سوال ۲۲۶ شیمی کنکور تجربی ۱۴۰۱ با پاسخ تشریحی

۱. رابطهٔ محاسبهٔ آنتالپی واکنش

طبق روش آنتالپی پیوند، انرژی لازم برای شکستن پیوندهای واکنش‌دهنده‌ها را جمع می‌کنیم و انرژی آزادشده از تشکیل پیوندهای فراورده‌ها را از آن کم می‌کنیم (شیمی ۲، صفحه‌های ۶۸–۶۹):

$\Delta H=\sum E_{\text{پیوندهای شکسته‌شده}}-\sum E_{\text{پیوندهای تشکیل‌شده}}$

۲. معادله‌های سوختن کامل را برای یک مول سوخت می‌نویسیم.

در سوختن کامل هیدروکربن‌ها، کربن‌دی‌اکسید و آب تولید می‌شوند (شیمی ۲، صفحه‌های ۷۲–۷۳). در محاسبه با آنتالپی پیوند، مولکول‌ها را در حالت گازی در نظر می‌گیریم:

$\mathrm{C_4H_{10}(g)+\frac{13}{2}O_2(g)\rightarrow4CO_2(g)+5H_2O(g)}$

$\mathrm{C_2H_6(g)+\frac{7}{2}O_2(g)\rightarrow2CO_2(g)+3H_2O(g)}$

۳. آنتالپی سوختن بوتان را محاسبه می‌کنیم.

هر مولکول بوتان دارای ده پیوند $\mathrm{C-H}$ و سه پیوند $\mathrm{C-C}$ است. در فراورده‌ها نیز هشت پیوند $\mathrm{C=O}$ و ده پیوند $\mathrm{O-H}$ تشکیل می‌شود. بنابراین برای سوختن یک مول بوتان:

$\Delta H_{\mathrm{B}}=\left[10(414)+3(348)+\frac{13}{2}(495)\right]-\left[8(800)+10(463)\right]$

$\Delta H_{\mathrm{B}}=8401.5-11030=-2628.5\,\mathrm{kJ}$

۴. آنتالپی سوختن اتان را محاسبه می‌کنیم.

هر مولکول اتان شش پیوند $\mathrm{C-H}$ و یک پیوند $\mathrm{C-C}$ دارد. در فراورده‌ها چهار پیوند $\mathrm{C=O}$ و شش پیوند $\mathrm{O-H}$ تشکیل می‌شود. پس برای سوختن یک مول اتان:

$\Delta H_{\mathrm{E}}=\left[6(414)+348+\frac{7}{2}(495)\right]-\left[4(800)+6(463)\right]$

$\Delta H_{\mathrm{E}}=4564.5-5978=-1413.5\,\mathrm{kJ}$

۵. مقدار مادهٔ داده‌شده و تفاوت گرمای آزادشده را در نظر می‌گیریم.

آنتالپی سوختن برای یک مول ماده تعریف می‌شود؛ بنابراین برای مقدار $0.5\,\mathrm{mol}$، گرمای هر واکنش نصف می‌شود (شیمی ۲، صفحه‌های ۷۳–۷۴). علامت منفی، گرماده بودن واکنش را نشان می‌دهد و برای مقایسهٔ مقدار گرمای آزادشده، بزرگی آن را در نظر می‌گیریم (شیمی ۲، صفحه‌های ۶۶–۶۷):

$\Delta Q=0.5\left(2628.5-1413.5\right)=0.5(1215)=607.5\,\mathrm{kJ}$

پس سوختن مقدار داده‌شده از بوتان، به اندازهٔ $607.5\,\mathrm{kJ}$ گرمای بیشتری آزاد می‌کند.

پاسخ: گزینهٔ ۱