سوال ۱۰۰ شیمی کنکور تجربی ۱۴۰۵ با پاسخ تشریحی

۱. فلز اکسایش‌یافته را مشخص می‌کنیم.
در آهن گالوانیزه، پس از ایجاد خراش، روی اکسایش می‌یابد و از آهن محافظت می‌کند؛ اما در حلبی، آهن اکسایش می‌یابد و قلع محافظت می‌شود (شیمی ۳، صفحهٔ ۵۹). همچنین کاهنده، گونه‌ای است که با از دست دادن الکترون اکسایش می‌یابد؛ بنابراین فلز کاهنده در این دو فرایند، به‌ترتیب روی و آهن است (شیمی ۳، صفحه‌های ۴۰–۴۱).

۲. نسبت‌های مولی خوردگی را به دست می‌آوریم.
طبق فرض سؤال، هر دو فلز یون با بار $2+$ تشکیل می‌دهند:
$\mathrm{Zn\rightarrow Zn^{2+}+2e^-}$
$\mathrm{Fe\rightarrow Fe^{2+}+2e^-}$
نیم‌واکنش کاهش اکسیژن در محیط مرطوب نیز چنین است (شیمی ۳، صفحهٔ ۵۷):
$\mathrm{O_2+2H_2O+4e^-\rightarrow4OH^-}$
پس به‌ازای اکسایش هر مول فلز، دو مول الکترون مبادله می‌شود، دو مول یون هیدروکسید تشکیل می‌شود و نیم مول اکسیژن مصرف می‌شود. بنابراین:
$n(e^-)=n(\mathrm{OH^-})=2n(\text{فلز})$
$n(\mathrm{O_2})=\frac{1}{2}n(\text{فلز})$

۳. برای جرم برابر فلز خورده‌شده، کمیت‌ها را مقایسه می‌کنیم.
قدر مطلق کاهش جرم هر فلز را $m$ گرم در نظر می‌گیریم. با جرم‌های مولی داده‌شده داریم:
$n(\mathrm{Fe})=\frac{m}{56}\,\mathrm{mol}$
$n(\mathrm{Zn})=\frac{m}{65}\,\mathrm{mol}$
چون $56<65$، مول آهن اکسایش‌یافته در حلبی بیشتر است. در نتیجه، شمار مول‌های الکترون مبادله‌شده، شمار مول‌های یون هیدروکسید تشکیل‌شده و جرم اکسیژن مصرفی، همگی در خوردگی حلبی بیشترند؛ پس گزینه‌های ۲، ۳ و ۴ پاسخ نیستند.

۴. نسبت مطرح‌شده در گزینهٔ ۱ را محاسبه می‌کنیم.
جرم مولی اکسیژن مولکولی برابر $32\,\mathrm{g\,mol^{-1}}$ است. بنابراین، به‌ازای خوردگی یک مول فلز، جرم اکسیژن مصرفی برابر است با:
$m(\mathrm{O_2})=\frac{1}{2}\times32=16\,\mathrm{g}$
پس نسبت قدر مطلق تغییر جرم فلز کاهنده به جرم اکسیژن مصرفی در هر فرایند برابر است با:
$R_{\text{گالوانیزه}}=\frac{65}{16}$
$R_{\text{حلبی}}=\frac{56}{16}$
در نتیجه $R_{\text{حلبی}}<R_{\text{گالوانیزه}}$ و تنها نسبتِ بیان‌شده در گزینهٔ ۱ در خوردگی حلبی کمتر است.

پاسخ: گزینهٔ ۱