تعريف تفاعل الاحتراق

تفاعل الاحتراق (بالإنجليزية: Combustion Reaction) هو تفاعل كيميائي يحدث بين مادة قابلة للاحتراق؛ كالوقود وبين عامل مؤكسد، مما يؤدي إلى إطلاق الطاقة على شكل حرارة أو ضوء، وهذا يعني أن تفاعل الاحتراق تفاعلٌ طاردٌ للطاقة،[١][٢] ولحساب كمية الحرارة المنبعثة من تفاعل الاحتراق، أو من أي تفاعلٍ كيميائي آخر يتم استخدام العلاقة الرياضية الآتية:[٣]


Q = m.C.ΔT


حيث إن:

  • Q: الطاقة الحرارية المنبعثة، وتقاس بوحدة الجول.
  • m: كتلة السائل الذي يتم تسخينه وتقاس بالكيلوجرام.
  • C: السعة الحرارية للسائل، وتقاس بوحدة جول/ كجم. سلسيوس.
  • ΔT: التغير في درجة حرارة السائل، وتقاس بوحدة السلسيوس.


الحرارة المولية للاحتراق

الحرارة المولية للاحتراق (He) هي الحرارة المنبعثة عندما يحترق مول بالكامل من مادة ما، ويتم حسابها باستخدام العلاقة الرياضية الآتية:[٤]

He=Q/n


حيث إن:

  • He: الحرارة المولية للاحتراق، وتقاس بوحدة الجول/مول.
  • Q: الطاقة الحرارية وتقاس بوحدة الجول.
  • n: عدد المولات ويقاس بوحدة المول.


السؤال:

بين أنواع الاحتراق مع ذكر مثال على كل نوع[٥]

الحل:

أنواع حرارة الاحتراق:

(1) الاحتراق الكامل: يحدث هذا الاحتراق في إمداد غير محدود من الهواء، والأكسجين على وجه الخصوص.

(2) الاحتراق غير الكامل: يحدث عندما يكون الهواء محدود الإمداد.

(3) الاحتراق السريع: تحتاج الطاقة السريعة إلى طاقة حرارية خارجية حتى يحدث التفاعل.

(4) الاحتراق التلقائي: هذا يعني أنه لا يحتاج إلى طاقة خارجية لبدء الاحتراق.

(5) الاحتراق المتفجر: يحدث عندما يحدث التفاعل بسرعة كبيرة.




السؤال:

هل الاحتراق ممكن بدون أكسجين؟[٦]


الحل:

يحدث الاحتراق غير الكامل عندما يحدث تفاعل الاحتراق دون إمداد كافٍ بالأكسجين، كما أن الاحتراق غير الكامل غير مرغوب فيه لأنه يمتص طاقة أقل من الاحتراق الكامل وينتج غازًا سامًا يسمى أول أكسيد الكربون(CO).



السؤال:

كيف نستخدم الاحتراق؟[٦]


الحل:

يتم استخراج الطاقة الحرارية المشتقة من احتراق الوقود الأحفوري مثل الفحم أو الزيت أو من الوقود المتجدد مثل الحطب لمجموعة من الاستخدامات، مثل الطهي أو توليد الطاقة أو التدفئة الصناعية أو المنزلية، الاحتراق هو أيضًا العملية الوحيدة المستخدمة بالفعل لتزويد الصواريخ بالوقود.



السؤال:

اكتب أي مثالين للمواد القابلة للاحتراق.[٥]


الحل:

تسمى تلك المواد التي يمكن أن تحترق بالمواد القابلة للاحتراق.

على سبيل المثال القماش، القش، غاز الطهي، زيت الكيروسين، الفحم، الخشب، أوراق التشجا، الورق، الشمع، غاز الهيدروجين، الإيثانول، الميثان.

المواد القابلة للاشتعال هي مواد تشتعل بسهولة في درجات الحرارة المحيطة.




السؤال:

عندما يسكب الرمل على بعض المواد المحترقة ، تنطفئ النار،هذا بسبب:[٧]

أ. يتم خفض درجة حرارة الاشتعال

ب. انقطع تزويد الهواء

ج. الرمل هو موصل عصابة للحرارة

د. كل ما ورداعلاه

الحل:

الخيار الصحيح هو "ب"، عندما يسكب الرمل فوق أي مادة مشتعلة، فإنه يقطع إمداد الهواء، وبدون هواء لا يمكن أن يحدث الاحتراق وبالتالي تختفي النيران.



السؤال:

اكتب عيوب الاحتراق الجزئي.[٥]

الحل:

يؤدي الاحتراق الجزئي إلى تلويث الهواء عن طريق إنتاج دخان زائد وسناج، وأول أكسيد الكربون، كما يؤدي إلى إهدار الوقود.



السؤال:

أي من التفاعلات التالية لا يعد تفاعل احتراق؟[٨]

أ. CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

ب. 2C + O2 → 2CO

ج. N2 + O2 → 2NO

د. 2H2 + O2 → 2H2O


الحل:

الجواب الصحيح هو "ج"، لان التفاعل لم ينتج ثاني اكسيد الكبربون أو ماء




السؤال:

يمكن استخدام الإيثانول كمصدر للوقود في مصباح الكحول، صيغة الإيثانول هي C2H5OH، اكتب المعادلة المتوازنة لاحتراق الإيثانول.[٩]

الحل:

الإيثانول والأكسجين هما المتفاعلان، كما هو الحال مع الهيدروكربون، فإن منتجات احتراق الكحول هي ثاني أكسيد الكربون والماء.

الخطوة 1: اكتب معادلة الاحتراق

C2H5OH(L) + O2(g) → CO2(g) + H2O(g)

الخطوة 2: وازن المعادلة

C2H5OH(L) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(g)




السؤال:

اكتب كل معادلة احتراق و وازنها في كل مما يأتي:[١٠]


  1. احتراق البروبان C3H8
  2. احتراق الأمونيا NH3
الحل:

1. نواتج التفاعل هي CO2 و H2O، لذلك فإن معادلتنا غير الموزونة هي:

C3H8 + O2 → CO2 + H2O

نوازن المعادلة لنحصل على المعادلة النهائية:

C3H8 +5 O2 → 3CO2 +4 H2O

2. سوف تتفاعل ذرات النيتروجين في الأمونيا لتكوين N2، بينما تتفاعل ذرات الهيدروجين مع O2 لتكوين H2O:

NH3 + O2 → N2 + H2O

نوازن المعادلة لنحصل على المعادلة النهائية:

4NH3 + 3O2 →2 N2 +6 H2O




السؤال:

إذا تم حرق 48 جرامًا من الميثان (الكتلة المولية 16جم/مول) ، فما كتلة ثاني أكسيد الكربون (الكتلة المولية 44 جم/مول) التي سيتم إنتاجها؟

الحل:

المعادلة المتوازنة لاحتراق الميثان

CH4 + 2O2 → CO2 +2 H2O

من العادلة نجد أن مقابل كل مول واحد من الميثان يتم حرقه، يتم إنتاج مول واحد من الماء.

48 جرامًا من الميثان عبارة عن ثلاث مولات، لذلك يتم إنتاج ثلاث مولات من ثاني أكسيد الكربون







= 132 جم ثاني اكسيد الكربون



السؤال:

يتم وضع قطعة من مادة البوتاسيوم الصلبة بوزن 0.258 جم في الماء داخل مسعر (فنجان قهوة) مما يؤدي إلى تفاعل قوي، افترض حجمًا إجماليًا 100 مل للمحلول الناتج، تتغير درجة حرارة المحلول من 22 درجة مئوية إلى 25.1 درجة مئوية بسبب التفاعل، ما مقدار الحرارة المتولدة لكل جرام من البوتاسيوم لهذا التفاعل؟ افترض أن كثافة المحلول بعد التفاعل هي كثافة الماء وأن السعة الحرارية للمحلول ووعاء التفاعل ترجع فقط إلى الماء الذي يحتوي على حرارة محددة تبلغ 4.184 جول/جرام.سلسيوس[١١]


الحل:
  • كتلة المحلول(m): بما أن السؤال قد طلب منا اعتبار كثافةالمحلول هي كثافة الماء التي تساوي 1مل/جرام نجد أن كتلة المحلول تساوي 100جرام
  • فرق درجة الحرارة (ΔT) = 3.1 = 22 - 25.1 سلسيوس
  • السعة الحرارية (C) = 4.184 جول/جرام.سلسيوس





= 1297.04 جول

لكن المطلوب بالسؤال هو كمية الحراراة الناتجة لكل جرام من البوتاسيوم، أي نقسم مقدار الطاقة الناتجة على عدد جرامات البوتاسيوم



= 5027.3 جول/جرام




السؤال:

عندما يتم حرق 100 جم من الميثان CH4 في مسعر، تتغير درجة الحرارة من 21 درجة مئوية إلى 31 درجة مئوية ويتم إطلاق 2200 جول من الحرارة، ما هي الحرارة النوعية للميثان؟[١١]


الحل:
  • مقدار الحرارة الناتجة (Q)= 2200 [,g
  • كتلة الميثان (m) = 100 جرام
  • فرق درجة الحرارة (ΔT) = 31 - 21 = 10 سلسيوس







= 2.2 جول/جرام.سلسيوس




السؤال:

يتم حرق عينة 1.55 جرام من الإيثانول (كتلته المولية 46 جم/مول) وتنتج زيادة في درجة الحرارة بمقدار 55 درجة مئوية في 200 جرام من الماء. احسب الحرارة المولية للاحتراق.[١٢]

الحل:

الكتلة الايثانول(m1) = 1.55 جم

الكتلة المولية للايثانول(m.mass) = 46 جم/مول

السعة الحرارية للماء (C) = 4.18 كيلوجول/كجم.سلسيوس

كتلة الماء (m2) = 200 جم = 0.2 كجم

فرق درجة الحرارة (ΔT) = 55 سلسيوس


أولًا:

كمية الإيثانول المستخدمة:





= 0.034 مول

ثانيًا:





= 45.98 كيلوجول

ثالثًا:

الحرارة المولية (He)، تعني مقدار الطاقة الناتجة من احتراق المولات كاملة أي:





= 1352.35 كيلوجول/مول




المراجع

  1. ↑ "Combustion Definition in Chemistry", thoughtco, Retrieved 4/10/2021. Edited.
  2. ↑ "11.6: Combustion Reactions", chemistry libretexts, Retrieved 4/10/2021. Edited.
  3. ↑ "How to Calculate the Amount of Heat Released", sciencing, Retrieved 4/10/2021. Edited.
  4. ↑ "17.14: Heat of Combustion", chemistry libretexts, Retrieved 4/10/2021. Edited.
  5. ^ أ ب ت "Important questions on Combustion", toppr, Retrieved 5/10/2021. Edited.
  6. ^ أ ب "Combustion And Its Types", byjus, Retrieved 5/10/2021. Edited.
  7. ↑ "Combustion and Types of Combustion", toppr, Retrieved 5/10/2021. Edited.
  8. ↑ "Combustion Reaction", byjus, Retrieved 5/10/2021. Edited.
  9. ↑ "11.6: Combustion Reactions", chemistry libretexts, Retrieved 5/10/2021. Edited.
  10. ↑ "4.4: Composition, Decomposition, and Combustion Reactions", chemistry libretexts, Retrieved 5/10/2021. Edited.
  11. ^ أ ب "Chem I Homework Page, Exam 3 Material", rivier, Retrieved 13/10/2021. Edited.
  12. ↑ "17.14: Heat of Combustion", chemistry libretexts, Retrieved 5/10/2021. Edited.