سوال ۹۲ شیمی کنکور ریاضی ۱۴۰۵ با پاسخ تشریحی

گام اول ـ ارتباط گرما با مقدار فراورده

گرمای واکنش به مقدار مواد شرکت‌کننده وابسته است؛ بنابراین، با تغییر مقدار پیشرفت واکنش، گرمای آن نیز به همان نسبت تغییر می‌کند (شیمی ۲، صفحه‌های ۶۳–۶۴ و ۷۴–۷۵).

در معادلهٔ داده‌شده، به‌ازای تشکیل $4\,\mathrm{mol}$ از $\mathrm{HF}$، مقدار $820\,\mathrm{kJ}$ گرما آزاد می‌شود. علامت منفی $\Delta H$ نشان‌دهندهٔ گرماده بودن واکنش است؛ برای تناسب مقدار ماده با گرمای آزادشده، اندازهٔ گرما را به کار می‌بریم:

$\Delta n(\mathrm{HF})=205\,\mathrm{kJ}\times\dfrac{4\,\mathrm{mol}}{820\,\mathrm{kJ}}=1\,\mathrm{mol}$

گام دوم ـ محاسبهٔ افزایش غلظت فراورده

با توجه به حجم ثابت ظرف:

$\Delta[\mathrm{HF}]=\dfrac{\Delta n(\mathrm{HF})}{V}=\dfrac{1\,\mathrm{mol}}{4\,\mathrm{L}}=0.25\,\mathrm{mol\,L^{-1}}$

گام سوم ـ تبدیل زمان و محاسبهٔ سرعت متوسط تشکیل

زمان را به دقیقه تبدیل می‌کنیم:

$\Delta t=20\,\mathrm{s}\times\dfrac{1\,\mathrm{min}}{60\,\mathrm{s}}=\dfrac{1}{3}\,\mathrm{min}$

سرعت متوسط تشکیل فراورده برابر با افزایش غلظت آن در واحد زمان است:

$\overline{v}_{\mathrm{HF}}=\dfrac{\Delta[\mathrm{HF}]}{\Delta t}=\dfrac{0.25}{1/3}=0.75\,\mathrm{mol\,L^{-1}\,min^{-1}}$

نکته: سؤال «سرعت تشکیل $\mathrm{HF}$» را می‌خواهد، نه «سرعت واکنش»؛ پس مقدار به‌دست‌آمده را بر ضریب $4$ تقسیم نمی‌کنیم. کتاب نیز سرعت تولید یا مصرف هر ماده را از سرعت واکنش، که با تقسیم بر ضریب استوکیومتری به دست می‌آید، متمایز می‌کند (شیمی ۲، صفحه‌های ۹۲–۹۳).

پاسخ: گزینهٔ ۳