درسنامه آموزشی شیمی (3) کلاس دوازدهم رشته ریاضی و تجربی

1- برای هر یک از موارد زیر دلیلی بیاورید.
آ) اسید‌ها و بازها با ثابت یونش کوچک، الکترولیت ضعیف به شمار می‌روند.
ثابت یونش کوچک نشان دهنده میزان یونش کم و غلظت کم یون‌ها در محلول است.
ب) اغلب اسیدها و بازهای شناخته شده ضعیف هستند.
اغلب اسیدهای شناخته شده (آلی و معدنی) ضعیف هستند به طوری که مصرف خوراکی‌ها داروها و همچنین استفاده از بسیاری پاک‌کننده‌های گوناگون، این ویژگی را تایید می‌کند.
پ) در محلول 0/1 مولار نیتریک اسید در دمای اتاق، $\left[ NO_{3}^{-} \right]=0/1mol{{L}^{-1}}$ است.
نیتریک‌اسید، یک اسید قوی است ($Ka$ بزرگ). از این رو در محلول آن، یونش به طور کامل رخ می‌دهد و به ازای یونش هر $HN{{O}_{3}}$ در محلول، یک هیدرونیوم و یک یون نیترات تولید می‌شود. پس:

$[HN{{O}_{3}}]=[{{H}^{+}}]=[NO_{3}^{-}]=0/1mol{{L}^{-1}}$

ت) در محلول 0/1 مولار فورمیک اسید $\left[ HCOOH \right] \gt \left[ {{H}^{+}} \right]$ است.
فورمیک‌اسید یک اسید ضعیف است $({{K}_{a}}=1/8\times {{10}^{-4}})$. از این رو در محلول به طور جزئی یونیده می‌شود در واقع مولکول‌های $HCOOH$ به طور عمده به شکل یونیده نشده در محلول وجود دارند.

---

2- کاغذ pH بر اثر آغشته شدن به نمونه‌ای از یک محلول، به رنگ سرخ در می‌آید. همچنین رسانایی الکتریکی این محلول در شرایط یکسان به طور آشکاری از محلول آبی سدیم کلرید کمتر است. این محلول محتوی کدام ماده حل شونده می‌تواند باشد؟ توضیح دهید.

$C{{H}_{3}}OH,KOH,HCOOH,HCl,N{{H}_{3}}$ 

رنگ سرخ کاغذ $pH$ نشانه اسیدی بودن محلول است. رسانایی الکتریکی کم آن، محلول الکترولیت ضعیف را یادآوری می‌کند. این ویژگی‌های محلول یک اسید ضعیف است که با $HCOOH(aq)$ همخونی دارد. $HCl$ ،$KOH$ الکترولیت‌های قوی بوده اما $C{{H}_{3}}OH$ غیر الکترولیت است. $N{{H}_{3}}$ با اینکه الکترولیت ضعیف است اما محلول آبی آن خاصیت بازی دارد.

---

3- در دما و غلظت یکسان، هر یک از شکل‌های زیر به کدام یک از محلول‌ها تعلق دارد؟ چرا؟
براساس مقدار ثابت یونش، محلول (3) با هیدروبرمیک (2) با استیک‌اسید و محلول (1) با هیدروسیانیک‌اسید همخوانی دارد. زیرا اسیدهای تک پروتون‌دار هرچه غلظت یون هیدرونیوم بیشتر باشد، ثابت یونش بزرگ‌تر است.
آ) محلول استیک اسید $({{K}_{a}}=1/8\times {{10}^{-5}})$ .
ب) محلول هیدروبرمیک اسید (${{K}_{a}}$  بسیار بزرگ).
پ) محلول هیدروسیانیک اسید $({{K}_{a}}=4/9\times {{10}^{-10}})$ .

---

4- رنگ گل ادریسی به میزان اسیدی بودن خاک بستگی دارد. این گل در خاکی که غلظت یون هیدرونیوم آن $2\times {{10}^{-5}}mol{{L}^{-1}}$  است به رنگ آبی اما در خاک دیگری که غلظت یون هیدرونیوم $4\times {{10}^{-9}}mol{{L}^{-1}}$ است به رنگ سرخ شکوفا می‌شود. pH این دو نوع خاک را حساب کنید.

$pH=-\log [{{H}^{+}}]=-\log (2\times {{10}^{-5}})=4/7$ 
$pH=-\log [{{H}^{+}}]=-\log (4\times {{10}^{-9}})=8/4$

---

5- به شکل (آ)  توجه کنید:

دانش آموزی برای نشان دادن ارتباط بین حاصل‌ضرب غلظت یون‌های هیدرونیوم و هیدروکسید با حجم محلول، شکل‌های ب تا ت را پیشنهاد داده است. کدام یک از این شکل‌ها ارتباط بین کمیت‌های داده شده را به درستی نشان می‌دهد؟
با توجه به اینکه در دمای ثابت برای محلول‌های آبی حاصلضرب $[{{H}^{+}}][O{{H}^{-}}]$ همواره مقدار ثابتی است، از این‌رو با تغییر حجم محلول، حاصلضرب غلظت این یون‌ها ثابت می‌ماند در واقع نمودار (پ) برای این توصیف مناسب است.

---

6- در نمونه‌ای از عصارۀ گوجه فرنگی، غلظت یون هیدرونیوم $4\times {{10}^{6}}$ برابر غلظت یون هیدروکسید است. pH آن را حساب کنید و در جای خالی بنویسید.

$[{{H}_{3}}{{O}^{+}}]=4\times {{10}^{6}}[O{{H}^{-}}]\Rightarrow [O{{H}^{-}}]=\frac{[{{H}_{3}}{{O}^{+}}]}{4\times {{10}^{6}}}$ 
$[{{H}_{3}}{{O}^{+}}][O{{H}^{-}}]={{10}^{-14}}$ 
$[{{H}_{3}}{{O}^{+}}]\frac{[{{H}_{3}}{{O}^{+}}]}{4\times {{10}^{6}}}={{10}^{-14}}\Rightarrow {{[{{H}_{3}}{{O}^{+}}]}^{2}}=4\times {{10}^{6}}\times {{10}^{-14}}=4\times {{10}^{-8}}$ 
$[{{H}_{3}}{{O}^{+}}]=2\times {{10}^{-4}}$
$pH=-\log [{{H}_{3}}{{O}^{+}}]=-(\log 2+\log {{10}^{-4}})=-(\log 2-4\log 10)\Rightarrow pH=-(0/3-4)=3/7$

---

7- pH یک نمونه از آب سیب برابر با 4/7 است. نسبت غلظت یون‌های هیدرونیوم به یون‌های هیدروکسید را در این نمونه حساب کنید.

$pH\to [{{H}^{+}}]={{10}^{-pH}}={{10}^{-4/7}}={{10}^{0/3}}\times {{10}^{-5}}=2\times {{10}^{-5}}mol L-1$

---

8- شکل‌های زیر 500 میلی‌لیتر از محلول آبی دو حل‌شونده را نشان می‌دهد.

آ) این حل شونده‌ها اسید آرنیوس هستند یا باز آرنیوس؟ چرا؟
اسید آرنیوس، زیرا با حل شدن در آب باعث افزایش غلظت یون هیدرونیوم شده‌اند.
ب) درجه یونش و pH را برای هر یک از آنها حساب کنید (هر ذره را 0/001 مول از آن گونه در نظر بگیرید).
شکل (1):

$pH=-\log [{{H}_{3}}{{O}^{+}}]=-\log 0/01=-(\log 1-\log 100)=-(0-2\log 10)=2$

شکل (2):

$pH=-\log [{{H}_{3}}{{O}^{+}}]=-\log 0/001=-(\log 1-\log {{10}^{3}})=-(0-3\log 10)=3$

---

9- HX و HY دو اسید ضعیف هستند. اگر 12 گرم از HX و 8 گرم از HY جداگانه در یک لیتر آب حل شوند، pH این دو محلول برابر خواهد شد. با مقایسه درجه یونش آنها مشخص کنید کدام اسید قوی‌تری است؟ چرا؟
هرچه غلظت بیشتر باشد درجهٔ یونش کمتر خواهد بود درجهٔ یونش $HX \gt HY$ است.

$$1molHX = 150g,1molHY = 50g)$$ 

$?molHX=12gHX\times \frac{1molHX}{150gHX}=0/08molHX\Rightarrow M=\frac{n}{v}=\frac{0/08mol}{1L}=0/08mol{{L}^{-1}}$
$?molHY=8gHY\times \frac{1molHY}{50HY}=0/16molHX\Rightarrow M=\frac{n}{v}=\frac{0/16mol}{1L}=0/16mol{{L}^{-1}}$

---

10- یک کارشناس شیمی، pH نمونه‌هایی از 200 لیتر محلول تهیه شده (1و2) را اندازه‌گیری کرده است. حساب کنید، چه جرمی از هر ماده حل‌شونده به 200لیتر آب افزوده شده است؟ از تغییر حجم چشم‌پوشی کنید).

$pH=12\to [{{H}^{+}}]={{10}^{-12}}\to [O{{H}^{-}}]={{10}^{-2}}=[KOH]$
$112gKOH$  یا $[KOH]=\frac{n}{v}\to {{10}^{-2}}mol{{L}^{-1}}=\frac{n}{200L}\to n=2mol$
$pH=4/7\to [{{H}^{+}}]={{10}^{-pH}}={{10}^{-4/7}}={{10}^{0/3}}\times {{10}^{-5}}=2\times {{10}^{-5}}mol{{L}^{-1}}$
$0/252gHN{{O}_{3}}$  یا  $[HN{{O}_{3}}]=\frac{n}{v}\to 2\times {{10}^{-5}}mol{{L}^{-1}}=\frac{n}{200L}\to n=0/004mol$

---

11- با توجه به شکل زیر که نمای ذره‌ای از یک واکنش را نشان می‌دهد، به پرسش‌ها پاسخ دهید.

آ) هر یک از جاهای خالی را با فرمول شیمیایی مناسب پر کنید.

ب) از واکنش 100 میلی لیتر از محلول هیدروکلریک‌اسید 0/1 مول بر لیتر با مقدار کافی از سدیم هیدروژن کربنات چند لیتر گاز کربن دی اکسید در $STP$ تولید می‌شود؟

$?LC{{O}_{2}}=0/1LA(aq)\times \frac{0/1molA}{1LA(aq)}\times \frac{1molC{{O}_{2}}}{1molA}\times \frac{22/4LC{{O}_{2}}}{1molC{{O}_{2}}}=0/224LC{{O}_{2}}$

---

12- ثابت یونش برای محلول‌های $BOH(aq)$ و $B'OH(aq)$ در دمای اتاق به ترتیب برابر با $1/8 \times {10^{ - 5}}$ و $4/8 \times {10^{ - 4}}$ است.

آ) کدام‌یک باز قوی‌تری است؟ چرا؟
می‌دانیم که هرچه ثابت یونش یک باز بیشتر باشد، باز قوی‌تر خواهد بود. در نتیجه محلول $B'OH$ باز قوی‌تری است.
ب) pH کدام محلول کمتر است؟ چرا؟ 
محلول BOH  باز ضعیفی است. در نتیجه غلظت یون هیدرونیوم آن به مراتب از محلول دیگری بیشتر است. در نتیجه pH کمتری دارد.