سوال ۹۲ شیمی کنکور تجربی ۱۴۰۲ نوبت اول با پاسخ تشریحی

۱. به‌دست‌آوردن واکنش کلی با قانون هس
طبق قانون هس، با جمع‌کردن مراحل یک واکنش، آنتالپی واکنش کلی نیز از جمع آنتالپی همان مراحل به دست می‌آید (شیمی ۲، صفحهٔ ۷۴–۷۵). دو معادله را بدون تغییر ضرایب جمع می‌کنیم:
$\mathrm{2H_2(g)+O_2(g)+CO_2(g)+2H_2O(g)\rightarrow 2H_2O(g)+CH_4(g)+2O_2(g)}$
آب گازی از دو طرف حذف می‌شود. همچنین با حذف مقدار مشترک اکسیژن، واکنش کلی چنین است:
$\mathrm{CO_2(g)+2H_2(g)\rightarrow CH_4(g)+O_2(g)}$

۲. نوشتن رابطهٔ آنتالپی پیوندها
همهٔ مواد این واکنش گازی‌اند؛ بنابراین می‌توان از داده‌های آنتالپی پیوند استفاده کرد. شکستن پیوندها انرژی می‌گیرد و تشکیل پیوندها انرژی آزاد می‌کند؛ پس داریم (شیمی ۲، صفحهٔ ۶۸–۷۰):
$\Delta H=\sum E_{\text{پیوندهای شکسته‌شده}}-\sum E_{\text{پیوندهای تشکیل‌شده}}$

۳. شمارش پیوندها و جای‌گذاری داده‌ها
در واکنش‌دهنده‌ها، هر مولکول کربن‌دی‌اکسید دو پیوند $\mathrm{C=O}$ دارد و هر مولکول هیدروژن دارای یک پیوند $\mathrm{H-H}$ است. بنابراین مجموع انرژی لازم برای شکستن پیوندها برابر است با:
$E_{\text{شکستن}}=2(790)+2(435)=2450\,\mathrm{kJ}$
در فراورده‌ها، متان چهار پیوند $\mathrm{C-H}$ و اکسیژن یک پیوند $\mathrm{O=O}$ دارد. مجموع انرژی آزادشده از تشکیل این پیوندها برابر است با:
$E_{\text{تشکیل}}=4(414)+494=2150\,\mathrm{kJ}$
آنتالپی پیوند $\mathrm{O-H}$ در محاسبهٔ مستقیم واکنش کلی لازم نیست؛ زیرا آب از معادلهٔ کلی حذف شده است.

۴. محاسبه و تفسیر نتیجه
$\Delta H=2450-2150=+300\,\mathrm{kJ}$
علامت مثبت نشان می‌دهد واکنش کلی گرماگیر است (شیمی ۲، صفحهٔ ۶۶–۶۷). چون ضرایب دو مرحله را تغییر نداده‌ایم، این مقدار نباید نصف شود.

پاسخ: گزینهٔ ۱