فصل ا ّول: کیهان زادگاه عناصر
سؤالات تشریحی به همراه پاسخ از متن گفتار اول شیمی دهم تحت عنوان «هواالذی خلق السموات…»
۱. چرا زمین را میتوان یک آزمایشگاه بسیار کوچک در برابر عظمت آفرینش دانست؟
پاسخ:
زیرا با وجود کوچکی زمین، دانشمندان از طریق آن آزمایشها و مطالعات مختلفی انجام میدهند تا به پرسشهایی مانند منشأ جهان، چگونگی پیدایش ماده و عنصرها پاسخ دهند. این فعالیتها با استفاده از ابزارهای علمی و فناوری، انسان را در شناخت بهتر کیهان یاری میرساند.
۲. چرا علم تجربی نمیتواند به پرسش «هستی چگونه پدید آمد؟» پاسخ دهد؟
پاسخ:
زیرا این پرسش مربوط به آغاز خلقت و مفاهیم ماوراء طبیعی است که فراتر از قلمرو مشاهدهپذیر علم تجربی است. برای پاسخ به این پرسش، باید به بینش عقلانی و آموزههای الهی رجوع کرد.
۳. تلسکوپ فضایی جیمز وب با چه هدفی ساخته شد و چگونه کار میکند؟
پاسخ:
برای جمعآوری دادههایی دربارهی چگونگی آغاز جهان، شکلگیری کهکشانها و یافتن مولکولها در فضاهای میانستارهای ساخته شده است. این تلسکوپ با پرتوهای فروسرخ کار میکند و میتواند اطلاعات دقیقی از اجرام دوردست ارائه دهد.
۴. دلیل سفر فضاپیماهای وویجر ۱ و ۲ به فضا چه بود؟
پاسخ:
برای بررسی فیزیکی و شیمیایی سیارات منظومه شمسی (مشتری، زحل، اورانوس، نپتون) و تهیه شناسنامههایی از نظر ترکیبات، عناصر سازنده و گازهای موجود در آنها.
۵. دلیل اینکه دانشمندان، ستارگان را «کارخانه تولید عنصرها» مینامند چیست؟
پاسخ:
زیرا در ستارگان با انجام واکنشهای هستهای، از عنصرهای سبک، عنصرهای سنگینتر تولید میشود. این فرآیند در هنگام مرگ ستاره و انفجار آن، باعث پراکنده شدن عنصرها در فضا میشود.
۶. عنصرهای هیدروژن و هلیم چگونه پدید آمدند؟
پاسخ:
پس از انفجار بزرگ (مهبانگ)، ابتدا ذرههای زیراتمی مانند پروتون، نوترون و الکترون شکل گرفتند. سپس از ترکیب آنها، ابتدا هیدروژن و سپس هلیم پدید آمد.
🧬 سؤالات از فعالیت «خود را بیازمایید» (صفحه سیارات)
۷. الف) فراوانترین عنصر در سیاره زمین و مشتری کدام است؟
پاسخ:
- زمین: اکسیژن
- مشتری: هیدروژن
۸. ب) عنصرهای مشترک میان زمین و مشتری را نام ببرید.
پاسخ:
اکسیژن (O)، گوگرد (S)
۹. پ) در کدام سیاره عنصر فلزی وجود ندارد؟
پاسخ:
در سیاره مشتری، عنصر فلزی وجود ندارد. (تمام عناصر موجود در آن غیر فلزیاند.)
۱۰. ت) مشتری بیشتر از جنس گاز است یا سنگ؟ چرا؟
پاسخ:
جنس مشتری بیشتر گاز است زیرا فراوانترین عناصر آن، گازهایی چون هیدروژن و هلیم هستند.
۱۱. ث) آیا غیر از عناصر نشاندادهشده، عناصر دیگری در زمین وجود دارد؟ چند نمونه نام ببرید.
پاسخ:
بله. عناصری مانند کلسیم، سدیم، پتاسیم، آلومینیوم، مس و روی نیز در زمین یافت میشوند.
⚛️ سؤالات از مبحث ایزوتوپها و پایداری
۱۲. تفاوت ایزوتوپهای یک عنصر چیست؟
پاسخ:
ایزوتوپها دارای عدد اتمی (Z) یکسان هستند اما عدد جرمی (A) متفاوت دارند؛ یعنی تعداد نوترونهای آنها با هم فرق دارد.
۱۳. چرا ایزوتوپهای یک عنصر، خواص شیمیایی یکسانی دارند ولی خواص فیزیکی متفاوتی؟
پاسخ:
چون خواص شیمیایی به عدد اتمی (Z) بستگی دارد و چون این عدد در ایزوتوپها یکسان است، رفتار شیمیایی مشابهی دارند. اما جرم اتمی در ایزوتوپها متفاوت است، بنابراین خواص فیزیکی مانند چگالی متفاوت خواهد بود.
۱۴. اگر اتمی از آهن ۲۶ پروتون و ۳۰ نوترون داشته باشد، مقدار A و Z آن را بنویسید.
پاسخ:
- Z = 26 (عدد اتمی)
- A = 56 (عدد جرمی = 26 + 30)
۱۵. جدول مربوط به ایزوتوپهای منیزیم را کامل کنید.
ویژگی | ۲۴Mg | ۲۵Mg | ۲۶Mg |
---|---|---|---|
عدد اتمی (Z) | ۱۲ | ۱۲ | ۱۲ |
عدد جرمی (A) | ۲۴ | ۲۵ | ۲۶ |
شمار نوترون | ۱۲ | ۱۳ | ۱۴ |
شمار الکترون | ۱۲ | ۱۲ | ۱۲ |
🧠 سؤالات «با هم بیندیشیم» (هیدروژن و ایزوتوپهای آن)
۱۶. چند ایزوتوپ پایدار برای هیدروژن وجود دارد؟
پاسخ:
دو ایزوتوپ پایدار: ۱H (پروتیوم) و ۲H (دوتریوم)
۱۷. پرتوزاترین ایزوتوپ هیدروژن کدام است؟ چرا؟
پاسخ:
۶H چون نیمعمر آن بسیار کوتاه است و سریعتر از سایر ایزوتوپها متلاشی میشود.
۱۸. چند ایزوتوپ هیدروژن رادیوایزوتوپ هستند؟
پاسخ:
۵ ایزوتوپ: ۳H، ۴H، ۵H، ۶H، ۷H همگی ناپایدار و پرتوزا هستند.
۱۹. درصد فراوانی هر ایزوتوپ در طبیعت نشاندهنده چیست؟
پاسخ:
نشان میدهد که از هر ایزوتوپ، چند درصد در طبیعت یافت میشود. این مقدار نشاندهندهی پایداری و معمول بودن آن ایزوتوپ در طبیعت است.
🔢 محاسبات شیمیایی
۲۰. اگر 0.0024 گرم ماده در واکنش هستهای تبدیل به انرژی شود، چه مقدار انرژی تولید میشود؟
پاسخ:
با استفاده از فرمول:
E=mc2E = mc^2
m=0.0024 گرم=2.4×10−6 کیلوگرمm = 0.0024 \text{ گرم} = 2.4 \times 10^{-6} \text{ کیلوگرم}
c=3×108 m/sc = 3 \times 10^8 \text{ m/s}
E=2.4×10−6×(3×108)2=2.16×1011 ژولE = 2.4 \times 10^{-6} \times (3 \times 10^8)^2 = 2.16 \times 10^{11} \text{ ژول}
🧪 بخش اول: جدول تناوبی، IUPAC، نمادها و موقعیت عناصر
❶ سؤال: با استفاده از جدول تناوبی، موقعیت (گروه و دوره) عناصر زیر را تعیین کنید:
- آلومینیم (Al-13)
- کلسیم (Ca-20)
- منگنز (Mn-25)
- سلنیم (Se-34)
🔹 پاسخ:
- آلومینیم (Al): گروه 13، دوره 3
- کلسیم (Ca): گروه 2، دوره 4
- منگنز (Mn): گروه 7، دوره 4
- سلنیم (Se): گروه 16، دوره 4
❷ سؤال: هلیم (He) تمایل به واکنش شیمیایی ندارد. کدام عنصر رفتاری مشابه دارد؟ چرا؟
🔹 پاسخ:
نئون (Ne) رفتاری مشابه دارد زیرا مانند هلیم در گروه 18 (گازهای نجیب) قرار دارد و لایه الکترونی ظرفیت آن کامل است؛ بنابراین تمایلی به واکنشپذیری ندارد.
❸ سؤال: کدام یک از عناصر زیر میتوانند کاتیونی مشابه +Al³ تشکیل دهند؟
الف) 19K
ب) 31Ga
پ) 7N
🔹 پاسخ:
گزینه (ب) → گالیم (Ga)
زیرا مانند آلومینیم در گروه 13 جدول تناوبی قرار دارد و میتواند +3 بار الکتریکی بگیرد.
❹ سؤال: اتم فلوئور (F) به یون -F تبدیل میشود. کدام عنصر میتواند آنیونی مشابه تشکیل دهد؟
الف) 37Rb
ب) 35Br
پ) 15P
🔹 پاسخ:
گزینه (ب) → برم (Br)
زیرا در گروه 17 قرار دارد و مانند فلوئور میتواند یک الکترون بگیرد و به یون -1 تبدیل شود.
⚖️ بخش دوم: جرم اتمی و مقیاس amu
❺ سؤال: چرا نمیتوان جرم یک دانه برنج را با باسکول اندازهگیری کرد؟
🔹 پاسخ:
زیرا دقت باسکول بسیار پایینتر از جرم یک دانه برنج است و قادر به اندازهگیری اجسام با جرم کم نیست. برای این منظور باید از ترازویی با دقت بالاتر مثل ترازوی دیجیتال استفاده کرد.
❻ سؤال: اگر جرم یک دانه برنج حدود 0.02 گرم باشد، چند دانه برنج در یک کیسه 40 کیلویی وجود دارد؟
🔹 پاسخ:
تعداد دانه=40 kg0.02 g=40000 g0.02 g=2,000,000 دانه\text{تعداد دانه} = \frac{40\, \text{kg}}{0.02\, \text{g}} = \frac{40000\, \text{g}}{0.02\, \text{g}} = 2,000,000 \, \text{دانه}
❼ سؤال: اگر جرم یک ایزوتوپ کربن-12 برابر با 12 amu باشد، جرم یک amu چقدر است؟
🔹 پاسخ:
جرم یک amu برابر است با:
1 amu=112 جرم ایزوتوپ کربن-121 \, \text{amu} = \frac{1}{12} \, \text{جرم ایزوتوپ کربن-12}
❽ سؤال: با توجه به جدول زیر، جرم اتمی میانگین لیتیم (Li) را محاسبه کنید.
ایزوتوپهای لیتیم:
- ^6Li → 6 amu، 6%
- ^7Li → 7 amu، 94%
🔹 پاسخ:
جرم میانگین=(0.06×6)+(0.94×7)=0.36+6.58=6.94 amu\text{جرم میانگین} = (0.06 \times 6) + (0.94 \times 7) = 0.36 + 6.58 = 6.94 \, \text{amu}
⚙️ بخش سوم: مول، عدد آووگادرو و محاسبات شیمیایی
❾ سؤال: جرم 5 مول آلومینیم چقدر است؟
(جرم مولی Al = 27g/mol)
🔹 پاسخ:
5×27=135 گرم5 \times 27 = 135 \, \text{گرم}
❿ سؤال: چند مول گوگرد در 0.08 گرم وجود دارد؟
(جرم مولی S = 32g/mol)
🔹 پاسخ:
0.0832=0.0025 mol\frac{0.08}{32} = 0.0025 \, \text{mol}
⓫ سؤال: اگر جرم یک اتم هیدروژن 1.66×10⁻²⁴g باشد، در یک گرم از هیدروژن چند اتم وجود دارد؟
🔹 پاسخ:
11.66×10−24≈6.02×1023 اتم\frac{1}{1.66 \times 10^{-24}} \approx 6.02 \times 10^{23} \, \text{اتم}
⓬ سؤال: اگر 9.03×10²⁰ اتم مس (Cu) داشته باشیم، چند مول و چند گرم مس داریم؟
(جرم مولی Cu = 63.5g/mol)
🔹 پاسخ:
تعداد مولها:
9.03×10206.02×1023≈1.5×10−3 mol\frac{9.03 \times 10^{20}}{6.02 \times 10^{23}} \approx 1.5 \times 10^{-3} \, \text{mol}
جرم:
1.5×10−3×63.5≈0.095 g1.5 \times 10^{-3} \times 63.5 \approx 0.095 \, \text{g}
🌈 بخش چهارم: نور، طیف و ساختار اتم
⓭ سؤال: نور خورشید چگونه به ما اطلاعات دربارهی عناصر تشکیلدهنده ستارگان میدهد؟
🔹 پاسخ:
نور خورشید پس از عبور از منشور به طیف رنگی تجزیه میشود. با استفاده از طیفسنج، خطوط طیفی عناصر شناسایی میشوند که نشاندهنده وجود آن عنصر در منبع نور است.
⓮ سؤال: چرا نمیتوان دمای خورشید را با دماسنجهای معمولی اندازه گرفت؟
🔹 پاسخ:
زیرا دمای خورشید بسیار زیاد است و دماسنجها در این دما ذوب میشوند. برای این منظور از نور و طیف گسیلی آن استفاده میشود.
⓯ سؤال: طیف مرئی شامل چه رنگهایی است؟
از طولموج بلند به کوتاه.
🔹 پاسخ:
سرخ، نارنجی، زرد، سبز، آبی، نیلی، بنفش
🔵 بخش اول: مفاهیم پایهای از متن کتاب
1. چرا در دوره اول جدول تناوبی فقط دو عنصر وجود دارد؟
چون در دوره اول، فقط لایه اول الکترونی (n=1) در حال پر شدن است و این لایه تنها میتواند حداکثر 2 الکترون داشته باشد (زیرلایه 1s با ظرفیت 2 الکترون).
2. لایه دوم چند الکترون میتواند داشته باشد و چرا؟
لایه دوم شامل دو زیرلایه است: 2s (با ظرفیت 2) و 2p (با ظرفیت 6). پس مجموعاً 8 الکترون را میپذیرد، بنابراین دوره دوم جدول شامل 8 عنصر است.
3. چرا تعداد عناصر در دوره سوم برابر با دوره دوم است؟
چون در دوره سوم هم تنها زیرلایههای 3s و 3p پر میشوند (با ظرفیتهای 2 و 6)، و زیرلایه 3d در دوره چهارم شروع به پر شدن میکند.
4. رابطه بین عدد کوانتومی اصلی (n) و تعداد زیرلایهها چیست؟
برای هر مقدار n، تعداد زیرلایهها برابر با n است.
مثلاً برای n=3 → زیرلایههای 3s، 3p، 3d.
🔵 بخش دوم: از فعالیتهای “بیندیشیم” و تحلیل مفهومی
5. لایه دوم از چند زیرلایه تشکیل شده است و هر کدام چه ظرفیتی دارند؟
لایه دوم شامل زیرلایههای 2s و 2p است.
- 2s ظرفیت 2 الکترون
- 2p ظرفیت 6 الکترون
مجموعاً 8 الکترون
6. جمله عمومی دنباله ظرفیت زیرلایهها چیست؟ (2، 6، 10، 14، …)
این دنباله را میتوان با رابطهی:
a_l = 4l + 2 \quad (l \geq 0)
]
توصیف کرد.
- l=0 → 2 (s)
- l=1 → 6 (p)
- l=2 → 10 (d)
- l=3 → 14 (f)
7. مقدار مجاز عدد کوانتومی فرعی (l) برای هر عدد اصلی (n) چیست؟
مقادیر مجاز l از 0 تا (n-1) هستند.
مثلاً برای n=3 → l=0, 1, 2
🔵 بخش سوم: جدولها و تمرینهای تکمیلی کتاب
✳️ جدول زیر را کامل کنید:
نماد زیرلایه | مقدار l | نوع زیرلایه | حداکثر گنجایش |
---|---|---|---|
s | 0 | s | 2 |
p | 1 | p | 6 |
d | 2 | d | 10 |
f | 3 | f | 14 |
8. چرا در دوره سوم فقط 8 عنصر وجود دارد، با اینکه 3d هم در آن n است؟
چون ترتیب پر شدن زیرلایهها به قاعده آفبا (Aufbau) بستگی دارد. طبق این قاعده، زیرلایههایی با انرژی کمتر زودتر پر میشوند. 4s انرژی کمتری نسبت به 3d دارد، پس بعد از 3p، ابتدا 4s پر میشود.
🔵 بخش چهارم: آرایش الکترونی اتمها
9. آرایش الکترونی عناصر زیر را بنویسید (طبق قاعده آفبا):
عنصر | عدد اتمی (Z) | آرایش الکترونی کامل |
---|---|---|
O (اکسیژن) | 8 | 1s² 2s² 2p⁴ |
Ar (آرگون) | 18 | 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ |
Ca (کلسیم) | 20 | 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² |
As (آرسنیک) | 33 | 1s² … 3d¹⁰ 4s² 4p³ |
Se (سلنیوم) | 34 | 1s² … 3d¹⁰ 4s² 4p⁴ |
🔵 بخش پنجم: آرایش فشرده و الکترون ظرفیت
10. آرایش فشرده عنصر سدیم را بنویسید و لایه ظرفیت آن را مشخص کنید.
11Na : [Ne] 3s¹
- لایه ظرفیت: n=3
- الکترونهای ظرفیت: 1
11. جدول زیر را کامل کن (خود را بیازمایید):
عنصر | آرایش فشرده | لایه ظرفیت | شمار الکترونهای ظرفیت | دوره | گروه |
---|---|---|---|---|---|
3Li | [He] 2s¹ | 2 | 1 | 2 | 1 |
😯 | [He] 2s² 2p⁴ | 2 | 6 | 2 | 16 |
10Ne | [He] 2s² 2p⁶ | 2 | 8 | 2 | 18 |
14Si | [Ne] 3s² 3p² | 3 | 4 | 3 | 14 |
20Ca | [Ar] 4s² | 4 | 2 | 4 | 2 |
27Co | [Ar] 3d⁷ 4s² | 4 | 9 | 4 | 9 |
35Br | [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁵ | 4 | 7 | 4 | 17 |
🔵 بخش ششم: مفاهیم تکمیلی برای کنکور
12. آرایش الکترونی کروم و مس را بنویسید و تفاوت آن با قاعده آفبا را توضیح دهید.
کروم (24Cr): 1s² … 3d⁵ 4s¹ ← پایدارتر از 3d⁴ 4s²
مس (29Cu): 1s² … 3d¹⁰ 4s¹ ← پایدارتر از 3d⁹ 4s²
علت: نیمهپر و کامل بودن d پایدارتر است.
🔵 بخش هفتم: موقعیتیابی در جدول تناوبی
13. از روی آرایش الکترونی، گروه و دوره عنصرهای زیر را تعیین کنید:
عنصر | آرایش فشرده | دوره | گروه |
---|---|---|---|
C | [He] 2s² 2p² | 2 | 14 |
Al | [Ne] 3s² 3p¹ | 3 | 13 |
Fe | [Ar] 3d⁶ 4s² | 4 | 8 |
Zn | [Ar] 3d¹⁰ 4s² | 4 | 12 |
14. عناصر گروه d در جدول چه ویژگیهایی دارند؟
در این عناصر، زیرلایه d در حال پر شدن است. الکترونهای ظرفیت این عناصر شامل (n-1)d و ns هستند.
🔵 بخش هشتم: دستهبندی عناصر بر اساس زیرلایه نهایی
دسته | زیرلایه در حال پر شدن | موقعیت در جدول |
---|---|---|
s | s | گروه 1 و 2 |
p | p | گروههای 13 تا 18 |
d | d | بلوک میانی |
f | f | پایین جدول (لانتانیدها و اکتینیدها) |
✅ بخش اول: طبقهبندی عناصر جدول تناوبی
سؤال 1: عنصرهای جدول تناوبی را به چند دسته میتوان تقسیم کرد؟ اساس این دستهبندی چیست؟
پاسخ:
چهار دسته اصلی:
- دسته s
- دسته p
- دسته d
- دسته f
اساس این دستهبندی بر نوع زیرلایهای است که آخرین الکترون وارد آن میشود.
✅ بخش دوم: گازهای نجیب و پایداری آرایش الکترونی
سؤال 2: چرا گازهای نجیب به صورت تکاتمی در طبیعت یافت میشوند؟
پاسخ:
زیرا گازهای نجیب دارای آرایش الکترونی پایدار هستند (لایه ظرفیت کامل) و تمایلی به واکنش شیمیایی ندارند.
سؤال 3: بین آرایش الکترونی گازهای نجیب و پایداری آنها چه رابطهای وجود دارد؟
پاسخ:
لایه ظرفیت پر شده (2 برای He و 8 برای بقیه) باعث میشود گازهای نجیب واکنشناپذیر باشند. اتمها تمایل دارند با گرفتن، دادن یا به اشتراکگذاری الکترون به این آرایش برسند (قاعده هشتتایی).
✅ بخش سوم: آرایش الکترونی نقطهای (لوویس)
سؤال 4: آرایش الکترون ــ نقطهای چیست؟ مثال بزنید.
پاسخ:
در این آرایش، الکترونهای ظرفیت به صورت نقطههایی در اطراف نماد شیمیایی عنصر نشان داده میشوند.
مثلاً:
- سدیم →
Na.
- آرگون →
..Ar..
سؤال 5: آرایش الکترون ــ نقطهای اتمهای C، P و Ar را رسم کنید.
پاسخ:
- کربن (C):
.. C ..
- فسفر (P):
. P .. .
- آرگون (Ar):
.. Ar ..
سؤال 6: اتمهای یک گروه از جدول تناوبی چه شباهتی در آرایش نقطهای دارند؟
پاسخ:
همگی تعداد یکسانی الکترون ظرفیت دارند، پس تعداد نقطههای اطراف آنها برابر است.
سؤال 7: چه رابطهای بین شماره گروه و تعداد الکترونهای ظرفیت وجود دارد؟
پاسخ:
در عناصر گروههای اصلی (1 تا 2 و 13 تا 18)، رقم یکان شماره گروه برابر است با تعداد الکترونهای ظرفیت.
✅ بخش چهارم: رفتار شیمیایی و تبدیل اتمها به یون
سؤال 8: چرا اتمها در واکنشهای شیمیایی شرکت میکنند؟
پاسخ:
برای رسیدن به آرایش پایدار گاز نجیب از طریق گرفتن، دادن یا به اشتراکگذاشتن الکترونها.
سؤال 9: سدیم چگونه به یون تبدیل میشود؟ چه آرایشی خواهد داشت؟
پاسخ:
با از دست دادن یک الکترون:
- Na → Na⁺ + e⁻
- آرایش یون سدیم: مانند نئون → [He]2s²2p⁶
سؤال 10: اتمهای گروه ۱۷ مثل کلر چگونه به یون تبدیل میشوند؟ چرا؟
پاسخ:
با گرفتن یک الکترون (Cl + e⁻ → Cl⁻) تا به آرایش گاز نجیب بعد از خود (آرگون) برسند.
سؤال 11: ترکیب سدیم و کلر چه نوع پیوندی دارد؟ علت آن چیست؟
پاسخ:
پیوند یونی؛ چون الکترون از اتم سدیم به کلر منتقل میشود و یونهای با بار مخالف جذب یکدیگر میشوند.
✅ بخش پنجم: فرمولنویسی ترکیبهای یونی
سؤال 12: فرمول شیمیایی کلسیم کلرید چیست؟ چرا؟
پاسخ:
CaCl₂
کلسیم ۲+ و کلر ۱- → برای خنثی بودن بارها: ۱ Ca²⁺ و ۲ Cl⁻
سؤال 13: فرمول شیمیایی ترکیبات زیر را بنویسید:
الف) آلومینیوم فلوئورید
ب) پتاسیم نیترید
پ) منیزیم سولفید
پاسخ:
الف) AlF₃
ب) K₃N
پ) MgS
سؤال 14: روش نوشتن فرمول ترکیب یونی دوتایی چیست؟
پاسخ:
- تعیین بار هر یون
- یافتن کمترین مضرب مشترک برای خنثیکردن بار
- تنظیم نسبت یونها
✅ بخش ششم: مولکولها و پیوند کووالانسی
سؤال 15: گاز کلر چگونه مولکول Cl₂ را تشکیل میدهد؟
پاسخ:
دو اتم کلر هر کدام یک الکترون را به اشتراک میگذارند تا آرایش هشتتایی پیدا کنند.
فرمول مولکولی: Cl₂
پیوند: کووالانسی (اشتراکی)
سؤال 16: آرایش الکترون ــ نقطهای مولکولهای زیر را رسم کنید:
الف) HCl
ب) NH₃
پ) CH₄
پاسخ:
الف) H:·Cl····
ب)
..
H-N-H
|
H
پ)
H
|
H - C - H
|
H
سؤال 17: جرم مولی NH₃ چقدر است؟
پاسخ:
N = 14.01 g/mol
H = 1.008 × 3 = 3.024
جمع: 17.034 g/mol
✅ بخش هفتم: تمرین مفهومی
سؤال 18: اگر عدد اتمی 7 باشد، در شرایط مناسب چه یونی تشکیل میدهد؟ دلیل علمی آن چیست؟
پاسخ:
عدد اتمی 7 → عنصر نیتروژن (N)
برای رسیدن به آرایش آرگون باید 3 الکترون بگیرد → N³⁻
زیرا در لایه ظرفیت خود 5 الکترون دارد و برای رسیدن به 8، نیاز به 3 الکترون دارد.
سؤال 19: آیا تمام ترکیبهای شیمیایی از یون ساخته شدهاند؟ توضیح دهید.
پاسخ:
خیر؛ بسیاری از ترکیبها از مولکولهای کووالانسی ساخته شدهاند، مثلاً آب (H₂O)، گاز اکسیژن (O₂)، گاز آمونیاک (NH₃). اینها یون ندارند بلکه از اشتراک الکترون ساخته شدهاند.
فصل دوم: ر ِّد پای گازها در زندگی
🧪 بخش اول: سؤالات مفهومی از متن کتاب
❓ 1. چرا زمین تنها سیارهای در منظومه شمسی است که امکان زندگی روی آن فراهم است؟
پاسخ:
زمین تنها سیارهای است که دارای اتمسفر با ترکیب مناسب گازها، دمای قابل تحمل، فشار مناسب و آب به شکل مایع است. این اتمسفر شامل نیتروژن، اکسیژن، گازهای نجیب و CO₂ است که از ورود پرتوهای خطرناک جلوگیری میکند، دما را متعادل نگه میدارد و با چرخههای طبیعی مانند فتوسنتز و تنفس، زندگی را ممکن میسازد.
❓ 2. منظور از این عبارت چیست: «ما در کف اقیانوسی از مولکولهای گازی زندگی میکنیم»؟
پاسخ:
این جمله به این معناست که اتمسفر زمین همچون دریایی از مولکولهای گازی اطراف ما را فرا گرفته و ما در پایینترین بخش آن (تروپوسفر) زندگی میکنیم. چگالی این گازها در نزدیکی سطح زمین بیشتر است و با افزایش ارتفاع کاهش مییابد.
❓ 3. نقش علم شیمی در بررسی گازهای جو چیست؟
پاسخ:
علم شیمی به ما کمک میکند خواص، رفتار و برهمکنش گازها را بشناسیم و از طریق آن، اثرات آنها بر محیط زیست و زندگی را تحلیل کنیم. مثلاً با شناخت واکنشهای شیمیایی بین گازهای موجود در اتمسفر میتوانیم راهحلهایی برای کاهش آلودگی و تغییرات آبوهوایی بیابیم.
🧊 بخش دوم: سؤالات تحلیلی از شکلها و نمودارها
❓ 4. با توجه به نمودار تغییر دما بر حسب ارتفاع، آیا میتوان لایهای بودن هواکره را توجیه کرد؟
پاسخ:
بله. با افزایش ارتفاع، دما در برخی نواحی کاهش و در برخی افزایش مییابد. این تغییرات دما نشاندهنده وجود لایههایی با ویژگیهای فیزیکی و شیمیایی متفاوت در هواکره است مانند تروپوسفر، استراتوسفر و …
❓ 5. در شکل فشار هوا بر حسب ارتفاع، چه رابطهای بین ارتفاع و فشار وجود دارد؟
پاسخ:
با افزایش ارتفاع، فشار هوا کاهش مییابد؛ زیرا تعداد مولکولهای گازی در واحد حجم کاهش مییابد. این کاهش فشار یکی از دلایل دشوار بودن تنفس در ارتفاعات زیاد است.
🧠 بخش سوم: سؤالات تفکر و تحلیل (با هم بیندیشیم)
❓ 6. چرا در ارتفاع زیاد دما کاهش مییابد؟
پاسخ:
زیرا هوا در ارتفاعات رقیقتر بوده و تراکم مولکولی کمتری دارد، در نتیجه توانایی جذب و نگهداری گرمای خورشید کاهش مییابد.
❓ 7. چرا فشار هوا در تمامی جهات بر بدن ما وارد میشود؟
پاسخ:
مولکولهای گاز در همه جهات به دیوارهها و سطح اجسام برخورد میکنند، پس فشار هوا در همه جهتها یکسان و متعادل وارد میشود.
🔍 بخش چهارم: خود را بیازمایید (تحلیلی + محاسباتی)
❓ 8. با توجه به افت دما در تروپوسفر (۶°C به ازای هر ۱km)، اگر دمای سطح زمین 14°C باشد، ارتفاع تروپوسفر را تخمین بزنید.
پاسخ:
اگر دمای انتهای تروپوسفر 55-°C باشد:
ΔT = 14 – (-55) = 69°C
ارتفاع ≈ 69 ÷ 6 = 11.5 کیلومتر
❓ 9. دمای 25°C را به کلوین تبدیل کنید.
پاسخ:
فرمول:
K = °C + 273
K = 25 + 273 = 298K
🌫️ بخش پنجم: سؤالات واکنشی و تجربی
❓ 10. چرا هنگام باز کردن درب بستهبندی بادام بو کهنه حس میشود؟
پاسخ:
به دلیل واکنش چربیهای موجود با اکسیژن هوا که باعث اکسید شدن و در نتیجه فساد چربی میشود.
❓ 11. چرا از نیتروژن در بستهبندی مواد خوراکی استفاده میشود؟
پاسخ:
نیتروژن گازی بیاثر است و واکنشپذیری ندارد؛ بنابراین از اکسید شدن مواد غذایی و فساد آنها جلوگیری میکند.
🏭 بخش ششم: سؤالات صنعتی و کاربردی
❓ 12. چرا تهیۀ اکسیژن خالص از هوای مایع دشوار است؟
پاسخ:
زیرا اختلاف نقطه جوش اکسیژن با آرگون کم است (183- در مقابل 186- درجه سلسیوس) و در نتیجه در فرایند تقطیر جزءبهجزء به سختی میتوان این دو را بهطور کامل از هم جدا کرد.
❓ 13. چرا در صنعت، آرگون و نیتروژن از تقطیر هوای مایع تهیه میشوند؟
پاسخ:
چون هوا منبع غنی از این گازهاست و نقطه جوش آنها با دیگر گازها متفاوت است، میتوان با خنککردن تدریجی و تقطیر آنها را جدا کرد.
❓ 14. چرا هلیم بیشتر از گاز طبیعی بهدست میآید تا از هوا؟
پاسخ:
مقدار هلیم در هوا بسیار کم و جداسازی آن دشوار و پرهزینه است. اما در برخی میدانهای گازی، هلیم به صورت قابل توجهی یافت میشود که استخراج آن از نظر اقتصادی مقرونبهصرفهتر است.
⚗️ بخش هفتم: آزمایش و مشاهده
❓ 15. وقتی لوله آزمایش سرد را درون مایع خیلی سرد (200-°C) قرار دهیم و سپس در دمای اتاق کبریت به آن نزدیک کنیم، ابتدا خاموش میشود و سپس روشن. علت چیست؟
پاسخ:
در ابتدا گاز نیتروژن تبخیر میشود که بیاثر است و موجب خاموشی شعله میشود. با گذشت زمان، اکسیژن نیز تبخیر شده و چون گازی واکنشپذیر است، باعث روشن شدن مجدد شعله میشود.
📊 بخش هشتم: نمودار و جدول
❓ 16. بر اساس جدول درصد گازهای هوا، ترتیب گازها از بیشترین به کمترین را بنویسید.
پاسخ:
- نیتروژن (78%)
- اکسیژن (20.95%)
- آرگون (0.93%)
- CO₂ (0.0385%)
- نئون، هلیم، کریپتون، زنون و سایر گازها
🧪 بخش اول: مفهومی و تشریحی از متن، تصاویر و فعالیتها
❓ سؤال 1:
علت اصلی مرگ و میر ناشی از گازگرفتگی در منازل چیست؟ راههای جلوگیری از آن را توضیح دهید.
🔹 پاسخ:
علت اصلی، رعایت نکردن اصول ایمنی هنگام استفاده از وسایل گرمایشی است.
روشهای جلوگیری:
- استفاده از دودکش استاندارد و بررسی منظم آن
- استفاده از دستگاههای هشدار نشت گاز CO
- تهویه مناسب فضا
- نصب صحیح وسایل گازسوز توسط افراد متخصص
❓ سؤال 2:
دستگاه هشدار نشت گاز کربن مونوکسید چگونه کار میکند؟
🔹 پاسخ:
این دستگاه دارای حسگرهایی است که با افزایش غلظت CO در هوا فعال میشوند. برخی بر اساس واکنش الکتروشیمیایی، برخی دیگر با استفاده از حسگر مادون قرمز یا حسگر نیمهرسانا کار میکنند. وقتی مقدار CO از حد مجاز بیشتر شود، هشدار صوتی یا نوری میدهند.
❓ سؤال 3:
استفاده از گاز آرگون در جوشکاری چه تأثیری بر فلز دارد؟
🔹 پاسخ:
آرگون بهعنوان گاز بیاثر مانع از تماس فلز داغ با اکسیژن و رطوبت هوا میشود و در نتیجه از زنگزدگی و اکسید شدن فلز جلوگیری کرده و استحکام و طول عمر فلز جوشکاریشده افزایش مییابد.
❓ سؤال 4:
کلسیماکسید (CaO) در کشاورزی چه کاربردی دارد؟
🔹 پاسخ:
کلسیماکسید یک اکسید فلزی بازی است که باعث کاهش اسیدیته خاک شده و شرایط را برای رشد گیاهان مطلوبتر میکند. همچنین برای کاهش اسیدی بودن آب دریاچهها نیز کاربرد دارد.
❓ سؤال 5:
اثر افزایش CO2 محلول در آب بر مرجانها چیست؟ چرا این اتفاق میافتد؟
🔹 پاسخ:
افزایش CO2 محلول در آب باعث افزایش خاصیت اسیدی آب شده که اسکلت آهکی مرجانها را تخریب کرده و منجر به مرگ مرجانها میشود.
❓ سؤال 6:
از آزمایش مربوط به آب آهک و آب گازدار چه نتیجهای میگیرید؟
🔹 پاسخ:
آب آهک (دارای CaO) خاصیت بازی دارد → رنگ کاغذ pH به آبی یا سبز تغییر میکند.
آب گازدار (حاوی CO2) خاصیت اسیدی دارد → رنگ کاغذ pH به قرمز یا نارنجی تغییر میکند.
نتیجه:
اکسیدهای فلزی مثل CaO → بازی
اکسیدهای نافلزی مثل CO2 → اسیدی
🧪 بخش دوم: دستهبندی اکسیدها
❓ سؤال 7:
مواد زیر را در جدول اسیدی یا بازی قرار دهید:
آ) MgO
ب) SO2
پ) CO2
ت) Na2O
🔹 پاسخ:
Basic Oxides (بازی) | Acidic Oxides (اسیدی) |
---|---|
MgO، Na2O | SO2، CO2 |
⚛️ بخش سوم: قانون پایستگی جرم و معادلات شیمیایی
❓ سؤال 8:
قانون پایستگی جرم را تعریف کرده و با یک مثال توضیح دهید.
🔹 پاسخ:
در یک واکنش شیمیایی، مقدار کل جرم واکنشدهندهها برابر با مقدار جرم فراوردهها است.
مثال:
C(s) + O2(g) → CO2(g)
جرم کربن و اکسیژن قبل از واکنش با جرم CO2 بعد از واکنش برابر است.
❓ سؤال 9:
در شکل مربوط به زنگزدگی میخ آهنی، وزن آن قبل و بعد از واکنش افزایش یافته است. چرا؟
🔹 پاسخ:
زیرا اکسیژن موجود در هوا با آهن واکنش داده و باعث تشکیل زنگ آهن (Fe2O3) شده است. جرم اکسیژن اضافه شده باعث افزایش جرم میشود.
❓ سؤال 10:
معادلات زیر را موازنه کنید:
الف) SO2(g) + O2(g) → SO3(g)
ب) C2H5OH(l) + O2(g) → CO2(g) + H2O(g)
🔹 پاسخ:
الف)
2SO2 + O2 → 2SO3
ب)
C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O
🌍 بخش چهارم: اثرات زندگی انسان بر هواکره
❓ سؤال 11:
مفهوم “ردپای کربن” چیست؟ چگونه بر هواکره اثر میگذارد؟
🔹 پاسخ:
مقدار کربندیاکسیدی که بر اثر فعالیتهای انسانی (مانند استفاده از برق، سوخت خودروها، مصرف انرژی) تولید میشود را ردپای کربن میگویند.
اثر: افزایش گازهای گلخانهای، تغییرات اقلیمی، گرم شدن زمین و آلودگی هوا.
❓ سؤال 12:
جدول زیر را با فرض مصرف سالانه 4800 کیلووات ساعت برق کامل کنید:
منبع انرژی | ضریب تولید CO2 | کل CO2 (kg) | CO2 ماهانه (kg) | درخت لازم |
---|---|---|---|---|
زغال سنگ | 0.9 × 4800 | 4320 | 360 | 87 |
نفت خام | 0.7 × 4800 | 3360 | 280 | 67 |
گاز طبیعی | 0.36 × 4800 | 1728 | 144 | 35 |
باد | 0.01 × 4800 | 48 | 4 | 1 |
گرمای زمین | 0.03 × 4800 | 144 | 12 | 3 |
خورشیدی | 0.05 × 4800 | 240 | 20 | 5 |
❓ سؤال 13:
چرا میزان CO2 تولیدی در منابع مختلف انرژی با هم متفاوت است؟
🔹 پاسخ:
چون منابع فسیلی (زغالسنگ، نفت، گاز) دارای کربن فراوان هستند و هنگام سوختن CO2 زیادی تولید میکنند. ولی منابع تجدیدپذیر مانند باد و خورشید فاقد سوخت فسیلی هستند، بنابراین تولید CO2 آنها بسیار ناچیز است.
۱. مفاهیم پایهای شیمی سبز
سؤال 1: شیمی سبز چیست و چه هدفی را دنبال میکند؟
پاسخ: شیمی سبز شاخهای از علم شیمی است که با استفاده از اصول و روشهایی خاص، به دنبال کاهش مصرف و تولید مواد خطرناک در واکنشهای شیمیایی است. این رویکرد در جهت تحقق توسعه پایدار، کاهش آسیبهای زیستمحیطی و هزینههای اقتصادی و اجتماعی عمل میکند.
سؤال 2: اقتصاد اتمی چیست و چه نقشی در شیمی سبز دارد؟
پاسخ: اقتصاد اتمی یکی از اصول شیمی سبز است که بر اساس قانون پایستگی جرم به دنبال کاهش پسماندهای شیمیایی در واکنشهاست. به عنوان مثال، تولید ایبوپروفن به روش جدید با کاهش مراحل واکنش و افزایش بازده به 99٪، نمونهای از بهبود اقتصاد اتمی است.
سؤال 3: چرا آموزش شیمی سبز برای آینده پایدار ضروری است؟
پاسخ: چون باعث افزایش آگاهی افراد نسبت به روشهای ایمن و پایدار در تولید مواد میشود، استفاده کمتر از مواد خطرناک را ترویج میدهد و به کاهش هزینههای زیستمحیطی و اقتصادی کمک میکند.
۲. توسعه پایدار و کاربردهای آن
سؤال 4: منظور از توسعه پایدار چیست؟
پاسخ: توسعه پایدار یعنی در تولید هر فرآورده، تمام هزینههای اقتصادی، زیستمحیطی و اجتماعی آن در نظر گرفته شود تا ضمن برآوردن نیازهای امروز، منابع برای نسل آینده نیز حفظ شود.
سؤال 5: چرا کشورها به دنبال تولید پلاستیکهای زیستتخریبپذیر هستند؟
پاسخ: هرچند قیمت پلاستیکهای نفتی کمتر است، اما تأثیرات زیستمحیطی آنها در بلندمدت بسیار مخرب است. پلاستیکهای زیستتخریبپذیر به محیطزیست آسیب کمتری میزنند و در راستای توسعه پایدار قرار دارند.
سؤال 6: چرا خودروسازان برای کاهش تولید CO₂ هزینه زیادی میکنند؟
پاسخ: چون CO₂ یکی از گازهای گلخانهای مؤثر در گرمایش زمین است. کاهش آن نه تنها به حفظ محیطزیست کمک میکند، بلکه به جلب رضایت مصرفکنندگان و رعایت قوانین جهانی نیز مرتبط است.
۳. ساختار مولکولی و ویژگیهای اوزون و اکسیژن
سؤال 7: ساختار لوویس مولکولهای O₂ و O₃ را رسم کنید.
پاسخ:
- O₂: دو اتم اکسیژن با یک پیوند دوگانه:
O=O
- O₃: مولکولی خمیده با ساختار رزونانسی (یکی از ساختارها):
O=O–O ↔ O–O=O
سؤال 8: خواص فیزیکی O₂ و O₃ را مقایسه کنید.
ویژگیها | O₂ (اکسیژن) | O₃ (اوزون) |
---|---|---|
فرمول شیمیایی | O₂ | O₃ |
جرم مولی | 32 g/mol | 48 g/mol |
نقطه جوش | 183– °C | 112– °C |
نتیجه: اوزون جرم مولی بیشتری دارد و واکنشپذیرتر است.
سؤال 9: آیا اوزون از اکسیژن واکنشپذیرتر است؟ چرا؟
پاسخ: بله. چون ساختار مولکولی اوزون ناپایدارتر است و به راحتی به اکسیژن تجزیه میشود. این ویژگی موجب استفاده از آن در گندزدایی و تصفیه آب و هوا میشود.
سؤال 10: چرا تفاوت خواص بین O₂ و O₃ را میتوان به ساختار آنها نسبت داد؟
پاسخ: بله. ساختار مولکولی تعیینکننده رفتار شیمیایی ماده است. اوزون ساختار خمیده و رزونانسی دارد که موجب ناپایداری و واکنشپذیری بالاتر آن نسبت به اکسیژن دو اتمی میشود.
۴. واکنشهای لایه اوزون
سؤال 11: اگر در لایه اوزون فقط واکنش رفت (1) یا برگشت (2) انجام شود، چه اتفاقی میافتد؟
پاسخ:
- اگر فقط واکنش (1): تجزیه اوزون → کاهش لایه اوزون → افزایش تابش UV → آسیب به موجودات زنده.
- اگر فقط واکنش (2): تشکیل بیشازحد اوزون → عدم تعادل → احتمال افزایش سمیت.
سؤال 12: واکنش برگشتپذیر و برگشتناپذیر را تعریف کنید.
پاسخ:
- برگشتپذیر: واکنشی که در آن مواد میتوانند دوباره به واکنشدهندهها تبدیل شوند. مثل:
O₃ ⇄ O₂ + O - برگشتناپذیر: واکنش تنها در یک جهت انجام میشود. مثل:
CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O
سؤال 13: نقش برگشتپذیری واکنشهای لایه اوزون در پایداری آن چیست؟
پاسخ: برگشتپذیری باعث تعادل بین تولید و تجزیه اوزون میشود. در نتیجه، مقدار اوزون در استراتوسفر ثابت میماند و به حفاظت زمین از اشعه UV کمک میکند.
۵. تشکیل اوزون در تروپوسفر
سؤال 14: اوزون تروپوسفری چگونه بهوجود میآید؟
پاسخ: در هوای آلوده، NO₂ در حضور نور خورشید با O₂ واکنش داده و O₃ تولید میکند. این نوع اوزون آلاینده و برای سلامتی زیانبار است.
سؤال 15: چرا اوزون در تروپوسفر مضر و در استراتوسفر مفید است؟
پاسخ: در استراتوسفر، اوزون اشعه فرابنفش خورشید را جذب میکند و نقش محافظتی دارد. در تروپوسفر، چون واکنشپذیر است، باعث سوزش چشم، آسم و آسیب به ریه میشود.
۶. رفتار گازها و قانون آووگادرو
سؤال 16: چه عواملی بر حجم یک گاز اثر میگذارند؟
پاسخ: سه عامل: دما، فشار و مقدار (مول). افزایش دما یا مقدار گاز حجم را زیاد میکند. افزایش فشار باعث کاهش حجم میشود.
سؤال 17: طبق قانون آووگادرو، حجم یک مول گاز در STP چقدر است؟
پاسخ: در شرایط STP، حجم یک مول گاز برابر با ۲۲/۴ لیتر است.
سؤال 18: اگر یک فرد بالغ 0.5 لیتر هوا در هر دم وارد ریه کند، در یک شبانهروز چند لیتر هوا و اکسیژن وارد بدن میشود؟
پاسخ:
- دم در روز:
12 دم/دقیقه × 60 دقیقه × 24 ساعت = 17280 دم - حجم هوا:
0.5 لیتر × 17280 = 8640 لیتر هوا - اکسیژن 21% هواست ⇒ 0.21 × 8640 = 1814.4 لیتر O₂
سؤال 19: چند مول اکسیژن وارد ششها میشود؟ (در STP)
پاسخ:
mol O₂=1814.422.4≈81 mol\text{mol O₂} = \frac{1814.4}{22.4} ≈ \boxed{81 \text{ mol}}
۷. استوکیومتری
سؤال 20: برای تولید 8 مول SO₃ به چند مول O₂ نیاز داریم؟
پاسخ:
از واکنش:
2SO₂ + O₂ → 2SO₃
نسبت SO₃:O₂ = 2:1 ⇒
O₂ = 8×12=4 mol8 × \frac{1}{2} = \boxed{4 \text{ mol}}
سؤال 21: در واکنش سوخت و ساز گلوکز، برای 2.5 مول گلوکز به چند مول O₂ نیاز است؟
پاسخ:
C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O
نسبت گلوکز:اکسیژن = 1:6
O₂ = 2.5×6=15 mol2.5 × 6 = \boxed{15 \text{ mol}}
سؤال 22: حجم 15 مول O₂ در STP چقدر است؟
پاسخ:
15×22.4=336 لیتر15 × 22.4 = \boxed{336 \text{ لیتر}}
فصل سوم: آب، آهنگ زندگی
بخش اول: مفاهیم پایهای از متن کتاب
❓ سوال 1: چرا زمین را سیارهای آبی مینامند؟
پاسخ:
زیرا حدود 75 درصد سطح زمین با آب پوشیده شده است که باعث میشود از فضا به رنگ آبی دیده شود. این آبها شامل اقیانوسها، دریاها، دریاچهها، رودخانهها و یخهای قطبی است.
❓ سوال 2: آب اقیانوسها و دریاها چه نوع مخلوطی هستند؟ دلیل شوری آن چیست؟
پاسخ:
آب اقیانوسها مخلوطی همگن است که به دلیل حل شدن مقدار زیادی نمکهای مختلف در آن، مزه شور دارد. نمکها از فرسایش سنگها و ورود مواد از سنگکره و رودها به آب دریا ایجاد میشوند.
❓ سوال 3: چرا زمین را از دیدگاه شیمیایی سامانهای پویا میدانند؟
پاسخ:
زیرا در بین چهار بخش اصلی کره زمین یعنی آبکره، سنگکره، زیستکره و هواکره، پیوسته تبادل مواد شیمیایی و فیزیکی مانند تبخیر، بارش، تنفس جانداران، فعالیتهای آتشفشانی و تجزیه لاشهها صورت میگیرد.
❓ سوال 4: دلایل کمبود آب شیرین با وجود فراوانی آب در سطح زمین چیست؟
پاسخ:
اگرچه 75٪ سطح زمین را آب پوشانده، اما 97.2٪ آن شور است و فقط 2.8٪ آب شیرین وجود دارد که بیشتر آن در یخها و سفرههای زیرزمینی است و برای استفاده مستقیم در دسترس نیست. به همین دلیل، فقط درصد اندکی از آبها برای آشامیدن و کشاورزی قابل استفادهاند.
بخش دوم: تحلیل جدول یونهای محلول در آب دریا
❓ سوال 5: یونهای جدول تناوبی کدام گروهها در آب دریا یافت میشوند؟
پاسخ:
کاتیونهای گروه 1 (سدیم Na⁺، پتاسیم K⁺) و گروه 2 (منیزیم Mg²⁺، کلسیم Ca²⁺) در آب دریا وجود دارند.
❓ سوال 6: پرمقدارترین آنیون و کاتیون در آب دریا کدامند؟
پاسخ:
- پرمقدارترین آنیون: کلرید (Cl⁻) با مقدار 19000 میلیگرم/کیلوگرم
- پرمقدارترین کاتیون: سدیم (Na⁺) با مقدار 10500 میلیگرم/کیلوگرم
❓ سوال 7: دو ترکیب شیمیایی دوتایی بنویسید که منبع یونهای سدیم و کلرید در آب دریا باشند.
پاسخ:
- سدیم کلرید (NaCl)
- پتاسیم کلرید (KCl)
این ترکیبات در آب دریا حل شده و یونهای +Na و -Cl را آزاد میکنند.
بخش سوم: آزمایشها و کاوشهای شیمیایی
❓ سوال 8: در آزمایش 1، واکنش بین نقره نیترات و سدیم کلرید را بنویسید و موازنه کنید.
پاسخ:
AgNO3(aq)+NaCl(aq)→AgCl(s)+NaNO3(aq)AgNO_3 (aq) + NaCl (aq) \rightarrow AgCl (s) + NaNO_3 (aq)
تهنشین شدن رسوب سفید AgCl نشانه وجود یونهای کلرید است.
❓ سوال 9: در آزمایش 2، از واکنش سدیم فسفات با کلسیم کلرید چه مشاهدهای دارید؟ معادله واکنش را بنویسید.
پاسخ مشاهدهای:
تشکیل رسوب سفید کلسیم فسفات
معادله واکنش:
2Na3PO4(aq)+3CaCl2(aq)→Ca3(PO4)2(s)+6NaCl(aq)2Na_3PO_4 (aq) + 3CaCl_2 (aq) \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 (s) + 6NaCl (aq)
❓ سوال 10: چرا آبهای معدنی و آبهای شیرین مزه متفاوتی دارند؟
پاسخ:
زیرا مقدار و نوع یونهای حلشده در آنها متفاوت است. برخی آبها دارای یونهای بیشتری مانند Ca²⁺ و Cl⁻ هستند که بر طعم آب تأثیر میگذارند.
بخش چهارم: یونها و ترکیبهای یونی
❓ سوال 11: یونهای تکاتمی و چنداتمی را تعریف کنید و یک مثال از هر کدام بنویسید.
پاسخ:
- تکاتمی: یونهایی که از یک اتم تشکیل شدهاند. مثال: Na⁺، Cl⁻
- چنداتمی: یونهایی که از چند اتم به همپیوسته تشکیل شدهاند. مثال: SO₄²⁻ (یون سولفات)، NO₃⁻ (یون نیترات)
❓ سوال 12: فرمول شیمیایی ترکیبهای زیر را بنویسید:
- لیتیم سولفات
- منیزیم هیدروکسید
- آمونیوم کربنات
پاسخ:
- Li₂SO₄
- Mg(OH)₂
- (NH₄)₂CO₃
❓ سوال 13: از انحلال یک واحد آمونیوم سولفات چند یون تولید میشود؟ فرمول را بنویسید.
پاسخ:
آمونیوم سولفات: (NH₄)₂SO₄
از انحلال یک مول آن، دو یون NH₄⁺ و یک یون SO₄²⁻ آزاد میشود. جمعاً 3 یون
❓ سوال 14: چرا برخی نمکها در آب دریا حل میشوند و برخی دیگر نه؟
پاسخ:
حل شدن به اندازه قطبیت آب، پیوند یونی در نمک، انرژی شبکه بلور و انرژی آبپوشی یونها بستگی دارد. اگر انرژی آزادشده از آبپوشی بیشتر از انرژی شبکه باشد، نمک حل میشود.
بخش پنجم: درک و تحلیل مفهومی
❓ سوال 15: چرا زندگی در آب دریا حتی در زمستان ادامه مییابد، با وجود یخ زدن سطح آب؟
پاسخ:
زیرا آب در دمای صفر درجه فقط سطحش یخ میزند و یخ چگالی کمتری دارد. لایههای زیرین مایع باقی میمانند، که اجازه میدهد جانداران آبزی در زیر یخ زنده بمانند.
❓ سوال 16: با استفاده از تقطیر چگونه میتوان آب خالص تهیه کرد؟
پاسخ:
در فرآیند تقطیر، آب ناخالص را حرارت داده تا بخار شود، سپس با سرد کردن بخار، آب مقطر خالص جمعآوری میشود. این روش مشابه تشکیل باران در طبیعت است.
✦ سؤالات تشریحی از گفتار: غلظت مولی (مولار)
1. تعریف و مفاهیم اولیه
سؤال 1: غلظت مولی را تعریف کنید. یکای آن چیست؟
پاسخ:
غلظت مولی یا مولار، تعداد مولهای مادهٔ حلشونده در یک لیتر محلول است.
🔹 فرمول:
M=nsoluteVsolution (L)M = \frac{n_{\text{solute}}}{V_{\text{solution (L)}}}
🔹 یکا: mol/L یا M (مولار)
2. درک مفهومی شکلها
سؤال 2: در شکل دو محلول یکسان از نظر نوع حلشونده ولی با غلظت متفاوت نشان داده شدهاند.
🔹 هر قطره حلشونده = 0.001 mol
الف) کدام کمیت در دو محلول یکسان است؟
ب) کدام کمیت متفاوت است؟
پ) نسبت مول حلشونده به حجم محلول (غلظت مولی) را برای هر محلول بهدست آورید.
ت) کدام محلول رقیقتر است؟ چرا؟
پاسخ:
الف) نوع حلشونده یکسان است.
ب) تعداد مولهای حلشونده (غلظت) متفاوت است.
پ)
- فرض:
محلول اول: 6 ذره حلشونده ⇒ 0.006 mol در 150 mL = 0.150 LM1=0.0060.150=0.04 mol/LM_1 = \frac{0.006}{0.150} = 0.04 \, \text{mol/L}محلول دوم: 3 ذره ⇒ 0.003 mol در 150 mL
M2=0.0030.150=0.02 mol/LM_2 = \frac{0.003}{0.150} = 0.02 \, \text{mol/L}
ت) محلول دوم رقیقتر است چون غلظت مولی کمتری دارد.
3. افزایش یا کاهش غلظت
سؤال 3:
با توجه به شکلها، جای خالیها را با خط زدن واژهٔ نادرست کامل کنید.
الف) با افزودن مقداری ___ به محلول، در حجم ثابت، غلظت محلول افزایش مییابد.
- حلال / حلشونده
ب) با افزودن مقداری ___ به محلول، غلظت محلول کاهش مییابد. - حلال / حلشونده
پاسخ:
الف) با افزودن حلشونده
ب) با افزودن حلال
4. محاسبات غلظت مولی
سؤال 4:
چه مقدار پتاسیم یدید (KI) برای تهیه 250 mL از محلول 0.2 مولار لازم است؟
پاسخ:
M=nV⇒n=M×VM = \frac{n}{V} \Rightarrow n = M \times V n=0.2 mol/L×0.250 L=0.05 moln = 0.2 \, \text{mol/L} \times 0.250 \, \text{L} = 0.05 \, \text{mol}
5. محاسبه از روی دستگاه گلوکومتر
سؤال 5: اگر دستگاه گلوکومتر، غلظت 90 mg/dL گلوکز را نشان دهد، غلظت مولی آن چقدر است؟ (جرم مولی گلوکز ≈ 180 g/mol)
پاسخ:
1 dL = 100 mL = 0.1 L
90 mg180000 mg/mol=0.0005 mol\frac{90 \, \text{mg}}{180000 \, \text{mg/mol}} = 0.0005 \, \text{mol} M=0.00050.1=0.005 mol/LM = \frac{0.0005}{0.1} = 0.005 \, \text{mol/L}
✦ انحلالپذیری و محلول سیرشده
6. انحلالپذیری در دمای ثابت
سؤال 6: اگر در 25°C، 190g سدیم نیترات در 200g آب حل کنیم (با توجه به انحلالپذیری 92g/100g H₂O):
الف) چند گرم محلول بهدست میآید؟
ب) چند گرم سدیم نیترات رسوب میکند؟
پاسخ:
الف) در 200g آب، بیشینهٔ حلشدن:
2×92=184 g⇒جرم محلول=184+200=384 g2 \times 92 = 184 \, \text{g} \Rightarrow \text{جرم محلول} = 184 + 200 = 384 \, \text{g}
ب)
190−184=6 g رسوب190 – 184 = 6 \, \text{g} \, \text{رسوب}
7. دستهبندی مواد بر اساس انحلالپذیری
سؤال 7: ترکیبهای جدول را به سه دسته مواد محلول، کممحلول و نامحلول تقسیم کنید.
پاسخ:
دسته | ترکیبات |
---|---|
محلول | C₁₂H₂₂O₁₁، NaNO₃، NaCl |
کممحلول | CaSO₄ |
نامحلول | Ca₃(PO₄)₂، AgCl، BaSO₄ |
✦ نمودار انحلالپذیری–دما
8. تحلیل نمودار انحلالپذیری
سؤال 8: با توجه به نمودار انحلالپذیری:
الف) انحلالپذیری Li₂SO₄ در 85°C چند گرم است؟
ب) نقطه B بالای منحنی KCl نشانهٔ چیست؟
پ) هنگام گرمکردن محلول سیرشده از 20°C به 70°C چه رخ میدهد؟
ت) کدام ترکیب کمترین وابستگی به دما دارد؟ چرا؟
ث) عرض از مبدأ منحنی انحلالپذیری KCl چه چیزی را نشان میدهد؟
پاسخ:
الف) حدود 42g
ب) محلول فوقسیرشده است ⇒ رسوب میدهد
پ) انحلالپذیری افزایش یافته و حلشونده بیشتر حل میشود
ت) NaCl چون شیب منحنی آن کم است
ث) انحلالپذیری در صفر درجه سلسیوس را نشان میدهد
✦ پیوند با ریاضی
9. معادلهی انحلالپذیری
سؤال 9:
اگر معادلهی انحلالپذیری سدیم نیترات S=0.8θ+72S = 0.8θ + 72 باشد:
الف) در دمای 70°C مقدار انحلالپذیری چقدر است؟
پاسخ:
S=0.8×70+72=56+72=128 gS = 0.8 \times 70 + 72 = 56 + 72 = 128 \, \text{g}
10. مقایسه KNO₃ و NaNO₃
سؤال 10: چرا انحلالپذیری سدیم نیترات بیشتر از پتاسیم کلرید است؟
پاسخ:
سدیم نیترات به دلیل ساختار یونی و انرژی شبکهٔ پایینتر در آب بهتر حل میشود. همچنین یونهای Na⁺ و NO₃⁻ بیشتر با مولکولهای آب برهمکنش دارند.
🔹 بخش اول: مفهومی و توصیفی
سؤال 1:
تفاوت ساختار مولکولی آب در سه حالت جامد، مایع و گاز را از نظر پیوندهای هیدروژنی توضیح دهید.
پاسخ:
- در حالت گاز (بخار)، مولکولهای آب از یکدیگر جدا هستند و پیوند هیدروژنی وجود ندارد.
- در حالت مایع، پیوندهای هیدروژنی بین مولکولها وجود دارد ولی مولکولها آزادانه روی هم میلغزند.
- در حالت جامد (یخ)، مولکولهای آب آرایش منظم و شبکهای دارند، هر اتم اکسیژن با دو پیوند هیدروژنی و دو پیوند کووالانسی به هیدروژنها متصل است.
سؤال 2:
چرا چگالی یخ کمتر از آب مایع است؟ توضیح دهید.
پاسخ:
در ساختار یخ، مولکولها در یک شبکه منظم ششضلعی قرار دارند که دارای فضاهای خالی است. این فضای خالی باعث میشود حجم یخ نسبت به همان جرم از آب بیشتر و در نتیجه چگالی آن کمتر باشد.
سؤال 3:
چرا دیواره سلولهای گیاهانی مانند کلم هنگام یخ زدن آسیب میبیند؟
پاسخ:
یخ زدن باعث افزایش حجم آب درون سلولها میشود (به علت کاهش چگالی). این انبساط به دیواره سلولها فشار وارد کرده و آنها را پاره میکند.
سؤال 4:
دلیل شکل ششضلعی دانههای برف چیست؟
پاسخ:
ساختار یخ شامل حلقههای ششضلعی منظم است که در سهبعد گسترش یافتهاند. این ساختار باعث شکلگیری دانههای برف با الگوی ششضلعی میشود.
🔹 بخش دوم: مقایسهای و تحلیلی
سؤال 5:
آب و هگزان با یکدیگر محلول نمیسازند. دلیل علمی آن را بیان کنید.
پاسخ:
آب یک مولکول قطبی و هگزان ناقطبی است. طبق قاعده “شبیه، شبیه را حل میکند”، این دو با هم محلول نمیسازند چون نیروهای جاذبه بین مولکولهایشان متفاوت است.
سؤال 6:
در دمای صفر درجه سانتیگراد، یک لیوان حاوی مخلوط آب و یخ داریم. کدام یک چگالی بیشتری دارد؟ چرا؟
پاسخ:
آب مایع در صفر درجه چگالی بیشتری نسبت به یخ دارد، زیرا مولکولهای آن به هم نزدیکتر هستند. یخ به دلیل ساختار شبکهای ششضلعی دارای فضای خالی بیشتری است.
سؤال 7:
چرا ماهیها در تابستان بیشتر به سطح آب میآیند؟
پاسخ:
در دمای بالا، انحلالپذیری اکسیژن در آب کاهش مییابد. بنابراین اکسیژن محلول در عمق آب کمتر شده و ماهیها برای تنفس بیشتر به سطح میآیند.
🔹 بخش سوم: انحلال و محلولها
سؤال 8:
فرایند انحلال سدیم کلرید در آب را توضیح دهید.
پاسخ:
سدیم کلرید یک ترکیب یونی است. هنگام انحلال، مولکولهای قطبی آب با یونهای +Na و -Cl واکنش داده و آنها را از بلور جدا میکنند. این یونها توسط مولکولهای آب آبپوشیده میشوند و در محلول پراکنده میشوند.
سؤال 9:
چرا انحلال اتانول در آب را «انحلال مولکولی» مینامند؟
پاسخ:
زیرا در طی انحلال، ساختار مولکولی اتانول حفظ میشود و فقط پیوندهای هیدروژنی بین مولکولهای آب و اتانول برقرار میشود. این نوع انحلال تغییر شیمیایی ایجاد نمیکند.
سؤال 10:
رابطه بین دمای آب و انحلالپذیری گازها را بنویسید.
پاسخ:
با افزایش دما، انحلالپذیری گازها کاهش مییابد. به همین دلیل در آب گرمتر، گاز کمتری حل میشود.
🔹 بخش چهارم: کاربردی و کاوش
سؤال 11:
از آزمایش قرص جوشان در آب سرد و گرم، چه نتیجهای درباره دمای آب و حجم گاز آزاد شده میگیرید؟
پاسخ:
در آب گرم، واکنش سریعتر انجام میشود اما گاز کمتری در آب حل میشود، بنابراین حجم گاز جمعآوری شده بیشتر است. نتیجه: با افزایش دما، انحلالپذیری گاز کاهش مییابد.
سؤال 12:
فرمول قانون هنری را بنویسید و توضیح دهید.
پاسخ:
قانون هنری:
S ∝ P
یعنی انحلالپذیری یک گاز در مایع، متناسب با فشار جزئی گاز در بالای مایع است. با افزایش فشار، مقدار گاز حلشده در مایع بیشتر میشود.
🔹 بخش پنجم: ترکیبی و کنکوری
سؤال 13 (چهار گزینهای کنکوری):
کدام گزینه درباره پیوندهای هیدروژنی در یخ درست است؟
الف) در یخ پیوند هیدروژنی وجود ندارد
ب) مولکولهای آب بهطور نامنظم در کنار هم هستند
ج) ساختار یخ دارای فضاهای خالی است
د) در یخ مولکولهای آب با نیروهای لاندن کنار هماند
پاسخ: گزینه ج
سؤال 14 (تحلیلی):
چرا یخ روی آب شناور میماند؟ اگر چنین نبود چه پیامد زیستمحیطی داشت؟
پاسخ:
چگالی یخ کمتر از آب است، به همین دلیل روی آب شناور میماند. اگر چنین نبود، یخ در اعماق دریاچه تهنشین میشد و بهتدریج همه آبهای سطحی نیز یخ میزدند، که حیات آبزیان را بهشدت تهدید میکرد.
سؤال 15:
در فرایند انحلال ید در هگزان، کدام نیروهای بینمولکولی نقش دارند؟ چرا؟
پاسخ:
نیروهای واندروالس (لاندن)، چون هر دو ماده ناقطبی هستند. در این حالت، مولکولها با جاذبههای لحظهای (ناشی از نوسانات بار الکترونی) به یکدیگر جذب میشوند.