سوال ۱۰۵ · شیمی
کنکور ریاضی ۱۴۰۵ · سوال ۱۰۵ · کلید رسمی سازمان سنجش
شیمی · شیمی ۳ · فصل ۴: شیمی، راهی بهسوی آیندهای روشنتر
در دمای معیّن، تعادل گازی: ، با 0/1 مول از هر واکنشدهنده و 0/2 مول فراورده، در یک ظرف ۵ لیتری برقرار است. اگر با تزریق مقداری گاز به ظرف واکنش، ۵۰ درصد به غلظت آن اضافه شود، پس از برقراری تعادل جدید، غلظت مولی گاز ، کدام خواهد بود؟
نمایش پاسخ و پاسخ تشریحی
پاسخ درست: گزینهٔ ۴ (کلید رسمی سازمان سنجش)
پاسخ تشریحی
نکتهٔ ضروری دربارهٔ صورت سؤال: دادههای نوشتهشده با پاسخ تأییدشده سازگار نیستند. برای رسیدن به پاسخ تأییدشده باید مقدار اولیهٔ واکنشدهنده، یعنی ، برابر و مقدار اولیهٔ هر یک از فراوردهها برابر باشد؛ ظاهراً این دو مقدار در نقل سؤال جابهجا شدهاند. حل زیر با این اصلاح انجام میشود.
گام اول ـ محاسبهٔ غلظتهای تعادلی اولیه
با تقسیم شمار مول هر گاز بر حجم ظرف داریم:
بنابراین، برای واکنش :
گام دوم ـ بررسی اثر تزریق گاز
بلافاصله پس از تزریق، غلظت نیتروژن مونوکسید بهاندازهٔ افزایش مییابد:
در این لحظه غلظت دو فراورده هنوز تغییر نکرده است. مطابق اصل لوشاتلیه، تعادل به سمت راست جابهجا میشود تا بخشی از گاز افزودهشده مصرف شود؛ در عین حال، چون دما ثابت است، مقدار تغییر نمیکند (شیمی ۳، صفحهٔ ۱۰۵).
گام سوم ـ نوشتن غلظتهای تعادل جدید
اگر افزایش غلظت هر فراورده را بگیریم، بر اساس ضرایب واکنش، کاهش غلظت برابر خواهد بود:
با جایگذاری در رابطهٔ ثابت تعادل:
چون غلظتها مثبتاند، از دو طرف ریشهٔ مثبت میگیریم:
پس غلظت مولی نیتروژن در تعادل جدید برابر است با:
برای روشنشدن اشکال صورت سؤال: اگر متن را به معنای وجود اولیهٔ از و از هر فراورده بگیریم، محاسبهٔ مشابه غلظت نهایی نیتروژن را میدهد که در گزینهها نیست. بنابراین نتیجهٔ بالا وابسته به اصلاح ذکرشده است.
پاسخ: گزینهٔ ۴
چرا گزینههای دیگر نادرستاند
- گزینهٔ ۱: این انتخاب میتواند ناشی از مخلوطکردن شمار مول و غلظت مولی یا خطا در محاسبهٔ پیشرفت واکنش باشد. با دادههای سازگار با پاسخ تأییدشده، مقدار حتی از بیشترین غلظت ممکن نیتروژن، یعنی ، بیشتر است.
- گزینهٔ ۲: با دادههای سازگار با پاسخ تأییدشده، شمار مول نیتروژن در تعادل جدید میشود؛ بنابراین این انتخاب احتمالاً از گزارش شمار مول بهجای غلظت ناشی شده است. برای محاسبهٔ غلظت باید این مقدار را بر حجم تقسیم کرد.
- گزینهٔ ۳: این انتخاب میتواند از رعایتنکردن نسبت ضرایب در جدول تغییر غلظتها حاصل شود. بهازای افزایش در غلظت هر فراورده، غلظت باید بهاندازهٔ کاهش یابد؛ مقدار پیشنهادی این گزینه رابطهٔ ثابت تعادل را برقرار نمیکند.
راهنمایی قدمبهقدم (پیش از دیدن پاسخ)
- اصل لوشاتلیه و ثابتماندن ثابت تعادل در دمای ثابت را مرور کنید: افزودن واکنشدهنده، تعادل را به سمت مصرف بخشی از آن جابهجا میکند. پیش از محاسبه، توجه کنید که ظاهراً مقدارهای اولیهٔ واکنشدهنده و فراوردهها در متن سؤال جابهجا شدهاند.
- برای حل سازگار با پاسخ تأییدشده، مقدار اولیهٔ را و مقدار هر فراورده را بگیرید. ابتدا غلظتهای تعادلی اولیه و سپس را محاسبه کنید.
- پس از تزریق، غلظت برابر است. اگر غلظت هر فراورده بهاندازهٔ افزایش یابد، معادلهٔ تعادل جدید خواهد بود؛ از دو طرف ریشه بگیرید و سپس غلظت نیتروژن را به دست آورید.