المحاضرة الثانية / المراجعة المركزة / قانون هيس 10 درجات

 

✅ أقسام أنثالبي التفاعل القياسية:

 

🔥 1. أنثالبي الاحتراق القياسي

(Standard Enthalpy of Combustion)

  • هو التغير في الإنثالبي الناتج عن احتراق مول واحد من المادة تمامًا بوجود الأكسجين تحت الظروف القياسية (25°C، 1 atm).
  • يكون دائمًا سالبًا لأن التفاعل طارد للحرارة.

مثال:

C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2 \rightarrow 6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O}

⚗️ 2. أنثالبي التكوين القياسي

(Standard Enthalpy of Formation)

  • هو التغير في الإنثالبي الناتج عن تكوين مول واحد من مركب من عناصره الأساسية في حالتها القياسية.
  • العناصر في حالتها القياسية يكون لها ΔHf∘=0\Delta H_f^\circ = 0.

مثال:

Na (s)+12Cl2(g)→NaCl (s)\text{Na (s)} + \frac{1}{2} \text{Cl}_2 (g) \rightarrow \text{NaCl (s)}

💧 3. أنثالبي التغيرات الفيزيائية

(Enthalpy of Physical Changes)

وهذا يشمل عدة أنواع من التغيرات غير الكيميائية مثل:

أ) أنثالبي الانصهار

  • الطاقة اللازمة لتحويل مول واحد من المادة من حالة صلبة إلى سائلة.
  • موجب لأنه يمتص طاقة.

H2O (s)→H2O (l)\text{H}_2\text{O (s)} \rightarrow \text{H}_2\text{O (l)}

ب) أنثالبي التبخر

  • الطاقة اللازمة لتحويل مول واحد من المادة من سائل إلى غاز.

H2O (l)→H2O (g)\text{H}_2\text{O (l)} \rightarrow \text{H}_2\text{O (g)}

ج) أنثالبي التكاثف أو التجمد

  • بالعكس، تكون سالبة لأن النظام يحرر طاقة.

📚 ملخص سريع:

القسم النوع التغير في الطاقة ملاحظات
أنثالبي الاحتراق كيميائي سالب احتراق مول واحد
أنثالبي التكوين كيميائي موجب أو سالب تكوين مركب من عناصره
أنثالبي التغيرات الفيزيائية فيزيائي موجب أو سالب يشمل الانصهار، التبخر، التجمد

 

السؤال: رقم 2

 أوجد أنثالبي التكوين القياسي للأستيلين C2H2\text{C}_2\text{H}_2 إذا علمت أن:

المعادلات التالية:

C (gra)+O2→CO2ΔH∘=−394 kJ/mol\text{C (gra)} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 \quad \Delta H^\circ = -394 \, \text{kJ/mol}

H2+12O2→H2OΔH∘=−286 kJ/mol\text{H}_2 + \frac{1}{2} \text{O}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{O} \quad \Delta H^\circ = -286 \, \text{kJ/mol}

2C2H2+5O2→4CO2+2H2OΔH∘=−2599 kJ/mol2\text{C}_2\text{H}_2 + 5\text{O}_2 \rightarrow 4\text{CO}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \quad \Delta H^\circ = -2599 \, \text{kJ/mol}

الحل:

نستخدم قانون هس (Hess’s Law) لإيجاد أنثالبي التكوين القياسي لـ C2H2\text{C}_2\text{H}_2

الهدف:

إيجاد ΔHf∘\Delta H_f^\circ لـ C2H2\text{C}_2\text{H}_2

خطوات الحل:

أولاً: نكتب معادلة التكوين لـ 1 مول من C₂H₂:

2C (gra)+H2→C2H22\text{C (gra)} + \text{H}_2 \rightarrow \text{C}_2\text{H}_2

لكن لدينا في المعادلة الثالثة احتراق 2 مول من C₂H₂، لذلك سنحسب التكوين لـ 2 مول، ثم نقسم الناتج على 2.

الخطوة 1: حساب ΔH باستخدام المعادلات

من المعادلة (3) – احتراق:

2C2H2+5O2→4CO2+2H2OΔH∘=−25992\text{C}_2\text{H}_2 + 5\text{O}_2 \rightarrow 4\text{CO}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \quad \Delta H^\circ = -2599

نعود الآن لصيغة قانون هس:

ΔHالتفاعل∘=[∑ΔHالنواتج∘]−[∑ΔHالمتفاعلات∘]\Delta H^\circ_{\text{التفاعل}} = \left[ \sum \Delta H^\circ_{\text{النواتج}} \right] – \left[ \sum \Delta H^\circ_{\text{المتفاعلات}} \right]

لكن في هذه الحالة نُعيد ترتيب القانون لإيجاد ΔHتكوين C₂H₂∘\Delta H^\circ_{\text{تكوين C₂H₂}}:

نكتب:

ΔHاحتراق 2C₂H₂∘=[4(−394)+2(−286)]−2ΔHf∘(C₂H₂)\Delta H^\circ_{\text{احتراق 2C₂H₂}} = \left[ 4(-394) + 2(-286) \right] – 2 \Delta H_f^\circ (\text{C₂H₂}) −2599=[−1576+(−572)]−2ΔHf∘-2599 = [ -1576 + (-572) ] – 2 \Delta H_f^\circ −2599=−2148−2ΔHf∘-2599 = -2148 – 2 \Delta H_f^\circ

ننقل -2148 للطرف الآخر:

−2599+2148=−2ΔHf∘-2599 + 2148 = -2 \Delta H_f^\circ −451=−2ΔHf∘-451 = -2 \Delta H_f^\circ

نقسم على -2:

ΔHf∘=−451−2=225.5 kJ/mol\Delta H_f^\circ = \frac{-451}{-2} = 225.5 \, \text{kJ/mol}

✅ الإجابة النهائية:

ΔHf∘(C2H2)=+225.5 kJ/mol\boxed{\Delta H_f^\circ (\text{C}_2\text{H}_2) = +225.5 \, \text{kJ/mol}}

 

السؤال (رقم 3):

أوجد أنثالبي التكوين القياسي للمركب CS2\text{CS}_2 إذا علمت أن حرارة احتراق:

  • C (gra)=−394 kJ/mol\text{C (gra)} = -394 \, \text{kJ/mol}
  • S (rhombic)=−296 kJ/mol\text{S (rhombic)} = -296 \, \text{kJ/mol}
  • CS2=−1072 kJ/mol\text{CS}_2 = -1072 \, \text{kJ/mol}

الحل:

نستخدم قانون هس:

1. معادلة احتراق CS₂:

CS2+3O2→CO2+2SO2ΔH=−1072 kJ/mol\text{CS}_2 + 3\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\text{SO}_2 \quad \Delta H = -1072 \, \text{kJ/mol}

2. معادلات احتراق المكونات الأولية:

  • الكربون:

C+O2→CO2ΔH=−394\text{C} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 \quad \Delta H = -394

  • الكبريت:

S+O2→SO2ΔH=−296\text{S} + \text{O}_2 \rightarrow \text{SO}_2 \quad \Delta H = -296

(لكن لدينا 2 مول من الكبريت، فتصبح الطاقة: 2×−296=−5922 \times -296 = -592)

3. نطبق قانون هس:

ΔHاحتراق CS2=[ΔHاحتراق CO2+2SO2]−ΔHتكوين CS2\Delta H_{\text{احتراق CS}_2} = \left[ \Delta H_{\text{احتراق CO}_2 + 2SO_2} \right] – \Delta H_{\text{تكوين CS}_2}

نعكس العلاقة:

ΔHf(CS2)=[ΔHاحتراق CO2+2ΔHSO2]−ΔHاحتراق CS2\Delta H_f (\text{CS}_2) = \left[ \Delta H_{\text{احتراق CO}_2} + 2 \Delta H_{\text{SO}_2} \right] – \Delta H_{\text{احتراق CS}_2} ΔHf(CS2)=[−394+(−592)]−(−1072)\Delta H_f (\text{CS}_2) = [-394 + (-592)] – (-1072) =−986+1072=86 kJ/mol= -986 + 1072 = \boxed{86 \, \text{kJ/mol}}

✅ الإجابة النهائية:

ΔHf∘(CS2)=+86 kJ/mol\Delta H_f^\circ (\text{CS}_2) = +86 \, \text{kJ/mol}

 

السؤال (وزاري 2021):

إذا علمت أن حرارة احتراق كل من:

  • CO=−284 kJ/mol\text{CO} = -284 \, \text{kJ/mol}
  • H2=−286 kJ/mol\text{H}_2 = -286 \, \text{kJ/mol}
  • CH3OH=−727 kJ/mol\text{CH}_3\text{OH} = -727 \, \text{kJ/mol}

احسب ΔH∘\Delta H^\circ للتفاعل:

CO+2H2→CH3OH\text{CO} + 2\text{H}_2 \rightarrow \text{CH}_3\text{OH}

الحل:

نستخدم قانون هس لحساب التغير في الإنثالبي للتفاعل:

ΔHالتفاعل∘=[∑ΔHاحتراق المتفاعلات∘]−[ΔHاحتراق الناتج∘]\Delta H^\circ_{\text{التفاعل}} = \left[ \sum \Delta H^\circ_{\text{احتراق المتفاعلات}} \right] – \left[ \Delta H^\circ_{\text{احتراق الناتج}} \right]

نحسب:

  • احتراق المتفاعلات:

ΔH=−284+2(−286)=−284−572=−856 kJ\Delta H = -284 + 2(-286) = -284 – 572 = -856 \, \text{kJ}

  • احتراق الناتج (الميثانول):

ΔH=−727 kJ\Delta H = -727 \, \text{kJ}

نطبق قانون هس:

ΔHالتفاعل∘=(−856)−(−727)=−856+727=−129 kJ\Delta H^\circ_{\text{التفاعل}} = (-856) – (-727) = -856 + 727 = \boxed{-129 \, \text{kJ}}

✅ الإجابة النهائية:

ΔH∘=−129 kJ/mol\Delta H^\circ = -129 \, \text{kJ/mol}

أي أن التفاعل طارد للحرارة.

السؤال (وزاري):

جد أنثالبي التكوين القياسي للإيثيلين C2H4\text{C}_2\text{H}_4
إذا علمت أن حرارة احتراق كل من:

  • C (gra)=−394 kJ/mol\text{C (gra)} = -394 \, \text{kJ/mol}
  • H2=−286 kJ/mol\text{H}_2 = -286 \, \text{kJ/mol}
  • C2H4=−1411 kJ/mol\text{C}_2\text{H}_4 = -1411 \, \text{kJ/mol}

الحل:

1. معادلة احتراق الإيثيلين:

C2H4+3O2→2CO2+2H2OΔH∘=−1411 kJ/mol\text{C}_2\text{H}_4 + 3\text{O}_2 \rightarrow 2\text{CO}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \quad \Delta H^\circ = -1411 \, \text{kJ/mol}

2. معادلات احتراق العناصر المكونة:

  • احتراق 2C:

2×(−394)=−788 kJ2 \times (-394) = -788 \, \text{kJ}

  • احتراق 2H₂:

2×(−286)=−572 kJ2 \times (-286) = -572 \, \text{kJ}

نستخدم قانون هس:

ΔHf∘(C2H4)=[احتراق C و H2]−احتراق C2H4\Delta H_f^\circ (\text{C}_2\text{H}_4) = \left[ \text{احتراق C و H}_2 \right] – \text{احتراق C}_2\text{H}_4 ΔHf∘=(−788+−572)−(−1411)=−1360+1411=51 kJ/mol\Delta H_f^\circ = (-788 + -572) – (-1411) = -1360 + 1411 = \boxed{51 \, \text{kJ/mol}}

✅ الإجابة النهائية:

ΔHf∘(C2H4)=+51 kJ/mol\Delta H_f^\circ (\text{C}_2\text{H}_4) = +51 \, \text{kJ/mol}

المحاضرة السابق
رجوع إلى الدرس
المحاضرة التالي