سوال 98 دفترچۀریاضی(سوال 23 شیمی)،اردیبهشت1403

با توجه به ^∘E نیم‌واکنش‌های زیر، کدام مورد درست است؟

E^∘(Cl₂/2Cl⁻)=+1/36 V, E^∘(Sn⁴⁺/Sn²⁺)=+0/15 V, E^∘(Cu⁺/Cu)=+0/52 V

1. Cl⁻(aq)، کاهنده‌ای قوی‌تر از Sn²⁺(aq) و Cu⁺(aq)، اکسنده‌ای قوی‌تر از Sn⁴⁺(aq) است.
2. Sn⁴⁺(aq) می‌تواند Cu(s) را در شرایط مناسب اکسید و انرژی تولید کند.
3. اگر فلز X با Sn⁴⁺(aq) به طور طبیعی واکنش دهد، به یقین فلز X، با گاز کلر نیز واکنش می‌دهد.
4. واکنش: 2Cu⁺(aq)+2Cl⁻(aq)→2Cu(s)+Cl₂(g)، به طور طبیعی انجام می‌شود.

پاسخ:

هر چه میزان ^∘E یک نیم‌واکنش‌، بیشتر باشد؛ تمایل آن به کاهش (اکسندگی) بیشتر است، و بالعکس هر چه میزان ^∘E یک نیم‌واکنش‌، کمتر باشد؛ تمایل آن به اکسایش (کاهندگی) بیشتر است؛ از طرفی برای اینکه یک واکنش به طور طبیعی انجام شود، باید ^∘E سلول آن واکنش، بیشتر از صفر باشد یا به عبارتی باید ^∘E گونۀ کاهش یافته، بیشتر از ^∘E گونۀ اکسایش یافته باشد.

حال به سراغ گزینه‌ها می‌رویم:

1) Cl⁻(aq)، کاهنده‌ای قوی‌تر از Sn²⁺(aq) و Cu⁺(aq)، اکسنده‌ای قوی‌تر از Sn⁴⁺(aq) است:

نادرست است، زیرا: با توجه به اطلاعات تست، ^∘E کلر بیشتر از ^∘E قلع بوده، پس تمایل یون کلر (⁻Cl) به کاهندگی (اکسایش) کمتر از ⁺Sn² می‌باشد؛ ولی قسمت دوم این گزینه درست است، زیرا: ⁺Cu مقدار ^∘E بیشتری نسبت به ⁺Sn⁴ دارد، پس تمایل ⁺Cu به اکسندگی (کاهش) بیشتر از ⁺Sn⁴ است.

2) Sn⁴⁺(aq) می‌تواند Cu(s) را در شرایط مناسب اکسید و انرژی تولید کند:

نادرست است، زیرا: اینکه Sn⁴⁺(aq) بتواند Cu(s) را در شرایط مناسب اکسید و انرژی تولید کند، یعنی Sn⁴⁺(aq) بتواند از Cu(s) الکترون بگیرد و باعث اکسایش Cu(s) شود و خود Sn⁴⁺(aq) کاهش یابد، پس Sn⁴⁺(aq) باید برای انجام این کار، ^∘E بیشتری نسبت به Cu(s) داشته باشد، که با توجه به اطلاعات تست، چنین نیست.

3) اگر فلز X با Sn⁴⁺(aq) به طور طبیعی واکنش دهد، به یقین فلز X، با گاز کلر نیز واکنش می‌دهد:

درست است: از آنجایی که Sn⁴⁺(aq)، باید الکترون بگیرد (کاهش یابد) تا به Sn²⁺(aq) تبدیل شود، پس طبق توضیحات ابتدای پاسخ، فلزی می‌تواند به طور طبیعی با Sn⁴⁺(aq) واکنش دهد، که ^∘E کمتری نسبت به Sn⁴⁺(aq) داشته باشد، یا تمایل به اکسایش (الکترون دهندگی) بیشتری داشته باشد، چنین فلزی که ^∘E کمتری نسبت به Sn⁴⁺(aq) دارد، قطعا ^∘E آن از گاز کلر (Cl₂) نیز کمتر خواهد بود و به طور طبیعی به گاز کلر هم می‌تواند الکترون دهد یا با گاز کلر واکنش دهد.

4) واکنش: 2Cu⁺(aq)+2Cl⁻(aq)→2Cu(s)+Cl₂(g)، به طور طبیعی انجام می‌شود:

نادرست است زیرا: با توجه به واکنش Cu⁺(aq) تبدیل به Cu(s) شده، پس Cu⁺(aq) کاهش یافته (الکترون گرفته)، همچنین Cl⁻(aq) تبدیل به Cl₂(g) شده، پس Cl⁻(aq) اکسایش یافته (الکترون از دست داده است).

با توجه به توضیحات ابتدای پاسخ: برای اینکه یک واکنش به طور طبیعی انجام شود، باید ^∘E گونۀ کاهش یافته، بیشتر از ^∘E گونۀ اکسایش یافته باشد؛ با توجه به اطلاعات تست، E^∘(Cl₂/2Cl⁻) بیشتر از E^∘(Cu⁺/Cu) می‌باشد، پس این واکنش نمی‌تواند به صورت طبیعی انجام شود.

بنابراین پاسخ گزینۀ 3 هست.

پیش نیاز لازم برای پاسخ به این تست:

• احاطه بر مبحث emf
• احاطه بر واکنش‌های اکسایش-کاهش

تحلیل سوال:

• تحلیل ^∘E سلول‌ها از نظر تمایل آنها به اکسندگی و کاهندگی از مباحث مهم کنکور بوده که در این تست به طور مستقیم و بدون ترکیب آن با مبحثی دیگر مورد سوال قرار گرفته بود.

بخش زیبای تست:

• بررسی تک تک گونه‌ها به صورت یونی یا خنثی، و مقایسۀ آنها با همدیگر، از زیبایی‌های این تست بود (خصوصا گزینۀ 1)

بخش دوست نداشتنی تست:

• نداشت، تست استانداردی بود.

برای دستیابی به نمره 20 امتحان نهایی و درصد بالای کنکور، به اندازۀ یک کلیک فاصله داری.