سوال ۱۰۱ شیمی کنکور تجربی ۱۴۰۴ نوبت دوم با پاسخ تشریحی

۱. موازنهٔ واکنش و محاسبهٔ جرم مولی رسوب

صابون جامد، نمک سدیمی اسید چرب با فرمول عمومی $\mathrm{RCOONa}$ است (شیمی ۳، صفحه‌های ۵–۶). این صابون با یون منیزیم، رسوبی با دو یون کربوکسیلات تشکیل می‌دهد؛ معادلهٔ موازنه‌شدهٔ آن در کتاب نیز آمده است (شیمی ۳، صفحهٔ ۹):

$2\mathrm{RCOONa(aq)}+\mathrm{MgCl_2(aq)}\rightarrow\mathrm{(RCOO)_2Mg(s)}+2\mathrm{NaCl(aq)}$

پس از هر دو مول صابون، یک مول رسوب تشکیل می‌شود:

$n_{\text{رسوب}}=\frac{0.06}{2}=0.03\,\mathrm{mol}$

با استفاده از جرم رسوب، جرم مولی آن را به دست می‌آوریم:

$M_{\text{رسوب}}=\frac{17.7}{0.03}=590\,\mathrm{g\,mol^{-1}}$

۲. تعیین شمار کربن‌های صابون

چون زنجیر هیدروکربنی سیرشده است، اگر تعداد کربن‌های بخش $\mathrm{R}$ را $k$ بگیریم، فرمول آن $\mathrm{C_kH_{2k+1}}$ خواهد بود. بنابراین جرم مولی این بخش برابر است با:

$M_R=12k+(2k+1)=14k+1$

در رسوب، دو بخش $\mathrm{RCOO}$ و یک منیزیم وجود دارد. جرم مولی گروه $\mathrm{COO}$ نیز برابر $44\,\mathrm{g\,mol^{-1}}$ است؛ در نتیجه:

$2[(14k+1)+44]+24=590$

$28k+114=590\quad\Rightarrow\quad k=17$

این عدد فقط تعداد کربن‌های بخش هیدروکربنی است. با افزودن کربن گروه کربوکسیلات، شمار کل کربن‌های صابون می‌شود:

$N_C=k+1=18$

۳. محاسبهٔ مقدار کل یون‌های باقی‌مانده در محلول

یون‌های کربوکسیلات و منیزیم وارد رسوب می‌شوند، اما یون‌های سدیم و کلرید در محلول می‌مانند. مطابق معادلهٔ موازنه‌شده، از مصرف $0.06\,\mathrm{mol}$ صابون، مقدار $0.06\,\mathrm{mol}$ سدیم کلرید محلول حاصل می‌شود. سدیم کلرید در آب به دو نوع یون تفکیک می‌شود:

$\mathrm{NaCl(aq)\rightarrow Na^+(aq)+Cl^-(aq)}$

بنابراین:

$n_{\mathrm{Na^+}}=0.06\,\mathrm{mol},\qquad n_{\mathrm{Cl^-}}=0.06\,\mathrm{mol}$

$n_{\text{کل یون‌ها}}=0.06+0.06=0.12\,\mathrm{mol}$

نکته: در محاسبهٔ موردنظر گزینه‌ها، «مقدار کافی» به معنی مقدار لازم برای واکنش کامل در نظر گرفته شده است؛ اگر منیزیم کلرید اضافی در محلول باقی بماند، یون‌های اضافی آن نیز باید شمرده شوند و بدون دانستن مقدار اضافی، کل مول یون‌ها تعیین‌پذیر نیست.

پاسخ: گزینهٔ ۲