Name: Class:

2 قبل نهاية الفصل يعرف التلميذ العوامل التي تؤثر على معدل التفاعل ويفسره من حيث حركةالجسيمات، وأيضا يفهم التلميذ مفهوم التوازن الكيميائي وعمل المواد الحفازة وكذلك معرفة واستخدام مفاهيم المحتوى الحراري لطاقة التفاعل والتنشيط. قبل نهاية الفصل يعرف التلميذ العوامل التي تؤثر على معدل التفاعل ويفسره من حيث حركةالجسيمات، وأيضا يفهم التلميذ مفهوم التوازن الكيميائي وعمل المواد الحفازة وكذلك معرفة واستخدام مفاهيم المحتوى الحراري لطاقة التفاعل والتنشيط. Unit 5 Reaction kinetics By 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 یعرف أن معدلات التفاعل تختلف إختلافاً كبيراً ویستطيع تقدیم وعرض بيانات مأخوذة من تجارب عن معدلات التفاعل وتحليلها بواسطة مخططات بيانية 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 یعرف ویقيس تأثير تركيز المواد ودرجة الحرارة وحجم الدقائق على معدلات التفاعل،ویفسر هذا التأثير بدلالة نموذج حركة الدقائق 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 یفسّر تفاعل ثنائي الجزيء بدلالة إصطدام الدقائق ویدرك أن إمكانية حدوث تفاعل ما تعتمد على تركيز الجزیئات وعلى طاقة الدقائق 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 model successful collision factors concentration pressure temperature surface area particles size a) b) 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.

Unit5: Reaction kinetics 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. * نموذج حركة الدقائق : دقائق المادة في حركة مستمرة. لحدوث ا لتفاعل لابد من الإصطدام بين الدقائق المتفاعلة. معدل التفاعل يعتمد على معدل التصادم ليكون التصادم فعال يجب أن یكون هذا الإصطدام على درجة من الطاقة تكفي لإحداث إعادة ترتيب الذرا 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. معدل التفاعل هو السرعة التى يمكن أن يحدث بها التفاعل. ويمكن قياس معدل التفاعل من خلال إجراء التجارب العملية There 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). توجد طرق مختلفة لقياس سرعة التفاعل عمليا من خلال تغيير مناسب في الخواص ( مثل حجم الغاز الناتج ، التغيير في شدة اللون، التغيير في قيمة pH أو التغيير في درجة التوصيل الكهربي أو التغيير في الكتلة ) إذا أخذنا أحد التغييرات مثلا الكتلة وكان التغيير يساوي ∆ ك واستغرق حدوث التغيير فترة زمنية ∆ ن فإن : 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. هنالك عوامل تؤثر في التصادمات بين الدقائق وبالتالي تؤثر في معدل سرعة التفاعل 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. عند وجود تركيز عال من المواد في نظام معين تكون هنالك فرصة عالية للجسيمات لتصطدم مع بعضها وبالتالي يزداد معدل التفاعل. واذا قل التركيز تقل فرص التصادم بين الجسيمات وبالتالي يقل معدل التفاعل. Factors affect rate of reaction Factors affect rate of reaction Unit5: Reaction kinetics 5

Activity : Concentration Experiment( enquiry skill ;3.2, 4.1,4.2) Procedure :- Part -1 1) 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-2 Place 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 water 6

Exercises 7 Unit5: Reaction kinetics 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?

Unit5: Reaction kinetics 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. الضغط : الضغط يؤثر في معدل التفاعل خاصة في حالة الغازات. عند زيادة الضغط تقل المسافة التي تتحرك فيها الجزيئات ويزداد تركيز الجزيئات مما يؤدي الى زيادة التصادمات بينها. وعند تقليل الضغط تقل فرص تصادم الجزيئات مع بعضها و بالتالي يقل معددل التفاعل. 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. درجة الحرارة : عند رفع درجة حرارة المادة تكتسب الجسيمات طاقة- وبمزيد من الطاقة تتحرك الجسيمات بسرعة وتتصادم مع بعضها مما يزيد من معدل سرعة التفاعل. وعند خفض درجة الحرارة تكون الجسيمات بطيئة في حركتها ويقل تصادمها فيقل معدل التفاعل. *Storing foods in a refrigerator keeps them fresh longer. Low temperatures slow microbial action. *حفظ المواد الغذائية في الثلاجة يجعلها طازجة لفترة طويلة. لأن خفض درجة الحرارة يضعف تفاعل الميكروبات Activity :experiment 16.7 the effect of temperature on rate of reaction :New chemistry for you page 210 نشاط : تجربة 16.7 صفحة 210 كتاب الكيمياء. 8

Unit5: Reaction kinetics 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. مساحة السطح المعرض للتفاعل (حجم الجسيمات ): كلما قل حجم الجسيمات كلما زادت مساحة السطح المعرض للتفاعل لنفس الكتلة. وبزيادة مساحة السطح للمواد المتفاعلة زاد عدد التصادمات وبالتالي يزداد معدل 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, كربونات الكالسيوم مع حمض الهيدروكلوريك في المختبر نلاحظ عند إضافة حمض الهيدروكلوريك المخفف الى مسحوق كربونات الكالسيوم يتفاعل اسرع من قطع من كربونات الكالسيوم (الحجر الجيري أو الرخام )التي لها نفس الوزن - التجربة رقم 16.4 كتاب الكيمياء صفحة 208 New chemistry for you 9

Factors affect rate of reaction (Catalyst) Factors affect rate of reaction (Catalyst) 10 Unit5: Reaction kinetics 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 23.3 یفسّر أن آلية التفاعل ستكون مختلفة بوجود حافز وسيط كما وتنخفض في نفس الوقت طاقة التنشيط المطلوبة، وأن معدل التفاعل سيتسارع بوجود مثل هذا العامل 23.4 Distinguish between surface action catalysis (heterogeneous) and intermediate compound catalysis (homogeneous) and give important examples of both يميّز بين العامل الحفاز السطحي ( حفز غير متجانس) والحفز الذي یتم عن طریق مركبات وسيطة (حفز متجانس). ویعطي أمثلة هامة عن كلا الحالتين Objectives 1. Define catalyst 2. 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. عرف العامل المساعد: هو المادة التي تغيير من معدل التفاعل الكيميائي دون أن تتغير في نهاية التفاعل. * 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. كيف يعمل العامل المساعد؟ انه يعمل بتغيير مسار الطاقة للتفاعل الكيميائي حيث يعمل على تقليل طاقة التنشيط. العامل المساعد يغيير من معدل التفاعل الكيميائي طاقة التنشيط: هي الطاقة الازمة لبدء التفاعل الكيميائي.. * There are two types of catalyst: homogeneous, and heterogeneous. يوجد نوعا ن من العوامل المساعدة: متجانس وغير متجانس

Unit5: Reaction kinetics Homogeneous Catalysis The catalyst and reactant is in one phase. Example Chlorine atoms are catalysts for the destruction of ozone. Addition of Br - to H 2 O 2, are in one phase. Br - works as a catalyst in the decomposition of H 2 O 2 Enzymes are biological catalysts. العامل المساعد المتجانس: عندما يكون العامل المساعد والمتفاعلات على نفس الحالة أمثلة: ذرات الكلور تعمل كعوامل مساعدة علي تحليل جزيئات الاوزون ( غازات) اضافة Br – الى H 2 O 2, يعمل كعامل مساعد على تحلله. (سوائل) الانزيمات عوامل مساعدة حيوية. 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. العامل المساعد غير المتجانس: عندما يكون العامل المساعد والمتفاعلات على حالات مختلفة أمثلة: العامل المساعد مادة صلبة والمتفاعلات غازات ( المحول في عوادم السيارات ) استخدام الحديد عند تحضير غاز النشادر من غازي الهيدروجين والنيتروجين. معظم العوامل المساعدة المستخدمة في الصناعات غير متجانسة. 11

Unit5: Reaction kinetics The graph demonstrates what a catalyst does to the reaction profile. Activity -Catalyst in Experiment: Decomposition of Hydrogen Peroxide 2 H 2 O 2 (aq) + MnO 2 (s) → O 2 (g) + 2 H 2 O(l) + MnO 2 (s) Hydrogen peroxide Manganese dioxide 12

Reaction Mechanism 13 Unit5: Reaction kinetics 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 A 2 B A possible mechanism might be: Step1. A + A slow A – A rate determining step. Step 2. A – A + B fast A 2 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) --> H 2 O(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 Unit5: Reaction kinetics 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) + NO 3- (aq) + Na + (aq) + Cl - (aq) --> AgCl (s) + Na + (aq) + NO 3- (aq) will have a faster rate of reaction then 2H 2(g) + O 2(g) --> 2H 2 O (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 Unit5: Reaction kinetics 23.7 Understand, in terms of the forward and reverse reactions, what is meant by reversible reaction and dynamic equilibrium. یفهم ماذا نعني بالتفاعل المنعكس والإتزان الدیناميكي بدلالة معدل التفاعل الطردي والعكسي 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 التفاعل الإنعكاسي هو التفاعل الذي يحدث في اتجاهين الطردي والعكسي في نفس الوقت Dynamic equilibrium: The reactions both forward and reverse have not stopped, their rates are equal, الاتزان الديناميكي : هو الاتزان الذي يستمر فيه كلا التفاعلين الطردي والعكسي وتكون سرعة التفاعل في الاتجاهين متساوية. New chemistry for you

Unit5: Reaction kinetics * In chemical equilibrium tThe 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. * في الاتزان الكيميائي: يجب أن يكون النظام مغلق – والتفاعل انعكاسي. معدل التفاعل الطردي يكون مساويا لمعدل التفاعل العكسي. لايحدث تغيير في كميات المواد المتفاعلة والناتجة. يستمر التفاعل بنفس معدل السرعة في كلتا الاتجاهين * Example: reaction of sulfur dioxide with oxygen to give sulfur trioxide. مثال : تفاعل ثاني أكسيد الكبريت مع الأكسجين لينتج ثالث أكسيد الكبريت * If SO 2 and O 2 are present initially, they collide and the forward reaction begins. 2SO 2 + O 2 2SO 3 * As the amount of product increases, SO 3 molecules collide and form the reactants. This is shown as a double arrow. forward 2SO 2 + O 2 2 SO 3 reverse 16

Unit5: Reaction kinetics Activities Textbook – New Chemistry for You Experiment: 17.1 changing hydrated copper sulfate to anhydrous- page 220 بيّن التفاعل المنعكس بين كبریتات النحاس اللامائي والماء. Experiment 17.3 heating ammonium chloride – reversible reaction – page 221 تسخين كلوريد الامونيوم – تفاعل انعكاسي. 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?

Catalysts 18 Unit5: Reaction kinetics 24.3Know that a catalyst can provide an alternative energy profile with a lower activation energy. یعرف أن العامل الحفازیمكن أن یغيّرشكل المنحنىالبياني للطاقةحيث تنخفض فيه عتبة طاقة التنشيط. 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 What are catalysts? A catalyst is a substance which speeds up a reaction, but is chemically unchanged at the end of the reaction. العامل الحفاز هو مادة تسرع من التفاعل، ولكن دون تغيير كيميائيا في نهاية التفاعل. When the reaction has finished, you would have exactly the same mass of catalyst as you had at the beginning. في نهاية التفاعل تكون كمية العامل الحفازتساوي تماما كميته في بداية التفاعل. Catalysts increase the rate of a reaction by helping break chemical bonds in reactant molecules. المادة المحفزة تزيد سرعة التفاعل عن طريق تفكيك الروابط الكيميائية في جزيئات المواد المتفاعلة. This effectively means the activation energy is reduced. وهذا يعني ان طاقة التنشيط تقل. 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. ومما يعني أن في نفس درجة الحرارة الجزيئات مع المواد المحفزة تحوي طاقة حركية اكبر من الجزيئات في التفاعلات التي لا تحوي مواد محفزة. وبالتالي التفاعل سيتم بسرعة اكبر وفرصة اكبر لتفاعلات مفيدة. Note that a catalyst does NOT change the energy of the molecules, it reduces the threshold kinetic energy needed for molecules to react. لاحظ أن المادة المحفزة لا تغير طاقة الجزيئات و تقلل عتبة الطاقة الحركية التي تحتاجها الجزيئات لتتفاعل.

Unit5: Reaction kinetics 19 Although a true catalyst does take part in the reaction, it does not get used up and can be reused with more reactants. مع ان العامل الحفازيدخل في التفاعل, إلا انه لا ينفذ ويمكن إستخدامه مجددا في تفاعل 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. ولاحظ أيضا من الرسم البياني أن وبالرغم من ان طاقة التنشيط تقل,تغير الطاقة الكلية الطاردة والماصة للحرارة يساوي التغير في التفاعل مع مادة محفزة وبدون مادة محفزة. The catalyst might help break the bonds BUT it cannot change the actual bond energies. العامل الحفازربما يساعد على تكسير الروابط,ولكن لا يمكن ان يغير الطاقة الفعلية للروابط

Unit5: Reaction kinetics 20 Q1) The following is an energy profile for an exothermic reaction: 1. What is energy of the reactants? ما هي طاقة المتفاعلات ؟ 2. What is the energy of the products? ما هي طاقة النواتج؟ 3. Find the activation energy without the catalyst? أوجد طاقة التنشيط للتفاعل بدون العامل الحفاز؟ 4. Find the activation energy with the catalyst? أوجد طاقة التنشيط للتفاعل مع العامل الحفاز؟ Exercises

Standard enthalpy change 21 Unit5: Reaction kinetics 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. یشرح ویستخدم مفهوم التغيّرالقياسي للمحتوى الحراري  H مع إشارةخاصةالى عمليات الإحتراق وتكوّن الموادوالذوبان والتعادل،ویحسب التغيّرات في المحتوىالحراري القياسي من نتائج إختبارات عملية.. Objectives Student will be able to: 1. Explain the concept of standard enthalpy change. 2. Know the definitions of DH q c, DH q f, 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 changes التغيرات في المحتوى الحراري. 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". تغير المحتوى الحراري هو أسم يطلق على كمية الحرارة المنطلقة أوالممتصة لتفاعل يجرى تحت ضغط ثابت ويأخذ الرمز ΔH ويقرأ "دلتا H" Standard enthalpy changes التغيرات القياسية للمحتوى الحراري Standard enthalpy changes refer to reactions done under standard conditions, and with everything present in their standard states. التغيرات القياسية للمحتوى الحراري هي التفاعلات التي تتم تحت الظروف القياسية, و مع كل ما يوجد في التفاعل في حالته القياسية. Standard conditions الحالة القياسية Standard conditions are: 298 K (25°C) a pressure of 1 bar (100 kPa). ضغط يساوي 1 bar (100 kPa) where solutions are involved, a concentration of 1 mol dm -3 ويكون تركيز المحلول يساوي 1 mol dm -3

Unit5: Reaction kinetics 22 The symbol for standard enthalpy changes رمز التغيرات القياسية للمحتوى الحراري The symbol for a standard enthalpy change is ΔH°, read as "delta H standard" or, perhaps more commonly, as "delta H nought". رمز التغيرات القياسية للمحتوى الحراري هو ΔH° ويقرأ ""دلتا H"" او ""دلتا H نوت" وهو الأكثر إنتشارا. Standard enthalpy change of formation, ΔH° f التغير في المحتوى الحراري القياسي للتكوين ΔH° f 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. التغير في المحتوى الحراري القياسي للتكوين للمركب هي التغير الحراري الذي يحدث عندما يتكون مول واحد من المركب من عناصره تحت ظروف قياسية, و بقاء كل الظروف المحيطة في الحالة القياسية. The equation showing the standard enthalpy change of formation for water is: المعادلة تبين التغير في المحتوى الحراري القياسي لتكوين الماء. Standard enthalpy change of combustion, ΔH° c حرارة الإحتراق القياسية 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. حرارة الإحتراق القياسية للمركب هو التغير الحراري الذي يحدث عندما يحترق مول واحد من المركب كليا في الأكسجين تحت ظروف قياسية, و بقاء كل الظروف المحيطة في الحالة القياسية. The enthalpy change of combustion will always have a negative value, of course, because burning always releases heat. قيمة حرارة الإحتراق القياسية دائما ما تكون سالبة, لأن الإحتراق يطلق حرارة. Two examples:

Unit5: Reaction kinetics 23 Enthalpy change of solution ΔH° soln التغير في المحتوى الحراري للذوبان 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. التغير في المحتوى الحراري للذوبان للمركب هي التغير الحراري الذي يحدث عندما يذوب مول واحد من المادة الأيونية في الماء لعمل محلول بتخفيف لانهائي. 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). قيمة التغير في المحتوى الحراري للذوبان يمكن ان تكون موجبة أو سالبة, وبعبارات أخرى بعض المواد الأيونية تذوب بتفاعل ماص للحرارة ( مثل NaCl )وبعضها تذوب بتفاعل طارد للحرارة (مثل NaOH). 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. المحلول بتخفيف لانهائي هو المحلول الذي يتكون من كمية ماء كافية بحيث أي كمية أخرى من الماء لا تؤدي الى أمتصاص أو أنطلاق حرارة.

24 Comparing the heat energy produced by combustion of various alcohols مقارنة الطاقة حرارية الناتجة من إحتراق انواع مخلتفة من الكحولات. Description Students use the combustion of known amounts of various alcohols to heat a known amount of water. يستخدم الطلاب احتراق كميات محددة لأنواع مختلفة من الكحولات لتسخين كمية محددة من الماء. Apparatus and equipment (per group) o Retort stand o Clamp o 250 cm 3 o Conical flask or metal calorimeter o Thermometer o 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 theory Energy change = mass of solution x specific heat capacity x temperature change.  H = (mc p  T) Safety Wear 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. ارتداء نظارات لحماية العين. المواقد الكحولية هي الطريقة الأكثر أمانا لحرق الكحول ولكن الطلاب لا.ينبغي أن يسمح لهم بملئها. استخدام المواقد الكحولية ذات القاعدة العريضة Lab activity Unit5: Reaction kinetics

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. ينبغي أن تملأ المواقد الكحولية بواسطة فني في غرفة الإعداد وتسمى بالكتابة عليها. يجب ألا يسمح لأي من زجاجات الكحول في المختبر. 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 cm 3 of water. Clamp the flask at a suitable height so that the spirit burner can be easily placed below. إملاءالدورق المخروطي بــ 100 cm 3 من الماء. وإشبك الدورق على ارتفاع مناسب بحيث يمكن وضع الموقد الكحولي بسهولة أسفله..2. Weigh the spirit burner (and lid) containing the alcohol and record the mass and name of the alcohol. زن الموقد الكحولي(مع الغطاء) الذي يحتوي على الكحول وسجل الكتلة واسم الكحول. 3. Record the initial temperature of the water using the thermometer. سجل درجة الحرارة الأولية للماء باستخدام مقياس الحرارة. 4. Place the spirit burner under the conical flask and light the wick. ضع الموقد الكحولي تحت الدورق المخروطي وأشعل الفتيل. 5. Allow the alcohol to heat the water so the temperature rises by about 40°C. إسمح للكحول بتسخين الماء حتى ترتفع درجة الحرارة إلى حوالي 40°C. 6. Replace the cap to extinguish the flame. أعد وضع الغطاء لإطفاء الشعلة. 7. Reweigh the spirit burner and cap and work out the mass of alcohol used. اعد وزن الموقد الكحولي واحسب كمية الكحول المستخدم. Repeat for different alcohols. Use 100 cm 3 of new cold water each time. إعد التجربة لانواع مختلفة من الكحولات, واستخدم 100 cm 3 من الماء البارد كل مرة. Question 1. Which fuel provides the most energy per gram? ما هو الوقود الذي ينتج أكبر قدر من الطاقة لكل جرام؟ Unit5: Reaction kinetics What to do

Bond Enthalpy 27 Unit5: Reaction kinetics 24.5 Recognise that bond breaking is associated with endothermic changes and bond formation is associated with exothermic changes. یدرك أن كسرالروابط یتعلق بالتغيّرات الماصة للحرارة بينما تكوین الروابط یتعلق بالتغيرات الطاردة للحرارة. 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. المحتوى الحراري للرابطة هي الطاقة اللازمة لكسر الرابطة الكيميائية. عادة ما يعبر عنها بـkJ mol-1, وتقاس عند 298 K. محتوى الرابطة الحراري لرابطة كميائية معينة تعتمد على البيئة الجزيئية التي تحوي الرابطة. ولذلك, قيم محتوى الرابطة الحراري الموجودة في المراجع الكيميائية هي قيم متوسطة. 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. كسر الرابطة هي عملية ماصة للحرارة, والمحتوى الحراري الناتج له قيمة موجبة. وتكوين الرابطة هي عملية طارده للحرارة, والمحتوى الحراري الناتج يعطي نفس النتيجة من كسر الرابطة إلا انها ذات قيمة سالبة.

28 Unit5: Reaction kinetics Using bond enthalpies, provided in the table below, calculate the heat of reaction, ΔH, for: بإستخدام المحتوى الحراري للروابط والجدول ادناه, إحسب حرارة التفاعل للتفاعل: ½ H 2 (g) + ½ Cl 2 (g) → HCl(g) Given the following bond enthalpies: Solution: Draw structural formulas for all molecules. Very simple for these molecules: إرسم الصيغ البنائية للجزيئات: H — H436 kJ Cl — Cl243 kJ H — Cl433 kJ Chemical formulaStructural Formula H2H2 H — H Cl 2 Cl — Cl HClH — Cl ΔH = Σ (bonds broken) – Σ (bonds formed) ΔH = [½(436) + ½(243)] – [(433)] ΔH = – 433 = kJ Example 1

29 Unit5: Reaction kinetics Using the bond enthalpies provided, calculate the heat of reaction, ΔH, for: بإستخدام قيم المحتوى الحرارى للروابط التالي, اوجد حرارة التفاعل ΔH للتفاعل: : C 2 H 4 (g) + H 2 (g) → C 2 H 6 (g) Given the following table of bond enthalpies: Solution: Begin by drawing the structural formulas for all molecules. الحل:أبدأ الرسم الصيغ البنائية لجميع الجزيئات. C — H413 kJ C = C614 kJ C —C348 kJ H — H436 kJ Chemical formulaStructural Formula C2H4C2H4 C2H6C2H6 C 2 H 4 (g) + H 2 (g) → C 2 H 6 (g) ΔH = Σ(reactant bonds) – Σ(product bonds) ΔH = ( ) – ( ) ΔH = 2702 – 2826 = -124 kJ answer Example 2

30 Unit5: Reaction kinetics 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. إحسب طاقة التفاعل لحرق الميثان في وجود الاكسجين لتكوين غاز ثاني اكسيد الكربون وبخار الماء, بإستخدام حرارة التكوين. المعادلة متوازنة أدناه. C 3 H 8 (g) + 5 O 2 (g) ----> 3 CO 2 (g) + 4 H 2 O(g) Steps 1 and 2 1) Determine the number and types of bonds broken and formed. 1) تحديد عدد وأنواع الروابط المكسورة والمتكونة. 2) Determine the energy change. 2) حدد التغير في الطاقة. Bonds Broken (reactants) Type#Bond EnergyEnergy C - C2347 kJ/mol+ 694 kJ C - H8413 kJ/mol+3,320 kJ O = O5498 kJ/mol+2,490 kJ Total+6,488 kJ Bonds formed (products) O - H ,712 kJ C = O ,830 kJ Total- 8,542 kJ Step 3) Δ H = Energy of Bonds Broken - Energy of Bonds formed 3) Δ H = طاقة كسر الروابط – طاقة تكوين الروابط Δ H = 6,488 kJ - 8,542 kJ Δ H = - 2,054 kJ

31 Unit5: Reaction kinetics Exercises Answer the following question: The complete combustion of propane can be represented by the following equation: الإحتراق الكامل للبروبان يمكن ان يتمثل بالمعادلة التالية: or we could redraw it to represent the bonds present: أو يمكننا ان نعيد رسمها لتمثيل الروابط: Bond TypeAverage bond enthalpy kJ/mol C-H+413 C-C+347 O=O+498 C=O+805 H-O+464 Q1) Calculate standard enthalpy change for combustion of propane. إحسب التغيير في المحتوى الحراري القياسي لإحتراق البروبان؟

32 Unit5: Reaction kinetics 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. یعرف أن التفاعلات الكيميائية تكون عادة مصحوبةً بتغييرات في الطاقة، وعموماً على شكل طاقة حراریة، وأن تغيّرات الطاقة هذه یمكن أن تكون إما طاردة للحرارة أو ماصة لها Construct reaction energy profiles showing enthalpy changes in the reaction and activation energy أنشئ مخططات بيانية لتغيّرات الطاقة بحيث تبيّن التغيّرات في المحتوى الحراري وطاقة التنشيط. 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.

33 Unit5: Reaction kinetics 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: INTherm means heat = ( energy is released - temperature rises ) Exo means: OUT THERM + EXO Exothermic Exothermic and endothermic:

34 Unit5: Reaction kinetics ENDOTHERMIC REACTION Energy is needed to break the bonds.طاقة لازمة لكسر الرابطة Strong bond temperature falls bonds are broken EXOTHERMIC REACTION + temperature rises bonds is formed Energy is released when forming bonds الطاقة المنطلقة عند تكوين الرابطة Activities تجارب عملية من كتاب الطالب Use the textbook :New chemistry for you. Experiment 15.3 Feeling hot page 194 Experiment 15.4 Feeling cold page 194 Experiment 15.5 exothermic or endothermic page 195

35 Unit5: Reaction kinetics The Enthalpy ( heat content) الإنثالبي ( المحتوى الحراري) The heat content of a chemical system is called the enthalpy (symbol: H) المحتوى الحراري لنظام كيميائي يسمى الانثالبي ( رمزه H ) The enthalpy change ( ∆H) is the amount of heat released or absorbed when a chemical reaction occurs at constant pressure. التغيير في الانثالبي :هو كمية الحرارة المنطلقة أو الممتصة عند حدوث تفاعل تحت ضغط ثابت ∆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. في التفاعلات الطاردة للحرارة يكون للتغيير الحراري قيمة سالبة أما للتفاعلات الماصةللحرارة يكون للتغيير الحراري قيمة موجبة. ويرجع ذلك لامتصاص أو انطلاق الطاقة أثناء التفاعل.يكون الناتج النهائي أكثر استقرارا عندما يكون التفاعل طارد للحرارة.والناتج النهائى يكون أقل استقرارا في حالة التفاعلات الماصة للحرارة. وذلك لضعف الروابط المتكونة

36 Unit5: Reaction kinetics Energy Profiles مخططات بيانية لتغيّرات الطاقة Activation Energy of a reaction, E a, is the minimum amount of energy reactant molecules must possess in order to form products. طاقة التنشيط : هي أقل كمية من الطاقة تحتاجها المتفاعلات لتكون النواتج 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 في مخططات الطاقة البيانية تقاس طاقة التنشيط من طاقة المتفاعلات الى قمة المخطط البياني. و كلما قلت طاقة التنشيط كلما كان التفاعل أسرع Type of Reaction نوع التفاعل Faster Reactionتفاعل سريع Lower activation energy Slower Reaction تفاعل بطئ Higher activation energy Exothermic تفاعل طارد للحرارة Endothermic تفاعل ماص للحرارة

37 Unit5: Reaction kinetics Exercises Q1) Look at the picture below and label it exothermic reaction and endothermic reaction : حدد التفاعل الطارد والتفاعل الماص للحرارة في الصورة التالية a…………………. b a) Define an Exothermic reaction: عرف التفاعل الطارد للحرارة ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… b) Define an Endothermic reaction: عرف التفاعل الماص للحرارة ……………………………………………………………………………………… ………………………………..……………………………………………………… c) Study the following reactions and answer the questions below, ادرس التفاعلات التالية ثم اجب على الاسئلة :- 1)C (s) + O2(g) CO2 (g) ∆H= 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? أي التفاعلات تمثل تفاعل طارد للحرارة وأيهما يمثل تفاعل ماص للحرارة:

38 Q2) Draw the energy level diagram for each reaction ?. إرسم مخططا بيانيا لتغيّرات الطاقة لكل تفاعل. Unit5: Reaction kinetics