Transcript Télécharger

‫تتبع تحول كيميائي‬
‫‪Suivi d’une transformation chimique‬‬
‫‪ .I‬التحول الكيميائي – التفاعل الكيميائي‬
‫‪ .1‬التحول الكيميائي‬
‫يحدث تحول لمجموعة األنواع الكيميائية "المجموعة الكيميائية" حين تختفي أنواع كيميائية "المتفاعالت"‬
‫وتظهر أنواع كيميائية جديدة "النواتج"‪.‬‬
‫‪ ‬الحالة البدئية‪ :‬حالة المجموعة قبل انطالق التحول‪.‬‬
‫‪ ‬الحالة النهائية‪ :‬حالة المجموعة عند انتهاء التحول‪.‬‬
‫التفاعل الكيميائي‬
‫‪.2‬‬
‫التفاعل الكيميائي هو نمذجة مبسطة للتحول الكيميائي‪ ,‬ويتم التعبير عنه بمعادلة التفاعل‪.‬‬
‫مثال‪:‬‬
‫معادلة التفاعل‪:‬‬
‫)‪Mg2+(aq) + H2(g‬‬
‫)‪2H+(aq) + Mg(s‬‬
‫‪ .II‬تطور كميات مادة األنواع الكيميائية أثناء تحول كيميائي‬
‫‪ .1‬تقدم التفاعل – الجدول الوصفي للتفاعل‬
‫للتعرف على حالة مجموعة كيميائية خالل تطورها نستعمل مقدارا نرمز إليه ب ‪ ,x‬يسمى تقدم‬
‫التفاعل‪ ,‬وحدته هي‪.(mol) :‬‬
‫تتبع تحول كيميائي‬
‫لوصف تطور مجموعة كيميائية نقوم بانجاز الجدول الوصفي‪.‬‬
‫)‪Mg(s) + 2H+(aq‬‬
‫)‪Mg2+(aq) + H2(g‬‬
‫معادلة التفاعل‬
‫كميات مادة المتفاعالت والنواتج‬
‫حالة التفاعل تقدم التفاعل‬
‫)‪ni(Mg‬‬
‫)‪ni(H+‬‬
‫‪0‬‬
‫‪0‬‬
‫‪x=0‬‬
‫الحالة البدئية‬
‫‪ni(Mg) - x‬‬
‫‪ni(H+) - 2x‬‬
‫‪x‬‬
‫‪x‬‬
‫‪x‬‬
‫أثناء التفاعل‬
‫‪.2‬‬
‫المتفاعل المحد والمتفاعل الوفير‬
‫نسمي المتفاعل المحد‪ ,‬المتفاعل الذي يختفي كليا في الحالة النهائية‪ .‬والمتفاعل الوفير المتبقي عند‬
‫نهاية التحول‪.‬‬
‫‪.3‬‬
‫التقدم األقصى وحصيلة المادة‬
‫التقدم األقصى ‪ xmax‬للتفاعل هو قيمة تقدم التفاعل ‪ x‬عند اختفاء المتفاعل المحد‪.‬‬
‫‪ni(Mg) = 2 mol‬‬
‫;‬
‫‪ni(H+) = 2 mol‬‬
‫)‪Mg(s‬‬
‫)‪+ 2H+(aq‬‬
‫‪Mg2+(aq) +‬‬
‫)‪H2(g‬‬
‫معادلة التفاعل‬
‫كميات مادة المتفاعالت والنواتج‬
‫حالة التفاعل تقدم التفاعل‬
‫‪2 mol‬‬
‫‪2 mol‬‬
‫‪0‬‬
‫‪0‬‬
‫‪x=0‬‬
‫الحالة البدئية‬
‫‪2-x‬‬
‫‪2 - 2x‬‬
‫‪x‬‬
‫‪x‬‬
‫‪x‬‬
‫أثناء التفاعل‬
‫‪2 – xmax‬‬
‫‪2 - 2xmax‬‬
‫‪xmax‬‬
‫‪xmax‬‬
‫‪xmax‬‬
‫الحالة النهائية‬
‫تتبع تحول كيميائي‬
‫هناك حالتان ممكنتان‪:‬‬
‫‪nf(H+) = -2 mol‬‬
‫‪xmax = 2 mol‬‬
‫‪ ‬المتفاعل المحد هو ‪nf(Mg) = 0 :Mg‬‬
‫وهذا غير ممكن‪.‬‬
‫‪nf(Mg) = 1 mol‬‬
‫‪xmax = 1 mol‬‬
‫‪ ‬المتفاعل المحد هو ‪nf(H+) = 0 :H+‬‬
‫إذن المتفاعل المحد هو‪.H+ :‬‬
‫ومنه نحدد كمية مادة المتفاعالت والنواتج في الحالة النهائية أي حصيلة المادة‪:‬‬
‫; ‪nf(Mg) = 1 mol ; nf(H+) = 0 ; nf(Mg2+) = 1mol‬‬
‫‪nf(H2) = 1 mol‬‬
‫ملحوظة‪ :‬إذا تم احترام نسب المعامالت التناسبية بالنسبة لكميات مادة المتفاعالت فإنه عند نهاية التفاعل تختفي كل‬
‫المتفاعالت‪ ,‬فال يكون هناك متفاعل محد‪ ,‬ويسمى خليطا ستوكيومتريا‪.‬‬
‫مثال‪:‬‬
‫‪Mg2+ + H2‬‬
‫‪Mg + 2H+‬‬
‫‪ ‬نشاط ‪ :1‬دراسة تحول كيميائي يتكون خالله ناتج غازي‪.‬‬
‫قبل إضافة هيدروجينوكربونات الصوديوم نقرأ الضغط ‪.p1 = 1 atm‬‬
‫بعد توقف التفاعل نقرأ قيمة الضغط الجديد ‪.p2 = 1.64 atm‬‬
‫‪CH3CO2Na + CO2 + H2O .1‬‬
‫‪CH3CO2H + NaHCO3‬‬
‫‪ .2‬في الحالة البدئية الغاز المحجوز داخل القارورة هو الهواء‪ ,‬وباعتباره غازا كامال نكتب‪①p1(V –v) = nairRT:‬‬
‫في الحالة النهائية يضاف إلى الهواء غاز ‪ CO2‬المتكون فنكتب‪②p2(V – v) = (nair + n(CO2)) RT :‬‬
‫من ① و ② نستنتج‪(p2 – p1)(V _ v) = n(CO2)RT :‬‬
‫وبالتالي‪:‬‬
‫تتبع تحول كيميائي‬
‫‪ .3‬كمية مادة مسحوق هيدروجينوكربونات الصوديوم في الحالة البدئية هي‪:‬‬
‫كمية مادة محلول حمض االيثانويك في الحلة البدئية هي‪:‬‬
‫‪.4‬‬
‫‪CH3CO2H + NaHCO3‬‬
‫‪CH3CO2Na + CO2 + H2O‬‬
‫معادلة التفاعل‬
‫كميات مادة المتفاعالت والنواتج‬
‫حالة التفاعل تقدم التفاعل‬
‫‪0.05 mol‬‬
‫‪0.012 mol‬‬
‫‪0‬‬
‫‪0‬‬
‫وفير‬
‫‪x=0‬‬
‫الحالة البدئية‬
‫‪0.05 - x‬‬
‫‪0.012 - x‬‬
‫‪x‬‬
‫‪x‬‬
‫وفير‬
‫‪x‬‬
‫أثناء التفاعل‬
‫‪0.05 – xmax 0.012 – xmax‬‬
‫‪xmax‬‬
‫‪xmax‬‬
‫وفير‬
‫‪xmax‬‬
‫الحالة النهائية‬
‫‪nf(NaHCO3) = 0 mol‬‬
‫‪ .5‬لنفترض أن المتفاعل المحد هو هيدروجينوكربونات الصوديوم‪:‬‬
‫‪ nf(CH3CO2H) = 0.038 mol‬إذن المتفاعل المحد هو‪.NaHCO3 :‬‬
‫‪xmax = 0.012 mol‬‬
‫‪; nf(CH3CO2H) = 0.038 mol‬‬
‫‪; nf(NaHCO3) = 0 mol‬‬
‫ومنه نحدد حصيلة المادة‪:‬‬
‫‪nf(CH3CO2Na) = nf(CO2) =0.012 mol‬‬
‫‪ .III‬حالة المتفاعالت الكيميائية التي تنتج غازات‬
‫‪ .1‬توقع الحجم النهائي لغاز ينتج عن تحول كيميائي عند ‪ T = cte‬و ‪p = cte‬‬
‫نعتبر التفاعل بين فلز الزنك ومحلول حمض الكلوريدريك حيث يتكون غاز ثنائي الهيدروجين وفق‬
‫)‪Zn(s) + 2H+(aq‬‬
‫)‪Zn2+(aq) + H2(g‬‬
‫المعادلة‪:‬‬
‫نعتبر الخليط البدئي التالي‪ ; V = 20 mL m(Zn) = 0.11 g :‬من ‪ HCl‬مع ‪.C = 5 mol/L-1‬‬
‫‪ .1‬ارسم التركيب التجريبي الذي يمكن من قياس حجم ‪ H2‬المنبعث‪.‬‬
‫‪ .2‬حدد نظريا حصيلة المادة للتفاعل‪.‬‬
‫‪ .3‬توقع الحجم النهائي للغاز المنبعث في شروط التفاعل‪.‬‬
‫تتبع تحول كيميائي‬
‫‪.1‬‬
‫‪.2‬‬
‫معادلة التفاعل‬
‫حالة التفاعل تقدم التفاعل‬
‫‪x=0‬‬
‫الحالة البدئية‬
‫‪x‬‬
‫أثناء التفاعل‬
‫‪xmax‬‬
‫الحالة النهائية‬
‫كميات المادة البدئية هي‪:‬‬
‫)‪H2(g‬‬
‫‪0‬‬
‫‪x‬‬
‫‪xmax‬‬
‫‪+‬‬
‫)‪2H+(aq‬‬
‫‪Zn2+(aq) +‬‬
‫كميات مادة المتفاعالت والنواتج‬
‫)‪ni(Zn‬‬
‫))‪ni(H+(aq‬‬
‫‪0‬‬
‫‪ni(Zn) - x‬‬
‫‪ni(H+(aq)) - 2x‬‬
‫‪x‬‬
‫– )‪ni(Zn‬‬
‫‪ni(H+(aq)) - 2xmax‬‬
‫‪xmax‬‬
‫‪xmax .‬‬
‫و‬
‫)‪Zn(s‬‬
‫لنفترض أن المتفاعل المحد هو فلز الزنك‪nf(Zn) = 0 mol :‬‬
‫‪ nf(H+(aq)) = 0.097 mol‬إذن المتفاعل المحد هو‪.Zn :‬‬
‫‪; nf(H+(aq)) = 0.097 mol‬‬
‫;‬
‫‪nf(Zn) = 0 mol‬‬
‫ومنه نحدد حصيلة المادة‪:‬‬
‫‪nf(Zn2+(aq)) = nf(H2) =1.7 10-3 mol‬‬
‫‪xmax = 1.7 10-3 mol‬‬
‫تتبع تحول كيميائي‬
‫‪ .3‬أنجزت التجربة في الشروط التجريبية التالية‪.T = 293°K = cte ; p = 1.02 105 Pa = cte :‬‬
‫‪pV(H2) = xmRT‬‬
‫باعتبار أن )‪ H2(g‬غاز كامل نكتب‪pV(H2) = nf(H2)RT :‬‬
‫وبالتالي‪:‬‬
‫‪.2‬‬
‫توقع الضغط النهائي لغاز ينتج عن تحول كيميائي عند ‪ T = cte‬و ‪V = cte‬‬
‫كمية مادة غاز ‪ CO2‬المنبعثة خالل تجربة النشاط ‪ 1‬هي‪.n(CO2) = 1.2 10-2 mol :‬‬
‫‪ .1‬توقع ضغط الغاز في الشروط التالية‪:‬‬
‫‪ ‬درجة حرارة الغاز هي درجة الحرارة العادية ‪.t = 20°C‬‬
‫‪ ‬الغاز محصور في القنينة دون وجود الهواء‪.‬‬
‫‪ .1‬باعتبار أن )‪ CO2(g‬غاز كامل نكتب‪:‬‬
‫وبالتالي‪:‬‬
‫‪pf(CO2)(V – v)= nf(CO2) (t + 273.15)R‬‬