سوال ۱۰۵ شیمی کنکور ریاضی ۱۴۰۳ نوبت دوم با پاسخ تشریحی

نکتهٔ اصلی سؤال، تفاوت میان «افزایش غلظت فراورده‌ها» و «جابه‌جایی تعادل در جهت رفت» است؛ افزایش غلظت لزوماً به معنای تولید مول‌های بیشتر نیست.

گام اول: بررسی کاهش حجم در واکنش $\mathrm{I}$

در واکنش
$\mathrm{CO(g)+H_2O(g)\rightleftharpoons CO_2(g)+H_2(g)}$
مجموع ضرایب گازی در سمت واکنش‌دهنده‌ها $1+1=2$ و در سمت فراورده‌ها نیز $1+1=2$ است. طبق کتاب، هنگامی که شمار مول‌های گازی دو سوی معادله برابر باشد، تغییر فشار بر اثر تغییر حجم در دمای ثابت، تعادل را جابه‌جا نمی‌کند (شیمی ۳، صفحهٔ ۱۰۷).

پس با کاهش حجم، شمار مول‌های هر ماده ثابت می‌ماند؛ اما طبق رابطهٔ
$c=\frac{n}{V}$
با کاهش $V$ و ثابت ماندن $n$، غلظت همهٔ مواد، از جمله هر دو فراورده، افزایش می‌یابد. بنابراین بخش اول گزینهٔ دوم درست است. توجه کنید که در اینجا غلظت فراورده‌ها افزایش می‌یابد، نه شمار مول‌های آنها.

گام دوم: بررسی کاهش دما در واکنش $\mathrm{II}$

چون برای واکنش دوم $\Delta H<0$ است، جهت رفت گرماده است و می‌توان اثر گرما را چنین نمایش داد:
$\mathrm{CO(g)+3H_2(g)\rightleftharpoons CH_4(g)+H_2O(g)}+\text{گرما}$

با کاهش دما، سامانه در جهت تولید گرما، یعنی جهت رفت، پیش می‌رود. در نتیجه فراورده‌های بیشتری تشکیل می‌شوند و غلظت آنها افزایش می‌یابد. این نتیجه با اصل لوشاتلیه و وابستگی اثر دما به گرماده یا گرماگیر بودن واکنش سازگار است (شیمی ۳، صفحه‌های ۱۰۷ تا ۱۰۸). پس بخش دوم گزینهٔ دوم نیز درست است.

بررسی سایر عبارت‌ها

• در گزینهٔ اول، واکنش $\mathrm{I}$ دارای $\Delta H>0$ و گرماگیر است؛ افزایش دما جهت رفت را تقویت می‌کند، نه اینکه غلظت فراورده‌ها را کاهش دهد. در واکنش $\mathrm{II}$ نیز افزایش حجم، تعادل را به سمت واکنش‌دهنده‌ها با مجموع ضرایب گازی $4$، در برابر $2$ در سمت فراورده‌ها، می‌برد (شیمی ۳، صفحه‌های ۱۰۶ تا ۱۰۸).
• در گزینهٔ سوم، افزودن $\mathrm{CO}$ باعث جابه‌جایی تعادل می‌شود، اما ثابت تعادل را تغییر نمی‌دهد؛ برای یک واکنش معین، تنها تغییر دما می‌تواند مقدار $K$ را تغییر دهد (شیمی ۳، صفحه‌های ۱۰۷ تا ۱۰۸).
• در گزینهٔ چهارم، کاهش فشار ناشی از افزایش حجم در واکنش $\mathrm{I}$، به دلیل برابری مجموع ضرایب گازی دو طرف، تعادل را جابه‌جا نمی‌کند؛ بنابراین ادعای جابه‌جایی در جهت برگشت نادرست است (شیمی ۳، صفحهٔ ۱۰۷).

پاسخ: گزینهٔ ۲