التفاعلية 1.2 · دورات الطاقة في التفاعلات

دعم التركيز الأساسي SL. أول تقييم 2025؛ تم اكتساب الواجهة الحالية؛ لم يتم اكتساب الدليل الكامل للكيمياء. تحتفظ متطلبات الدليل Remaining والتقييم والمخاطر العملية بحجزاتها المسجلة.

المتطلبات المسبقة: تغير الإنثالبي والحرارة من التفاعلية 1.1، موازنة المعادلات، والحساب مع الكميات ذات الإشارات. كل درس يطوّر طريقت الخاصة قبل النقل المستقل.

هذه أمثلة تعليمية أصلية أو خيالية صراحةً، وليست قياسات فعلية أو تحقيقات مُقيّمة مكتملة من المتعلمين.

ما الذي قد يفسر هذه الملاحظة؟

• بعض تغيرات الإنثالبي لا يمكن قياسها مباشرة: الكربون والهيدروجين لن يندمجا ببساطة لتكوين الميثان في مسعر حراري. كيف يمكننا معرفة تغير الإنثالبي لهذا التفاعل؟
• ابدأ بتوقع. حدد الكميات أو الخصائص التي ستقارنها، ثم حدد الدليل الذي يمكنه التمييز بين تفسيرين.

بنِ النموذج

• قانون هس: تغير الإنثالبي الكلي للتفاعل هو نفسه بغض النظر عن المسار المتبع، لأن الطاقة محفوظة. دورة الطاقة تربط المسار المباشر بمسار غير مباشر عبر مواد مشتركة، sehingga يُستنتج التغير المجهول من القياسات المتاحة.
• باستخدام بيانات إنثالبي التشكيل القياسي، تكون القاعدة ΔH = ΣΔHf(النواتج) − ΣΔHf(المواد المتفاعلة). أما باستخدام بيانات إنثالبي الاحتراق القياسي، فتعمل الدورة عبر نواتج الاحتراق: ΔH = ΣΔHc(المواد المتفاعلة) − ΣΔHc(النواتج). للعناصر في حالتها القياسية يكون ΔHf = 0.
• دورة الطاقة: رسم تخطيطي يربط بين مسارين بين نفس نقطة البداية والنقطة النهائية؛ إنثالبي التشكيل القياسي: تغير الإنثالبي عند تكوين مول واحد من مركب من عناصره تحت الظروف القياسية؛ إنثالبي الاحتراق القياسي: تغير الإنثالبي عند احتراق مول واحد كلياً تحت الظروف القياسية.

اختر الأدلة القادرة على اختبار النموذج

• قِس إنثالبيات احتراق الكربون والهيدروجين والميثان بالحرارية؛ كل منها قابل للقياس مباشرة. ثم تتنبأ الدورة بإنثالبي تشكيل الميثان، وتؤكد نفس الطريقة المطبقة على تفاعل يمكن قياسه مباشرة (مثل التعديل) أن المسار والقياس المباشر يتفقان ضمن هامش الخطأ التجريبي.
• حدد حالات كل مادة والظروف القياسية؛ قيمة الإنثالبي بدون تحديد الحالات تكون غير مكتملة.

اعمل من الكميات المعروفة

• أدر القيم المعروفة ووحداتها. اختر العلاقة لأن افتراضاتها تتناسب مع هذه الحالة، ثم أعد ترتيب المعادلة قبل التعويض.
• المعطيات: ΔHc(C) = −394 kJ/mol، ΔHc(H₂) = −286 kJ/mol، ΔHc(CH₄) = −890 kJ/mol. الهدف هو ΔHf لـ C (s) + 2H₂ (g) → CH₄ (g). بقانون هس عبر مسار الاحتراق: ΔHf = [ΔHc(C) + 2ΔHc(H₂)] − ΔHc(CH₄). بالتعويض: ΔHf = [−394 + 2 × (−286)] − (−890) = −966 + 890 = −76 kJ/mol. الإشارة السالبة تعني أن تشكيل الميثان من عناصره عملية طاردة للحرارة.

مثال:

الإيثانول يحترق: C₂H₅OH (l) + 3O₂ (g) → 2CO₂ (g) + 3H₂O (l). باستخدام ΔHf(CO₂) = −394، ΔHf(H₂O) = −286 و ΔHf(C₂H₅OH) = −278 kJ/mol، أوجد ΔHc للإيثانول بنفس التسلسل: كميات معروفة ← نموذج ← علاقة ← تعويض ← وحدة وتفسير. (الجواب: ΔH = [2 × (−394) + 3 × (−286)] − [−278 + 0] = −1646 + 278 = −1368 kJ/mol؛ الأكسجين عنصر في حالته القياسية، لذا فإن ΔHf له يساوي 0.)

تحقق من الاستنتاج وحدوده

• تفترض قانون هس أن المسارات تشترك في نفس حالات البداية والنهاية وأن القيم الجدولية تنطبق على الظروف المعلنة. الحرارة الفعلية في المسعر الحراري تفقد جزءاً منها، لذا تحمل القيم المقاسة عدم يقين؛ لكن القانون نفسه دقيق.
• عُد إلى الملاحظة الأصلية. اشرح ما يدعمه النتيجة، وما هي الشروط التي تفترضها، وطريقة واحدة لاختبار تفسير منافس.

تحذير:

تغير الإنثالبي للتفاعل يعتمد على المسار الذي يتم فيه التفاعل. هذا الادعاء خاطئ: قانون هس مستمد من حفظ الطاقة — التغير الكلي يعتمد فقط على حالات البداية والنهاية، لذا يمكن حساب تغير غير قابل للقياس مباشرة من خلال مسار غير مباشر قابل للقياس.

المفتاح:

دورات الطاقة في التفاعلات: ΔH مستقل عن المسار. استخدم ΔH = ΣΔHf(النواتج) − ΣΔHf(المواد المتفاعلة) من بيانات التشكيل، أو ΔH = ΣΔHc(المواد المتفاعلة) − ΣΔHc(النواتج) من بيانات الاحتراق، مع الحفاظ على الإشارات وحالات المادة بوضوح.