سوال ۹۲ شیمی کنکور تجربی ۱۴۰۵ با پاسخ تشریحی

۱. رابطهٔ کاهش مول کل با مول مصرفی کربن مونوکسید

معادلهٔ واکنش چنین است:
$\mathrm{CO(g)+2H_2(g)\rightarrow CH_3OH(g)}$

اگر $x$ مول کربن مونوکسید مصرف شود، مطابق ضرایب واکنش، $2x$ مول هیدروژن مصرف و $x$ مول متانول تولید می‌شود. استفاده از ضرایب معادله برای تعیین نسبت مقدار مصرف و تولید مواد، مبنای ارتباط سرعت‌های آن‌ها نیز هست (شیمی ۲، صفحهٔ ۹۲–۹۳).

بنابراین تغییر مول کل گازهای ظرف برابر است با:
$\Delta n_{\text{کل}}=-x-2x+x=-2x$

ظرف دربسته است؛ پس کاهش مول کل ناشی از خروج گاز نیست، بلکه از تبدیل سه مول گاز واکنش‌دهنده به یک مول گاز فراورده ناشی می‌شود. با کاهش $0.08\,\mathrm{mol}$ داریم:
$2x=0.08\quad\Rightarrow\quad x=0.04\,\mathrm{mol}$

۲. محاسبهٔ جرم کربن مونوکسید مصرفی

جرم مولی کربن مونوکسید برابر است با:
$M(\mathrm{CO})=12+16=28\,\mathrm{g\,mol^{-1}}$

پس:
$m(\mathrm{CO})=nM=0.04\times28=1.12\,\mathrm{g}$

۳. محاسبهٔ حجم ظرف از سرعت واکنش

سرعت واکنش از تقسیم سرعت مصرف یا تولید هر ماده بر ضریب استوکیومتری آن به دست می‌آید. چون ضریب $\mathrm{CO}$ یک است، سرعت واکنش با سرعت مصرف غلظتی آن برابر خواهد بود (شیمی ۲، صفحهٔ ۹۲–۹۳):
$R=\frac{n_{\text{مصرفی}}(\mathrm{CO})}{V\Delta t}$

واحد زمان باید با واحد سرعت هماهنگ باشد؛ بنابراین:
$\Delta t=20\,\mathrm{s}=\frac{20}{60}\,\mathrm{min}=\frac{1}{3}\,\mathrm{min}$

اکنون با جای‌گذاری داده‌ها:
$V=\frac{0.04}{0.024\times\frac{1}{3}}=5\,\mathrm{L}$

پس حجم ظرف $5\,\mathrm{L}$ و جرم کربن مونوکسید مصرفی $1.12\,\mathrm{g}$ است.

پاسخ: گزینهٔ ۳