حل نموذج فرض الفصل الأول في الفيزياء للسنة الثالثة متوسط: التحليل الكهربائي للماء والاحتراق التام وغير التام

يدور فرض الفصل الأول في فيزياء السنة الثالثة متوسط حول وحدة المادة وتحولاتها، وعادة يأتي في وضعيتين: الأولى عن التحليل الكهربائي للماء (تجربة مألوفة)، والثانية وضعية إدماجية عن الاحتراق في سياق من الحياة اليومية. وكل أسئلة النموذج تتكرر بصيغ متقاربة، فمن فهم أسبابها لا يحتاج إلى الحفظ. تعرض الصفحة حلا مفصلا لنموذج كامل مع تعليل كل جواب.

الوضعية الأولى: التحليل الكهربائي للماء

المعطيات: عند إجراء تجربة التحليل الكهربائي للماء لاحظ التلاميذ عدم توهج المصباح، فاقترح الأستاذ إضافة الصودا (⁦NaOH⁩)، فحدث تحول نتج عنه غاز ثنائي الأكسجين ⁦O2⁩ وغاز ثنائي الهيدروجين ⁦H2⁩، مع بقاء الصودا في النهاية.

السؤال 1: ما نوع هذا التحول؟ علل

تحول كيميائي، لأنه ظهرت أنواع كيميائية جديدة (غاز ثنائي الهيدروجين وغاز ثنائي الأكسجين) لم تكن موجودة قبل التحول، وفي المقابل اختفى الماء.

السؤال 2: لماذا نضيف الصودا؟ وماذا نسميها؟

• الماء النقي (المقطر) عازل للتيار الكهربائي، فلا تمر فيه الكهرباء ولا يتوهج المصباح. وإضافة الصودا تجعل الماء ناقلا للتيار لأنها تحرر شوارد.
• كما أن الصودا تسرع التفاعل.
• تسمى في هذه التجربة وسيطا (أو عنصرا خاملا / متفرجا)، لأنها لا تدخل في التفاعل ولا تستهلك، وتبقى بعده كما كانت.

السؤال 3: سمّ العناصر المرقمة في الوثيقة

للجهاز أنبوبان مقلوبان مملوءان بالماء في البداية، يتجمع فيهما الغاز المتصاعد.

• الأنبوب الذي يتجمع فيه أكبر حجم من الغاز (ينزل فيه مستوى الماء أكثر) هو أنبوب ثنائي الهيدروجين ⁦H2⁩.
• الأنبوب الذي يتجمع فيه حجم أصغر هو أنبوب ثنائي الأكسجين ⁦O2⁩.
• الوعاء الذي يحتوي المحلول: الماء (مع الصودا).

القاعدة: حجم غاز الهيدروجين المتحرر ضعف حجم غاز الأكسجين. وهذا يتوافق مع المعادلة التي ستأتي، إذ ينتج مولان من ⁦H2⁩ لكل مول من ⁦O2⁩.

السؤال 4: بماذا نكشف عن الغازين؟

وأنبه إلى أن العود يقرب من فوهة الأنبوب مع إبقائه مقلوبا حتى لا يتسرب الغاز الخفيف.

السؤال 5: أكمل جدول التحول

ملاحظة مهمة: الصودا لا تكتب في الجدول إلا إذا كان أستاذك يكتبها، لأنها لا تتفاعل. وعند كتابة المعادلة أكتب الحالة الفيزيائية بين قوسين: ⁦(l)⁩ سائل، ⁦(g)⁩ غاز، ⁦(s)⁩ صلب.

السؤال 6: اكتب معادلة التفاعل ثم وازنها

غير الموزونة: ⁦H2O(l) ← H2(g) + O2(g)⁩

الموازنة:

1. ذرات الأكسجين: واحدة في الطرف الأول واثنتان في الثاني، فنضرب ⁦H2O⁩ في ⁦2⁩: ⁦2 H2O⁩.
2. نعد ذرات الهيدروجين: صارت ⁦4⁩ في الطرف الأول، فنضرب ⁦H2⁩ في ⁦2⁩: ⁦2 H2⁩.

المعادلة الموزونة:

⁦2 H2O(l) ← 2 H2(g) + O2(g)⁩

التحقق: الطرف الأول: ⁦4⁩ ذرات ⁦H⁩ وذرتا ⁦O⁩. الطرف الثاني: ⁦4⁩ ذرات ⁦H⁩ وذرتا ⁦O⁩. متوازنة.

ملاحظة: العدد الموضوع أمام الصيغة (المعامل) يضرب كل الذرات في الجزيء، ولا نغير أبدا الأرقام الصغيرة داخل الصيغة (⁦H2O⁩ لا تصبح ⁦H4O⁩).

السؤال 7: ما المبدأ المستعمل في الموازنة؟

مبدأ انحفاظ الكتلة، ويقابله عمليا انحفاظ نوع وعدد الذرات: أثناء التفاعل لا تفنى ذرات ولا تُخلق، فتبقى كتلة المتفاعلات مساوية لكتلة النواتج. اكتب الصيغة التي درسها أستاذك.

الوضعية الإدماجية: احتراق غاز الميثان وغاز البوتان

المعطيات: كانت أم رقية تطهو الفاصوليا في قدر موضوع على موقد يشتغل بغاز الميثان ناره زرقاء. لم تنضج الفاصوليا بعد مدة، فأضافت خميرة الحلوى. وطلبت من ابنتها تسخين الماء بالموقد الثاني الذي يشتغل بغاز البوتان، فلاحظت رقية أن لهبه أصفر وأن القدر تلطخ بطبقة سوداء. فحذرتها أمها من خطر هذا الاحتراق لأنه ينتج غازا قاتلا.

السؤال 1: ما سبب إضافة الخميرة؟

لتسريع نضج الفاصوليا. فالخميرة تلعب دور وسيط كيميائي يسرع التفاعل، دون أن تغير حصيلة التحول.

السؤال 2: ما نوع الاحتراقين؟ علل

التعليل: اللهب الأزرق يدل على وفرة ثنائي الأكسجين، فيحترق الوقود كليا وينتج ثنائي أكسيد الكربون وبخار الماء. أما اللهب الأصفر فيدل على نقص ثنائي الأكسجين، فيتشكل الكربون (السخام الأسود) وأول أكسيد الكربون ⁦CO⁩ السام.

السؤال 3: اكتب معادلة الاحتراق التام للميثان

⁦CH4 + 2 O2 ← CO2 + 2 H2O⁩

التحقق: كربون ⁦1⁩ و⁦1⁩، هيدروجين ⁦4⁩ و⁦4⁩، أكسجين ⁦4⁩ و⁦4⁩.

السؤال 4: ما الغاز القاتل؟ وكيف نتجنبه؟

الغاز هو أول أكسيد الكربون ⁦CO⁩، وهو غاز عديم اللون والرائحة يتثبت على الدم بدل الأكسجين ويسبب الاختناق.

نصائح الوقاية:

1. تهوية المطبخ وعدم سد منافذ الهواء.
2. ضبط الموقد حتى يكون اللهب أزرق.
3. صيانة أجهزة التدفئة والسخانات دوريا.
4. عدم استعمال المدفأة في غرفة مغلقة أثناء النوم.
5. تركيب كاشف للغاز إن أمكن.

ملخص الفرق بين الاحتراق التام وغير التام

أخطاء شائعة

• القول إن التحليل الكهربائي للماء تحول فيزيائي.
• الخلط بين كشف ⁦H2⁩ (فرقعة) و⁦O2⁩ (زيادة اللهب).
• موازنة المعادلة بتغيير الصيغة بدل وضع معامل.
• نسيان الحالة الفيزيائية في المعادلة.
• القول إن الصودا تتفاعل.
• اعتبار لون اللهب الأصفر علامة احتراق تام.

نصائح

• اقرأ المعطيات كلها وضع خطا تحت الكلمات المفتاحية (زرقاء، سوداء، أصفر).
• اتبع طريقة أستاذك في كتابة الجدول والمعادلة.
• راجع الموازنة بعد الذرات لا بالنظر.

الشرح المصوّر

لمن يفضل المتابعة بالصوت والصورة، يقدم الأستاذ محيي الدين أمين في فيديو «فرض الفصل الأول في الفيزياء للسنة الثالثة متوسط مع الحل النموذجي» هذا النموذج، ضمن سلسلة الـ100 فرض.