سوال ۱۰۵ شیمی کنکور تجربی ۱۴۰۵ با پاسخ تشریحی

برای بررسی گزینه‌ها، باید اثر «فشار»، «دما» و «کاتالیزگر» را از یکدیگر جدا کنیم.

۱. اثر افزایش فشار
تعادل تولید آمونیاک به صورت زیر است:
$\mathrm{N_2(g)+3H_2(g)\rightleftharpoons 2NH_3(g)}$
در سمت واکنش‌دهنده‌ها مجموع ضرایب گازی برابر $1+3=4$ و در سمت فراورده برابر $2$ است. افزایش فشار از راه کاهش حجم، در دمای ثابت، تعادل را به سمت تعداد مول گازی کمتر، یعنی به سمت تولید آمونیاک، جابه‌جا می‌کند. در نتیجه، آمونیاک تولید و نیتروژن و هیدروژن مصرف می‌شوند (شیمی ۳، صفحهٔ ۱۰۶ و ۱۰۷).
در مخلوط فرایند هابر، این تغییر باعث افزایش درصد مولی آمونیاک و کاهش درصد مولی دو واکنش‌دهنده می‌شود. نمودار کتاب نیز افزایش درصد مولی آمونیاک با افزایش فشار در دمای ثابت را تأیید می‌کند؛ بنابراین گزینهٔ ۲ درست است (شیمی ۳، صفحهٔ ۱۰۹–۱۱۰).

۲. اثر افزایش دما
واکنش تولید آمونیاک گرماده است؛ بنابراین افزایش دما تعادل را در جهت برگشت جابه‌جا می‌کند و درصد مولی آمونیاک را کاهش می‌دهد. پس افزایش سرعت واکنش در دمای بالاتر، به معنای افزایش مقدار تعادلی آمونیاک نیست و گزینهٔ ۱ نادرست است (شیمی ۳، صفحهٔ ۱۰۸–۱۰۹).

۳. اثر کاتالیزگر
کاتالیزگر با کاهش انرژی فعال‌سازی، سرعت واکنش‌های رفت و برگشت را افزایش می‌دهد و رسیدن به تعادل را سریع‌تر می‌کند؛ اما جایگاه تعادل و ترکیب مخلوط تعادلی را تغییر نمی‌دهد. در فرایند هابر، کاتالیزگر امکان انجام واکنش با سرعت مناسب در دمای پایین‌تر را فراهم می‌کند، نه اینکه خودش تعادل را جابه‌جا کند. پس گزینهٔ ۳ نیز نادرست است (شیمی ۳، صفحهٔ ۱۰۸–۱۰۹).

۴. جداسازی آمونیاک
نقطهٔ جوش آمونیاک، نیتروژن و هیدروژن به‌ترتیب $-33\,^\circ\mathrm{C}$، $-196\,^\circ\mathrm{C}$ و $-253\,^\circ\mathrm{C}$ است. پس نقطهٔ جوش آمونیاک بالاتر از دو گاز دیگر است، نه پایین‌تر؛ به همین دلیل با سردکردن مخلوط می‌توان آمونیاک را مایع و جدا کرد، درحالی‌که نیتروژن و هیدروژن همچنان گازی باشند. بنابراین گزینهٔ ۴ نادرست است (شیمی ۳، صفحهٔ ۱۰۹–۱۱۰).

پاسخ: گزینهٔ ۲