سوال 92 دفترچه (سوال 17 شیمی)تجربی، اردیبهشت1403

نمودار “مقدار ماده-زمان” داده‌شده به یکی از مواد شرکت‌کننده در واکنش:

2Cu₂O(s)+O₂(g)→4CuO(s)

در یک ظرف دربستۀ ۵ لیتری مربوط است. اگر 6.4 گرم CuO(s) از واکنش کامل O₂(g) و Cu₂O(s) تشکیل شده باشد، کدام مورد درست است؟
(Cu =64 ، O =16 : g.mol⁻¹)

۱) سرعت واکنش برابر ^2-10×2 مول بر دقیقه است.
۲) در دقیقۀ اول واکنش، 25 درصد از واکنش‌دهنده‌ها به فراورده تبدیل شده‌اند.
۳) سرعت متوسط مصرف O₂(g) در 30 ثانیۀ پایانی واکنش، برابر ^3-10 مول بر لیتر بر دقیقه است.
۴) تفاوت سرعت متوسط تشکیل CuO(s) در یک دقیقه آغازی با یک دقیقه پایانی، برابر ^2-10×2 مول بر دقیقه است.

پاسخ:

ابتدا با توجه به مقدار تولیدی CuO که برابر با 6.4g است مقدار مصرفی واکنش‌دهنده‌ها را به دست می‌آوریم:

پس با توجه به اعداد به دست آمده از استوکیومتری بالا، نمودار مربوط به Cu₂O می‌باشد.

حال با توجه به مفهوم سینتیک به سراغ گزینه‌ها می‌رویم:

۱) سرعت واکنش برابر ^2-10×2 مول بر دقیقه است:

نادرست است، زیرا: سرعت مصرف Cu₂O با توجه به نمودار در 2 دقیقه، برابر است با:

پس سرعت واکنش برابر است با سرعت مصرف Cu₂O، تقسیم بر ضریب استوکیومتری آن:

۲) در دقیقۀ اول واکنش، 25 درصد از واکنش‌دهنده‌ها به فراورده تبدیل شده‌اند:

نادرست است، زیرا: با توجه به نمودار، در 1 دقیقۀ اول 0.03 مول از 0.04 مول Cu₂O، مصرف می‌شود، یعنی 75 درصد آن در یک دقیقۀ اول مصرف شده است.

۳) سرعت متوسط مصرف O₂(g) در 30 ثانیۀ پایانی واکنش، برابر ^3-10 مول بر لیتر بر دقیقه است:

درست است: طبق معادلۀ واکنش، با توجه به اینکه ضریب استوکیومتری O₂، نصف ضریب استوکیومتری Cu₂O می‌باشد، پس سرعت مصرف O₂ نیز، نصف سرعت مصرف Cu₂O خواهد بود، از طرفی طبق نمودار، سرعت مصرف Cu₂O در 30 ثانیه پایانی، بر حسب مول بر لیتر بر دقیقه برابر است با:

پس سرعت مصرف O₂ در 30 ثانیۀ پایانی بر حسب مول بر لیتر بر دقیقه برابر است با:

۴) تفاوت سرعت متوسط تشکیل CuO(s) در یک دقیقه آغازی با یک دقیقه پایانی، برابر ^2-10×2 مول بر دقیقه است:

نادرست است، زیرا: طبق معادلۀ واکنش، با توجه به اینکه ضریب استوکیومتری CuO، دو برابر ضریب استوکیومتری Cu₂O می‌باشد، پس سرعت تشکیل CuO نیز، دو برابر سرعت مصرف Cu₂O خواهد بود. حال سرعت متوسط Cu₂O در دقیقۀ اول و دوم به دست آورده و آنها را از هم کم می‌کنیم تا تفاوت سرعت متوسط مصرف Cu₂O(s) در یک دقیقه آغازی با یک دقیقه پایانی به دست آید:

حال با توجه به اینکه سرعت تشکیل CuO نیز، دو برابر سرعت مصرف Cu₂O هست، پس اختلاف سرعت متوسط تشکیل CuO(s) در یک دقیقه آغازی با یک دقیقه پایانی برابر است با:

بنابراین پاسخ گزینه 3 هست.

پیش نیاز لازم برای پاسخ به این تست:

• احاطه مبحث سینتیک

تحلیل سوال:

• مبحث سینتیک به طور مستقل از مطالب مهم کنکور و امتحان نهایی (یازدهم) بوده که لازمۀ یادگیری آن احاطه بر مفهوم غلظت مولار و استوکیومتری است.

بخش زیبای تست:

• ایجاد ارتباط بین تفاوت سرعت‌ها در دقیقۀ اول و دوم از زیبایی‌های این تست بود.

بخش دوست نداشتنی تست:

• ندارد، تست استانداردی بود.