سوال ۸۵ شیمی کنکور ریاضی ۱۴۰۲ نوبت اول با پاسخ تشریحی

گام اول: مقدار نمک حاصل را به دست می‌آوریم.
با توجه به اینکه فراوردهٔ گازی هیدروژن است، واکنش آهن با سولفوریک اسید به صورت زیر نوشته می‌شود:
$\mathrm{Fe(s)+H_2SO_4(aq)\rightarrow FeSO_4(aq)+H_2(g)}$
در محاسبات استوکیومتری، نسبت مول مواد از ضرایب معادلهٔ موازنه‌شده تعیین می‌شود؛ همان روشی که در نمونهٔ حل‌شدهٔ کتاب برای تبدیل مقدار آهن به هیدروژن به کار رفته است (شیمی ۲، صفحه‌های ۲۴–۲۵). نسبت مولی اسید به آهن(II) سولفات در این واکنش $1:1$ است؛ بنابراین:
$n(\mathrm{FeSO_4})=n(\mathrm{H_2SO_4})=0.04\,\mathrm{mol}$

گام دوم: مقدار نظری رسوب را تعیین می‌کنیم.
در معادلهٔ داده‌شده، باریم سولفات با نماد حالت جامد مشخص شده و همان مادهٔ نامحلول موردنظر است:
$\mathrm{FeSO_4(aq)+Ba(NO_3)_2(aq)\rightarrow Fe(NO_3)_2(aq)+BaSO_4(s)}$
نسبت مولی آهن(II) سولفات به باریم سولفات نیز $1:1$ است؛ پس:
$n_{\text{نظری}}(\mathrm{BaSO_4})=0.04\,\mathrm{mol}$
جرم مولی باریم سولفات برابر است با:
$M(\mathrm{BaSO_4})=137+32+4\times16=233\,\mathrm{g\,mol^{-1}}$
بنابراین جرم نظری رسوب برابر می‌شود با:
$m_{\text{نظری}}=0.04\,\mathrm{mol}\times233\,\mathrm{g\,mol^{-1}}=9.32\,\mathrm{g}$

گام سوم: بازده واکنش را اعمال می‌کنیم.
کتاب در بحث دنیای واقعی واکنش‌ها توضیح می‌دهد که مقدار عملی فراورده می‌تواند از مقدار نظری کمتر باشد (شیمی ۲، صفحهٔ ۲۲). بازده درصدی، نسبت مقدار عملی به مقدار نظری، ضرب‌در صد است؛ در نتیجه:
$m_{\text{عملی}}=m_{\text{نظری}}\times\frac{\text{بازده درصدی}}{100}$
$m_{\text{عملی}}=9.32\times\frac{62.5}{100}=5.825\,\mathrm{g}$
پس جرم مادهٔ نامحلول تشکیل‌شده، یعنی باریم سولفات، $5.825\,\mathrm{g}$ است.

پاسخ: گزینهٔ ۱