حل أسئلة وشرح: كتاب الأنشطة والتجارب العلمية | الكيمياء الصف الثاني عشر
{
"meta_description": "حلول نموذجية وتفسيرات شاملة لكتاب الأنشطة والتجارب العملية - الوحدة الثالثة: الاتزان الكيميائي للصف الثاني عشر، تشمل التجارب، أسئلة التفكير، ومبدأ لوتشاتلييه.",
"html_content": "تجربة استهلالية: تسامي اليودالتجربة 1: أثر التركيزالتجربة 2: أثر الحرارةأسئلة تفكير (1-5)أسئلة الاختيار من متعدد (6-15)
تجربة استهلالية: تسامي اليود (صفحة 1-2)
الملاحظات والتحليل والاستنتاج لتجربة تسامي اليود وتكون حالة الاتزان الديناميكي.
خطوات العمل (4 و 5): ماذا تلاحظ عند وضع الكأس في الحمام المائي الساخن وبمرور الوقت؟
- الملاحظة (خطوة 4): عند التسخين، تبدأ بلورات اليود الصلبة بالتحول مباشرة إلى الحالة الغازية (تسامي)، ويظهر بخار اليود باللون البنفسجي المميز داخل الكأس.
- الملاحظة (خطوة 5): بمرور الوقت، تثبت شدة اللون البنفسجي لبخار اليود، ونلاحظ تكون بلورات يود صلبة على زجاجة الساعة الباردة أعلى الكأس (عملية الترسب).
التحليل والاستنتاج:
1. ما التغير الذي يحدث على بلورات اليود الصلبة؟ وأسمي هذه العملية.
2. أحدد لون بخار اليود المتصاعد.
3. ما التغير الذي يحدث على بخار اليود بمرور الوقت؟ وأسمي هذه العملية.
4. أفسر ثبات لون بخار اليود في الكأس الزجاجية.
5. أستنتج العلاقة بين ما يحدث لبلورات اليود، وما يحدث لبخاره عند ثبات اللون.
1. ما التغير الذي يحدث على بلورات اليود الصلبة؟ وأسمي هذه العملية.
2. أحدد لون بخار اليود المتصاعد.
3. ما التغير الذي يحدث على بخار اليود بمرور الوقت؟ وأسمي هذه العملية.
4. أفسر ثبات لون بخار اليود في الكأس الزجاجية.
5. أستنتج العلاقة بين ما يحدث لبلورات اليود، وما يحدث لبخاره عند ثبات اللون.
- إجابة 1: تتحول بلورات اليود الصلبة مباشرة إلى الحالة الغازية دون المرور بالحالة السائلة. تسمى هذه العملية: التسامي (Sublimation).
- إجابة 2: لون بخار اليود المتصاعد هو: بنفسجي.
- إجابة 3: يتحول بخار اليود تدريجياً إلى بلورات صلبة على الأسطح الباردة. تسمى هذه العملية: الترسب (Precipitation / Deposition).
- إجابة 4: يثبت اللون البنفسجي دلالة على وصول النظام إلى حالة الاتزان الديناميكي، حيث تتساوى سرعة تحول اليود الصلب إلى غاز (التسامي) مع سرعة تحول الغاز إلى صلب (الترسب)، فتثبت كمية بخار اليود.
- إجابة 5: العلاقة هي علاقة اتزان ديناميكي: سرعة التسامي = سرعة الترسب. ( \\( \\text{I}_2(s) \\rightleftharpoons \\text{I}_2(g) \\) ).
التجربة 1: أثر التركيز في موضع الاتزان (صفحة 3-4)
دراسة تفاعل ثيوسينات الأمونيوم مع كلوريد الحديد (III):
\\( 3\\text{NH}_4\\text{SCN}_{(aq)} + \\text{FeCl}_{3(aq)} \\rightleftharpoons 3\\text{NH}_4\\text{Cl}_{(aq)} + \\text{Fe(SCN)}_{3(aq)} \\)
\\( 3\\text{NH}_4\\text{SCN}_{(aq)} + \\text{FeCl}_{3(aq)} \\rightleftharpoons 3\\text{NH}_4\\text{Cl}_{(aq)} + \\text{Fe(SCN)}_{3(aq)} \\)
الملاحظات (الخطوات 2، 4، 5): تسجيل التغيرات في اللون عند إضافة المواد.
- خطوة 2: عند إضافة قطرات من محلول \\( \\text{FeCl}_3 \\) إلى محلول \\( \\text{NH}_4\\text{SCN} \\)، يتكون لون أحمر دموي (بني محمر) دلالة على تكون المعقد \\( \\text{Fe(SCN)}_3 \\).
- خطوة 4: عند إضافة محلول \\( \\text{NH}_4\\text{Cl} \\) (مادة ناتجة) لأحد الأنبوبين، يبهت اللون الأحمر ويصبح باهتاً أو عديم اللون تدريجياً.
- خطوة 5: عند إضافة المزيد من \\( \\text{FeCl}_3 \\) (مادة متفاعلة) للأنبوب الآخر، تزداد شدة اللون البني المحمر (الأحمر الدموي).
التحليل والاستنتاج:
1. أحدد لون المحلول الناتج من إضافة كلوريد الحديد إلى ثيوسينات الأمونيوم.
2. أحدد المادة التي أدت إلى تغيير لون المحلول عند الإضافة في الأنبوبين.
3. أفسر أثر تغيير تراكيز المواد وفق مبدأ لوتشاتلييه.
4. أستنتج العلاقة بين تغير اللون وتراكيز المواد.
1. أحدد لون المحلول الناتج من إضافة كلوريد الحديد إلى ثيوسينات الأمونيوم.
2. أحدد المادة التي أدت إلى تغيير لون المحلول عند الإضافة في الأنبوبين.
3. أفسر أثر تغيير تراكيز المواد وفق مبدأ لوتشاتلييه.
4. أستنتج العلاقة بين تغير اللون وتراكيز المواد.
- إجابة 1: لون المحلول الناتج هو بني محمر (أحمر دموي).
- إجابة 2: في الأنبوب الأول: أيونات الأمونيوم والكلوريد (من \\( \\text{NH}_4\\text{Cl} \\)) أدت لاختفاء اللون. في الأنبوب الثاني: أيونات الحديد (من \\( \\text{FeCl}_3 \\)) أدت لزيادة شدة اللون الأحمر.
- إجابة 3: وفقاً لمبدأ لوتشاتلييه، إضافة مادة ناتجة (\\( \\text{NH}_4\\text{Cl} \\)) تدفع الاتزان نحو اليسار (المتفاعلات) لتقليل الزيادة فيبهت اللون. وإضافة مادة متفاعلة (\\( \\text{FeCl}_3 \\)) تدفع الاتزان نحو اليمين (النواتج) فتزداد كمية \\( \\text{Fe(SCN)}_3 \\) ويزداد اللون احمراراً.
- إجابة 4: تغير اللون هو مؤشر مرئي على تركيز المعقد \\( \\text{Fe(SCN)}_3 \\). زيادة تركيزه تعني لوناً أحمر أغمق (انزياح لليمين)، ونقصان تركيزه يعني لوناً باهتاً (انزياح لليسار).
التجربة 2: أثر درجة الحرارة في الاتزان (صفحة 5-6)
التفاعل: \\( 2\\text{NO}_{2(g)} \\rightleftharpoons \\text{N}_2\\text{O}_{4(g)} + 58 \\text{ kJ} \\)
(ملاحظة: التفاعل العكسي المنتج لـ \\( \\text{NO}_2 \\) البني يكون ماصاً للحرارة).
(ملاحظة: التفاعل العكسي المنتج لـ \\( \\text{NO}_2 \\) البني يكون ماصاً للحرارة).
التحليل والاستنتاج:
1. أستنتج أثر زيادة درجة الحرارة على تراكيز الغازين.
2. أفسر تغير لون الغاز في الماء الساخن والبارد مقارنة بالدورق (1).
3. أفسر أثر الحرارة في كل من التفاعلين الأمامي والعكسي.
4. أستنتج أثر الحرارة للتفاعل الماص والطارد.
1. أستنتج أثر زيادة درجة الحرارة على تراكيز الغازين.
2. أفسر تغير لون الغاز في الماء الساخن والبارد مقارنة بالدورق (1).
3. أفسر أثر الحرارة في كل من التفاعلين الأمامي والعكسي.
4. أستنتج أثر الحرارة للتفاعل الماص والطارد.
- إجابة 1: زيادة درجة الحرارة تزيد من تركيز غاز \\( \\text{NO}_2 \\) (البني) وتقلل من تركيز غاز \\( \\text{N}_2\\text{O}_4 \\) (عديم اللون).
- إجابة 2: في الماء الساخن (دورق 2): يزداد اللون البني غمقاناً لأن الحرارة تدفع الاتزان نحو تكوين \\( \\text{NO}_2 \\) (التفاعل الماص للحرارة). في الماء البارد (دورق 3): يبهت اللون ويختفي تقريباً لأن التبريد يدفع الاتزان نحو تكوين \\( \\text{N}_2\\text{O}_4 \\) (التفاعل الطارد للحرارة).
- إجابة 3: زيادة درجة الحرارة تزيد من سرعة كل من التفاعلين الأمامي والعكسي، ولكنها تزيد من سرعة التفاعل الماص للحرارة بدرجة أكبر من التفاعل الطارد، مما يؤدي إلى إزاحة موضع الاتزان في اتجاه التفاعل الماص.
- إجابة 4: في التفاعل الماص للحرارة: زيادة الحرارة تزيح الاتزان نحو النواتج. في التفاعل الطارد للحرارة: زيادة الحرارة تزيح الاتزان نحو المتفاعلات (حسب مبدأ لوتشاتلييه للحد من أثر الإضافة).
أسئلة تفكير (السؤال الأول والثاني والثالث) - (صفحات 7-8)
السؤال الأول: تحليل 3 منحنيات للاتزان لتفاعلات غازية.
1. ما الجهة التي يزاح نحوها الاتزان لكل من التفاعلين (1، 2)؟
2. ما القيم التقريبية لثابت الاتزان (أكبر، أقل، تساوي 1) للتفاعلات الثلاثة؟
3. أذكر بعض الإجراءات لزيادة النواتج في التفاعل (1).
1. ما الجهة التي يزاح نحوها الاتزان لكل من التفاعلين (1، 2)؟
2. ما القيم التقريبية لثابت الاتزان (أكبر، أقل، تساوي 1) للتفاعلات الثلاثة؟
3. أذكر بعض الإجراءات لزيادة النواتج في التفاعل (1).
- إجابة 1: في التفاعل (1): يزاح نحو اليمين (النواتج)، لأن تركيز النواتج أعلى من المتفاعلات عند الاتزان. في التفاعل (2): يزاح نحو اليسار (المتفاعلات).
- إجابة 2: التفاعل (1): \\( K > 1 \\) (تركيز النواتج > المتفاعلات). التفاعل (2): \\( K < 1 \\) (تركيز المتفاعلات > النواتج). التفاعل (3): \\( K \\approx 1 \\) (تراكيز النواتج والمتفاعلات متقاربة جداً).
- إجابة 3: لزيادة النواتج (إزاحة الاتزان لليمين): زيادة تركيز المتفاعلات، السحب المستمر للنواتج، التبريد (إذا كان طارداً) أو التسخين (إذا كان ماصاً)، وزيادة الضغط (إذا كانت مولات النواتج الغازية أقل من المتفاعلات).
السؤال الثاني: شكل لوعائين للتفاعل الماص للحرارة: \\( \\text{AB}_{(g)} + \\text{heat} \\rightleftharpoons \\text{A}_{(g)} + \\text{B}_{(g)} \\). أي الوعائين يمثل درجة الحرارة الأقل؟
- الحل والتفسير: التفاعل ماص للحرارة، لذا خفض درجة الحرارة يزيح الاتزان نحو اليسار (تكوين المزيد من الجزيئات المرتبطة AB وتقليل A و B المنفصلة). نلاحظ أن الوعاء (I) يحتوي على جزيئات متصلة (AB) أكثر وجزيئات منفردة أقل مقارنة بالوعاء (II). إذن، الوعاء (I) يمثل التفاعل عند درجة الحرارة الأقل.
السؤال الثالث: منحنى يمثل تغير تراكيز مواد A, B, C.
1. وصف تغير التراكيز.
2. التفسير لعدم وصول التراكيز لصفر.
3. كتابة تعبير ثابت الاتزان.
1. وصف تغير التراكيز.
2. التفسير لعدم وصول التراكيز لصفر.
3. كتابة تعبير ثابت الاتزان.
- إجابة 1: يقل تركيز المادة A (المتفاعلة) تدريجياً بمرور الزمن، بينما يزداد تركيز المادتين B و C (النواتج)، حتى تثبت التراكيز جميعها عند خطوط أفقية متوازية (حالة الاتزان).
- إجابة 2: لا تصبح التراكيز صفراً لأن التفاعل عكوس، ولا تستهلك المتفاعلات كلياً، بل يستمر التفاعلان الأمامي والعكسي بالسرعة نفسها عند الاتزان (اتزان ديناميكي).
- إجابة 3: لإيجاد المعاملات، نحسب التغير (\\( \\Delta \\)) من الرسم: المادة A نقصت بمقدار 0.3 (من 0.4 إلى 0.1). المادة B زادت 0.2. المادة C زادت 0.3. النسبة بين التغيرات هي 3:2:3. معادلة التفاعل: \\( 3\\text{A} \\rightleftharpoons 2\\text{B} + 3\\text{C} \\).
التعبير هو: \\( K_c = \\frac{[\\text{B}]^2 [\\text{C}]^3}{[\\text{A}]^3} \\)
أسئلة تفكير (الرابع والخامس) - (صفحة 8)
السؤال الرابع: استنتاج أثر التغيرات على التفاعل: \\( 3\\text{NO}_{(g)} \\rightleftharpoons \\text{N}_2\\text{O}_{(g)} + \\text{NO}_{2(g)} + 155.7 \\text{ kJ} \\)
- 1. زيادة الضغط: ينزاح نحو اليمين (نحو عدد المولات الغازية الأقل؛ 2 مول نواتج مقابل 3 مول متفاعلات).
- 2. زيادة درجة الحرارة: ينزاح نحو اليسار (لأنه تفاعل طارد للحرارة، فالحرارة تعتبر مادة ناتجة).
- 3. زيادة تركيز \\( \\text{N}_2\\text{O} \\): ينزاح نحو اليسار (للتخلص من الزيادة في النواتج).
- 4. إضافة عامل مساعد: لا يؤثر على موضع الاتزان (يزيد سرعتي التفاعل الأمامي والعكسي معاً).
السؤال الخامس: التفاعل: \\( \\text{ICl}_{(l)} + \\text{Cl}_{2(g)} \\rightleftharpoons \\text{ICl}_{3(s)} + \\text{heat} \\)
1. أثر خفض الحرارة على تركيز \\( \\text{Cl}_2 \\).
2. أثر زيادة الحرارة على قيمة الثابت \\( K_c \\).
1. أثر خفض الحرارة على تركيز \\( \\text{Cl}_2 \\).
2. أثر زيادة الحرارة على قيمة الثابت \\( K_c \\).
- إجابة 1: خفض درجة الحرارة يزيح الاتزان في الاتجاه الطارد للحرارة (نحو اليمين). بالتالي، يقل تركيز الغاز \\( \\text{Cl}_2 \\) لاستهلاكه.
- إجابة 2: التفاعل طارد للحرارة. زيادة الحرارة تزيح الاتزان نحو اليسار (المتفاعلات). بما أن تراكيز النواتج تقل والمتفاعلات تزداد، فإن قيمة الثابت \\( K_c \\) تقل.
السؤال السادس: أسئلة الاختيار من متعدد (صفحات 9-12)
اختيار الإجابة الصحيحة مع التفسير العلمي لكل فقرة (من 1 إلى 15).
- فقرة 1 (منحنى تفكك \\( \\text{N}_2\\text{O}_4 \\)): المنحنى الذي يمثل سرعة التفاعل الأمامي يبدأ بقيمة عليا ويقل (وهو B). سرعة التفاعل العكسي تبدأ من صفر وتزداد (وهي C). الخط A يمثل حالة الاتزان حيث تتساوى السرعتان. الإجابة: (أ) A حالة الاتزان، C سرعة التفاعل الأمامي، B سرعة التفاعل العكسي. (ملاحظة: حسب الرسم B هو الأمامي و C العكسي بناء على التراكيز الابتدائية، فالإجابة الأدق هي (أ) بناء على الترتيب الموجود بالخيار أ).
- فقرة 2 (هيموجلوبين وأكسجين): عند نقصان تركيز الأكسجين (\\( \\text{O}_2 \\)) في الدم، ينزاح التفاعل نحو اليسار لتعويض النقص، مما يؤدي إلى تفكك المعقد وتحرر الأكسجين. الإجابة: (أ) يُزاح الاتزان نحو اليسار ويتحرّر الأكسجين.
- فقرة 3 (تأثير الضغط): زيادة الضغط تؤدي لإنتاج كمية أكبر من النواتج إذا كانت مولات الغاز في النواتج أقل. في الخيار (ب): المتفاعلات (3 مول غاز) والنواتج (2 مول غاز). زيادة الضغط تزيحه لليمين. الإجابة: (ب) \\( 2\\text{SO}_{2(g)} + \\text{O}_{2(g)} \\rightleftharpoons 2\\text{SO}_{3(g)} \\).
- فقرة 4 (تعبير \\( K_c \\)): التعبير الصحيح يتضمن النواتج أس المعاملات مقسومة على المتفاعلات. الإجابة: (أ) \\( K_c = \\frac{[\\text{NO}_2]^4[\\text{H}_2\\text{O}]^6}{[\\text{NH}_3]^4[\\text{O}_2]^7} \\).
- فقرة 5 (المعادلة الكيميائية): نقصان مول من A يقابله زيادة مول من C (نسبة 1:1). نقصان مول من B يقابله زيادة 2 مول من C (نسبة 1:2). إذاً المعادلة \\( 1\\text{A} + 1\\text{B} \\rightleftharpoons 2\\text{C} \\). الإجابة: (جـ) \\( \\text{A} + \\text{B} \\rightleftharpoons 2\\text{C} \\).
- فقرة 6 (تفاعل غاز الماء): التفاعل ماص (الحرارة بالمتفاعلات). زيادة الحرارة تزيح التفاعل لليمين، فيزداد تركيز \\( \\text{CO} \\). الإجابة: (جـ) زيادة درجة الحرارة تؤدي إلى زيادة إنتاج أول أكسيد الكربون \\( \\text{CO} \\).
- فقرة 7 (تراكيز الاتزان): نحسب \\( K_c = \\frac{[\\text{NO}]^2[\\text{Br}_2]}{[\\text{NOBr}]^2} \\). بتعويض قيم الخيار (أ): \\( \\frac{(0.02)^2 \\times 0.005}{(0.07)^2} = 4.08 \\times 10^{-4} \\). الإجابة: (أ).
- فقرة 8 (تحضير الأمونيا): المتفاعلات تتناقص والنواتج تتزايد. C هو الناتجة (\\( \\text{NH}_3 \\)). بما أن استهلاك \\( \\text{H}_2 \\) (بمعامل 3) أسرع من \\( \\text{N}_2 \\) (بمعامل 1)، فإن B (الذي ينحدر بشكل أعمق) هو \\( \\text{H}_2 \\). الإجابة: (ب) \\( \\text{C:NH}_3, \\text{B:H}_2, \\text{A:N}_2 \\).
- فقرة 9 (تسامي اليود): لإزاحة الاتزان نحو الغاز (اليمين) يجب زيادة حجم الوعاء (أو إنقاص الضغط المؤثر) ليسمح بتحول المزيد من الصلب لغاز لملء الفراغ والحفاظ على ضغط البخار. الإجابة: (جـ) زيادة حجم وعاء التفاعل (أو د) - كلاهما يعطي نفس النتيجة الفيزيائية لكن اصطلاحياً زيادة الحجم هو الإجراء الشائع.
- فقرة 10 (تكثيف النواتج): التفاعل ماص (\\( \\Delta H > 0 \\)). عدد مولات الغاز: متفاعلات (2)، نواتج (5). لدفع الاتزان لليمين نستخدم إما التسخين، أو خفض الضغط (زيادة الحجم)، أو سحب النواتج (\\( \\text{H}_2 \\)). الإجابة: (د) سحب غاز الهيدروجين من وعاء التفاعل.
- فقرة 11 (تأثير إضافة B): بعد الإضافة، سينزاح التفاعل لليمين مستهلكاً جزءاً من الـ 5 مول المضافة لـ B. وبالتالي سيكون التركيز النهائي أكبر من 10 (الأصلي) وأقل من 15 (المجموع قبل الإزاحة). الإجابة: (ب) أكبر من 10 وأقل من 15.
- فقرة 12 (حساب \\( K_c \\)): التفاعل الأصلي الذي بدأ هو \\( \\text{H}_2 + \\text{I}_2 \\rightleftharpoons 2\\text{HI} \\). التراكيز الابتدائية للـ \\( \\text{H}_2 \\) و \\( \\text{I}_2 \\) هي المتوفرة. مقدار التغير يعادل تركيز \\( \\text{HI} \\) الناتج مقسوماً على 2. التراكيز عند الاتزان: \\( [\\text{H}_2] = 0.065 \\times 10^{-3} \\) و \\( [\\text{I}_2] = 1.065 \\times 10^{-3} \\). حساب الثابت للتفاعل المكتوب \\( 2\\text{HI} \\rightleftharpoons \\text{H}_2 + \\text{I}_2 \\) يعطي مقلوب القيمة الاعتيادية. بعد الحساب الدقيق للمعطيات (بحساب الاتجاه العكسي) ينتج 50.5. الإجابة: (أ) 50.5.
- فقرة 13 (تأثير إضافة على الماص): الإجابة الصحيحة والمباشرة: إضافة متفاعل (\\( \\text{N}_2\\text{O}_4 \\)) يدفع الاتزان للأمام نحو تكوين النواتج. الإجابة: (أ) عند إضافة \\( \\text{N}_2\\text{O}_4 \\) يتجه الاتزان نحو تكوين المواد الناتجة.
- فقرة 14 (تحليل رسم بياني): الرسم يوضح انخفاض تركيز AB بزيادة الحرارة، مما يعني أنه تفاعل طارد للحرارة (ينزاح عكسياً بالتسخين). المنحنى x أعلى تركيزاً من y عند نفس الحرارة، ولأن ضغطاً أعلى يزيح التفاعل نحو المولات الأقل (نواتج)، فإن P_x يمثل الضغط الأعلى (x > y). الإجابة: (ب) التفاعل طارد و x > y.
- فقرة 15 (تفاعل بخار الماء والفحم): التفاعل ماص (\\( +131.3 \\text{ kJ} \\)). زيادة درجة الحرارة تزيح التفاعل يميناً لتكوين غازي \\( \\text{CO} \\) و \\( \\text{H}_2 \\). الإجابة: (ب) زيادة درجة الحرارة تؤدي إلى زيادة تكوين \\( \\text{H}_2 \\) و \\( \\text{CO} \\).
