سوال ۹۳ · شیمی
کنکور ریاضی ۱۴۰۲ نوبت دوم · سوال ۹۳ · کلید رسمی سازمان سنجش
شیمی · شیمی ۲ · فصل ۲: در پی غذای سالم
در موارد زیر، به‌ترتیب از چه راهکاری برای افزایش سرعت انجام واکنش استفاده شده است؟
«افزودن به محلول هیدروژن‌پراکسید برای تجزیهٔ آن، سوزاندن الیاف آهن در محفظهٔ اکسیژن، سوزاندن گرد آهن از طریق پاشیدن آن بر روی شعله»
نمایش پاسخ و پاسخ تشریحی
پاسخ درست: گزینهٔ ۴ (کلید رسمی سازمان سنجش)
پاسخ تشریحی
برای پاسخ، باید عامل افزایش سرعت را در هر مورد، به همان ترتیب صورت سؤال، تشخیص دهیم. کتاب افزایش دما، افزایش مقدار واکنش‌دهنده‌ها، افزایش سطح تماس و استفاده از کاتالیزگر را از راه‌های افزایش سرعت واکنش معرفی می‌کند (شیمی ۲، صفحهٔ ۸۲).
گام اول ـ افزودن یون یدید به محلول هیدروژن‌پراکسید:
یون در تجزیهٔ هیدروژن‌پراکسید نقش کاتالیزگر دارد؛ یعنی سرعت واکنش را افزایش می‌دهد، بدون آنکه در مجموع واکنش مصرف شود. بنابراین، افزودن این یون را نباید افزایش غلظت واکنش‌دهنده دانست؛ راهکار نخست «استفاده از کاتالیزگر» است.
گام دوم ـ سوزاندن الیاف آهن در محفظهٔ اکسیژن:
در محفظهٔ اکسیژن، نسبت به هوا و در شرایط یکسان دما و فشار، اکسیژن غلیظ‌تر است؛ در نتیجه اکسیژن بیشتری در واحد حجم در دسترس آهن قرار دارد و سوختن سریع‌تر انجام می‌شود. پس عامل موردنظر «افزایش غلظت واکنش‌دهنده» است. هرچند الیافی بودن آهن نیز سطح تماس زیادی ایجاد می‌کند، تأکید این مورد بر قرار گرفتن آن در محفظهٔ اکسیژن است.
گام سوم ـ سوزاندن گرد آهن با پاشیدن آن روی شعله:
با پاشیدن و پراکنده کردن گرد آهن، سطح بیشتری از ذرات با اکسیژن تماس پیدا می‌کند؛ بنابراین راهکار موردنظر «افزایش سطح تماس» است. کتاب نیز تفاوت میان داغ و سرخ شدن گرد آهن در کپسول چینی و سوختن آن هنگام پخش شدن روی شعله را مطرح کرده است (شیمی ۲، صفحهٔ ۸۲). پس صرف وجود شعله نباید ما را به انتخاب افزایش دما برساند؛ تغییر تعیین‌کننده در این مقایسه، پخش شدن ذرات است.
در نتیجه ترتیب درست عبارت است از: استفاده از کاتالیزگر، افزایش غلظت واکنش‌دهنده، افزایش سطح تماس.
پاسخ: گزینهٔ ۴
چرا گزینه‌های دیگر نادرست‌اند
- گزینهٔ ۱: ممکن است با دیدن «الیاف آهن» افزایش سطح تماس و با دیدن «شعله» افزایش دما را انتخاب کنید؛ اما در مورد دوم، محفظهٔ اکسیژن نشان‌دهندهٔ افزایش غلظت اکسیژن است و در مورد سوم، پخش شدن گرد آهن سطح تماس آن را با اکسیژن افزایش می‌دهد.
- گزینهٔ ۲: افزودن یون یدید ممکن است با افزایش غلظت واکنش‌دهنده اشتباه گرفته شود، اما این یون در تجزیهٔ هیدروژن‌پراکسید نقش کاتالیزگر دارد. همچنین عامل موردنظر در محفظهٔ اکسیژن، افزایش غلظت اکسیژن است، نه افزایش دما.
- گزینهٔ ۳: این گزینه از یک سو افزودن یون یدید را افزایش غلظت واکنش‌دهنده فرض می‌کند و از سوی دیگر، به ظاهر الیافی آهن و وجود شعله توجه می‌کند. درحالی‌که نقش یدید کاتالیزگری است و در دو مورد بعدی، به‌ترتیب غلظت اکسیژن و سطح تماس با آن افزایش یافته‌اند.
راهنمایی قدم‌به‌قدم (پیش از دیدن پاسخ)
- عوامل افزایش سرعت واکنش را در شیمی ۲، صفحهٔ ۸۲ مرور کنید؛ سپس در هر مورد مشخص کنید کدام ویژگیِ شرایط واکنش تغییر کرده است.
- هر ماده‌ای که به محیط واکنش افزوده می‌شود، لزوماً واکنش‌دهنده نیست؛ نقش یون یدید را بررسی کنید. همچنین اکسیژن خالص را از نظر غلظت اکسیژن با هوا مقایسه کنید.
- در مورد آخر، گرد آهن پیش از پاشیدن هم به صورت ذرات ریز است؛ پخش شدن این ذرات روی شعله، دسترسی اکسیژن به سطح آن‌ها را بیشتر می‌کند. اکنون این عامل را کنار عامل‌های دو مورد نخست قرار دهید.