دانشجو؟ ۵۰۰ هزار تومان هدیه همین حالادانشجو؟ با کارت دانشجویی یا ایمیل دانشگاهی ۵۰۰٬۰۰۰ تومان هدیه بگیر، و اگر دانشگاهت تا ۱۶ آذر به ۵۰ دانشجوی فعال برسد ۲ میلیون تومان دیگرجدول دانشگاه‌هادانشجو؟ ۵۰۰ هزار تومان هدیه همین حالادانشجو؟ با کارت دانشجویی یا ایمیل دانشگاهی ۵۰۰٬۰۰۰ تومان هدیه همین حالا، و ۲ میلیون تومان دیگر اگر دانشگاهت تا ۱۶ آذر به ۵۰ دانشجوی فعال برسدجدول دانشگاه‌ها
1xAi
کنکور ریاضی ۱۴۰۴ نوبت دوم · شیمی

سوال ۹۵ شیمی کنکور ریاضی ۱۴۰۴ نوبت دوم با پاسخ تشریحی

سوال ۹۵ دفترچهٔ اختصاصی کنکور ریاضی ۱۴۰۴ نوبت دوم، با کلید رسمی سازمان سنجش. پاسخ تشریحی، دلیل نادرستی گزینه‌های دیگر و راهنمایی‌ها را هوش مصنوعی 1xAi بر پایهٔ همین کلید و متن کتاب درسی نوشته است.

سوال ۹۵ · شیمی

کنکور ریاضی ۱۴۰۴ نوبت دوم · سوال ۹۵ · کلید رسمی سازمان سنجش

شیمی · شیمی ۳ · فصل ۱: مولکول‌ها در خدمت تندرستی

در یک دمای معیّن، درجۀ یونش اسید ضعیف HA\mathrm{HA}، برابر 0/1 و Ka=10−3K_a = 10^{-3} است، به ۲۵۰ میلی‌لیتر از محلول این اسید، چند میلی‌لیتر آب اضافه شود تا درجۀ یونش اسید، دو برابر شود؟

  1. گزینهٔ ۱: ۱۱۲۵
  2. گزینهٔ ۲: ۸۷۵
  3. گزینهٔ ۳: ۶۵۰
  4. گزینهٔ ۴: ۷۵۰
نمایش پاسخ و پاسخ تشریحی

پاسخ درست: گزینهٔ ۲ (کلید رسمی سازمان سنجش)

پاسخ تشریحی

گام اول: رابطۀ درجۀ یونش و ثابت یونش را بنویسیم.

طبق تعریف کتاب، درجۀ یونش نسبت مقدار اسید یونیده‌شده به مقدار کل اسید حل‌شده است و می‌توان آن را برحسب غلظت نیز بیان کرد (شیمی ۳، صفحه‌های ۱۸–۱۹). اگر غلظت اولیۀ اسید را CC بنامیم، برای تعادل

HA(aq)⇌H+(aq)+A−(aq)\mathrm{HA(aq)\rightleftharpoons H^+(aq)+A^-(aq)}

خواهیم داشت:

[H+]=[A−]=Cα[\mathrm{H^+}]=[\mathrm{A^-}]=C\alpha

[HA]=C(1−α)[\mathrm{HA}]=C(1-\alpha)

با استفاده از مفهوم ثابت یونش اسید ضعیف (شیمی ۳، صفحه‌های ۲۳–۲۴):

Ka=[H+][A−][HA]=Cα21−αK_a=\frac{[\mathrm{H^+}][\mathrm{A^-}]}{[\mathrm{HA}]}=\frac{C\alpha^2}{1-\alpha}

گام دوم: غلظت‌ها را پیش و پس از افزودن آب مقایسه کنیم.

درجۀ یونش اولیه و نهایی برابرند با:

α1=0.1,α2=2α1=0.2\alpha_1=0.1\qquad ,\qquad \alpha_2=2\alpha_1=0.2

چون دما ثابت است، ثابت یونش تغییر نمی‌کند؛ بنابراین:

C1α121−α1=C2α221−α2\frac{C_1\alpha_1^2}{1-\alpha_1}=\frac{C_2\alpha_2^2}{1-\alpha_2}

پس:

C1C2=(α2α1)21−α11−α2=(0.20.1)20.90.8=4.5\frac{C_1}{C_2}=\left(\frac{\alpha_2}{\alpha_1}\right)^2\frac{1-\alpha_1}{1-\alpha_2}=\left(\frac{0.2}{0.1}\right)^2\frac{0.9}{0.8}=4.5

در این روش، مقدار عددی Ka=10−3K_a=10^{-3} از دو طرف حذف می‌شود.

گام سوم: حجم آب افزوده‌شده را محاسبه کنیم.

با افزودن آب، مقدار کل اسید تغییر نمی‌کند؛ پس:

C1V1=C2V2⇒V2V1=C1C2=4.5C_1V_1=C_2V_2\quad\Rightarrow\quad\frac{V_2}{V_1}=\frac{C_1}{C_2}=4.5

بنابراین حجم نهایی محلول برابر است با:

V2=4.5×250=1125 mLV_2=4.5\times250=1125\,\mathrm{mL}

اما سؤال حجم آب افزوده‌شده را می‌خواهد، نه حجم نهایی محلول:

Vآب=V2−V1=1125−250=875 mLV_{\text{آب}}=V_2-V_1=1125-250=875\,\mathrm{mL}

نکتۀ مهم: در این سؤال باید عامل 1−α1-\alpha را نگه داشت؛ حذف آن و استفاده از تقریب اسید بسیار کم‌یونیده، پاسخ نادرستی می‌دهد.

پاسخ: گزینهٔ ۲

چرا گزینه‌های دیگر نادرست‌اند

  • گزینهٔ ۱: این مقدار، حجم نهایی محلول است، نه حجم آب افزوده‌شده. برای محاسبۀ حجم آب باید حجم اولیۀ محلول، یعنی 250 mL250\,\mathrm{mL}، از حجم نهایی کم شود.
  • گزینهٔ ۳: اگر در نسبت حجم‌ها عامل 1−α11-\alpha_1 را لحاظ کنید، اما عامل 1−α21-\alpha_2 را از مخرج جا بیندازید، به نسبت نادرست 4×0.9=3.64\times0.9=3.6 و سپس این گزینه می‌رسید. هر دو عامل باید در رابطۀ دقیق ثابت یونش حضور داشته باشند.
  • گزینهٔ ۴: این گزینه از تقریب Ka≈Cα2K_a\approx C\alpha^2 به دست می‌آید؛ با این تقریب، دو برابر شدن درجۀ یونش به معنای چهار برابر شدن حجم است. اما در این سؤال، به‌ویژه با درجۀ یونش نهایی 0.20.2، نمی‌توان عامل 1−α1-\alpha را برابر یک گرفت.

راهنمایی قدم‌به‌قدم (پیش از دیدن پاسخ)

  1. تعریف درجۀ یونش را در شیمی ۳، صفحه‌های ۱۸–۱۹، به یاد بیاورید: با استفاده از آن، غلظت تعادلی اسید یونیده‌نشده و یون‌های حاصل را برحسب غلظت اولیۀ اسید بنویسید.
  2. برای اسید تک‌پروتون‌دار، رابطۀ دقیق Ka=Cα21−αK_a=\frac{C\alpha^2}{1-\alpha} را به کار ببرید. چون دما ثابت است، مقدار ثابت یونش پیش و پس از رقیق‌سازی تغییر نمی‌کند.
  3. هنگام افزودن آب، مقدار کل اسید ثابت می‌ماند؛ پس C1V1=C2V2C_1V_1=C_2V_2. از رابطۀ V2V1=(α2α1)21−α11−α2\frac{V_2}{V_1}=\left(\frac{\alpha_2}{\alpha_1}\right)^2\frac{1-\alpha_1}{1-\alpha_2} استفاده کنید و در پایان حجم اولیه را از حجم نهایی کم کنید.

شیمی ۳ · فصل ۱: مولکول‌ها در خدمت تندرستی

سوال‌های رسمی دیگر کنکور تجربی از همین فصل:

فصل «مولکول‌ها در خدمت تندرستی» را در پنل یادگیری تمرین کن

در پنل یادگیری 1xAi سوال‌هایی مثل همین را جواب می‌دهی و جوابت ثبت می‌شود؛ پیش از دیدن پاسخ، سه راهنمایی پله‌پله داری و معلم هوشمند بی‌آن‌که جواب را لو بدهد کمکت می‌کند. تمرین و آزمون رایگان است؛ معلم هوشمند هم سهمیهٔ روزانهٔ رایگان دارد.

ساختن حساب رایگان است و بعد از ثبت‌نام مستقیم به همین بخش از پنل برمی‌گردی.

شیمی · ریاضی ۱۴۰۴ نوبت دوم