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 ۹۸ شیمی کنکور ریاضی ۱۴۰۴ نوبت دوم با پاسخ تشریحی

سوال ۹۸ 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 ۹۸ · شیمی

کنکور ریاضی ۱۴۰۴ نوبت دوم · سوال ۹۸ · کلید رسمی سازمان سنجش

شیمی · شیمی ۳ · فصل ۲: آسایش و رفاه در سایهٔ شیمی

با توجه به اطلاعات داده شده، کدام مورد دربارۀ سلول گالوانی استاندارد تشکیل‌شده از X\mathrm{X} و Y\mathrm{Y} درست است؟
X2++2e−→X\mathrm{X^{2+} + 2e^- \rightarrow X} , ∣E∘∣=0/4 V|E^\circ| = 0/4\,\mathrm{V} و Y2++2e−→Y\mathrm{Y^{2+} + 2e^- \rightarrow Y} , ∣E∘∣=0/34 V|E^\circ| = 0/34\,\mathrm{V}
ـ در سلول گالوانی استاندارد تشکیل‌شده از Y\mathrm{Y} و گاز هیدروژن، کاتیون‌های H+\mathrm{H^+}، به سمت نیم‌سلول Y\mathrm{Y} در حرکتند.
ـ محلول XCl2(aq)\mathrm{XCl_2(aq)} را می‌توان در ظرفی از جنس Y\mathrm{Y}، نگهداری کرد.

  1. گزینهٔ ۱: نیروی الکتروموتوری سلول، برابر 0/74 ولت است.
  2. گزینهٔ ۲: ۴ مول الکترون مبادله شده است و Y\mathrm{Y}، کاهنده است.
  3. گزینهٔ ۳: جهت جریان الکتریکی از الکترود Y\mathrm{Y} به سمت الکترود X\mathrm{X}، است.
  4. گزینهٔ ۴: قدرت اکسندگی X2+\mathrm{X^{2+}}، بیشتر از قدرت اکسندگی Y2+\mathrm{Y^{2+}}، است.
نمایش پاسخ و پاسخ تشریحی

پاسخ درست: گزینهٔ ۱ (کلید رسمی سازمان سنجش)

پاسخ تشریحی

نکتهٔ اصلی این است که صورت سؤال قدر مطلق پتانسیل‌های کاهشی را داده است؛ بنابراین ابتدا باید علامت آن‌ها را مشخص کنیم.

گام اول: تعیین علامت پتانسیل نیم‌سلول Y\mathrm{Y}
در سلول گالوانی، کاتیون‌ها به سوی کاتد حرکت می‌کنند. پس حرکت یون‌های H+\mathrm{H^+} به سوی نیم‌سلول Y\mathrm{Y} نشان می‌دهد که این نیم‌سلول کاتد است. پتانسیل کاهشی کاتد از آند بیشتر است و پتانسیل استاندارد الکترود هیدروژن نیز صفر تعریف می‌شود (شیمی ۳، صفحهٔ ۴۶–۴۸). بنابراین:
EY2+/Y∘>EH+/H2∘=0E^\circ_{\mathrm{Y^{2+}/Y}}>E^\circ_{\mathrm{H^+/H_2}}=0
پس:
EY2+/Y∘=+0.34 VE^\circ_{\mathrm{Y^{2+}/Y}}=+0.34\,\mathrm{V}

گام دوم: تعیین علامت پتانسیل نیم‌سلول X\mathrm{X}
نگهداری محلول XCl2(aq)\mathrm{XCl_2(aq)} در ظرفی از جنس Y\mathrm{Y} یعنی یون‌های X2+\mathrm{X^{2+}} نمی‌توانند فلز ظرف را به‌طور خودبه‌خودی اکسید کنند. بررسی امکان نگهداری محلول در ظرف فلزی بر همین مقایسهٔ پتانسیل‌های کاهشی استوار است (شیمی ۳، صفحهٔ ۶۴).

واکنش احتمالیِ خوردگی ظرف چنین است:
X2+(aq)+Y(s)→X(s)+Y2+(aq)\mathrm{X^{2+}(aq)+Y(s)\rightarrow X(s)+Y^{2+}(aq)}
اگر پتانسیل X\mathrm{X} مثبت بود، برای این واکنش داشتیم:
E∘=0.40−0.34=+0.06 VE^\circ=0.40-0.34=+0.06\,\mathrm{V}
در این صورت واکنش خودبه‌خودی بود و ظرف خورده می‌شد؛ برخلاف دادهٔ سؤال. پس علامت پتانسیل X\mathrm{X} منفی است:
EX2+/X∘=−0.40 VE^\circ_{\mathrm{X^{2+}/X}}=-0.40\,\mathrm{V}

گام سوم: تعیین آند و کاتد و محاسبهٔ نیروی الکتروموتوری
نیم‌سلول با پتانسیل کاهشی بیشتر، کاتد است؛ بنابراین Y\mathrm{Y} کاتد و X\mathrm{X} آند خواهد بود. نیم‌واکنش‌ها عبارت‌اند از:

آند: X(s)→X2+(aq)+2e−\mathrm{X(s)\rightarrow X^{2+}(aq)+2e^-}

کاتد: Y2+(aq)+2e−→Y(s)\mathrm{Y^{2+}(aq)+2e^-\rightarrow Y(s)}

واکنش کلی:
X(s)+Y2+(aq)→X2+(aq)+Y(s)\mathrm{X(s)+Y^{2+}(aq)\rightarrow X^{2+}(aq)+Y(s)}

رابطهٔ محاسبهٔ نیروی الکتروموتوری با استفاده از پتانسیل‌های کاهشی استاندارد چنین است (شیمی ۳، صفحهٔ ۴۸):
emf=Eکاتد∘−Eآند∘\mathrm{emf}=E^\circ_{\text{کاتد}}-E^\circ_{\text{آند}}
emf=(+0.34)−(−0.40)=0.74 V\mathrm{emf}=(+0.34)-(-0.40)=0.74\,\mathrm{V}
پس مقدار نیروی الکتروموتوریِ ذکرشده در گزینهٔ اول درست است.

بررسی سایر گزاره‌ها: در واکنش کلی، به‌ازای پیشرفت مولی واکنشِ نوشته‌شده، 22 مول الکترون مبادله می‌شود و X\mathrm{X} کاهنده است. همچنین پتانسیل کاهشی بالاترِ Y2+/Y\mathrm{Y^{2+}/Y} نشان می‌دهد که Y2+\mathrm{Y^{2+}} از X2+\mathrm{X^{2+}} اکسندهٔ قوی‌تری است (شیمی ۳، صفحهٔ ۴۶–۴۷).

دقت اصطلاحی دربارهٔ گزینهٔ سوم: الکترون‌ها در مدار خارجی از آند، یعنی X\mathrm{X}، به کاتد، یعنی Y\mathrm{Y}، حرکت می‌کنند. پاسخ تأییدشدهٔ سؤال بر این برداشت استوار است که منظور از «جهت جریان»، جهت جریان الکترون‌هاست؛ اما جهت قراردادی جریان الکتریکی برعکس، از Y\mathrm{Y} به X\mathrm{X} است. بنابراین اگر عبارت گزینهٔ سوم را به معنای دقیقِ جریان قراردادی بخوانیم، آن گزینه نیز درست است و صورت سؤال ابهام اصطلاحی دارد.

پاسخ: گزینهٔ ۱

چرا گزینه‌های دیگر نادرست‌اند

  • گزینهٔ ۲: این گزینه از جمع‌کردن تعداد الکترون‌های دو نیم‌واکنش به دست می‌آید؛ درحالی‌که همان 22 مول الکترونِ تولیدشده در آند، در کاتد مصرف می‌شود و نباید دوبار شمرده شود. همچنین Y2+\mathrm{Y^{2+}} اکسنده است و فلز Y\mathrm{Y} در واکنش سلول نقش کاهنده ندارد.
  • گزینهٔ ۳: در برداشت موردنظر سؤال از جریان، یعنی جریان الکترون‌ها، جهت حرکت از X\mathrm{X} به Y\mathrm{Y} است، نه برعکس. البته اگر «جریان الکتریکی» را به معنای جهت قراردادی جریان بگیریم، این گزینه نیز درست می‌شود؛ بنابراین عبارت گزینه از نظر اصطلاحی ابهام دارد.
  • گزینهٔ ۴: ممکن است دانش‌آموز بزرگی قدرمطلق پتانسیل را ملاک قدرت اکسندگی بگیرد؛ اما باید مقدار علامت‌دار پتانسیل کاهشی را مقایسه کرد. چون EY2+/Y∘>EX2+/X∘E^\circ_{\mathrm{Y^{2+}/Y}}>E^\circ_{\mathrm{X^{2+}/X}} است، یون Y2+\mathrm{Y^{2+}} اکسندهٔ قوی‌تری است.

راهنمایی قدم‌به‌قدم (پیش از دیدن پاسخ)

  1. قواعد جابه‌جایی یون‌ها در سلول گالوانی و مقایسهٔ پتانسیل کاهشی با الکترود استاندارد هیدروژن را به یاد بیاورید؛ کاتیون‌ها به سوی کاتد حرکت می‌کنند.
  2. از حرکت یون‌های H+\mathrm{H^+} به سوی نیم‌سلول Y\mathrm{Y}، نقش این نیم‌سلول و علامت پتانسیل آن را تعیین کنید. سپس توجه کنید که امکان نگهداری محلول در ظرف فلزی یعنی واکنش جابه‌جاییِ خورندهٔ ظرف خودبه‌خود انجام نمی‌شود.
  3. برای سالم‌ماندن ظرف باید EX2+/X∘<EY2+/Y∘E^\circ_{\mathrm{X^{2+}/X}}<E^\circ_{\mathrm{Y^{2+}/Y}} باشد. با انتخاب علامت سازگار با این شرط، پتانسیل کاتد را منهای پتانسیل آند کنید.

شیمی ۳ · فصل ۲: آسایش و رفاه در سایهٔ شیمی

سوال‌های رسمی دیگر کنکور تجربی از همین فصل:

فصل «آسایش و رفاه در سایهٔ شیمی» 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