سوال ۲۷۰ · شیمی
کنکور تجربی ۱۳۹۹ · سوال ۲۷۰ · کلید رسمی سازمان سنجش
شیمی · شیمی ۳ · فصل ۴: شیمی، راهی به‌سوی آینده‌ای روشن‌تر
کدام گزینه، درست است؟
نمایش پاسخ و پاسخ تشریحی
پاسخ درست: گزینهٔ ۱ (کلید رسمی سازمان سنجش)
پاسخ تشریحی
برای بررسی گزینه‌ها باید سه مفهوم «انرژی فعال‌سازی»، «سرعت واکنش» و «گرمای واکنش» را از هم جدا کنیم.
گام اول: اثر افزایش دما بر سرعت واکنش
هر واکنش، چه گرماده و چه گرماگیر، برای آغاز شدن به انرژی فعال‌سازی نیاز دارد. با افزایش دما، شمار ذره‌هایی که انرژی کافی برای عبور از سد انرژی دارند افزایش می‌یابد؛ بنابراین در واحد زمان ذره‌های بیشتری به فراورده تبدیل می‌شوند و سرعت واکنش افزایش می‌یابد. پس عبارت گزینهٔ اول درست است (شیمی ۳، صفحهٔ ۹۶–۹۷).
گام دوم: بررسی نقش کاتالیزگر در واکنش هیدروژن و اکسیژن
واکنش هیدروژن با اکسیژن و تشکیل آب، گرماده است؛ اما در مثال کتاب، انجام انفجاری آن در مجاورت پلاتین مطرح می‌شود، نه گرد روی. بنابراین درست بودن بخش «گرماده» برای درست بودن کل گزینهٔ دوم کافی نیست.
گام سوم: تفاوت گرماده بودن و سریع بودن
گرماده بودن نشان می‌دهد که در واکنش انرژی آزاد می‌شود، نه اینکه واکنش حتماً سریع است. برای نمونه، سوختن متان نیز گرماده است، اما برای آغاز شدن به جرقه یا شعله نیاز دارد تا انرژی فعال‌سازی آن تأمین شود (شیمی ۳، صفحهٔ ۹۷). واکنش‌های حذف آلاینده‌های اگزوز نیز در دماهای پایین سرعت کافی ندارند؛ پس ادعای «سریع بودن در دماهای پایین» در گزینهٔ سوم نادرست است.
گام چهارم: تفاوت انرژی فعال‌سازی و تغییر آنتالپی
کاتالیزگر با فراهم کردن مسیری با انرژی فعال‌سازی کمتر، سرعت واکنش را افزایش می‌دهد؛ کاربرد آن برای دستیابی به سرعت مناسب در دماهای پایین‌تر در فرایند هابر نیز مطرح شده است (شیمی ۳، صفحهٔ ۱۰۸–۱۰۹). بااین‌حال، کاتالیزگر آنتالپی مواد آغازین و پایانی را تغییر نمی‌دهد. چون
است، کاهش باعث تغییر علامت نمی‌شود؛ بنابراین واکنش گرماگیر با افزودن کاتالیزگر به واکنش گرماده تبدیل نمی‌شود و گزینهٔ چهارم نادرست است.
پاسخ: گزینهٔ ۱
چرا گزینه‌های دیگر نادرست‌اند
- گزینهٔ ۲: ممکن است دانش‌آموز گرماده بودن واکنش هیدروژن با اکسیژن را بداند و نام مادهٔ افزوده‌شده را نادیده بگیرد. بخش نادرست گزینه «گرد روی» است؛ در مثال کتاب، کاتالیزگری که موجب انجام انفجاری این واکنش می‌شود، پلاتین است.
- گزینهٔ ۳: این گزینه از یک اشتباه رایج استفاده می‌کند: گرماده بودن را معادل سریع بودن می‌گیرد. واکنش‌های حذف آلاینده‌های اگزوز، با وجود گرماده بودن، در دماهای پایین سرعت کافی ندارند؛ زیرا عبور از سد انرژی فعال‌سازی همچنان ضروری است.
- گزینهٔ ۴: ممکن است دانش‌آموز کاهش انرژی فعال‌سازی را با کاهش تغییر آنتالپی واکنش اشتباه بگیرد. کاتالیزگر مسیر واکنش و را تغییر می‌دهد، اما اختلاف آنتالپی واکنش‌دهنده‌ها و فراورده‌ها و در نتیجه علامت را تغییر نمی‌دهد.
راهنمایی قدم‌به‌قدم (پیش از دیدن پاسخ)
- بخش «انرژی فعال‌سازی در واکنش‌های شیمیایی» را مرور کن و تفاوت «سرعت واکنش» با «گرماده یا گرماگیر بودن» را به یاد بیاور.
- برای آغاز هر دو نوع واکنش، عبور از سد انرژی لازم است. بررسی کن افزایش دما چه اثری بر شمار ذره‌های دارای انرژی کافی دارد.
- گرماده بودن به‌تنهایی نشانهٔ سریع بودن نیست و کاتالیزگر نیز علامت تغییر آنتالپی را عوض نمی‌کند. در عبارت مربوط به هیدروژن و اکسیژن هم نام فلز را با مثال کتاب تطبیق بده.