الكيمياء (عالي)
التفاعلية 1: الإنتروبيا والتلقائية (عالي) — التفاعلية 1 HL
- 1.
عرّف إنثالبية الشبكة، واذكر ما إذا كانت قيمتها دائماً طاردة أو ماصة للحرارة عند تعريفها بأنها التغير في الإنثالبية لتكوين شبكة أيونية صلبة من أيوناتها الغازية.
[2 درجة] · بدون آلة حاسبة - 2.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «عرّف إنثالبية الشبكة، واذكر ما إذا كانت قيمتها دائماً طاردة أو ماصة للحرارة عند تعريفها بأنها التغير في الإنثالبية لتكوين شبكة أيونية صلبة من أيوناتها الغازية.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «تعريف إنثالبية الشبكة بأنها التغير في الإنثالبية عند تكوّن مول واحد من مركب أيوني صلب من أيوناته المكوّنة في الحالة الغازية.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 2 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[2 درجة] · بدون آلة حاسبة - 3.
أنشئ دورة بورن-هابر لتكوّن كلوريد الصوديوم NaCl(s) من عناصره، مع سرد حدود الإنثالبية اللازمة: تسامي الصوديوم، تفكك الكلور، طاقة التأين الأولى للصوديوم، الألفة الإلكترونية الأولى للكلور، وإنثالبية الشبكة.
[5 درجة] · بدون آلة حاسبة - 4.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «أنشئ دورة بورن-هابر لتكوّن كلوريد الصوديوم NaCl(s) من عناصره، مع سرد حدود الإنثالبية اللازمة: تسامي الصوديوم، تفكك الكلور، طاقة التأين الأولى للصوديوم، الألفة الإلكترونية الأولى للكلور، وإنثالبية الشبكة.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «إدراج إنثالبية تسامي الصوديوم: Na(s) → Na(g).» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 5 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[5 درجة] · بدون آلة حاسبة - 5.
باستخدام دورة بورن-هابر لـ NaCl (ΔHf = −411، تسامي الصوديوم = +107، تفكك الكلور = +122، الطاقة التأينية الأولى للصوديوم = +496، الألفة الإلكترونية الأولى للكلور = −349، جميعها بوحدة kJ mol⁻¹)، احسب إنثالبية الشبكة لـ NaCl.
[4 درجة] - 6.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «باستخدام دورة بورن-هابر لـ NaCl (ΔHf = −411، تسامي الصوديوم = +107، تفكك الكلور = +122، الطاقة التأينية الأولى للصوديوم = +496، الألفة الإلكترونية الأولى للكلور = −349، جميعها بوحدة kJ mol⁻¹)، احسب إنثالبية الشبكة لـ NaCl.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح علاقة قانون هس: ΔHf = ΔHatom(Na) + ΔHatom(Cl) + IE1(Na) + EA1(Cl) + ΔHlattice.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 4 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[4 درجة] - 7.
اذكر القانون الثاني للديناميكا الحرارية واشرحه من حيث إنتروبيا الكون.
[2 درجة] · بدون آلة حاسبة - 8.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «اذكر القانون الثاني للديناميكا الحرارية واشرحه من حيث إنتروبيا الكون.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح أن إنتروبيا الكون (النظام والمحيط معاً) تزداد في أي عملية تلقائية.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 2 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[2 درجة] · بدون آلة حاسبة - 9.
توقّع، مع ذكر السبب، ما إذا كان التغير في الإنتروبيا موجباً أو سالباً للتفاعل: CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g).
[2 درجة] · بدون آلة حاسبة - 10.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «توقّع، مع ذكر السبب، ما إذا كان التغير في الإنتروبيا موجباً أو سالباً للتفاعل: CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g).» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح أن الإنتروبيا تزداد (ΔS موجب).» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 2 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[2 درجة] · بدون آلة حاسبة - 11.
اذكر معادلة طاقة جيبس الحرة واشرح، باستخدام هذه المعادلة، لماذا يمكن أن يصبح تفاعل ذو ΔH موجب و ΔS موجب تلقائياً عند درجة حرارة مرتفعة.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبة - 12.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «اذكر معادلة طاقة جيبس الحرة واشرح، باستخدام هذه المعادلة، لماذا يمكن أن يصبح تفاعل ذو ΔH موجب و ΔS موجب تلقائياً عند درجة حرارة مرتفعة.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «ذكر ΔG = ΔH − TΔS.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 3 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبة - 13.
لتفاعل ΔH = +58 kJ mol⁻¹ و ΔS = +176 J K⁻¹ mol⁻¹. احسب أدنى درجة حرارة (بالكلفن) يصبح عندها التفاعل تلقائياً.
[4 درجة] - 14.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «لتفاعل ΔH = +58 kJ mol⁻¹ و ΔS = +176 J K⁻¹ mol⁻¹. احسب أدنى درجة حرارة (بالكلفن) يصبح عندها التفاعل تلقائياً.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح أن التفاعل يصبح تلقائياً عندما ΔG = 0، أي شرط الحد ΔH = TΔS.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 4 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[4 درجة] - 15.
اشرح لماذا تختلف أحياناً إنثالبيات الشبكة المحسوبة من دورة بورن-هابر (التجريبية) عن تلك المحسوبة نظرياً بافتراض نموذج أيوني خالص.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبة - 16.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «اشرح لماذا تختلف أحياناً إنثالبيات الشبكة المحسوبة من دورة بورن-هابر (التجريبية) عن تلك المحسوبة نظرياً بافتراض نموذج أيوني خالص.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح أن النموذج النظري (الأيوني الخالص) يفترض أن الأيونات كرات مثالية دون تشوه في سحب الإلكترونات.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 3 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبة - 17.
اشرح، من حيث الإنتروبيا، لماذا ينصهر الجليد تلقائياً فوق 0 درجة مئوية وليس تحتها، مع العلم أن ΔH للانصهار موجبة (ماصة للحرارة) عند جميع درجات الحرارة.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبة - 18.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «اشرح، من حيث الإنتروبيا، لماذا ينصهر الجليد تلقائياً فوق 0 درجة مئوية وليس تحتها، مع العلم أن ΔH للانصهار موجبة (ماصة للحرارة) عند جميع درجات الحرارة.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح أن للانصهار ΔS موجبة، لأن الحالة السائلة أكثر اضطراباً من الحالة الصلبة.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 3 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبة - 19.
أوجز حداً واحداً لاستخدام قيم إنثالبية التكوّن القياسية وحدها (دون اعتبار الإنتروبيا) للتنبؤ بحدوث تفاعل تلقائياً.
[2 درجة] · بدون آلة حاسبة - 20.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «أوجز حداً واحداً لاستخدام قيم إنثالبية التكوّن القياسية وحدها (دون اعتبار الإنتروبيا) للتنبؤ بحدوث تفاعل تلقائياً.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح أن الإنثالبية وحدها لا تأخذ في الحسبان التغير في إنتروبيا التفاعل.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 2 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[2 درجة] · بدون آلة حاسبة - 21.
باستخدام قيم الإنتروبيا القياسية S°(CaCO₃(s)) = 93 J K⁻¹ mol⁻¹ وS°(CaO(s)) = 40 J K⁻¹ mol⁻¹ وS°(CO₂(g)) = 214 J K⁻¹ mol⁻¹، احسب ΔS° للتفاعل CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g).
[3 درجة] - 22.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «باستخدام قيم الإنتروبيا القياسية S°(CaCO₃(s)) = 93 J K⁻¹ mol⁻¹ وS°(CaO(s)) = 40 J K⁻¹ mol⁻¹ وS°(CO₂(g)) = 214 J K⁻¹ mol⁻¹، احسب ΔS° للتفاعل CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g).» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «استخدام ΔS° = ΣS°(النواتج) − ΣS°(المتفاعلات).» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 3 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[3 درجة] - 23.
لتفاعل (عملية هابر) ΔH° = −92 kJ mol⁻¹ و ΔS° = −199 J K⁻¹ mol⁻¹ عند 298 K. احسب ΔG° لهذا التفاعل عند 298 K، واذكر ما إذا كان تلقائياً في هذه الظروف.
[4 درجة] - 24.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «لتفاعل (عملية هابر) ΔH° = −92 kJ mol⁻¹ و ΔS° = −199 J K⁻¹ mol⁻¹ عند 298 K. احسب ΔG° لهذا التفاعل عند 298 K، واذكر ما إذا كان تلقائياً في هذه الظروف.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «تحويل ΔH° إلى وحدات متسقة: −92000 J mol⁻¹.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 4 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[4 درجة] - 25.
اذكر المعادلة الرابطة بين تغير طاقة جيبس الحرة القياسية (ΔG°) وثابت الاتزان (K) لتفاعل، واشرح ما تدل عليه ΔG° السالبة الكبيرة عن قيمة K.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبة - 26.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «اذكر المعادلة الرابطة بين تغير طاقة جيبس الحرة القياسية (ΔG°) وثابت الاتزان (K) لتفاعل، واشرح ما تدل عليه ΔG° السالبة الكبيرة عن قيمة K.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «ذكر ΔG° = −RT ln K.» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 3 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبة - 27.
اذكر واشرح الاتجاه العام للإنتروبيا القياسية (S°) لنفس المادة في حالاتها الصلبة والسائلة والغازية.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبة - 28.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «اذكر واشرح الاتجاه العام للإنتروبيا القياسية (S°) لنفس المادة في حالاتها الصلبة والسائلة والغازية.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح أن S°(صلب) < S°(سائل) < S°(غاز).» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 3 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[3 درجة] · بدون آلة حاسبة - 29.
أنشئ دورة إنثالبية تربط إنثالبية ذوبان مركب أيوني بإنثالبية شبكته (تفككها) وإنثالبيات إماهة أيوناته، ومن ثم اذكر المعادلة الرابطة بين هذه الإنثالبيات الثلاث.
[4 درجة] · بدون آلة حاسبة - 30.
تحليل التصحيح: يحاول متعلم الإجابة عن المهمة الآتية: «أنشئ دورة إنثالبية تربط إنثالبية ذوبان مركب أيوني بإنثالبية شبكته (تفككها) وإنثالبيات إماهة أيوناته، ومن ثم اذكر المعادلة الرابطة بين هذه الإنثالبيات الثلاث.» وتعالج إجابته هذه النقطة فقط: «توضيح أن ذوبان صلب أيوني في الماء يمكن اعتباره خطوتين: أولاً، تفكيك الشبكة إلى أيونات غازية (إنثالبية تفكك الشبكة، ماصة للحرارة).» قيّم الإجابة مقابل متطلبات المهمة الكاملة ذات 4 درجات. حدد ما يستحق درجة واذكر كل متطلب إضافي لازم للحصول على الدرجة الكاملة.
[4 درجة] · بدون آلة حاسبة