سوال ۹۰ شیمی کنکور تجربی ۱۴۰۴ نوبت دوم با پاسخ تشریحی

۱. تشخیص جزء واکنش‌دهنده
متان، $\mathrm{CH_4}$، هیدروکربنی سیرشده است و در این واکنش هیدروژن نمی‌گیرد؛ اما پروپین، $\mathrm{C_3H_4}$، پیوند سه‌گانه دارد و با افزودن هیدروژن به پروپان تبدیل می‌شود. در کتاب نیز واکنش افزایشی به‌عنوان راهی برای تبدیل پیوند چندگانه به فراوردهٔ سیرشده مطرح شده است (شیمی ۲، صفحه‌های ۴۱–۴۲).

معادلهٔ سیر شدن کامل پروپین چنین است:
$\mathrm{C_3H_4+2H_2\longrightarrow C_3H_8}$

جرم‌های مولی موردنیاز عبارت‌اند از:
$M(\mathrm{C_3H_4})=3(12)+4(1)=40\,\mathrm{g\,mol^{-1}}$
$M(\mathrm{CH_4})=12+4(1)=16\,\mathrm{g\,mol^{-1}}$
$M(\mathrm{H_2})=2\,\mathrm{g\,mol^{-1}}$

پس هر $40\,\mathrm{g}$ پروپین برای سیر شدن کامل، $4\,\mathrm{g}$ هیدروژن مصرف می‌کند. استفاده از نسبت ضرایب واکنش برای تبدیل مقدار مواد، همان روش محاسبات استوکیومتری کتاب است (شیمی ۲، صفحه‌های ۲۴–۲۵).

۲. محاسبهٔ جرم هیدروژن مصرف‌شده
افزایش جرم هیدروکربن‌ها ناشی از افزوده شدن هیدروژن است، نه افزایش جرم کل محتویات ظرف. چون هیدروژن کافی است و فراوردهٔ سیرشده تشکیل می‌شود، افزایش جرم نهایی همان بیشترین افزایش جرم بر اثر سیر شدن کامل است:
$\Delta m=m(\mathrm{H_2})=\frac{7.5}{100}\times32=2.4\,\mathrm{g}$

۳. به‌دست آوردن جرم هر هیدروکربن
از نسبت جرمی واکنش داریم:
$m(\mathrm{C_3H_4})=2.4\times\frac{40}{4}=24\,\mathrm{g}$

بنابراین جرم آغازی متان برابر است با:
$m(\mathrm{CH_4})=32-24=8\,\mathrm{g}$

۴. محاسبهٔ غلظت مولی آغازی متان
ابتدا مقدار متان را به مول تبدیل می‌کنیم:
$n(\mathrm{CH_4})=\frac{8}{16}=0.50\,\mathrm{mol}$

سپس آن را بر حجم ظرف تقسیم می‌کنیم:
$[\mathrm{CH_4}]_0=\frac{n(\mathrm{CH_4})}{V}=\frac{0.50}{2}=0.25\,\mathrm{mol\,L^{-1}}$

پاسخ: گزینهٔ ۲