سوال ۹۷ شیمی کنکور تجربی ۱۴۰۳ نوبت اول با پاسخ تشریحی

۱. معیار مقایسه را مشخص می‌کنیم.
در دما و غلظت آغازی یکسان و با فرض یکسان‌بودن قطعات منیزیم، محلولی که غلظت یون هیدرونیوم بیشتری دارد، با منیزیم سریع‌تر واکنش می‌دهد. معادلهٔ یونی واکنش چنین است:
$\mathrm{Mg(s)+2H_3O^+(aq)\rightarrow Mg^{2+}(aq)+H_2(g)+2H_2O(l)}$
خود را بیازمایید کتاب نیز مقایسهٔ سرعت واکنش منیزیم با اسیدها را به غلظت یون هیدرونیوم و ثابت یونش مرتبط می‌کند (شیمی ۳، صفحهٔ ۲۳–۲۴).

۲. قدرت اسیدی را با غلظت یون هیدرونیوم ارتباط می‌دهیم.
اسید قوی در آب تقریباً به‌طور کامل یونیده می‌شود، اما اسید ضعیف تنها تا اندازه‌ای یونش می‌یابد. بنابراین، در غلظت آغازی برابر، یک اسید قویِ تک‌پروتون‌دار معمولاً یون هیدرونیوم بیشتری از یک اسید ضعیف فراهم می‌کند؛ مقایسهٔ محلول‌های هیدروکلریک اسید و هیدروفلوئوریک اسید در کتاب نیز همین تفاوت را نشان می‌دهد (شیمی ۳، صفحهٔ ۱۷–۱۸). همچنین برای اسیدهای ضعیفِ تک‌پروتون‌دار در شرایط یکسان، ثابت یونش بزرگ‌تر به معنی غلظت بیشتر یون هیدرونیوم است.

۳. مقایسه‌ها را بررسی می‌کنیم.

• گزینهٔ ۱: طبق جدول کتاب، برای هیدروسیانیک اسید و فورمیک اسید به‌ترتیب داریم:

$K_a(\mathrm{HCN})=4.9\times10^{-10}$ و $K_a(\mathrm{HCOOH})=1.8\times10^{-4}$.
پس فورمیک اسید قوی‌تر است و ترتیب درست سرعت، $v(\mathrm{HCN})<v(\mathrm{HCOOH})$ خواهد بود (شیمی ۳، صفحهٔ ۲۳–۲۴).

• گزینهٔ ۲: کربنیک اسید با ثابت یونش نخستِ $4.5\times10^{-7}$ اسیدی ضعیف است، ولی هیدروکلریک اسید قوی است؛ بنابراین $v(\mathrm{H_2CO_3})<v(\mathrm{HCl})$ و مقایسهٔ داده‌شده نادرست است (شیمی ۳، صفحهٔ ۲۳–۲۴).

• گزینهٔ ۴: نیترو اسید با $K_a=4.5\times10^{-4}$ ضعیف است، اما هیدروبرمیک اسید قوی است؛ پس $v(\mathrm{HNO_2})<v(\mathrm{HBr})$ (شیمی ۳، صفحهٔ ۲۳–۲۴).

۴. نتیجه می‌گیریم.
با رد سه مقایسهٔ بالا، گزینهٔ ۳ باقی می‌ماند؛ برای حل تست نیازی به دانستن مقدار عددی ثابت یونش هیدروفلوئوریک اسید نداریم. هر دو اسیدِ این گزینه ضعیف‌اند، اما هیدروفلوئوریک اسید از استیک اسید قوی‌تر است و در غلظت آغازی یکسان، یون هیدرونیوم بیشتری فراهم می‌کند؛ بنابراین $v(\mathrm{HF})>v(\mathrm{CH_3COOH})$ درست است.

پاسخ: گزینهٔ ۳