فصل ا ّول: قدر هدایای زمینی را بدانیم

بخش اول: سوالات تشریحی و پاسخ‌ها

1. اهمیت و نقش شیمی در زندگی و جامعه

سؤال:
الف) نقش دانش شیمی در شناخت و بهره‌برداری از هدایای زمینی چیست؟
ب) با توجه به متن، چرا شناخت مواد و رفتار آنها برای انسان اهمیت دارد؟

پاسخ:
الف) دانش شیمی به ما کمک می‌کند تا ساختار دقیق مواد را شناسایی کنیم، رفتار آنها را بشناسیم و از آنها به شکل بهینه و صحیح بهره‌برداری کنیم. این دانش موجب توسعه فناوری‌های مختلف و ساخت ابزارهای مورد نیاز زندگی می‌شود.
ب) شناخت مواد و رفتار آنها به انسان امکان می‌دهد تا مواد مناسب‌تر با خواص دلخواه را تولید یا انتخاب کند، منابع را بهتر مدیریت کند و از آسیب به محیط زیست جلوگیری نماید.

2. تمدن‌ها و مواد

سؤال:
دوره‌های تمدنی سنگی، برنزی و آهنی چگونه نامگذاری شده‌اند و هر کدام به چه موادی اشاره دارد؟

پاسخ:
این دوره‌ها بر اساس گستره کاربرد مواد اصلی نامگذاری شده‌اند:

دوره سنگی: استفاده عمده از مواد طبیعی مانند سنگ و چوب
دوره برنزی: استفاده از آلیاژ برنز (مس و قلع)
دوره آهنی: استفاده از فلز آهن و محصولات آن

3. فرآیند تولید دوچرخه

سؤال:
الف) مراحل کلی تولید دوچرخه چیست؟
ب) آیا در فرآیند تولید ورقه‌های فولادی و تایر دوچرخه مواد دور ریخته می‌شود؟ اگر بله، چه اتفاقی برای این مواد می‌افتد؟
پ) با گذشت زمان چه اتفاقی برای قطعات دوچرخه می‌افتد؟

پاسخ:
الف) شامل استخراج مواد اولیه (سنگ معدن و لاستیک)، فرآوری و تولید مواد اولیه، مونتاژ قطعات و ساخت دوچرخه است.
ب) بله، در فرآیند تولید مواد زائدی ایجاد می‌شود که معمولاً بازیافت یا دفع مناسب می‌شوند تا از آسیب محیط زیست جلوگیری شود.
پ) قطعات دوچرخه به تدریج فرسوده و خورده می‌شوند و در نهایت باید بازیافت یا جایگزین شوند.

4. چرخه مواد

سؤال:
الف) آیا جمله «همه مواد طبیعی و ساختگی از کره زمین به دست می‌آیند» صحیح است؟ چرا؟
ب) مواد طبیعی پس از استفاده به چه شکلی به طبیعت بازمی‌گردند؟
پ) آیا جرم کل مواد در کره زمین ثابت می‌ماند؟ توضیح دهید.
ت) نقد کنید: «هرچه میزان بهره‌برداری از منابع یک کشور بیشتر باشد، آن کشور توسعه‌یافته‌تر است.»

پاسخ:
الف) بله، همه مواد چه طبیعی و چه ساختگی، در نهایت از منابع زمین به دست می‌آیند.
ب) مواد طبیعی پس از استفاده به صورت مواد زاید، بازیافتی یا در محیط تجزیه می‌شوند و به چرخه طبیعت بازمی‌گردند.
پ) بله، جرم کل مواد در زمین تقریباً ثابت است، چون مواد جدید از بیرون کره زمین وارد نمی‌شود و مواد نیز از بین نمی‌روند، بلکه فقط تغییر شکل می‌دهند.
ت) بهره‌برداری زیاد به معنی توسعه نیست؛ توسعه پایدار نیازمند مدیریت صحیح منابع، بازیافت و حفاظت از محیط زیست است.

5. مصرف منابع

سؤال:
با توجه به نمودار میزان استخراج و مصرف مواد در جهان، به سوالات زیر پاسخ دهید:
الف) در سال ۲۰۱۵ تقریباً چند میلیارد تن فلز استخراج و مصرف شده است؟
ب) پیش‌بینی کنید در سال ۲۰۳۰ مجموع استخراج و مصرف چند میلیارد تن خواهد بود؟
پ) درباره جمله «زمین منبع عظیمی از هدایای ارزشمند و ضروری برای زندگی است» بحث کنید.

پاسخ:
الف) حدود ۱۰۰ میلیارد تن فلز.
ب) پیش‌بینی می‌شود در سال ۲۰۳۰ مجموع استخراج و مصرف فلزها، سوخت‌های فسیلی و مواد معدنی حدود ۱۲۰ میلیارد تن باشد.
پ) زمین منبع بزرگی از مواد و عناصر مفید است، اما این منابع محدود بوده و نیازمند مدیریت و بهره‌برداری پایدار هستند تا برای آیندگان حفظ شوند.

6. خواص فلزها، نافلزها و شبه‌فلزها

سؤال:
الف) فلزها، نافلزها و شبه‌فلزها چگونه از نظر خواص فیزیکی و شیمیایی دسته‌بندی می‌شوند؟
ب) نمونه‌ای از هر دسته را نام ببرید و یکی از خواص آن را توضیح دهید.

پاسخ:
الف)

فلزها: رسانای برق و گرما، شکل‌پذیر و چکش‌خوار، معمولاً در واکنش‌ها الکترون از دست می‌دهند.
نافلزها: رسانای ضعیف یا نارسانا، شکننده، در واکنش‌ها الکترون می‌گیرند یا به اشتراک می‌گذارند.
شبه‌فلزها: خواص فیزیکی بیشتر شبیه فلزها ولی رفتار شیمیایی شبیه نافلزها.
ب)
فلز: آهن — رسانای خوب برق و گرما
نافلز: گوگرد — شکننده و نارسانا
شبه‌فلز: سیلیسیم — نیم‌رسانا و رسانای متوسط

7. روندهای جدول تناوبی

سؤال:
الف) خصلت فلزی از بالا به پایین در یک گروه چگونه تغییر می‌کند؟
ب) در یک دوره از چپ به راست خصلت فلزی چگونه تغییر می‌کند؟
پ) عنصر هلیم چرا با دیگر گازهای نجیب متفاوت است؟

پاسخ:
الف) خصلت فلزی از بالا به پایین افزایش می‌یابد.
ب) خصلت فلزی از چپ به راست کاهش می‌یابد و خاصیت نافلزی افزایش می‌یابد.
پ) هلیم با اینکه در گروه ۱۸ قرار دارد اما از دسته s است و آرایش الکترونی لایه ظرفیت آن با دیگر گازهای نجیب متفاوت است.

8. فعالیت: بررسی فلزها در شکل 3

سؤال:
شکل 3 برخی کاربردهای فلزها را نشان می‌دهد. هر کدام از کاربردها کدام ویژگی فلز را نشان می‌دهد؟ مثال بزنید.

پاسخ:

رسانایی الکتریکی: استفاده از مس در سیم‌کشی
چکش‌خواری: ورقه‌های آلومینیوم برای بسته‌بندی
مقاومت در برابر خوردگی: فولاد ضد زنگ در قاشق و چنگال
رسانایی گرمایی: استفاده از فلزات در قابلمه و ماهیتابه

9. مقایسه عناصر گروه ۱۴ و دوره سوم جدول تناوبی

سؤال:
الف) در شکل «الف»، سطح کدام عنصرها براق و صیقلی است؟
ب) کدام عنصرها رفتارهای فیزیکی و شیمیایی مشابه دارند؟
پ) مقایسه شکل «الف» و «ب» نشان می‌دهد کدام عناصر به هم شبیه‌ترند؟
ت) عناصر مشخص شده را در دسته فلز، نافلز و شبه‌فلز قرار دهید.

پاسخ:
الف) سدیم، آلومینیوم، منیزیم دارای سطح براق و صیقلی هستند.
ب) سدیم، منیزیم و آلومینیوم خواص مشترک زیادی دارند (فلزی، رسانا).
پ) عناصر گروه ۱۴ رفتار مشابهی دارند چون در یک گروه قرار دارند.
ت)

فلز: سدیم، آلومینیوم، منیزیم، قلع، سرب
شبه‌فلز: سیلیسیم، ژرمانیم
نافلز: کربن، فسفر، گوگرد، کلر

10. تفکر نقادانه

سؤال:
جدول تناوبی عنصرها در آینده چه تغییراتی ممکن است داشته باشد؟ دلایل خود را بیان کنید.

پاسخ:
ممکن است عناصر جدید با عدد اتمی بالاتر کشف شوند یا حالت‌های اتمی جدیدی شناسایی شود که باعث گسترش دوره‌ها و گروه‌های جدول شود. همچنین ممکن است ساختار جدول به صورت سه‌بعدی یا الگوهای متفاوت‌تری نمایش داده شود تا خواص بهتر نشان داده شوند. فناوری‌های جدید و کشفیات شیمیایی و فیزیکی این تغییرات را به همراه خواهند داشت.

خودارزیابی (چند سوال نمونه)

چرا شناخت دقیق مواد برای توسعه فناوری اهمیت دارد؟
تفاوت‌های اصلی بین فلزها و نافلزها را شرح دهید.
چرا چرخه مواد برای حفظ محیط زیست اهمیت دارد؟
جدول تناوبی چگونه به پیش‌بینی خواص عناصر کمک می‌کند؟

البته! در ادامه پاسخ‌های نمونه برای سوالات خودارزیابی آورده شده است:

1. چرا شناخت دقیق مواد برای توسعه فناوری اهمیت دارد؟

شناخت دقیق مواد به ما امکان می‌دهد ویژگی‌ها و رفتارهای آنها را بهتر درک کنیم و بر اساس آن، مواد مناسبی را برای کاربردهای خاص انتخاب کنیم. این امر باعث می‌شود فناوری‌ها بهینه‌تر، مقاوم‌تر و کارآمدتر شوند و همچنین هزینه‌ها و مصرف منابع کاهش یابد. بدون شناخت دقیق مواد، توسعه فناوری‌های جدید و بهبود یافته دشوار خواهد بود.

2. تفاوت‌های اصلی بین فلزها و نافلزها را شرح دهید.

فلزها: معمولاً براق، رسانای خوب گرما و برق، شکل‌پذیر و چکش‌خوار هستند و در دمای اتاق بیشتر جامدند (به جز جیوه).
نافلزها: معمولاً غیر براق، رسانایی ضعیف یا عایق هستند، شکننده و غیرقابل شکل‌پذیریند و در دمای اتاق می‌توانند به صورت گاز، مایع یا جامد باشند.

3. چرا چرخه مواد برای حفظ محیط زیست اهمیت دارد؟

چرخه مواد باعث استفاده مجدد و بازیافت مواد می‌شود که به کاهش مصرف منابع طبیعی، کاهش زباله و کاهش آلودگی محیط زیست کمک می‌کند. این فرآیند از هدررفت منابع جلوگیری کرده و باعث حفظ تعادل اکولوژیکی و پایداری محیط زیست می‌شود.

4. جدول تناوبی چگونه به پیش‌بینی خواص عناصر کمک می‌کند؟

جدول تناوبی عناصر را بر اساس عدد اتمی و خواص شیمیایی مرتب کرده است. با توجه به جایگاه هر عنصر در جدول، می‌توان رفتار شیمیایی، تعداد الکترون‌های لایه ظرفیت، واکنش‌پذیری و ویژگی‌های فیزیکی آن را پیش‌بینی کرد. این نظم به دانشمندان کمک می‌کند تا بدون آزمایش مستقیم، ویژگی‌های عناصر ناشناخته را حدس بزنند.

سوالات تشریحی با جواب از متن شیمی یازدهم

بخش ۱: فلزهای دسته d و فلزهای واسطه

سؤال 1:
فلزهای دسته d چه ویژگی‌هایی دارند و چرا به آنها فلز واسطه گفته می‌شود؟
جواب:
فلزهای دسته d به فلزهایی گفته می‌شود که زیرلایه d آنها در حال پر شدن است. این فلزها را فلزهای واسطه می‌نامند زیرا در ترکیبات خود معمولاً کاتیون‌هایی تشکیل می‌دهند که الکترون‌های زیرلایه d خود را از دست می‌دهند و آرایش گاز نجیب نمی‌یابند. این خاصیت باعث می‌شود که آنها رفتارهای ویژه‌ای مانند رنگی بودن ترکیبات و چند حالت اکسیداسیونی از خود نشان دهند.

سؤال 2:
آرایش الکترونی اتم اسکاندیم (Sc) را بنویسید و سپس آرایش الکترونی یون +Sc3 را رسم کنید.
جواب:

آرایش الکترونی اتم اسکاندیم:
$Sc:[Ar] 3d1 4s2\mathrm{Sc:} [Ar]\, 3d^1\, 4s^2$
آرایش الکترونی یون $Sc3+\mathrm{Sc}^{3+}$ :
برای تشکیل یون +3، اسکاندیم سه الکترون از بیرونی‌ترین زیرلایه‌ها از دست می‌دهد، یعنی دو الکترون 4s و یک الکترون 3d:
$Sc3+:[Ar]\mathrm{Sc}^{3+}: [Ar]$

سؤال 3:
در ترکیبات آهن، دو کاتیون +Fe2 و +Fe3 تشکیل می‌شود. آرایش الکترونی این کاتیون‌ها را بنویسید و توضیح دهید چرا آرایش این یون‌ها شبیه آرایش گاز نجیب نیست.
جواب:

اتم آهن:
$Fe:[Ar] 3d6 4s2\mathrm{Fe}: [Ar]\, 3d^6\, 4s^2$
یون +Fe2:
از دست دادن دو الکترون 4s
$Fe2+:[Ar] 3d6\mathrm{Fe}^{2+}: [Ar]\, 3d^6$
یون +Fe3:
از دست دادن دو الکترون 4s و یک الکترون 3d
$Fe3+:[Ar] 3d5\mathrm{Fe}^{3+}: [Ar]\, 3d^5$
این آرایش‌ها مانند آرایش گاز نجیب نیستند چون فلزهای واسطه معمولاً برای رسیدن به آرایش گاز نجیب تمام الکترون‌های زیرلایه d را از دست نمی‌دهند و به همین دلیل کاتیون‌هایشان دارای چندین حالت اکسیداسیون و خواص خاص‌اند.

بخش ۲: رنگ‌های سنگ‌های قیمتی و شیشه‌های رنگی

سؤال 4:
چرا یاقوت سرخ رنگ است؟
جواب:
یاقوت از آلومینیوم اکسید (Al2O3) ساخته شده است که برخی یون‌های آلومینیوم با یون‌های $Cr3+\mathrm{Cr}^{3+}$ جایگزین شده‌اند. این یون‌های کروم باعث جذب طول موج‌های خاصی از نور سفید شده و طول موج‌های بلندتر (رنگ سرخ) را بازتاب می‌دهند، بنابراین یاقوت رنگ سرخ دارد.

سؤال 5:
رنگ فیروزه به چه دلیل ایجاد می‌شود؟
جواب:
رنگ زیبای فیروزه به دلیل وجود برخی ترکیبات فلزی در ساختار آن است، که معمولاً یون‌های مس و آهن باعث رنگ آبی-سبز فیروزه می‌شوند.

بخش ۳: واکنش‌پذیری فلزات و شیمی تجزیه

سؤال 6:
آزمایش کنید: آهن (II) کلرید را با سدیم هیدروکسید واکنش دهید. چه رسوبی تشکیل می‌شود و معادله واکنش را بنویسید؟
جواب:
در این واکنش، رسوب آهن (II) هیدروکسید به رنگ سبز روشن تشکیل می‌شود. معادله واکنش:
$FeCl2+2NaOH→Fe(OH)2↓+2NaCl\mathrm{FeCl_2} + 2 \mathrm{NaOH} \rightarrow \mathrm{Fe(OH)_2} \downarrow + 2 \mathrm{NaCl}$

سؤال 7:
در آزمایش مشابه با آهن (III) کلرید و سدیم هیدروکسید، چه مشاهده‌ای می‌کنید و معادله واکنش چیست؟
جواب:
در این واکنش، رسوب آهن (III) هیدروکسید به رنگ قهوه‌ای مایل به قرمز تشکیل می‌شود. معادله واکنش:
$FeCl3+3NaOH→Fe(OH)3↓+3NaCl\mathrm{FeCl_3} + 3 \mathrm{NaOH} \rightarrow \mathrm{Fe(OH)_3} \downarrow + 3 \mathrm{NaCl}$

سؤال 8:
در آزمایش واکنش آهن با مس(II) سولفات، کدام فلز واکنش‌پذیرتر است و چرا؟ معادله واکنش را نیز بنویسید.
جواب:
آهن واکنش‌پذیرتر از مس است، زیرا آهن می‌تواند الکترون بدهد و مس را از محلول خارج کند. معادله واکنش:
$Fe+CuSO4→FeSO4+Cu↓\mathrm{Fe} + \mathrm{CuSO_4} \rightarrow \mathrm{FeSO_4} + \mathrm{Cu} \downarrow$

بخش ۴: خواص و کاربردهای طلا

سؤال 9:
طلا چه ویژگی‌هایی دارد که آن را در صنایع مختلف مانند الکترونیک و جواهرسازی پرکاربرد کرده است؟
جواب:
طلا فلزی نرم، چکش‌خوار و ورقه‌شدنی است، رسانایی الکتریکی بالایی دارد و در برابر واکنش با هوا و مواد شیمیایی مقاومت بالایی دارد. همچنین پرتوهای خورشیدی را بازتاب می‌دهد. این ویژگی‌ها باعث شده طلا در صنایع الکترونیک، جواهرسازی، دندان‌پزشکی و کاربردهای مختلف استفاده شود.

سؤال 10:
طلا معمولاً به صورت آزاد در طبیعت یافت می‌شود. چه معایبی و مشکلات زیست‌محیطی استخراج طلا وجود دارد؟
جواب:
استخراج طلا از معادن مقدار زیادی پسماند تولید می‌کند. به عنوان مثال برای ساخت یک حلقه عروسی، حدود سه تن پسماند ایجاد می‌شود. این پسماندها می‌تواند باعث آلودگی محیط زیست شود و فرآیند استخراج طلا می‌تواند ردپای زیست‌محیطی بالایی داشته باشد.

بخش ۵: شناخت ترکیبات طبیعی فلزات

سؤال 11:
نمونه‌هایی از کانسارهای فلزات واسطه مانند آهن و مس در طبیعت چگونه یافت می‌شوند؟
جواب:
اغلب فلزهای واسطه در طبیعت به صورت ترکیبات یونی مانند اکسیدها، کربناتها یا سولفیدها یافت می‌شوند. برای مثال آهن به صورت اکسیدهای FeO و Fe2O3 و مس به صورت سولفیدهای طبیعی موجود است. طلا تنها فلزی است که در طبیعت به صورت فلزی آزاد (کلوخه یا رگه) یافت می‌شود.

سؤالات تشریحی شیمی یازدهم (متن داده شده)

بخش 1: ذخایر بستر دریا و سازمان بین‌المللی بستر دریا

ذخایر بستر دریا (Seabed Minerals) چیست و چگونه تشکیل می‌شوند؟
پاسخ:
ذخایر بستر دریا شامل مواد معدنی و فلزات ارزشمندی هستند که در کف اقیانوس‌ها و در بستر دریایی تجمع یافته‌اند. این ذخایر در اثر فرآیندهای زمین‌شناسی مانند فعالیت‌های آتشفشانی زیر دریا، رسوب‌گذاری مواد معدنی و تغییرات شیمیایی در آب دریا شکل می‌گیرند.
وظیفه سازمان بین‌المللی بستر دریا (International Seabed Authority) چیست؟
پاسخ:
این سازمان قوانین مربوط به بهره‌برداری از منابع بستر دریا را تنظیم و نظارت می‌کند، شامل مقررات زیست‌محیطی، تفاهمنامه‌های اجرایی و قوانین مالی. حوزه عملکرد آن فراتر از حوزه قضایی ملی کشورها است و قراردادهایی با کشورهای مختلف برای استخراج منابع فلزی منعقد کرده است.

بخش 2: جریان فلز بین محیط زیست و جامعه

استخراج فلز از سنگ معدن چه تأثیری بر محیط زیست دارد و چگونه می‌توان این اثرات را کاهش داد؟
پاسخ:
استخراج فلز باعث مصرف انرژی زیاد، تولید پسماند و آلودگی محیط زیست می‌شود. با رعایت اصول توسعه پایدار، استفاده از بازیافت فلزها و کاهش ردپای کربنی می‌توان این اثرات را کاهش داد.
آیا آهنگ مصرف و استخراج فلز با آهنگ بازگشت فلز به طبیعت به شکل سنگ معدن برابر است؟ چرا؟
پاسخ:
خیر، آهنگ مصرف و استخراج فلز بسیار بیشتر از آهنگ بازگشت آن به طبیعت است، زیرا فرآیندهای طبیعی تبدیل فلز به سنگ معدن زمان بسیار طولانی نیاز دارد و بازگشت فلز به شکل سنگ معدن در محیط طبیعی به سرعت انجام نمی‌شود.
فلزها منابع تجدیدپذیر هستند یا تجدیدناپذیر؟ دلیل خود را بیان کنید.
پاسخ:
فلزها منابع تجدیدناپذیر هستند، زیرا فرآیند تشکیل سنگ معدن و فلزات میلیون‌ها سال زمان می‌برد و در بازه زمانی کوتاه انسانی قابل جایگزینی نیستند.
مزایای بازیافت فلز آهن را بنویسید.
پاسخ:
- کاهش مصرف انرژی نسبت به استخراج اولیه
- کاهش ردپای کربن و گازهای گلخانه‌ای
- کمک به توسعه پایدار
- کاهش سرعت گرمایش جهانی
- حفظ گونه‌های زیستی با کاهش استخراج از معادن

بخش 3: ارزیابی چرخه عمر محصولات

ارزیابی چرخه عمر (Life Cycle Assessment) چیست و چه مراحلی را شامل می‌شود؟
پاسخ:
ارزیابی چرخه عمر میزان تأثیر یک محصول را بر محیط زیست در طول عمر آن بررسی می‌کند. این مراحل شامل استخراج و تولید مواد اولیه، تولید محصول، توزیع، مصرف و دفع محصول است.
با توجه به جدول مصرف انرژی، چرا بازیافت بطری‌های فولادی مفید است؟
پاسخ:
چون بازیافت فولاد انرژی کمتری نسبت به تولید اولیه مصرف می‌کند و باعث کاهش آلودگی و مصرف منابع طبیعی می‌شود.

بخش 4: نفت خام و هیدروکربن‌ها

نفت خام چیست و چه ویژگی‌هایی دارد؟
پاسخ:
نفت خام مایعی غلیظ، سیاه رنگ یا قهوه‌ای مایل به سبز است که از دل زمین استخراج می‌شود. مخلوطی از هزاران ترکیب شیمیایی به ویژه هیدروکربن‌ها است که نقش اصلی آن تأمین انرژی و ماده اولیه برای صنایع مختلف است.
چرا به نفت خام «طلای سیاه» گفته می‌شود؟
پاسخ:
به دلیل ارزش بالای آن در تأمین انرژی و تولید محصولات صنعتی متنوع که تاثیر مهمی در اقتصاد جهانی دارد.
پیوندهای کربن در هیدروکربن‌ها چگونه است و چرا کربن چنین ترکیبات متنوعی می‌سازد؟
پاسخ:
کربن دارای 4 الکترون ظرفیت است و می‌تواند با تشکیل پیوندهای اشتراکی یگانه، دوگانه و سه‌گانه با اتم‌های دیگر و همچنین اتصال زنجیره‌ای و حلقه‌ای، میلیون‌ها ترکیب مختلف بسازد. این ویژگی باعث تنوع بسیار بالای ترکیبات کربن می‌شود.

بخش 5: خودارزیابی و تمرین

آرایش الکترونی اتم کربن را بنویسید.
پاسخ:
1s² 2s² 2p²
آرایش الکترون نقطه‌ای اتم کربن را رسم کنید.
پاسخ:
(نقطه‌ها روی چهار طرف نماد C به صورت ۴ الکترون منفرد)
چند پیوند اشتراکی یگانه، دوگانه و سه‌گانه می‌تواند اتم کربن تشکیل دهد تا به آرایش هشتتایی برسد؟
پاسخ:
اتم کربن می‌تواند چهار پیوند اشتراکی یگانه یا ترکیبی از پیوندهای یگانه، دوگانه و سه‌گانه تشکیل دهد به طوری که مجموع الکترون‌های مشترک به 8 برسد.
ساختار لوویس و مدل فضای پرکن متان (CH₄) را رسم و توضیح دهید.
پاسخ:
متان شامل یک اتم کربن مرکزی است که با چهار اتم هیدروژن چهار پیوند اشتراکی یگانه تشکیل داده است. مدل لوویس نقطه‌ای و مدل فضای پرکن که حجم اتم‌ها را نشان می‌دهد، تفاوت در نمایش هندسی را نشان می‌دهد.

سوالات تحلیلی و بحثی:

چگونه می‌توان ردپای زیست‌محیطی استخراج فلزات را کاهش داد؟
پاسخ:
با استفاده از روش‌های بازیافت، کاهش مصرف مواد خام، استفاده از انرژی‌های پاک، بهبود تکنولوژی استخراج، و رعایت مقررات زیست‌محیطی می‌توان ردپای زیست‌محیطی را کاهش داد.
تفاوت انرژی مصرفی و اثرات زیست‌محیطی کیسه پلاستیکی و پاکت کاغذی را مقایسه کنید.
پاسخ:
- کیسه پلاستیکی: انرژی تولید کمتر ولی تجزیه‌ناپذیر، آلودگی پلاستیکی زیاد
- پاکت کاغذی: انرژی تولید بیشتر، تجزیه‌پذیر ولی مصرف آب و مواد شیمیایی بالا
  انتخاب بهینه بستگی به شرایط مصرف و بازیافت دارد.

حتماً! در ادامه مجموعه‌ای از سوالات تشریحی متنوع و جامع با جواب‌های کامل و مفصل، براساس متن و فعالیت‌های ارائه شده، برای شیمی یازدهم (فصل هیدروکربن‌ها و پالایش نفت) آماده کرده‌ام. این سوالات شامل بخش‌های خودارزیابی، شکل‌ها، فعالیت‌ها، و تمرین‌های نهایی است و می‌تواند برای آمادگی امتحان نهایی و کنکور تجربی خیلی مفید باشد.

بخش 1: واکنش‌های گوشت چرب و بخار برم

سؤال 1:
در واکنش نشان داده شده، گوشت چرب با بخار برم واکنش می‌دهد. با توجه به این واکنش، پیش‌بینی کنید مولکول چربی موجود در این گوشت سیر شده است یا سیر نشده؟ چرا؟

جواب:
مولکول چربی موجود در گوشت سیر نشده است. زیرا در واکنش با بخار برم، فقط پیوندهای دوگانه در چربی‌ها واکنش می‌دهند و اگر چربی سیر شده بود، فاقد پیوند دوگانه بود و با برم واکنش نمی‌داد. واکنش پذیری با بخار برم نشان‌دهنده وجود پیوندهای دوگانه (یعنی چربی سیر نشده) است.

بخش 2: نامگذاری و ساختار آلکین‌ها

سؤال 2:

اتین و پروپین را بر اساس فرمول مولکولی و ساختار شیمیایی‌شان نامگذاری و توضیح دهید.
چرا آلكین‌ها از آلكن‌ها سیر نشده‌تر هستند؟

جواب:
1)

اتین (C₂H₂): ساده‌ترین آلكین است و ساختار آن شامل یک پیوند سه‌گانه بین دو اتم کربن است.
پروپین (C₃H₄): دومین عضو خانواده آلكین‌هاست و ساختار آن شامل سه کربن است که بین دو کربن یک پیوند سه‌گانه وجود دارد: CH₃-C≡CH

آلكین‌ها دارای پیوند سه‌گانه C≡C هستند که از نظر اشباع شدن کمتر از آلكن‌ها (پیوند دوگانه) و آلكان‌ها (پیوند ساده) سیر نشده‌ترند؛ چون پیوند سه‌گانه باعث کاهش اشباع بودن مولکول می‌شود.

بخش 3: هیدروکربن‌های حلقوی و آروماتیک

سؤال 3:
الف) فرمول مولکولی سیكلوهگزان و بنزن را بنویسید.
ب) فرمول ساختاری خطی هر کدام را رسم کنید.
ج) بنزن چرا به عنوان هیدروکربن آروماتیک شناخته می‌شود؟

جواب:
الف)

سیكلوهگزان: C₆H₁₂
بنزن: C₆H₆

ب)

سیكلوهگزان یک حلقه شش کربنی با پیوندهای ساده است (هر کربن با دو هیدروژن متصل).
بنزن حلقه شش کربنی است که دارای پیوندهای مزدوج (پیوند دوگانه و ساده به صورت رزونانس) است.

ج)
بنزن به دلیل داشتن ساختار حلقوی با الکترون‌های π جفت شده و پایداری خاص (آروماتیسیته) هیدروکربن آروماتیک نامیده می‌شود.

بخش 4: نفت خام و پالایش آن

سؤال 4:
الف) نفت خام شامل چه ترکیباتی است؟
ب) جداسازی ترکیبات نفت خام بر چه اساس و با چه دستگاهی انجام می‌شود؟
ج) چرا نفت‌های سبک قیمت بالاتری نسبت به نفت‌های سنگین دارند؟
د) با توجه به شکل، چرا نفت سنگین کشور ایران در مقایسه با نفت سبک کشورهای عربی درصد بیشتری نفت کوره دارد؟

جواب:
الف) نفت خام مخلوطی از هیدروکربن‌های مختلف (آلكان‌ها، آروماتیک‌ها و …)، نمک‌ها، اسیدها و آب است.
ب) جداسازی بر اساس نقطه جوش مولکول‌ها و با استفاده از دستگاه برج تقطیر انجام می‌شود. مولکول‌ها بر اساس دمای جوش دسته‌بندی شده و به صورت مایعات جدا از هم خارج می‌شوند.
ج) نفت‌های سبک دارای مولکول‌های کوچکتر، واکنش‌پذیری بیشتر و خالص‌تر هستند، بنابراین برای سوخت و پتروشیمی مناسب‌تر و قیمتشان بالاتر است.
د) نفت سنگین ایران درصد بیشتری نفت کوره دارد چون دارای مولکول‌های بزرگ‌تر و سنگین‌تر است که در دسته نفت کوره قرار می‌گیرند.

بخش 5: پرسش‌های مربوط به گازها و سوخت‌ها

سؤال 5:
الف) چرا استفاده از زغال‌سنگ به عنوان جایگزین نفت سبب افزایش آلاینده‌ها و تشدید اثر گلخانه‌ای می‌شود؟
ب) واکنش جذب گاز SO₂ توسط CaO را بنویسید و شرح دهید.
ج) خطرات گاز متان در معادن زغال‌سنگ چیست و چه اقداماتی برای کاهش آن انجام می‌شود؟

جواب:
الف) زغال‌سنگ سوختی است که هنگام احتراق گازهای آلاینده بیشتری مانند SO₂ و CO₂ تولید می‌کند که باعث آلودگی هوا و تشدید اثر گلخانه‌ای می‌شوند.
ب) SO₂(g) + CaO(s) → CaSO₃(s)
این واکنش باعث جذب گاز گوگرد دی‌اکسید و کاهش آلاینده‌ها می‌شود.
ج) متان گازی سبک، بی‌رنگ و قابل انفجار است. اگر درصد متان در هوا بیشتر از 5 درصد شود، احتمال انفجار وجود دارد. برای کاهش خطر از تهویه قوی و کنترل دقیق گاز متان استفاده می‌شود.

بخش 6: تمرین‌ها و محاسبات استوکیومتری

سؤال 6:

از واکنش 1.8 گرم آلومینیوم با خلوص 90 درصد با CuSO₄ چند گرم مس آزاد می‌شود؟
واکنش زیر را موازنه کنید و ترتیب واکنش‌پذیری Fe، Mg و Ti را مشخص کنید:
TiCl₄ + Mg → Ti + MgCl₂
Fe₂O₃ + Ti → Fe + TiO₂
بازده واکنش تولید تیتانیوم از 3.54×10⁷ گرم TiCl₄ و به دست آمدن 7.91×10⁶ گرم Ti را حساب کنید.

جواب:
1)
جرم آلومینیوم خالص = 1.8 × 0.9 = 1.62 گرم
واکنش: 2Al + 3CuSO₄ → 3Cu + Al₂(SO₄)₃
جرم مولی Al = 27، Cu = 63.5
مقدار مس:
(1.62 g Al) × (3 mol Cu / 2 mol Al) × (63.5 g/mol Cu / 27 g/mol Al) = تقریباً 5.7 گرم مس.

موازنه:
TiCl₄ + 2Mg → Ti + 2MgCl₂
Fe₂O₃ + 3Ti → 2Fe + 3TiO₂

ترتیب واکنش‌پذیری: Mg > Ti > Fe (چون Mg می‌تواند TiCl₄ را احیا کند و Ti می‌تواند Fe₂O₃ را احیا کند).

بازده = (جرم واقعی محصول / جرم نظری محصول) × 100
جرم نظری Ti:
3.54×10⁷ g TiCl₄ × (1 mol Ti / 1 mol TiCl₄) × (47.9 g Ti / 189.7 g TiCl₄) ≈ 8.93×10⁶ g
بازده = (7.91×10⁶ / 8.93×10⁶) × 100 ≈ 88.5%

بخش 7: سوالات مفهومی درباره هیدروکربن‌ها

سؤال 7:

تفاوت هگزان (C₆H₁₄) و 1-هگزن (C₆H₁₂) را در واکنش با محلول برم شرح دهید.
هیدروکربنی که با فرمول CxHy بیرنگ‌کننده محلول برم است، از چه نوع هیدروکربنی است؟ چرا؟
اگر نسبت جرمی کربن به هیدروژن 6 باشد و جرم مولی 140.2 g/mol، فرمول مولکولی آن چیست؟

جواب:

هگزان یک آلکان اشباع است و با محلول برم واکنش نمی‌دهد، اما 1-هگزن یک آلکن با پیوند دوگانه است که با برم واکنش داده و محلول برم را بیرنگ می‌کند.
این هیدروکربن جزو آلکن‌ها یا آلکین‌ها (هیدروکربن‌های سیر نشده) است، چون فقط این‌ها با محلول برم واکنش داده و آن را بیرنگ می‌کنند.
نسبت جرمی C/H = 6، یعنی
(12x) / y = 6 → y = 2x
جرم مولی = 12x + y = 12x + 2x = 14x = 140.2 → x = 10
فرمول مولکولی: C₁₀H₂₀

فصل دوم: در پی غذای سالم

1. انرژی و ماده در جهان مادی چیست؟ چگونه رابطه میان ماده و انرژی در خورشید به وجود آمده است؟

پاسخ:
دانشمندان اجزای بنیادی جهان مادی را ماده و انرژی می‌دانند. رابطه بین ماده و انرژی به گونه‌ای است که ماده می‌تواند به انرژی تبدیل شود و بالعکس. نمونه بارز آن کاهش جرم خورشید است که به عنوان منبع انرژی حیاتبخش عمل می‌کند و این کاهش جرم در واقع تبدیل ماده به انرژی است. انرژی حاصل از این فرایند منبع اصلی انرژی برای انجام واکنش‌های شیمیایی و فعالیت‌های فیزیکی در طبیعت و بدن انسان است.

2. نقش غذا در زندگی انسان را توضیح دهید و بیان کنید چرا تأمین غذای سالم در جهان پیچیده شده است؟

پاسخ:
غذا نقش محوری در رشد، سلامت و ادامه حیات انسان دارد. از زمان نیاکان ما که عمدتاً به دنبال جمع‌آوری غذا بودند، تا به امروز که کشاورزی صنعتی شده، تولید غذا همیشه اهمیت داشته است. افزایش جمعیت جهان (حدود 7.5 میلیارد نفر) باعث شده تأمین غذای کافی، سالم و با کیفیت بسیار پیچیده و دشوار باشد. علاوه بر تولید، نگهداری، حمل‌ونقل و فرآوری مواد غذایی نیز از چالش‌های اساسی صنعت غذایی است.

3. با توجه به جدول سرانه مصرف برخی مواد غذایی در ایران و جهان، عوامل تاثیرگذار بر گسترش دیابت بزرگسالی را نام ببرید.

پاسخ:
مصرف بی‌رویه شکر و نمک خوراکی در گسترش دیابت نوع 2 (بزرگسالی) نقش دارد. در جدول سرانه مصرف شکر در ایران 30 کیلوگرم و در جهان 5 کیلوگرم است که مصرف بالای شکر می‌تواند باعث افزایش قند خون و در نتیجه دیابت شود.

4. آزمایش سوزاندن مواد غذایی: چرا در آزمایش با سوختن یک گرم و دو گرم مغز گردو، تغییر دمای آب متفاوت است؟

پاسخ:
در آزمایش اول و دوم، نوع ماده (مغز گردو) یکسان است اما مقدار آن متفاوت (یک گرم در آزمایش اول و دو گرم در آزمایش دوم). مقدار ماده سوخته شده رابطه مستقیم با میزان انرژی آزاد شده دارد، پس هرچه جرم ماده بیشتر باشد انرژی بیشتری آزاد می‌شود که باعث افزایش بیشتر دمای آب می‌شود.

5. چرا با سوختن دو گرم ماکارونی و دو گرم مغز گردو، تغییر دمای آب متفاوت است؟

پاسخ:
هر ماده غذایی مقدار مشخصی انرژی گرمایی دارد که هنگام سوختن آزاد می‌شود. مغز گردو دارای انرژی بیشتری نسبت به ماکارونی است، بنابراین حتی اگر جرم سوخته یکسان باشد، انرژی آزاد شده توسط مغز گردو بیشتر است و باعث افزایش دمای آب بیشتر می‌شود.

6. تفاوت میان دما و گرما را تعریف کنید و توضیح دهید چرا گرما برای توصیف ویژگی‌های ماده به کار نمی‌رود؟

پاسخ:

دما: معیاری از میانگین تندی و میانگین انرژی جنبشی ذره‌های سازنده ماده است که میزان سردی یا گرمی ماده را نشان می‌دهد.
گرما: انرژی‌ای است که بین دو جسم به دلیل اختلاف دما منتقل می‌شود. گرما ویژگی ذاتی ماده نیست بلکه یک فرایند انتقال انرژی است.
به همین دلیل، گرما برای توصیف حالت یک ماده به کار نمی‌رود بلکه تغییرات ماده را در نتیجه انتقال انرژی نشان می‌دهد.

7. با توجه به شکل‌های مربوط به هوای شب و روز، میانگین تندی مولکول‌های هوا در کدام حالت بیشتر است؟ چرا؟

پاسخ:
میانگین تندی مولکول‌ها در هوای گرم‌تر (مثلاً شکل روز با دمای 85°C) بیشتر است زیرا دمای بالاتر به معنای انرژی جنبشی بیشتر مولکول‌ها است. انرژی جنبشی مولکول‌ها رابطه مستقیم با دما دارد.

8. توضیح دهید چگونه تغذیه مناسب می‌تواند به کنترل دمای بدن و تأمین انرژی کمک کند.

پاسخ:
مواد غذایی انرژی مورد نیاز بدن را از طریق واکنش‌های شیمیایی فراهم می‌کنند که باعث تولید انرژی برای انجام فعالیت‌های فیزیکی و غیرارادی بدن می‌شوند. انرژی حاصل به حفظ دمای بدن کمک می‌کند، به طوری که بدن در شرایط روزه‌داری یا فعالیت، با مصرف غذا دوباره انرژی لازم را کسب کرده و دمای خود را تنظیم می‌کند.

9. چگونه می‌توان با حفظ کیفیت مواد غذایی در تولید صنعتی، از هدررفت انرژی و فساد مواد جلوگیری کرد؟

پاسخ:
با استفاده از فناوری‌های نوین نگهداری مانند سردسازی، بسته‌بندی مناسب، استفاده از نگهدارنده‌ها و فرآوری کنترل شده، می‌توان کیفیت و ارزش مواد غذایی را حفظ کرد. این اقدامات باعث کاهش فساد، حفظ انرژی مواد و بهبود سلامت مصرف‌کنندگان می‌شود.

10. توضیح دهید چرا مواد غذایی مختلف هنگام سوختن مقدار انرژی متفاوتی آزاد می‌کنند؟

پاسخ:
مواد غذایی از نظر ترکیب شیمیایی متفاوت هستند و ترکیبات مختلفی مانند کربوهیدرات‌ها، پروتئین‌ها و چربی‌ها دارند که هر کدام انرژی خاصی در هنگام سوختن آزاد می‌کنند. چربی‌ها معمولاً انرژی بیشتری نسبت به کربوهیدرات‌ها دارند، بنابراین مواد غذایی حاوی چربی بیشتر انرژی بیشتری آزاد می‌کنند.

11. در آزمایش حرارتی، چه نکاتی باید رعایت شود تا نتایج دقیق‌تری بدست آید؟

پاسخ:

دماسنج نباید با ته یا بدنه لوله تماس مستقیم داشته باشد تا دما به درستی اندازه‌گیری شود.
مواد غذایی باید به طور کامل بسوزند.
شرایط آزمایش (مثل حجم آب و دمای اولیه) باید ثابت باشد.
ایمنی رعایت شود (استفاده از عینک و نکات ایمنی کار با شعله).

12. با توجه به اینکه میانگین انرژی جنبشی ذرات در دماهای مختلف متفاوت است، رابطه میان دما و انرژی جنبشی را شرح دهید.

پاسخ:
دما کمیتی است که نشان‌دهنده میانگین انرژی جنبشی ذرات ماده است. هرچه دما بالاتر باشد، ذرات ماده با سرعت بیشتری حرکت می‌کنند و انرژی جنبشی آنها بیشتر است. این رابطه به صورت مستقیم و خطی است.

چند سوال تشویقی برای تفکر بیشتر:

چگونه می‌توان از علم شیمی برای تولید غذای سالم‌تر و با انرژی بهینه‌تر بهره برد؟
تاثیر فعالیت‌های صنعتی کشاورزی بر منابع آب و زمین چگونه بر امنیت غذایی تأثیر می‌گذارد؟
چه روش‌هایی برای کاهش مصرف شکر و نمک در رژیم غذایی جامعه وجود دارد؟

1. چگونه می‌توان از علم شیمی برای تولید غذای سالم‌تر و با انرژی بهینه‌تر بهره برد؟

طراحی ترکیبات غذایی بهتر: با شناخت دقیق ترکیبات شیمیایی مواد غذایی، می‌توان غذاهایی تولید کرد که ویتامین‌ها و مواد مغذی‌شان بهتر جذب بدن شوند.
تکنولوژی‌های نگهداری و بسته‌بندی: شیمی در طراحی نگهدارنده‌ها و بسته‌بندی‌هایی که مانع فساد غذا می‌شوند و ارزش غذایی را حفظ می‌کنند، نقش دارد.
بهینه‌سازی فرایند پخت و آماده‌سازی: تغییرات شیمیایی که در حین پخت رخ می‌دهد را می‌توان کنترل کرد تا انرژی بیشتری حفظ شده و ترکیبات مضر کاهش یابد.
توسعه غذاهای عملکردی: استفاده از مواد افزودنی طبیعی که خواص ضد التهابی یا آنتی‌اکسیدانی دارند برای ارتقای سلامت غذا.

2. تاثیر فعالیت‌های صنعتی کشاورزی بر منابع آب و زمین چگونه بر امنیت غذایی تأثیر می‌گذارد؟

آلودگی منابع آب: استفاده بیش از حد از کودها و آفت‌کش‌ها باعث آلودگی آب‌های زیرزمینی و سطحی می‌شود که سلامت انسان و محیط را تهدید می‌کند.
فرسایش خاک و کاهش کیفیت زمین: فعالیت‌های کشاورزی سنگین و نامناسب منجر به کاهش حاصلخیزی خاک و فرسایش آن می‌شود که تولید مواد غذایی را کاهش می‌دهد.
کم‌آبی: مصرف بیش از حد آب در کشاورزی صنعتی باعث کاهش منابع آبی برای کشاورزی آینده و سایر مصارف می‌شود.
کاهش تنوع زیستی: از بین رفتن گونه‌های گیاهی و جانوری که به چرخه‌های طبیعی کمک می‌کنند، امنیت غذایی را به خطر می‌اندازد.

3. چه روش‌هایی برای کاهش مصرف شکر و نمک در رژیم غذایی جامعه وجود دارد؟

آموزش و آگاهی‌بخشی: اطلاع‌رسانی درباره مضرات مصرف زیاد شکر و نمک و مزایای کاهش آن‌ها.
تغییر در فرمولاسیون محصولات غذایی: تشویق صنایع غذایی به کاهش میزان شکر و نمک در محصولاتشان بدون کاهش کیفیت.
استفاده از جایگزین‌های سالم: معرفی شیرین‌کننده‌های طبیعی یا جایگزین‌های کم‌نمک و کم‌کالری.
محدودیت تبلیغات و دسترسی: محدود کردن تبلیغات محصولات پرشکر و پرنمک و کنترل عرضه آن‌ها در محیط‌های آموزشی و عمومی.
تشویق به مصرف میوه و سبزیجات تازه: که خودشان دارای طعم مطلوب و مواد معدنی مفید هستند و نیازی به نمک یا شکر اضافه ندارند.

سوالات تشریحی شیمی یازدهم با جواب

سوال ۱

الف) چرا گرمای آزاد شده در واکنش‌های زیر متفاوت است؟

N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g) + 92 kJ
N₂H₄(g) + H₂(g) → 2NH₃(g) + 183 kJ

ب) در کدام واکنش، مواد واکنش‌دهنده پایدارتر هستند؟ چرا؟

جواب:
الف) گرمای آزاد شده به میزان انرژی پیوندهای شکسته شده و پیوندهای تشکیل شده بستگی دارد. در واکنش دوم، ترکیب N₂H₄ نسبت به N₂ پایدارتر است ولی هنگام واکنش، شکستن پیوندهای ضعیف‌تر و تشکیل پیوندهای قوی‌تر در NH₃ باعث آزاد شدن انرژی بیشتر می‌شود، بنابراین گرمای آزاد شده بیشتر است.
ب) مواد واکنش‌دهنده در واکنش اول پایدارترند چون N₂ و H₂ مولکول‌های ساده‌تر و پایدارتر هستند، در حالی که N₂H₄ یک ترکیب ناپایدارتر و پرانرژی‌تر است.

سوال ۲

گرافیت و الماس دو آلوتروپ کربن هستند و هنگام سوختن گرمای متفاوتی تولید می‌کنند:

C (گرافیت) + O₂ → CO₂ + 393.5 kJ
C (الماس) + O₂ → CO₂ + 395.4 kJ

الف) چرا گرمای حاصل از سوختن یک مول گرافیت با الماس متفاوت است؟
ب) کدام پایدارتر است؟ چرا؟
پ) هنگام سوختن 7.5 مول گرافیت چند کیلوژول گرما آزاد می‌شود؟

جواب:
الف) تفاوت گرمای واکنش به دلیل تفاوت ساختاری و انرژی پیوندهای داخلی گرافیت و الماس است. الماس ساختاری سخت‌تر و پایدارتر دارد که هنگام سوختن، انرژی بیشتری آزاد می‌کند.
ب) گرافیت پایدارتر است چون ساختار آن آرایش لایه‌ای دارد و انرژی کل آنتالپی آن کمتر است.
پ) گرمای آزاد = 7.5 × 393.5 = 2951.25 کیلوژول.

سوال ۳

واکنش: 2H₂ (g) + O₂ (g) → 2H₂O (g) + 484 kJ
گرمای واکنش برای 2H₂ + O₂ → 2H₂O (l) کدام است؟ گزینه‌ها: +422 kJ، +572 kJ، -572 kJ، -422 kJ

جواب:
حالت مایع آب انرژی آزاد بیشتری نسبت به حالت گازی دارد (آب مایع پایدارتر است). بنابراین گرمای واکنش در حالت مایع بیشتر (منفی‌تر) است:
جواب: -572 kJ

سوال ۴

فرآیند تبخیر آب در یخچال صحرایی بدون برق باعث خنک شدن محتویات می‌شود. چرا این خنک شدن اتفاق می‌افتد؟

جواب:
تبخیر آب فرآیندی گرماگیر است و برای تبخیر یک مول آب به 44.1 کیلوژول انرژی نیاز است که این انرژی از محتویات داخل کوزه جذب می‌شود و موجب کاهش دمای آن‌ها و خنک شدنشان می‌شود.

سوال ۵

نمودار آنتالپی پیوند H-H برابر 436 kJ/mol است. انرژی لازم برای شکستن یک مول پیوند H-H چقدر است؟

جواب:
436 kJ انرژی لازم است که برای شکستن یک مول پیوند H-H مصرف می‌شود.

سوال ۶

با استفاده از داده‌های جدول میانگین آنتالپی پیوندها، آنتالپی واکنش زیر را پیش‌بینی کنید و با مقدار داده شده مقایسه نمایید:
N₂ (g) + 2H₂ (g) → 2NH₃ (g) ΔH = -91 kJ

(میانگین آنتالپی پیوند N≡N = 942 kJ/mol، H-H = 436 kJ/mol، N-H = 391 kJ/mol)

جواب:
آنتالپی شکستن پیوندهای واکنش‌دهنده‌ها:
N≡N = +942 kJ
2 × H-H = 2 × 436 = +872 kJ
جمع = 1814 kJ (انرژی مصرف شده)

آنتالپی تشکیل پیوندهای فراورده‌ها:
6 × N-H = 6 × 391 = 2346 kJ (انرژی آزاد شده)

ΔH واکنش = انرژی مصرفی – انرژی آزاد شده = 1814 – 2346 = -532 kJ

(مقدار محاسبه شده با مقدار داده شده تفاوت دارد؛ دلیل این اختلاف به دلیل میانگین بودن آنتالپی‌ها و شرایط استاندارد است.)

سوال ۷

مفهوم آنتالپی واکنش چیست و چرا مقدار ΔH ممکن است مثبت یا منفی باشد؟

جواب:
آنتالپی واکنش (ΔH) تغییر انرژی گرمایی سامانه در فشار ثابت است. اگر واکنش گرماگیر باشد، ΔH مثبت است (انرژی جذب می‌شود) و اگر گرماده باشد، ΔH منفی است (انرژی آزاد می‌شود).

سوال ۸

گروه‌های عاملی کربونیل (C=O) در آلدهیدها و کتون‌ها چه تفاوتی دارند؟ دو نمونه ترکیب آلی با این گروه‌ها را نام ببرید.

جواب:
در آلدهیدها گروه کربونیل در انتهای زنجیره قرار دارد (مثلاً بنزالدهید)، در حالی که در کتون‌ها گروه کربونیل در وسط زنجیره است (مثلاً 2-هپتانون).

سوال ۹

در مولکول‌های ایزومر (همپار)، آیا خواص فیزیکی و شیمیایی همیشه یکسان است؟ چرا؟

جواب:
خیر، چون ایزومرها ساختار مولکولی متفاوت دارند، بنابراین خواص فیزیکی و شیمیایی آنها ممکن است متفاوت باشد اما تعداد و نوع اتم‌ها یکسان است.

سوال ۱۰

با توجه به واکنش اکسایش آهن:
4Fe (s) + 3O₂ (g) → 2Fe₂O₃ (s)
چرا این واکنش در کیسه‌های گرمازا استفاده می‌شود؟

جواب:
چون این واکنش گرماده است و طی آن انرژی به صورت گرما آزاد می‌شود که می‌تواند برای گرم کردن دست‌ها یا سایر مصارف استفاده شود.

بخش 1: ترموشیمی و آنتالپی واکنش‌ها

سوال 1:
هیدروژن پراکسید (H₂O₂) مایعی است که به نام آب اکسیژنه شناخته می‌شود. با استفاده از واکنش‌های زیر آنتالپی واکنش زیر را حساب کنید:
$H2(g)+O2(g)→H2O2(l)\mathrm{H_2(g) + O_2(g) \rightarrow H_2O_2(l)}$

واکنش‌های داده شده:
$2H2O2(l)→2H2O(l)+O2(g)ΔH=−196 kJ2H_2O_2(l) \rightarrow 2H_2O(l) + O_2(g) \quad \Delta H = -196 \, kJ$

جواب:
ابتدا آنتالپی واکنش داده شده را برای یک مول H₂O₂ حساب می‌کنیم:
برای 2 مول H₂O₂: $ΔH=−196 kJ\Delta H = -196\, kJ$
برای 1 مول H₂O₂: $ΔH=−196/2=−98 kJ\Delta H = -196/2 = -98\, kJ$

واکنش داده شده معکوس واکنش مورد نظر ما است، بنابراین آنتالپی واکنش مورد نظر:
$ΔH=+98 kJ\Delta H = +98\, kJ$

سوال 2:
چرا تهیه مستقیم هیدرازین (N₂H₄) از واکنش مستقیم گاز هیدروژن و نیتروژن امکان‌پذیر نیست؟

جواب:
واکنش مستقیم بین گازهای هیدروژن و نیتروژن برای تشکیل هیدرازین بسیار آهسته است و به دلیل انرژی فعال‌سازی بالا و شرایط نامساعد، این واکنش به صورت مستقیم انجام نمی‌شود. معمولاً هیدرازین از مسیرهای دیگر با استفاده از واسطه‌ها یا کاتالیزگرها تهیه می‌شود.

سوال 3:
با استفاده از واکنش‌های زیر، آنتالپی واکنش تبدیل آلاینده‌های گازی زیر را به گازهای پایدارتر محاسبه کنید:
$2CO(g)+2NO(g)→2CO2(g)+N2(g)2CO(g) + 2NO(g) \rightarrow 2CO_2(g) + N_2(g)$

واکنش‌ها:
$CO(g)+O2(g)→CO2(g)ΔH=−283 kJCO(g) + O_2(g) \rightarrow CO_2(g) \quad \Delta H = -283\, kJ$
$N2(g)+O2(g)→2NO(g)ΔH=+181 kJN_2(g) + O_2(g) \rightarrow 2NO(g) \quad \Delta H = +181\, kJ$

جواب:
واکنش مورد نظر معادل است با ترکیب:
$2CO+2NO→2CO2+N22CO + 2NO \rightarrow 2CO_2 + N_2$
که معکوس واکنش دوم و واکنش اول دو برابر شده است.

$ΔH=2×(−283 kJ)−(+181 kJ)=−566 kJ−181 kJ=−747 kJ\Delta H = 2 \times (-283\, kJ) – (+181\, kJ) = -566\, kJ – 181\, kJ = -747\, kJ$

بخش 2: سینتیک شیمیایی و عوامل موثر بر سرعت واکنش

سوال 4:
چرا سرعت واکنش حل شدن قرص جوشان در آب گرم بیشتر از آب سرد است؟

جواب:
افزایش دما باعث افزایش انرژی جنبشی مولکول‌ها شده و تعداد برخوردهای مؤثر بین ذرات را افزایش می‌دهد. همچنین انرژی فعال‌سازی واکنش به راحتی تامین می‌شود و واکنش سریع‌تر انجام می‌شود.

سوال 5:
در آزمایشی مقدار قرص جوشان را نصف کرده و سطح تماس آن را افزایش دادند. چه تغییری در سرعت واکنش مشاهده می‌شود؟

جواب:
با کاهش اندازه قرص و افزایش سطح تماس، تعداد برخوردهای مؤثر افزایش یافته و سرعت واکنش افزایش می‌یابد.

سوال 6:
در واکنش بین محلول پتاسیم پرمنگنات و اسید آلی، چه عامل‌هایی بر سرعت واکنش تأثیر می‌گذارند و چگونه؟

جواب:

دما: با افزایش دما سرعت واکنش افزایش می‌یابد.
غلظت واکنش‌دهنده‌ها: افزایش غلظت باعث افزایش سرعت واکنش می‌شود.
سطح تماس و کاتالیزگر: وجود کاتالیزگر سرعت واکنش را زیاد می‌کند.

سوال 7:
چرا فلز قلیایی پتاسیم سریع‌تر از سدیم با آب واکنش می‌دهد؟

جواب:
پتاسیم به دلیل اندازه اتمی بزرگ‌تر و انرژی یونیزاسیون کمتر، الکترون‌های خود را راحت‌تر از دست می‌دهد و سریع‌تر واکنش می‌دهد.

بخش 3: کاربردهای صنعتی و نگهداری مواد غذایی

سوال 8:
چرا نگهداری مواد غذایی در محیط سرد، خشک و تاریک باعث افزایش زمان ماندگاری می‌شود؟

جواب:

دما پایین باعث کاهش سرعت واکنش‌های شیمیایی و فعالیت میکروب‌ها می‌شود.
خشکی مانع رشد جانداران ذره‌بینی می‌شود.
تاریکی مانع آسیب نوری به مواد غذایی است و از اکسیداسیون جلوگیری می‌کند.

سوال 9:
چرا برخی مواد غذایی را در ظروفی با هوای خارج شده نگهداری می‌کنند؟

جواب:
حذف اکسیژن از محیط مانع واکنش‌های اکسیداتیو و رشد میکروب‌ها شده و باعث افزایش زمان ماندگاری مواد غذایی می‌شود.

سوال 10:
چگونه افزایش سطح تماس یک تکه زغال باعث افزایش سرعت سوختن آن می‌شود؟

جواب:
افزایش سطح تماس باعث افزایش ناحیه‌ای می‌شود که زغال با اکسیژن تماس دارد، در نتیجه تعداد برخوردهای مؤثر بیشتر شده و سرعت سوختن افزایش می‌یابد.

بخش 4: سوالات ترکیبی و مفهومی

سوال 11:
با توجه به نمودار واکنش تولید آمونیاک از گازهای نیتروژن و هیدروژن، پاسخ دهید:
الف) کدام ماده پایدارتر است؛ هیدرازین یا آمونیاک؟ چرا؟
ب) چگونه آنتالپی واکنش تولید هیدرازین را حساب می‌کنید؟

جواب:
الف) آمونیاک پایدارتر است زیرا انرژی کلی آن کمتر است و مولکول پایدارتر و کم‌انرژی‌تری است.
ب) با استفاده از آنتالپی واکنش‌های مرحله‌ای تولید هیدرازین و جمع کردن آن‌ها بر اساس قانون هس محاسبه می‌شود.

سوال 12:
در واکنش تجزیه هیدروژن پراکسید، افزودن دو قطره پتاسیم یدید چه تاثیری بر سرعت واکنش دارد؟

جواب:
پتاسیم یدید به عنوان کاتالیزگر عمل کرده و سرعت تجزیه هیدروژن پراکسید را به طور چشمگیری افزایش می‌دهد.

سوال 13:
علت پوسیدگی و زرد شدن کتاب‌ها چیست و این واکنش چرا کند است؟

جواب:
زرد شدن کتاب‌ها به دلیل تجزیه آهسته سلولز کاغذ به وسیله واکنش‌های شیمیایی است که سرعت کمی دارد به دلیل انرژی فعال‌سازی بالا و شرایط محیطی نامساعد.

سوال 14:
تاثیر افزودن بنزوئیک اسید به مواد غذایی چیست و چرا این ماده استفاده می‌شود؟

جواب:
بنزوئیک اسید به عنوان نگهدارنده به مواد غذایی اضافه می‌شود تا سرعت واکنش‌های فساد شیمیایی و میکروبی را کاهش داده و زمان ماندگاری را افزایش دهد.

البته! بر اساس متن مفصل و فعالیت‌ها، نمودارها و تمرین‌های شیمی یازدهم که فرستادی، سوالات تشریحی مهم همراه با پاسخ‌ کامل و نکات کلیدی را برایت آماده کردم. این سوالات برای آمادگی در امتحان نهایی و کنکور تجربی بسیار مناسبند.

سوالات تشریحی همراه با پاسخ از متن و فعالیت‌ها

سوال 1: نقش بازدارنده‌ها در واکنش‌های شیمیایی چیست؟

پاسخ:
بازدارنده‌ها مانند فلاوونوئید، آنتوسیانین، بتاکاروتن و… موادی هستند که سرعت واکنش‌های شیمیایی را کاهش می‌دهند یا به عبارت دیگر واکنش را کند می‌کنند. این مواد معمولاً با ایجاد مانع برای مسیر واکنش یا با اثر بر روی کاتالیزگرها، مانع از انجام سریع واکنش می‌شوند. در میوه‌ها و سبزیجات این ترکیبات به عنوان آنتی‌اکسیدان عمل کرده و از تخریب سلولی جلوگیری می‌کنند.

سوال 2: در نمودار زیر، منحنی A نشان‌دهنده تغییر مول‌های یکی از مواد در یک واکنش فرضی است. کدام منحنی (B یا C) مربوط به افزودن بازدارنده است و کدام مربوط به افزودن کاتالیزگر؟ دلیل خود را بنویسید.

پاسخ:

منحنی‌ای که سرعت واکنش را کاهش داده (شیب کمتر) نشان‌دهنده افزودن بازدارنده است؛ یعنی منحنی B بازدارنده دارد.
منحنی‌ای که سرعت واکنش را افزایش داده (شیب بیشتر) مربوط به افزودن کاتالیزگر است؛ یعنی منحنی C کاتالیزگر دارد.
دلیل: بازدارنده باعث کاهش سرعت واکنش و کاتالیزگر باعث افزایش سرعت واکنش می‌شود.

سوال 3: سرعت متوسط واکنش در معادله‌ی زیر را محاسبه کنید. همچنین، سرعت متوسط مصرف N₂ و H₂ را در نظر گرفته و نشان دهید که نسبت آنها به ضریب استوکیومتری واکنش چگونه است؟

$N2(g)+3H2(g)→2NH3(g)\mathrm{N_2 (g) + 3H_2 (g) \rightarrow 2NH_3 (g)}$
اگر سرعت متوسط تولید NH₃ برابر $4×10−1 mol/s4 \times 10^{-1} \, \mathrm{mol/s}$ باشد، سرعت متوسط مصرف N₂ و H₂ چقدر است؟

پاسخ:

ضریب استوکیومتری N₂ برابر 1، H₂ برابر 3 و NH₃ برابر 2 است.
سرعت متوسط تولید NH₃ = $4×10−1 mol/s4 \times 10^{-1} \, \mathrm{mol/s}$
سرعت متوسط مصرف N₂ = $12×\frac{1}{2} \times$ سرعت تولید NH₃ = $12×4×10−1=2×10−1 mol/s \frac{1}{2} \times 4 \times 10^{-1} = 2 \times 10^{-1} \, \mathrm{mol/s}$
سرعت متوسط مصرف H₂ = $32×\frac{3}{2} \times$ سرعت تولید NH₃ = $32×4×10−1=6×10−1 mol/s \frac{3}{2} \times 4 \times 10^{-1} = 6 \times 10^{-1} \, \mathrm{mol/s}$
اگر سرعت متوسط هر ماده را بر ضریب استوکیومتری تقسیم کنیم، مقدار برابر خواهد بود که به آن سرعت واکنش گفته می‌شود:

$سرعت واکنش=−Δ[N2]1×Δt=−Δ[H2]3×Δt=Δ[NH3]2×Δt\text{سرعت واکنش} = \frac{-\Delta [N_2]}{1 \times \Delta t} = \frac{-\Delta [H_2]}{3 \times \Delta t} = \frac{\Delta [NH_3]}{2 \times \Delta t}$

سوال 4: در واکنش تبدیل مالتوز به گلوکز، جدول غلظت داده شده است. سرعت واکنش را در بازه‌های زمانی 0 تا 3 دقیقه و 3 تا 7 دقیقه حساب کنید. کدام بازه سرعت واکنش بیشتر است و چرا؟

$C12H22O11+H2O→2C6H12O6\mathrm{C_{12}H_{22}O_{11} + H_2O \rightarrow 2C_6H_{12}O_6}$

پاسخ:

سرعت واکنش = تغییر غلظت / تغییر زمان
در 3 دقیقه اول، غلظت مالتوز به سرعت کاهش می‌یابد و گلوکز افزایش می‌یابد، بنابراین سرعت واکنش بیشتر است.
در بازه 3 تا 7 دقیقه، سرعت کاهش می‌یابد زیرا غلظت مواد واکنش‌پذیر کمتر شده و واکنش به سمت تعادل پیش می‌رود.

سوال 5: در واکنش انحلال CaCl₂ در آب، مقدار گرمای آزاد شده از حل شدن 2.22 گرم CaCl₂ را حساب کنید. داده‌ها: $ΔH=−83 kJ/mol\Delta H = -83 \, \mathrm{kJ/mol}$

جرم مولی CaCl₂ = 111 گرم بر مول.

پاسخ:

تعداد مول CaCl₂ = $2.22111=0.02 mol\frac{2.22}{111} = 0.02 \, \mathrm{mol}$
گرمای آزاد شده = $0.02×83=1.66 kJ0.02 \times 83 = 1.66 \, \mathrm{kJ}$

سوال 6: با توجه به واکنش اکسایش چربی کوهان شتر که در آن $ΔH=−75520 kJ \Delta H = -75520 \, \mathrm{kJ}$ برای 2 مول چربی است، میزان انرژی آزاد شده برای اکسایش 1 کیلوگرم چربی را محاسبه کنید.

جرم مولی چربی (C₅₇H₁₁₀O₆) تقریباً 891 گرم بر مول است.

پاسخ:

تعداد مول در 1 کیلوگرم = $1000891≈1.12 mol\frac{1000}{891} \approx 1.12 \, \mathrm{mol}$
انرژی آزاد شده برای 1.12 مول: $−755202×1.12=−42285 kJ\frac{-75520}{2} \times 1.12 = -42285 \, \mathrm{kJ}$
(تقریباً 42285 کیلوژول انرژی آزاد می‌شود)

سوال 7: چرا کلسترول یک الکل سیر نشده است؟ کدام پیوندهای یگانه در ساختار آن آسان‌تر شکسته می‌شوند؟

پاسخ:

کلسترول یک الکل سیر نشده است زیرا علاوه بر گروه هیدروکسیل (OH)، دارای چند پیوند دوگانه در ساختار حلقوی خود است که باعث ناپایداری و واکنش‌پذیری بیشتر می‌شود.
پیوندهای یگانه نزدیک به پیوندهای دوگانه آسان‌تر شکسته می‌شوند زیرا الکترون‌های π مجاور باعث کاهش انرژی لازم برای شکست پیوند می‌شوند.

سوال 8: برای واکنش ترمیت، مقدار گرمای آزاد شده را حساب کنید اگر از هر گرم آلومینیوم 15.24 کیلوژول گرما آزاد شود. با انحلال 100 گرم آلومینیوم، چند کیلوژول گرما آزاد می‌شود؟

پاسخ:

گرمای آزاد = $15.24×100=1524 kJ15.24 \times 100 = 1524 \, \mathrm{kJ}$

سوال 9: شکل واکنش میان هیدروژن و ید در دمای معین را در نظر بگیرید. سرعت واکنش پس از 20 و 40 دقیقه را بر حسب $mol L−1 h−1\mathrm{mol \, L^{-1} \, h^{-1}}$ محاسبه و مقایسه کنید.

پاسخ:

با استفاده از تغییر غلظت و زمان، سرعت در هر بازه محاسبه شده و نشان می‌دهد که سرعت در 20 دقیقه اول بیشتر از بازه 20 تا 40 دقیقه است زیرا واکنش به سمت تعادل پیش می‌رود و غلظت مواد اولیه کاهش می‌یابد.

سوال 10: نمودار واکنش نوار منیزیم با اسید هیدروکلریک را بررسی کنید.

الف) سرعت واکنش در شرایط C و D را محاسبه کنید.
ب) کدام منحنی مربوط به پودر منیزیم است؟ چرا؟
پ) کدام منحنی مربوط به واکنش در دمای 5 درجه است؟

پاسخ:

الف) سرعت واکنش برابر شیب منحنی تغییر حجم گاز (H₂) نسبت به زمان است.
ب) منحنی با سرعت بالاتر مربوط به پودر منیزیم است چون سطح تماس بیشتر است و واکنش سریع‌تر انجام می‌شود.
پ) منحنی با سرعت کمتر مربوط به دمای 5 درجه است زیرا دما کاهش یافته و سرعت واکنش کند شده است.

سوالات ترکیبی برای خودآزمایی نهایی:

تعریف بازدارنده‌ها و نقش آن‌ها در واکنش‌ها را توضیح دهید.
تفاوت سرعت متوسط واکنش و سرعت واکنش را با مثال بگویید.
فرمول سرعت واکنش برای معادله $N2+3H2→2NH3N_2 + 3H_2 \to 2NH_3$ را بنویسید.
مفهوم سرعت واکنش در واکنش‌های چند جزئی را تشریح کنید.
با توجه به داده‌های جدول غلظت مالتوز و گلوکز، سرعت واکنش را در بازه‌های مختلف مقایسه کنید و دلیل آن را توضیح دهید.
چگونگی تأثیر دما و سطح تماس بر سرعت واکنش را با مثال بیان کنید.
محاسبه مقدار گرمای آزاد یا جذب شده در واکنش‌های ترموشیمیایی مختلف را تمرین کنید.

فصل سوم: پوشاک، نیازی پایان ناپذیر

💡 بخش اول: درک مطلب و بازخوانی مفاهیم

1. نقش‌های پوشاک در زندگی انسان چیست؟

پاسخ:
پوشاک افزون بر پوشاندن بدن، نقش مهمی در فرهنگ، هنر، فناوری، تمدن، آداب و رسوم هر قوم دارد. همچنین بدن را در برابر سرما، گرما، نور خورشید، آلودگی، مواد شیمیایی، گزند حشرات و خطرات فیزیکی محافظت می‌کند.

2. چرا تولید پوشاک از منابع طبیعی کافی نبود و صنعت نساجی نیاز به تغییر داشت؟

پاسخ:
با رشد جمعیت و افزایش مصرف، منابع طبیعی مانند پنبه و پشم پاسخگوی نیاز نبودند. بنابراین نیاز به تولید الیاف ساختگی با استفاده از دانش شیمی و منابع نفتی احساس شد.

3. تفاوت لیف، الیاف، نخ و پارچه را بنویسید.

پاسخ:

لیف: رشته‌های نازک و بلند اولیه
الیاف: مجموعه‌ای از لیف‌ها
نخ: الیاف تابیده‌شده
پارچه: بافتی از نخ‌ها

📊 بخش دوم: مفهومی و ترکیبی

4. چرا پلی‌استر به نسبت پنبه و پشم در سال‌های اخیر تولید بیشتری داشته است؟

پاسخ:
زیرا پلی‌استر الیافی ساختگی و بر پایه نفت است که ارزان‌تر و قابل تولید انبوه است و ویژگی‌هایی مانند دوام بیشتر، ضد چروک بودن و مقاومت در برابر پوسیدگی دارد.

5. تفاوت ساختار سلولز و نشاسته در چیست؟ و چرا خواص آنها متفاوت است؟

پاسخ:
هر دو از گلوکز تشکیل شده‌اند اما در نوع پیوند بین واحدهای گلوکز تفاوت دارند. در سلولز پیوند β و در نشاسته پیوند α وجود دارد. این تفاوت موجب می‌شود سلولز سخت و غیرقابل هضم (برای انسان) باشد ولی نشاسته نرم و قابل هضم است.

6. چرا جرم مولی سلولز را نمی‌توان دقیق محاسبه کرد؟

پاسخ:
چون شمار واحدهای تکرارشونده (مونومرهای گلوکز) در زنجیر آن دقیقاً مشخص نیست و ممکن است بین 1000 تا 10000 یا بیشتر متغیر باشد.

🔬 بخش سوم: مفاهیم درشت‌مولکول و پلیمر

7. درشت‌مولکول را تعریف کنید و دو مثال طبیعی و دو مثال ساختگی برای آن بنویسید.

پاسخ:
مولکول‌هایی با زنجیرهای بلند و جرم مولی بالا هستند.
مثال طبیعی: سلولز، پروتئین
مثال ساختگی: پلی‌اتن، نایلون

8. تفاوت پلی‌اتن و اتن در ساختار و ویژگی‌های فیزیکی چیست؟

پاسخ:

اتن: مولکولی گازی با پیوند دوگانه C=C
پلی‌اتن: جامدی با زنجیر بلند، بدون پیوند دوگانه (تماماً سیرشده)

9. واکنش پلیمری شدن اتن را با نوشتن معادله توضیح دهید.

پاسخ:

n CH2=CH2  ⟶  (–CH2–CH2–)n

در اثر گرما و فشار بالا، پیوند دوگانه شکسته و زنجیر بلندی از واحدهای CH2–CH2 تشکیل می‌شود.

10. منظور از مونومر و واحد تکرارشونده چیست؟

پاسخ:

مونومر: مولکول‌های کوچک ابتدایی (مانند اتن)
واحد تکرارشونده: بخش مشخصی از ساختار پلیمر که در سراسر زنجیر تکرار می‌شود.

🧠 بخش چهارم: تمرین‌های ترکیبی و خلاقانه

11. جدول زیر را کامل کنید:

نام ماده	شمار اتم‌ها	جرم مولی	اندازه مولکول
آب	کم	کم	کوچک
پلی‌اتن	زیاد	زیاد	بسیار بزرگ
پروپان	کم	متوسط	کوچک/متوسط
سلولز	بسیار زیاد	بسیار زیاد	بسیار بزرگ

12. تعریف پلیمر را بنویسید و دلیل استفاده از n در ساختار شیمیایی آن را توضیح دهید.

پاسخ:
پلیمر ترکیبی است که از تکرار واحدهای مشابه (مونومر) تشکیل می‌شود. چون تعداد دقیق مونومرها مشخص نیست، از n استفاده می‌شود که نشان‌دهنده تعداد نامعین و زیاد آن‌هاست.

🧪 بخش پنجم: کاربردها و مثال‌ها

13. نام و ساختار مونومرها و کاربرد پلیمرها را کامل کنید:

نام مونومر	نام پلیمر	کاربرد
پروپن	پلی‌پروپن	سرنگ
استیرن	پلی‌استیرن	ظروف یکبارمصرف
وینیل کلرید	پلی‌وینیل کلرید (PVC)	کیسه خون
سیانواتن	پلی‌سیانواتن	پتو
تترافلوئورواتن	تفلون	نخ دندان

14. چرا پلیمرهایی مانند پلی‌اتن یا تفلون در طبیعت یافت نمی‌شوند؟

پاسخ:
چون این پلیمرها حاصل واکنش‌های شیمیایی صنعتی و سنتزی در شرایط خاص (گرما، فشار، کاتالیزگر) هستند که در طبیعت وجود ندارد.

🧭 بخش ششم: خودارزیابی با پاسخ

15. جای خالی‌ها را پر کنید:

نخ، الیاف، ریسندگی، بافندگی، دوزندگی
پاسخ کامل:
لیف ← الیاف ← ریسندگی ← نخ ← بافندگی ← پارچه خام ← دوزندگی ← پارچه آماده استفاده

16. چرا شناسایی ترکیب‌های آلی به تولید الیاف جدید کمک می‌کند؟

پاسخ:
زیرا ساختار و خواص ترکیب‌های آلی مانند پایداری، انعطاف‌پذیری و پیوندهای بین مولکولی، ویژگی‌های الیاف را تعیین می‌کند. شناخت آن‌ها می‌تواند به طراحی الیافی مقاوم، سبک یا زیست‌پذیر کمک کند.

🧪 فصل: شیمی یازدهم – گفتار «پیوند با صنعت»

بخش اول: پلیاتن (پلیمر اتن)

سوال 1

پلیاتن سبک و پلیاتن سنگین از نظر ساختار مولکولی چه تفاوتی دارند؟ این تفاوت چه تأثیری بر خواص فیزیکی آنها دارد؟

پاسخ:
پلیاتن سبک دارای زنجیرهای شاخ‌دار است، در حالی که پلیاتن سنگین زنجیرهای مستقیم و بدون شاخه دارد.
این تفاوت ساختاری موجب می‌شود که پلیاتن سبک چگالی کمتر و شفافیت بیشتری داشته باشد، در حالی که پلیاتن سنگین چگالی بیشتر و استحکام بالاتری دارد.

سوال 2

پلیاتن سنگین چگونه تهیه می‌شود؟ نام کاتالیزگر مورد استفاده را بنویسید.

پاسخ:
پلیاتن سنگین در دمای حدود 60 درجه سانتی‌گراد و فشار 200 atm در حضور کاتالیزگر زیگلر ـ ناتا تولید می‌شود. این کاتالیزگر باعث می‌شود زنجیرهای بدون شاخه تشکیل شوند.

سوال 3

دلیل استحکام بیشتر پلیاتن سنگین نسبت به پلیاتن سبک را با توجه به نیروهای بین مولکولی توضیح دهید.

پاسخ:
در پلیاتن سنگین به دلیل آرایش خطی مولکول‌ها، زنجیرها به صورت منظم در کنار هم قرار می‌گیرند، که باعث ایجاد نیروی بین مولکولی قوی‌تر (نیروهای لاندن) می‌شود. در نتیجه، استحکام این پلیمر بیشتر از پلیاتن سبک است که دارای شاخه‌های جانبی است و زنجیرها نظم کمتری دارند.

سوال 4

به پرسش‌های خود را بیازمایید پاسخ دهید:

الف) چگالی 0/97 مربوط به کدام نوع پلیاتن است؟ چرا؟
ب) کدام سبک و کدام سنگین است؟
پ) نیروی بین مولکولی در پلیاتن چیست؟
ت) چرا استحکام پلیاتن سنگین بیشتر است؟

پاسخ:

الف) چگالی 0/97 مربوط به پلیاتن سنگین است، چون زنجیرهای بدون شاخه بهتر کنار هم قرار می‌گیرند و فشرده‌تر هستند.
ب) پلیاتن سبک چگالی 0/92 و پلیاتن سنگین چگالی 0/97 دارد.
پ) نیروی بین مولکولی از نوع نیروی لاندن (وان‌در‌والس) است.
ت) به دلیل نظم بیشتر زنجیرها در پلیاتن سنگین، نیروهای بین مولکولی قوی‌تر بوده و استحکام بالاتر است.

🧵 بخش دوم: پلی استرها و استرها

سوال 5

استرها از چه واکنشی به دست می‌آیند؟ واکنش استری شدن را با مثال توضیح دهید.

پاسخ:
استرها از واکنش بین یک الکل و یک کربوکسیلیک اسید تشکیل می‌شوند. این واکنش با حذف یک مولکول آب انجام می‌شود.

مثال:
اتانول + استیک اسید → اتیل استات + آب
CH₃COOH + CH₃CH₂OH → CH₃COOCH₂CH₃ + H₂O

سوال 6

با توجه به ساختار گروه عاملی استر، نحوه اتصال دو بخش هیدروکربنی را شرح دهید.

پاسخ:
در گروه عاملی استر (–COO–)، یک زنجیر هیدروکربنی به اکسیژن متصل است و زنجیر دیگر به کربن گروه کربونیل متصل است. این ساختار باعث می‌شود که استرها از دو بخش متفاوت (الکلی و اسیدی) تشکیل شوند.

سوال 7

از واکنش یک الکل دو عاملی و یک اسید دو عاملی چه نوع پلیمر تولید می‌شود؟ نام و مکانیزم آن را بنویسید.

پاسخ:
از واکنش بین یک الکل دو عاملی و یک اسید دو عاملی، پلی‌استر تولید می‌شود.
در این واکنش، هر بار یک گروه هیدروکسیل از الکل با گروه کربوکسیل اسید واکنش داده و پیوند استری تشکیل می‌دهد. این فرآیند می‌تواند ادامه یافته و یک زنجیر بلند پلیمری ایجاد شود.

سوال 8

ساختار الکل و اسید سازنده استرهایی با بوی موز، سیب و انگور را با توجه به جدول صفحه 114 رسم کنید.

پاسخ نمونه:

نام میوه	ساختار الکل	ساختار اسید	ساختار استر
موز	CH₃CH₂CH₂CH₂OH	CH₃COOH	CH₃COOCH₂CH₂CH₂CH₃
سیب	CH₃OH	CH₃CH₂CH₂COOH	CH₃CH₂CH₂COOCH₃
انگور	HOCH₂CH₂OH	HOOC-COOH	پلی‌استر ساختار پیچیده‌تری دارد

💧 بخش سوم: الکل‌ها و حلالیت

سوال 9

الکل‌ها چه نیروهای بین مولکولی دارند و چرا بعضی در آب و بعضی در چربی حل می‌شوند؟

پاسخ:
الکل‌ها دارای دو نوع نیروی بین مولکولی هستند: هیدروژنی و وان‌در‌والس.
الکل‌های با زنجیر کربنی کوتاه (تا 5 کربن)، به دلیل داشتن بخش قطبی قوی (گروه OH)، به خوبی در آب حل می‌شوند. با افزایش طول زنجیر هیدروکربنی، بخش ناقطبی افزایش یافته و ویژگی چربی‌دوستی و آب‌گریزی الکل بیشتر می‌شود.

سوال 10

به پرسش‌های خود را بیازمایید (صفحه 113) پاسخ دهید:

الف) کدام ویتامین‌ها در آب و کدام در چربی حل می‌شوند؟ چرا؟
ب) مصرف بیش از حد کدام گروه از ویتامین‌ها مشکل‌ساز نیست؟ چرا؟
پ) گروه‌های عاملی ترکیب‌های داده شده را مشخص کنید.

پاسخ:

الف)

ویتامین C → محلول در آب (قطبی)
ویتامین A، D، K → محلول در چربی (دارای زنجیر بلند هیدروکربنی)

ب) ویتامین‌های محلول در آب (مثل C) به راحتی از بدن دفع می‌شوند، پس مصرف زیاد آنها مشکل‌ساز نیست.
اما ویتامین‌های محلول در چربی (A، D، K) در بدن تجمع می‌یابند و مصرف زیاد آنها می‌تواند سمی باشد.

پ)

گروه عاملی ویتامین A: زنجیر آلکن، گروه‌های متیل
ویتامین C: گروه OH، گروه لاکتون
ویتامین D: حلقه‌های سیکلوآلکان و الکل
ویتامین K: گروه کتون، زنجیر آلکیل

✅ سؤالات تشریحی از متن درس

1. چرا نان پس از جویدن طولانی طعم شیرین پیدا می‌کند؟

پاسخ:
نان حاوی نشاسته است که یک پلی‌ساکارید است و از واحدهای گلوکز تشکیل شده است. در بزاق دهان آنزیمی به نام آمیلاز وجود دارد که باعث تجزیۀ نشاسته به گلوکز می‌شود. این گلوکز طعمی شیرین دارد و در نتیجه جویدن طولانی باعث احساس شیرینی در دهان می‌شود.

2. واکنش آبکافت چیست؟ یک مثال بنویسید.

پاسخ:
آبکافت واکنشی است که طی آن مولکول‌های بزرگ مانند استرها، پلی‌استرها یا پلی‌آمیدها در حضور آب و معمولاً کاتالیزگر به واحدهای سازندۀ خود تجزیه می‌شوند.
مثال:
اتیل بوتانوات + آب → بوتانوئیک اسید + اتانول

3. تفاوت بین پلیمرهای طبیعی و ماندگار را از نظر تجزیه‌پذیری شرح دهید.

پاسخ:
پلیمرهای طبیعی مانند نشاسته و پروتئین‌ها زیست‌تخریب‌پذیر هستند و توسط جانداران میکروسکوپی در طبیعت تجزیه می‌شوند. اما پلیمرهای ماندگار مانند پلی‌اتیلن، پلی‌پروپیلن و PVC ساختاری سیرشده دارند (شبیه آلکان‌ها) و در طبیعت به‌سختی تجزیه می‌شوند و سال‌ها باقی می‌مانند.

4. چرا پوشاک پس از مدتی پوسیده می‌شود؟

پاسخ:
زیرا پیوندهای استری یا آمیدی موجود در ساختار مولکول‌های پلیمر الیاف پوشاک با آب و مواد شیمیایی (مثل شوینده‌ها یا رطوبت) واکنش داده و شکسته می‌شوند. این شکستگی باعث سستی تار و پود و در نهایت پوسیدگی پارچه می‌شود.

5. پلی‌لاکتیک اسید چگونه تهیه می‌شود؟ کاربرد آن چیست؟

پاسخ:
ابتدا از منابع کشاورزی مانند ذرت و نیشکر، نشاسته استخراج شده و به اسید لاکتیک تبدیل می‌شود. سپس در فرآیند پلیمری شدن، پلی‌لاکتیک اسید تولید می‌شود. این پلیمر زیست‌تخریب‌پذیر بوده و در تولید وسایل یک‌بارمصرف، کیسه‌های پلاستیکی، ظروف غذا و نخ بخیه استفاده می‌شود.

✅ سؤالات مفهومی از شکل‌ها و نمودارها

6. شکل 19 تبدیل نشاسته به گلوکز را توضیح دهید.

پاسخ:
شکل نشان می‌دهد که نشاسته، که از زنجیره‌ای از گلوکزها تشکیل شده، در حضور آنزیم‌ها و آب تجزیه شده و به واحدهای گلوکز آزاد تبدیل می‌شود. این فرآیند بخشی از گوارش است و از دهان شروع می‌شود.

7. شکل 20 بخش (الف) و (ب) چه تفاوتی دارند؟

پاسخ:
در شکل 20 (الف)، تجزیه پلی‌آمید به مونومرهای سازنده‌اش (دی‌آمین و دی‌اسید) نشان داده شده است. در شکل 20 (ب)، تجزیه پلی‌استر به دی‌الکل و دی‌اسید. در هر دو واکنش آبکافت باعث شکسته شدن پیوندهای استری یا آمیدی می‌شود.

✅ سؤالات تحلیلی از خودارزیابی‌ها

8. در کدام شرایط لباس‌های نخی زودتر پوسیده می‌شوند؟ چرا؟

پاسخ:
در محیط گرم و مرطوب، زیرا آب و گرما سرعت واکنش‌های شیمیایی را افزایش می‌دهند. این شرایط باعث شکستن سریع‌تر پیوندهای موجود در الیاف نخی (سلولزی) می‌شود.

9. چرا استفاده زیاد از شوینده‌ها باعث پوسیدگی لباس می‌شود؟

پاسخ:
شوینده‌ها معمولاً خاصیت قلیایی دارند و با مولکول‌های پلیمر لباس واکنش می‌دهند. این واکنش‌ها باعث شکستن پیوندهای استری یا آمیدی در پارچه شده و به مرور موجب پوسیدگی لباس می‌شود.

10. چرا ریختن مستقیم سفیدکننده روی لباس باعث رنگ‌بری سریع می‌شود؟

پاسخ:
سفیدکننده‌ها مواد اکسنده هستند و وقتی مستقیماً با پارچه تماس پیدا می‌کنند، در محل تماس باعث شکستن سریع پیوندهای مولکولی رنگ‌زا در لباس می‌شوند و رنگ آن ناحیه از بین می‌رود. اگر سفیدکننده را رقیق کنیم، غلظت آن کاهش یافته و اثر آن یکنواخت و ملایم‌تر خواهد بود.

✅ سؤالات نموداری و محاسباتی

11. (جدول غلظت استر): نمودار تغییر غلظت استر را برحسب زمان رسم و تحلیل کنید.

پاسخ:

نمودار دارای شیب نزولی است.
در آغاز واکنش (تا 20 ثانیه) سرعت زیاد است، زیرا غلظت استر بالا و برخورد بین مولکول‌ها بیشتر است.
هرچه زمان می‌گذرد، سرعت کمتر می‌شود.

12. سرعت متوسط آبکافت در بازۀ صفر تا 30 ثانیه را حساب کنید.

فرمول:
$سرعت متوسط=ΔCΔt=0.55−0.1730−0=0.3830=0.0127 mol/L.s\text{سرعت متوسط} = \frac{\Delta C}{\Delta t} = \frac{0.55 – 0.17}{30 – 0} = \frac{0.38}{30} = 0.0127 \, \text{mol/L.s}$

13. چرا سرعت واکنش در ابتدا بیشتر از انتهای واکنش است؟

پاسخ:
زیرا در ابتدا غلظت استر زیاد است و برخورد بین مولکول‌های واکنش‌دهنده بیشتر است. در نتیجه سرعت واکنش نیز بالاتر است. به مرور، استر مصرف شده و سرعت کاهش می‌یابد.

✅ سؤالات ترکیبی و کنکورگونه

14. چرا پلیمرهایی با ساختار سیرشده در طبیعت تجزیه نمی‌شوند؟

پاسخ:
پلیمرهای سیرشده شبیه آلکان‌ها هستند که به علت پایداری بالای پیوند C-C و C-H، میل کمتری به واکنش‌های شیمیایی دارند. آنزیم‌ها و میکروارگانیسم‌ها نیز قادر به شکستن آن‌ها نیستند.

15. مزایای پلیمرهای زیست‌تخریب‌پذیر چیست؟

پاسخ:

تجزیه سریع در طبیعت
کاهش آلودگی محیط‌زیست
تبدیل شدن به کود
کاهش هزینه‌های بازیافت
سازگاری با توسعه پایدار

✅ تمرین‌های پایان گفتار با پاسخ

16. پلیمر حاصل از مونومر CH₃–CH₂–CH=CH₂ چیست؟

پاسخ:
پلی‌بوتن (Polybutene)

17. ساختار استری با فرمول C₂H₄O₂ را رسم کرده و خواص آن را بررسی کنید.

پاسخ:

ساختار: متیل فرمات یا اتیل متانات
الکل سازنده: متانول
اسید سازنده: فرمیک اسید
نیروی بین مولکولی: دوقطبی-دوقطبی
نقطۀ جوش پایین‌تر از اسید سازنده چون پیوند هیدروژنی ندارد.

18. تحلیل جدول جرم مولی پلی‌اتن: در چه نسبتی از کاتالیزگر بیشترین جرم تولید می‌شود؟

پاسخ:
در نسبت مولی 3:1 از کاتالیزگر تیتانیم به آلومینیوم، جرم مولی بیشینه است (298000 گرم بر مول).

علی صبوری

خدمات

زمینه های کاری

محصول

نرم افزار کامپیوتر

شرکت دارویی

علی صبوری

خدمات

زمینه های کاری

محصول

نرم افزار کامپیوتر

شرکت دارویی

سوالات تشریحی و پاسخ‌ها شیمی یازدهم

بخش اول: سوالات تشریحی و پاسخ‌ها

1. اهمیت و نقش شیمی در زندگی و جامعه

2. تمدن‌ها و مواد

3. فرآیند تولید دوچرخه

4. چرخه مواد

5. مصرف منابع

6. خواص فلزها، نافلزها و شبه‌فلزها

7. روندهای جدول تناوبی

8. فعالیت: بررسی فلزها در شکل 3

9. مقایسه عناصر گروه ۱۴ و دوره سوم جدول تناوبی

10. تفکر نقادانه

خودارزیابی (چند سوال نمونه)

سوالات تشریحی با جواب از متن شیمی یازدهم

بخش ۱: فلزهای دسته d و فلزهای واسطه

بخش ۲: رنگ‌های سنگ‌های قیمتی و شیشه‌های رنگی

بخش ۳: واکنش‌پذیری فلزات و شیمی تجزیه

بخش ۴: خواص و کاربردهای طلا

بخش ۵: شناخت ترکیبات طبیعی فلزات

سؤالات تشریحی شیمی یازدهم (متن داده شده)

بخش 1: ذخایر بستر دریا و سازمان بین‌المللی بستر دریا

بخش 2: جریان فلز بین محیط زیست و جامعه

بخش 3: ارزیابی چرخه عمر محصولات

بخش 4: نفت خام و هیدروکربن‌ها

بخش 5: خودارزیابی و تمرین

سوالات تحلیلی و بحثی:

بخش 1: واکنش‌های گوشت چرب و بخار برم

بخش 2: نامگذاری و ساختار آلکین‌ها

بخش 3: هیدروکربن‌های حلقوی و آروماتیک

بخش 4: نفت خام و پالایش آن

بخش 5: پرسش‌های مربوط به گازها و سوخت‌ها

بخش 6: تمرین‌ها و محاسبات استوکیومتری

بخش 7: سوالات مفهومی درباره هیدروکربن‌ها

1. انرژی و ماده در جهان مادی چیست؟ چگونه رابطه میان ماده و انرژی در خورشید به وجود آمده است؟

2. نقش غذا در زندگی انسان را توضیح دهید و بیان کنید چرا تأمین غذای سالم در جهان پیچیده شده است؟

3. با توجه به جدول سرانه مصرف برخی مواد غذایی در ایران و جهان، عوامل تاثیرگذار بر گسترش دیابت بزرگسالی را نام ببرید.

4. آزمایش سوزاندن مواد غذایی: چرا در آزمایش با سوختن یک گرم و دو گرم مغز گردو، تغییر دمای آب متفاوت است؟

5. چرا با سوختن دو گرم ماکارونی و دو گرم مغز گردو، تغییر دمای آب متفاوت است؟

6. تفاوت میان دما و گرما را تعریف کنید و توضیح دهید چرا گرما برای توصیف ویژگی‌های ماده به کار نمی‌رود؟

7. با توجه به شکل‌های مربوط به هوای شب و روز، میانگین تندی مولکول‌های هوا در کدام حالت بیشتر است؟ چرا؟

8. توضیح دهید چگونه تغذیه مناسب می‌تواند به کنترل دمای بدن و تأمین انرژی کمک کند.

9. چگونه می‌توان با حفظ کیفیت مواد غذایی در تولید صنعتی، از هدررفت انرژی و فساد مواد جلوگیری کرد؟

10. توضیح دهید چرا مواد غذایی مختلف هنگام سوختن مقدار انرژی متفاوتی آزاد می‌کنند؟

11. در آزمایش حرارتی، چه نکاتی باید رعایت شود تا نتایج دقیق‌تری بدست آید؟

12. با توجه به اینکه میانگین انرژی جنبشی ذرات در دماهای مختلف متفاوت است، رابطه میان دما و انرژی جنبشی را شرح دهید.

چند سوال تشویقی برای تفکر بیشتر:

سوالات تشریحی شیمی یازدهم با جواب

سوال ۱

سوال ۲

سوال ۳

سوال ۴

سوال ۵

سوال ۶

سوال ۷

سوال ۸

سوال ۹

سوال ۱۰

بخش 1: ترموشیمی و آنتالپی واکنش‌ها

بخش 2: سینتیک شیمیایی و عوامل موثر بر سرعت واکنش

بخش 3: کاربردهای صنعتی و نگهداری مواد غذایی

بخش 4: سوالات ترکیبی و مفهومی

سوالات تشریحی همراه با پاسخ از متن و فعالیت‌ها

سوال 1: نقش بازدارنده‌ها در واکنش‌های شیمیایی چیست؟

سوال 3: سرعت متوسط واکنش در معادله‌ی زیر را محاسبه کنید. همچنین، سرعت متوسط مصرف N₂ و H₂ را در نظر گرفته و نشان دهید که نسبت آنها به ضریب استوکیومتری واکنش چگونه است؟

سوال 5: در واکنش انحلال CaCl₂ در آب، مقدار گرمای آزاد شده از حل شدن 2.22 گرم CaCl₂ را حساب کنید. داده‌ها: ΔH=−83 kJ/mol\Delta H = -83 \, \mathrm{kJ/mol}

سوال 6: با توجه به واکنش اکسایش چربی کوهان شتر که در آن ΔH=−75520 kJ \Delta H = -75520 \, \mathrm{kJ} برای 2 مول چربی است، میزان انرژی آزاد شده برای اکسایش 1 کیلوگرم چربی را محاسبه کنید.

سوال 7: چرا کلسترول یک الکل سیر نشده است؟ کدام پیوندهای یگانه در ساختار آن آسان‌تر شکسته می‌شوند؟

سوال 9: شکل واکنش میان هیدروژن و ید در دمای معین را در نظر بگیرید. سرعت واکنش پس از 20 و 40 دقیقه را بر حسب mol L−1 h−1\mathrm{mol \, L^{-1} \, h^{-1}} محاسبه و مقایسه کنید.

سوال 5: در واکنش انحلال CaCl₂ در آب، مقدار گرمای آزاد شده از حل شدن 2.22 گرم CaCl₂ را حساب کنید. داده‌ها: $ΔH=−83 kJ/mol\Delta H = -83 \, \mathrm{kJ/mol}$

سوال 6: با توجه به واکنش اکسایش چربی کوهان شتر که در آن $ΔH=−75520 kJ \Delta H = -75520 \, \mathrm{kJ}$ برای 2 مول چربی است، میزان انرژی آزاد شده برای اکسایش 1 کیلوگرم چربی را محاسبه کنید.

سوال 9: شکل واکنش میان هیدروژن و ید در دمای معین را در نظر بگیرید. سرعت واکنش پس از 20 و 40 دقیقه را بر حسب $mol L−1 h−1\mathrm{mol \, L^{-1} \, h^{-1}}$ محاسبه و مقایسه کنید.