سوال ۱۰۰ شیمی کنکور ریاضی ۱۴۰۲ نوبت دوم با پاسخ تشریحی

ابتدا معادله را با روش نیم‌واکنش موازنه می‌کنیم، سپس چهار گزاره را بررسی می‌کنیم.

گام اول: نوشتن و موازنهٔ نیم‌واکنش‌ها
طبق تعریف کتاب، گرفتن الکترون کاهش و از دست دادن آن اکسایش است؛ هر نیم‌واکنش نیز باید هم از نظر تعداد اتم‌ها و هم از نظر بار موازنه باشد (شیمی ۳، صفحهٔ ۴۰).

نیم‌واکنش کاهش به صورت زیر است:
$\mathrm{AuI_4^-(aq)+3e^-\rightarrow Au(s)+4I^-(aq)}$
در این نیم‌واکنش، بار کل هر طرف برابر $-4$ است.

نیم‌واکنش اکسایش مس:
$\mathrm{Cu(s)\rightarrow Cu^{2+}(aq)+2e^-}$

برای یکسان‌شدن تعداد الکترون‌های گرفته‌شده و ازدست‌رفته، نیم‌واکنش کاهش را در $2$ و نیم‌واکنش اکسایش را در $3$ ضرب می‌کنیم:
$\mathrm{2AuI_4^-(aq)+6e^-\rightarrow 2Au(s)+8I^-(aq)}$
$\mathrm{3Cu(s)\rightarrow 3Cu^{2+}(aq)+6e^-}$

با جمع‌کردن نیم‌واکنش‌ها و حذف الکترون‌ها، معادلهٔ نهایی به دست می‌آید؛ این همان روش مطرح‌شده در کتاب است (شیمی ۳، صفحهٔ ۴۲):
$\boxed{\mathrm{2AuI_4^-(aq)+3Cu(s)\rightarrow 2Au(s)+3Cu^{2+}(aq)+8I^-(aq)}}$

گام دوم: بررسی طبیعی‌بودن واکنش
پتانسیل‌های داده‌شده، پتانسیل کاهش هستند؛ در جدول کتاب نیز نیم‌واکنش‌ها به شکل کاهش نوشته می‌شوند و پتانسیل کاهش بیشتر با قدرت اکسندگی بیشتر ارتباط دارد (شیمی ۳، صفحه‌های ۴۶–۴۷).

در جهت نوشته‌شده، یون حاوی طلا کاهش و مس اکسایش می‌یابد؛ بنابراین:
$E^\circ_{\text{سلول}}=E^\circ_{\text{کاتد}}-E^\circ_{\text{آند}}=(+0.56)-(+0.34)=+0.22\,\mathrm{V}$

مثبت‌بودن پتانسیل سلول نشان می‌دهد واکنش در شرایط استاندارد در جهت نوشته‌شده به‌طور طبیعی پیش می‌رود. پس گزارهٔ اول درست است. توجه کنید که با ضرب نیم‌واکنش‌ها در ضرایب موازنه، پتانسیل‌های آن‌ها در این ضرایب ضرب نمی‌شوند.

گام سوم: بررسی مقدار الکترون مبادله‌شده
در نیم‌واکنش‌های هم‌مقیاس، $6$ مول الکترون از مس به گونهٔ حاوی طلا منتقل می‌شود. الکترون‌های ازدست‌رفته و گرفته‌شده همان الکترون‌های مبادله‌شده‌اند و نباید با هم جمع شوند؛ پس گزارهٔ دوم درست است.

گام چهارم: شناسایی اکسنده
اکسنده گونه‌ای است که الکترون می‌گیرد و خود کاهش می‌یابد (شیمی ۳، صفحهٔ ۴۰). در اینجا یون $\mathrm{AuI_4^-}$ الکترون می‌گیرد؛ بنابراین این یون چنداتمی اکسندهٔ واکنش است و گزارهٔ سوم درست است.

گام پنجم: جمع ضرایب استوکیومتری
در معادلهٔ موازنه‌شده با کوچک‌ترین ضرایب صحیح، مجموع ضرایب همهٔ مواد برابر است با:
$2+3+2+3+8=18$
پس گزارهٔ چهارم نیز درست است.

در نتیجه، هر چهار گزاره درست‌اند.

پاسخ: گزینهٔ ۱