سوال ۹۴ شیمی کنکور تجربی ۱۴۰۲ نوبت اول با پاسخ تشریحی

گام اول ـ موازنهٔ واکنش

با قرار دادن ضریب یک برای هیدرازین، ضریب آب از موازنهٔ هیدروژن برابر دو می‌شود. سپس با موازنهٔ نیتروژن و اکسیژن داریم:

$2\mathrm{N_2O_4(g)}+\mathrm{N_2H_4(g)}\rightarrow6\mathrm{NO(g)}+2\mathrm{H_2O(g)}$

ضرایب معادلهٔ موازنه‌شده، نسبت مولی مواد را مشخص می‌کنند؛ در نمونهٔ حل‌شدهٔ کتاب نیز تبدیل مقدار مواد با همین نسبت‌ها انجام شده است (شیمی ۲، صفحه‌های ۲۳–۲۴).

گام دوم ـ محاسبهٔ جرم نمونهٔ ناخالص

برای تشکیل $0.15\,\mathrm{mol}$ نیتروژن مونوکسید، مقدار دی‌نیتروژن تتراکسید خالص لازم برابر است با:

$n(\mathrm{N_2O_4})=0.15\times\frac{2}{6}=0.050\,\mathrm{mol}$

جرم مولی این ماده:

$M(\mathrm{N_2O_4})=2(14)+4(16)=92\,\mathrm{g\,mol^{-1}}$

پس جرم خالص موردنیاز:

$m_{\text{خالص}}=0.050\times92=4.60\,\mathrm{g}$

در محاسبات نمونهٔ ناخالص، فقط سهم مادهٔ خالص در واکنش موردنظر شرکت می‌کند؛ اهمیت این موضوع در بحث «دنیای واقعی واکنش‌ها» و تمرین‌های خلوص کتاب مطرح شده است (شیمی ۲، صفحهٔ ۲۲ و صفحه‌های ۴۸–۴۹). بنابراین:

$\text{درصد خلوص}=\frac{m_{\text{خالص}}}{m_{\text{نمونه}}}\times100$

$m_{\text{نمونه}}=\frac{4.60}{0.80}=5.75\,\mathrm{g}$

گام سوم ـ محاسبهٔ تفاوت جرم آب و هیدرازین

از نسبت ضرایب معادله:

$n(\mathrm{H_2O})=0.15\times\frac{2}{6}=0.050\,\mathrm{mol}$

$n(\mathrm{N_2H_4})=0.15\times\frac{1}{6}=0.025\,\mathrm{mol}$

با جرم‌های مولی $M(\mathrm{H_2O})=18\,\mathrm{g\,mol^{-1}}$ و $M(\mathrm{N_2H_4})=32\,\mathrm{g\,mol^{-1}}$ داریم:

$m(\mathrm{H_2O})=0.050\times18=0.90\,\mathrm{g}$

$m(\mathrm{N_2H_4})=0.025\times32=0.80\,\mathrm{g}$

بنابراین جرم بخار آب تشکیل‌شده از جرم هیدرازین مصرف‌شده بیشتر است و تفاوت آن‌ها برابر است با:

$\Delta m=0.90-0.80=0.10\,\mathrm{g}$

پس به‌ترتیب، جرم نمونهٔ لازم و تفاوت جرم‌ها برابر $5.75\,\mathrm{g}$ و $0.10\,\mathrm{g}$ است.

پاسخ: گزینهٔ ۱