تمرین دوره ای فصل 2 شیمی یازدهم
10. در نمودار زیر، منحنی $\mathbf{A}$ مربوط به واکنش $\mathbf{0.5 \text{ گرم نوار منیزیم}}$ با $\mathbf{\text{مقدار کافی از هیدروکلریک اسید}}$ در دمای $\mathbf{\text{اتاق}}$ است. منحنی‌های دیگر مربوط به همین واکنش اما در $\mathbf{\text{شرایط متفاوت}}$ است. با توجه به آن‌ها به پرسش‌ها پاسخ دهید.
[تصویر نمودار $\mathbf{\text{حجم گاز } (mL) - \text{زمان } (s)}$ با $\mathbf{5}$ منحنی: $\mathbf{A, B, C, D, E}$.]
الف) $\mathbf{\text{سرعت واکنش}}$ را برای $\mathbf{\text{آزمایش‌های } C \text{ و } D}$ بر حسب $\mathbf{\text{لیتر بر ساعت}}$ حساب کنید.
ب) $\mathbf{\text{کدام منحنی}}$ مربوط به واکنشی است که در آن $\mathbf{0.5 \text{ گرم پودر منیزیم}}$ به جای $\mathbf{\text{نوار منیزیم}}$ استفاده شده است؟ ($athbf{\text{بقیه شرایط واکنش تغییر نکرده است}}$). دلیل خود را توضیح دهید.
پ) $\mathbf{\text{کدام منحنی}}$ مربوط به واکنش $\mathbf{0.5 \text{ گرم نوار منیزیم}}$ با $\mathbf{\text{مقدار کافی از هیدروکلریک اسید در دمای } 5 \text{ درجه سلسیوس}}$ است؟ چرا؟
پاسخ و توضیح تمرین 10 تمرین دوره ای فصل دوم شیمی یازدهم
این تمرین به $\mathbf{\text{تحلیل گرافیکی سرعت واکنش}}$ و تأثیر $\mathbf{\text{سطح تماس و دما}}$ بر $\mathbf{\text{سینتیک واکنش}}$ می‌پردازد. 📊
**واکنش:** $\mathbf{Mg(s) + 2HCl(aq) \rightarrow MgCl_2(aq) + H_2(g)}$
**نکته کلیدی:** $\mathbf{\text{مقدار نهایی گاز } H_2}$ تولیدی $\mathbf{\text{فقط به مقدار اولیه منیزیم}}$ ($athbf{0.5 \text{ g}}$) بستگی دارد (بازده $100\%$)، نه به $\mathbf{\text{سرعت واکنش}}$.
* $\mathbf{\text{منحنی } A}$ (شاهد) $\mathbf{\text{حجم نهایی } 40 \text{ mL}}$ را نشان می‌دهد. بنابراین، همه واکنش‌هایی که $\mathbf{0.5 \text{ g } Mg}$ مصرف می‌کنند، باید به $\mathbf{40 \text{ mL}}$ برسند.
---
## الف) محاسبه‌ی سرعت واکنش برای $\mathbf{C}$ و $\mathbf{D}$
**سرعت واکنش متوسط ($athbf{R}$):** $\mathbf{R = \frac{\Delta V (H_2)}{\Delta t}}$. چون $\mathbf{H_2}$ فرآورده است، علامت مثبت دارد.
**زمان پایان واکنش (تقریبی):** $\mathbf{80 \text{ s}}$ برای $\mathbf{C}$ و $\mathbf{110 \text{ s}}$ برای $\mathbf{D}$.
### 1. سرعت واکنش برای $\mathbf{C}$ (بر حسب $\mathbf{L \cdot h^{-1}}$)
* $\mathbf{\Delta V} = 40 \text{ mL} = 0.040 \text{ L}$
* $\mathbf{\Delta t} = 80 \text{ s} = 80/3600 \text{ h} \approx 0.0222 \text{ h}$
$$\mathbf{R_C} = \frac{0.040 \text{ L}}{0.0222 \text{ h}} \approx \mathbf{1.80 \text{ L} \cdot h^{-1}}$$
### 2. سرعت واکنش برای $\mathbf{D}$ (بر حسب $\mathbf{L \cdot h^{-1}}$)
* $\mathbf{\Delta V} = 40 \text{ mL} = 0.040 \text{ L}$
* $\mathbf{\Delta t} = 110 \text{ s} = 110/3600 \text{ h} \approx 0.0305 \text{ h}$
$$\mathbf{R_D} = \frac{0.040 \text{ L}}{0.0305 \text{ h}} \approx \mathbf{1.31 \text{ L} \cdot h^{-1}}$$
---
## ب) تشخیص منحنی مربوط به $\mathbf{\text{پودر منیزیم}}$
**پاسخ:** منحنی $\mathbf{B}$
**چرا؟** $\mathbf{\text{پودر منیزیم}}$ در مقایسه با $\mathbf{\text{نوار منیزیم}}$، $\mathbf{\text{سطح تماس}}$ بسیار $\mathbf{\text{بیشتری}}$ دارد. $\mathbf{\text{افزایش سطح تماس}}$ باعث $\mathbf{\text{افزایش دفعات برخورد مؤثر}}$ و در نتیجه $\mathbf{\text{افزایش سرعت واکنش}}$ می‌شود. $\mathbf{B}$ $\mathbf{\text{تندترین شیب}}$ را در بین منحنی‌های $\mathbf{A, C, D}$ دارد و زودتر به $\mathbf{\text{حجم نهایی } 40 \text{ mL}}$ می‌رسد. (همه منحنی‌ها به جز $\mathbf{E}$ باید به $\mathbf{40 \text{ mL}}$ برسند.)
---
## پ) تشخیص منحنی مربوط به $\mathbf{5^irc C}$
**پاسخ:** منحنی $\mathbf{D}$
**چرا؟** $\mathbf{\text{کاهش دما}}$ ($athbf{5^irc C}$ در مقابل $\mathbf{25^irc C}$ دمای اتاق) باعث $\mathbf{\text{کاهش شدید میانگین انرژی جنبشی}}$ مولکول‌ها می‌شود. این امر باعث $\mathbf{\text{کاهش شدید تعداد برخوردهای مؤثر}}$ و در نتیجه $\mathbf{\text{کاهش سرعت واکنش}}$ می‌شود. $\mathbf{D}$ $\mathbf{\text{کندترین شیب}}$ را در بین منحنی‌های $\mathbf{A, B, C}$ که به $\mathbf{40 \text{ mL}}$ می‌رسند، دارد. (منحنی $\mathbf{E}$ $\mathbf{\text{مقدار ماده اولیه}}$ را تغییر داده است.)
