الكيمياء فصل ثاني

1- أُفسر دلالة ثابت الاتّزان للتفاعُل الكيميائي.

   الإجابة: يدل ثابت الاتزان على نسب تراكيز المواد المتفاعلة والمواد الناتجة عند وصوله الى حالة الاتزان
               ويستفاد من هذه النسب في تقدير الجدوى الاقتصادية للتفاعل.

 

2- أوضحُ المقصود بكلّ مما يلي: ♦قانون فعل الكتلة.    ♦الاتّزان المتجانس   ♦ثابت تأيُّن الحمض الضعيف.

   الإجابة: 

       ♦ قانون فعل الكتلة: ينص على أنه عند درجة حرارة معينّة يصل التفاعُل إلى حالة تكون عندها نسبة
                                      تراكيز المواد المُتفاعلة إلى تراكيز المواد الناتجة قيمة ثابتة تُسمّى ثابت الاتّزان.
      ♦ الاتزان المتجانس: حالة الاتزان التي تكون فيها الموادّ المُتفاعلة والناتجة جميعها في الحالة الفيزيائية
                                        نفسها.
      ♦ ثابت تأين الحمض: ثابت الاتّزان لتأيِّّن الحمض الضعيف في الماء.

 

3-أكتبُ تعبير ثابت الاتّزان بدلالة تراكيز المواد لكلّ من التفاعُلات الآتية:

     أ)   $\mathbf{4}{\mathbf{NH}}_{\mathbf{3}\mathbf{\left(}\mathbf{g}\mathbf{\right)}}\mathbf{ }\mathbf{+}\mathbf{ }\mathbf{5}{\mathbf{O}}_{\mathbf{2}\mathbf{\left(}\mathbf{g}\mathbf{\right)}}\mathbf{ }\mathbf{\rightleftharpoons }\mathbf{ }\mathbf{4}{\mathbf{NO}}_{\mathbf{\left(}\mathbf{g}\mathbf{\right)}\mathbf{ }}\mathbf{+}\mathbf{ }\mathbf{6}{\mathbf{H}}_{\mathbf{2}}{\mathbf{O}}_{\mathbf{\left(}\mathbf{g}\mathbf{\right)}}$  

           الإجابة: ${\mathbf{K}}_{\mathbf{c}}\mathbf{ }\mathbf{=}\frac{{\mathbf{\left[}\mathbf{NO}\mathbf{\right]}}^{\mathbf{4}}\mathbf{ }{\mathbf{\left[}{\mathbf{H}}_{\mathbf{2}}\mathbf{O}\mathbf{\right]}}^{\mathbf{6}}}{{\mathbf{\left[}{\mathbf{NH}}_{\mathbf{3}}\mathbf{\right]}}^{\mathbf{4}}\mathbf{ }{\mathbf{\left[}{\mathbf{O}}_{\mathbf{2}}\mathbf{\right]}}^{\mathbf{5}}}$

     ب)   ${\mathbf{BaSO}}_{\mathbf{4}\mathbf{\left(}\mathbf{s}\mathbf{\right)}}\mathbf{ }\mathbf{\rightleftharpoons }\mathbf{ }{{\mathbf{Ba}}^{\mathbf{2}\mathbf{+}}}_{\mathbf{\left(}\mathbf{aq}\mathbf{\right)}}\mathbf{ }\mathbf{+}\mathbf{ }{\mathbf{SO}}_{\mathbf{4}}{{}^{\mathbf{2}\mathbf{-}}}_{\mathbf{\left(}\mathbf{aq}\mathbf{\right)}}\mathbf{ }$

           الإجابة:  ${\mathbf{K}}_{\mathbf{c}}\mathbf{ }\mathbf{=}\mathbf{ }\mathbf{\left[}{\mathbf{Ba}}^{\mathbf{2}\mathbf{+}}\mathbf{\right]}\mathbf{ }\mathbf{\left[}{{\mathbf{SO}}_{\mathbf{4}}}^{\mathbf{2}\mathbf{-}}\mathbf{\right]}$

      ج)   $\mathbf{Zn}{}_{\mathbf{\left(}\mathbf{s}\mathbf{\right)}}\mathbf{ }\mathbf{+}\mathbf{ }{{\mathbf{Cu}}^{\mathbf{2}\mathbf{+}}}_{\mathbf{\left(}\mathbf{aq}\mathbf{\right)}\mathbf{ }}\mathbf{\rightleftharpoons }\mathbf{ }{{\mathbf{Zn}}^{\mathbf{2}\mathbf{+}}}_{\mathbf{\left(}\mathbf{aq}\mathbf{\right)}}\mathbf{ }\mathbf{+}\mathbf{ }{\mathbf{Cu}}_{\mathbf{\left(}\mathbf{s}\mathbf{\right)}}\mathbf{ }$

           الإجابة:  ${\mathbf{K}}_{\mathbf{c}}\mathbf{ }\mathbf{=}\mathbf{ }\frac{\mathbf{\left[}{\mathbf{Zn}}^{\mathbf{2}\mathbf{+}}\mathbf{\right]}}{\mathbf{\left[}{\mathbf{Cu}}^{\mathbf{2}\mathbf{+}}\mathbf{\right]}}$

      د)  ${\mathbf{CH}}_{\mathbf{3}}{\mathbf{NH}}_{\mathbf{2}\mathbf{\left(}\mathbf{aq}\mathbf{\right)}}\mathbf{ }\mathbf{+}\mathbf{ }{\mathbf{H}}_{\mathbf{2}}{\mathbf{O}}_{\mathbf{\left(}\mathbf{l}\mathbf{\right)}}\mathbf{ }\mathbf{\rightleftharpoons }\mathbf{ }{\mathbf{CH}}_{\mathbf{3}}{{{\mathbf{NH}}_{\mathbf{3}}}^{\mathbf{+}}}_{\mathbf{\left(}\mathbf{aq}\mathbf{\right)}}\mathbf{+}\mathbf{ }{{\mathbf{OH}}^{\mathbf{-}}}_{\mathbf{\left(}\mathbf{aq}\mathbf{\right)}}$

           الإجابة:  ${\mathbf{K}}_{\mathbf{b}}\mathbf{ }\mathbf{=}\frac{\mathbf{\left[}{\mathbf{CH}}_{\mathbf{3}}{\mathbf{NH}}_{\mathbf{3}}^{\mathbf{+}}\mathbf{\right]}\mathbf{ }\mathbf{\left[}{\mathbf{OH}}^{\mathbf{-}}\mathbf{\right]}}{\mathbf{\left[}{\mathbf{CH}}_{\mathbf{3}}{\mathbf{NH}}_{\mathbf{2}}\mathbf{\right]}}$

      هـ)  ${\mathbf{HClO}}_{\mathbf{\left(}\mathbf{aq}\mathbf{\right)}}\mathbf{ }\mathbf{+}\mathbf{ }{\mathbf{H}}_{\mathbf{2}}{\mathbf{O}}_{\mathbf{\left(}\mathbf{l}\mathbf{\right)}}\mathbf{ }\mathbf{\rightleftharpoons }\mathbf{ }{{\mathbf{ClO}}^{\mathbf{-}}}_{\mathbf{\left(}\mathbf{aq}\mathbf{\right)}}\mathbf{ }\mathbf{+}\mathbf{ }{\mathbf{H}}_{\mathbf{3}}{{\mathbf{O}}^{\mathbf{+}}}_{\mathbf{\left(}\mathbf{aq}\mathbf{\right)}}$

           الإجابة:   ${\mathbf{K}}_{\mathbf{a}}\mathbf{ }\mathbf{=}\mathbf{ }\frac{\mathbf{\left[}{\mathbf{H}}_{\mathbf{3}}{\mathbf{O}}^{\mathbf{+}}\mathbf{\right]}\mathbf{ }\mathbf{\left[}{\mathbf{ClO}}^{\mathbf{-}}\mathbf{\right]}}{\mathbf{\left[}\mathbf{HClO}\mathbf{\right]}}$

 

4- أُطبّق: أُدخلَ 0.65mol من غاز N₂O₄ إلى وعاء حجمه 0.5L ، وتركَ ليتفكّك كما في المعادلة الآتية:

${\mathbf{N}}_{\mathbf{2}}{\mathbf{O}}_{\mathbf{4}\mathbf{\left(}\mathbf{g}\mathbf{\right)}\mathbf{ }}\mathbf{\rightleftharpoons }\mathbf{ }\mathbf{2}{\mathbf{NO}}_{\mathbf{2}\mathbf{\left(}\mathbf{g}\mathbf{\right)}}$

                أحسبُ ثابت الاتّزان، إذ وُجدَ أنّ الوعاء يحتوي على 0.5mol من NO₂ عند الاتّزان.

           الإجابة:  

                            التركيز عند البداية     $\mathbf{\left[}{\mathbf{NO}}_{\mathbf{2}}\mathbf{\right]}\mathbf{ }\mathbf{=}\mathbf{ }\mathbf{0}$      و   $\mathbf{\left[}{\mathbf{N}}_{\mathbf{2}}{\mathbf{O}}_{\mathbf{4}}\mathbf{\right]}\mathbf{ }\mathbf{=}\mathbf{ }\frac{\mathbf{n}}{{\mathbf{V}}_{\mathbf{\left(}\mathbf{L}\mathbf{\right)}}}\mathbf{ }\mathbf{=}\mathbf{ }\frac{\mathbf{0}\mathbf{.}\mathbf{65}}{\mathbf{0}\mathbf{.}\mathbf{5}}\mathbf{ }\mathbf{=}\mathbf{ }\mathbf{1}\mathbf{.}\mathbf{3}\mathbf{M}$

                            التركيز عند الاتزان    $\mathbf{\left[}{\mathbf{NO}}_{\mathbf{2}}\mathbf{\right]}\mathbf{ }\mathbf{=}\mathbf{ }\frac{\mathbf{0}\mathbf{.}\mathbf{5}\mathbf{ }\mathbf{mol}}{\mathbf{0}\mathbf{.}\mathbf{5}\mathbf{ }\mathbf{L}}\mathbf{ }\mathbf{=}\mathbf{ }\mathbf{1}\mathbf{M}$    و  $\mathbf{\left[}{\mathbf{N}}_{\mathbf{2}}{\mathbf{O}}_{\mathbf{4}}\mathbf{\right]}\mathbf{ }\mathbf{=}\mathbf{ }\mathbf{1}\mathbf{.}\mathbf{3}\mathbf{ }\mathbf{-}\mathbf{ }\mathbf{0}\mathbf{.}\mathbf{5}\mathbf{ }\mathbf{=}\mathbf{ }\mathbf{0}\mathbf{.}\mathbf{8}\mathbf{M}$

${\mathbf{K}}_{\mathbf{c}}\mathbf{ }\mathbf{=}\mathbf{ }\frac{{\mathbf{\left[}{\mathbf{NO}}_{\mathbf{2}}\mathbf{\right]}}^{\mathbf{2}}}{\mathbf{\left[}{\mathbf{N}}_{\mathbf{2}}{\mathbf{O}}_{\mathbf{4}}\mathbf{\right]}}\mathbf{ }\mathbf{=}\mathbf{ }\frac{{\mathbf{\left(}\mathbf{1}\mathbf{\right)}}^{\mathbf{2}}}{\mathbf{(}\mathbf{0}\mathbf{.}\mathbf{8}\mathbf{)}}\mathbf{ }\mathbf{=}\mathbf{ }\mathbf{1}\mathbf{.}\mathbf{25}$

 

5- أُطبّق: أُدخل 2mol من كلّ من الأكسجين والنيتروجين إلى وعاءحجمه 1L لتتفاعَل معا وفقَ المعادلة الآتية:

                                                                                 ${\mathbf{N}}_{\mathbf{2}\mathbf{\left(}\mathbf{g}\mathbf{\right)}}\mathbf{ }\mathbf{+}\mathbf{ }{\mathbf{O}}_{\mathbf{2}\mathbf{\left(}\mathbf{g}\mathbf{\right)}}\mathbf{ }\mathbf{\rightleftharpoons }\mathbf{ }\mathbf{2}{\mathbf{NO}}_{\mathbf{\left(}\mathbf{g}\mathbf{\right)}}$

               وقد وُجد أن ثابت الاتّزان للتّفاعُل عند درجة حرارة 150K يُساوي $\mathbf{1}\mathbf{\times }{\mathbf{10}}^{\mathbf{-}\mathbf{5}}$ ؛ أحسبُ تراكيز المواد عند
               وصول التفاعُل إلى حالة الاتّزان.

           الإجابة:  

التفاعل	2NO2	O2	N2
التراكيز بداية التفاعل	0	2M	2M
التغير في التراكيز	+2x	-x	-x
التراكيز عند الاتزان	2x	2 - x	2 - x

      ${\mathbf{K}}_{\mathbf{c}}\mathbf{=}\mathbf{ }\frac{{\mathbf{\left[}\mathbf{NO}\mathbf{\right]}}^{\mathbf{2}}}{\mathbf{\left[}{\mathbf{N}}_{\mathbf{2}}\mathbf{\right]}\mathbf{ }\mathbf{\left[}{\mathbf{O}}_{\mathbf{2}}\mathbf{\right]}}\mathbf{ }\mathbf{=}\mathbf{ }\frac{{\mathbf{\left(}\mathbf{2}\mathbf{x}\mathbf{\right)}}^{\mathbf{2}}}{\mathbf{(}\mathbf{2}\mathbf{ }\mathbf{-}\mathbf{ }\mathbf{x}\mathbf{)}\mathbf{ }\mathbf{(}\mathbf{2}\mathbf{ }\mathbf{-}\mathbf{ }\mathbf{x}\mathbf{)}}\mathbf{ }\mathbf{=}\mathbf{ }\frac{{\mathbf{\left(}\mathbf{2}\mathbf{x}\mathbf{\right)}}^{\mathbf{2}}}{{\mathbf{(}\mathbf{2}\mathbf{ }\mathbf{-}\mathbf{ }\mathbf{x}\mathbf{)}}^{\mathbf{2}}}$

          وبتعويض قيمة ثابت الاتزان (K_c) وأخذ الجذر للطرفين

$$\begin{gathered} \sqrt{\mathbf{1}\mathbf{\times }{\mathbf{10}}^{\mathbf{-}\mathbf{5}}}\mathbf{=}\mathbf{ }\sqrt{\frac{{\mathbf{\left(}\mathbf{2}\mathbf{x}\mathbf{\right)}}^{\mathbf{2}}}{{\mathbf{(}\mathbf{2}\mathbf{ }\mathbf{-}\mathbf{ }\mathbf{x}\mathbf{)}}^{\mathbf{2}}}} \\ \mathbf{3}\mathbf{.}\mathbf{2}\mathbf{ }\mathbf{\times }{\mathbf{10}}^{\mathbf{-}\mathbf{3}}\mathbf{ }\mathbf{=}\mathbf{ }\frac{\mathbf{2}\mathbf{x}}{\mathbf{2}\mathbf{ }\mathbf{-}\mathbf{x}\mathbf{ }} \\ \mathbf{3}\mathbf{.}\mathbf{2}\mathbf{ }\mathbf{\times }{\mathbf{10}}^{\mathbf{-}\mathbf{3}}\mathbf{ }\mathbf{\times }\mathbf{ }\mathbf{(}\mathbf{2}\mathbf{ }\mathbf{-}\mathbf{x}\mathbf{)}\mathbf{ }\mathbf{=}\mathbf{ }\mathbf{2}\mathbf{x} \\ \mathbf{6}\mathbf{.}\mathbf{4}\mathbf{ }\mathbf{\times }{\mathbf{10}}^{\mathbf{-}\mathbf{3}}\mathbf{ }\mathbf{-}\mathbf{ }\mathbf{3}\mathbf{.}\mathbf{2}\mathbf{ }\mathbf{\times }{\mathbf{10}}^{\mathbf{-}\mathbf{3}}\mathbf{x}\mathbf{ }\mathbf{=}\mathbf{ }\mathbf{2}\mathbf{x} \\ \mathbf{x}\mathbf{ }\mathbf{=}\mathbf{ }\mathbf{0}\mathbf{.}\mathbf{0032} \end{gathered}$$

          أحسب التراكيز عند الاتزان:

[N₂] = 2 - 0.0032 = 1.997 M

[O₂] = 2 - 0.0032= 1.997 M

[NO] = 0.0064 M