سوال 86 دفترچه (سوال 11 شیمی)تجربی، اردیبهشت1403

اگر از واکنش 790 گرم نمونۀ ناخالص KMnO₄​ و 3175 گرم نمونۀ ناخالص FeCl₂​ با مقدار کافی محلول HCl، مقدار 3.2 مول MnCl₂(aq) تشکیل شود و بازده واکنش برابر 80 درصد باشد، درصد خلوص KMnO₄(s) و چند برابر درصد خلوص FeCl₂(s) است؟ (معادله واکنش موازنه شود، O=16 , Cl=35.5 , K=39 , Mn=55 , Fe=56 : g.mol^-1)

FeCl₂(aq)+KMnO₄(aq)+HCl(aq)→FeCl₃(aq)+MnCl₂(aq)+KCl(aq)+H₂O(l)

1) 1.5

2) 1.2

3) 1.0

4) 0.8

پاسخ:

ابتدا معادله را موازنه می‌کنیم:

موازنه را از اتمی شروع می‌کنیم که کمترین تکرار را دارد (مانند اکسیژن) از آنجایی که در سمت واکنش دهنده‌ها، 4 تا اکسیژن و در سمت فراورده‌ها، 1 اکسیژن داریم، به H₂O در سمت فراورده، ضریب 4 داده؛ سپس هیدروژن را موازنه می‌کنیم، پس HCl باید ضریب 8 بگیرد، در آخر برای موازنۀ Cl، به FeCl₂ و FeCl₃ ضریب 5 می‌دهیم. (دلیل برابری ضریب این دو ماده، این است که موازنۀ Fe نیز، به هم نخورد)، پس خواهیم داشت:

5FeCl₂(aq)+KMnO₄(aq)+8HCl(aq)→5FeCl₃(aq)+MnCl₂(aq)+KCl(aq)+4H₂O(l)

برای به دست آوردن نسبت درصد خلوص دو مادۀ خواسته شده، ابتدا درصد خلوص هر کدام را محاسبه می‌کنیم،

پس با استفاده از داده‌های سوال و استوکیومتری، مقدار خالص KMnO₄​ را به دست می‌آوریم تا با توجه به مقدار ناخالص KMnO₄ در صورت سوال، درصد خلوص آن را به دست آوریم:

سپس با استفاده از داده‌های سوال و استوکیومتری، مقدار خالص FeCl₂ را به دست می‌آوریم تا با توجه به مقدار ناخالص KMnO₄ در صورت سوال، درصد خلوص آن را به دست آوریم:

همان طور که می‌بینیم درصد خلوص KMnO₄​ و FeCl₂ با هم برابر است (هر دو %80)، پس نسبت درصد خلوص آنها برابر با یک خواهد بود.

بنابراین پاسخ گزینه 3 هست.

پیش نیاز لازم برای پاسخ به این تست:

• احاطه بر موازنه و استوکیومتری
• احاطه بر مبحث درصد خلوص و بازدۀ واکنش

تحلیل سوال:

• همان طور که در تست‌های کنکور تا اینجا دیدیم استوکیومتری مبحث غالب تست‌ها بوده که نشان از اهمیت استوکیومتری در کنکور می‌دهد.

بخش زیبای تست:

• استفاده هم‌زمان از بازده واکنش و درصد خلوص از زیبایی‌های این تست بود.

بخش دوست نداشتنی تست:

• ندارد.

توجه:

راه‌های سریع‌تری برای حل این تست وجود دارد که به منظور درک بهتر، از روش کسرهای استوکیومتری استفاده شد.