التتبع الزمني لتحول كيميائي ــ سرعة التفاعل Suivi temporel d'une transformation chimique – Vitesse de réaction -Iتتبع التطور الزمني لتحول كيميائي: لتتبع التطور الزمني لمجموعة كيميائية ،يعني معرفة تركيب هذه المجموعة في كل لحظة ،توجد عدة طرق لهذا الغرض منها: - التتبع الزمني بالمعايرة :صالحة مع شرط ان يكون تفاعل المعايرة انتقائيا(المعاير و المعاير يتفاعال فقط ) و سريع و كليا. التتبع بقياس المواصلة :عندما يكون الوسط التفاعلي يحتوي على االيونات كمتفاعالت او نواتج او هما معا. التتبع بقياس الحجم أو الضغط :عندما يكون التحول الكيميائي ينتج غازا. -1تتبع التطور الزمني لمجموعة كيميائية بواسطة المعايرة. التتبع الزمني لتحول في كأس من فئة 250mLنصب V1=50mLمن الماء األوكسيجيني) (H2O2تركيزه C1=0,056mol/Lو قطرات من حمض الكبريتيك )) (2H+(aq)+SO42-(aqتركيزه .C2=3mol/في اللحظة t=0نشغل الميقت ونصب في نفس اللحظة V3=50mLمن محلول يودور البوتاسيوم )) (K+(aq)+I-(aqتركيزه C3=0,2mol/Lفي الكأس ,الذي يحتوي على الماء األوكسيجيني ,مع التحريك. -1اكتب معادلة التفاعل الحاصل في الكأس . 2 2 معطيات-- I 2 / I -- S 4 O6 / S 2 O3 : ........................................................................................................................................ ........................................ ......................................................... ....................................................................................................................... ................................................... ............................................................................................................................. H 2 O2 / H 2 O تقنيــة التتبـــع بواسطة ماصة ,نأخذ V=10mLمن الخليط المتفاعل ونصبه في الماء المثلج و نضيف اليه صمغ النشا ثم نحرك ,ونسجل اللحظة tالموافقة لهذه العملية .ننجز معايرة ثنائي اليود I2المتكون بواسطة محلول ثيوكبريتات الصوديوم ) ) (2Na+(aq)+S2O32-(aqتركيزه . C=0,04mol/Lنسجل الحجم VEلمحلول ثيوكبريتات الصوديوم المضاف عند التكافؤ -الشكل اسفله - نعيد معايرة عينات أخرى من الخليط لها نفس الحجم و ندون النتائج في الجدول اسفله: 1800 1440 1080 900 720 510 360 270 160 60 0 )t(s 14,0 13,5 12,3 11,6 10,5 9,0 7,5 6,5 4,8 2,2 0 )VE(mL -2ما الهدف من صب الخليط في الماء المثلج قبل المعايرة ؟ لماذا تمت اضافة صمغ النشا؟. ................................................................................................................... ................................................................................................................... ................................................................................................................... ................................................................................................................... -3اكتب معادلة التفاعل المعايرة وأنجز الجدول الوصفي للتفاعل. ................................................. ............................................................................................................................. .......................................................................................................................................................... ...................... معادلة التفاعل كـــمـــــيـــــــات الـــــمـــــــادة ( بالمول ) التقدم )x(mol 0 X Xm حالة المجموعة البدئية خالل التفاعل النهائية استـثـمــــــار -4باعتمادك على الجدول الوصفي ،حدد كمية مادة ثنائي اليود) nt(I2المتكون في لحظة tبداللة VEالحجم المضاف عند التكافؤ و اتمم ملء الجدول التالي: .............................................................................................................................................. .................................. ............................................................... ................................................................................................................. 1 Prof : Y.ZBIRI /Lycée Ahmed Errachidi ................................................... ............................................................................................................................. ................................................................................................................................................................. ............... .................................................................................. .............................................................................................. 60 0 )t(s )0.044 0 nt(I2)(mmol 0.44 0 )xt(mmol 160 0.096 0.96 270 0.130 1.30 510 0.180 1.80 360 0.150 1.50 720 0.210 2.10 900 0.232 2.32 1080 0.246 2.46 1440 0.270 2.70 1800 0.280 2.80 -5باستعانتك بالجدول الوصفي للتحول المدروس حدد العالقة بين ) nI2(tو ) ،x(tثم احسب قيم ) x(tكل عند لحطة في .100 ml ) H 2O2 ( aq ) 2 I (aq ) 2 H (aq ) I 2( aq ) 2 H 2O( l معادلة التفاعل حالة المجموعة التقدم )x(mol كـــمـــــيـــــــات الـــــمـــــــادة ( بالمول ) البدئية 0 خالل التفاعل X النهائية Xm ................................................... ............................................................................................................................. ............................................................................................................................................................. ................... .............................................................................. .................................................................................................. ................................................... ............................................................................................................................. ................................................... ............................................................................................................................. ................................................................................................. ............................................................................... -6يمثل منحنى الشكل 2تقدم التفاعل بداللة الزمن x=f(t). فسر المنحنى المحصل عليه . .................................................................................... .................................................................................... ................................................................................. ... .................................................................................... .................................................................................... ................................................................................ .... تطبيق: -7احسب سرعة التفاعل عند اللحظة t=0و عند اللحظة t=1000s - 8قارن v0و . v12استنتج . --9حدد زمن نصف التفاعل t1/2ما أهميته ؟ - IIسرعة التفاعل و زمن نصف التفاعل : -1السرعة الحجمية لتفاعل: تعرف بالعالقة : .................................................................................... : Vحجم المحلول ب ). (m3 dx :مشتقة التقدم xبالنسبة للزمن عند اللحظة tب . mol .s1 dt -1 -1 -1 -1 -3 -1 : vالسرعة الحجمية للتفاعل .علميا وحدة السرعة الحجمية mol.m .sعمليا نستعمل و حذات مثل mol.L .sاو . mol.L .min خطوات حساب السرعة الحجمية -1يتم انشاء المنحنى )x=f(t انطالقا من نتائج تجريبية -3يتم تحديد نقطتين من المستقيم المماس -2يتم انشاء المستقيم المماس للمنحنى عند اللحظة tالمراد حساب السرعة فيها -4حساب aالمعامل الموجه للمستقيم و الذي يوافق الكمية =a -5بقسمة قيمة aالمعامل الموجه للمستقيم المماس و الذي يوافق الكمية 2 على الحجم الكلي Vللخليط نحصل على قيمة السرعة عند اللحظة t Prof : Y.ZBIRI /Lycée Ahmed Errachidi تطبيق : -1احسب سرعة التفاعل عند اللحظة t=0و عند اللحظة t=1000s ...................................................... ............................................................................................................................. ................................................................................................................................... ................................................ ................................................................................................................................................................................... ...................................................... ............................................................................................................................. .............................................................................................................................................................. ..................... ................................................................................. .................................................................................................. ...................................................... ............................................................................................................................. ...................................................... ............................................................................................................................. ............................................................................................................ ....................................................................... ................................................................................................................................................................................... -2قارن v0و . v12استنتج . ................................................................................................................................................................................... ...................................................... ............................................................................................................................. ......................................................................................................................................... .......................................... ............................................................ ....................................................................................................................... -2زمن نصف التفاعل . t 1 2 " نسمي زمن نصف التفاعل ................................................................. t 1 2 ................................... ................................................................. ".............................. ......... x(t 1 ) 2 ......... " في حالة ". x(t 1 ) ........... ، x f xmax ........... 2 ملحوظة: أهمية t 1يُ َم ِّك ٌن زمن نصف التفاعل من تقييم المدة الزمنية النتهاء التحول الكيميائي المدروس(حوالي .) 10.t 1 2 2 أثناء التتبع الزمنى لتحول يجب أ ن تكون المدة الزمنية الفاصلة بين قياسين متتاليين أصغر بكثير من زمن نصف التفاعل. تطبيق: --1حدد زمن نصف التفاعل t1/2في النشاط السابق ؟ ...................................................... ............................................................................................................................. ........................................................................................................ ........................................................................... - IIIالتتبع الزمن لتطور مجموعة كيميائية بواسطة قياس فزيائي: -1تتبع تحول كيميائي بقياس الموصلية: أ -نشاط تجريبي التتبع الزمني لتحول نصب في كأس 50mLمن الماء المقطر و 25mLمن الكحول ونضع الكأس في حمام مريم درجة حرارته . 20 C نضيف إلى هذا الخليط 1 mlمن -2كلورو -2 -مثيل بروبان أي . n0 9,2.10 3 molالتفاعل كلـي وبطـيء معادلته: )(CH 3 ) 3 CCl( aq) H 2O (CH 3 ) 3 COH ( aq) H (aq) Cl(aq ينتج عن هذا التفاعل أيونات ) H (aqو ) Cl (aqتؤدي إلى تزايد موصلية المحلول يمكن إذا تتبع تطور هذه المجموعة الكيميائية بقياس المواصلة. نعير مقياس المواصلة ونغمر خلية القياس في الخليط بعد تحريكه ليصبحمتجانسا.نسجل بعد تمام كل 200sالموصلية ) ( tللمحلول: 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 )t (s 1,955 1,955 1,905 1,856 1,759 1,661 1,466 1,270 0,977 0,489 0 )(S/m 3 Prof : Y.ZBIRI /Lycée Ahmed Errachidi اسـتـثـمـــــار -1أنشئ جدول التقدم للتفاعل الحاصل. ROH aq H 3Oaq Claq RCl l 2 H 2O l كمية المادة بالمول )(mol معادلة التفاعل التقدم )x(mol 0 X Xm حالة المجموعة البدئية أثناء التحول النهائية -2بين أنه يمكن التعبير عن موصلية المحلول في كل لحظة بالعالقة: ) (t ) f . x(tمع xmax n0و fموصلية المحلول عند نهاية التفاعل. x max ) MX M (aq ) X (aq تذكير: تعطى موصلية المحلول بالعالقة M . M X . X : مع Mو Xالموصليتان الموليتان لأليونين M و . X ............................................................................................................................................................... ................ .............................................................................. ................................................................................................. .................................................. ............................................................................................................................. ................................................ ............................................................................................................................. .. ............................................................................................. .................................................................................. .................................................. ............................................................................................................................. ................................................................................................................................................. .............................. .......................................................................................................... ..................................................................... ................................................................................................................. .............................................................. .................................................. ............................................................................................................................. -3استنتج تقدم التفاعل ) x( tعند كل لحظة tمن لحظات القياس. 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 )t (s 1,955 1,955 1,905 1,856 1,759 1,661 1,466 1,270 0,977 0,489 0 )(S/m 9.20 9.20 8.96 8.73 8.37 7.81 6.89 5.97 4.59 2.30 )0 x (mmol تطبيق: -4يمثل المنحنى موصلية المحلول بداللة الزمن f (t ) : -1-4احسب سرعة التفاعل عند اللحظة ، t=1000s ................................................................................................................. .............................................................. ............................................................................................................................................................................ ... ............................................................................................ ................................................................................... Prof : Y.ZBIRI /Lycée Ahmed Errachidi 4 .................................................. ............................................................................................................................. ................................................................................................................. .............................................................. .......................................................................................................... ..................................................................... ................................................................................................................. .............................................................. .................................................. ............................................................................................................................. -2-4حدد زمن نصف التفاعل. ................................................................................................................... .............................................................. ....................................................................... .......................................................................................................... -2تتبع تحول كيميائي بقياس ضغط غاز التتبع الزمني لتحول في حوجلة سعتها 250mLمتصلة بمانومترندخل حجم V=50mlمن محلول حمض الكلوريدريك)(H++Cl-تركيزه .C=0,5mol/L درجة حرارة الحوجلةتابثةθ=25°C نمسك شريط نظيف من المغنزيوم Mgكتلته m=0,02gبسدادة الحوجلة حيث يمكن أن يسقط برجة صغيرة – الشكل اسفله - عند اللحظة t=0نسقط الشريط في المحلول الحمضي ونسجل قيمة الضغط التي يشير إليها المانومتر بعد تمام كل 30sوذلك خالل مدة 10 min فنحصل على النتائج المدونة في الجدول اسفله . 90 60 30 0 )t (s )P (hPa 1013 1025 1036 1049 120 150 180 210 240 270 300 330 1060 1070 1077 1083 1087 1091 1093 1093 -1اكتب معادلة التفاعل الحاصل ثم أنشئ جدول التقدم . ............................................................................ ..................................................................................................... .................................................... ............................................................................................................................. كمية المادة بالمول )(mol معادلة التفاعل التقدم )x(mol 0 X Xm حالة المجموعة البدئية أثناء التحول النهائية -2أحسب كمية المادة البدئية وحدد التقدم االقصى. ............................................................................................... .................................................................................. .................................................... ............................................................................................................................. .................................................... ............................................................................................................................. .................................................................................................................. .............................................................. -3أثبت العالقة بين ضغط غاز ثنائي الهيدروجين ) P(tداخل الحوجلة وتقدم التفاعل). x(t .......................................................................................................................................... ....................................... ................................................................................................................................................................................. .................................................... ............................................................................................................................. .............................................................................................................................................................. ................... ................................................................................ ................................................................................................. .................................................... ............................................................................................................................. .................................................... ............................................................................................................................. .................................................................................................... ............................................................................. Prof : Y.ZBIRI /Lycée Ahmed Errachidi 5 P P0 xmax Pmax P0 -4استنتج العالقة: x ثم اتمم مأل الجدول. ......................................................................................... ........................................................................................ .................................................... ............................................................................................................................. .................................................... ............................................................................................................................. ............................................................................................................. .................................................................... ................................................................................................................................................................................. .................................................... ............................................................................................................................. -5حدد قيم ضغط غاز ثنائي الهيدروجين ) P(tالمتكون في لحظة tو اتمم الجدول. 330 300 270 240 210 180 150 120 90 60 30 0 )t (s 1093 1093 1091 1087 1081 1079 1068 1060 1048 1036 1025 1013 )P(hPa 80 80 78 74 68 66 55 47 35 23 12 )0 ΔP(hPa 0.82 0.82 0.79 0.75 0.69 0.67 0.56 0.48 0.35 0.33 0.12 )0 X(mmol ) d P (t dx الكمية بداللة -5اكتب تعبير dt dt و استنتج تعبير السرعة الحجمية. ................................................................................................... .............................................................................. ................................................................................................................................................................................. .................................................... ............................................................................................................................. ....................................................................................................................... .......................................................... ................................................................................................................................................................................. .................................................... ............................................................................................................................. تطبيق: -6يمثل المنحنى اعاله ضغط غاز ثنائي الهيدروجين بداللة الزمن f(t)= P(t ) : -1-6احسب سرعة التفاعل عند اللحظة ،t=150s ................................................................................................................................................................................. .................................................... ............................................................................................................................. .............................................................................................................................. ................................................... ................................................................................................................................................................................. -2-6حدد t1/2زمن نصف التفاعل. .................................................... ............................................................................................................................. .................................................... ............................................................................................................................. ...................................................................................................... ........................................................................... ................................................................................................................................................................................. .................................................... ............................................................................................................................. .......................................................................................................................... ....................................................... نعطي M(Mg)=24,3g/mol : نعتبر الغاز الناتج غازا كامال .PV=nRTR=8.314 m3.Pa.mol-1.K-1 -IVالتفسير الميكروسكوبي ( :خاص بالعلوم الرياضية (أ) و (ب) و العلوم الفيزيائية ) تتعلق السرعة الحجمية لتحول كيميائي بعوامل حركية ،نخص منها درجة الحرارة و تراكيز المتفاعالت .فسر ميكروسكوبيا تأثير هذه العوامل على سرعة التفاعل . -1االرتجاج الحراري: تكون مكونات الخليط التفاعلي في حالة حركة دائمة و عشو ائية ،فكلما زادت درجة حرارة المجموعة زادت سرعة الدقائق ،مما يزيد في عدد التصادمات بينها. يحصل التحول الكيميائي إذا كان التصادم "فعاال". 6 Prof : Y.ZBIRI /Lycée Ahmed Errachidi -2تأثير التركيز البدئي: يزداد عدد التصادمات ،مع ازدياد عدد الدقائق المكونة للخليط التفاعلي أي كلما كان تركيز المتفاعالت كبيرا ،كلما كانت سرعة التفاعل كبيرة . خالصة: على المستوى الميكروسكوبي كلما زاد احتمال وقوع تصادمات فعالة بين دقائق المتفاعالت كلما زادت سرعة التفاعل ،و هذا االحتمال يكبر مع درجة الحرارة و التركيز. 7 Prof : Y.ZBIRI /Lycée Ahmed Errachidi