سوال ۷۸ شیمی کنکور تجربی ۱۴۰۵ با پاسخ تشریحی

نکتهٔ مهم: داده‌های فعلی سؤال با پاسخ تأییدشدهٔ گزینهٔ ۲ سازگار نیستند. محاسبه با غلظت داده‌شدهٔ $0.56\,\mathrm{mol\,L^{-1}}$ به صورت زیر است.

۱. تعیین سهم باقی‌ماندهٔ واکنش‌دهنده‌ها
طبق مفهوم پیشرفت واکنش، هرچه درصد پیشرفت بیشتر باشد، سهم بیشتری از واکنش‌دهنده‌ها به فراورده تبدیل می‌شود (شیمی ۳، صفحهٔ ۱۰۴). چون گازها متناسب با ضرایب استوکیومتری وارد ظرف شده‌اند، با پیشرفت $80\%$ واکنش، از هر کدام $20\%$ مقدار اولیه باقی می‌ماند:
$1-0.80=0.20$

۲. محاسبهٔ مجموع مول باقی‌مانده
از رابطهٔ غلظت مولی داریم:
$n_{\text{باقی‌مانده، کل}}=C_{\text{باقی‌مانده، کل}}V=0.56\times5=2.8\,\mathrm{mol}$
بنابراین مجموع مول اولیه برابر است با:
$n_{\text{اولیه، کل}}=\dfrac{2.8}{0.20}=14\,\mathrm{mol}$

۳. تعیین مول اولیهٔ هر گاز
در واکنش $\mathrm{2NO(g)+2H_2(g)\rightarrow N_2(g)+2H_2O(g)}$، ضرایب دو واکنش‌دهنده برابرند؛ پس مول‌های اولیهٔ آن‌ها نیز برابر است:
$n_0(\mathrm{NO})=n_0(\mathrm{H_2})=\dfrac{14}{2}=7\,\mathrm{mol}$

۴. محاسبهٔ مجموع جرم اولیه
جرم‌های مولی دو گاز عبارت‌اند از:
$M(\mathrm{NO})=14+16=30\,\mathrm{g\,mol^{-1}}$
$M(\mathrm{H_2})=2\times1=2\,\mathrm{g\,mol^{-1}}$
پس:
$m_{\text{اولیه، کل}}=7\times30+7\times2=224\,\mathrm{g}$

۵. بررسی ناسازگاری با پاسخ اعلام‌شده
اگر مجموع جرم اولیه $24\,\mathrm{g}$ باشد، با فرض $x$ مول از هر گاز خواهیم داشت:
$30x+2x=24\Rightarrow x=0.75\,\mathrm{mol}$
در این حالت، مجموع غلظت واکنش‌دهنده‌های باقی‌مانده برابر می‌شود با:
$C_{\text{باقی‌مانده، کل}}=\dfrac{0.20(0.75+0.75)}{5}=0.06\,\mathrm{mol\,L^{-1}}$
بنابراین اگر غلظت صورت سؤال به‌جای $0.56$ برابر $0.06\,\mathrm{mol\,L^{-1}}$ باشد، گزینهٔ ۲ درست خواهد بود؛ اما با داده‌های فعلی، جرم محاسبه‌شده $224\,\mathrm{g}$ است و هیچ گزینه‌ای درست نیست.

پاسخ: هیچ‌یک از گزینه‌ها؛ گزینهٔ ۲ فقط با اصلاح غلظت به $0.06\,\mathrm{mol\,L^{-1}}$ درست است.