سوال ۱۰۳ شیمی کنکور تجربی ۱۴۰۳ نوبت دوم با پاسخ تشریحی

نکتهٔ ضروری: کلید اعلام‌شده، گزینهٔ ۲ است؛ اما با علامت $\Delta H<0$ در صورت سؤال، عبارت «الف» نیز درست است. بنابراین ابتدا عبارت‌ها را بر اساس داده‌های موجود بررسی می‌کنیم و سپس ناسازگاری سؤال با کلید را مشخص می‌کنیم.

۱) عبارت «الف»: درست، با فرض معمولِ ثابت بودن حجم ظرف
واکنش رفت گرماده است؛ بنابراین افزایش دما، تعادل را در جهت مصرف گرما، یعنی در جهت برگشت، جابه‌جا می‌کند. در نتیجه مقدار و غلظت $\mathrm{I_2}$ افزایش می‌یابد و چون این گاز بنفش است، مخلوط تیره‌تر می‌شود. کتاب نیز تأکید می‌کند که جهت اثر دما به گرماده یا گرماگیر بودن واکنش بستگی دارد (شیمی ۳، صفحه‌های ۱۰۷–۱۰۸). پس با دادهٔ فعلی، نمی‌توان «الف» را نادرست دانست.

۲) عبارت «ب»: نادرست
مجموع ضرایب گازی دو سوی واکنش برابر است:
$1+1=2$
بنابراین کاهش حجم در دمای ثابت، تعادل را جابه‌جا نمی‌کند و شمار مول هر ماده ثابت می‌ماند؛ این همان تعادلی است که کتاب برای بررسی تفاوت تغییر شمار مول و غلظت مطرح کرده است (شیمی ۳، صفحهٔ ۱۰۷). بااین‌حال، غلظت از رابطهٔ $c=\frac{n}{V}$ به دست می‌آید؛ پس با کاهش حجم از $10\,\mathrm{L}$ به $5\,\mathrm{L}$ داریم:
$[\mathrm{HI}]_{\text{جدید}}=\frac{10}{5}[\mathrm{HI}]_{\text{اولیه}}=2[\mathrm{HI}]_{\text{اولیه}}$
بنابراین غلظت ثابت نمی‌ماند، بلکه دو برابر می‌شود.

۳) عبارت «پ»: درست، به معنای برابر بودن مقدار افزایش غلظت‌ها
تزریق $\mathrm{HI}$ باعث می‌شود سامانه برای مصرف بخشی از فراوردهٔ افزوده‌شده، در جهت برگشت پیش برود. این نتیجه با اصل لوشاتلیه و اثر تغییر غلظت بر تعادل سازگار است (شیمی ۳، صفحه‌های ۱۰۷–۱۰۸). در واکنش برگشت:
$\mathrm{2HI\rightarrow H_2+I_2}$
به ازای تولید هر مول هیدروژن، یک مول ید نیز تولید می‌شود. چون حجم برای هر دو گاز یکسان است:
$\Delta[\mathrm{H_2}]=\Delta[\mathrm{I_2}]$
پس مقدار افزایش غلظت آن‌ها نسبت $1:1$ دارد. توجه کنید که این نتیجه لزوماً به معنای برابر بودن «درصد افزایش» نسبت به غلظت‌های اولیه نیست.

۴) عبارت «ت»: درست
با خارج کردن $0.1\,\mathrm{mol}$ از فراورده، تعادل به سمت راست جابه‌جا می‌شود تا بخشی از کاهش فراورده را جبران کند. اگر میزان پیشرفت واکنش رفت را $x\,\mathrm{mol}$ بگیریم، تغییر مولی مواد بر اثر واکنش چنین است:
$\Delta n(\mathrm{H_2})=-x,\qquad\Delta n(\mathrm{I_2})=-x,\qquad\Delta n(\mathrm{HI})=2x$
سامانه تمام فراوردهٔ خارج‌شده را جبران نمی‌کند؛ زیرا اگر مقدار $\mathrm{HI}$ دقیقاً به مقدار اولیه برگردد، درحالی‌که هر دو واکنش‌دهنده مصرف شده‌اند، نسبت $\frac{[\mathrm{HI}]^2}{[\mathrm{H_2}][\mathrm{I_2}]}$ از ثابت تعادل بزرگ‌تر خواهد شد و چنین حالتی تعادل نیست. بنابراین:
$0<2x<0.1\,\mathrm{mol}\quad\Rightarrow\quad 0<x<0.05\,\mathrm{mol}$
پس مقدار کاهش مولی هر واکنش‌دهنده حتی از $0.05\,\mathrm{mol}$ کمتر است و در نتیجه حتماً از $0.1\,\mathrm{mol}$ کمتر خواهد بود.

جمع‌بندی: «ب» نادرست و «پ» و «ت» درست‌اند؛ به همین دلیل کلید اعلام‌شده گزینهٔ ۲ است. بااین‌حال، با فرض متعارف ثابت بودن حجم و با علامت $\Delta H<0$، عبارت «الف» نیز درست است و سؤال به شکل فعلی پاسخ یکتا ندارد. اگر علامت آنتالپی در صورت سؤال $\Delta H>0$ بود، «الف» نادرست می‌شد و کلید اعلام‌شده بدون ناسازگاری به دست می‌آمد. عبارت پایانی زیر صرفاً مطابق کلید ارائه‌شده است.
پاسخ: گزینهٔ ۲