جواب خودرابیازمایید صفحه 73 شیمی یازدهم

پاسخ و توضیح تمرین خود را بیازمایید صفحه 73 شیمی یازدهم این تمرین به مقایسه‌ی $\mathbf{\text{ارزش سوختی هیدروکربن‌ها}}$، $\mathbf{\text{محاسبات استوکیومتری}}$ و دلیل $\mathbf{\text{سوخت سبز بودن اتانول}}$ می‌پردازد. ⛽ --- ## 1. پیش‌بینی آنتالپی سوختن $\mathbf{C_3H_8}$ و $\mathbf{C_4H_8}$ ### آ) پیش‌بینی آنتالپی سوختن **قانون:** آنتالپی سوختن $\mathbf{\text{به ازای هر مول واحد } CH_2}$ در مولکول (در یک سری همولوگ)، $\mathbf{\text{ تقریباً ثابت}}$ است. هر چه $\mathbf{\text{مولکول بزرگ‌تر}}$ باشد، $\mathbf{\text{انرژی بیشتری}}$ آزاد می‌کند. * $\mathbf{\text{پروپان } (C_3H_8)}$: آلکان است. * $\mathbf{1\text{-بوتن } (C_4H_8)}$: آلکن است. **پیش‌بینی:** $\mathbf{\text{آنتالپی سوختن } 1\text{-بوتن } (C_4H_8)}$ $\mathbf{\text{بیشتر از}}$ $\mathbf{\text{پروپان } (C_3H_8)}$ است. **چرا؟** 1. $\mathbf{\text{اندازه مولکول:}}$ بوتن ($athbf{C_4H_8}$) $\mathbf{\text{سنگین‌تر}}$ است ($\mathbf{4}$ کربن) و به ازای هر مول، $\mathbf{\text{پیوندهای بیشتری}}$ (پیوندهای $\mathbf{C-H}$ و $\mathbf{C=C}$) شکسته و تشکیل می‌شوند. 2. $\mathbf{\text{نتیجه:}}$ معمولاً $\mathbf{\text{سوختن یک مول }}$ از مولکول‌های $\mathbf{\text{بزرگ‌تر}}$، $\mathbf{\text{گرمای بیشتری}}$ آزاد می‌کند. ### ب) بررسی با منابع علمی (اختیاری) * $\mathbf{\Delta H_{\text{سوختن } C_3H_8}} \approx -2044 \text{ kJ/mol}$ * $\mathbf{\Delta H_{\text{سوختن } C_4H_8}} \approx -2520 \text{ kJ/mol}$ **بررسی:** پیش‌بینی $\mathbf{\text{تأیید می‌شود}}$، زیرا $\mathbf{1\text{-بوتن}}$ گرمای بیشتری آزاد می‌کند ($\mathbf{|-2520| > |-2044|}$). $\mathbf{\text{1-بوتن}}$ یک $\mathbf{\text{واحد } CH_2}$ بیشتر از پروپان دارد و سوختن آن گرمای بیشتری تولید می‌کند. --- ## 2. مقایسه‌ی اتان ($athbf{C_2H_6}$) و اتانول ($athbf{C_2H_5OH}$) ### الف) محاسبه و مقایسه‌ی ارزش سوختی **ارزش سوختی (Fuel Value):** $\mathbf{\text{گرمای آزاد شده به ازای سوختن یک گرم}}$ ماده. $$\mathbf{\text{ارزش سوختی} = \frac{\Delta H_{\text{واکنش}}}{ ext{جرم سوخته شده}}}$$ **جرم‌های مولی مورد نیاز:** $\mathbf{C \approx 12}$, $\mathbf{H \approx 1}$, $\mathbf{O \approx 16} \text{ g/mol}$ * $\mathbf{M(C_2H_6)} = 2(12) + 6(1) = 30 \text{ g/mol}$ * $\mathbf{M(C_2H_5OH)} = 2(12) + 6(1) + 16 = 46 \text{ g/mol}$ 1. **اتان ($athbf{C_2H_6}$):** $\mathbf{3120 \text{ kJ}}$ به ازای $\mathbf{2 \text{ مول}}$ اتان ($athbf{2 \times 30 = 60 \text{ g}}$). $$\mathbf{\text{ارزش سوختی اتان}} = \frac{3120 \text{ kJ}}{60 \text{ g}} = \mathbf{52 \text{ kJ/g}}$$ 2. **اتانول ($athbf{C_2H_5OH}$):** $\mathbf{1368 \text{ kJ}}$ به ازای $\mathbf{1 \text{ مول}}$ اتانول ($athbf{46 \text{ g}}$). $$\mathbf{\text{ارزش سوختی اتانول}} = \frac{1368 \text{ kJ}}{46 \text{ g}} \approx \mathbf{29.7 \text{ kJ/g}}$$ **مقایسه:** $\mathbf{\text{اتان}}$ ($athbf{52 \text{ kJ/g}}$) تقریباً $\mathbf{\text{دو برابر}}$ $\mathbf{\text{اتانول}}$ ($athbf{29.7 \text{ kJ/g}}$) $\mathbf{\text{ارزش سوختی}}$ دارد. این به دلیل وجود $\mathbf{\text{اتم اکسیژن}}$ در ساختار اتانول است که بخشی از انرژی پیوندی را کاهش داده است. ### ب) محاسبه و مقایسه‌ی جرم $\mathbf{CO_2}$ حاصل از سوختن $\mathbf{1 \text{ گرم}}$ **هدف:** محاسبه‌ی جرم $\mathbf{CO_2}$ تولید شده به ازای $\mathbf{1 \text{ گرم}}$ سوخت. * $\mathbf{M(CO_2)} = 12 + 2(16) = 44 \text{ g/mol}$ 1. **اتان ($athbf{C_2H_6}$):** $\mathbf{2 \text{ mol } C_2H_6}$ ($athbf{60 \text{ g}}$) $\rightarrow 4 \text{ mol } CO_2$ ($athbf{4 \times 44 = 176 \text{ g}}$). $$\mathbf{\text{جرم } CO_2 \text{ به ازای } 1 \text{ g اتان}} = \frac{176 \text{ g } CO_2}{60 \text{ g } C_2H_6} \approx \mathbf{2.93 \text{ g } CO_2 / \text{g سوخت}}$$ 2. **اتانول ($athbf{C_2H_5OH}$):** $\mathbf{1 \text{ mol } C_2H_5OH}$ ($athbf{46 \text{ g}}$) $\rightarrow 2 \text{ mol } CO_2$ ($athbf{2 \times 44 = 88 \text{ g}}$). $$\mathbf{\text{جرم } CO_2 \text{ به ازای } 1 \text{ g اتانول}} = \frac{88 \text{ g } CO_2}{46 \text{ g } C_2H_5OH} \approx \mathbf{1.91 \text{ g } CO_2 / \text{g سوخت}}$$ **مقایسه:** سوختن $\mathbf{\text{اتان}}$ $\mathbf{\text{بیشتر}}$ ($athbf{2.93 \text{ g}}$) از سوختن $\mathbf{\text{اتانول}}$ ($athbf{1.91 \text{ g}}$) $\mathbf{CO_2}$ تولید می‌کند. ### پ) دلیل سوخت سبز بودن اتانول **پاسخ:** اتانول به دلیل $\mathbf{\text{خنثی بودن کربنی (Carbon Neutrality)}}$ و $\mathbf{\text{تجدیدپذیر بودن}}$ به عنوان $\mathbf{\text{سوخت سبز}}$ به شمار می‌رود. * **تجدیدپذیری:** اتانول از منابع زیستی (مانند نیشکر یا ذرت) تولید می‌شود، برخلاف $\mathbf{\text{سوخت‌های فسیلی}}$ (اتان) که $\mathbf{\text{تجدیدناپذیر}}$ هستند. * **چرخه‌ی کربن:** هنگام سوختن، اتانول $\mathbf{CO_2}$ آزاد می‌کند، اما این $\mathbf{CO_2}$ همان مقداری است که گیاهان در فرآیند رشد (فتوسنتز) از هوا $\mathbf{\text{جذب کرده‌اند}}$. بنابراین، از نظر تئوری، $\mathbf{\text{به طور خالص، } CO_2 \text{ اضافی به هوا اضافه نمی‌شود}}$ و چرخه‌ی کربن بسته می‌ماند (برخلاف سوخت‌های فسیلی که کربن ذخیره شده در زمین را آزاد می‌کنند). 🌿