سوال ۹ — سؤال ۹ امتحان نهایی شیمی ۳ — مرداد ۱۴۰۳

الف) $a = 4$ و $b = 4$

ب) $q = 2-$

ج) X: $\mathrm{SiC(s)}$ — Y: $\mathrm{Br_2(l)}$

الف) معادله را قدم‌به‌قدم موازنه می‌کنیم:

• اکسیژن: در سمت چپ ۲ اتم اکسیژن (در $\mathrm{SiO_2}$) داریم و در سمت راست هم ۲ اتم (در $2\mathrm{H_2O}$)؛ اکسیژن موازنه است.
• هیدروژن: در $2\mathrm{H_2O}$ چهار اتم هیدروژن هست؛ پس $a = 4$.
• بار: سمت راست بار کل صفر است. در سمت چپ $4\mathrm{H^+}$ بار $+4$ دارد؛ برای صفر شدن بار باید ۴ الکترون اضافه شود؛ پس $b = 4$.

$$\mathrm{SiO_2(s) + 4H^+(aq) + 4e^- \rightarrow Si(s) + 2H_2O(l)}$$

(از راه عدد اکسایش هم می‌رسیم: عدد اکسایش Si از $+4$ به صفر می‌رسد، یعنی ۴ الکترون می‌گیرد.)

ب) برای رسیدن هر اتم به هشتایی، اتم‌های کناری (سه اکسیژن و گوگرد سمت راست) که فقط یک پیوند دارند، هر کدام به سه جفت الکترون ناپیوندی نیاز دارند. گوگرد مرکزی با چهار پیوند یگانه هشتایی است و الکترون ناپیوندی ندارد.

حالا الکترون‌های ساختار را می‌شماریم:

$$4 \times 2 + 4 \times 3 \times 2 = 8 + 24 = 32$$

(۴ پیوند، هر کدام ۲ الکترون؛ ۴ اتم کناری، هر کدام ۳ جفت ناپیوندی.)

اتم‌های خنثی روی‌هم چند الکترون ظرفیتی دارند؟ گوگرد و اکسیژن هر دو در گروه ۱۶ هستند و ۶ الکترون ظرفیت دارند:

$$2 \times 6 + 3 \times 6 = 30$$

ساختار ۲ الکترون بیشتر از اتم‌های خنثی دارد؛ پس بار یون ۲− است ($\mathrm{S_2O_3^{2-}}$).

ج) الماس یک جامد کووالانسی است (شبکه‌ای از اتم‌ها که با پیوند کووالانسی به هم وصل‌اند)؛ از میان این مواد، سیلیسیم کاربید ($\mathrm{SiC}$) چنین ساختاری دارد و مثل الماس بسیار سخت است؛ پس $\mathrm{X = SiC}$.

بنزن یک مادهٔ مولکولی و ناقطبی است که در دمای اتاق مایع است. $\mathrm{Br_2}$ هم از مولکول‌های ناقطبی جدا از هم ساخته شده و مایع است؛ پس $\mathrm{Y = Br_2}$. (NaCl و $\mathrm{K_2SO_4}$ یونی‌اند و Au فلز است.)