تمرین‌های دوره‌ای فصل دوم شیمی (2) یازدهم رشته ریاضی و تجربی

1- اغلب ورزشکاران برای درمان آسیب دیدگی‌های خود از بسته‌هایی استفاده می‌کنند که به سرعت گرما را انتقال می‌دهند. اساس کار این بسته‌ها، انحلال برخی ترکیب‌های یونی در آب است. با توجه به معادله‌های ترموشیمیایی زیر به پرسش‌های مطرح شده پاسخ دهید:

الف) کدام فرایند انحلال برای سرد کردن محل آسیب دیدگی مناسب است؟ چرا؟
انحلال آمونیوم‌ نیترات در آب، زیرا این فرایند گرماگیر بوده و دمای محلول را پایین می‌آورد.

ب) از انحلال کامل 2/22g کلسیم کلرید خشک درآب چند کیلوژول گرما آزاد می‌شود؟

$CaC{{l}_{2}}=40+(2\times 35/45)=110/9g.mo{{l}^{-1}}$ جرم مولی

$2/22gCaC{{l}_{2}}\times \frac{1molCaC{{l}_{2}}}{110/9CaC{{l}_{2}}}\times \frac{83kJ}{1molCaC{{l}_{2}}}=1/66kJ$

$1/46$ کیلو ژول گرما آزاد می‌شود.

---

2- چربی ذخیره شده در کوهان شتر هنگام اکسایش افزون بر آب مورد نیاز، انرژی لازم برای فعالیت‌های جانور را نیز تأمین می‌کند. واکنش ترموشیمیایی آن به صورت زیر است:

$\Delta H=-75520kJ$ ، $2{{C}_{57}}{{H}_{110}}{{O}_{6}}(s)+163{{O}_{2}}(g)\to 114C{{O}_{2}}(g)+110{{H}_{2}}O(l)$ 

حساب کنید از اکسایش هر کیلوگرم چربی، چند کیلوژول انرژی آزاد می‌شود؟

${{C}_{57}}{{H}_{110}}{{O}_{6}}:57(12)+110(1)+6(16)=890g.mo{{l}^{-1}}$ :جرم مولی چربی

$1kg\times \frac{1000g}{1kg}\times \frac{1mol}{890g}=1/123mol$  چربی

$1/123mol\times \frac{75520kJ}{2mol}=424426097 kJ$

---

3- کلسترول، یکی از مواد آلی موجود در غذاهای جانوری است که مقدار اضافی آن در دیوارۀ رگ‌ها رسوب می‌کند، فرایندی که منجر به گرفتگی رگ‌ها و سکته می‌شود. با توجه به ساختار آن به پرسش‌های مطرح شده پاسخ دهید.

الف) توضیح دهید چرا شیمی‌دان‌ها آن را یک الکل سیر نشده می‌دانند؟
زیرا در ساختار این مولکلو علاوه بر عامل الکلی (گروه هیدروکسیل، OH) یک پیوند دوگانه کربن - کربن وجود دارد.

ب) با توجه به جدول شمارۀ 3، در شرایط یکسان کدام پیوندهای اشتراکی یگانه در ساختار کلسترول آسان‌تر شکسته می‌شود؟ چرا؟
با توجه به مقادیر آنتالپی پیوند کربن-کربن ساده (C-C) مقدار انرژی کمتری برای شکسته شدن نیاز دارد و آسان‌تر شکسته می‌شود.

---

4- از مصرف هر گرم آلومینیم در واکنش ترمیت، $15/24kJ$ گرما آزاد می‌شود.

$2Al(s)+F{{e}_{2}}{{O}_{3}}(s)\to A{{l}_{2}}{{O}_{3}}(s)+2Fe(l)$

الف) این مقدار گرما، دمای صد گرم آب خالص را چند درجۀ سلسیوس افزایش می‌دهد؟

$Q=mc\Delta \theta $

$15/24\times 1000=100\times 4/184\times \Delta \theta $ 

$\Delta \theta =\frac{15240}{418/4}=36/42{}^\circ C$

ب) $\Delta H$ واکنش ترمیت را حساب کنید.

$2molAl \times \frac{{27gAl}}{{1molAl}} \times \frac{{15/24kJ}}{{1gAl}} = 822/96kJ$

---

5- با توجه به واکنش ترموشیمیایی: ${{H}_{2}}(g)+{{I}_{2}}(s)+53kJ\to 2HI(g)$، آنتالپی واکنش ${{H}_{2}}(g)+{{I}_{2}}(g)\to 2HI(g)$ را حساب کنید. (راهنمایی: آنتالپی فرازش (تصعید) یُد را $62/5kJmo{{l}^{-1}}$ در نظر بگیرید.)

(بدون تغییر) ${{H}_{2}}(g)+{{I}_{2}}(g)\to 2HI(g)\begin{matrix}
   {} & {} & {}  \\
\end{matrix};\Delta {{H}_{1}}=53kJ$

$\begin{align}
  & \begin{matrix}
    \\
\end{matrix}{{I}_{2}}(s)\to {{I}_{2}}(g)\begin{matrix}
   {} & {} & {}  \\
\end{matrix};\Delta {{H}_{2}}=62/5kJ \\ 
 & \_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_ \\ 
 & {{H}_{2}}(g)+{{I}_{2}}(s)\to HI(g)\begin{matrix}
   {} & {} & {}  \\
\end{matrix};\Delta {{H}_{1}}=53kJ \\ 
 & {{I}_{2}}(g)\to {{I}_{2}}(g)\begin{matrix}
   {} & {} & {}  \\
\end{matrix};\Delta H_{2}^{'}=62/5kJ \\ 
 & \_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_ \\ 
 & {{H}_{2}}(g)+{{I}_{2}}(g)\to 2HI(g) \\ 
 & \Delta H=\Delta {{H}_{1}}+\Delta H_{2}^{'}\Rightarrow \Delta H=53+(-62/5)=-9/5kJ \\ 
\end{align}$

---

6- شکل زیر واکنش میان گاز هیدروژن و بخار بنفش رنگ ید را در دمای معینی نشان می‌دهد.

اگر هر ذره هم ارز با 0/1 مول از ماده و سامانه دو لیتری باشد، سرعت واکنش را پس از 20دقیقه $(b)$ و پس از 40 دقیقه $(c)$ بر حسب $mol\begin{matrix} {}  \\\end{matrix}{{L}^{-1}}{{h}^{-1}}$ حساب و با یکدیگر مقایسه کنید.
از آنجا که زمان بر حسب min داده و بر حسب h خواسته شده است، بنابراین min را به h تبدیل کنیم: ${{H}_{2}}(g)+{{I}_{2}}(g)\to 2HI(g)$

c		b	c	ظرف	مولکول
0/5		0/6	0/8	${{H}_{2}}$
0/5		0/6	0/8	${{I}_{2}}$
0/6		0/4	0	$HI$

سرعت واکنش در بازه (0 تا 20 دقیقه):

${{\overline{R}}_{{{H}_{2}}}}=-\frac{\Delta \left[ {{H}_{2}} \right]}{\Delta t}\to {{\overline{R}}_{{{H}_{2}}}}=\frac{\frac{(0/6-0/8)}{2L}}{\frac{20}{60}h}=0/3mol.{{L}^{-1}}.{{h}^{-1}}$

$R=-\frac{{{\overline{R}}_{{{H}_{2}}}}}{1}=\frac{0/3}{1}=0/3mol.{{L}^{-1}}.{{h}^{-1}}$

سرعت واکنش در بازه (0 تا 20 دقیقه):

${{\overline{R}}_{{{H}_{2}}}}=\frac{\Delta \left[ {{H}_{2}} \right]}{\Delta t}\to {{\overline{R}}_{{{H}_{2}}}}=-\frac{\frac{(0/5-0/8)}{2L}}{\frac{40-0}{60}}=0/225mol.{{L}^{-1}}.{{h}^{-1}}$

$R=-\frac{{{\overline{R}}_{{{H}_{2}}}}}{1}=\frac{0/225}{1}=0/225mol.{{L}^{-1}}{{h}^{-1}}$

---

7- $\Delta H$ واکنش ${{C}_{2}}{{H}_{4}}(g)+{{H}_{2}}(g)\xrightarrow{25{}^\circ C}{{C}_{2}}{{H}_{6}}(g)$ را با استفاده از:

الف) جدول 2 و 3 حساب کنید.

$\Delta H={{H}_{1}}-{{H}_{2}}$

$\begin{align}
  & \Delta H=[\Delta {{H}_{(C=C)}}+4\Delta {{H}_{(C-H)}}+\Delta {{H}_{(H-H)}}]-[\Delta {{H}_{(C-C)}}+6\Delta {{H}_{(C-H)}} \\ 
 & =[614+(4\times 413)+436]-[348+(6\times 413)]=-124kJ \\ 
\end{align}$

ب) آنتالپی سوختن اتن، اتان و هیدروژن که به ترتیب برابر با ،$-1410$ ،$-1560$ و $-286$  کیلو ژول بر مول است، حساب کنید.

$\Delta H={{H}_{2}}-{{H}_{1}}$

$\Delta H=[-1560]-[-1410+(-286)]=+136kJ$

پ) $\Delta H$ محاسبه شده از کدام قسمت را برای یک گزارش علمی انتخاب می‌کنید؟ توضیح دهید.
قسمت (آ) با استفاده از آنتالپی پیوند، زیرا مقادیر ارائه شده در قسمت (ب) آنتالپی سوختن هست که می‌بایستی آنتالپی استاندارد تشکیل این مواد به جای آنتالپی سوختن ذکر شود.

---

8- با توجه به جدول زیر به پرسش‌های مطرح شده پاسخ دهید.

آ) اگر بدن فردی نیاز فوری و ضروری به تأمین انرژی داشته باشد، کدام خوراکی را پیشنهاد می‌کنید؟ چرا؟
برگه زردآلو، زیرا کربوهیدرات بیشتری داشته و این ماده سریع‌تر جذب بدن می‌شود و تولید انرژی می‌کند.

ب) مصرف کدام خوراکی را برای فعالیت‌های فیزیکی که در مدت طولانی تری انجام می‌شوند، مناسب می‌دانید؟ توضیح دهید.
بادام، زیرا با توجه به مقدار ارزش غذایی ارائه شده، انرژی بیشتری آزاد می‌کند.

پ) اگر یک فرد 70 کیلوگرمی، 25 گرم بادام خورده باشد، برای مصرف انرژی حاصل از آن چه مدت باید پیاده‌روی کند؟

آهنگ مصرف انرژی در پیاده روی را $190kcal\begin{matrix}{}  \\\end{matrix}{{h}^{-1}}$ در نظر بگیرید.

 $x=\frac{25\times 579}{100}=144/75k\begin{matrix}
   {}  \\
\end{matrix}cal\Rightarrow 144/75k\begin{matrix}
   {}  \\
\end{matrix}cal\times \frac{1h}{190k\begin{matrix}
   {}  \\
\end{matrix}cal}=0/76h$

حدود $45$ دقیقه باید پیاده‌روی کند.

---

9- با توجه به اطلاعات داده شده، آنتالپی واکنش زیر را حساب کنید.

$FeO(s) + CO(g) \rightarrow Fe(s) + CO_2(g) \qquad \Delta H = ?$
$Fe_2O_3(s) + 3CO(g) \rightarrow 2Fe(s) + 3CO_2(g) \qquad \Delta H = -23 \, kJ$
$3Fe_2O_3(s) + CO(g) \rightarrow 2Fe_3O_4(s) + CO_2(g) \qquad \Delta H = -39 \, kJ$
$Fe_3O_4(s) + CO(g) \rightarrow 3FeO(s) + CO_2(g) \qquad \Delta H = 18 \, kJ$

$FeO(s) + \tfrac{1}{3}CO(g) \rightarrow \tfrac{1}{3}Fe_3O_4(s) + \tfrac{1}{3}CO_2(g)$
$\Delta H_1 = \tfrac{1}{3}(-18) = -6 \, kJ$

$\tfrac{1}{3}Fe_2O_3(s) + \tfrac{1}{2}CO(g) \rightarrow Fe(s) + \tfrac{1}{2}CO_2(g)$
$\Delta H_2 = \tfrac{1}{2}(-23) = -11/5 \, kJ$

$\tfrac{1}{3}Fe_2O_3(s) + CO_2(g) \rightarrow \tfrac{1}{3}Fe_3O_4(s) + CO(g)$
$\Delta H_3 = \tfrac{1}{6}(+39) = +6/5 \, kJ$

---

10- در نمودار زیر، منحنی C مربوط به واکنش 0/5 گرم نوار منیزیم با مقدار کافی از هیدروکلریک اسید در دمای اتاق است. منحنی‌های دیگر مربوط به همین واکنش اما در شرایط متفاوتی است. با توجه به آنها به پرسش‌ها پاسخ دهید.

الف) سرعت واکنش را برای آزمایش‌های C و D برحسب لیتر بر ساعت حساب کنید.

70 ثانیه $\bar{R}_C = \dfrac{0/03\,L}{0/0194\,h} = 1/54 \,\dfrac{L}{h}$

100 ثانیه $\bar{R}_D = \dfrac{0/03\,L}{0/0277\,h} = 1/08 \,\dfrac{L}{h}$

ب) کدام منحنی مربوط به واکنشی است که در آن 0/5 گرم پودر منیزیم به جای نوار منیزیم استفاده شده است؟ (بقیه شرایط واکنش تغییر نکرده است.) دلیل خود را توضیح دهید.
منحنی B، زیرا با استفاده از 0/5 گرم پودر منیزیم به جای نوار منیزیم، سطح تماس واکنش دهنده‌ها افزایش یافته به تبع آن سرعت تولید گاز هیدروژن بیشتر شده، شیب منحنی تولید گاز هیدروژن افزایش می‌یابد (مقدار گاز $H_2$ تولیدی تغییری نمی‌کند) یا زمان رسیدن به پایان واکنش کمتر می‌شود.

پ) کدام منحنی مربوط به واکنش 0/5 گرم نوار منیزیم با مقدار کافی از هیدروکلریک اسید در دمای 5 درجه سلسیوس است؟ چرا؟
 منحنی D، زیرا با کاهش دما سرعت تولید گاز هیدروژن کمتر شده، شیب منحنی تولید گاز هیدروژن کاهش می‌یابد (مقدار گاز $H_2$ تولیدی تغییری نمی‌کند) یا زمان رسیدن به پایان واکنش بیشتر می‌شود.