سوال ۸۶ شیمی کنکور تجربی ۱۴۰۲ نوبت دوم با پاسخ تشریحی

گام اول: موازنهٔ واکنش

برای محاسبهٔ مقدار نظری فراورده، ابتدا باید معادلهٔ واکنش موازنه شود:

$\mathrm{2NaCl(s)+MnO_2(s)+3H_2SO_4(aq)\rightarrow 2NaHSO_4(aq)+MnSO_4(aq)+2H_2O(l)+Cl_2(g)}$

بنابراین نسبت مولی سولفوریک اسید به منگنز سولفات برابر با $3:1$ است. نکتهٔ مهم این است که سولفاتِ اسید فقط وارد منگنز سولفات نمی‌شود، بلکه در سدیم هیدروژن سولفات نیز حضور دارد.

گام دوم: محاسبهٔ مقدار اسید

حجم محلول را به لیتر تبدیل می‌کنیم و از رابطهٔ غلظت مولی استفاده می‌کنیم:

$V=150\,\mathrm{mL}=0.150\,\mathrm{L}$

$n(\mathrm{H_2SO_4})=CV=(4\,\mathrm{mol\,L^{-1}})(0.150\,\mathrm{L})=0.600\,\mathrm{mol}$

گام سوم: محاسبهٔ جرم نظری فراورده

طبق نسبت ضرایب در معادلهٔ موازنه‌شده:

$n_{\text{نظری}}(\mathrm{MnSO_4})=0.600\,\mathrm{mol}\times\frac{1}{3}=0.200\,\mathrm{mol}$

جرم مولی منگنز سولفات از مجموع جرم‌های مولی اتم‌های آن به دست می‌آید:

$M(\mathrm{MnSO_4})=55+32+4(16)=151\,\mathrm{g\,mol^{-1}}$

پس جرم نظری برابر است با:

$m_{\text{نظری}}=nM=(0.200\,\mathrm{mol})(151\,\mathrm{g\,mol^{-1}})=30.2\,\mathrm{g}$

گام چهارم: محاسبهٔ بازده درصدی

در کتاب، مقدار فراورده‌ای که از محاسبات استوکیومتری انتظار داریم «مقدار نظری» و مقدار به‌دست‌آمده در عمل «مقدار عملی» نامیده می‌شود. بازده درصدی از نسبت مقدار عملی به مقدار نظری محاسبه می‌شود (شیمی ۲، صفحه‌های ۲۳–۲۴).

$\text{بازده درصدی}=\frac{m_{\text{عملی}}}{m_{\text{نظری}}}\times100$

با جای‌گذاری جرم عملی داده‌شده در سؤال:

$\text{بازده درصدی}=\frac{22.65\,\mathrm{g}}{30.2\,\mathrm{g}}\times100=75\%$

پاسخ: گزینهٔ ۳