آموزش مبحث ترمودینامیک در شیمی کنکور

مقدمه

یکی از فصل‌های مهم شیمی کنکور، ترمودینامیک است. در این مبحث شما یاد می‌گیرید که واکنش‌های شیمیایی چگونه با تبادل انرژی همراه هستند. طراحان کنکور معمولاً سوالات این بخش را به‌صورت ترکیبی با استوکیومتری و مسائل محاسباتی مطرح می‌کنند. پس اگر به دنبال درصد بالا در شیمی هستید، باید روی این مبحث تسلط کامل داشته باشید.

مفاهیم پایه ترمودینامیک

• سیستم: بخشی از جهان که بررسی می‌کنیم (مثلاً ظرف واکنش).

• محیط: بقیهٔ جهان خارج از سیستم.

• انرژی داخلی (U): مجموع انرژی‌های جنبشی و پتانسیل ذرات.

• آنتالپی (H): انرژی گرمایی یک سیستم در فشار ثابت.

واکنش‌های گرماده و گرماگیر

• گرماده (Exothermic): واکنش‌هایی که گرما آزاد می‌کنند → ΔH منفی است.
  🔹 مثال: سوختن متان CH4+2O2→CO2+2H2O+انرژیCH_4 + 2O_2 → CO_2 + 2H_2O + انرژیCH4​+2O2​→CO2​+2H2​O+انرژی

• گرماگیر (Endothermic): واکنش‌هایی که گرما جذب می‌کنند → ΔH مثبت است.
  🔹 مثال: تجزیه کلسیم کربنات CaCO3→CaO+CO2CaCO_3 → CaO + CO_2CaCO3​→CaO+CO2​

قانون هس

قانون هس می‌گوید:
اگر واکنشی در چند مرحله انجام شود، تغییر آنتالپی کل برابر مجموع تغییر آنتالپی‌های مراحل است.

ΔHکل=ΣΔHمرحله‌هاΔH_{کل} = Σ ΔH_{مرحله‌ها}ΔHکل​=ΣΔHمرحله‌ها​

🔹 مثال:
اگر داشته باشیم:

1. C+O2→CO2C + O_2 → CO_2C+O2​→CO2​ ΔH = –394

2. 2CO+O2→2CO22CO + O_2 → 2CO_22CO+O2​→2CO2​ ΔH = –566

با ترکیب این واکنش‌ها می‌توان ΔH واکنش C+1/2O2→COC + 1/2 O_2 → COC+1/2O2​→CO را به دست آورد.

آنتالپی استاندارد تشکیل

ΔH_f^⦵

انرژی لازم برای تشکیل یک مول ماده از عناصر در حالت استاندارد.

🔹 مثال:
تشکیل H2O(l)H_2O(l)H2​O(l) از H₂ و O₂ → ΔH°f = –285 kJ/mol

محاسبه ΔH واکنش با آنتالپی‌های تشکیل

ΔH_{واکنش} = Σ ΔH_f^⦵ (محصولات) – Σ ΔH_f^⦵ (واکنش‌دهنده‌ها)

🔹 مثال:
واکنش CH4+2O2→CO2+2H2OCH_4 + 2O_2 → CO_2 + 2H_2OCH4​+2O2​→CO2​+2H2​O
اگر داده‌ها:

• ΔHf (CH₄) = –75

• ΔHf (CO₂) = –394

• ΔHf (H₂O) = –285
  → ΔH واکنش = [–394 + 2(–285)] – [–75] = –889 kJ

ظرفیت گرمایی و گرمای ویژه

• ظرفیت گرمایی (C): مقدار گرمای لازم برای افزایش دمای یک جسم به اندازه ۱ درجه.

• گرمای ویژه (c): مقدار گرمای لازم برای افزایش دمای ۱ گرم ماده به اندازه ۱ درجه.

فرمول:

$$Q=mc\Delta T$$

تمرین‌های تستی

تست ۱ – قانون هس

اگر ΔH واکنش A + B → C برابر –200 باشد و ΔH واکنش C → D برابر –100 باشد، ΔH واکنش A + B → D چند است؟

$$–200+(–100)=–300$$

تست ۲ – آنتالپی تشکیل

اگر ΔHf (CO₂) = –394 و ΔHf (H₂O) = –286 باشد، ΔH واکنش H2+1/2O2→H2OH₂ + 1/2 O₂ → H₂OH2​+1/2O2​→H2​O چند است؟

$$\Delta H=–286kJ/mol$$

تست ۳ – گرمای ویژه

۵۰ گرم آب با c = 4.18 J/g°C از ۲۰ به ۳۰ درجه برسد، Q چند است؟

$$Q=mc\Delta T=50\times 4.18\times 10=2090J$$

تکنیک‌های تست‌زنی ترمودینامیک

1. همیشه علامت ΔH (مثبت یا منفی) را بررسی کنید.

2. در قانون هس، واکنش را طوری بچرخانید که مواد هم‌جهت شوند.

3. در مسائل ظرفیت گرمایی، یادتان باشد جرم و ΔT را دقیق بنویسید.

4. اعداد بزرگ را گرد کنید تا سرعت بیشتر شود.

5. اگر تست ترکیبی بود (استوکیومتری + ترمودینامیک)، ابتدا مول‌ها را حساب کنید.

اشتباهات رایج داوطلبان

• فراموش کردن تغییر علامت ΔH هنگام برعکس کردن واکنش.

• قاطی کردن جرم با تعداد مول در محاسبات گرما.

• استفاده از داده‌های ناقص بدون توجه به شرایط استاندارد.

• صرف وقت زیاد روی محاسبات به‌جای تقریب و تکنیک تستی.

منابع پیشنهادی

• کتاب درسی شیمی دهم و یازدهم (فصل انرژی و ترمودینامیک).

• کتاب تست تاک قلم چی برای تمرین مسائل قانون هس.

• آزمون‌های آزمایشی قلم‌چی برای تقویت سرعت و دقت.

جمع‌بندی

مبحث ترمودینامیک در شیمی کنکور پر از مفاهیم مهم مثل آنتالپی، قانون هس و واکنش‌های گرماده/گرماگیر است. با تمرین فرمول‌ها و تکنیک‌های تست‌زنی می‌توانید این بخش را سریع و دقیق حل کنید. یادتان باشد تسلط بر ترمودینامیک نه‌تنها برای تست‌های مستقیم، بلکه برای سوالات ترکیبی هم بسیار حیاتی است.

برای ثبت نام آزمون قلم چی کلیک کنید

برای مشاوره رایگان آزمون قلم چی کلیک کنید