تشریحی شیمی دوازدهم

فصل اوّل: مولکولها در خدمت تندرستی

✅ بخش اول: مفهومی و ترکیبی

سؤال 1) چرا آشنایی با اسیدها و بازها می‌تواند در استفاده بهینه از شوینده‌ها مفید باشد؟
پاسخ:
شوینده‌ها اغلب بر پایه خواص اسیدی و بازی عمل می‌کنند. شناخت اسیدها و بازها کمک می‌کند تا بدانیم کدام شوینده برای نوع خاصی از آلودگی مناسب‌تر است. برای مثال لکه‌های چربی با بازها بهتر پاک می‌شوند. همچنین از بروز واکنش‌های ناخواسته و خطرناک مانند تولید گازهای سمی (مثل کلر در محیط اسیدی) پیشگیری می‌شود.

سؤال 2) چرا در گذشته بیماری‌هایی مانند وبا بیشتر گسترش می‌یافتند؟
پاسخ:
در گذشته به دلیل کمبود شوینده‌ها، نبود صابون، سطح پایین بهداشت فردی و عدم تصفیه آب، بیماری‌هایی مانند وبا که از طریق آب آلوده منتقل می‌شوند، راحت‌تر شیوع می‌یافتند.

سؤال 3) چرا می‌گوییم افزایش استفاده از شوینده‌ها باعث افزایش امید به زندگی شده است؟
پاسخ:
با گسترش بهداشت و استفاده از شوینده‌ها، آلودگی‌ها و میکروب‌ها کاهش یافته و در نتیجه بیماری‌های واگیردار کنترل شده‌اند. این موضوع مستقیماً با افزایش سلامت عمومی و افزایش شاخص امید به زندگی مرتبط است.

سؤال 4) چرا لکه‌ی عسل به‌راحتی با آب پاک می‌شود ولی چربی نه؟
پاسخ:
عسل از قندهایی با گروه‌های هیدروکسیل زیاد تشکیل شده که بسیار قطبی هستند، بنابراین در آب (که حلالی قطبی است) حل می‌شوند. اما چربی‌ها مولکول‌های ناقطبی هستند که در آب حل نمی‌شوند، بلکه در حلال‌های ناقطبی یا با کمک شوینده‌ها پاک می‌شوند.

سؤال 5) نقش مولکول‌های صابون در پاک‌سازی لکه‌های چربی چیست؟
پاسخ:
مولکول‌های صابون دارای دو بخش‌اند: یک سر قطبی (آبدوست) و یک دُم ناقطبی (آب‌گریز). دم ناقطبی به چربی می‌چسبد و سر قطبی با آب پیوند برقرار می‌کند. این مولکول‌ها به‌صورت میسل ساختارهایی کروی تشکیل می‌دهند که چربی را درون خود محصور کرده و آن را از سطح جدا می‌کنند.

✅ فعالیت و خودارزیابی

سؤال 6) (بر اساس نمودار امید به زندگی)
جدول زیر را کامل کنید:

دوره زمانی	درصد جمعیت (گستره سنی 40 تا 50)
1335 تا 1330	حدود 20%
1370 تا 1365	حدود 40%
1395 تا 1390	حدود 60%

سؤال 7) با گذشت زمان، امید به زندگی افزایش یافته یا کاهش؟ چرا؟
پاسخ:
امید به زندگی افزایش یافته است زیرا سطح بهداشت، آگاهی، امکانات پزشکی، تغذیه و خدمات درمانی بهتر شده است. همچنین کشف و تولید داروها، واکسن‌ها و شوینده‌ها نقش مهمی داشته‌اند.

سؤال 8) در دوره زمانی 1370 تا 1375، امید به زندگی برای بیشتر مردم جهان در حدود چند سال است؟
پاسخ:
حدود 60 تا 70 سال.

سؤال 9) چرا صابون در چربی و هم در آب کاربرد دارد؟
پاسخ:
زیرا ساختاری آمفی‌پاتیک دارد: یک سر قطبی (حل‌شونده در آب) و یک دم ناقطبی (حل‌شونده در چربی). بنابراین می‌تواند هم با مولکول‌های چربی و هم آب برهم‌کنش کند و باعث امولسیون شدن چربی در آب شود.

✅ ساختار مولکولی و خواص مواد

سؤال 10) چرا چربی‌ها در آب حل نمی‌شوند؟
پاسخ:
چربی‌ها مولکول‌هایی با زنجیر بلند هیدروکربنی (ناقطبی) هستند. از آنجا که «هم‌جنس در هم‌جنس حل می‌شود»، چربی‌ها که ناقطبی هستند، در آب قطبی حل نمی‌شوند و نیروهای بین مولکولی ضعیفی با آب دارند.

سؤال 11) نیروی بین مولکولی غالب در چربی‌ها چیست؟ چرا؟
پاسخ:
نیروی لاندن (پخش لحظه‌ای الکترون‌ها یا دوقطبی لحظه‌ای)، زیرا مولکول‌های چربی ناقطبی‌اند و پیوند هیدروژنی ندارند.

سؤال 12) در مخلوط صابون و آب، چه نوع نیرویی بین مولکول‌های صابون و آب ایجاد می‌شود؟
پاسخ:
پیوند هیدروژنی و دوقطبی-دوقطبی بین سر قطبی صابون و مولکول‌های آب.

✅ مخلوط‌ها و کلوئیدها

سؤال 13) تفاوت محلول، سوسپانسیون و کلوئید را کامل کنید:

ویژگی	محلول	کلوئید	سوسپانسیون
نوع مخلوط	همگن	ناهمگن ظاهراً همگن	ناهمگن
پایداری	پایدار	نیمه‌پایدار	ناپایدار
رفتار نور	عبور می‌دهد	پخش می‌کند	عبور نمی‌دهد
اندازه ذرات	بسیار ریز	متوسط	درشت و ته‌نشین‌شونده

سؤال 14) چرا اضافه‌کردن صابون به مخلوط آب و روغن باعث ایجاد کلوئید می‌شود؟
پاسخ:
صابون با تشکیل میسل‌ها، قطرات ریز چربی را در خود محصور کرده و در آب پخش می‌کند. این ساختار ذرات درشت‌تر از محلول، ولی کوچک‌تر از سوسپانسیون است که نور را پخش کرده ولی ته‌نشین نمی‌شود، بنابراین کلوئید است.

سؤال 15) چرا هنگام استفاده از سفیدکننده‌ها باید تهویه مناسب وجود داشته باشد؟
پاسخ:
زیرا در صورت ترکیب با اسیدها، گاز کلر آزاد می‌شود که گازی سمی، تحریک‌کننده دستگاه تنفسی، با چگالی بیشتر از هواست و در محیط باقی می‌ماند.

✅ سؤالات ترکیبی و کنکوری

سؤال 16) کدام‌یک از مواد زیر در آب حل نمی‌شود؟ چرا؟
الف) اتانول
ب) نمک خوراکی
ج) روغن زیتون
د) اوره
پاسخ:
گزینه (ج) روغن زیتون – زیرا مولکولی ناقطبی است و در آب که حلال قطبی است حل نمی‌شود.

سؤال 17) در ترکیب بنزین (C₈H₁₈) و اتیلن گلیکول (CH₂OH-CH₂OH)، کدام در هگزان حل می‌شود؟
پاسخ:
بنزین – چون هر دو ناقطبی هستند و قانون حل‌پذیری “هم‌جنس در هم‌جنس” اعمال می‌شود.

✅ پروژه و تحقیق

سؤال پژوهشی 1) درباره همه‌گیری وبا و تعداد قربانیان آن در قرن 20 و 21 در ایران و جهان تحقیق کنید.
راهنما: از منابع وزارت بهداشت، WHO و دانشنامه‌های آنلاین علمی استفاده کنید.

سؤال پژوهشی 2) نقش شیمیدانان در کنترل کووید-۱۹ از طریق تولید ضدعفونی‌کننده‌ها و داروها چه بود؟ به‌صورت اینفوگرافیک ارائه دهید.

در ادامه، مجموعه‌ای کامل از سؤالات تشریحی همراه با پاسخ برای آمادگی در امتحان نهایی و کنکور تجربی، از متن گفتار “آیا می‌دانید؟ + فعالیت‌ها + خودارزیابی‌ها + شکل‌ها” که ارسال کردید، طراحی شده است:

🧪 بخش اول: صابون‌ها و شوینده‌ها

❓ سوال 1: صابون طبیعی چیست و چگونه تهیه می‌شود؟

پاسخ:
صابون طبیعی (مثلاً صابون مراغه) از جوشاندن پیه گوسفند با سود سوزآور (NaOH) و آب تهیه می‌شود. سپس پس از قالب‌گیری، آن را در آفتاب خشک می‌کنند. این نوع صابون افزودنی شیمیایی ندارد و برای موهای چرب مناسب است.

❓ سوال 2: تفاوت بین صابون و پاک‌کننده‌های غیرصابونی را توضیح دهید.

پاسخ:

شباهت: هر دو پاک‌کننده‌اند و چربی‌ها را در آب حل می‌کنند.
تفاوت: صابون از چربی طبیعی و باز تهیه می‌شود (مثلاً RCOONa)، اما پاک‌کننده‌های غیرصابونی از مواد پتروشیمیایی ساخته می‌شوند و در آب سخت رسوب نمی‌دهند.

❓ سوال 3: نقش نمک‌های فسفات در شوینده‌ها چیست؟

پاسخ:
نمک‌های فسفات با یون‌های کلسیم و منیزیم موجود در آب سخت واکنش داده و از تشکیل رسوب و لکه جلوگیری می‌کنند؛ بنابراین قدرت پاک‌کنندگی را افزایش می‌دهند.

❓ سوال 4: چرا مصرف بیش از حد شوینده‌ها خطرناک است؟

پاسخ:
زیرا مواد شیمیایی موجود در آن‌ها ممکن است باعث ایجاد عوارض پوستی و بیماری‌های تنفسی شوند. همچنین بخارات آن‌ها برای ریه مضر است.

❓ سوال 5: علت کف کردن دانه‌های صابونی و گیاه اشنان چیست؟

پاسخ:
به دلیل وجود ترکیبی به نام ساپونین که با آب واکنش داده و کف تولید می‌کند. این ترکیبات خاصیت پاک‌کنندگی دارند.

🧪 بخش دوم: پاک‌کننده‌های خورنده و واکنش‌پذیر

❓ سوال 6: چرا برای باز کردن لوله‌ها از مخلوط سدیم هیدروکسید و آلومینیوم استفاده می‌شود؟

پاسخ:
زیرا این مخلوط با آب واکنش داده، گرما و گاز هیدروژن تولید می‌کند که باعث افزایش فشار، نرم شدن چربی‌ها و رفع گرفتگی لوله می‌شود.

❓ سوال 7: چرا نباید سفیدکننده را با جوهر نمک مخلوط کرد؟

پاسخ:
زیرا با یکدیگر واکنش داده و گاز سمی کلر تولید می‌شود که بسیار خطرناک و حتی کشنده است.

🧪 بخش سوم: بررسی pH و خواص اسیدی-بازی شوینده‌ها

❓ سوال 8: چرا برخی شوینده‌ها باعث آسیب به پوست می‌شوند؟

پاسخ:
چون pH آن‌ها خیلی بازی یا خیلی اسیدی است. این مقدار می‌تواند باعث سوزش پوست یا خشکی آن شود.

❓ سوال 9: اگر رنگ کاغذ pH در یک محلول آبی به قرمز تغییر کند، آن محلول چه خاصیتی دارد؟ چرا؟

پاسخ:
خاصیت اسیدی دارد. زیرا یون‌های هیدرونیوم (H₃O⁺) آزاد می‌کند که باعث کاهش pH می‌شوند.

❓ سوال 10: چرا شوینده‌ها در آب سخت کارایی متفاوتی دارند؟

پاسخ:
زیرا صابون با یون‌های Ca²⁺ و Mg²⁺ در آب سخت واکنش داده و رسوب تولید می‌کند؛ اما پاک‌کننده‌های غیرصابونی در این شرایط رسوب نمی‌دهند.

🧪 بخش چهارم: آرنیوس و تعریف اسید و باز

❓ سوال 11: طبق نظریه آرنیوس، اسید و باز را تعریف کنید.

پاسخ:

اسید آرنیوس: ماده‌ای است که در آب یون +H (یا H₃O⁺) تولید کند.
باز آرنیوس: ماده‌ای است که در آب یون -OH تولید کند.

❓ سوال 12: در واکنش زیر مشخص کنید کدام ترکیب اسید و کدام باز آرنیوس است.

NaOH → Na⁺ + OH⁻
HCl → H⁺ + Cl⁻
پاسخ:

NaOH یک باز آرنیوس است (تولید OH⁻)
HCl یک اسید آرنیوس است (تولید H⁺)

🧪 بخش پنجم: رسانایی و قدرت اسیدی

❓ سوال 13: چرا رسانایی الکتریکی محلول هیدروکلریک اسید بیشتر از هیدروفلوئوریک اسید است؟

پاسخ:
زیرا HCl به طور کامل در آب یونیزه می‌شود (اسید قوی)، در حالی که HF یونیزاسیون ناقص دارد (اسید ضعیف) و یون‌های کمتری تولید می‌کند.

❓ سوال 14: تفاوت محلول الکترولیت و غیرالکترولیت را بنویسید.

پاسخ:

الکترولیت: محلولی که در آن یون‌ها حرکت کرده و رسانای جریان برق است (مثلاً NaCl).
غیرالکترولیت: محلولی که یون ندارد و نمی‌تواند جریان برق را عبور دهد (مثلاً شکر).

🧪 بخش ششم: فعالیت‌ها و خودارزیابی‌ها

❓ فعالیت (مدل پاک‌کننده غیرصابونی):

آ) بخش‌های آب‌دوست و آب‌گریز را مشخص کنید.

پاسخ:

بخش هیدروکربنی: آب‌گریز (جذب چربی)
بخش یونی یا قطبی: آب‌دوست (حل در آب)

ب) شباهت‌ها و تفاوت‌های آن با صابون؟

پاسخ:

شباهت: هر دو دارای دو سر آب‌دوست و آب‌گریز هستند.
تفاوت: پاک‌کننده غیرصابونی از مواد شیمیایی سنتزی تهیه می‌شود و در آب سخت هم رسوب نمی‌دهد.

پ) چطور چربی را از بین می‌برد؟

پاسخ:
بخش آب‌گریز مولکول به چربی می‌چسبد و بخش آب‌دوست آن در آب حل می‌شود. این حالت سبب تشکیل مایسل می‌شود که با آب شسته می‌شود.

🧪 سوالات جدول‌دار و تطبیقی

❓ جدول: اکسیدهای اسیدی و بازی

نوع اکسید	فرمول	نام ترکیب	رنگ کاغذ pH	نوع
اسیدی	SO₃	گوگرد تری‌اکسید	قرمز	اسیدی
اسیدی	CO₂	دی‌اکسید کربن	قرمز	اسیدی
بازی	CaO	کلسیم اکسید	آبی	بازی
بازی	Na₂O	سدیم اکسید	آبی	بازی

⏳ جمع‌بندی نهایی و نکات کلیدی برای کنکور:

✅ صابون = RCOONa
✅ شوینده‌های غیرصابونی از مشتقات پتروشیمی
✅ در آب سخت → صابون رسوب می‌دهد اما شوینده سنتزی نه
✅ مخلوط سود + آلومینیوم → گاز هیدروژن + گرما
✅ شوینده‌ها ممکن است باعث آلودگی زیست‌محیطی و عوارض تنفسی شوند
✅ اسیدهای قوی = یونیزه کامل → رسانایی بالا
✅ HF = اسید ضعیف → رسانایی کمتر
✅ محلول رسانا = الکترولیت | غیررسانا = غیرالکترولیت

🔹 سؤال 1:

❓ در آزمایش جابه‌جایی محتویات دو ظرف با کمک استوانه مدرج، چرا ابتدا محلول‌ها را در استوانه مدرج می‌ریزند و سپس منتقل می‌کنند؟

✅ پاسخ:
این کار برای مقایسه دقیق حجم محلول‌ها انجام می‌شود. در آزمایش تعادل، هدف رسیدن به شرایطی است که مقدار مواد منتقل شده بین دو ظرف برابر باشد. اگر مستقیماً محلول‌ها را جابه‌جا کنیم، ممکن است حجم‌ها نابرابر شوند و تعادل دقیق برقرار نشود. استفاده از استوانه مدرج کمک می‌کند حجم‌ها دقیق و مساوی باشند و تحلیل علمی‌تری از رفتار سامانه تعادلی به دست آید.

🔹 سؤال 2:

❓ پس از چند بار جابه‌جایی، مشاهده می‌شود که حجم محلول‌های منتقل‌شده بین دو ظرف برابر می‌شود ولی مقدار نهایی مواد موجود در دو ظرف یکسان نیست. چرا؟

✅ پاسخ:
زیرا در یک سامانه تعادلی، مواد بین دو ظرف آنقدر جابه‌جا می‌شوند تا وضعیت پایداری برقرار شود که در آن، مقدار انتقال‌یافته در هر رفت و برگشت برابر باشد. اما این به معنای برابری مقدار نهایی هر دو ظرف نیست. ترکیب نهایی ظروف وابسته به خواص مواد، سرعت واکنش‌ها و شرایط سامانه است.

🔹 سؤال 3:

❓ جمله زیر را بررسی و تحلیل کنید:
«در یک واکنش برگشت‌پذیر که واکنش‌های رفت و برگشت به‌طور پیوسته انجام می‌شوند، سرانجام مقدار واکنش‌دهنده‌ها و فرآورده‌ها ثابت می‌ماند.»

✅ پاسخ:
این جمله درست است. در یک واکنش برگشت‌پذیر، وقتی سامانه به تعادل شیمیایی برسد، سرعت واکنش رفت با برگشت برابر می‌شود. در نتیجه در هر لحظه مقدار مشخصی از فرآورده تولید و همزمان به همان اندازه مصرف می‌شود (و بالعکس برای واکنش‌دهنده). بنابراین، غلظت‌های مواد ثابت می‌مانند ولی واکنش‌ها همچنان ادامه دارند.

🔹 سؤال 4:

❓ چرا در سامانه تعادلی HF، غلظت یون‌های +H و −F همیشه برابر است؟

✅ پاسخ:
زیرا HF یک اسید تک‌پروتونی است. در فرآیند یونش هر مولکول HF، یک یون +H و یک یون −F تولید می‌شود. بنابراین نسبت مولی تولید این دو یون برابر است و در تعادل نیز غلظت این دو یون با هم برابر می‌ماند.

✅ بخش دوم: تحلیل جدول و محاسبات تشریحی

🔹 سؤال 5:

❓ جدول زیر مربوط به غلظت تعادلی گونه‌ها در محلول‌های مختلف HF در دمای 25°C است. با استفاده از آن، مقدار ثابت تعادل (K) را برای هر محلول به دست آورید.

محلول	[H⁺] (mol/L)	[F⁻] (mol/L)	[HF] (mol/L)	K = [H⁺][F⁻]/[HF]
1	1.75×10⁻²	1.75×10⁻²	0.52	?
2	1.31×10⁻²	1.31×10⁻²	0.29	?
3	2.43×10⁻²	2.43×10⁻²	1.00	?

✅ پاسخ:

محاسبه برای هر محلول:

محلول 1:

K = (1.75×10⁻²) × (1.75×10⁻²) ÷ 0.52
= 3.06×10⁻⁴ ÷ 0.52 ≈ 5.89×10⁻⁴

محلول 2:

K = (1.31×10⁻²)² ÷ 0.29
= 1.7161×10⁻⁴ ÷ 0.29 ≈ 5.92×10⁻⁴

محلول 3:

K = (2.43×10⁻²)² ÷ 1.00
= 5.9049×10⁻⁴ ÷ 1 = 5.90×10⁻⁴

نتیجه‌گیری:
K در همه محلول‌ها تقریباً برابر است (در حدود 5.9×10⁻⁴) که تأیید می‌کند K در دمای معین، مقدار ثابتی دارد.

🔹 سؤال 6:

❓ آیا مقدار ثابت تعادل (K) به غلظت آغازین مواد وابسته است؟ توضیح دهید.

✅ پاسخ:
خیر. مقدار K فقط تابع دما است. هرچند غلظت آغازین ممکن است ترکیب تعادلی را تغییر دهد، اما مقدار K در شرایط دمایی ثابت، تغییر نمی‌کند. مقدار K تنها به ماهیت واکنش و دمای انجام آن وابسته است.

🔹 سؤال 7:

❓ اگر غلظت تعادلی یون هیدرونیوم در محلول استیک اسید برابر 0.0006 mol/L و غلظت تعادلی اسید 0.02 mol/L باشد، غلظت استات را محاسبه کرده و مقدار Ka را به دست آورید.

✅ پاسخ:

از معادله یونش:
CH₃COOH ⇌ H⁺ + CH₃COO⁻

[H⁺] = 0.0006 mol/L
[CH₃COO⁻] = 0.0006 mol/L (چون به ازای هر مول H⁺ یک مول CH₃COO⁻ تولید می‌شود)
[CH₃COOH] = 0.02 mol/L

محاسبه Ka:

Ka = ([H⁺] × [CH₃COO⁻]) ÷ [CH₃COOH]
= (0.0006 × 0.0006) ÷ 0.02 = 3.6×10⁻⁷ ÷ 0.02 = 1.8×10⁻⁵

✅ بخش سوم: “با هم بیندیشیم” تشریحی

🔹 سؤال 8:

❓ چرا در سامانه‌های تعادلی غلظت گونه‌های شیمیایی ثابت باقی می‌ماند ولی واکنش‌ها متوقف نمی‌شوند؟

✅ پاسخ:
در تعادل شیمیایی، سرعت واکنش رفت با برگشت برابر است. بنابراین، اگرچه واکنش‌ها ادامه دارند، ولی چون تولید و مصرف گونه‌ها با یک نرخ انجام می‌شود، غلظت آنها تغییر نمی‌کند. در نتیجه، ظاهر سامانه ساکن به نظر می‌رسد ولی در واقع واکنش‌ها در حال انجام‌اند.

🔹 سؤال 9:

❓ در واکنش تعادلی HF ⇌ H⁺ + F⁻، اگر به محلول یون F⁻ اضافه کنیم، چه اتفاقی می‌افتد؟

✅ پاسخ:
با افزایش یون F⁻، تعادل به سمت چپ (سمت HF) جابه‌جا می‌شود تا اثر تغییر کاهش یابد (اصل لوشاتلیه). در نتیجه، مقداری از F⁻ با H⁺ واکنش داده و HF بیشتری تشکیل می‌شود، و [H⁺] نیز کاهش می‌یابد.

سؤال 1: واکنش خنثی شدن را تعریف کنید و یک معادله برای آن بنویسید.

پاسخ:
واکنش خنثی شدن زمانی رخ می‌دهد که یک اسید و یک باز با هم واکنش می‌دهند و آب تولید می‌شود.
معادله کلی:
H⁺(aq) + OH⁻(aq) → H₂O(l)

سؤال 2: در باز کردن لوله‌هایی که با اسیدهای چرب مسدود شده‌اند، چرا از سدیم هیدروکسید استفاده می‌شود؟ معادله واکنش را بنویسید.

پاسخ:
اسیدهای چرب خاصیت اسیدی دارند. باز قوی مانند سدیم هیدروکسید با آن‌ها واکنش داده و صابون (نمک اسید چرب) و آب تولید می‌کند که باعث انحلال چربی‌ها و باز شدن لوله می‌شود.

معادله واکنش:
RCOOH(s) + NaOH(aq) → RCOONa(aq) + H₂O(l)

سؤال 3: چرا برای باز کردن برخی لوله‌ها از محلول غلیظ هیدروکلریک اسید استفاده می‌شود؟

پاسخ:
برخی از گرفتگی‌ها خاصیت بازی دارند و به صورت رسوب روی دیواره لوله‌ها جمع شده‌اند. در این حالت، اسید قوی مانند HCl با این مواد بازی واکنش داده و نمک و گاز (مانند CO₂) تولید می‌کند که موجب تمیز شدن مجرا می‌شود.

🧪 بخش دوم: خودارزیابی و حل مسائل محاسباتی

سؤال 4: اگر غلظت یون هیدرونیوم در شیره معده برابر با 0.03 mol/L باشد، pH آن را حساب کنید.

پاسخ:

$pH=−log⁡[H3O+]=−log⁡(0.03)≈1.52\text{pH} = -\log [H₃O⁺] = -\log(0.03) ≈ 1.52$

سؤال 5: اگر pH معده برابر با 3.7 باشد، غلظت یون هیدرونیوم چقدر است؟

پاسخ:

$[H3O+]=10−3.7≈2.0×10−4 mol/L[H₃O⁺] = 10^{-3.7} ≈ 2.0 × 10^{-4} \, \text{mol/L}$

سؤال 6: چرا محلول سدیم هیدروژن‌کربنات خاصیت بازی دارد؟

پاسخ:
زیرا سدیم هیدروژن‌کربنات در آب یونیزه می‌شود و یون HCO₃⁻ با آب واکنش داده، OH⁻ تولید می‌کند.

سؤال 7: چرا جوش شیرین به مواد شوینده اضافه نمی‌شود؟

پاسخ:
جوش شیرین یک باز ضعیف است و با اسیدهای چرب واکنش خنثی شدن کامل نمی‌دهد. همچنین صابونی که تولید می‌شود قدرت پاک‌کنندگی کافی ندارد.

سؤال 8: معادله واکنش ضداسید منیزیم هیدروکسید با HCl را بنویسید و توضیح دهید چگونه باعث کاهش اسید معده می‌شود؟

پاسخ:

$2HCl(aq)+Mg(OH)2(s)\toMgCl2(aq)+2H2O(l)2HCl(aq) + Mg(OH)₂(s) \to MgCl₂(aq) + 2H₂O(l)$

با خنثی کردن HCl، غلظت یون‌های H₃O⁺ کاهش می‌یابد و pH بالا می‌رود.

📊 بخش سوم: تحلیل جدول‌ها و شکل‌ها

سؤال 9: جدول ضداسیدها را بررسی کنید. کدام ماده‌ها خاصیت باز دارند؟

پاسخ:
تمام موادی مانند NaHCO₃، Al(OH)₃ و Mg(OH)₂ خاصیت بازی دارند و با اسید معده واکنش داده، آن را خنثی می‌کنند.

سؤال 10: در خاک‌هایی با غلظت یون هیدرونیوم $2×10−52 × 10^{-5}$ و $4×10−94 × 10^{-9}$ ، pH را حساب کنید.

پاسخ:

خاک اول:

$pH=−log⁡(2×10−5)≈4.7\text{pH} = -\log(2 × 10^{-5}) ≈ 4.7$

خاک دوم:

$pH=−log⁡(4×10−9)≈8.4\text{pH} = -\log(4 × 10^{-9}) ≈ 8.4$

سؤال 11: نسبت یون‌های H₃O⁺ به OH⁻ در آب سیب با pH = 4.7 چقدر است؟

پاسخ:

$pOH=14−4.7=9.3⇒[H3O+][OH−]=10(9.3−4.7)=104.6\text{pOH} = 14 – 4.7 = 9.3 \Rightarrow \frac{[H₃O⁺]}{[OH⁻]} = 10^{(9.3 – 4.7)} = 10^{4.6}$

🧮 بخش چهارم: تمرین‌های مفهومی و کنکوری

سؤال 12: چرا در محلول 0.1 مولار نیتریک اسید، غلظت NO₃⁻ برابر با 0.1 mol/L است؟

پاسخ:
نیتریک اسید یک اسید قوی است و به طور کامل یونیزه می‌شود. بنابراین:

$[NO3−]=[HNO3]=0.1 mol/L[NO₃⁻] = [HNO₃] = 0.1 \, \text{mol/L}$

سؤال 13: در محلول 0.1 مولار فورمیک اسید، چرا $[HCOOH]>[H+][HCOOH] > [H⁺]$ است؟

پاسخ:
چون فورمیک اسید اسید ضعیف است و فقط بخشی از آن یونیزه می‌شود.

سؤال 14: در میان محلول‌های CH₃OH, KOH, HCOOH, HCl, NH₃ کدام باعث رنگ سرخ کاغذ pH و رسانایی کم می‌شود؟

پاسخ:
HCOOH → اسید ضعیف، pH کم (کاغذ قرمز می‌شود) ولی رسانایی پایین (الکترولیت ضعیف).

سؤال 15: اسید HX (M=150) و HY (M=50) به‌ترتیب 12g و 8g در آب حل شده و pH یکسان دارند. کدام اسید قوی‌تر است؟ چرا؟

پاسخ:

مول HX: $12150=0.08 mol\frac{12}{150} = 0.08 \, \text{mol}$
مول HY: $850=0.16 mol\frac{8}{50} = 0.16 \, \text{mol}$

با وجود مول کمتر، اگر pH یکسان است، پس HX یونش بیشتری دارد → HX قوی‌تر است.

سؤال 16: از واکنش 100 میلی‌لیتر HCl با NaHCO₃، چه مقدار CO₂ در STP تولید می‌شود؟

پاسخ:

معادله:

$HCl+NaHCO3\toNaCl+H2O+CO2(g)HCl + NaHCO₃ \to NaCl + H₂O + CO₂(g)$

مول HCl = $0.1×0.2=0.02 mol0.1 \times 0.2 = 0.02 \, \text{mol}$

حجم گاز در STP = $0.02×22.4=0.448 L0.02 \times 22.4 = 0.448 \, \text{L}$

🔍 سؤال 17: باز قوی‌تر بین BOH و B’OH را مشخص کنید.

پاسخ:

BOH: $Kb=1.8×10−5K_b = 1.8 × 10^{-5}$
B’OH: $Kb=4.8×10−4K_b = 4.8 × 10^{-4}$ → قوی‌تر است.
پس pH آن بالاتر (کمتر اسیدی) است.

فصل دوم: آسایش و رفاه در سایه شیمی

سؤال 1:
در آیه “هُوَ الَّذِی یُرِیکُمُ الْبَرْقَ خَوْفًا وَطَمَعًا” چه ارتباطی میان پدیده طبیعی برق و الکتروشیمی برقرار شده است؟

پاسخ:
این آیه به پدیده برق به‌عنوان ترکیبی از “خوف” (خطر) و “طمع” (امید و فایده) اشاره دارد. در شیمی، برق یکی از مهم‌ترین نمودهای انرژی در واکنش‌های شیمیایی است. الکتروشیمی با بررسی واکنش‌های شیمیایی همراه با داد و ستد الکترون، منجر به تولید یا مصرف برق می‌شود و همین برق باعث توسعه فناوری‌هایی مانند باتری‌ها، سلول‌های سوختی و آبکاری شده است.

سؤال 2:
نقش الکتروشیمی را در افزایش رفاه و آسایش انسان‌ها با ذکر مثال توضیح دهید.

پاسخ:
الکتروشیمی باعث ساخت فناوری‌هایی مانند باتری‌ها، سلول‌های سوختی، آبکاری و ابزارهای پزشکی شده است. برای مثال، باتری‌ها انرژی مورد نیاز سمعک، ضربان‌ساز قلب و خودروهای برقی را فراهم می‌کنند. همچنین، آبکاری فلزات موجب جلوگیری از خوردگی و افزایش دوام آن‌ها شده و نقش مهمی در تهیه وسایل آشپزخانه و انتقال ایمن آب ایفا می‌کند.

سؤال 3:
باتری چگونه انرژی الکتریکی تولید می‌کند؟

پاسخ:
باتری با انجام واکنش‌های اکسایش و کاهش بین مواد فعال خود، انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند. در این فرآیند، الکترون‌ها از ماده‌ای که اکسایش می‌یابد به ماده‌ای که کاهش می‌یابد از طریق یک مدار خارجی حرکت می‌کنند و جریان الکتریکی ایجاد می‌شود.

📗 بخش ۲: مفاهیم اکسایش و کاهش

سؤال 4:
فرایند اکسایش و کاهش را با ذکر مثال توضیح دهید.

پاسخ:
اکسایش یعنی از دست دادن الکترون (مثلاً: Zn → Zn²⁺ + 2e⁻)
کاهش یعنی به دست آوردن الکترون (مثلاً: Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu)
در واکنش Zn + Cu²⁺ → Cu + Zn²⁺، روی اکسایش یافته و مس کاهش یافته است.

سؤال 5:
در واکنش زیر، کاهنده و اکسنده را مشخص کنید:
Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu

پاسخ:
کاهنده: Zn (زیرا الکترون می‌دهد و اکسایش می‌یابد)
اکسنده: Cu²⁺ (زیرا الکترون می‌گیرد و کاهش می‌یابد)

📕 بخش ۳: سؤال از شکل‌ها و فعالیت‌ها

سؤال 6:
در شکل باتری لیمویی، چه واکنشی رخ می‌دهد و چرا الکترون‌ها جریان می‌یابند؟

پاسخ:
در باتری لیمویی، دو فلز (مثلاً Zn و Cu) به‌عنوان الکترود عمل می‌کنند. اسید سیتریک در لیمو نقش الکترولیت دارد. روی اکسایش می‌یابد و الکترون آزاد می‌کند؛ این الکترون‌ها از طریق مدار خارجی به مس منتقل می‌شوند، جایی که کاهش صورت می‌گیرد.

سؤال 7:
در شکل 6، واکنش بین Al و CuSO₄ چه تغییری در دما ایجاد می‌کند و دلیل آن چیست؟

پاسخ:
دما افزایش می‌یابد؛ زیرا واکنش بین آلومینیوم و یون‌های Cu²⁺ یک واکنش گرماده اکسایش-کاهش است. در این واکنش آلومینیوم الکترون از دست می‌دهد و Cu²⁺ آن‌ها را می‌گیرد و به Cu فلزی تبدیل می‌شود.

📙 بخش ۴: تمرین‌ها و خودارزیابی‌ها

سؤال 8:
نیم‌واکنش‌های زیر را کامل و موازنه کنید:
الف) Zn → Zn²⁺ + …
ب) O₂ + … → 2O²⁻

پاسخ:
الف) Zn → Zn²⁺ + 2e⁻
ب) O₂ + 4e⁻ → 2O²⁻

سؤال 9:
در واکنش بین آهن و محلول CuSO₄:
Fe + Cu²⁺ → Cu + Fe²⁺
کدام عنصر اکسنده و کدام کاهنده است؟

پاسخ:
کاهنده: Fe
اکسنده: Cu²⁺

سؤال 10:
جدول زیر دمای نهایی سامانه را پس از افزودن فلز به CuSO₄ نشان می‌دهد.
کدام فلز تمایل بیشتری به اکسایش دارد؟ چرا؟

فلز	دما پس از واکنش (°C)
Fe	23
Zn	26
Au	20
Cu	20

پاسخ:
Zn بیشترین تمایل به اکسایش دارد زیرا دمای واکنش با آن بیشترین افزایش را دارد که نشان‌دهنده آزاد شدن انرژی بیشتر است. قدرت کاهندگی آن از سایر فلزات بیشتر است.

📘 بخش ۵: طراحی سلول گالوانی و جریان هدایت‌شده الکترون

سؤال 11:
در یک سلول گالوانی Zn-Cu، مسیر حرکت الکترون‌ها و یون‌ها را مشخص کنید.

پاسخ:
الکترون‌ها از روی (آند) به سمت مس (کاتد) در مدار خارجی حرکت می‌کنند. Zn اکسایش یافته و Zn²⁺ وارد محلول می‌شود. همزمان، Cu²⁺ یون از محلول الکترون می‌گیرد و به Cu فلزی تبدیل می‌شود. یون‌ها از طریق دیواره متخلخل حرکت می‌کنند تا بار محلول‌ها متعادل شود.

سؤال 12:
نیم‌واکنش‌های آند و کاتد در سلول گالوانی Zn-Cu را بنویسید.

پاسخ:
نیم‌واکنش آند (اکسایش): Zn → Zn²⁺ + 2e⁻
نیم‌واکنش کاتد (کاهش): Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu

سؤال 13:
چرا اتصال مستقیم دو الکترود در یک محلول مشترک باعث تولید جریان الکتریکی نمی‌شود؟

پاسخ:
در این حالت، الکترون‌ها از طریق تماس مستقیم مبادله می‌شوند و مسیر بیرونی برای عبور جریان وجود ندارد. بنابراین جریانی در مدار خارجی شکل نمی‌گیرد و انرژی الکتریکی قابل استفاده نخواهد بود.

بخش ۱: مفهومی و تعریف‌ها

سؤال ۱:

نیم‌سلول استاندارد هیدروژن (SHE) چیست؟ شرایط آن را توضیح دهید.

پاسخ:
نیم‌سلول استاندارد هیدروژن (SHE) یک الکترود مرجع است که در آن گاز هیدروژن با فشار 1 atm از روی الکترود پلاتینی عبور داده می‌شود و در محلولی با غلظت 1 مولار یون +H و دمای 25 درجه سانتی‌گراد قرار دارد. پتانسیل این نیم‌سلول به طور قراردادی صفر ولت در نظر گرفته شده است.

سؤال ۲:

چرا برای اندازه‌گیری پتانسیل نیم‌سلول‌ها از SHE استفاده می‌شود؟

پاسخ:
زیرا اندازه‌گیری پتانسیل یک نیم‌سلول به‌طور مستقل امکان‌پذیر نیست و باید به صورت نسبی با یک نیم‌سلول مرجع مقایسه شود. SHE به عنوان مرجع با پتانسیل صفر در نظر گرفته می‌شود تا بقیه نیم‌سلول‌ها نسبت به آن سنجیده شوند.

بخش ۲: جدول الکتروشیمیایی

سؤال ۳:

کدام فلز از جدول الکتروشیمیایی، قوی‌ترین عامل کاهنده است؟ دلیل خود را بنویسید.

پاسخ:
منیزیم (Mg) قوی‌ترین عامل کاهنده است چون کمترین مقدار E° را دارد (−2.37V). هرچه E° منفی‌تر باشد، تمایل آن فلز به اکسایش (از دست دادن الکترون) بیشتر است.

سؤال ۴:

در جدول استاندارد، فلزاتی که E° مثبت دارند چه ویژگی‌ای دارند؟

پاسخ:
آن‌ها قدرت کاهندگی کمتری نسبت به H₂ دارند و بیشتر به شکل یون در محلول پایدار هستند. معمولاً در سلول گالوانی، این فلزها به‌عنوان کاتد عمل می‌کنند.

بخش ۳: تحلیل واکنش‌های گالوانی

سؤال ۵:

در سلولی از Mg و Ag، آند و کاتد را مشخص کنید و واکنش‌های نیم‌سلولی و کلی را بنویسید.

پاسخ:

Mg دارای E° = −2.37V و Ag دارای E° = +0.80V
آند: منیزیم (چون E° منفی‌تر دارد → اکسایش)
کاتد: نقره (کاهش انجام می‌شود)

نیم‌واکنش‌ها:

آند: Mg → Mg²⁺ + 2e⁻
کاتد: Ag⁺ + e⁻ → Ag
(برای موازنه: 2Ag⁺ + 2e⁻ → 2Ag)

واکنش کلی:

Mg + 2Ag⁺ → Mg²⁺ + 2Ag

سؤال ۶:

emf سلول بالا را محاسبه کنید.

پاسخ:

E°cell = E°کاتد − E°آند
= 0.80 − (−2.37) = +3.17V

بخش ۴: تمرین محاسباتی با جدول

سؤال ۷:

واکنش زیر در یک سلول گالوانی انجام شده است. emf آن را با استفاده از جدول بدست آورید:

3Mg(s) + 2Au³⁺(aq) → 3Mg²⁺(aq) + 2Au(s)

پاسخ:

Mg: E° = −2.37V (آند)
Au³⁺/Au: E° = +1.50V (کاتد)

E°cell = 1.50 − (−2.37) = +3.87V

بخش ۵: تحلیل شکل و فعالیت کتاب

سؤال ۸:

در سلول روی ـ مس، اگر E°Cu = +0.34V و E°Zn = −0.76V باشد، emf و آند و کاتد را تعیین کنید.

پاسخ:

آند: روی (Zn)، چون E° آن منفی‌تر است → اکسایش
کاتد: مس (Cu) → کاهش

E°cell = 0.34 − (−0.76) = +1.10V

بخش ۶: سلول سوختی و انرژی سبز

سؤال ۹:

در سلول سوختی H₂ و O₂ واکنش کلی چیست و گونه‌های اکسنده و کاهنده را مشخص کنید.

پاسخ:
واکنش کلی:

2H₂ + O₂ → 2H₂O

H₂: عدد اکسایش ۰ → +1 → اکسایش یافته → کاهنده
O₂: عدد اکسایش ۰ → −2 → کاهش یافته → اکسنده

سؤال ۱۰:

در واکنش سلول سوختی: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O، گونه‌های اکسنده و کاهنده را مشخص کنید.

پاسخ:

C در CH₄: عدد اکسایش −4 → +4 → اکسایش → کاهنده
O در O₂: عدد اکسایش ۰ → −2 → کاهش → اکسنده

سؤال ۱۱:

بازده سلول سوختی بیشتر است یا موتور درونسوز؟ چرا؟

پاسخ:
بازده سلول سوختی بیشتر است (تا 3 برابر). زیرا تبدیل انرژی در آن مستقیم از شیمیایی به الکتریکی است و اتلاف انرژی به صورت گرما کمتر است.

بخش ۷: خودارزیابی و پیوند با زندگی

سؤال ۱۲:

در ساخت باتری‌ها، چرا از لیتیم استفاده می‌شود؟

پاسخ:
لیتیم چگالی کم، ظرفیت ذخیره انرژی بالا و کمترین پتانسیل الکترودی را دارد (E° = −3.04V)، که آن را برای باتری‌های سبک و پرتوان مناسب می‌سازد.

سؤال ۱۳:

چرا باید باتری‌های لیتیمی را بازیافت کرد؟

پاسخ:
باتری‌های لیتیمی حاوی فلزات گرانبها و مواد شیمیایی سمی هستند. بازیافت آنها هم منابع ارزشمند را بازمی‌گرداند و هم از آلودگی محیط زیست جلوگیری می‌کند.

❓ 1- معادله کامل واکنش خوردگی آهن به زنگ آهن را بنویسید و موازنه کنید.

پاسخ:
فرایند خوردگی آهن به زنگ‌آهن (Fe(OH)₃) طبق معادله زیر انجام می‌شود:

$4Fe(s)+6H2O(l)+3O2(g)→4Fe(OH)3(s)4Fe(s) + 6H₂O(l) + 3O₂(g) \rightarrow 4Fe(OH)₃(s)$

این معادله با روش وارسی (ساده‌ترین نسبت مولی) موازنه شده و بیانگر تشکیل زنگ آهن از آهن، آب و اکسیژن است.

❓ 2- نیم‌واکنش‌های اکسایش و کاهش مربوط به خوردگی آهن را بنویسید.

پاسخ:
نیم‌واکنش اکسایش (آند):

$Fe(s)→Fe2+(aq)+2e−Fe(s) \rightarrow Fe^{2+}(aq) + 2e^-$

نیم‌واکنش کاهش (کاتد):

$O2(g)+2H2O(l)+4e−→4OH−(aq)O₂(g) + 2H₂O(l) + 4e^- \rightarrow 4OH⁻(aq)$

❓ 3- چرا خوردگی آهن در محیط اسیدی بیشتر رخ می‌دهد؟

پاسخ:
در محیط اسیدی غلظت یون‌های +H بیشتر است. واکنش کاهش در حضور H⁺ به‌جای O₂ و H₂O راحت‌تر انجام می‌شود:

$2H++2e−→H2(g)2H⁺ + 2e^- \rightarrow H₂(g)$

در نتیجه روند خوردگی تسریع می‌شود.

❓ 4- چرا طلا در محیط مرطوب و حتی در اعماق دریا دچار خوردگی نمی‌شود؟

پاسخ:
طلا یک فلز نجیب است و پتانسیل کاهشی استاندارد بالایی دارد $E°=+1.50 VE° = +1.50\ V$ ، یعنی تمایل بسیار کمی به اکسایش دارد. بنابراین در برابر خوردگی بسیار مقاوم است.

❓ 5- نیم‌واکنش اکسایش یون Fe²⁺ به Fe³⁺ را بنویسید.

پاسخ:

$Fe2+(aq)→Fe3+(aq)+e−Fe^{2+}(aq) \rightarrow Fe^{3+}(aq) + e^-$

✅ بخش: پیوند با صنعت – حفاظت کاتدی

❓ 6- چرا فلز روی از آهن در برابر خوردگی محافظت می‌کند؟

پاسخ:
پتانسیل کاهشی روی پایین‌تر از آهن است:

$E°(Zn2+/Zn)=−0.76 V,E°(Fe2+/Fe)=−0.44 VE°(Zn^{2+}/Zn) = -0.76\ V,\quad E°(Fe^{2+}/Fe) = -0.44\ V$

پس روی نسبت به آهن کاهنده‌تر است و هنگام تماس با آهن، خودش اکسید می‌شود و آهن را محافظت می‌کند.

❓ 7- چرا فلز مس باعث خوردگی بیشتر آهن می‌شود؟

پاسخ:
چون:

$E°(Cu2+/Cu)=+0.34 V>E°(Fe2+/Fe)=−0.44 VE°(Cu^{2+}/Cu) = +0.34\ V > E°(Fe^{2+}/Fe) = -0.44\ V$

در تماس با مس، آهن به‌راحتی اکسید می‌شود و مس کاهش می‌یابد. بنابراین خوردگی آهن تسریع می‌شود.

❓ 8- حفاظت کاتدی چیست؟ با مثال توضیح دهید.

پاسخ:
در این روش، فلز کاهنده‌تری مانند Mg یا Zn به آهن متصل می‌شود تا خودش به‌جای آهن اکسید شود.
مثال: اتصال منیزیم به بدنه کشتی یا لوله نفت.

❓ 9- چرا قوطی‌های حلبی سریع‌تر از گالوانیزه خورده می‌شوند؟

پاسخ:
در حلبی (آهن با پوشش قلع)، اگر خراش ایجاد شود، چون:

$E°(Sn2+/Sn)=−0.14 V>E°(Fe2+/Fe)=−0.44 VE°(Sn^{2+}/Sn) = -0.14\ V > E°(Fe^{2+}/Fe) = -0.44\ V$

آهن اکسید می‌شود → خوردگی تسریع می‌شود.
اما در گالوانیزه، روی با:

$E°=−0.76 V<−0.44 VE° = -0.76\ V < -0.44\ V$

خودش اکسید می‌شود و آهن محافظت می‌شود.

✅ بخش: خود را بیازمایید – آبکاری و خوردگی

❓ 10- در آبکاری قاشق فولادی با نقره، قاشق به کدام قطب متصل است؟

پاسخ:
به قطب منفی (کاتد) متصل می‌شود تا یون‌های Ag⁺ روی آن کاهش یافته و فلز نقره روی آن رسوب کند.

❓ 11- واکنش کاتدی در آبکاری نقره چیست؟

پاسخ:

$Ag+(aq)+e−→Ag(s)Ag^+(aq) + e^- \rightarrow Ag(s)$

❓ 12- چرا محلول الکترولیت آبکاری را از نمک نقره انتخاب می‌کنند؟

پاسخ:
چون یون‌های +Ag برای انجام واکنش کاهش و رسوب‌گذاری نقره بر روی سطح فلز ضروری هستند.

✅ بخش: آلومینیوم و فرایند هال

❓ 13- چرا آلومینیوم با وجود واکنش‌پذیری زیاد، خورده نمی‌شود؟

پاسخ:
آلومینیوم به سرعت لایه‌ای از Al₂O₃ متراکم و چسبنده روی خود تشکیل می‌دهد که مانع از ادامه واکنش با هوا و آب می‌شود.

❓ 14- معادله واکنش کلی فرایند هال را بنویسید.

پاسخ:

$2Al2O3(s)+3C(s)→4Al(l)+3CO2(g)2Al₂O₃(s) + 3C(s) \rightarrow 4Al(l) + 3CO₂(g)$

❓ 15- چرا بازیافت آلومینیوم از قوطی‌های کهنه صرفه‌جویی در انرژی است؟

پاسخ:
زیرا بازیافت آلومینیوم تنها ۷٪ انرژی مورد نیاز برای تولید آن از سنگ معدن (فرایند هال) را مصرف می‌کند.

✅ بخش: تمرین‌های دوره‌ای (تحلیلی و کنکوری)

❓ 16- چرا عدد اکسایش اکسیژن در OF₂ برابر با +2 است؟

پاسخ:
در ترکیب OF₂، فلوئور عنصر الکترونگاتیوتر است (همیشه -1)، پس:

$x+2(−1)=0⇒x=+2x + 2(-1) = 0 \Rightarrow x = +2$

❓ 17- در سلول گالوانی Zn–Cu، غلظت کدام یون با گذشت زمان افزایش می‌یابد؟

پاسخ:
غلظت Zn²⁺ افزایش می‌یابد چون Zn اکسید می‌شود و وارد محلول می‌گردد.
غلظت Cu²⁺ کاهش می‌یابد چون Cu²⁺ به Cu(s) کاهش می‌یابد.

❓ 18- در واکنش:

$A(s)+2Ag+(aq)→A2+(aq)+2Ag(s)A(s) + 2Ag^+(aq) \rightarrow A^{2+}(aq) + 2Ag(s)$

اگر emf = 1.98 V و $E°(Ag+/Ag)=+0.80 VE°(Ag^+/Ag) = +0.80\ V$ باشد، $E°(A2+/A)E°(A^{2+}/A)$ را محاسبه کنید.
پاسخ:

$E°(سلول)=E°کاتد−E°آند⇒1.98=0.80−x⇒x=−1.18 VE°(سلول) = E°_{کاتد} – E°_{آند} \Rightarrow 1.98 = 0.80 – x \Rightarrow x = -1.18\ V$

پس:

$E°(A2+/A)=−1.18 VE°(A^{2+}/A) = -1.18\ V$

❓ 19- کدام فلز را برای نگهداری HCl استفاده نمی‌کنند: Cu یا Fe؟

پاسخ:
HCl را نمی‌توان در ظرف آهنی نگه داشت چون آهن با H⁺ واکنش می‌دهد و H₂ آزاد می‌شود.
اما مس به‌دلیل پتانسیل بالاتر (نجیب‌تر) با H⁺ واکنش نمی‌دهد، پس مناسب‌تر است.

❓ 20- چرا برخی با وجود بازده پایین، از سلول‌های نورالکتروشیمیایی برای تهیه H₂ استفاده می‌کنند؟

پاسخ:
زیرا این روش از نور خورشید به‌عنوان منبع انرژی پاک و تجدیدپذیر استفاده می‌کند، برخلاف روش‌های پرهزینه و آلاینده.

فصل سوم: شیمی جلوهای از هنر، زیبایی و ماندگاری

1. مضمون آیه‌ی آغاز گفتار ۱ را توضیح دهید و ارتباط آن را با هدف علم شیمی بیان کنید.

پاسخ:
آیه‌ی «إِنَّا جَعَلْنَا مَا عَلَى الْأَرْضِ زِينَةً لَهَا…» اشاره دارد به اینکه تمام آنچه بر روی زمین است، زینتی برای آن است تا انسان‌ها در بوته‌ی آزمایش قرار گیرند. این آیه الهام‌بخش تلاش انسان برای شناخت پدیده‌های طبیعی از جمله مواد و ترکیبات آن‌هاست. علم شیمی ابزاری است برای استفاده آگاهانه و هوشمندانه از این زینت‌های الهی در مسیر آفرینش آثاری ماندگار، زیبا و هنرمندانه.

2. چرا برخی از آثار باستانی از جمله سفال‌ها و مجسمه‌های سنگی، عمر طولانی داشته‌اند؟

پاسخ:
زیرا مواد اولیه‌ای که در ساخت آن‌ها استفاده شده دارای ویژگی‌هایی مانند واکنش‌پذیری کم، پایداری بالا، و استحکام زیاد بوده‌اند. برای مثال وجود ترکیباتی مثل سیلیس (SiO₂) و اکسیدهای فلزی باعث پایداری در برابر عوامل محیطی شده است.

3. چرا خاک رس تنوع زیادی در کاربرد دارد؟

پاسخ:
چون مخلوطی از مواد گوناگون است و بسته به نوع و درصد اجزای سازنده، خواص متفاوتی نشان می‌دهد. این ویژگی‌ها باعث شده محصولات متنوعی مانند آجر، سفال و ظروف چینی از آن ساخته شوند.

4. علت سرخ‌فام بودن نوع خاصی از خاک رس چیست؟

پاسخ:
وجود اکسید آهن (Fe₂O₃) عامل اصلی رنگ سرخ خاک رس است. اکسید آهن در حضور گرما و هنگام پختن سفال‌ها باعث تغییر رنگ و ایجاد فام قرمز می‌شود.

5. چرا هنگام پختن سفال از جرم آب موجود در خاک رس کاسته می‌شود؟

پاسخ:
زیرا آب به صورت فیزیکی (رطوبت) یا شیمیایی (آب تبلور) در خاک رس وجود دارد که با گرما تبخیر شده یا از ترکیب خارج می‌شود.

6. تفاوت ساختار سیلیس (SiO₂) و کربن دی‌اکسید (CO₂) را توضیح دهید.

پاسخ:

CO₂ مولکولی است؛ دارای مولکول‌های مجزا با پیوند کووالانسی در حالت گازی یا جامد (یخ خشک).
SiO₂ دارای ساختار شبکه‌ای و پیوسته از پیوندهای Si–O–Si است (جامد کووالانسی شبکه‌ای).

نتیجه: تفاوت در نوع پیوند و ساختار باعث تفاوت در خواص مانند نقطه ذوب، سختی و پایداری شده است.

7. چرا سیلیس سخت و دیرگداز است؟

پاسخ:
زیرا ساختار کووالانسی شبکه‌ای سه‌بعدی دارد که در آن، اتم‌های سیلیسیم و اکسیژن با پیوندهای اشتراکی محکم به هم متصل شده‌اند. برای شکستن این ساختار به انرژی زیادی نیاز است.

8. شباهت و تفاوت ساختار یخ و سیلیس چیست؟

پاسخ:

شباهت: هر دو ساختار شبکه‌ای سه‌بعدی دارند.
تفاوت:
- در یخ، پیوندها بین مولکول‌ها از نوع هیدروژنی است.
- در سیلیس، پیوندها از نوع کووالانسی قوی هستند.

نتیجه: به همین دلیل، سیلیس سخت‌تر و نقطه ذوب بالاتری دارد.

9. گرافیت و الماس از چه نظر با هم تفاوت دارند؟

پاسخ:

هر دو از دگرشکل‌های کربن و جامدهای کووالانسی هستند.
گرافیت: چینش دو بعدی، لایه‌ای، دارای خاصیت نرم بودن و رسانایی.
الماس: چینش سه‌بعدی، بسیار سخت، نارسانا.

10. چرا الماس در ساخت مته و ابزار برش استفاده می‌شود؟

پاسخ:
به دلیل سختی بسیار بالا (درجه سختی 10 در مقیاس موس) و مقاومت زیاد در برابر خراش و سایش.

11. آیا گرافن رسانای خوبی است؟ چرا؟

پاسخ:
بله، زیرا ساختاری دو بعدی با پیوندهای π مزدوج دارد که اجازه می‌دهد الکترون‌ها آزادانه حرکت کنند. این خاصیت آن را به یک رسانای الکتریکی بسیار عالی تبدیل کرده است.

12. چرا سیلیسیم به‌صورت خالص در طبیعت یافت نمی‌شود؟

پاسخ:
چون پیوند Si–O قوی‌تر از پیوند Si–Si است، در نتیجه، پایدارتر است و در طبیعت بیشتر به شکل سیلیس (SiO₂) یافت می‌شود.

13. ماده‌های زیر را بر حسب مولکولی یا کووالانسی بودن دسته‌بندی کنید:

ماده	نوع ماده
C₆H₁₄	مولکولی
SiO₂	کووالانسی
NaCl	یونی
HF	مولکولی
گرافیت	کووالانسی
Cl₂	مولکولی

✅ تمرین‌های تحلیلی کنکورپایه

14. کدام گزینه در مورد ساختار سیلیس درست است؟

الف) دارای مولکول‌های مجزا
ب) دارای شبکه‌ای از اتم‌ها با پیوند یونی
ج) دارای شبکه‌ای از اتم‌ها با پیوند کووالانسی
د) دارای مولکول‌های قطبی

✅ پاسخ: ج

15. سخت‌ترین ماده در میان گزینه‌ها کدام است؟

الف) گرافیت
ب) سیلیس
ج) الماس
د) یخ

✅ پاسخ: ج – الماس

16. گرافیت دارای چینش… است و به همین دلیل در مداد کاربرد دارد.

الف) سه‌بعدی – رسانایی بالا
ب) دو‌بعدی – لغزش لایه‌ها
ج) شبکه‌ای – پیوند یونی
د) اتمی – چگالی بالا

✅ پاسخ: ب – چینش دو‌بعدی و لایه‌ای باعث لغزش لایه‌ها روی هم و انتقال کربن به کاغذ می‌شود.

❓1. چرا در توصیف ترکیب‌های یونی از عبارت «مولکول یونی» استفاده نمی‌شود؟

پاسخ:
زیرا ترکیب‌های یونی مانند سدیم کلرید، ساختاری شبکه‌ای (بلوری) دارند که یون‌ها به‌صورت منظم و تکراری در سراسر ماده گسترده‌اند. برخلاف مولکول‌ها که دارای ذرات جداگانه با ساختار مشخص هستند، در ترکیب‌های یونی هیچ واحد مجزای مولکولی وجود ندارد. بنابراین واژه‌هایی مانند “مولکول” و “فرمول مولکولی” نادرست‌اند.

❓2. چرا یون +Na از اتم Na کوچک‌تر است و یون -Cl از اتم Cl بزرگ‌تر است؟

پاسخ:

یون +Na با از دست دادن یک الکترون، لایه‌ی الکترونی خارجی خود را از دست داده و شعاعش کاهش می‌یابد. همچنین نیروی کشش هسته بر الکترون‌ها بیشتر می‌شود.
یون -Cl با دریافت یک الکترون، دافعه‌ی الکترونی افزایش می‌یابد و هسته نمی‌تواند به همان خوبی بار اضافی را نگه دارد، بنابراین شعاع افزایش می‌یابد.

✅ بخش دوم: شکل‌ها، جدول‌ها و نمودارها

❓3. در جدول مقایسه‌ای زیر، علت بیشتر بودن آنتالپی فروپاشی سدیم کلرید نسبت به پتاسیم برمید را توضیح دهید.

ترکیب	آنتالپی فروپاشی (kJ/mol)
NaCl	+787
KBr	+689

پاسخ:
زیرا چگالی بار یون‌های +Na و -Cl بیشتر از چگالی بار +K و -Br است (به دلیل شعاع کمتر و بار مشابه). بنابراین نیروی جاذبه قوی‌تر است و انرژی بیشتری برای فروپاشی لازم است.

❓4. با توجه به مدل دریای الکترونی، کدام رفتار فیزیکی فلزات توجیه می‌شود؟ دلیل آن چیست؟

پاسخ:

رسانایی الکتریکی و گرمایی: به دلیل حرکت آزاد الکترون‌ها در دریای الکترونی.
شکل‌پذیری: چون کاتیون‌های فلزی بدون شکستن پیوند، می‌توانند در آرایش جدیدی قرار بگیرند و دریای الکترونی چیدمان را حفظ می‌کند.
جلا: بازتاب نور از سطح فلزات به دلیل وجود الکترون‌های آزاد.

✅ بخش سوم: تحلیل داده‌های جدول شعاع یون‌ها و چگالی بار

❓5. جدول زیر را کامل کنید و قوی‌ترین و ضعیف‌ترین جاذبه یونی را تعیین نمایید:

یون	شعاع (pm)	نسبت بار به شعاع (تقریبی ×10⁻³)
Na⁺	102	9.8
Mg²⁺	72	27.8
F⁻	133	7.5
O²⁻	140	14.3

پاسخ:

قوی‌ترین جاذبه یونی بین Mg²⁺ و O²⁻ است (بار زیاد و شعاع کم).
ضعیف‌ترین جاذبه یونی بین Na⁺ و F⁻ است (بار کمتر، شعاع بزرگ‌تر).

✅ بخش چهارم: مفاهیم پیشرفته – آنتالپی فروپاشی و نقطه ذوب

❓6. چه رابطه‌ای بین آنتالپی فروپاشی و نقطه ذوب وجود دارد؟

پاسخ:
هرچه آنتالپی فروپاشی یک ترکیب یونی بیشتر باشد، نشان‌دهنده‌ی جاذبه یونی قوی‌تر بین یون‌هاست، که در نتیجه برای ذوب شدن به انرژی بیشتری نیاز دارد. بنابراین رابطه‌ای مستقیم بین آنتالپی فروپاشی و نقطه ذوب وجود دارد.

❓7. آنتالپی فروپاشی ترکیب KCl بین کدام گزینه‌ها قرار می‌گیرد: 649، 717 یا 1037؟ چرا؟

پاسخ:
717 kJ/mol. چون شعاع K⁺ از Na⁺ بزرگ‌تر است ولی از K⁺ در KBr کوچک‌تر، و شعاع Cl⁻ از Br⁻ کوچک‌تر است. بنابراین قدرت جاذبه یونی در KCl بین NaCl و KBr قرار دارد.

✅ بخش پنجم: با هم بیندیشیم‌ها + فعالیت‌های کنکوری

❓8. چرا سدیم کلرید را می‌توان به‌عنوان شاره مناسب برای جذب گرمای خورشید استفاده کرد؟

پاسخ:
سدیم کلرید دارای گستره دمایی مایع شدن بالا (از °C 850 تا 1350) است که برای مواد مولکولی معمولی قابل دسترس نیست. این ویژگی به دلیل وجود نیروهای جاذبه یونی قوی میان یون‌های Na⁺ و Cl⁻ است که ساختاری شبکه‌ای و منظم ایجاد می‌کنند و پایداری حرارتی بالایی دارند.

❓9. از بین مواد زیر، کدام یک در دمای کمتری مایع باقی می‌ماند؟ چرا؟

HF ، N₂ ، NaCl

پاسخ:
N₂، چون دارای نیروهای بین مولکولی ضعیف (وان‌دروالس) است و در گستره دمایی بسیار محدودی به حالت مایع وجود دارد. نقطه ذوب و جوش آن بسیار پایین است.

❓10. با افزایش شعاع یون هالید (F⁻ → Cl⁻ → Br⁻)، چه تغییری در آنتالپی فروپاشی رخ می‌دهد؟ چرا؟

پاسخ:
کاهش می‌یابد؛ زیرا با افزایش شعاع آنیون، فاصله بین یون‌ها بیشتر شده و نیروی جاذبه یونی ضعیف‌تر می‌شود. در نتیجه، آنتالپی فروپاشی نیز کاهش می‌یابد.

❓11. ویژگی ساختاری فلزها که سبب رسانایی الکتریکی بالای آن‌ها می‌شود چیست؟

پاسخ:
وجود دریای الکترونی از الکترون‌های آزاد که به راحتی حرکت می‌کنند و جریان الکتریکی را منتقل می‌کنند.

❓سؤال 1:

نیتینول چیست و چرا به آن آلیاژ هوشمند می‌گویند؟

✅ پاسخ:
نیتینول آلیاژی از نیکل و تیتانیم است که خاصیت حافظه‌داری دارد؛ یعنی پس از تغییر شکل در اثر گرما یا تغییر شرایط، به شکل اولیه خود بازمی‌گردد. به همین دلیل به آن «آلیاژ هوشمند» گفته می‌شود. این ویژگی در صنایع پزشکی (مثلاً استنت قلبی) و مهندسی (مثل ارتودنسی و قاب عینک) کاربرد دارد.

❓سؤال 2:

چرا بریلیم برای ساخت آینه‌های تلسکوپ جیمز وب استفاده شده است؟

✅ پاسخ:
بریلیم عنصری سبک با چگالی کم و استحکام بسیار بالا است (چگالی آن حدود ۲ برابر آلومینیم ولی سختی‌اش ۶ برابر فولاد است). به همین دلیل در شرایط دشوار فضایی، مثل سرمای شدید یا ضربه‌های احتمالی، دوام بالایی دارد. این ویژگی‌ها آن را برای ساخت آینه‌های تلسکوپ فضایی بسیار مناسب می‌سازد.

💠 سؤالات مفهومی از تمرین‌های دورۀ فصل

❓سؤال 3:

کدام گروه‌های جدول تناوبی بیشتر شامل مواد مولکولی و کدام مواد کووالانسی هستند؟

✅ پاسخ:

مواد مولکولی بیشتر در گروه‌های ۱۵، ۱۶ و ۱۷ یافت می‌شوند (مانند N₂، O₂، Cl₂).
مواد کووالانسی شبکه‌ای مانند C (الماس) و SiO₂ بیشتر در گروه‌های ۱۴ دیده می‌شوند.

❓سؤال 4:

چرا مواد مولکولی تنوع بیشتری نسبت به مواد کووالانسی شبکه‌ای دارند؟

✅ پاسخ:
زیرا در مواد مولکولی، مولکول‌ها از اتم‌های گوناگون با آرایش‌های متفاوت ساخته می‌شوند و انواع نیروهای بین‌مولکولی در آن‌ها اثر می‌گذارد؛ اما مواد کووالانسی شبکه‌ای ساختار پیوسته و تکرارشونده دارند، بنابراین تنوع کمتری دارند.

❓سؤال 5:

چرا ترکیب‌هایی که در دمای اتاق مایع هستند، جزء مواد مولکولی محسوب می‌شوند؟

✅ پاسخ:
زیرا در آن‌ها نیروی بین‌مولکولی ضعیف است و به راحتی تحت تأثیر گرمای اتاق قرار گرفته و به مایع تبدیل می‌شوند. مواد یونی یا کووالانسی شبکه‌ای نقطه جوش بالایی دارند و در شرایط اتاق جامدند.

❓سؤال 6:

ترتیب واکنش‌پذیری K، Ca و Ti را با دلیل بیان کنید.

✅ پاسخ:
ترتیب واکنش‌پذیری:
K > Ca > Ti
زیرا پتاسیم فلزی قلیایی و بسیار واکنش‌پذیر است، سپس کلسیم (فلز قلیایی خاکی)، و تیتانیم در دسته‌ی d-block (فلز واسطه) با واکنش‌پذیری کمتر قرار دارد.

💠 سؤالات ساختاری و یون‌ها

❓سؤال 7:

با استفاده از ساختار لوویس یون‌های سولفات، فسفات و سیلیکات:

الف) بار الکتریکی آن‌ها را مشخص کنید.
ب) فرمول نمک آن‌ها را با یون سدیم و یون کلسیم بنویسید.

✅ پاسخ:

یون	بار یون	نمک با Na⁺	نمک با Ca²⁺
SO₄²⁻	2-	Na₂SO₄	CaSO₄
PO₄³⁻	3-	Na₃PO₄	Ca₃(PO₄)₂
SiO₄⁴⁻	4-	Na₄SiO₄	Ca₂SiO₄

💠 سؤالات مربوط به نیروهای بین مولکولی و قطبیت

❓سؤال 8:

در نقشه پتانسیل الکترواستاتیکی زیر، کدام ماده قطبی است؟ چرا؟

✅ پاسخ:
دی‌متیل‌اتر (CH₃OCH₃) قطبی است، چون دارای اتم اکسیژن با الکترونگاتیوی بالا و ساختار خمیده است که باعث عدم تقارن توزیع بار می‌شود.
پروپان (C₃H₈) غیرقطبی است چون ساختاری متقارن دارد و توزیع بار آن یکنواخت است.

❓سؤال 9:

کدام‌یک از دو ماده، راحت‌تر به مایع تبدیل می‌شود؟

✅ پاسخ:
دی‌متیل‌اتر راحت‌تر مایع می‌شود چون قطبی است و بین مولکول‌های آن نیروی دوقطبی–دوقطبی وجود دارد. اما پروپان فقط نیروی لاندن دارد که ضعیف‌تر است.

💠 دسته‌بندی انواع مواد جامد

❓سؤال 10:

جاهای خالی جدول زیر را کامل کنید.

رسانا در مایع؟	شکننده در جامد؟	سختی در جامد؟	نوع ماده جامد	مثال
بله	بله	متوسط	یونی	NaCl
خیر	خیر	بالا	کووالانسی شبکه‌ای	الماس
بله	خیر	پایین	فلزی	مس
خیر	بله	پایین	مولکولی	یخ (H₂O)

فصل چهارم: شیمی، راهی بهسوی آیندهای روشنتر

سؤال 1: بر اساس آیه «وَ أَنْ لَیْسَ لِلْإِنْسانِ إِلَّا ما سَعى»، چه رابطه‌ای بین تلاش فردی و پیشرفت علمی و فناوری وجود دارد؟
پاسخ:
آیه نشان می‌دهد که انسان تنها از تلاش خود بهره‌مند می‌شود. در علم و فناوری نیز بدون تلاش هدفمند، پیشرفت ممکن نیست. برای رشد در جامعه، انگیزه و پشتکار شرط لازم است، اما دانش، مهارت و زیرساخت‌های علمی شرط کافی برای دستیابی به موفقیت‌اند. این تلاش‌ها به دستاوردهایی مانند فناوری‌های شیمیایی می‌انجامد.

سؤال 2: چرا دانش شیمی نقش کلیدی در رسیدن به زندگی مدرن داشته است؟ مثال بزنید.
پاسخ:
زیرا شیمی توانسته به نیازهای بشر در حوزه‌هایی مانند بهداشت، تغذیه، محیط زیست، انرژی و صنعت پاسخ دهد. مثال‌ها شامل:

تولید داروهای بیهوشی
تولید کودهای شیمیایی
فناوری تصفیه آب
ساخت نمایشگرهای الکترونیکی
ساخت پلاستیک برای بسته‌بندی غذا و دارو
استفاده از مبدل کاتالیستی برای کاهش آلودگی هوا

سؤال 3: نمودار صفحه 92 چه روندی از توسعه فناوری‌های شیمیایی را نشان می‌دهد؟
پاسخ:
نمودار نشان‌دهنده پیشرفت پیوسته و زمان‌مند در تولید محصولات شیمیایی مانند آمونیاک، اوره، ویتامین‌ها، مواد عایق گرما، داروها و غیره است. این نمودار اثباتی بر تأثیر مداوم دانش شیمی در بهبود کیفیت زندگی بشر در گذر زمان است.

✅ بخش دوم: سؤالات تحلیلی از شکل‌ها و نمودارها

سؤال 4: بر اساس نمودار غلظت آلاینده‌ها در یک شهر، در چه ساعاتی بیشترین مقدار NO2 وجود دارد؟
پاسخ:
بر اساس نمودار، بیشترین غلظت NO2 معمولاً بین ساعات 6 تا 10 صبح و عصرها بین 17 تا 20 است که همزمان با ترافیک شهری شدید می‌باشد.

سؤال 5: چرا با کاهش NO2، مقدار O3 افزایش می‌یابد؟
پاسخ:
زیرا NO2 در حضور نور خورشید تجزیه می‌شود و یک اتم O آزاد می‌کند که با O2 ترکیب شده و O3 (ازن) تشکیل می‌دهد. کاهش NO2 باعث کاهش تولید ازن می‌شود و بالعکس.

✅ بخش سوم: سؤالات ترکیبی و معادله‌نویسی

سؤال 6: چرا در گازهای خروجی خودروها هیدروکربن‌ها وجود دارند؟
پاسخ:
زیرا در موتور خودرو فرآیند احتراق ناقص است و بخشی از سوخت (بنزین یا گازوئیل) به طور کامل نمی‌سوزد و به صورت هیدروکربن‌های نسوخته خارج می‌شود.

سؤال 7: با نوشتن معادله موازنه‌شده، تولید گازهای CO، SO₂ و NO را توضیح دهید.
پاسخ:

تولید CO از احتراق ناقص کربن:
$2C+O2→2CO2C + O_2 \rightarrow 2CO$
تولید SO₂ از سوختن ترکیبات گوگرددار:
$S+O2→SO2S + O_2 \rightarrow SO_2$
تولید NO در دمای بالای موتور:
$N2+O2→حرارت2NON_2 + O_2 \xrightarrow{حرارت} 2NO$

✅ بخش چهارم: سؤالات مربوط به طیف‌سنجی و شناسایی مواد

سؤال 8: چرا از طیف‌سنجی فروسرخ برای شناسایی مواد استفاده می‌شود؟
پاسخ:
زیرا هر گروه عاملی در ساختار مولکول تنها طول موج خاصی از نور فروسرخ را جذب می‌کند که الگوی منحصربه‌فردی دارد. با تحلیل این الگو می‌توان گروه‌های عاملی و در نتیجه ساختار ماده را شناسایی کرد.

سؤال 9: نمونه‌ای که نور آبی، سبز و زرد را جذب می‌کند، چه رنگی به نظر می‌رسد؟ چرا؟
پاسخ:
چنین ماده‌ای نور قرمز و نارنجی را بازتاب می‌کند، بنابراین به رنگ نارنجی یا قرمز دیده می‌شود. رنگ ماده همان طول موج‌های بازتاب شده یا عبوری است.

✅ بخش پنجم: سؤالات مربوط به انرژی فعالسازی

سؤال 10: منظور از انرژی فعالسازی چیست؟
پاسخ:
حداقل انرژی لازم برای آغاز یک واکنش شیمیایی است. تا زمانی که واکنش‌دهنده‌ها این انرژی را کسب نکنند، واکنش آغاز نمی‌شود.

سؤال 11: چرا واکنش سوختن متان با وجود گرماده بودن به جرقه نیاز دارد؟
پاسخ:
چون برای شروع واکنش، باید انرژی اولیه (انرژی فعالسازی) به واکنش‌دهنده‌ها داده شود. جرقه این انرژی را فراهم می‌کند.

سؤال 12: در نمودار انرژی-پیشرفت واکنش، چه چیزی نشان‌دهنده پایداری فراورده‌هاست؟
پاسخ:
اگر انرژی فراورده‌ها پایین‌تر از انرژی واکنش‌دهنده‌ها باشد، فراورده‌ها پایدارترند. همچنین، اختلاف انرژی میان فراورده و واکنش‌دهنده، میزان گرما آزاد شده در واکنش را نشان می‌دهد.

✅ بخش ششم: فعالیت «خود را بیازمایید» (صفحه 94)

سؤال 13: با فرض ۱۰۰ میلیون خودرو که روزانه ۵۰ کیلومتر طی می‌کنند، اگر هر خودرو در هر کیلومتر ۱ گرم CO تولید کند، روزانه چند تن CO وارد جو می‌شود؟
پاسخ:
تعداد کل خودرو × مسافت روزانه × آلاینده در هر کیلومتر =
$100,000,000\times50\times1=5,000,000,000100,000,000 \times 50 \times 1 = 5,000,000,000$ گرم = 5000 تن

سؤال 14: چرا هوای آلوده به رنگ قهوه‌ای دیده می‌شود؟
پاسخ:
زیرا برخی آلاینده‌ها مانند NO2 نور آبی-بنفش را جذب کرده و نور قرمز-قهوه‌ای بازتاب می‌کنند که باعث قهوه‌ای شدن رنگ هوا می‌شود.

سؤال 15: در چه ساعت‌هایی بیشترین غلظت آلاینده‌ها دیده می‌شود؟ چرا؟
پاسخ:
در ساعات پرترافیک صبح و عصر (6-10 و 17-20) که خودروهای بیشتری فعالیت می‌کنند و همچنین در شرایط جوی سرد و بی‌باد که آلاینده‌ها پخش نمی‌شوند.

✅ بخش هفتم: کنکوری ترکیبی

سؤال 16: علت استفاده از مبدل کاتالیستی در خودروها چیست؟
پاسخ:
برای کاهش آلاینده‌ها مانند CO، NOx و CxHy با افزایش سرعت واکنش‌های تبدیل آنها به مواد کم‌خطرتر مانند CO₂ و H₂O در حضور کاتالیزگر.

سؤال 17: چگونه می‌توان با استفاده از طیف‌سنجی IR، وجود آلاینده‌ها در هوا را شناسایی کرد؟
پاسخ:
با سنجش جذب پرتوهای فروسرخ در طول موج‌های خاص، می‌توان حضور و مقدار گازهایی مثل CO و NO₂ را شناسایی کرد.

❓ سؤال 1:

چرا کاتالیزگر باید اختصاصی و انتخابی عمل کند و چه ویژگی‌هایی باید داشته باشد؟

✅ پاسخ تشریحی:
کاتالیزگر باید واکنش خاصی را بدون ایجاد واکنش‌های جانبی تسریع کند. به همین دلیل اختصاصی است، یعنی فقط روی واکنش معینی اثر دارد. همچنین باید در طول واکنش تغییر نکند (پایداری شیمیایی) و در برابر گرما نیز پایداری حرارتی داشته باشد تا در دمای بالا تجزیه نشود. انتخابی بودن کاتالیزگر باعث کاهش تولید مواد ناخواسته می‌شود.

❓ سؤال 2:

نقش مبدل کاتالیستی در کاهش آلودگی هوا چیست؟

✅ پاسخ تشریحی:
در مبدل‌های کاتالیستی خودروهای بنزینی، آلاینده‌هایی مانند NO، CO و هیدروکربن‌های نسوخته (CxHy) به گازهای بی‌خطرتر مثل N₂، CO₂ و H₂O تبدیل می‌شوند. این مبدل از ورود آلاینده‌ها به هوا جلوگیری می‌کند. در خودروهای دیزلی برای حذف NO و NO₂، از آمونیاک استفاده می‌شود:
معادله واکنش:
NO(g) + NO₂(g) + 2NH₃(g) → 2N₂(g) + 3H₂O(g)

❓ سؤال 3:

چرا در روزهای سرد زمستان با وجود مبدل کاتالیستی، مقدار بیشتری از گازهای آلاینده از اگزوز خودرو خارج می‌شود؟
چه راهکاری برای حل این مشکل پیشنهاد می‌کنید؟

✅ پاسخ:
آ) در روزهای سرد، مبدل هنوز به دمای مناسب برای فعالیت نرسیده است؛ چون کاتالیزگر در دماهای پایین فعال نیست.
ب) راهکار: استفاده از گرم‌کن الکتریکی برای پیش‌گرم کردن مبدل یا استفاده از سیستم‌های استارت گرم یا باتری‌های کمکی برای تسریع گرم شدن موتور.

💠 بخش دوم: تعادل‌های شیمیایی و اصل لوشاتلیه

❓ سؤال 4:

عبارت ثابت تعادل برای واکنش زیر را بنویسید:
N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)

✅ پاسخ:
$K=[NH3]2[N2][H2]3K = \frac{[NH_3]^2}{[N_2][H_2]^3}$

❓ سؤال 5:

اگر [NH₃] = 0.02 mol/L، [H₂] = 0.5 mol/L و [N₂] = 0.4 mol/L باشد، مقدار K چقدر است؟ پیشرفت واکنش را تحلیل کنید.

✅ پاسخ:

$K=(0.02)2(0.4)(0.5)3=0.00040.4×0.125=0.00040.05=0.008K = \frac{(0.02)^2}{(0.4)(0.5)^3} = \frac{0.0004}{0.4 \times 0.125} = \frac{0.0004}{0.05} = 0.008$

مقدار K کوچک است ⇒ واکنش به طور کامل پیش نرفته و در دمای داده‌شده، واکنش‌دهنده‌ها غالب هستند.

❓ سؤال 6:

افزایش فشار در واکنش تعادلی زیر چه تأثیری دارد؟
N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)

✅ پاسخ:
افزایش فشار باعث جابه‌جایی تعادل به سمت سمت راست (NH₃) می‌شود، چون در آن سمت تعداد مول‌های گازی کمتر است (2 مول در برابر 4 مول). این باعث تولید بیشتر آمونیاک می‌شود.

❓ سؤال 7:

کاهش حجم در یک سامانه تعادلی گازی چه تأثیری بر واکنش دارد؟

✅ پاسخ:
در دمای ثابت، کاهش حجم معادل افزایش فشار است. طبق اصل لوشاتلیه، تعادل به سمتی جابه‌جا می‌شود که تعداد مول‌های گازی کمتر باشد. مثلاً در واکنش بالا، تعادل به سمت تولید NH₃ جابه‌جا می‌شود.

💠 بخش سوم: اثر دما بر تعادل و تغییر K

❓ سؤال 8:

با افزایش دما در واکنش زیر، چه تغییری در ثابت تعادل K رخ می‌دهد؟
2SO₃(g) ⇌ 2SO₂(g) + O₂(g)

با فرض اینکه واکنش گرماده نباشد (ΔH < 0).

✅ پاسخ:
افزایش دما باعث جابه‌جایی تعادل به سمت محصولات (سمت راست) می‌شود و مقدار K افزایش می‌یابد. چون واکنش گرماگیر است، طبق اصل لوشاتلیه افزایش دما باعث پیشرفت آن می‌شود.

❓ سؤال 9:

برای واکنش:
N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)
در دمای ثابت، با افزایش دما درصد آمونیاک کاهش می‌یابد. چرا؟

✅ پاسخ:
چون این واکنش گرماده است (ΔH < 0). افزایش دما باعث جابه‌جایی تعادل به سمت سمت چپ (واکنش‌دهنده‌ها) می‌شود تا اثر افزایش دما جبران شود. بنابراین آمونیاک کاهش می‌یابد و K نیز کاهش پیدا می‌کند.

❓ سؤال 10:

ثابت تعادل کدام دما به دمای اتاق (۲۵°C) مربوط است؟
K = 2.24 در 200°C
K = 6.2 × 10⁻⁴ در 25°C
K = 0.6 × 10⁻⁵ در 400°C

✅ پاسخ:
ثابت تعادل K = 6.2 × 10⁻⁴ به دمای اتاق مربوط است. چون مقدار K در دماهای پایین بیشتر است و با افزایش دما در واکنش گرماده، K کاهش می‌یابد.

💠 بخش چهارم: کاربرد آمونیاک در کشاورزی

❓ سؤال 11:

چرا با وجود اینکه نیتروژن ۷۸٪ از هوا را تشکیل می‌دهد، گیاهان نمی‌توانند آن را جذب کنند؟ راه‌حل چیست؟

✅ پاسخ:
نیتروژن در هوا به صورت مولکولی (N₂) و بسیار پایدار است. پیوند سه‌گانه قوی دارد و برای شکستن آن به انرژی زیادی نیاز است. بنابراین گیاهان باید نیتروژن را به شکل ترکیب‌های نیتروژندار مانند آمونیاک و اوره از خاک جذب کنند.

❓ سؤال 12:

دامنه pH مناسب برای رشد گیاهان مختلف را بنویسید:

گندم
جو
ذرت
یونجه

✅ پاسخ:

گندم: 6.8 تا 7.5
جو: 5.7 تا 7.5
ذرت: 5.7 تا 6.8
یونجه: 6.8 تا 7.5

💠 بخش پنجم: تحلیل نمودارها و شکل‌ها

❓ سؤال 13:

بر اساس نمودار درصد مولی آمونیاک در برابر دما، نتیجه بگیرید که واکنش هابر گرماده است یا گرماگیر؟

✅ پاسخ:
با افزایش دما، درصد آمونیاک کاهش می‌یابد ⇒ واکنش گرماده است، زیرا افزایش دما باعث جابه‌جایی تعادل به سمت چپ (کاهش NH₃) می‌شود.

❓ سؤال 14:

با استفاده از نمودار فشار در دمای ثابت، توضیح دهید افزایش فشار چه اثری بر تولید آمونیاک دارد.

✅ پاسخ:
در دمای ثابت، افزایش فشار باعث افزایش درصد مولی NH₃ می‌شود ⇒ تعادل به سمت راست (کم‌مول‌تر) جابه‌جا می‌شود ⇒ تولید آمونیاک بیشتر می‌شود.

❓ سؤال 15:

اثر بیرون کشیدن پیستون (افزایش حجم) در واکنش تعادلی گازی چیست؟

✅ پاسخ:
افزایش حجم باعث کاهش فشار می‌شود و واکنش در جهت افزایش تعداد مول‌های گازی پیش می‌رود. مثلاً در واکنش هابر، تعادل به سمت چپ (N₂ + H₂) جابه‌جا می‌شود و NH₃ کاهش می‌یابد.

سؤال 1:

با توجه به اطلاعات داده‌شده در بخش قیمت فرآورده‌ها، جدول زیر را کامل کنید:

نام ماده	قیمت 1 واحد	قیمت 159 واحد (ریال)
نفت خام	24000000	24000000
بنزین	30000	…………………
پلی‌اتن	…………	…………………
اتیلن‌گلیکول	…………	…………………
متانول	…………	…………………
اتانول	…………	…………………
روغن موتور	…………	…………………

✅ پاسخ:
با استفاده از منابع معتبر (سال 1403)، تقریباً می‌توان نوشت:

نام ماده	قیمت 1 واحد	قیمت 159 واحد (ریال)
نفت خام	24000000 (برای 159L)	24000000
بنزین	30000 ریال/L	4770000
پلی‌اتن	حدود 1.1 دلار/kg ≈ 65000 ریال/kg	10335000 ریال (159kg فرضی)
اتیلن گلیکول	حدود 1 دلار/L ≈ 60000	9540000
متانول	حدود 0.35 دلار/L ≈ 21000	3339000
اتانول	حدود 0.8 دلار/L ≈ 48000	7632000
روغن موتور	حدود 1.2 دلار/L ≈ 72000	11448000

سؤال 2:

تحلیل کنید چرا تولید دینیما از اتن نسبت به تولید پلی‌اتن CRP-100B ارزش افزوده بسیار بیشتری دارد؟

✅ پاسخ:

هر تن اتن ≈ 800 دلار.
تولید CRP-100B ≈ 1100 دلار → سود = 300 دلار/تن.
تولید دینیما ≈ 25000 دلار → سود = 24200 دلار/تن.

دلیل: فناوری پیشرفته‌تر در تولید دینیما سبب افزایش مقاومت و کارایی آن در صنایع خاص (مانند کوهنوردی، پزشکی و دفاعی) شده و به شدت قیمت آن را بالا برده است. هر چه فرآورده پیشرفته‌تر و تخصصی‌تر باشد، ارزش افزوده‌ی بیشتری خواهد داشت.

سؤال 3:

جمله زیر را تفسیر کنید:

«به‌کارگیری فناوری و تبدیل مواد خام به مواد فراوری شده، سبب رشد و بهره‌وری اقتصاد یک کشور می‌شود.»

✅ پاسخ:
فناوری با استفاده از دانش فنی، مواد اولیه‌ی ارزان را به محصولات با ارزش بالا تبدیل می‌کند. این فرایند منجر به افزایش اشتغال، صادرات، خودکفایی و ارتقای بهره‌وری اقتصادی می‌شود. برای مثال تبدیل نفت خام به پلیمرهای مهندسی مانند PET و Dyneema مصداقی بارز از این نقش فناوری است.

🧪 بخش دوم: سنتز و گروه‌های عاملی

سؤال 4:

نمودار تبدیل گاز اتن به ترکیبات مختلف آلی را کامل کنید:

✅ پاسخ:

گاز اتن → اتیلن (C2H4) → پلی‌اتن
                  ↓ هیدروژن‌زنی
                اتان → کلرواتان → افشانه بی‌حس‌کننده
                  ↓ تخمیر زیستی یا صنعتی
                اتانول → استیک اسید (اتانوییک اسید) + الکل → اتیل استات (حلال چسب)

سؤال 5:

گروه عاملی در سنتز مواد چه نقشی دارد؟ مثالی بزنید.

✅ پاسخ:
گروه‌های عاملی ویژگی‌های شیمیایی مولکول‌ها را تعیین می‌کنند. برای مثال:

گروه –OH (الکل) واکنش‌پذیری متفاوتی از گروه –COOH (کربوکسیلیک اسید) دارد.
برای ساخت استر (اتیل استات) از ترکیب یک الکل (اتانول) با یک اسید آلی (استیک اسید) در حضور کاتالیزگر استفاده می‌شود.

🧪 بخش سوم: واکنش‌های اکسایش – کاهش و شیمی سبز

سؤال 6:

در واکنش پارازایلن به ترفتالیک اسید:
الف) چه تغییری باید در ساختار پارازایلن ایجاد شود؟
ب) عدد اکسایش کربن‌های متیل در پارازایلن و ترفتالیک اسید چیست؟
پ) کدام عامل شیمیایی برای این تغییر مناسب‌تر است؟ چرا؟

✅ پاسخ:

الف) گروه متیل (–CH3) باید به گروه کربوکسیلیک (–COOH) تبدیل شود.
ب) عدد اکسایش کربن متیل در پارازایلن = –3، در ترفتالیک اسید = +3
پ) پرمنگنات پتاسیم (KMnO4) چون یک اکسنده قوی است، برای اکسایش مناسب است.

سؤال 7:

در واکنش زیر یون پرمنگنات به منگنز (IV) اکسید تبدیل می‌شود. تغییر عدد اکسایش منگنز چیست؟

✅ پاسخ:
Mn در یون پرمنگنات: +7
Mn در MnO₂: +4
تغییر عدد اکسایش: –3

سؤال 8:

انرژی فعالسازی واکنش اکسایش پارازایلن بالا است یا پایین؟ چرا؟

✅ پاسخ:
بالا است؛ زیرا پارازایلن نسبتاً پایدار است و تبدیل آن به ترفتالیک اسید نیاز به شکستن پیوندهای قوی دارد. همچنین به دمای بالا و کاتالیزگر نیاز دارد.

🧪 بخش چهارم: پلیمرها و سنتز PET

سؤال 9:

فرمول ساختاری پلیمر PET داده شده است.
الف) این پلیمر جزو کدام دسته است؟ چرا؟
ب) مونومرهای سازنده آن چیست؟
پ) واکنش سنتز آن را بنویسید.

✅ پاسخ:

الف) پلی‌استر؛ چون حاصل واکنش اسید دو عاملی و الکل دو عاملی است و پیوندهای استری دارد.
ب)

ترفتالیک اسید (HOOC–C₆H₄–COOH)
اتیلن گلیکول (HO–CH₂–CH₂–OH)

پ)

n HOOC–C₆H₄–COOH + n HO–CH₂–CH₂–OH → [-OOC–C₆H₄–COO–CH₂–CH₂–O-]n + 2n H2O

🧪 بخش پنجم: کنترل کیفی و صنایع شیمیایی

سؤال 10:

چرا کنترل کیفی در صنایع شیمیایی اهمیت دارد؟ دو مثال بزنید.

✅ پاسخ:
برای اطمینان از کیفیت، ایمنی، سلامت مصرف‌کننده و تطابق با استانداردها.
مثال:

بررسی خلوص داروها در صنایع داروسازی.
بررسی وجود مواد حساسیت‌زا در برچسب خوراکی‌ها.

سؤال 11:

دو نمونه از صنایعی که از محصولات صنایع شیمیایی استفاده می‌کنند را نام ببرید و کاربرد را توضیح دهید.

✅ پاسخ:

داروسازی: سنتز داروها از مواد اولیه شیمیایی.
ساختمان‌سازی: استفاده از رنگ، چسب، درزگیر و پلاستیک‌های ساختمانی.

علی صبوری

خدمات

زمینه های کاری

محصول

نرم افزار کامپیوتر

شرکت دارویی

علی صبوری

خدمات

زمینه های کاری

محصول

نرم افزار کامپیوتر

شرکت دارویی