سوال ۱۰۳ · شیمی
کنکور ریاضی ۱۴۰۳ نوبت اول · سوال ۱۰۳ · کلید رسمی سازمان سنجش
شیمی · شیمی ۳ · فصل ۴: شیمی، راهی به‌سوی آینده‌ای روشن‌تر
کدام مورد، از شرایط افزایش میزان تولید آمونیاک در واحد زمان، طی فرایند هابر، نیست؟
نمایش پاسخ و پاسخ تشریحی
پاسخ درست: گزینهٔ ۳ (کلید رسمی سازمان سنجش)
پاسخ تشریحی
نکتهٔ اصلی سؤال، عبارت «تولید آمونیاک در واحد زمان» است؛ یعنی باید اثر عوامل بر سرعت تولید را نیز در نظر بگیریم، نه اینکه فقط مقدار آمونیاک در حالت تعادل را بررسی کنیم.
گام اول ـ معادلهٔ واکنش هابر را می‌نویسیم:
در سمت واکنش‌دهنده‌ها مجموع ضرایب گازها و در سمت فراورده‌ها است (شیمی ۳، صفحهٔ ۱۰۴).
گام دوم ـ اثر شرایط پیشنهادی را بررسی می‌کنیم:
- خارج کردن فراورده: با جداسازی آمونیاک، مقدار آن در مخلوط کاهش می‌یابد و مطابق اصل لوشاتلیه، تعادل در جهت تولید دوبارهٔ آن جابه‌جا می‌شود. پس خارج کردن آمونیاک به ادامهٔ تولید کمک می‌کند. اصل جابه‌جایی تعادل برای مقابله با تغییر غلظت در کتاب توضیح داده شده است (شیمی ۳، صفحهٔ ۱۰۶).
- استفاده از کاتالیزگر: کاتالیزگر سرعت واکنش را افزایش می‌دهد، هرچند جایگاه تعادل را تغییر نمی‌دهد. کتاب نیز بیان می‌کند که هابر با استفاده از کاتالیزگر توانست در دمای پایین‌تر به سرعت مناسب برسد؛ بنابراین این عامل برای افزایش تولید در واحد زمان مفید است (شیمی ۳، صفحه‌های ۱۰۸–۱۰۹).
- کاهش فشار: کاهش فشار، از راه افزایش حجم در دمای ثابت، تعادل را به سوی طرفی می‌برد که مجموع ضرایب گازی بیشتری دارد؛ در این واکنش، آن طرف واکنش‌دهنده‌ها هستند. بنابراین این تغییر به سود تولید آمونیاک نیست. کتاب نیز تصریح می‌کند که در دمای ثابت، افزایش فشار موجب افزایش درصد مولی آمونیاک می‌شود، نه کاهش فشار (شیمی ۳، صفحه‌های ۱۰۶ و ۱۰۹–۱۱۰).
- افزایش دما: واکنش تولید آمونیاک گرماده است؛ در نتیجه افزایش دما مقدار آمونیاک در مخلوط تعادلی را کاهش می‌دهد. بااین‌حال، افزایش دما سرعت واکنش را بیشتر می‌کند و از نظر تولید در واحد زمان اثر مساعد دارد. همین تفاوت میان سرعت و پیشرفت تعادلی، دلیل انتخاب دمای بهینه در فرایند هابر است (شیمی ۳، صفحه‌های ۱۰۸–۱۰۹).
پس از میان موارد داده‌شده، کاهش فشار شرط افزایش تولید آمونیاک در واحد زمان نیست.
پاسخ: گزینهٔ ۳
چرا گزینه‌های دیگر نادرست‌اند
- گزینهٔ ۱: ممکن است دانش‌آموز تصور کند خارج کردن آمونیاک، فقط مقدار فراوردهٔ موجود در ظرف را کم می‌کند. اما این کار تعادل را در جهت جبران آمونیاک خارج‌شده جابه‌جا می‌کند و به ادامهٔ تولید کمک می‌کند؛ بنابراین پاسخ پرسش نیست.
- گزینهٔ ۲: ممکن است دانش‌آموز چون کاتالیزگر ترکیب مخلوط تعادلی را تغییر نمی‌دهد، آن را بی‌اثر بداند. درحالی‌که پرسش دربارهٔ تولید در واحد زمان است و کاتالیزگر با افزایش سرعت واکنش، به تولید سریع‌تر آمونیاک کمک می‌کند.
- گزینهٔ ۴: چون واکنش تولید آمونیاک گرماده است، افزایش دما سهم آمونیاک را در مخلوط تعادلی کاهش می‌دهد و ممکن است دانش‌آموز این گزینه را انتخاب کند. اما افزایش دما سرعت واکنش را افزایش می‌دهد؛ نباید «مقدار فراورده در تعادل» را با «تولید در واحد زمان» یکسان دانست.
راهنمایی قدم‌به‌قدم (پیش از دیدن پاسخ)
- در توضیح فرایند هابر در شیمی ۳، صفحه‌های ۱۰۸ و ۱۰۹، به تفاوت اثر شرایط بر «سرعت واکنش» و «مقدار آمونیاک در تعادل» توجه کن.
- عبارت «در واحد زمان» اهمیت دارد: کاتالیزگر و بالابردن دما را از نظر سرعت بررسی کن، نه فقط از نظر ترکیب مخلوط تعادلی.
- معادلهٔ موازنه‌شدهٔ واکنش را بنویس و مجموع ضرایب مواد گازی را در دو طرف مقایسه کن؛ سپس با اصل لوشاتلیه مشخص کن کدام تغییرِ مطرح‌شده، تعادل را به سوی واکنش‌دهنده‌ها می‌برد.