از هوای پیرامون تا محاسبهٔ گازها
پایهٔ ۱۰ · فصل ۲هر ضریب و هر درصد، معنای خودش را دارد.
اول مفهوم را بخوان، بعد دام همان مبحث را کنارش بررسی کن.
هوای پاک و خشک مخلوطی گازی است که عمدتاً نیتروژن و اکسیژن دارد. بخار آب مقدار متغیر دارد، پس ترکیب هوای خشک را نباید بدون اصلاح برای هوای مرطوب به کار برد. جداسازی صنعتی اجزای هوای مایع بر تفاوت دمای جوش استوار است؛ جداسازی فیزیکی هویت شیمیایی مولکولها را تغییر نمیدهد.
هوا مخلوط چند گاز است؛ اجزایش با روش فیزیکی جدا میشوند و مقدار بخار آب آن متغیر است.
دو اتم میتوانند یک جفت الکترون را به اشتراک بگذارند و پیوند یگانه بسازند. در ساختار لوویس، الکترونهای ظرفیت شمرده میشوند و جفتهای پیوندی و ناپیوندی مشخصاند. در H₂ یک جفت مشترک و در N₂ سه جفت مشترک وجود دارد. خط بین دو اتم نماینده یک جفت الکترون است، نه یک الکترون.
هر خط یک جفت، یعنی دو الکترون مشترک، را نمایش میدهد.
اول مفهوم را بخوان، بعد دام همان مبحث را کنارش بررسی کن.
در پیوندهای چندگانه تعداد جفتهای مشترک بیشتر است. برای پیوند میان دو اتم مشابه، افزایش مرتبه پیوند معمولاً با کوتاهتر و قویتر شدن آن همراه است. این روند را برای دو عنصر متفاوت بدون داده مقایسهای تعمیم نمیدهیم. برای CO₂ ساختار ساده O=C=O دو پیوند دوگانه دارد و هویت مولکول با O₂ متفاوت است.
برای همان دو عنصر، پیوند دوگانه معمولاً کوتاهتر از یگانه است؛ تعداد خطها مقیاس طول پیوند نیست.
ترکیبهای دوتایی اکسیژن با بیشتر عنصرها اکسید نامیده میشوند؛ اما ترکیب اکسیژن با فلوئور مانند OF₂ اکسیژن دیفلوئورید نام دارد. در نامگذاری ترکیبهای مولکولی، پیشوندهایی مانند مونو و دی شمار اتمها را روشن میکنند؛ CO و CO₂ دو ماده متفاوتاند. برای فلز دارای چند بار یونی، عدد رومی بار کاتیون را مشخص میکند. در Fe₂O₃، اکسیژن با عدد اکسایش معمول −۲ باعث میشود آهن +۳ باشد.
عدد رومی سه، عدد اکسایش آهن را مشخص میکند؛ در Fe₂O₃ دو اتم آهن در نسبت فرمولی داریم.
اول مفهوم را بخوان، بعد دام همان مبحث را کنارش بررسی کن.
در واکنش شیمیایی اتمها بازآرایی میشوند. برای موازنه، ضریب جلوی فرمول را تغییر میدهیم و زیروند را ثابت نگه میداریم؛ تغییر زیروند میتواند ماده دیگری بسازد. معادله ۲H₂+O₂→۲H₂O میگوید نسبت مولی ۲:۱:۲ است. در سامانه بسته جرم کل حفظ میشود؛ خروج گاز از ظرف باز میتواند جرم اندازهگیریشده ظرف را کم کند.
ضرایب نسبت مول موادند؛ برای نسبت جرم باید هر ضریب را در جرم مولی همان ماده ضرب کرد.
سوختن کامل هیدروکربن در اکسیژن کافی، کربندیاکسید و آب تولید میکند. با کمبود اکسیژن امکان تولید CO یا دوده هم وجود دارد. برای CxHy ضرایب CO₂ و H₂O بهترتیب x و y/۲ است؛ اکسیژن را در پایان موازنه میکنیم. CO بیرنگ و بیبو است، بنابراین نبود بو نشانه نبود آن نیست.
با اکسیژن ناکافی امکان تولید CO یا دوده وجود دارد؛ تولید فقط CO₂ و آب مربوط به سوختن کامل است.
اول مفهوم را بخوان، بعد دام همان مبحث را کنارش بررسی کن.
زمین بخشی از انرژی دریافتی خورشید را به صورت تابش با طول موج بلندتر پس میدهد. گازهای گلخانهای با جذب و گسیل بخشی از تابش فروسرخ در تراز انرژی نقش دارند. اثر گلخانهای طبیعی برای دمای مناسب زمین مهم است، ولی افزایش آن میتواند به گرمشدن بیشتر بینجامد. این پدیده با تخریب لایه اوزون یکسان نیست.
گازهای گلخانهای بخشی از فروسرخ زمین را جذب و گسیل میکنند؛ تخریب اوزون پدیده دیگری مربوط به حفاظت فرابنفش است.
O₂ و O₃ دگرشکلهای اکسیژناند؛ عنصر یکسان اما ساختار و خواص متفاوت دارند. اوزون استراتوسفری در جذب تابش فرابنفش نقش حفاظتی دارد، ولی اوزون نزدیک سطح زمین آلاینده است. پس جمله «اوزون مفید است» بدون تعیین مکان کامل نیست. شمار اتمهای موجود در مقدار مشخص O₂ و O₃ نیز باید جدا حساب شود.
اوزون نزدیک سطح زمین آلاینده تنفسی است؛ نقش حفاظتی آن در لایه استراتوسفر است.
اول مفهوم را بخوان، بعد دام همان مبحث را کنارش بررسی کن.
حجم گاز به دما، فشار و مقدار آن وابسته است. وقتی صورت مسئله شرایط STP را مشخص میکند، منظور صفر درجه سلسیوس و یک اتمسفر و حجم یک مول گاز تقریباً ۲۲٫۴ لیتر است. رابطه n=V/۲۲٫۴ فقط با همین شرایط و تقریب گاز ایدهآل به کار میرود. حجمهای برابر گازها در دما و فشار برابر، تعداد مول برابر دارند، نه لزوماً جرم برابر.
عدد تقریبی ۲۲٫۴ L/mol فقط برای صفر درجه سلسیوس و یک اتمسفر در تقریب گاز ایدهآل به کار میرود.
در معادله N₂+۳H₂→۲NH₃ نسبت مولی نیتروژن، هیدروژن و آمونیاک ۱:۳:۲ است. برای حل، داده را به مول تبدیل میکنیم، نسبت ضرایب را اعمال میکنیم و سپس به واحد خواستهشده برمیگردیم. فرض تبدیل کامل باید در صورت سؤال روشن باشد؛ در تولید صنعتی آمونیاک، همه واکنشدهندهها در یک عبور الزاماً تبدیل نمیشوند.
معادله N₂+۳H₂→۲NH₃ سه مول هیدروژن برای یک مول نیتروژن میخواهد. با یک مول از هر گاز، H₂ واکنشدهندهٔ محدودکننده است؛ بنابراین حداکثر دو سوم مول NH₃ تشکیل میشود و بخشی از N₂ باقی میماند.
الکترونهای ظرفیت را مانند موجودی لازم برای رسم لوویس بشمار. در مولکول هیدروژن، هر اتم یک الکترون میآورد؛ دو الکترون مشترک میان دو اتم، یک پیوند میسازند. این اشتراک به معنی نصف شدن یک الکترون نیست؛ هر پیوند یگانه یک جفت الکترون دارد.
در آب، اکسیژن شش و هر هیدروژن یک الکترون ظرفیت دارد؛ مجموع هشت الکترون است. دو پیوند O–H چهار الکترون مصرف میکنند و چهار الکترون دیگر به شکل دو جفت ناپیوندی روی اکسیژن باقی میمانند. جمع الکترونهای رسمشده را با موجودی اولیه کنترل کن.
در مولکول N₂ چند الکترون در پیوند سهگانه شرکت دارند؟
پاسخ تشریحی: شش الکترون، معادل سه جفت پیوندی.
معادله شیمیایی را مانند یک دستور بازآرایی ذرهها بخوان. مواد سمت چپ مصرف و مواد سمت راست تولید میشوند. موازنه تضمین میکند هر نوع اتمی که در ورودی داریم، در خروجی هم به همان تعداد وجود داشته باشد. اتم در واکنش معمول از هیچ ساخته نمیشود.
برای H₂+O₂→H₂O ابتدا اکسیژن را بررسی کن: چپ دو و راست یک اتم است. ضریب آب را دو میکنیم؛ اکنون راست چهار هیدروژن دارد، پس ضریب H₂ هم دو میشود. جواب ۲H₂+O₂→۲H₂O است. زیروند هیچ مادهای تغییر نکرده است.
معادله Fe+O₂→Fe₂O₃ را فقط با تغییر ضرایب موازنه کنید و کوچکترین ضرایب صحیح را بنویسید.
پاسخ تشریحی: برای برابرشدن اکسیژنها، کمترین مضرب مشترک ۲ و ۳ برابر ۶ است؛ پس ۳O₂ و ۲Fe₂O₃ میگذاریم و سپس آهن را ۴ میکنیم: ۴Fe+۳O₂→۲Fe₂O₃.
دانشآموز در ساختار N₂ سه خط پیوندی و یک جفت ناپیوندی کنار هر N میبیند و میگوید ۱۰ الکترون در پیوند شرکت دارند. خطای او را پیدا کنید.
جواب نهایی: فقط ۶ الکترون در پیوند سهگانه شرکت دارند؛ عدد ۱۰ از افزودن نادرست جفتهای ناپیوندی به دست آمده است.
حجم، برخلاف مول، با دما و فشار تغییر میکند. پس پیش از استفاده از ۲۲٫۴ لیتر بر مول باید STP بودن داده را پیدا کنیم. بعد از تبدیل حجم به مول، نسبتهای معادله و جرم مولی را جداگانه به کار میبریم.
۵٫۶ لیتر O₂ در STP با H₂ اضافی مطابق ۲H₂+O₂→۲H₂O کامل واکنش میدهد. جرم آب حاصل چقدر است؟ M(H₂O)=۱۸ g/mol.
فرضها: STP مطابق قرارداد ۲۲٫۴ L/mol، تبدیل کامل، هیدروژن اضافی و آب خالص فرض میشود.
جواب نهایی: ۹٫۰ گرم آب.
آیا مایعکردن و تقطیر هوا نیتروژن را به اکسیژن تبدیل میکند؟
پاسخ: خیر؛ اجزای مخلوط جدا میشوند و عنصرها تغییر نمیکنند.
مولکول CO₂ چند جفت الکترون پیوندی دارد؟
پاسخ: چهار جفت؛ هر یک از دو پیوند دوگانه دو جفت دارد.
چرا برای موازنه نباید H₂O را H₂O₂ بنویسیم؟
پاسخ: چون آب به فرمول ماده دیگری، هیدروژن پراکسید، تبدیل میشود.
چرا اثر گلخانهای و سوراخ اوزون را یک پدیده نمیدانیم؟
پاسخ: اولی به جذب و گسیل تابش فروسرخ و تراز گرمایی مربوط است؛ دومی به کاهش اوزون محافظ در برابر فرابنفش.
۱۱٫۲ لیتر O₂ در STP چند مول است؟
پاسخ: با فرض STP دادهشده در صورت سؤال، حجم مولی ۲۲٫۴ L/mol است؛ بنابراین n=۱۱٫۲ L/(۲۲٫۴ L/mol)=۰٫۵۰ mol. یکای لیتر ساده میشود و مول باقی میماند. این جواب فقط با فرض همان دما و فشار و رفتار ایدهآل به کار میرود؛ اگر شرایط عوض شود، تقسیم بر ۲۲٫۴ معتبر نیست.
این صفحه برای جستوجوی «جزوه شیمی دهم فصل ۲»، «نکات ناب شیمی» و مرور سریع کنکور و امتحان نهایی آماده شده است.