سوال ۱۰۱ · شیمی
کنکور ریاضی ۱۴۰۳ نوبت دوم · سوال ۱۰۱ · کلید رسمی سازمان سنجش
شیمی · شیمی ۳ · فصل ۱: مولکولها در خدمت تندرستی
۲۵۰ میلیلیتر محلول هیدروکلریک اسید ۰/۲ مولار، ۱۰۰ میلیلیتر محلول پتاسیم هیدروکسید ۰/۱ مولار و ۱۵۰ میلیلیتر محلول که در هر لیتر از آن، ۴ گرم حلشونده وجود دارد، با یکدیگر مخلوط میشوند. به این محلول، چند میلیلیتر آب مقطر اضافه شود تا محلول حاصل، برابر ۱/۷ شود؟ (حجم محلولها جمعپذیر در نظر گرفته شود، )
نمایش پاسخ و پاسخ تشریحی
پاسخ درست: گزینهٔ ۳ (کلید رسمی سازمان سنجش)
پاسخ تشریحی
گام اول: محاسبهٔ مول اسید و بازها
هیدروکلریک اسید، اسیدی قوی و تکپروتوندار است؛ بنابراین هر مول آن در آب تقریباً یک مول یون هیدرونیوم تولید میکند. همچنین هر مول سدیم هیدروکسید یا پتاسیم هیدروکسیدِ حلشده، یک مول یون هیدروکسید وارد محلول میکند (شیمی ۳، صفحههای ۱۷ تا ۱۹).
با استفاده از رابطهٔ و قرار دادن حجم بر حسب لیتر:
برای محلول سدیم هیدروکسید، ابتدا جرم مولی و سپس غلظت مولی را حساب میکنیم:
پس:
گام دوم: تعیین مقدار اسید اضافی پس از خنثیسازی
واکنش خنثیسازی با نسبت مولی یکبهیک انجام میشود:
مجموع مول هیدروکسید برابر است با:
بنابراین اسید اضافی است و مول هیدرونیوم باقیمانده برابر میشود با:
گام سوم: محاسبهٔ حجم نهایی لازم
با استفاده از رابطهٔ پیاچ و غلظت هیدرونیوم، که مبنای تمرینهای این مبحث است (شیمی ۳، صفحههای ۳۴ و ۳۵):
افزودن آب، مقدار اسید اضافی را تغییر نمیدهد؛ پس حجم نهایی لازم، با تقریب متناسب با گزینهها، برابر است با:
گام چهارم: محاسبهٔ حجم آب افزودهشده
با توجه به جمعپذیری حجمها:
در نتیجه:
پاسخ: گزینهٔ ۳
چرا گزینههای دیگر نادرستاند
- گزینهٔ ۱: اگر سهم سدیم هیدروکسید در خنثیسازی را فراموش کنید، اسید اضافی را به دست میآورید و حجم آب افزودهشده برابر میشود. این محاسبه نادرست است، زیرا هر دو باز با اسید واکنش میدهند.
- گزینهٔ ۲: عدد حجم نهایی محلول است، نه حجم آب افزودهشده. برای پاسخ به سؤال باید حجم اولیهٔ مخلوط را از این مقدار کم کرد.
- گزینهٔ ۴: ممکن است با تصور اینکه دو برابر کردن حجم مخلوط کافی است، این گزینه انتخاب شود؛ اما رقیقسازی باید بر اساس غلظت هدف انجام شود. افزودن آب، غلظت هیدرونیوم را به و پیاچ را به حدود میرساند که مقدار خواستهشده نیست.
راهنمایی قدمبهقدم (پیش از دیدن پاسخ)
- قوی بودن هیدروکلریک اسید و انحلال یونی هیدروکسیدها را به یاد بیاورید؛ ابتدا باید مقدار اسید و بازِ شرکتکننده در خنثیسازی را مقایسه کنید (شیمی ۳، صفحههای ۱۷ تا ۱۹).
- جرم مولی سدیم هیدروکسید را محاسبه کنید و غلظت جرمی آن را به غلظت مولی تبدیل کنید. سپس با رابطهٔ ، مول اسید و مجموع مول یونهای هیدروکسید را به دست آورید.
- پس از خنثیسازی، هیدرونیوم اضافی باقی میماند. غلظت هدف را از پیدا کنید؛ با تقسیم مول اضافی بر این غلظت، حجم نهایی به دست میآید، اما هنوز باید حجم اولیهٔ مخلوط را از آن کم کنید.