سوال ۲۴۲ شیمی کنکور تجربی ۱۳۹۸ با پاسخ تشریحی

ابتدا هر دو معادله را با کوچک‌ترین ضریب‌های طبیعی موازنه می‌کنیم. طبق قانون پایستگی جرم، شمار اتم‌های هر عنصر باید در دو سوی واکنش برابر باشد و هنگام موازنه فقط ضریب‌ها را تغییر می‌دهیم، نه زیروندهای فرمول‌ها را (شیمی ۱، صفحه‌های ۶۳–۶۵).

گام اول: موازنهٔ واکنش (آ)
با دادن ضریب $1$ به $\mathrm{TiCl_4}$، برای موازنهٔ کلر به $\mathrm{LiCl}$ ضریب $4$ می‌دهیم. سپس برای موازنهٔ لیتیم، ضریب $\mathrm{LiH}$ را $4$ قرار می‌دهیم. در نتیجه، چهار اتم هیدروژن در سمت چپ داریم و ضریب $\mathrm{H_2}$ برابر $2$ می‌شود:
$\mathrm{TiCl_4(l)+4LiH(s)\rightarrow Ti(s)+4LiCl(s)+2H_2(g)}$
مجموع ضریب‌های این معادله، با احتساب ضریب‌های یک، برابر است با:
$S_{\text{آ}}=1+4+1+4+2=12$

گام دوم: موازنهٔ واکنش (ب)
به $\mathrm{PCl_5}$ و $\mathrm{H_3PO_4}$ ضریب $1$ می‌دهیم. برای تأمین چهار اتم اکسیژن فراورده، ضریب آب باید $4$ باشد. همچنین، برای موازنهٔ کلر، ضریب $\mathrm{HCl}$ برابر $5$ می‌شود. در این حالت، هیدروژن نیز موازنه است:
$\mathrm{PCl_5(s)+4H_2O(l)\rightarrow 5HCl(g)+H_3PO_4(aq)}$
مجموع ضریب‌های این معادله برابر است با:
$S_{\text{ب}}=1+4+5+1=11$
پس داریم:
$S_{\text{آ}}>S_{\text{ب}}$
بنابراین، گزارهٔ گزینهٔ چهارم درست است. توجه کنید که ضریب یک معمولاً نوشته نمی‌شود، اما در محاسبهٔ مجموع ضریب‌ها باید منظور شود (شیمی ۱، صفحه‌های ۶۴–۶۵).

گام سوم: بررسی سایر گزاره‌ها

• گزینهٔ اول: واکنش (ب) هیدروژن کلرید و فسفریک اسید تولید می‌کند. هیدروژن کلرید در آب حل می‌شود و محیط را اسیدی می‌کند؛ بنابراین $\mathrm{pH}$ آب کاهش می‌یابد، نه افزایش.
• گزینهٔ دوم: در واکنش (آ)، عدد اکسایش تیتانیم از $+4$ به $0$ و عدد اکسایش هیدروژن در هیدرید لیتیم از $-1$ به $0$ تغییر می‌کند. اما در واکنش (ب)، عدد اکسایش فسفر $+5$، کلر $-1$، هیدروژن $+1$ و اکسیژن $-2$ باقی می‌ماند؛ پس هر دو واکنش با تغییر عدد اکسایش همراه نیستند.
• گزینهٔ سوم: ضریب‌های معادلهٔ موازنه‌شده، نسبت مولی مواد را نشان می‌دهند (شیمی ۱، صفحهٔ ۶۵). به‌ازای انجام هر واکنش مطابق ضریب‌های نوشته‌شده، در واکنش (آ) مقدار $2\,\mathrm{mol}$ گاز هیدروژن و در واکنش (ب) مقدار $5\,\mathrm{mol}$ گاز هیدروژن کلرید تولید می‌شود؛ پس این مقدارها برابر نیستند.

پاسخ: گزینهٔ ۴