سوال ۲۴۵ شیمی کنکور تجربی ۱۳۹۸ با پاسخ تشریحی

برای یافتن حجم گاز، مسیر «جرم سیلیسیم کاربید ← مول سیلیسیم کاربید ← مول گاز ← حجم گاز» را طی می‌کنیم.

گام اول: موازنهٔ واکنش
طبق قانون پایستگی اتم‌ها، تعداد اتم‌های هر عنصر باید در دو سوی واکنش برابر باشد (شیمی ۱، صفحه‌های ۶۳–۶۴). برای موازنهٔ اکسیژن، به کربن‌مونوکسید ضریب $2$ می‌دهیم. اکنون در سمت فراورده‌ها، یک اتم کربن در سیلیسیم کاربید و دو اتم کربن در کربن‌مونوکسید داریم؛ پس ضریب کربنِ واکنش‌دهنده باید $3$ باشد:
$\mathrm{SiO_2(s)+3C(s)\xrightarrow{\Delta}SiC(s)+2CO(g)}$
بنابراین گاز آلایندهٔ تولیدشده کربن‌مونوکسید است و به‌ازای تولید هر $1\,\mathrm{mol}$ سیلیسیم کاربید، $2\,\mathrm{mol}$ از این گاز تولید می‌شود. استفاده از ضرایب معادلهٔ موازنه‌شده به‌عنوان نسبت مولی، در شیمی ۱، صفحهٔ ۷۹، توضیح داده شده است.

گام دوم: تبدیل جرم سیلیسیم کاربید به مول
جرم مولی سیلیسیم کاربید برابر است با:
$M(\mathrm{SiC})=28+12=40\,\mathrm{g\,mol^{-1}}$
جرم داده‌شده را به گرم تبدیل می‌کنیم:
$1\,\mathrm{kg}=1000\,\mathrm{g}$
پس مقدار سیلیسیم کاربید تولیدشده برابر است با:
$n(\mathrm{SiC})=\frac{1000\,\mathrm{g}}{40\,\mathrm{g\,mol^{-1}}}=25\,\mathrm{mol}$

گام سوم: محاسبهٔ مول گاز تولیدشده
با استفاده از نسبت مولی معادله داریم:
$n(\mathrm{CO})=25\,\mathrm{mol\,SiC}\times\frac{2\,\mathrm{mol\,CO}}{1\,\mathrm{mol\,SiC}}=50\,\mathrm{mol\,CO}$

گام چهارم: تبدیل مول گاز به حجم
در شرایط $\mathrm{STP}$، هر مول گاز حجمی برابر با $22.4\,\mathrm{L}$ دارد (شیمی ۱، صفحهٔ ۸۰). بنابراین:
$V(\mathrm{CO})=50\,\mathrm{mol}\times22.4\,\mathrm{L\,mol^{-1}}=1120\,\mathrm{L}$
پس به‌ازای تولید هر کیلوگرم سیلیسیم کاربید، $1120\,\mathrm{L}$ گاز کربن‌مونوکسید در شرایط استاندارد تولید می‌شود.

پاسخ: گزینهٔ ۲