{\ominus}$
التغير في الإنثالبي للتكوين
تكوّن مول واحد من مركب من عناصره
$\Delta H_c^{\ominus}$
تغير إنثالبي الاحتراق
يحترق مول واحد من المادة كليًا في الأكسجين
$\Delta H_{\text{neut}}^{\ominus}$
تغير إنثالبي التعادل
يتكون مول واحد من الماء من حمض وقاعدة
لا تخلط بينهما: الـكوين يبني 1 مول من مركب من عناصره؛ والاحتراق يحرق 1 مول من مادة في الأكسجين
الطاقة من كسر وتشكيل الروابط
أثناء التفاعل، تنكسر روابط قديمة وتتكون روابط جديدة. كسر الرابطة يحتاج طاقة (ماص للحرارة)؛ تشكيل الرابطة يطلق طاقة (طارد للحرارة). تغير الإنثالبي للتفاعل هو الفرق بين الاثنين:
طاقة الرابطة هي الطاقة اللازمة لكسر مول واحد من رابطة معينة في الحالة الغازية، لذا فهي دائمًا موجبة. بعض طاقات الروابط دقيقة (لمركب محدد واحد)؛ وأخرى متوسطات مأخوذة عبر جزيئات مختلفة متعددة، لذا فإن الحسابات باستخدامها تقريبية فقط.
مثال محلل. استخدم طاقات الروابط لإيجاد $\Delta H$ لـ $\text{H}_2 + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{HCl}$. طاقات الروابط (kJ mol⁻¹): H–H $= 436$، Cl–Cl $= 242$، H–Cl $= 431$.
كسر الروابط يأخذ طاقة للداخل؛ وتشكيل الروابط يعطي طاقة للخارج. $\Delta H$ هو الفرق بين الاثنين
قياس تغير الإنثالبي في المختبر
عندما يسخن (أو يبرد) تفاعل كتلة معروفة من الماء أو المحلول، يكون الحرارة المنتقلة هي:
$$q = mc\Delta T$$
حيث $m$ هي الكتلة، و$c$ هي السعة الحرارية النوعية (كمية الطاقة التي ترفع درجة حرارة 1 غرام بمقدار 1 كلفن)، و$\Delta T$ هو تغير درجة الحرارة. بعد ذلك يكون تغير الإنثالبي لكل مول هو:
$$\Delta H = -\frac{mc\Delta T}{n}$$
الإشارة السالبة تجعل $\Delta H$ سالبة عندما ترتفع درجة الحرارة (تفاعل طارد للحرارة).
مثال محلول. احتراق $0.50\ \text{g}$ من الميثانول ($M_r = 32$) رفع درجة حرارة $100\ \text{g}$ من الماء بمقدار $18\ ^{\circ}\text{C}$. أوجد التغير في الإنثالبي للاحتراق لكل مول. ($c = 4.18\ \text{J g}^{-1}\,\text{K}^{-1}$.)
الحرارة المنطلقة هي $q = mc\Delta T = 100 \times 4.18 \times 18 = 7520\ \text{J}$. الكمية المحروقة هي $n = 0.50/32 = 0.0156\ \text{mol}$، لذا
الكوب المعزول ومقياس الحرارة يقيسان تغير درجة حرارة كتلة معروفة من المحلول
Explore · استكشف
Exothermic and endothermic reactions · تفاعلات طاردة وامتصاصية للحرارة
Drag ΔH. An exothermic reaction releases energy (products lower); an endothermic one takes it in (products higher). · اسحب ΔH. التفاعل المطلوق للحرارة يطلق الطاقة (النواتج أدنى)؛ أما الممتص للحرارة فيمتصها (النواتج أعلى).
apply Hess’s law to construct simple energy cycles
carry out calculations using cycles and relevant energy terms, including: (a) determining enthalpy changes that cannot be found by direct experiment (b) use of bond energy data
العربية
تطبيق قانون هس لبناء دورات طاقة بسيطة
إجراء الحسابات باستخدام الدورات ومصطلحات الطاقة ذات الصلة، بما في ذلك: (أ) تحديد تغيرات الإنثالبي التي لا يمكن العثور عليها بالتجربة المباشرة (ب) استخدام بيانات طاقة الرابطة
Source: Cambridge International syllabus · المصدر: منهج كامبريدج الدولي
English
Hess's law 盖斯定律 says that the total enthalpy change for a reaction is the same, no matter which route you take from reactants to products. This is because energy is conserved.
This lets you draw an energy cycle 能量循环: link the reactants and products by a direct step and by an indirect route, then add the steps so that both routes give the same total.
Hess's law is useful in two ways:
it lets you find an enthalpy change that you cannot measure directly (for example, the formation of a compound that forms slowly or with side reactions).
it lets you calculate $\Delta H_r$ from bond energy data, or from formation or combustion data given in the question.
العربية
قانون هس ينص على أن إجمالي تغير الإنثالبي للتفاعل هو نفسه، بغض النظر عن المسار الذي تتخذه من المتفاعلات إلى النواتج. وذلك لأن الطاقة محفوظة.
هذا يسمح لك برسم دورة طاقة: اربط المتفاعلات والنواتج بخط مباشر وطريق غير مباشر، ثم اجمع الخطوات بحيث تعطي كلا الطريقين نفس المجموع الكلي.
المسار المباشر يساوي المسار غير المباشر، لذا $\Delta H_r = \Delta H_1 + \Delta H_2$
قانون هس مفيد بطريقتين:
أنه lets you find an enthalpy change that you cannot measure directly (for example, the formation of a compound that forms slowly or with side reactions).
أنه lets you calculate $\Delta H_r$ from bond energy data, or from formation or combustion data given in the question.
Explore · استكشف
Hess's law cycle · دورة قانون هس
Enthalpy change is the same whichever route you take — so an unknown ΔH can be found by an alternative path. · تغير الإنثالبي هو نفسه بغض النظر عن المسار الذي تتبعه — لذا يمكن إيجاد ΔH المجهول عبر مسار بديل.
Define each enthalpy change with its exact standard conditions (e.g. combustion = one mole burned completely in excess oxygen).
Use $\Delta H = \sum(\text{bonds broken}) - \sum(\text{bonds made})$; breaking is endothermic ($+$), making is exothermic ($-$) — getting the sign the wrong way round is the classic error.
In $q = mc\Delta T$ use the mass of the water/solution, then divide by moles and add the minus sign for an exothermic reaction.
Draw Hess cycles with arrows the same way round, follow the alternative route, and always give $\Delta H$ a sign and units ($\text{kJ mol}^{-1}$).
Pick one and the site follows you — notes, papers, videos and practice all open on it. · اختر واحدًا وسيتبعك الموقع — الملاحظات، الأوراق، الفيديوهات والتدريب جميعها تفتح عليه.
Type to search notes, lessons, code, vocabulary and past-paper questions across every subject. · اكتب للبحث عن ملاحظات، دروس، أكواد، مفردات وأسئلة امتحانات سابقة عبر جميع المواد.
