پرش به محتوای اصلی

01_مولکول ها در خدمت تندرستی (علوم تجربی)

بخشی از بانک سؤال طبقه‌بندی‌شده‌ی این مبحث در کوئیز سنتر — رایگان و بدون نیاز به ثبت‌نام

خلاصه‌ی درسنامه

این خلاصه‌ی 30 درصدی درسنامه اصلی است. متن کامل با همه‌ی نکته‌ها، مثال‌های حل‌شده و جمع‌بندی، با ثبت‌نام رایگان در دسترست قرار می‌گیرد.

مولکول‌ها در خدمت تندرستی

تاریخچهٔ پاکیزگی به چند هزار سال پیش از میلاد برمی‌گردد: حفاری‌های باستانی در بابِل نشان می‌دهد انسان‌های اولیه با مخلوط خاکستر و آب گرم (که حاوی پتاسیم هیدروکسید بود) لباس و بدن می‌شستند — همان اصل واکنش قلیایی که امروز صابونی‌سازی نامیده می‌شود. وقتی دست‌هایمان را با صابون می‌شوییم، دو سر متفاوت یک مولکول کار پاک‌کنندگی را انجام می‌دهند: بخشی که آب را دوست دارد و بخشی که چربی را. همین ساختار دوگانه، پایهٔ بسیاری از محصولات بهداشتی روزمره است.

صابون: مولکولی با دو شخصیت

صابون فرمول عمومی RCOONa\text{RCOONa} دارد که R\text{R} زنجیرهٔ هیدروکربنی بلندی است. مولکول صابون از یک دم ناقطبی و چربی‌دوست (هیدروفوب) و یک سر قطبی و آب‌دوست (هیدروفیل، -COO−Na+\text{-COO}^-\text{Na}^+) ساخته شده است. وقتی صابون در آب چرب حل می‌شود، سرهای آب‌دوست به سمت آب و دم‌های چربی‌دوست به سمت چربی می‌گیرند و کرهٔ کوچکی به نام میسل تشکیل می‌دهند که ذرات چربی را از سطح جدا می‌کند. این رفتار از قانون کلی انحلال‌پذیری پیروی می‌کند: «مانند در مانند حل می‌شود» — مواد قطبی در حلال قطبی و مواد ناقطبی در حلال ناقطبی حل می‌شوند.

اسیدهای چرب، کربوکسیلیک اسیدهایی با زنجیر بلند کربنی‌اند که همین ساختار دو-بخشی را دارند: CH3CH2⋯CH2\text{CH}_3\text{CH}_2\cdots\text{CH}_2-COOH\text{COOH} (بخش ناقطبیِ آب‌گریز + بخش قطبیِ آب‌دوست COOH\text{COOH}). چربی‌ها خودشان از این دیدگاه، استرهایی بلندزنجیرند: مخلوطی از گلیسرول و سه اسید چرب که هرکدام بخش قطبی کوچک (-COO-\text{-COO-}) و بخش ناقطبی بزرگ (زنجیر هیدروکربنی) دارند؛ به همین دلیل در آب حل نمی‌شوند اما در حلال‌های ناقطبی مانند هگزان محلول‌اند.

صابون در آب سخت

آب سخت یون‌های Ca2+\text{Ca}^{2+} و Mg2+\text{Mg}^{2+} دارد که با صابون رسوب سفید نامحلول تشکیل می‌دهند و قدرت پاک‌کنندگی را کاهش می‌دهند. برای مقابله، نمک‌های فسفات به شوینده‌ها افزوده می‌شود تا این یون‌ها را از محلول خارج کنند — هرچند ورود همین فسفات‌ها به دریاچه‌ها می‌تواند فاجعهٔ زیست‌محیطی رقم بزند؛ نمونهٔ معروف آن مرگ دریاچهٔ اری در دههٔ ۱۹۶۰ است.

کلوئید: بین محلول و سوسپانسیون

بر پایهٔ اندازهٔ ذرات، مخلوط‌ها به سه دسته تقسیم می‌شوند:

نوع مخلوط اندازهٔ ذرات رفتار با نور پایداری
محلول کمتر از 1 nm1\ \text{nm} عبور نور پایدار
کلوئید 11 تا 1000 nm1000\ \text{nm} پخش نور (اثر تیندال) پایدار
سوسپانسیون بیش از 1000 nm1000\ \text{nm} جذب/پراکندگی ناپایدار، ته‌نشین می‌شود

شیر، ژله و مایونز نمونه‌های آشنای کلوئیدند؛ ذرات درشت‌ترشان نور را پخش می‌کنند (اثر تیندال) اما مانند سوسپانسیون ته‌نشین نمی‌شوند. اولین کلوئید طلا را مایکل فارادی در سال ۱۸۵۷ تهیه کرد و توماس گراهام، ملقب به پدر علم کلوئید، این مواد را با واژهٔ یونانی به‌معنای «چسب» نام‌گذاری کرد.

پاک‌کننده‌های خورنده و یک هشدار جدی

برای آلودگی‌هایی که صابون معمولی از پس‌شان برنمی‌آید (رسوب آهک، جرم لوله)، از مواد قوی‌تری مثل جوهر نمک (HCl\text{HCl}) و سود سوزآور (NaOH\text{NaOH}) استفاده می‌شود. هشدار مهم: سفیدکننده (هیپوکلریت) هرگز نباید با جوهر نمک مخلوط شود، چون گاز سمی کلر آزاد می‌کند:

NaOCl+2HCl→NaCl+H2O+Cl2↑\text{NaOCl} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O} + \text{Cl}_2\uparrow

در پودر بازکنندهٔ لوله، واکنش آلومینیم با NaOH\text{NaOH} گاز هیدروژن آزاد می‌کند که به‌همراه گرمای واکنش و اثر صابونی‌سازی NaOH\text{NaOH} روی چربی، رسوبات را از دیواره جدا می‌کند:

ماده نام رایج خاصیت
HCl\text{HCl} جوهر نمک اسید قوی
NaOH\text{NaOH} سود سوزآور باز قوی خورنده
H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4 جوهر گوگرد اسید قوی صنعتی

اسید و باز از دید آرنیوس

طبق نظریهٔ آرنیوس، اسید ماده‌ای است که در آب H+\text{H}^+ آزاد می‌کند و باز ماده‌ای که OH−\text{OH}^- آزاد می‌کند؛ در عمل، پروتون آزاد به مولکول آب متصل شده و یون هیدرونیوم (H3O+\text{H}_3\text{O}^+) می‌سازد. موادی که در آب به یون تجزیه می‌شوند الکترولیت نامیده می‌شوند و رسانای جریان‌اند، برخلاف غیرالکترولیت‌هایی مانند اتانول و شکر که به‌صورت مولکولی حل می‌شوند. برای نمونه: NaCl(s)→H2ONa+(aq)+Cl−(aq)\text{NaCl}(s) \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{Na}^+(aq) + \text{Cl}^-(aq)؛ همین الگو برای NaOH\text{NaOH} و بسیاری از نمک‌های دیگر نیز صادق است.

اسید قوی، اسید ضعیف و ثابت یونش

اسید قوی مانند HCl\text{HCl} به‌طور کامل یونیده می‌شود (α≈1\alpha\approx1)، اما اسید ضعیف مانند HF\text{HF} تنها بخشی از مولکول‌هایش یونیده می‌شود. ثابت یونش اسید (KaK_a) میزان این یونش را نشان می‌دهد و فقط به دما وابسته است، نه به غلظت آغازی:

Ka=[H+][A−][HA]K_a = \frac{[\text{H}^+][\text{A}^-]}{[\text{HA}]}

هرچه KaK_a بزرگ‌تر باشد، اسید قوی‌تر، [H+][\text{H}^+] بیشتر و pH\text{pH} کمتر است. اسیدهای قوی رایج که باید حفظ شوند: HCl, HBr, HI, HNO3,H2SO4,HClO4\text{HCl, HBr, HI, HNO}_3, \text{H}_2\text{SO}_4, \text{HClO}_4؛ بقیهٔ اسیدها معمولاً ضعیف‌اند:

اسید فرمول KaK_a
استیک اسید CH3COOH\text{CH}_3\text{COOH} 1.8×10−51.8\times10^{-5}
هیدروفلوئوریک اسید HF\text{HF} 6.8×10−46.8\times10^{-4}
هیدروسیانیک اسید HCN\text{HCN} 4.9×10−104.9\times10^{-10}

اندازه‌گیری‌های تجربی نشان می‌دهد که هرچه غلظت آغازی محلول هیدروفلوئوریک اسید تغییر کند، مقدار KaK_a محاسبه‌شده تقریباً ثابت (≈5.9×10−4\approx5.9\times10^{-4}) باقی می‌ماند — همان چیزی که تعریف KaK_a پیش‌بینی می‌کند.

مقیاس pH

pH=−log⁡[H+],[H+]=10−pH\text{pH} = -\log[\text{H}^+], \qquad [\text{H}^+] = 10^{-\text{pH}}

آب خالص در 25∘C25^\circ\text{C} به مقدار ناچیزی خودیونش می‌دهد و رابطهٔ زیر در همهٔ محلول‌های آبی (نه فقط آب خالص) برقرار است:

Kw=[H+][OH−]=10−14,pH+pOH=14K_w = [\text{H}^+][\text{OH}^-] = 10^{-14}, \qquad \text{pH} + \text{pOH} = 14

برای نمونه، محلول 0.1 mol⋅L−10.1\ \text{mol·L}^{-1} هیدروکلریک اسید (اسیدی قوی و کاملاً یونیده) غلظت [H+]=10−1[\text{H}^+]=10^{-1} دارد، پس pH=−log⁡(10−1)=1\text{pH}=-\log(10^{-1})=1؛ اما یک اسید ضعیف با همین غلظت آغازی، چون فقط بخشی یونیده می‌شود، pH\text{pH} ی بسیار بالاتر (نزدیک‌تر به خنثی) نشان می‌دهد. محلول اسیدی pH<7\text{pH}<7، خنثی pH=7\text{pH}=7 و بازی pH>7\text{pH}>7 دارد. بازهای قوی مانند NaOH\text{NaOH} کاملاً یونیده می‌شوند در حالی‌که آمونیاک (NH3\text{NH}_3) بازی ضعیف است که تنها جزئی با آب واکنش می‌دهد و رسانایی و pH\text{pH} پایین‌تری نسبت به بازهای قوی هم‌غلظت دارد.

نکتهٔ محاسباتی: برای محلول‌های با غلظت غیر ده‌توانی (مثل 3×10−23\times10^{-2})، از قواعد لگاریتم کمک می‌گیریم: log⁡(a×b)=log⁡a+log⁡b\log(a\times b)=\log a+\log b. برای نمونه با log⁡3≈0.48\log3\approx0.48، pH\text{pH} محلولی با [H+]=3×10−2[\text{H}^+]=3\times10^{-2} برابر −(0.48−2)=1.52-(0.48-2)=1.52 به‌دست می‌آید — همان اسیدیتهٔ تقریبی شیرهٔ معده در حالت استراحت.

خنثی‌سازی و ضداسیدها

واکنش خنثی‌سازی سادهٔ H++OH−→H2O\text{H}^+ + \text{OH}^- \rightarrow \text{H}_2\text{O} پایهٔ عملکرد ضداسیدهاست. شیرهٔ معده pH\text{pH} بسیار پایینی دارد (نزدیک 1.51.5) و ترکیباتی مانند منیزیم هیدروکسید، آلومینیم هیدروکسید و جوش شیرین (NaHCO3\text{NaHCO}_3) با خنثی‌کردن این اسید، ناراحتی معده را کاهش می‌دهند:

Mg(OH)2(s)+2HCl(aq)→MgCl2(aq)+2H2O(l)\text{Mg(OH)}_2(s) + 2\text{HCl}(aq) \rightarrow \text{MgCl}_2(aq) + 2\text{H}_2\text{O}(l)
NaHCO3(aq)+HCl(aq)→NaCl(aq)+H2O(l)+CO2(g)↑\text{NaHCO}_3(aq) + \text{HCl}(aq) \rightarrow \text{NaCl}(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) + \text{CO}_2(g)\uparrow

جوش شیرین در واکنش با اسید معده گاز CO2\text{CO}_2 آزاد می‌کند، در حالی‌که ضداسیدهای دیگر تنها با تشکیل نمک و آب واکنش می‌دهند. جالب اینکه محلول جوش شیرین خودش بازی است (pH>7\text{pH}>7)، به همین دلیل افزودنش به شوینده‌ها هم اسیدیتهٔ آب را متعادل می‌کند و هم قدرت پاک‌کنندگی صابون را بالا می‌برد. در واکنش خنثی‌سازی کلی HCl+NaOH→NaCl+H2O\text{HCl}+\text{NaOH}\rightarrow\text{NaCl}+\text{H}_2\text{O}، یون‌های Na+\text{Na}^+ و Cl−\text{Cl}^- صرفاً تماشاگرند و دست‌نخورده در محلول باقی می‌مانند. نکتهٔ کاربردی دیگر این‌که استیک اسید رقیق خاصیت ضدعفونی‌کنندگی خفیفی دارد، اما برای پاک‌کردن سطوح سنگ مرمر (CaCO3\text{CaCO}_3) مناسب نیست، چون با آن واکنش داده و سطحش را می‌خورد.

نمونه تست

پاسخنامه‌ی تحلیلی سه‌بخشی برای هر سؤال

  • چرا گزینه‌ی درست، درست است
  • چرا هر گزینه‌ی دیگر غلط است
  • تله‌ی تستی‌ای که باید بشناسی

1. چرا چربی‌ها با وجود داشتن گروه استری معمولاً در آب نامحلول‌اند؟

  • گروه استری آن‌ها آب را به یون تبدیل می‌کند
  • زنجیرهای هیدروکربنی بلند اثر قطبی را غالباً خنثی می‌کنند
  • جرم مولی زیاد همیشه باعث یونی شدن در آب می‌شود
  • چربی‌ها در آب رسوب یونی کلسیم می‌دهند

پاسخنامه‌ی تحلیلی

هرچند گروهِ استریِ چربی تا حدی قطبی است، بخشِ غالبِ حجمِ مولکول را زنجیرهایِ هیدروکربنیِ بلند و ناقطبی تشکیل می‌دهند که مانعِ پیوندِ هیدروژنیِ مؤثر با آب می‌شوند. بنابراین «زنجیرهای هیدروکربنی بلند اثر قطبی را غالباً خنثی می‌کنند» درست است. گزینه‌ی «گروه استری آن‌ها آب را به یون تبدیل می‌کند» بی‌معناست؛ گروهِ استری چنین اثری بر آب ندارد. گزینه‌ی «جرم مولی زیاد همیشه باعث یونی شدن در آب می‌شود» نادرست است چون جرمِ مولیِ بالا ارتباطی با یونی‌شدن ندارد. گزینه‌ی «چربی‌ها در آب رسوب یونی کلسیم می‌دهند» بی‌ربط است؛ این پدیده مربوط به واکنشِ صابون با آبِ سخت است، نه چربیِ خام. تلهٔ تستی: داشتنِ یک بخشِ قطبی در مولکول، انحلال‌پذیریِ آبی را تضمین نمی‌کند اگر بخشِ ناقطبی بر کلِ مولکول غالب باشد.

2. افزودن فسفات‌ها به شوینده‌ها در آب سخت چه اثری دارد؟

  • یون‌های سختی را به صورت کمپلکس یا رسوب خارج می‌کند
  • صابون را به اسید چرب نامحلول تبدیل می‌کند
  • غلظت یون‌های Ca2+\text{Ca}^{2+} را برای تشکیل کف زیاد می‌کند
  • آب را به هگزان تبدیل می‌کند و چربی را حل می‌کند

پاسخنامه‌ی تحلیلی

فسفات‌ها با یون‌هایِ Ca2+\text{Ca}^{2+} و Mg2+\text{Mg}^{2+} کمپلکس یا رسوب می‌سازند و آن‌ها را از دسترسِ آنیونِ صابون خارج می‌کنند. بنابراین «یون‌های سختی را به صورت کمپلکس یا رسوب خارج می‌کند» درست است. گزینه‌ی «صابون را به اسید چرب نامحلول تبدیل می‌کند» نادرست است چون فسفات با صابون واکنشِ مستقیم نمی‌دهد. گزینه‌ی «غلظت یون‌های Ca2+\text{Ca}^{2+} را برای تشکیل کف زیاد می‌کند» دقیقاً اثرِ معکوس را بیان می‌کند. گزینه‌ی «آب را به هگزان تبدیل می‌کند و چربی را حل می‌کند» کاملاً بی‌معناست. تلهٔ تستی: نقشِ فسفات غیرمستقیم است — با هدف‌قراردادنِ یون‌هایِ سختی، اجازه می‌دهد صابون کارآییِ خود را حفظ کند.

3. مخلوط کردن سفیدکننده هیپوکلریتی با جوهرنمک چه خطری دارد؟

  • تولید گاز H2\text{H}_2 سبک و بی‌خطر
  • تولید گاز Cl2\text{Cl}_2 سمی و سنگین‌تر از هوا
  • تولید رسوب NaCl\text{NaCl} بدون گاز
  • تولید CO2\text{CO}_2 و خنثی شدن کامل

پاسخنامه‌ی تحلیلی

واکنشِ NaOCl+2HCl→NaCl+H2O+Cl2\text{NaOCl}+2\text{HCl}\rightarrow\text{NaCl}+\text{H}_2\text{O}+\text{Cl}_2 گازِ کلرِ سمی تولید می‌کند که از هوا سنگین‌تر است و در ارتفاعِ پایین تجمع می‌یابد. بنابراین «تولید گاز Cl2\text{Cl}_2 سمی و سنگین‌تر از هوا» درست است. گزینه‌ی «تولید گاز H2\text{H}_2 سبک و بی‌خطر» نادرست است چون فراوردهٔ گازیِ این واکنش Cl2\text{Cl}_2 است، نه H2\text{H}_2. گزینه‌ی «تولید رسوب NaCl\text{NaCl} بدون گاز» نادرست است چون این واکنش گازِ خطرناک تولید می‌کند، نه صرفاً رسوبِ بدونِ گاز. گزینه‌ی «تولید CO2\text{CO}_2 و خنثی شدن کامل» نادرست است چون فراوردهٔ گازی Cl2\text{Cl}_2 است نه CO2\text{CO}_2، و واکنش خنثی‌سازیِ اسید-باز نیست. تلهٔ تستی: هرگز نباید سفیدکنندهٔ هیپوکلریتی را با جوهرِنمک مخلوط کرد؛ این خطا در بسیاری از خانه‌ها به‌طورِ ناخواسته رخ می‌دهد.

4. در واکنش 2Al+2NaOH+2H2O→2NaAlO2+3H22\text{Al}+2\text{NaOH}+2\text{H}_2\text{O}\rightarrow2\text{NaAlO}_2+3\text{H}_2 اگر 0.200.20 مول آلومینیم مصرف شود چند مول H2\text{H}_2 تولید می‌شود؟

  • 0.100.10
  • 0.200.20
  • 0.300.30
  • 0.400.40

پاسخنامه‌ی تحلیلی

طبقِ نسبتِ استوکیومتریِ 2:32:3 بینِ Al\text{Al} و H2\text{H}_2، از 0.200.20 مول آلومینیم مقدار 0.20×32=0.300.20\times\dfrac{3}{2}=0.30 مول هیدروژن تولید می‌شود. بنابراین «0.300.30» درست است. گزینه‌ی «0.100.10» از فرضِ نادرستِ نسبتِ معکوس به‌دست می‌آید. گزینه‌ی «0.200.20» از فرضِ نادرستِ نسبتِ 1:11:1 ناشی می‌شود. گزینه‌ی «0.400.40» از یک خطای دیگر در ضربِ نسبتِ استوکیومتری به‌دست می‌آید. تلهٔ تستی: نسبتِ Al\text{Al} به H2\text{H}_2 در این معادله 2:32:3 است، نه 1:11:1؛ فراموش‌کردنِ این ضریب رایج‌ترین خطاست.

5. کدام مورد از نظر نوع رسانایی با فلز مس متفاوت است؟

  • گرافیتِ جامد
  • NaCl(aq)\text{NaCl(aq)}
  • سیم نازک آلومینیمی
  • نوار فلزی منیزیم

پاسخنامه‌ی تحلیلی

فلزها و گرافیت رسانایِ الکترونی‌اند؛ جریان در آن‌ها با جابه‌جاییِ الکترون‌هایِ آزاد برقرار می‌شود. اما در NaCl(aq)\text{NaCl(aq)} هیچ الکترونِ آزادی وجود ندارد و جریان فقط با مهاجرتِ یون‌هایِ Na+\text{Na}^+ و Cl−\text{Cl}^- در محلول منتقل می‌شود؛ یعنی رسانایِ یونی. بنابراین «NaCl(aq)\text{NaCl(aq)}» درست است. وارسیِ مستقل: اگر NaCl\text{NaCl} را جامد (نه محلول) کنیم رسانایی‌اش تقریباً از بین می‌رود، چون یون‌ها در شبکهٔ بلوری قفل می‌شوند؛ حال آنکه سرد یا گرم‌کردنِ مس یا گرافیت رسانایی‌شان را از بین نمی‌برد. همین وابستگیِ رسانایی به «تحرکِ یون» نشان می‌دهد سازوکارِ محلولِ نمک از پایه با فلز فرق دارد. گزینه‌ی «گرافیتِ جامد» نادرست است چون گرافیت با وجودِ نافلزبودن، الکترونِ غیرمستقر دارد و مانندِ مس رسانایِ الکترونی است. گزینه‌ی «سیم نازک آلومینیمی» و «نوار فلزی منیزیم» نیز نادرستند چون هر دو فلزند و دقیقاً همان سازوکارِ الکترونیِ مس را دارند؛ نازکی یا شکلِ ظاهری سازوکارِ رسانایی را عوض نمی‌کند. تلهٔ تستی: معیارِ این سؤال «نوعِ حاملِ بار» است نه «مقدارِ رسانایی»؛ گرافیت اگرچه فلز نیست، در همان دستهٔ رسانایِ الکترونیِ مس می‌ماند و جوابِ سؤال نیست.

6. برای دو اسید ضعیف هم‌غلظت در یک دما اگر Ka(A)>Ka(B)K_a(\text{A})>K_a(\text{B}) باشد کدام نتیجه درست است؟

  • A\text{A} ضعیف‌تر است و pH بیشتری دارد
  • A\text{A} قوی‌تر است و [H+][\text{H}^+] بیشتری دارد
  • B\text{B} رساناتر است و α\alpha بیشتری دارد
  • A\text{A} و B\text{B} الزاماً pH یکسان دارند

پاسخنامه‌ی تحلیلی

هرچه KaK_a بزرگ‌تر باشد، اسید تمایلِ بیشتری به یونش دارد؛ پس در غلظتِ یکسان، اسیدِ A\text{A} (با KaK_a بزرگ‌تر) قوی‌تر است و [H+][\text{H}^+] بیشتری تولید می‌کند. بنابراین «A\text{A} قوی‌تر است و [H+][\text{H}^+] بیشتری دارد» درست است. گزینه‌ی «A\text{A} ضعیف‌تر است و pH بیشتری دارد» رابطه را برعکس بیان می‌کند. گزینه‌ی «B\text{B} رساناتر است و α\alpha بیشتری دارد» نادرست است چون B\text{B} با KaK_aی کوچک‌تر، یونشِ کمتر و رسانایی کمتری دارد، نه بیشتر. گزینه‌ی «A\text{A} و B\text{B} الزاماً pH یکسان دارند» نادرست است چون تفاوتِ KaK_a باعثِ تفاوتِ pH\text{pH} می‌شود؛ این دو اسید pH\text{pH}ی یکسانی ندارند. تلهٔ تستی: بزرگ‌تربودنِ KaK_a همیشه به‌معنایِ قوی‌تربودنِ اسید و [H+][\text{H}^+] بیشتر (و pH\text{pH} کمتر) است؛ این رابطهٔ مستقیم پایهٔ مقایسهٔ هر دو اسیدِ ضعیف است.

7. برای محلول مولار NaOH\text{NaOH} در 25∘C25^\circ\text{C} کدام گزینه درست است؟

  • pH=1\text{pH}=1
  • pH=7\text{pH}=7
  • pH=13\text{pH}=13
  • pH=14\text{pH}=14

پاسخنامه‌ی تحلیلی

NaOH\text{NaOH} بازِ قوی است و در غلظتِ 1 mol⋅L−11\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1} تقریباً کاملاً یونش می‌دهد؛ پس [OH−]=1[\text{OH}^-]=1، pOH=0\text{pOH}=0 و در نتیجه pH=14\text{pH}=14. بنابراین «pH=14\text{pH}=14» درست است. گزینه‌های «pH=1\text{pH}=1»، «pH=7\text{pH}=7» و «pH=13\text{pH}=13» هرکدام با فرضِ نادرستی دربارهٔ میزانِ یونش یا جهتِ pH\text{pH}/pOH\text{pOH} ساخته می‌شوند و با محاسبهٔ درست سازگار نیستند. تلهٔ تستی: در محلولِ مولارِ یک بازِ قوی، [OH−]=1 mol⋅L−1[\text{OH}^-]=1\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1} است که به بیشینهٔ pH=14\text{pH}=14 می‌رسد؛ این حالتِ مرزی باید شناخته شود.

8. برای خنثی‌سازی کامل 0.100.10 مول Mg(OH)2\text{Mg(OH)}_2 حداقل چند مول HCl\text{HCl} لازم است؟

  • 0.050.05
  • 0.100.10
  • 0.200.20
  • 0.300.30

پاسخنامه‌ی تحلیلی

طبقِ معادلهٔ Mg(OH)2+2HCl→MgCl2+2H2O\text{Mg(OH)}_2+2\text{HCl}\rightarrow\text{MgCl}_2+2\text{H}_2\text{O}، به‌ازایِ هر یک مول Mg(OH)2\text{Mg(OH)}_2 دو مول HCl\text{HCl} لازم است؛ پس برایِ 0.100.10 مول باز، 0.200.20 مول اسید نیاز است. بنابراین «0.200.20» درست است. گزینه‌ی «0.050.05» و «0.100.10» از فرضِ نسبت‌هایِ نادرستِ کمتر از 2:12:1 ناشی می‌شوند. گزینه‌ی «0.300.30» از ضربِ نادرستِ ضریبِ 33 به‌جایِ 22 به‌دست می‌آید. تلهٔ تستی: چون Mg(OH)2\text{Mg(OH)}_2 دو گروهِ OH−\text{OH}^- دارد، به دو برابرِ مولِ اسیدِ تک‌پروتونه برایِ خنثی‌سازیِ کامل نیاز است.

9. pH محلول 0.20 mol⋅L−10.20\ \text{mol·L}^{-1} HNO3\text{HNO}_3 تقریباً چند است؟

  • 0.30
  • 0.70
  • 1.30
  • 2.70

پاسخنامه‌ی تحلیلی

pH=−log⁡(0.20)=−log⁡(2×10−1)=1−log⁡2≈1−0.30=0.70\text{pH}=-\log(0.20)=-\log(2\times10^{-1})=1-\log2\approx1-0.30=0.70. بنابراین «0.70» درست است. گزینه‌های «0.30»، «1.30» و «2.70» هرکدام از یک خطایِ محاسباتیِ رایج در تجزیهٔ log⁡2\log2 یا جابه‌جاییِ توانِ ده ناشی می‌شوند. تلهٔ تستی: باید توجه کرد log⁡(2×10−1)=log⁡2+log⁡(10−1)=0.30−1=−0.70\log(2\times10^{-1})=\log2+\log(10^{-1})=0.30-1=-0.70، پس pH=−(−0.70)=0.70\text{pH}=-(-0.70)=0.70؛ اشتباه در علامت‌گذاریِ این محاسبه رایج است.

10. در محلول 0.10 mol⋅L−10.10\ \text{mol·L}^{-1} استیک اسید اگر [H+]=1.35×10−3[\text{H}^+]=1.35\times10^{-3} باشد درجه یونش چند درصد است؟

  • 0.135%0.135\%
  • 1.35%1.35\%
  • 13.5%13.5\%
  • 0.0135%0.0135\%

پاسخنامه‌ی تحلیلی

α=1.35×10−30.10=1.35×10−2=1.35%\alpha=\dfrac{1.35\times10^{-3}}{0.10}=1.35\times10^{-2}=1.35\%. بنابراین «1.35%1.35\%» درست است. گزینه‌های «0.135%0.135\%»، «13.5%13.5\%» و «0.0135%0.0135\%» هرکدام از خطایِ محاسباتی در جابه‌جاییِ توانِ ده در تبدیلِ کسر به درصد ناشی می‌شوند. تلهٔ تستی: باید در تقسیمِ 1.35×10−30.10\dfrac{1.35\times10^{-3}}{0.10} توان‌هایِ ده را با دقت مدیریت کرد (10−310^{-3} تقسیم‌بر 10−110^{-1} برابرِ 10−210^{-2} است)؛ خطا در این مرحله باعثِ جابه‌جاییِ دو یا سه‌رقمیِ نتیجه می‌شود.

مباحث مرتبط

02_آسایش و رفاه در سایه شیمی (علوم تجربی)03_شیمی جلوه ای از هنر، زیبایی و ماندگاری (علوم تجربی)04_شیمی، راهی به سوی آینده ای روشن تر (علوم تجربی)کیهان زادگاه الفبای هستی (علوم تجربی)ردِّ پای گازها در زندگی (علوم تجربی)آب، آهنگ زندگی (علوم تجربی)01_قدر هدایای زمینی را بدانیم (علوم تجربی)02_در پی غذای سالم (علوم تجربی)03_پوشاک، نیازی پایان ناپذیر (علوم تجربی)مجموعه، الگو و دنباله(فصل 1 ریاضی 1) (علوم تجربی)

ادامه‌ی این مبحث رو ببین

با ثبت‌نام رایگان، به بانک کامل سؤال، شبیه‌ساز کنکور و تحلیل پیشرفت دسترسی داری

ثبت‌نام رایگان