chemistry

ChemistryGrade 10 Advanced

Unit 5

Name: ------------------------------------- Class: -----------

1

Reaction kinetics

2

الفصل نهاية معدل قبل على تؤثر التي العوامل التلميذ يعرفمن ويفسره التفاعل

الكيميائي التوازن مفهوم التلميذ يفهم وأيضا حركةالجسيمات، حيثالحفازة المواد وعمل

التفاعل لطاقة الحراري المحتوى مفاهيم واستخدام معرفة وكذلكوالتنشيط.

Unit 5

Reaction kineticsBy the end of the unit, students know the factors that affect reaction rate and explain them in terms of the particle model and they understand the concept of dynamic equilibrium. They understand the energy profile of a reaction and know how catalysts work by altering it. They know and use the concepts of enthalpy of reaction and activation energy and associate endothermic and exothermic changes with bond breaking and making.

reaction kinetics and equilibrium

3

Unit5: Reaction kinetics

23.1 Know that reaction rates vary considerably and be able to produce, and analyze graphically, data from rate experiments.

التفاعل 23.1 معدالت عن تجارب من مأخوذة بيانات وعرض تقدیم ویستطيع كبيرا إختالفا تختلف التفاعل معدالت أن یعرفوتحليلها

. بيانية مخططات بواسطة23.2 Know and measure the effect on reaction rates of concentration, temperature and particle size, and explain the effect in terms of a kinetic particle model. 23.2 تأثير ویقيس المواد یعرف الحرارة و تركيز الدقائق درجة نموذج وحجم بداللة التأثير هذا التفاعل،ویفسر معدالت على

الدقائق حركة

23.6 Explain a bimolecular reaction in terms of particle collisions and recognize that the chance of a reaction depends on particle concentration and particle energy.

الجزیئات 23.6 تركيز على تعتمد ما تفاعل حدوث إمكانية أن ویدرك الدقائق إصطدام بداللة الجزيء ثنائي تفاعل یفسرالدقائق طاقة وعلى

Objectives

Student will be able to:1. Define the term rate of the reaction.2. Describe suitable experimental procedures for measuring rate of reactions.3. Describes and explains the effect of changing the concentration on the rate of a reaction involving liquids or gases.4. Describes and explains the effect of surface area(particles size ) on the rate of a reaction.5. Explains the effect of changing the temperature on the rate of a reaction. 6.Explain the effect of different factors in terms of the kinetic particle model.

Key Vocabulary

reaction rates kinetic particle modelsuccessful collisionfactorsconcentrationpressuretemperaturesurface areaparticles size

a) http://www.science.uwaterloo.ca/~cchieh/cact/c123/chmkntcs.html b) http://www.animatedscience.com.au/learningmodules/collision.swf

Introduction : Some reactions are fast others are moderate and others are slow. Fast reactions like dynamite exploding start and finish within a fraction of second. Moderate reactions like dissolving of some metals in acids and burning of carbon. Slow reactions like rusting of iron. Some reactions take hundreds, maybe even thousands of years. If a reaction has a low rate, that means the molecules combine at a slower speed than a reaction with a high rate.

Iron rusting - a chemical reaction with a slow reaction rate.

http://www.science.uwaterloo.ca/~cchieh/cact/c123/chmkntcs.html

http://www.animatedscience.com.au/learningmodules/collision.swf

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/55/Rust03102006.JPG


Kinetic particle model

All matter is made up of tiny particles.The particles are in constant motion.For particles to react, they must collide.Reaction rate is dependent on collision rate. For successful collision to takes place, particles must gain kinetic energy.

* : الدقائق حركة نموذج

. مستمرة حركة في المادة دقائق. المتفاعلة الدقائق بين اإلصطدام من البد لتفاعل ا لحدوث

التصادم معدل على يعتمد التفاعل معدلإلحداث تكفي الطاقة من درجة على اإلصطدام هذا یكون أن يجب فعال التصادم ليكون

الذرا ترتيب إعادة

• What is rate of reaction?

The rate of a reaction is the speed at which a reaction happens. Rate of the reaction can be found by doing experiments. . التفاعل معدل قياس ويمكن التفاعل بها يحدث أن يمكن التى السرعة هو التفاعل معدل

العملية التجارب إجراء خالل منThere are different procedures to measure the rate of a chemical reaction. A suitable change in property needs to be identified (e.g. volume of gas evolved, change in colour intensity, change in pH, change in conductivity).

في مناسب تغيير خالل من عمليا التفاعل سرعة لقياس مختلفة طرق توجدقيمة( في التغيير اللون، شدة في التغيير ، الناتج الغاز حجaم مثل التغيير pHالخواص أو

) الكتلة في التغيير أو الكهربي التوصيل درجة فيالتغيير ∆ حدوث واستغرق ك يساوي التغيير وكان الكتلة مثال التغييرات أحد أخذنا إذا

فإن ∆ : ن زمنية فترة

4

*Factors affecting the rate of the reaction

These are factors that affect the collisions of the particles and so affect the rate of the reaction.

في تؤثر وبالتالي الدقائق بين التصادمات في تؤثر عوامل هنالكالتفاعل سرعة معدل

1 .Concentration

If there is more of a substance in a system, there is a greater chance that molecules will collide and speed up the rate of the reaction. If there is less of something, there will be fewer collisions and the reaction will probably happen at a slower speed.

هنالك تكون معين نظام في المواد من عال تركيز وجود عندمعدل يزداد وبالتالي بعضها مع لتصطدم للجسيمات عالية فرصة

الجسيمات. بين التصادم فرص تقل التركيز قل واذا التفاعل. التفاعل معدل يقل وبالتالي

Factors affect rate of reaction


5


Activity: Concentration Experiment( enquiry skill ;3.2 , 4.1,4.2)

Procedure :-Part -11) Put tablespoon of baking soda in a beaker.2) Mix together 10 mL of vinegar with 5 drops of water. 3) Pour the vinegar/water mixture into baking soda.4) Observe and record. Part-2Place a tablespoon of baking soda in beaker. 2) Mix together 5 mL of water with 5mL of vinegar. 3) Pour the vinegar/water mixture into baking soda. 4) Observe and record.

Part -3 Repeat the same procedure except in step 2- Mix together 10 mL of water and 5 drops of vinegar.

Record your observation in the table :

Vinegar vs Water Time (seconds) Qualitative

Observations High

Concentration 10 mL vinegar 5 drops of water

Medium Concentration 5 mL vinegar

5 mL water

Low Concentration

5 drops of vinegar

10 mL water6

Exercises

7


The rate of the reaction can be represented by a graph

Q1) : Study the graph to calculate the rate of the reaction at 100s and at 600 s. Compare them.

Q2) How does concentration affect rate of a reaction?

-----------------------------------------------------------------------------------------

-----------------------------------------------------------------------------------------

-----------------------------------------------------------------------------------------


2 .Pressure :Pressure affects the rate of reaction, especially when you look at gases. When you increase the pressure, the molecules have less space in which they can move. The greater concentration of molecules increases the number of collisions. When you decrease the pressure, molecules don't hit each other as often. The lower pressure decreases the rate of reaction.

. تقل : الضغط زيادة عند الغازات حالة في خاصة التفاعل معدل في يؤثر الضغط الضغط

زيادة الى يؤدي مما الجaزيئات تركيز ويزداد الجزيئات فيها تتحرك التي المسافة . يقل بالتالي و بعضها مع الجزيئات تصادم فرص تقل الضغط تقليل وعند بينها التصادمات

. التفاعل معددل

3. Temperature: When the temperature of a substance rises, the particles gain energy.With more energy, the particles move faster. They then collide with the other substance at an increased rate. Thus less time for the reaction to occur.When you lower the temperature, the molecules are slower and collide less. That temperature drop lowers the rate of the reaction.

- من : وبمزيد طاقة الجسيمات تكتسب المادة حرارة درجة رفع عند الحaرارة درجة . التفاعل سرعة معدل من يزيد مما بعضها مع وتتصادم بسرعة الجسيمات تتحرك الطاقةمعدل فيقل تصادمها ويقل حركتها في بطيئة الجسيمات تكون الحaرارة درجة خفض وعند

التفاعل. *Storing foods in a refrigerator keeps them fresh longer. Low temperatures slow microbial action.

* . خفض ألن� طويلة لفترة طازجة يجعلها الثالجة في الغذائية المواد حفظ

الحرارة درجةالميكروبات تفاعل يضعف

Activity :experiment 16.7 the effect of temperature on rate of reaction :New chemistry for you page 210

تجربة : الكيمياء 210صفحة 16.7نشاط� كتاب .

8


4 .surface area(particles size ) The smaller the particle size the larger the surface area for a given mass of

particles. Increased surface area, increased amount of the reactant exposed for reaction so increased collision frequency, increased reaction rate.

الجسيمات ( ( حجaم للتفاعل المعرض aالسطح :مساحة . الكتلة لنفس للتفاعل المعرaض السطح مساحة زادت كلما الجسيمات حجم قل كلما

معدل يزداد وبالتالي التصادمات عدد زاد المتفاعلة للمواد السطح مساحة وبزيادة.التفاعل

Activity

Calcium carbonate and hydrochloric acid:In the lab, powdered calcium carbonate reacts much faster with dilute hydrochloric acid than if the same mass was present as lumps of marble or limestone.Resources: textbook -page 208 exp. 16.4,

الهيدروكلوريك حمض مع الكالسيوم كربوناتكربونات مسحوق الى المخفف الهيدروكلوريك حمض إضافة عند نالحظ المختبر في

أو ( الجيري الحجر الكالسيوم كربونات من قطع من اسرع يتفاعل الكالسيومالوزن ( نفس لها التي الرخام

رقم- صفحaة 16.4التجربة الكيمياء New chemistry for you 208كتاب

9

Factors affect rate of reaction (Catalyst)

10


23.3 Explain that in the presence of a catalyst a reaction will have a different mechanism with a lower activation energy, and that such a reaction will proceed faster

وسيط 23.3 حافز بوجود مختلفة ستكون التفاعل آلية أن وأن كیفسر المطلوبة، التنشيط طاقة الوقت نفس في وتنخفض ماالعامل هذا مثل بوجود سيتسارع التفاعل معدل

23.4 Distinguish between surface action catalysis )heterogeneous) and intermediate compound catalysis )homogeneous) and give important examples of both.

23.4 ) طریق -- ( عن یتم الذي والحفز متجانس غير حفز السطحي الحفاز العامل بين (. مركباتيميز متجانس ( حفز وسيطةالحالتين كال عن هامة أمثلة ویعطي

Objectives

1. Define catalyst2. Define activation energy. 3. Explain the effect of catalyst on the mechanism of the reaction.

4 .Distinguish between heterogeneous and homogeneous catalyst, and give examples.

Key Vocabulary

-catalyst - reaction mechanism- activation energy

-heterogeneous -homogeneous -energy profiles

* What is a catalyst?A catalyst is a substance that alters the rate of a chemical reaction without being used up.

المساعد العامل أن: عرف دون الكيميائي التفاعل معدل من تغيير التي المادة هو. التفاعل نهاية في تتغير

* How does it work?A catalyst works by changing the energy pathway for a chemical reaction. It lowers the Activation Energy. A catalyst changes the rate of a chemical reaction.Activation Energy: it is the energy needed to start a chemical reaction.

المساعد؟ العامل يعمل كيفطاقة تقليل على يعمل حيث الكيميائي للتفاعل الطاقة مسار بتغيير يعمل انه

الكيميائي. التفاعل معدل من يغيير المساعد العامل التنشيط : التنشيط .طاقة الكيميائي التفاعل لبدء االزمة الطاقة هي

.* There are two types of catalyst:

homogeneous, andheterogeneous.

: متجaانس وغير متجانس المساعدة العوامل من ن نوعا يوجد


Homogeneous Catalysis• The catalyst and reactant is in one phase.Example • Chlorine atoms are catalysts for the destruction of ozone.• Addition of Br- to H2O2, are in one phase. Br - works as a catalyst in the

decomposition of H2O2

• Enzymes are biological catalysts.

: المتجانس المساعد العاملالحالة • نفس على والمتفاعالت المساعد العامل يكون عندما•) غازات: ( االوزون جزيئات تحليل علي مساعدة كعوامل تعمل الكلور ذرات أمثلة(, H2O2الى – Brاضافة • ) . سوائل تحلله على مساعد كعامل يعمل•. حيوية مساعدة عوامل االنزيمات

Heterogeneous Catalysis

• The catalyst and reactant are in different phases.• Typical example: solid catalyst, gaseous reactants and products )catalytic

converters in cars).• Uses of iron in preparation of ammonia gas from hydrogen and nitrogen.• Most industrial catalysts are heterogeneous.

: المتجانس غير المساعد العاملمخaتلفة • حاالت على والمتفاعالت المساعد العامل يكون عندماالسيارات: ( (• عوادم في المحول غازات والمتفاعالت صلبة مادة المساعد العامل أمثلة•. والنيتروجين الهيدروجين غازي من النشادر غاز تحضير عند الحديد استخدام•. متجانسة غير الصناعات في المستخدمة المساعدة العوامل معظم

11


The graph demonstrates what a catalyst does to the reaction profile.

Activity

-Catalyst in Experiment:

• Decomposition of Hydrogen Peroxide

2 H2O2 (aq) + MnO2 (s) → O2(g) + 2 H2O(l) + MnO2 (s) Hydrogen peroxide Manganese dioxide

12

Reaction Mechanism

13


23.5 Know that many reactions occur in multiple steps and that only one determines the reaction rate.

Objectives

1- To know that many reactions occur in multiple steps. 2 -To relate the rate of the reaction to the slowest step.

Key Vocabulary

-energy profiles

Many reactions go in multiple steps, then each step will proceed at its own rate. No matter how fast the other steps, the rate determining step in a reaction mechanism is the slowest step.

e.g consider the reaction, bimolecular process: 2A + B A2 B A possible mechanism might be:

Step1. A + A slow A – A rate determining step.

Step 2. A – A + B fast A2 B

Bimolecular process: when two species can collide and interact

Exercises

Q1) What will happen to the rate of reaction when temperature increases?[A] increase[B] decrease[C] remains the same[D] increase then decrease

Q2) Given the following reaction H+)aq) + OH-)aq) --> H2O)l) if the concentration of the reactants is increased, the rate of reaction will[A] increase[B] decrease[C] remains the same[D] increase then decrease

14


Q3) When strong covalent bonds have to be broken the rate of reaction is usually[A] constant[B] rapid[C] fast[D] slow

Q4) What does a catalyst decrease when introduced to a reaction?[A] the rate of reaction[B] the energy released during the reaction[C] the activation energy[D] the kinetic energy

Q5) Catalysts increase the rate of reaction by being consumed.

True False

Q6) The following reaction: Ag+

)aq) + NO3-)aq) + Na+

)aq) + Cl-)aq) --> AgCl)s) + Na+

)aq) + NO3-)aq) will have a faster rate of reaction

then 2H2)g) + O2)g) --> 2H2O)l)

True False

Q7) Powdered NaCl will dissolve slower then NaCl crystals because there is less surface area for the reaction to take place.

True False

Equilibrium

15


23.7 Understand, in terms of the forward and reverse reactions, what is meant by reversible reaction and dynamic equilibrium.

والعكسي الطردي التفاعل معدل بداللة الدیناميكي واإلتزان المنعكس بالتفاعل نعني ماذا یفهم

Objectives

1- Define the terms reversible reaction and dynamic equilibrium.2- Explain and give examples of dynamic equilibrium.

Key Vocabulary

• reversible reaction• chemical equilibrium• equilibrium position,

Reversible reactions:

In these types of reactions the reaction occurs simultaneously in both directions, forward and reverse..

A + B A B

اإلنعكاسي التفاعل الطردي اتجاهين في يحدث الذي التفاعل هو

الوقت نفس في والعكسي

Dynamic equilibrium:

The reactions both forward and reverse have not stopped, their rates are equal ,

الديناميكي : االتزان

في التفاعل سرعة وتكون والعكسي الطردي التفاعلين كال فيه يستمر الذي االتزان هومتساوية .االتجaاهين

http://www.chalkbored.com/lessons/chemistry-12/study-note-5-53.pdfNew chemistry for you 220 - 223


* In chemical equilibrium

• The system is closed, the reaction is sufficiently reversible.• The rate of the forward reaction becomes equal to the rate of the reverse

reaction.• There is no further change in the amounts of reactant and product.• Reactions continue at equal rates in both directions.

* : الكيميائي االتزان في

• . انعكاسي – والتفاعل مغلق النظام يكون أن يجب•. العكسي التفاعل لمعدل مساويا يكون الطردي التفاعل معدل•. والناتجة المتفاعلة المواد كميات في تغيير اليحدثاالتجاهين • كلتا في السرعة معدل بنفس التفاعل يستمر

* Example: reaction of sulfur dioxide with oxygen to give sulfur trioxide.أكسيد : ثالث لينتج األكسجين مع الكبريت أكسيد ثاني تفاعل مثال

الكبريت

* If SO2 and O2 are present initially, they collide and the forward reaction begins.

2SO2 + O2 2SO3

* As the amount of product increases, SO3 molecules collide and form the reactants. This is shown as a double arrow.

forward 2SO2 + O2 2 SO3

reverse

16


Activities

Textbook – New Chemistry for You Experiment: 17.1 changing hydrated copper sulfate to anhydrous- page 220

. والماء الالمائي النحاس كبریتات بين المنعكس التفاعل بين

Experiment 17.3 heating ammonium chloride – reversible reaction – page 221 . انعكاسي – تفاعل االمونيوم كلوريد تسخaين

Exercises

Q1) Define chemical equilibrium.

---------------------------------------------------------------------------------------------------------- Q2) A chemical equilibrium is “dynamic”. What does this indicate?

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Q3) What kinds of chemical reactions reach an equilibrium?

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Q4) What is meant by reversible reaction?

---------------------------------------------------------------------------------------------------------

Q5) How are equilibrium reactions written differently than other chemical reactions?

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

17

Catalysts

18


24.3Know that a catalyst can provide an alternative energy profile with a lower activation energy.التنشيط طاقة عتبة فيه تنخفض للطاقةحيث المنحنىالبياني یغيرشكل أن الحفازیمكن العامل أن .یعرف

Objectives

Student will be able to:1.Define catalyst and activation energy 2.Know the effect of catalyst on activation energy.

Key Vocabulary

• catalyst• energy profile • activation energy

http://www.docbrown.info/page03/3_51energy.htm

What are catalysts?• A catalyst is a substance which speeds up a reaction, but is chemically

unchanged at the end of the reaction.. التفاعل نهاية في كيميائيا تغيير دون ولكن التفاعل، من تسرع مادة هو الحفاز العامل• When the reaction has finished, you would have exactly the same mass

of catalyst as you had at the beginning.. التفاعل بداية في كميته تماما الحفازتساوي العامل كمية تكون التفاعل نهاية في

• Catalysts increase the rate of a reaction by helping break chemical bonds in reactant molecules.

جزيئات في الكيميائية الروابط تفكيك طريق عن التفاعل سرعة تزيد المحفزة المادةالمتفاعلة .المواد

• This effectively means the activation energy is reduced. تقل التنشيط طاقة ان يعني .وهذا

• Therefore at the same temperature, more reactant molecules have enough kinetic energy to react compared to the uncatalysed situation and so the reaction speeds up with the greater chance of a 'fruitful' collision.

طاقة تحaوي المحفزة المواد مع الجزيئات الحرارة درجة نفس في أن يعني ومما . التفاعل وبالتالي محفزة مواد تحوي ال التي التفاعالت في الجزيئات من اكبر حركية

. مفيدة لتفاعالت اكبر وفرصة اكبر بسرعة سيتم• Note that a catalyst does NOT change the energy of the molecules, it

reduces the threshold kinetic energy needed for molecules to react.التي الحركية الطاقة عتبة تقلل و الجزيئات طاقة تغير ال المحفزة المادة أن الحظ

. لتتفاعل الجزيئات تحتاجها


19

• Although a true catalyst does take part in the reaction, it does not get used up and can be reused with more reactants.

, تفاعل في مجددا إستخدامه ويمكن ينفذ ال انه إال التفاعل في الحفازيدخل العامل ان مع.آخر

• Also note from the diagram that although the activation energy is reduced, the overall exothermic or endothermic energy change is the same for both the catalysed or uncatalysed reaction.

, الكلية الطاقة تغير تقل التنشيط طاقة ان من وبالرغم أن البياني الرسم من أيضا والحظمادة وبدون محفزة مادة مع التفاعل في التغير يساوي للحaرارة والماصة الطاردة

.محفزة• The catalyst might help break the bonds BUT it cannot change the actual

bond energies.الفعلية , الطاقة يغير ان يمكن ال ولكن الروابط تكسير على يساعد الحفازربما العامل

للروابط


20

Q1) The following is an energy profile for an exothermic reaction:

1. What is energy of the reactants?؟ المتفاعالت طاقة هي ما

2. What is the energy of the products?

النواتج؟ طاقة هي ما

3. Find the activation energy without the catalyst?بدون للتفاعل التنشيط طاقة الحفاز أوجد ؟العامل

4. Find the activation energy with the catalyst?

مع للتفاعل التنشيط طاقة الحفاز أوجد ؟العامل

Exercises

Standard enthalpy change

21


24.4 Explain and use the concept of standard enthalpy change )H), with particular reference to combustion, formation, solution and neutralisation, and calculate enthalpy changes from experimental results.

الحراري للمحتوى التغيرالقياسي مفهوم ویستخدم الموادوالذوبان Hیشرح وتكون اإلحتراق عمليات إشارةخاصةالى مع.. عملية إختبارات نتائج من القياسي المحتوىالحراري في التغيرات والتعادل،ویحسب

Objectives

Student will be able to:1. Explain the concept of standard enthalpy change. 2. Know the definitions of DH q

c, DH qf, DH q

soln, DH q

neutralisation 3. Calculate enthalpy changes from experimental results.

Key Vocabulary

• enthalpy change H• enthalpy change of combustion• enthalpy change of formation• enthalpy change of solution• enthalpy change of neutralisation

Enthalpy changesالحراري المحتوى في .التغيرات

• Enthalpy change is the name given to the amount of heat evolved or absorbed in a reaction carried out at constant pressure. It is given the symbol ΔH, read as "delta H".

أوالممتصة المنطلقة الحرارة كمية على يطلق أسم هو الحراري المحتوى تغيرالرمز ويأخذ ثابت ضغط تحت يجرى دلتا " ΔHلتفاعل "Hويقرأ

Standard enthalpy changesالحراري للمحتوى القياسية التغيرات

• Standard enthalpy changes refer to reactions done under standard conditions, and with everything present in their standard states.

الظروف تحت تتم التي التفاعالت هي الحaراري للمحaتوى القياسية التغيرات . القياسية, حالته في التفاعل في يوجد ما كل مع و القياسية

Standard conditionsالقياسية الحالة

Standard conditions are:• 298 K )25°C)• a pressure of 1 bar )100 kPa).

يساوي (bar )100 kPa 1ضغط• where solutions are involved, a concentration of 1 mol dm-3

يساوي المحلول تركيز mol dm-3 1ويكون


22

The symbol for standard enthalpy changesالحراري للمحتوى القياسية التغيرات رمز

The symbol for a standard enthalpy change is ΔH°, read as "delta H standard" or, perhaps more commonly, as "delta H nought".

هو الحراري للمحتوى القياسية التغيرات دلتا° "" ΔHرمز دلتا"" "" Hويقرأ " Hاو نوت . إنتشارا األكثر وهو

Standard enthalpy change of formation, ΔH°fللتكوين القياسي الحراري المحتوى في ΔH°fالتغير

The standard enthalpy change of formation of a compound is the enthalpy change which occurs when one mole of the compound is formed from its elements under standard conditions, and with everything in its standard state.يحدث الذي الحراري التغير هي للمركب للتكوين القياسي الحراري المحتوى في التغير

كل , بقاء و قياسية ظروف تحت عناصره من المرaكب من واحد مول يتكون عندما. القياسية الحالة في المحaيطة الظروف

The equation showing the standard enthalpy change of formation for water is:

الماء لتكوين القياسي الحراري المحتوى في التغير تبين .المعادلة

Standard enthalpy change of combustion, ΔH°cالقياسية اإلحتراق حرارة

The standard enthalpy change of combustion of a compound is the enthalpy change which occurs when one mole of the compound is burned completely in oxygen under standard conditions, and with everything in its standard state.

مول يحترaق عندما يحدث الذي الحرaاري التغير هو للمركب القياسية اإلحتراق حرارةالظروف , كل بقاء و قياسية ظروف تحaت األكسجaين في كليا المركب من واحد

. القياسية الحالة في المحaيطة

The enthalpy change of combustion will always have a negative value, of course, because burning always releases heat.

. , حرارة يطلق اإلحتراق ألن سالبة تكaون ما دائما القياسية اإلحتراق حرارة قيمةTwo examples:


23

Enthalpy change of solution ΔH°soln

للذوبان الحراري المحتوى في التغير

The enthalpy change of solution is the enthalpy change when 1 mole of an ionic substance dissolves in water to give a solution of infinite dilution.

للذوبان الحراري المحتوى في عندما التغير يحدث الذي الحرaاري التغير هي للمرaكب. النهائي بتخفيف محلول لعمل الماء في األيونية المادة من واحد مول يذوب

Enthalpies of solution may be either positive or negative - in other words, some ionic substances dissolved endothermically )for example, NaCl); others dissolve exothermically )for example NaOH).

, وبعبارات سالبة أو موجبة تكون ان يمكن للذوبان الحراري المحتوى في التغير قيمةمثل ( للحaرارة ماص بتفاعل تذوب األيونية المواد بعض تذوب ( NaClأخرى وبعضها

مثل ( للحرارة طارد (.NaOHبتفاعل

An infinitely dilute solution is one where there is a sufficiently large excess of water that adding any more doesn't cause any further heat to be absorbed or evolved.

كمية أي بحيث كافية ماء كمية من يتكون الذي المحلول هو النهائي بتخaفيف المحلولحرارة أنطالق أو أمتصاص الى تؤدي ال الماء من .أخرى

http://www.chemguide.co.uk/physical/energetics/definitions.html

http://www.chemguide.co.uk/physical/energetics/definitions.html

24

Comparing the heat energy produced by combustion of various alcohols

. الكحوالت من مخلتفة انواع إحتراق من الناتجة حرارية الطاقة مقارنةDescription Students use the combustion of known amounts of various alcohols to heat a known amount of water.

كمية لتسخaين الكحوالت من مختلفة ألنواع محددة كميات احتراق الطالب يستخدم . الماء من محددة

Apparatus and equipment (per group)o Retort stando Clampo 250 cm3

o Conical flask or metal calorimetero Thermometero Spirit burners

Chemicals (per group)o Methanol )Highly flammable)o Ethanol )Highly flammable)o Propanol )propan-1-ol) )Highly flammable)o Butanol )butan-1-ol) )Highly flammable).

Background theoryEnergy change = mass of solution x specific heat capacity x temperature change.H = (mcpT)

SafetyWear eye protection. Spirit burners are the safest way of burning the alcohol but students should not be allowed to fill them. Use spirit burners with a wide base.

. العين لحماية نظارات الكحولية االموارتداء أمانا قد األكثر الطريقة هي . . المواقد استخدام بملئها لهم يسمح أن ينبغي ال الطالب ولكن الكحول لحرق

العريضة القاعدة ذات الكحaولية

Lab activity



25

Spirit burners should be filled by a technician in the preparation room and labeled. No stock bottles of alcohol should be allowed in the laboratory.

. عليها بالكaتابة وتسمى اإلعداد غرفة في فني بواسطة الكحولية المواقد تمأل أن ينبغي. المختبر في الكحول زجاجات من ألي يسمح أال يجب

What to record:

Alcohol Initial temp/°C

Final temp/°C

Temp change/°C

Initial mass/g

Final mass/g

Mass used/g

Methanol

Ethanol

Propanol

Butanol

26

1. Fill the conical flask with 100 cm3of water. Clamp the flask at a suitable height so that the spirit burner can be easily placed below.

aaب المخروطي من cm3 100إمالءالدورق بسهولة. الكحولي الموقد وضع يمكن بحيث مناسب ارتفاع على الدورق وإشبك الماء

أسفله.

.2. Weigh the spirit burner )and lid) containing the alcohol and record the mass and name of the alcohol.

. ) ) الكحول واسم الكتلة وسجل الكحول على يحتوي الذي الغطاء مع الكحولي الموقد زن

3. Record the initial temperature of the water using the thermometer.. الحaرارة مقياس باستخدام للماء األولية الحرارة درجة سجaل

4. Place the spirit burner under the conical flask and light the wick.. الفتيل وأشعل المخروطي الدورق تحت الكحولي الموقد ضع

5. Allow the alcohol to heat the water so the temperature rises by about 40°C.حوالي إلى الحرارة درجة ترتفع حتى الماء بتسخaين للكحول a40إسمح°C.

6. Replace the cap to extinguish the flame.. الشعلة إلطفاء الغطاء وضع أعد

7. Reweigh the spirit burner and cap and work out the mass of alcohol used.. المستخدم الكحول كمية واحسب الكحولي الموقد وزن اعد

Repeat for different alcohols. Use 100 cm3 of new cold water each time. , واستخدم الكaحوالت من مختلفة النواع التجربة .cm3 100إعد مرة كل البارد الماء من

Question

1. Which fuel provides the most energy per gram?هو ما جرام؟ لكل الطاقة من قدر أكبر ينتج الذي الوقود


What to do

Bond Enthalpy

27


24.5 Recognise that bond breaking is associated with endothermic changes and bond formation is associated with exothermic changes.

للحرارة الطاردة بالتغيرات یتعلق الروابط تكوین بينما للحرارة الماصة بالتغيرات یتعلق كسرالروابط أن .یدرك

Objectives 1. Define bond enthalpy.2. Recognise that bond breaking is associated

with endothermic changes. .3. Recognise that bond formation is associated

with exothermic changes.

Key Vocabulary

• bond breaking• bond formation

The Bond Enthalpy is the energy required to break a chemical bond. It is usually expressed in units of kJ mol-1, measured at 298 K. The exact bond enthalpy of a particular chemical bond depends upon the molecular environment in which the bond exists. Therefore, bond enthalpy values given in chemical data books are averaged values.

لكسر الالزمة الطاقة هي للرابطة الحراري . المحتوى يعبر ما عادة الكيميائية الرابطة aب عند, kJ mol-1عنها تعتمد. K 298وتقاس معينة كميائية لرابطة الحراري الرابطة محتوى

, . الموجودة الحراري الرابطة محتوى قيم ولذلك الرابطة تحaوي التي الجزيئية البيئة على. متوسطة قيم هي الكيميائية المراجع في

Bond breaking is an endothermic process, and the bond enthalpy involved is given a +ve sign. Bond making is an exothermic process. For the formation of a given chemical bond, the bond enthalpy has the same value, except it is given a -ve sign. . , وتكوين موجبة قيمة له الناتج الحراري والمحتوى للحرارة ماصة عملية هي الرابطة aكسر

, كسر من النتيجة نفس يعطي الناتج الحaراري والمحaتوى للحرارة طارده عملية هي الرابطة. سالبة قيمة ذات انها إال الرابطة

http://www.avogadro.co.uk/definitions/hbond.htm

http://www.avogadro.co.uk/definitions/hbond.htm

28


Using bond enthalpies, provided in the table below, calculate the heat of reaction, ΔH, for:

, التفاعل حرaارة إحسب ادناه والجدول للروابط الحaراري المحaتوى بإستخدامللتفاعل:

½ H2)g) + ½ Cl2)g) → HCl)g)Given the following bond enthalpies:

Solution:Draw structural formulas for all molecules. Very simple for these molecules:

: للجaزيئات البنائية الصيغ إرسم

H — H 436 kJ

Cl — Cl 243 kJ

H — Cl 433 kJ

Chemical formula Structural Formula

H2 H — H

Cl2 Cl — Cl

HCl H — Cl

ΔH = Σ (bonds broken) – Σ (bonds formed)

ΔH = [½(436) + ½(243)] – [(433)]

ΔH = 339.5 – 433 = -93.5 kJ

Example 1

29


Using the bond enthalpies provided, calculate the heat of reaction, ΔH, for: , التفاعل حرارة اوجد التالي للروابط الحرارى المحتوى قيم : :ΔHبإستخدام للتفاعل

C2H4)g) + H2)g) → C2H6)g)

Given the following table of bond enthalpies:

Solution:

Begin by drawing the structural formulas for all molecules..الحل: الجزيئات لجميع البنائية الصيغ الرسم أبدأ

C — H 413 kJ

C = C 614 kJ

C —C 348 kJ

H — H 436 kJ

Chemical formula Structural Formula

C2H4

C2H6

C2H4)g) + H2)g) → C2H6)g)

ΔH = Σ)reactant bonds) – Σ)product bonds)

ΔH = )1652 + 614 + 436) – )2478 + 347)

ΔH = 2702 – 2826 = -124 kJ answer

Example 2

http://www.saskschools.ca/curr_content/chem30_05/1_energy/energy2_6.htm

http://www.saskschools.ca/curr_content/chem30_05/1_energy/energy2_6.htm

30


Example 3

Calculate the energy of the reaction for the burning of methane in oxygen to form carbon dioxide gas and water gas, using heats of formation. The balanced equation is given below.

اكسيد ثاني غاز لتكوين االكسجين وجود في الميثان لحرق التفاعل طاقة aإحسب. . , أدناه متوازنة المعادلة التكوين حرارة بإستخدام الماء وبخار الكربون

C3H8)g) + 5 O2)g) ----> 3 CO2 )g) + 4 H2O)g)

Steps 1 and 2

1) Determine the number and types of bonds broken and formed.1. والمتكونة( المكسورة الروابط وأنواع عدد تحديد

2) Determine the energy change.2. الطاقة( في التغير حدد

Bonds Broken (reactants)Type # Bond Energy EnergyC - C 2 347 kJ/mol + 694 kJC - H 8 413 kJ/mol +3,320 kJO = O 5 498 kJ/mol +2,490 kJ

Total +6,488 kJBonds formed (products)

O - H 8 464 - 3,712 kJC = O 6 805 - 4,830 kJ

Total - 8,542 kJStep 3)Δ H = Energy of Bonds Broken - Energy of Bonds formed

3 )Δ H – الروابط = تكوين طاقة الروابط كسر طاقةΔ H = 6,488 kJ - 8,542 kJΔ H = - 2,054 kJ

http://www.saskschools.ca/curr_content/chem30/modules/module3/lesson5/hessbonde.htm

31


Exercises

Answer the following question:

The complete combustion of propane can be represented by the following equation:

التالية بالمعادلة يتمثل ان يمكن للبروبان الكامل :اإلحتراق

or we could redraw it to represent the bonds present:: الروابط لتمثيل رسمها نعيد ان يمكننا أو

Bond Type Average bond enthalpy kJ/molC-H +413C-C +347O=O +498C=O +805H-O +464

Q1) Calculate standard enthalpy change for combustion of propane. البروبان؟ إلحتراق القياسي الحراري المحتوى في التغيير إحسب

32


ENERGY CHANGES

24.1Know that chemical reactions are accompanied by energy changes, usually in the form of heat energy, and that the energy changes can be exothermic or endothermic.

الطاقة، في بتغييرات مصحوبة عادة تكون الكيميائية التفاعالت أن یعرف تغيرات وأن حراریة، طاقة شكل على وعموما. تكون أن یمكن هذه الطاقة لها ماصة أو للحرارة طاردة إما

24.2 Construct reaction energy profiles showing enthalpy changes in the reaction and activation energy.

2-24. التنشيط وطاقة الحراري المحتوى في التغيرات تبين بحيث الطاقة لتغيرات بيانية مخططات أنشئ

Objectives By the end of the lesson students will be:1. Able to recognise which reactions are endothermic and which reactions

are endothermic.2. Able to identify the difference between an endothermic and exothermic

reaction.3. Able to interpret observational data and draw conclusions based upon

observations.4. define enthalpy and enthalpy changes. 5. Construct reaction energy profiles showing enthalpy changes in the

reaction and activation energy.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6f/ThermiteFe2O3.JPG

33


Firstly, an exothermic reaction is one in which heat is produced as one of the end products. Examples of exothermic reactions from our daily life are combustion like the burning of a candle, wood, and neutralization reactions.

In an endothermic reaction, the opposite happens. In this reaction, heat is absorbed. Or more exactly, heat is required to complete the reaction. Photosynthesis in plants is a chemical endothermic reaction. In this process, the chloroplasts in the leaves absorb the sunlight. Without sunlight or some other similar source of energy, this reaction cannot be completed.

ENDO + THERM

=

Endothermic

(energy is absorbed - temperature falls)

Endo means: IN

Therm means heat

Therm means heat

= (energy is released - temperature rises)

Exo means: OUT

THERM+EXO Exothermic

Exothermic and endothermic:

34


ENDOTHERMIC REACTION

Energy is needed to break the bonds. الرابطة لكسر الزمة طاقة

Strong bond temperature falls bonds are broken

EXOTHERMIC REACTION

+

temperature rises bonds is formed

Energy is released when forming bonds الرابطة تكوين عند المنطلقة الطاقة

Activities الطالب كتاب من عملية تجارب Use the textbook :New chemistry for you.Experiment 15.3 Feeling hot page 194Experiment 15.4 Feeling cold page 194Experiment 15.5 exothermic or endothermic page 195

http://www.softschools.com/manage/themes/knowledgetest;jsessionid=a8gE4918CyTg

35


The Enthalpy ) heat content) ) الحراري ( المحتوى اإلنثالبي

The heat content of a chemical system is called the enthalpy (symbol: H)

رمزه ( االنثالبي يسمى كيميائي لنظام الحراري )Hالمحتوى

The enthalpy change ( ∆H) is the amount of heat released or absorbed when a chemical reaction occurs at constant pressure.

حدوث : عند الممتصة أو المنطلقة الحرارة كمية هو االنثالبي في التغييرثابت ضغط تحت تفاعل

∆H = H(products) - H(reactants)

In exothermic reactions the enthalpy change is always negative while in endothermic reactions the enthalpy change is always positive. This is due to the releasing and absorption of heat energy in the reactions, respectively. The end products are stable in exothermic reactions. The end products of endothermic reactions are less stable. This is due to the weak bonds formed.

أما سالبة قيمة الحراري للتغيير يكون للحرارة الطاردة التفاعالت في . ذلك ويرجع موجبة قيمة الحراري للتغيير يكون الماصةللحرارة للتفاعالت

. أكثر النهائي الناتج يكون التفاعل أثناء الطاقة انطالق أو المتصاص . أقل يكون النهائى والناتج للحرارة طارد التفاعل يكون عندما استقرارا

. الروابط لضعف وذلك للحرارة الماصة التفاعالت حالة في استقراراالمتكونة

36


Energy Profiles لتغيرات بيانية مخططاتالطاقة

Activation Energy of a reaction, Ea, is the minimum amount of energy reactant molecules must possess in order to form products.

التنشيط : النواتجa طاقة لتكون المتفاعالت تحتاجها الطاقة من كمية أقل هي

On an Energy Profile, the activation energy is measured from the energy of the reactants to the peak of the energy profile diagram. The lower the activation energy, the faster the

reaction will proceed

قمة الى المتفاعالت طاقة من التنشيط طاقة تقاس البيانية الطاقة مخططات في . أسرع التفاعل كان كلما التنشيط طاقة قلت كلما و البياني المخaطط

Type of Reactionالتفاعل نوع

Faster Reaction سريع تفاعلLower activation energy

Slower Reaction بطئ تفاعلHigher activation energy

Exothermicتفاطارد عل للحرارة

Endothermicماص تفاعل

للحرارة

37


Exercises

Q1) Look at the picture below and label it exothermic reaction and endothermic reaction :

التالية الصورة في للحaرارة الماص والتفاعل الطارد التفاعل حدد

a…………………. b.........................a) Define an Exothermic reaction:

للحaرارة الطارد التفاعل عرف……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………

b) Define an Endothermic reaction:للحرارة الماص التفاعل عرف

……………………………………………………………………………………… ………………………………..……………………………………………………… c) Study the following reactions and answer the questions below,

االسئلة على اجب ثم التالية التفاعالت -: ادرس1)C (s) + O2(g) CO2 (g) ∆H= -393.5 kj/mol 2) CS (s) C (s) + 2S (s) ∆ H= +88kj / mol

Which one of these reactions represented Endothermic and which one represented Exothermic reactions?

: للحaرارة ماص تفاعل يمثل وأيهما للحaرارة طارد تفاعل تمثل التفاعالت أي------------------------------------------------------------------------------------------------------

-

-------------------------------------------------------------------------------------------------------

38

Q2) Draw the energy level diagram for each reaction ?..إرسم تفاعل لكل الطاقة لتغيرات بيانيا مخططا


chemistry

Documents

slow reaction rate

chemical reaction

reaction kinetics23

reaction kineticsby

bimolecular reaction

rate of reactions

collision rate

rate experiments