سوال ۲۵۳ شیمی کنکور تجربی ۱۳۹۸ با پاسخ تشریحی

برای محاسبه از قانون هس استفاده می‌کنیم: اگر چند واکنش را طوری ترکیب کنیم که حاصل آن‌ها واکنش هدف باشد، آنتالپی واکنش هدف نیز برابر مجموع آنتالپی همان واکنش‌های تغییریافته است. هنگام وارونه‌کردن یک واکنش، علامت آنتالپی عوض می‌شود و هنگام ضرب ضرایب در یک عدد، آنتالپی نیز در همان عدد ضرب می‌شود (شیمی ۲، صفحهٔ ۷۴ و تمرین‌های صفحهٔ ۷۶).

گام اول ـ تنظیم واکنش متان:
در واکنش هدف، ضریب متان برابر $2$ است؛ بنابراین واکنش دومِ داده‌شده را دو برابر می‌کنیم:
$2\mathrm{CH_4(g)}+4\mathrm{O_2(g)}\rightarrow2\mathrm{CO_2(g)}+4\mathrm{H_2O(l)}$
$\Delta H_a=2(-890)=-1780\,\mathrm{kJ}$

گام دوم ـ تنظیم واکنش اتان:
اتان باید با ضریب $1$ در سمت فراورده‌ها باشد؛ پس واکنش اول را وارونه و سپس نصف می‌کنیم:
$2\mathrm{CO_2(g)}+3\mathrm{H_2O(l)}\rightarrow\mathrm{C_2H_6(g)}+\frac{7}{2}\mathrm{O_2(g)}$
$\Delta H_b=-\frac{1}{2}(-3120)=+1560\,\mathrm{kJ}$

گام سوم ـ تنظیم واکنش هیدروژن:
هیدروژن نیز باید با ضریب $1$ در سمت فراورده‌ها باشد؛ پس واکنش سوم را وارونه و نصف می‌کنیم:
$\mathrm{H_2O(l)}\rightarrow\mathrm{H_2(g)}+\frac{1}{2}\mathrm{O_2(g)}$
$\Delta H_c=-\frac{1}{2}(-572)=+286\,\mathrm{kJ}$

گام چهارم ـ جمع‌کردن معادله‌ها:
با جمع سه معادله، $2\mathrm{CO_2(g)}$، $4\mathrm{H_2O(l)}$ و $4\mathrm{O_2(g)}$ از دو طرف حذف می‌شوند و دقیقاً واکنش هدف باقی می‌ماند:
$2\mathrm{CH_4(g)}\rightarrow\mathrm{C_2H_6(g)}+\mathrm{H_2(g)}$
یکسان‌بودن حالت فیزیکی مواد حذف‌شونده مهم است؛ در این سؤال آب در همهٔ معادله‌ها مایع است (شیمی ۲، صفحه‌های ۶۳–۶۴).

بنابراین:
$\Delta H=\Delta H_a+\Delta H_b+\Delta H_c=-1780+1560+286=+66\,\mathrm{kJ}$
علامت مثبت نشان می‌دهد واکنش هدف گرماگیر است.

پاسخ: گزینهٔ ۲