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 متوسط آنها با هم برابر است؛ ولی سرعت واکنش که برابر با نسبت تعداد مول مصرفی یا تولیدی مواد تقسیم بر ضریب استوکیومتری آنهاست، \( \frac{1}{6} \) 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.