Q: برای واکنش $\text{N}_2(g) + 3\text{H}_2(g) \rightleftharpoons 2\text{NH}_3(g)$، اگر $K = 2.5$ در دمای معین باشد، $K$ برای واکنش $\text{NH}_3(g) \rightleftharpoons \frac{1}{2}\text{N}_2(g) + \frac{3}{2}\text{H}_2(g)$ چقدر است؟

$0.632$ — واکنشِ پرسیدهشده هم معکوسِ واکنشِ اصلی است و هم ضرایبِ آن نصف شدهاند؛ بنابراین $K'=(1/K)^{1/2}=(1/2.5)^{0.5}=(0.4)^{0.5}\approx0.632$. گزینهٔ «$0.4$» نادرست است؛ این فقط وارونهٔ $K$ ($1/2.5$) است، بدونِ اعمالِ ریشهٔ دوم برایِ ضرایبِ نصفشده. گزینهٔ «$1.58$» نادرست است؛ این عدد ریشهٔ دومِ $K$ اصلی ($\sqrt{2.5}$) است، نه وارونهٔ آن. گزینهٔ «$6.25$» نادرست است؛ این عدد از توانِ اشتباه ($K^2$ بهجایِ $K^{-1/2}$) بهدست آمده است. تلهٔ تستی: وقتی معادله هم معکوس هم در یک عدد (اینجا $1/2$) ضرب میشود، باید هر دو عملِ «وارونهکردن» و «بهتوانرساندن» را با هم و بهترتیبِ درست اعمال کرد.

Q: در اکسایش پارازایلن به ترفتالیک اسید با $\text{KMnO}_4$، عدد اکسایش منگنز از چه مقداری به چه مقداری تغییر میکند؟

از $+7$ به $+4$ — منگنز در $\text{MnO}_4^-$ عددِ اکسایشِ $+7$ دارد و در فراوردهٔ $\text{MnO}_2$ عددِ اکسایشِ $+4$ دارد؛ پس تغییر از $+7$ به $+4$ است. گزینهٔ «از $+4$ به $+7$» نادرست است؛ این گزینه جهتِ تغییر را برعکس کرده؛ منگنز کاهش مییابد (عددِ اکسایش کم میشود)، نه اکسایش. گزینهٔ «از $+7$ به $+2$» نادرست است؛ عددِ اکسایشِ منگنز در فراوردهٔ این واکنش $\text{MnO}_2$ برابرِ $+4$ است، نه $+2$. گزینهٔ «از $+6$ به $+4$» نادرست است؛ عددِ اکسایشِ منگنز در $\text{MnO}_4^-$ برابرِ $+7$ است، نه $+6$. تلهٔ تستی: در $\text{MnO}_4^-$ (چهار اکسیژن با عددِ اکسایشِ $-2$) باید عددِ اکسایشِ منگنز را از تعادلِ بار محاسبه کرد: $x+4(-2)=-1 \Rightarrow x=+7$؛ محاسبهٔ عجولانه بدونِ این تعادل، رایجترین خطاست.

Q: در واکنش $2\text{NO}(g) \rightleftharpoons \text{N}_2(g) + \text{O}_2(g)$ که در مبدل کاتالیستی انجام میشود، تغییر تعداد مول گازی چقدر است؟

از $2$ مول به $2$ مول (بدون تغییر) — در واکنشِ $2\text{NO}\rightleftharpoons\text{N}_2+\text{O}_2$، هر دو طرف دقیقاً $2$ مول گاز دارند؛ پس تغییرِ مولِ گازی صفر است (بدونِ تغییر). گزینهٔ «از $2$ مول به $1$ مول (کاهش)» نادرست است؛ این گزینه فراوردهٔ $\text{O}_2$ را نادیده گرفته و فقط $\text{N}_2$ را شمرده است. گزینهٔ «از $1$ مول به $2$ مول (افزایش)» نادرست است؛ این گزینه جهتِ واکنش را برعکس خوانده و مولِ واکنشدهنده را اشتباه گرفته. گزینهٔ «از $2$ مول به $3$ مول (افزایش)» نادرست است؛ این گزینه یک مولِ اضافیِ نادرست به فراوردهها نسبت داده است. تلهٔ تستی: باید ضرایبِ استوکیومتریِ هر دو طرف را با دقت جمع زد ($2$ در برابرِ $1+1=2$)؛ فراموشکردنِ یکی از دو فراورده رایجترین اشتباه است.

Q: کدامیک از آلایندههای زیر بهطور مستقیم در مبدل کاتالیستی به $\mathrm{N_2}$ و $\mathrm{O_2}$ تبدیل میشود؟

$\mathrm{NO}$ — یکی از واکنشهایِ اصلیِ مبدلِ کاتالیستی، تجزیهٔ مستقیمِ $\text{NO}$ به $\text{N}_2$ و $\text{O}_2$ است ($2\text{NO}\xrightarrow{\text{cat}}\text{N}_2+\text{O}_2$). گزینهٔ «$\mathrm{CO}$» نادرست است؛ مونوکسیدکربن در مبدل اکسید و به $\text{CO}_2$ تبدیل میشود، نه به $\text{N}_2$ و $\text{O}_2$. گزینهٔ «$\mathrm{SO_2}$» نادرست است؛ گوگرد دیاکسید اصلاً یکی از واکنشهایِ اصلیِ مبدلِ کاتالیستی نیست. گزینهٔ «$\mathrm{H_2O}$» نادرست است؛ آب یک آلاینده نیست و در مبدلِ کاتالیستی واکنشی روی آن انجام نمیشود. تلهٔ تستی: هر آلایندهٔ اگزوز ($\text{CO}$، $\text{NO}$، هیدروکربنها) در مبدل به فراوردهٔ متفاوتی تبدیل میشود؛ نباید فراوردهٔ یک آلاینده را به آلایندهٔ دیگر نسبت داد.

Q: اگر در طیف IR یک ماده، جذب پهن در ناحیهٔ $3200\text{–}3550\ \mathrm{cm^{-1}}$ دیده شود، محتملترین گروه عاملی کدام است؟

$\mathrm{O-H}$ الکلی — پیوندِ $\text{O-H}$ در الکلها بهدلیلِ پیوندِ هیدروژنیِ بینمولکولی، جذبی پهن و در گسترهٔ $3200$ تا $3550\ \text{cm}^{-1}$ نشان میدهد که دقیقاً با این گسترهٔ دادهشده مطابقت دارد. گزینهٔ «$\mathrm{C=O}$» نادرست است؛ گروهِ کربونیل معمولاً در گسترهٔ $1680$–$1750\ \text{cm}^{-1}$ جذب میکند، نه $3200$–$3550$. گزینهٔ «$\mathrm{N-H}$» نادرست است؛ پیوندِ $\text{N-H}$ در گسترهٔ نزدیک ($3300$–$3500$) جذب میکند اما جذبِ آن معمولاً باریکتر و در محدودهٔ کمی متفاوت از $\text{O-H}$ الکلی است. گزینهٔ «$\mathrm{C-H}$ آلکانی» نادرست است؛ پیوندِ $\text{C-H}$ آلکانی در گسترهٔ پایینترِ $2850$–$3000\ \text{cm}^{-1}$ جذب میکند. تلهٔ تستی: گسترهٔ عددیِ دقیقِ جذب، تنها راهِ قابلِاتکا برایِ تشخیصِ گروهِ عاملی در طیفِ IR است؛ نباید فقط بر اساسِ «وجودِ هیدروژن در پیوند» حدس زد.

Q: دادههای واکنش $\mathrm{2SO_3(g)\rightleftharpoons 2SO_2(g)+O_2(g)}$ نشان میدهد با افزایش دما، $K$ از $2.5\times10^{-25}$ به $4\times10^{-5}$ میرسد. نتیجهٔ درست کدام است؟

واکنش گرماگیر است. — با افزایشِ دما، مقدارِ $K$ از $2.5\times10^{-25}$ به $4\times10^{-5}$ (یعنی بهشدت) افزایش یافته؛ طبقِ اصلِ لوشاتلیه، این روند نشانِ واکنشِ گرماگیر است، نه گرماده. گزینهٔ «واکنش گرماده است.» نادرست است؛ این گزینه با روندِ افزایشیِ $K$ در دادهٔ سؤال در تناقض است؛ برایِ واکنشِ گرماده، افزایشِ دما باید $K$ را کم کند، نه زیاد. گزینهٔ «کاتالیزگر اضافه شده است.» نادرست است؛ کاتالیزگر هرگز مقدارِ $K$ را تغییر نمیدهد؛ تغییرِ بزرگِ $K$ در این داده فقط میتواند نتیجهٔ تغییرِ دما باشد. گزینهٔ «فشار کل کاهش یافته است.» نادرست است؛ فشار (بدونِ تغییرِ دما) بر مقدارِ $K$ اثری ندارد؛ فقط دما میتواند $K$ را تغییر دهد. تلهٔ تستی: تنها متغیری که مقدارِ $K$ را تغییر میدهد، دماست؛ وقتی $K$ بهشدت تغییر میکند، باید بلافاصله به فکرِ تغییرِ دما (نه فشار یا کاتالیزگر) افتاد.

Q: اگر برای تعادل $\mathrm{N_2+3H_2\rightleftharpoons 2NH_3}$ در ظرف یکلیتری، مقادیر تعادلی $\mathrm{NH_3}=0.14\ mol$، $\mathrm{N_2}=0.07\ mol$ و $\mathrm{H_2}=0.50\ mol$ باشد، مقدار $K$ تقریباً چند است؟

$2.24$ — چون حجمِ ظرف $1$ لیتر است، غلظتها با مقادیرِ مولِ دادهشده برابرند؛ $K=\dfrac{(0.14)^2}{(0.07)(0.50)^3}=\dfrac{0.0196}{0.00875}\approx2.24$. گزینهٔ «$1.24$» نادرست است؛ این عدد با محاسبهٔ دقیقِ $0.0196/0.00875\approx2.24$ مطابقت ندارد. گزینهٔ «$22.4$» نادرست است؛ این عدد دهبرابر بزرگتر از مقدارِ درست است، نشانهٔ خطایِ مشابه در جهتِ عکس. گزینهٔ «$0.224$» نادرست است؛ این عدد دهبرابر کوچکتر از مقدارِ درست است؛ از خطایِ اعشاری در محاسبهٔ توانِ سوم ناشی میشود. تلهٔ تستی: وقتی حجمِ ظرف دقیقاً $1$ لیتر است، مول و غلظتِ مولی عددی یکسان دارند؛ این میتواند در محاسبه سادهسازی کند اما نباید باعثِ غفلت از توانِ سومِ $[\text{H}_2]$ شود.

Q: در تبدیل $\mathrm{CH_2{=}CH_2}$ به $\mathrm{HOCH_2CH_2OH}$، عدد اکسایش هر کربن چه تغییری میکند؟

از $-2$ به $-1$ — در اتن، هر کربن بهطورِ متوسط عددِ اکسایشِ $-2$ دارد و در اتیلنگلیکول (که هر کربن در گروهِ $\text{CH}_2\text{OH}$ قرار دارد) این عدد $-1$ میشود؛ پس هر کربن یک واحد اکسیده میشود. گزینهٔ «از $-1$ به $-2$» نادرست است؛ این گزینه جهتِ تغییر را برعکس کرده؛ عددِ اکسایش از $-2$ (اتن) به $-1$ (اتیلنگلیکول) افزایش مییابد، نه کاهش. گزینهٔ «از $-2$ به $+1$» نادرست است؛ مقدارِ نهاییِ عددِ اکسایشِ کربن در اتیلنگلیکول $-1$ است، نه $+1$. گزینهٔ «از $0$ به $-1$» نادرست است؛ عددِ اکسایشِ کربن در اتنِ آغازین $-2$ است، نه $0$. تلهٔ تستی: باید همیشه هم مقدارِ عددیِ درستِ هر دو حالت (اتن: $-2$، اتیلنگلیکول: $-1$) و هم جهتِ درستِ تغییر (افزایش=اکسایش) را با هم تطبیق داد.

Q: اگر در تعادل هابر، فشار افزایش یابد و دما ثابت بماند، درصد مولی آمونیاک چگونه تغییر میکند؟

افزایش مییابد، چون تعادل به سمت مول گازی کمتر میرود. — سمتِ راستِ معادلهٔ هابر ($2$ مول $\text{NH}_3$) مولِ گازیِ کمتری نسبت به سمتِ چپ ($4$ مول $\text{N}_2+\text{H}_2$) دارد؛ پس افزایشِ فشار تعادل را به سمتِ راست (فراورده) میبرد و درصدِ مولیِ آمونیاک افزایش مییابد. گزینهٔ «کاهش مییابد، چون تراکم گازها بیشتر میشود.» نادرست است؛ «تراکمِ بیشتر» دلیلِ درستی برایِ کاهش نیست؛ اصلِ لوشاتلیه بر اساسِ شمارِ مولِ گازی، نه تراکم، عمل میکند. گزینهٔ «تغییری نمیکند، چون $K$ ثابت است.» نادرست است؛ درست است که $K$ ثابت میماند، اما این بهمعنایِ ثابتماندنِ درصدِ مولیِ آمونیاک نیست؛ موضعِ تعادل میتواند جابهجا شود در حالیکه $K$ عوض نمیشود. گزینهٔ «فقط در حضور کاتالیزگر افزایش مییابد.» نادرست است؛ اثرِ فشار بر موضعِ تعادل کاملاً مستقل از حضورِ کاتالیزگر است. تلهٔ تستی: نباید «ثابتماندنِ $K$» را با «ثابتماندنِ موضعِ تعادل یا درصدِ فراورده» اشتباه گرفت؛ این دو مفهومِ کاملاً متفاوتاند.

Question 1

برای واکنش $	ext{N}_2(g) + 3	ext{H}_2(g) ightleftharpoons 2	ext{NH}_3(g)$، اگر $K = 2.5$ در دمای معین باشد، $K$ برای واکنش $	ext{NH}_3(g) ightleftharpoons \frac{1}{2}	ext{N}_2(g) + \frac{3}{2}	ext{H}_2(g)$ چقدر است؟

Accepted Answer

$0.632$ — واکنشِ پرسیده‌شده هم معکوسِ واکنشِ اصلی است و هم ضرایبِ آن نصف شده‌اند؛ بنابراین $K'=(1/K)^{1/2}=(1/2.5)^{0.5}=(0.4)^{0.5}\approx0.632$. گزینهٔ «$0.4$» نادرست است؛ این فقط وارونهٔ $K$ ($1/2.5$) است، بدونِ اعمالِ ریشهٔ دوم برایِ ضرایبِ نصف‌شده. گزینهٔ «$1.58$» نادرست است؛ این عدد ریشهٔ دومِ $K$ اصلی ($\sqrt{2.5}$) است، نه وارونهٔ آن. گزینهٔ «$6.25$» نادرست است؛ این عدد از توانِ اشتباه ($K^2$ به‌جایِ $K^{-1/2}$) به‌دست آمده است. تلهٔ تستی: وقتی معادله هم معکوس هم در یک عدد (اینجا $1/2$) ضرب می‌شود، باید هر دو عملِ «وارونه‌کردن» و «به‌توان‌رساندن» را با هم و به‌ترتیبِ درست اعمال کرد.

Question 2

در اکسایش پارازایلن به ترفتالیک اسید با $	ext{KMnO}_4$، عدد اکسایش منگنز از چه مقداری به چه مقداری تغییر می‌کند؟

Accepted Answer

از $+7$ به $+4$ — منگنز در $	ext{MnO}_4^-$ عددِ اکسایشِ $+7$ دارد و در فراوردهٔ $	ext{MnO}_2$ عددِ اکسایشِ $+4$ دارد؛ پس تغییر از $+7$ به $+4$ است. گزینهٔ «از $+4$ به $+7$» نادرست است؛ این گزینه جهتِ تغییر را برعکس کرده؛ منگنز کاهش می‌یابد (عددِ اکسایش کم می‌شود)، نه اکسایش. گزینهٔ «از $+7$ به $+2$» نادرست است؛ عددِ اکسایشِ منگنز در فراوردهٔ این واکنش $	ext{MnO}_2$ برابرِ $+4$ است، نه $+2$. گزینهٔ «از $+6$ به $+4$» نادرست است؛ عددِ اکسایشِ منگنز در $	ext{MnO}_4^-$ برابرِ $+7$ است، نه $+6$. تلهٔ تستی: در $	ext{MnO}_4^-$ (چهار اکسیژن با عددِ اکسایشِ $-2$) باید عددِ اکسایشِ منگنز را از تعادلِ بار محاسبه کرد: $x+4(-2)=-1 \Rightarrow x=+7$؛ محاسبهٔ عجولانه بدونِ این تعادل، رایج‌ترین خطاست.

Question 3

در واکنش $2	ext{NO}(g) ightleftharpoons 	ext{N}_2(g) + 	ext{O}_2(g)$ که در مبدل کاتالیستی انجام می‌شود، تغییر تعداد مول گازی چقدر است؟

Accepted Answer

از $2$ مول به $2$ مول (بدون تغییر) — در واکنشِ $2	ext{NO}ightleftharpoons	ext{N}_2+	ext{O}_2$، هر دو طرف دقیقاً $2$ مول گاز دارند؛ پس تغییرِ مولِ گازی صفر است (بدونِ تغییر). گزینهٔ «از $2$ مول به $1$ مول (کاهش)» نادرست است؛ این گزینه فراوردهٔ $	ext{O}_2$ را نادیده گرفته و فقط $	ext{N}_2$ را شمرده است. گزینهٔ «از $1$ مول به $2$ مول (افزایش)» نادرست است؛ این گزینه جهتِ واکنش را برعکس خوانده و مولِ واکنش‌دهنده را اشتباه گرفته. گزینهٔ «از $2$ مول به $3$ مول (افزایش)» نادرست است؛ این گزینه یک مولِ اضافیِ نادرست به فراورده‌ها نسبت داده است. تلهٔ تستی: باید ضرایبِ استوکیومتریِ هر دو طرف را با دقت جمع زد ($2$ در برابرِ $1+1=2$)؛ فراموش‌کردنِ یکی از دو فراورده رایج‌ترین اشتباه است.

Question 4

در واکنش گرماده $\mathrm{CH_4(g)+2O_2(g)\rightarrow CO_2(g)+2H_2O(g)}$ که $\Delta H=-802\ \mathrm{kJ}$ است اگر انرژی فعال‌سازی واکنش مستقیم $150\ \mathrm{kJ}$ باشد، انرژی فعال‌سازی واکنش معکوس چند $\mathrm{kJ}$ است؟

Accepted Answer

$952$ — با توجه به آنتالپیِ واکنشِ سوختنِ متان ($\Delta H=-802\ 	ext{kJ}$) و رابطهٔ $E_{a,	ext{rev}}=E_{a,	ext{fwd}}+|\Delta H|$، مقدارِ $E_{a,	ext{rev}}=150+802=952\ 	ext{kJ}$ به‌دست می‌آید. گزینهٔ «$652$» نادرست است؛ این عدد از تفریقِ نادرستِ $802-150$ به‌دست می‌آید، نه جمع. گزینهٔ «$150$» نادرست است؛ این عدد همان $E_a$ جهتِ مستقیم است و اثرِ $\Delta H$ در آن اعمال نشده. گزینهٔ «$802$» نادرست است؛ این عدد فقط مقدارِ $|\Delta H|$ است، نه $E_a$ جهتِ معکوس. تلهٔ تستی: رابطهٔ $E_{a,	ext{rev}}=E_{a,	ext{fwd}}+|\Delta H|$ فقط برایِ واکنشِ گرماده برقرار است؛ فراموش‌کردنِ جمعِ $|\Delta H|$ یا اشتباهِ علامت، رایج‌ترین خطاست.

Question 5

کدام‌یک از آلاینده‌های زیر به‌طور مستقیم در مبدل کاتالیستی به $\mathrm{N_2}$ و $\mathrm{O_2}$ تبدیل می‌شود؟

Accepted Answer

$\mathrm{NO}$ — یکی از واکنش‌هایِ اصلیِ مبدلِ کاتالیستی، تجزیهٔ مستقیمِ $	ext{NO}$ به $	ext{N}_2$ و $	ext{O}_2$ است ($2	ext{NO}\xrightarrow{	ext{cat}}	ext{N}_2+	ext{O}_2$). گزینهٔ «$\mathrm{CO}$» نادرست است؛ مونوکسیدکربن در مبدل اکسید و به $	ext{CO}_2$ تبدیل می‌شود، نه به $	ext{N}_2$ و $	ext{O}_2$. گزینهٔ «$\mathrm{SO_2}$» نادرست است؛ گوگرد دی‌اکسید اصلاً یکی از واکنش‌هایِ اصلیِ مبدلِ کاتالیستی نیست. گزینهٔ «$\mathrm{H_2O}$» نادرست است؛ آب یک آلاینده نیست و در مبدلِ کاتالیستی واکنشی روی آن انجام نمی‌شود. تلهٔ تستی: هر آلایندهٔ اگزوز ($	ext{CO}$، $	ext{NO}$، هیدروکربن‌ها) در مبدل به فراوردهٔ متفاوتی تبدیل می‌شود؛ نباید فراوردهٔ یک آلاینده را به آلایندهٔ دیگر نسبت داد.

Question 6

اگر در طیف IR یک ماده، جذب پهن در ناحیهٔ $3200	ext{–}3550\ \mathrm{cm^{-1}}$ دیده شود، محتمل‌ترین گروه عاملی کدام است؟

Accepted Answer

$\mathrm{O-H}$ الکلی — پیوندِ $	ext{O-H}$ در الکل‌ها به‌دلیلِ پیوندِ هیدروژنیِ بین‌مولکولی، جذبی پهن و در گسترهٔ $3200$ تا $3550\ 	ext{cm}^{-1}$ نشان می‌دهد که دقیقاً با این گسترهٔ داده‌شده مطابقت دارد. گزینهٔ «$\mathrm{C=O}$» نادرست است؛ گروهِ کربونیل معمولاً در گسترهٔ $1680$–$1750\ 	ext{cm}^{-1}$ جذب می‌کند، نه $3200$–$3550$. گزینهٔ «$\mathrm{N-H}$» نادرست است؛ پیوندِ $	ext{N-H}$ در گسترهٔ نزدیک ($3300$–$3500$) جذب می‌کند اما جذبِ آن معمولاً باریک‌تر و در محدودهٔ کمی متفاوت از $	ext{O-H}$ الکلی است. گزینهٔ «$\mathrm{C-H}$ آلکانی» نادرست است؛ پیوندِ $	ext{C-H}$ آلکانی در گسترهٔ پایین‌ترِ $2850$–$3000\ 	ext{cm}^{-1}$ جذب می‌کند. تلهٔ تستی: گسترهٔ عددیِ دقیقِ جذب، تنها راهِ قابلِ‌اتکا برایِ تشخیصِ گروهِ عاملی در طیفِ IR است؛ نباید فقط بر اساسِ «وجودِ هیدروژن در پیوند» حدس زد.

Question 7

داده‌های واکنش $\mathrm{2SO_3(g)ightleftharpoons 2SO_2(g)+O_2(g)}$ نشان می‌دهد با افزایش دما، $K$ از $2.5	imes10^{-25}$ به $4	imes10^{-5}$ می‌رسد. نتیجهٔ درست کدام است؟

Accepted Answer

واکنش گرماگیر است. — با افزایشِ دما، مقدارِ $K$ از $2.5	imes10^{-25}$ به $4	imes10^{-5}$ (یعنی به‌شدت) افزایش یافته؛ طبقِ اصلِ لوشاتلیه، این روند نشانِ واکنشِ گرماگیر است، نه گرماده. گزینهٔ «واکنش گرماده است.» نادرست است؛ این گزینه با روندِ افزایشیِ $K$ در دادهٔ سؤال در تناقض است؛ برایِ واکنشِ گرماده، افزایشِ دما باید $K$ را کم کند، نه زیاد. گزینهٔ «کاتالیزگر اضافه شده است.» نادرست است؛ کاتالیزگر هرگز مقدارِ $K$ را تغییر نمی‌دهد؛ تغییرِ بزرگِ $K$ در این داده فقط می‌تواند نتیجهٔ تغییرِ دما باشد. گزینهٔ «فشار کل کاهش یافته است.» نادرست است؛ فشار (بدونِ تغییرِ دما) بر مقدارِ $K$ اثری ندارد؛ فقط دما می‌تواند $K$ را تغییر دهد. تلهٔ تستی: تنها متغیری که مقدارِ $K$ را تغییر می‌دهد، دماست؛ وقتی $K$ به‌شدت تغییر می‌کند، باید بلافاصله به فکرِ تغییرِ دما (نه فشار یا کاتالیزگر) افتاد.

Question 8

اگر برای تعادل $\mathrm{N_2+3H_2\rightleftharpoons 2NH_3}$ در ظرف یک‌لیتری، مقادیر تعادلی $\mathrm{NH_3}=0.14\ mol$، $\mathrm{N_2}=0.07\ mol$ و $\mathrm{H_2}=0.50\ mol$ باشد، مقدار $K$ تقریباً چند است؟

Accepted Answer

$2.24$ — چون حجمِ ظرف $1$ لیتر است، غلظت‌ها با مقادیرِ مولِ داده‌شده برابرند؛ $K=\dfrac{(0.14)^2}{(0.07)(0.50)^3}=\dfrac{0.0196}{0.00875}\approx2.24$. گزینهٔ «$1.24$» نادرست است؛ این عدد با محاسبهٔ دقیقِ $0.0196/0.00875\approx2.24$ مطابقت ندارد. گزینهٔ «$22.4$» نادرست است؛ این عدد ده‌برابر بزرگ‌تر از مقدارِ درست است، نشانهٔ خطایِ مشابه در جهتِ عکس. گزینهٔ «$0.224$» نادرست است؛ این عدد ده‌برابر کوچک‌تر از مقدارِ درست است؛ از خطایِ اعشاری در محاسبهٔ توانِ سوم ناشی می‌شود. تلهٔ تستی: وقتی حجمِ ظرف دقیقاً $1$ لیتر است، مول و غلظتِ مولی عددی یکسان دارند؛ این می‌تواند در محاسبه ساده‌سازی کند اما نباید باعثِ غفلت از توانِ سومِ $[	ext{H}_2]$ شود.

Question 9

در تبدیل $\mathrm{CH_2{=}CH_2}$ به $\mathrm{HOCH_2CH_2OH}$، عدد اکسایش هر کربن چه تغییری می‌کند؟

Accepted Answer

از $-2$ به $-1$ — در اتن، هر کربن به‌طورِ متوسط عددِ اکسایشِ $-2$ دارد و در اتیلن‌گلیکول (که هر کربن در گروهِ $	ext{CH}_2	ext{OH}$ قرار دارد) این عدد $-1$ می‌شود؛ پس هر کربن یک واحد اکسیده می‌شود. گزینهٔ «از $-1$ به $-2$» نادرست است؛ این گزینه جهتِ تغییر را برعکس کرده؛ عددِ اکسایش از $-2$ (اتن) به $-1$ (اتیلن‌گلیکول) افزایش می‌یابد، نه کاهش. گزینهٔ «از $-2$ به $+1$» نادرست است؛ مقدارِ نهاییِ عددِ اکسایشِ کربن در اتیلن‌گلیکول $-1$ است، نه $+1$. گزینهٔ «از $0$ به $-1$» نادرست است؛ عددِ اکسایشِ کربن در اتنِ آغازین $-2$ است، نه $0$. تلهٔ تستی: باید همیشه هم مقدارِ عددیِ درستِ هر دو حالت (اتن: $-2$، اتیلن‌گلیکول: $-1$) و هم جهتِ درستِ تغییر (افزایش=اکسایش) را با هم تطبیق داد.

Question 10

اگر در تعادل هابر، فشار افزایش یابد و دما ثابت بماند، درصد مولی آمونیاک چگونه تغییر می‌کند؟

Accepted Answer

افزایش می‌یابد، چون تعادل به سمت مول گازی کمتر می‌رود. — سمتِ راستِ معادلهٔ هابر ($2$ مول $	ext{NH}_3$) مولِ گازیِ کمتری نسبت به سمتِ چپ ($4$ مول $	ext{N}_2+	ext{H}_2$) دارد؛ پس افزایشِ فشار تعادل را به سمتِ راست (فراورده) می‌برد و درصدِ مولیِ آمونیاک افزایش می‌یابد. گزینهٔ «کاهش می‌یابد، چون تراکم گازها بیشتر می‌شود.» نادرست است؛ «تراکمِ بیشتر» دلیلِ درستی برایِ کاهش نیست؛ اصلِ لوشاتلیه بر اساسِ شمارِ مولِ گازی، نه تراکم، عمل می‌کند. گزینهٔ «تغییری نمی‌کند، چون $K$ ثابت است.» نادرست است؛ درست است که $K$ ثابت می‌ماند، اما این به‌معنایِ ثابت‌ماندنِ درصدِ مولیِ آمونیاک نیست؛ موضعِ تعادل می‌تواند جابه‌جا شود در حالی‌که $K$ عوض نمی‌شود. گزینهٔ «فقط در حضور کاتالیزگر افزایش می‌یابد.» نادرست است؛ اثرِ فشار بر موضعِ تعادل کاملاً مستقل از حضورِ کاتالیزگر است. تلهٔ تستی: نباید «ثابت‌ماندنِ $K$» را با «ثابت‌ماندنِ موضعِ تعادل یا درصدِ فراورده» اشتباه گرفت؛ این دو مفهومِ کاملاً متفاوت‌اند.

ویژگی	توضیح
مصرف نمی‌شود	در پایان بازیابی می‌شود
$E_a$ را کاهش می‌دهد	مسیر واکنش را عوض می‌کند
$\Delta H$ را تغییر نمی‌دهد	انرژی اولیه و نهایی ثابت است
اختصاصی و انتخابی است	هر کاتالیزگر برای واکنش‌های معدودی مؤثر است

آلاینده	بدون مبدل (g/km)	با مبدل (g/km)
$\text{CO}$	$5.99$	$0.61$
$\text{C}_x\text{H}_y$	$1.67$	$0.07$
$\text{NO}$	$1.04$	$0.04$

پیوند/گروه	گسترهٔ جذب ( $\text{cm}^{-1}$ )
$\text{O–H}$ (الکل)	$3200\text{–}3550$
$\text{C=O}$ (کربونیل)	$1680\text{–}1750$
$\text{N–H}$	$3300\text{–}3500$
$\text{C–H}$	$2850\text{–}3000$

قانون	توضیح
$K$ فقط به دما بستگی دارد	غلظت، فشار، حجم و کاتالیزگر آن را تغییر نمی‌دهند
$K > 1$	واکنش به سمت فراورده‌ها پیش رفته
$K < 1$	واکنش‌دهنده‌ها غالب‌اند

واکنش	افزایش دما	کاهش دما
گرماده ( $\Delta H < 0$ )	به سمت واکنش‌دهنده‌ها، $K$ ↓	به سمت فراورده‌ها، $K$ ↑
گرماگیر ( $\Delta H > 0$ )	به سمت فراورده‌ها، $K$ ↑	به سمت واکنش‌دهنده‌ها، $K$ ↓

04_شیمی، راهی به سوی آینده ای روشن تر (علوم ریاضی)

خلاصه‌ی درسنامه

مقدمه: هوای پاک و چالش آلودگی

انرژی فعال‌سازی

کاتالیزگر

مبدل کاتالیستی

طیف‌سنجی فروسرخ

تعادل شیمیایی

اصل لوشاتلیه

فرایند هابر

عدد اکسایش در ترکیبات آلی

شیمی سبز و اقتصاد اتمی

نکات کنکوری

فرمول‌های کلیدی

مطالب فراتر از کتاب

نمونه تست

مباحث مرتبط

ادامه‌ی این مبحث رو ببین

عامل	شرایط	دلیل
دما	$450°\text{C}$	دمای بالاتر $K$ را کم می‌کند (گرماده)؛ دمای پایین‌تر سرعت را بیش‌ازحد کند می‌کند
فشار	$200\ \text{atm}$	تعادل را به سمت فراورده می‌برد (۴ مول ← ۲ مول)
کاتالیزگر	آهن	کاهش $E_a$ و افزایش سرعت رسیدن به تعادل

ترکیب	عدد اکسایش C
متان $\text{CH}_4$	$-4$
اتان	$-3$
اتن	$-2$
متانول $\text{CH}_3\text{OH}$	$-2$
$\text{CO}_2$	$+4$

مفهوم	فرمول
ثابت تعادل	$K = \dfrac{[\text{C}]^c[\text{D}]^d}{[\text{A}]^a[\text{B}]^b}$
رابطهٔ آرنیوس	$k = A \cdot e^{-E_a/RT}$
$E_a$ معکوس (گرماده)	$E_{a,\text{rev}} = E_{a,\text{fwd}} + \|\Delta H\|$
واکنش معکوس	$K' = 1/K$
اقتصاد اتمی	$\dfrac{M_{\text{هدف}}}{\sum M_{\text{واکنش‌دهنده}}} \times 100\%$