سوال ۲۴۳ شیمی کنکور تجربی ۱۳۹۸ با پاسخ تشریحی

۱) موازنۀ واکنش
با برابر کردن شمار اتم‌های هر عنصر در دو طرف، داریم:
$\mathrm{N_2O_5(g)+H_2O(l)\rightarrow 2HNO_3(aq)}$
پس هر $1\,\mathrm{mol}$ دی‌نیتروژن پنتااکسید، $2\,\mathrm{mol}$ نیتریک اسید تولید می‌کند. استفاده از ضرایب معادلۀ موازنه‌شده برای تبدیل مقدار فراورده به واکنش‌دهنده، همان روش به‌کاررفته در نمونه‌های استوکیومتری کتاب است (شیمی ۲، صفحهٔ ۲۲).

۲) محاسبۀ مقدار نیتریک اسید
چون از تغییر حجم صرف‌نظر شده است، حجم محلول برابر $0.5\,\mathrm{L}$ است. از رابطۀ غلظت مولی داریم:
$n(\mathrm{HNO_3})=cV=(0.2\,\mathrm{mol\,L^{-1}})(0.5\,\mathrm{L})=0.10\,\mathrm{mol}$

۳) محاسبۀ جرم دی‌نیتروژن پنتااکسید خالص
با توجه به نسبت مولی واکنش:
$n(\mathrm{N_2O_5})=\frac{0.10}{2}=0.050\,\mathrm{mol}$
جرم مولی این ماده برابر است با:
$M(\mathrm{N_2O_5})=2(14)+5(16)=108\,\mathrm{g\,mol^{-1}}$
بنابراین جرم بخش خالص نمونه:
$m_{\text{خالص}}=nM=(0.050\,\mathrm{mol})(108\,\mathrm{g\,mol^{-1}})=5.4\,\mathrm{g}$

۴) محاسبۀ درصد خلوص
در مسائل خلوص، فقط بخش خالص نمونه در محاسبۀ استوکیومتری واکنش وارد می‌شود؛ این تمایز در مثال واکنش نمونۀ فولادی ناخالص با اسید نیز مطرح شده است (شیمی ۲، صفحه‌های ۲۳–۲۴). درصد خلوص، نسبت جرم مادۀ خالص به جرم کل نمونه، ضرب‌در صد است:
$\text{درصد خلوص}=\frac{m_{\text{خالص}}}{m_{\text{نمونه}}}\times100=\frac{5.4}{7.2}\times100=75\%$
در نتیجه، سه‌چهارم جرم نمونۀ اولیه را دی‌نیتروژن پنتااکسید خالص تشکیل می‌دهد.

پاسخ: گزینهٔ ۳