سوال ۲۶۹ · شیمی
کنکور تجربی ۱۴۰۰ · سوال ۲۶۹ · کلید رسمی سازمان سنجش
شیمی · شیمی ۳ · فصل ۴: شیمی، راهی به‌سوی آینده‌ای روشن‌تر
در یک واکنش گازی تعادلی در یک ظرف دربسته، با افزایش دمای سامانه یا اضافه کردن یک گاز بی‌اثر، درصد فراورده‌ها در مخلوط واکنش افزایش یابد، کدام مطلب درست است؟
نمایش پاسخ و پاسخ تشریحی
پاسخ درست: گزینهٔ ۲ (کلید رسمی سازمان سنجش)
پاسخ تشریحی
نخست اثر افزایش دما را بررسی می‌کنیم و سپس به نکتهٔ مهم صورت سؤال می‌پردازیم.
۱. تعیین نوع گرمایی واکنش
طبق اصل لوشاتلیه، افزایش دما تعادل را در جهت مصرف گرما جابه‌جا می‌کند. چون طبق سؤال با افزایش دما درصد فراورده‌ها افزایش می‌یابد، جهت رفت باید گرماگیر باشد؛ یعنی می‌توان نوشت:
بنابراین برای جهت رفت، است و گزینه‌های ۱ و ۴ کنار می‌روند (شیمی ۳، صفحه‌های ۱۰۷–۱۰۸).
۲. بررسی شرط مربوط به کاهش حجم
کاهش حجم در دمای ثابت، تعادل گازی را به سوی تعداد مول‌های گازی کمتر می‌برد. پس اگر مجموع ضرایب گازی فراورده‌ها کمتر از واکنش‌دهنده‌ها باشد، کاهش حجم موجب پیشرفت واکنش در جهت رفت می‌شود؛ این همان شرط لازم برای درست‌بودن بخش دوم گزینهٔ ۲ است (شیمی ۳، صفحه‌های ۱۰۶–۱۰۷). اگر مجموع ضرایب گازی دو طرف برابر باشد، تغییر حجم تعادل را جابه‌جا نمی‌کند (شیمی ۳، صفحهٔ ۱۰۷).
۳. اشکال علمی عبارت «اضافه کردن یک گاز بی‌اثر»
این عبارت، به‌تنهایی شرط بالا را ثابت نمی‌کند. افزودن گاز بی‌اثر در دما و حجم ثابت، غلظت و فشار جزئی گازهای شرکت‌کننده را تغییر نمی‌دهد؛ بنابراین تعادل جابه‌جا نمی‌شود. در دما و فشار ثابت نیز افزودن گاز بی‌اثر موجب افزایش حجم می‌شود و تعادل را به سوی تعداد مول‌های گازی بیشتر می‌برد، نه کمتر. همچنین اگر درصد فراورده‌ها نسبت به همهٔ گازهای ظرف تعریف شود، اثر رقیق‌شدن با گاز بی‌اثر نیز باید در نظر گرفته شود.
در نتیجه، صورت سؤال به شکل نوشته‌شده برای اثبات گزینهٔ اعلام‌شده کافی نیست. اگر منظور طراح به‌جای «اضافه کردن یک گاز بی‌اثر»، «کاهش حجم یا افزایش فشار ناشی از فشردن سامانه در دمای ثابت» بوده باشد، افزایش فراورده‌ها نشان می‌دهد سمت فراورده‌ها مول گازی کمتری دارد؛ در این صورت، همراه با گرماگیر بودن واکنش، گزینهٔ ۲ کاملاً درست خواهد بود. پس پاسخ کلید را باید با توجه به این اصلاح احتمالی پذیرفت، نه با نسبت‌دادن اثر فشردن سامانه به افزودن گاز بی‌اثر.
پاسخ: گزینهٔ ۲
چرا گزینه‌های دیگر نادرست‌اند
- گزینهٔ ۱: ممکن است دانش‌آموز افزایش دما را با افزایش سرعت واکنش اشتباه بگیرد و گرماده بودن را بپذیرد؛ اما افزایش سهم تعادلی فراورده‌ها با گرم‌کردن، نشان‌دهندهٔ گرماگیر بودن جهت رفت است.
- گزینهٔ ۳: بخش گرماگیر بودن درست است، اما بی‌اثر بودن تغییر حجم تنها هنگامی برقرار است که مجموع ضرایب گازی دو سوی معادله برابر باشد؛ چنین برابری‌ای از اطلاعات سؤال نتیجه نمی‌شود.
- گزینهٔ ۴: این گزینه ممکن است بر اثر خلط تغییر فشار با تغییر دما انتخاب شود؛ نه گرماده بودن با اثر ذکرشدهٔ افزایش دما سازگار است و نه کاهش فشار الزاماً دمای سامانه را افزایش می‌دهد.
راهنمایی قدم‌به‌قدم (پیش از دیدن پاسخ)
- اثر دما بر تعادل را به کمک اصل لوشاتلیه مرور کنید؛ افزایش سرعت واکنش با افزایش سهم تعادلی فراورده‌ها یکسان نیست.
- هنگام گرم‌کردن، تعادل به سمتی می‌رود که گرما را مصرف کند. از افزایش فراورده‌ها مشخص کنید گرما در کدام سوی معادلهٔ جهت رفت قرار می‌گیرد.
- برای بررسی بخش مربوط به فشار، مجموع ضرایب گازی دو سوی معادله را مقایسه کنید؛ همچنین توجه کنید که افزودن گاز بی‌اثر، بدون مشخص بودن ثابت‌بودن حجم یا فشار، معادل فشردن سامانه نیست.