حل تمرین دوره ای فصل 1 شیمی یازدهم - سوال 7 تا 9

پاسخ و توضیح تمرین 7 تمرین دوره ای فصل دوم شیمی یازدهم این تمرین به بررسی $\mathbf{\text{فرآیند استخراج مس}}$ از $\mathbf{\text{سنگ معدن سولفیدی}}$ می‌پردازد و اهمیت $\mathbf{\text{درصد خلوص}}$، $\mathbf{\text{بازده درصدی}}$ و $\mathbf{\text{آلایندگی زیست‌محیطی}}$ را نشان می‌دهد. ⛏️ **واکنش (موازنه نشده):** $\mathbf{Cu_2S + O_2 \rightarrow Cu + SO_2}$ **معادله موازنه شده:** $\mathbf{Cu_2S + O_2 \rightarrow 2Cu + SO_2}$ **جرم‌های مولی مورد نیاز:** $\mathbf{Cu \approx 63.5}$, $\mathbf{S \approx 32.1}$, $\mathbf{O \approx 16.0} \text{ g/mol}$ * $\mathbf{M(Cu)} = 63.5 \text{ g/mol}$ * $\mathbf{M(Cu_2S)} = 2(63.5) + 32.1 = \mathbf{159.1 \text{ g/mol}}$ --- ## الف) محاسبه‌ی بازده درصدی **داده‌ها:** $\mathbf{\text{جرم } Cu_2S \text{ ناخالص}} = 400 \text{ kg}$, $\mathbf{\text{خلوص}} = 85\%$, $\mathbf{\text{جرم } Cu \text{ عملی}} = 190.54 \text{ kg}$ ### 1. محاسبه‌ی جرم خالص $\mathbf{Cu_2S}$ $$\mathbf{\text{جرم } Cu_2S \text{ خالص}} = 400 \text{ kg} \times 0.85 = \mathbf{340 \text{ kg } Cu_2S}$$ ### 2. محاسبه‌ی فرآورده نظری (تئوری) **هدف:** تبدیل $\mathbf{340 \text{ kg } Cu_2S}$ به $\mathbf{? \text{ kg } Cu}$ (نظری) $$\mathbf{\text{جرم } Cu \text{ نظری}} = 340 \text{ kg } Cu_2S \times \frac{1 \text{ kmol } Cu_2S}{159.1 \text{ kg } Cu_2S} \times \frac{2 \text{ kmol } Cu}{1 \text{ kmol } Cu_2S} \times \frac{63.5 \text{ kg } Cu}{1 \text{ kmol } Cu}$$ $$\mathbf{\text{جرم } Cu \text{ نظری}} \approx 340 \times 0.7982 \approx \mathbf{271.39 \text{ kg}}$$ ### 3. محاسبه‌ی بازده درصدی $$\mathbf{\text{بازده درصدی} = \frac{\text{مقدار عملی}}{\text{مقدار نظری}} \times 100}$$ $$\mathbf{\text{بازده درصدی}} = \frac{190.54 \text{ kg}}{271.39 \text{ kg}} \times 100 \approx \mathbf{70.21\%}$$ **نتیجه:** $\mathbf{\text{بازده درصدی واکنش}}$ $\mathbf{70.2\%}$ است. --- ## ب) تأثیر زیان‌بار واکنش روی محیط زیست این واکنش (ذوب مس) روی محیط زیست تأثیر زیان‌باری دارد، زیرا $\mathbf{\text{گوگرد دی‌اکسید } (SO_2)}$ تولید می‌کند: 1. **تولید $\mathbf{SO_2}$:** واکنش جانبی $\mathbf{Cu_2S + O_2 \rightarrow 2Cu + SO_2}$ گاز $\mathbf{SO_2}$ تولید می‌کند. 2. **تشکیل باران اسیدی:** $\mathbf{SO_2}$ یک $\mathbf{\text{اکسید اسیدی}}$ است. این گاز با $\mathbf{\text{آب}} (H_2O)$ و $\mathbf{\text{اکسیژن}}$ هوا واکنش داده و $\mathbf{\text{سولفوریک اسید } (H_2SO_4)}$ تولید می‌کند که عامل اصلی $\mathbf{\text{باران اسیدی}}$ است. $$\mathbf{SO_2(g) + H_2O(l) \rightarrow H_2SO_3(aq)}$$ (سولفور اسید) $$\mathbf{2SO_2(g) + O_2(g) \rightarrow 2SO_3(g)}$$ $$\mathbf{SO_3(g) + H_2O(l) \rightarrow H_2SO_4(aq)}$$ (سولفوریک اسید) **نتیجه:** رهاسازی $\mathbf{SO_2}$ به هواکره باعث $\mathbf{\text{آلودگی محیط زیست، تخریب جنگل‌ها، اسیدی شدن دریاچه‌ها و خوردگی ساختمان‌ها}}$ می‌شود.

پاسخ و توضیح تمرین 8 تمرین دوره ای فصل دوم شیمی یازدهم این تمرین به تفاوت بین $\mathbf{\text{هیدروکربن‌های سیرشده (آلکان‌ها)}}$ و $\mathbf{\text{سیرنشده (آلکن‌ها)}}$ و واکنش‌پذیری متفاوت آن‌ها می‌پردازد. 🧪 --- ## الف) روش تشخیص $\mathbf{C_6H_{14}}$ و $\mathbf{C_6H_{12}}$ $\mathbf{\text{هگزان } (C_6H_{14})}$ یک $\mathbf{\text{آلکان سیرشده}}$ است (فقط $\mathbf{C-C}$ یگانه)، و $\mathbf{1\text{-هگزن } (C_6H_{12})}$ یک $\mathbf{\text{آلکن سیرنشده}}$ است (دارای $\mathbf{C=C}$ دوگانه). **روش پیشنهادی: $\mathbf{\text{تست برم (Bromine Test)}}$** 1. **آشکارساز:** $\mathbf{\text{برم مایع } (Br_2)}$ یا $\mathbf{\text{محلول برم در یک حلال آلی}}$ (مانند $\mathbf{CCl_4}$). $\mathbf{Br_2}$ دارای $\mathbf{\text{رنگ نارنجی مایل به زرد}}$ است. 2. **آزمایش:** مقدار کمی $\mathbf{Br_2}$ را به نمونه‌های مجهول اضافه می‌کنیم: * $\mathbf{\text{هگزان } (C_6H_{14})}$: $\mathbf{\text{واکنش نمی‌دهد}}$ و رنگ نارنجی $\mathbf{Br_2}$ $\mathbf{\text{باقی می‌ماند}}$. * $\mathbf{\text{1-هگزن } (C_6H_{12})}$: به دلیل داشتن $\mathbf{\text{پیوند دوگانه}}$، $\mathbf{\text{واکنش افزایشی}}$ می‌دهد و رنگ $\mathbf{Br_2}$ به سرعت $\mathbf{\text{از بین می‌رود}}$ (بی‌رنگ می‌شود). $$\mathbf{C_6H_{12} + Br_2 \rightarrow C_6H_{12}Br_2}$$ **نتیجه:** تنها $\mathbf{\text{ماده سیرنشده}}$ می‌تواند رنگ $\mathbf{\text{برم}}$ را ببرد. --- ## ب) تکمیل واکنش واکنش داده شده، $\mathbf{\text{افزودن هیدروژن (هیدروژناسیون)}}$ به یک $\mathbf{\text{هیدروکربن سیرنشده}}$ در حضور $\mathbf{\text{کاتالیزور نیکل } (Ni)}$ است، که آن را به یک $\mathbf{\text{هیدروکربن سیرشده}}$ تبدیل می‌کند. $$\mathbf{C_6H_{12}(l) + H_2(g) \xrightarrow{Ni(s)} C_6H_{14}(l)}$$ **جای خالی:** $\mathbf{H_2(g)}$ **توضیح:** $\mathbf{1\text{-هگزن } (C_6H_{12})}$ به عنوان هیدروکربن سیرنشده با گاز $\mathbf{\text{هیدروژن } (H_2)}$ واکنش داده و به $\mathbf{\text{هگزان } (C_6H_{14})}$ سیرشده تبدیل می‌شود. این واکنش نیازمند $\mathbf{\text{کاتالیزور}}$ (مانند $\mathbf{Ni}$) است. 🔗

پاسخ و توضیح تمرین 9 تمرین دوره ای فصل دوم شیمی یازدهم این تمرین یک مسئله‌ی $\mathbf{\text{تعیین ساختار هیدروکربن}}$ بر اساس خواص شیمیایی (تست $\mathbf{\text{برم}}$) و محاسبات کمی ($\mathbf{\text{جرم مولی}}$ و $\mathbf{\text{فرمول مولکولی}}$) است. 🔬 **جرم‌های مولی مورد نیاز:** $\mathbf{C \approx 12 \text{ g/mol}}$, $\mathbf{H \approx 1 \text{ g/mol}}$ --- ## الف) تشخیص نوع هیدروکربن **پاسخ:** این هیدروکربن جزو $\mathbf{\text{آلکن‌ها}}$ است (یا آلکین‌ها، اگرچه آلکن محتمل‌تر است). **چرا؟** $\mathbf{\text{بی‌رنگ شدن محلول برم}}$ نشان می‌دهد که هیدروکربن دارای $\mathbf{\text{پیوند دوگانه } (C=C)}$ یا $\mathbf{\text{سه‌گانه } (C \equiv C)}$ است. این نوع ترکیبات $\mathbf{\text{سیر نشده}}$ هستند و با $\mathbf{\text{برم}}$ واکنش $\mathbf{\text{افزایشی}}$ می‌دهند. * $\mathbf{\text{آلکان‌ها}}$ و $\mathbf{\text{سیکلوآلکان‌ها}}$ (به جز سیکلوپروپان که واکنش می‌دهد) $\mathbf{\text{سیرشده}}$ هستند و در شرایط عادی با برم واکنش $\mathbf{\text{نمی‌دهند}}$. --- ## ب) یافتن فرمول مولکولی ($\mathbf{C_xH_y}$) **داده‌ها:** $\mathbf{\frac{m_C}{m_H} = 6}$, $\mathbf{M = 140 \text{ g/mol}}$ 1. **پیدا کردن نسبت مول‌ها ($\mathbf{\frac{n_C}{n_H}}$):** $$\mathbf{\frac{n_C}{n_H} = \frac{m_C/M_C}{m_H/M_H}} = \frac{m_C}{m_H} \times \frac{M_H}{M_C} = 6 \times \frac{1}{12} = \mathbf{\frac{1}{2}}$$ * $\mathbf{\text{نسبت } C:H}$ در مول برابر با $\mathbf{1:2}$ است. $\rightarrow$ فرمول تجربی $\mathbf{CH_2}$. 2. **تعیین فرمول مولکولی:** فرمول مولکولی به صورت $(\mathbf{CH_2})_n$ است. $\mathbf{\text{جرم مولی}}$ فرمول تجربی $\mathbf{12+2=14 \text{ g/mol}}$ است. $$\mathbf{\text{جرم مولی}} = n \times M_{\text{تجربی}} \implies 140 = n \times 14 \implies \mathbf{n = 10}$$ **فرمول مولکولی:** $\mathbf{(CH_2)_{10} = C_{10}H_{20}}$. **نتیجه:** این هیدروکربن یک $\mathbf{\text{آلکن } (C_n H_{2n}, \text{ مانند } 1\text{-دسن})}$ یا یک $\mathbf{\text{سیکلوآلکان } (\text{سیکلودکان})}$ است. با توجه به قسمت الف، آلکن بودن محتمل‌تر است. --- ## پ) پیش‌بینی حالت فیزیکی **فرمول مولکولی:** $\mathbf{C_{10}H_{20}}$ (یا $\mathbf{C_{10}H_{22}}$ به عنوان مرجع آلکان) 1. **مرجع نمودار (آلکان‌های راست زنجیر):** با مراجعه به $\mathbf{\text{نمودار نقطه‌ی جوش آلکان‌ها}}$ (صفحه 36)، می‌بینیم: * $\mathbf{\text{آلکان } C_5}$ (پنتان) $\mathbf{\text{نقطه‌ی جوش } 36^irc C}$ * $\mathbf{\text{آلکان } C_6}$ (هگزان) $\mathbf{\text{نقطه‌ی جوش } 69^irc C}$ * $\mathbf{\text{آلکان } C_{10}}$ (دکان) $\mathbf{\text{نقطه‌ی جوش } 174^irc C}$ 2. **پیش‌بینی:** در دمای اتاق (حدود $\mathbf{22^irc C}$)، هر ماده‌ای که $\mathbf{\text{نقطه‌ی جوش آن بالاتر از } 22^irc C}$ باشد، در حالت $\mathbf{\text{مایع}}$ است. $\mathbf{C_{10}H_{20}}$ (آلکن) خواصی بسیار شبیه به $\mathbf{C_{10}H_{22}}$ (آلکان) دارد. **نتیجه:** نقطه‌ی جوش این هیدروکربن $\mathbf{\text{بسیار بالاتر از دمای اتاق}}$ ($\mathbf{\sim 170^irc C}$) است. بنابراین، $\mathbf{\text{حالت فیزیکی آن در دمای اتاق، مایع}}$ خواهد بود. 💧