سوال 94 دفترچۀریاضی(سوال 19 شیمی)،اردیبهشت1403

دربارۀ واکنش داده شده، که برای تهیۀ فسفر به کار می‌رود، پس از موازنۀ معادلۀ آن، کدام مورد درست است؟

(C=12 , O=16 , P=31 : g.mol^-1)

Ca₃(PO₄)₂(s)+SiO₂(s)+C(s) → CaSiO₃(s)+P₄(s)+CO(g)

1. سرعت متوسط تشکیل 21 گرم CO(g) با سرعت متوسط تشکیل 9.3 گرم P₄(s) و سرعت متوسط مصرف 10 گرم کربن برابر است.
2. سرعت متوسط مصرف واکنش دهندۀ دارای Si، برابر با سرعت متوسط تشکیل فراوردۀ دارای Si، و برابر با سرعت واکنش است.
3. اگر در یک مدت زمان معین، 4 مول کربن مصرف شود، در نصف این مدت زمان، 1.2 مول CaSiO₃(s) تشکیل می‌شود.
4. مدت زمان مصرف 0.4 مول نمک، با مدت زمان تشکیل 0.2 مول P₄(s)، برابر است.

پاسخ:

ابتدا معادله را موازنه می‌کنیم، برای این کار از P شروع می‌کنیم که کمترین تکرار را در طرفین دارد (مانند Ca) و از آنجایی که 2تا P در سمت واکنش دهنده و 4تا P در سمت فراورده داریم، پس Ca₃(PO₄)₂ را در 2 ضرب کرده تا تعداد P در طرفین برابر شود:

2Ca₃(PO₄)₂(s)+SiO₂(s)+C(s) → CaSiO₃(s)+P₄(s)+CO(g)

سپس Ca را موازنه کرده و CaSiO₃ را در 6 ضرب می‌کنیم تا تعداد Ca در دو طرف برابر شود:

2Ca₃(PO₄)₂(s)+SiO₂(s)+C(s) → 6CaSiO₃(s)+P₄(s)+CO(g)

در ادامه SiO₂ را در 6 ضرب می‌کنیم تا تعداد Si نیز در طرفین برابر شود:

2Ca₃(PO₄)₂(s)+6SiO₂(s)+C(s) → 6CaSiO₃(s)+P₄(s)+CO(g)

در آخر برای موازنۀ O و C ابتدا CO را در 10 ضرب کرده و سپس C(s) را در 10 ضرب می‌کنیم:

2Ca₃(PO₄)₂(s)+6SiO₂(s)+10C(s) → 6CaSiO₃(s)+P₄(s)+10CO(g)

حال به سراغ گزینه‌ها می‌رویم:

1) سرعت متوسط تشکیل 21 گرم CO(g) با سرعت متوسط تشکیل 9.3 گرم P₄(s) و سرعت متوسط مصرف 10 گرم کربن برابر است:

نادرست است زیرا: جهت برابری سرعت متوسط مواد، باید نسبت تعداد مول مصرفی و تولیدی مواد بر ضریب استوکیومتری آنها برابر باشد:

همان طور که میبینیم سرعت متوسط مصرفی C با سرعت تولید متوسط CO و P₄ برابر نیست.

2) سرعت متوسط مصرف واکنش دهندۀ دارای Si، برابر با سرعت متوسط تشکیل فراوردۀ دارای Si، و برابر با سرعت واکنش است:

نادرست است زیرا: از آنجایی که ترکیبات دارای Si، یعنی SiO₂ و CaSiO₃، ضریب استوکیومتری یکسانی دارند پس سرعت آنها با هم برابر است؛ ولی سرعت واکنش که برابر با نسبت تعداد مول مصرفی یا تولیدی مواد تقسیم بر ضریب استوکیومتری آنهاست، 1/6 سرعت ترکیبات دارای Si می‌باشد و با سرعت آنها برابر نیست.

3) اگر در یک مدت زمان معین، 4 مول کربن مصرف شود، در نصف این مدت زمان، 1.2 مول CaSiO₃(s) تشکیل می‌شود:

نادرست است زیرا: با توجه به توضیحات گزینۀ 1، مقدار مول تولیدی CaSiO₃(s) به ازای مصرف 4 مول کربن برابر است با:

که در نصف این مدت زمان حدود 2.3 مول (نصف 4.6 مول) CaSiO₃(s) تشکیل می‌شود.

4) مدت زمان مصرف 0.4 مول نمک، با مدت زمان تشکیل 0.2 مول P₄(s)، برابر است:

درست است: نمک مصرفی همان Ca₃(PO₄)₂(s) است که نسبت آن با P₄ تولیدی برابر است با:

بنابراین پاسخ گزینۀ 4 هست.

پیش نیاز لازم برای پاسخ به این تست:

• احاطه بر مبحث سینتیک
• احاطه بر موازنه
• آشنایی با ترکیبات یونی

تحلیل سوال:

• مبحث سینتیک (سرعت) که در ادامه ترموشیمی فصل 2 شیمی 2 آمده است پیش‌نیاز معروفی لازم دارد به نام استوکیومتری معروف که در این تست نیز، به کارگیری استوکیومتری کاملا مشخص بود.

بخش زیبای تست:

• استفاده از نام نمک مصرفی و بازی با واژه‌های علمی و نسبت دادن سرعت مواد به هم، از زیبایی‌های این تست بود.

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.