سوال ۳ — سؤال ۳ امتحان نهایی شیمی ۳ — شهریور ۱۴۰۵، نوبت عصر

آ) تولید گاز در این واکنش با ایجاد فشار و رفتار مکانیکی، باز کردن مجاری را تسهیل می‌کند؛ همچنین گاز با عبور از لابه‌لای مواد، خلل و فرج ایجاد می‌کند و آن‌ها را سست‌تر می‌کند.

ب)

$$[\mathrm{H^+}] = 10^{-13} \Rightarrow [\mathrm{H^+}][\mathrm{OH^-}] = 10^{-14} \Rightarrow [\mathrm{OH^-}] = 10^{-1}$$ $$[\mathrm{NaOH}] = [\mathrm{OH^-}] = 0.1\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$$ $$2\ \mathrm{L} \times \frac{0.1\ \mathrm{mol\ NaOH}}{1\ \mathrm{L}} \times \frac{3\ \mathrm{mol\ H_2}}{2\ \mathrm{mol\ NaOH}} \times \frac{22.4\ \mathrm{L}}{1\ \mathrm{mol\ H_2}} = 6.72\ \mathrm{L\ H_2}$$

آ) گاز هیدروژنی که در لوله تولید می‌شود دو کار می‌کند: فشار ایجاد می‌کند و مثل یک عامل مکانیکی، توده‌ای را که مجرا را بسته است هل می‌دهد و جابه‌جا می‌کند؛ همچنین حباب‌های گاز از لابه‌لای مواد می‌گذرند، در آن‌ها خلل و فرج ایجاد می‌کنند و آن‌ها را سست می‌کنند تا راحت‌تر از هم بپاشند.

ب) اول از $\mathrm{pH}$ غلظت یون هیدروکسید را پیدا می‌کنیم:

$$\mathrm{pH} = 13 \Rightarrow [\mathrm{H^+}] = 10^{-13}\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$$

در آب در دمای اتاق، حاصل‌ضرب غلظت این دو یون ثابت است:

$$[\mathrm{H^+}][\mathrm{OH^-}] = 10^{-14} \Rightarrow [\mathrm{OH^-}] = \frac{10^{-14}}{10^{-13}} = 10^{-1}\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$$

سدیم هیدروکسید باز قوی است و کامل یونیده می‌شود؛ پس غلظت آن با غلظت $\mathrm{OH^-}$ برابر است: $[\mathrm{NaOH}] = 0.1\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$.

حالا با روش کسرهای تبدیل، از حجم محلول به مول $\mathrm{NaOH}$، از آن با ضریب‌های معادله (۲ مول $\mathrm{NaOH}$ ← ۳ مول $\mathrm{H_2}$) به مول هیدروژن، و با حجم مولی گاز در STP به لیتر می‌رسیم:

$$2\ \mathrm{L} \times \frac{0.1\ \mathrm{mol\ NaOH}}{1\ \mathrm{L}} \times \frac{3\ \mathrm{mol\ H_2}}{2\ \mathrm{mol\ NaOH}} \times \frac{22.4\ \mathrm{L}}{1\ \mathrm{mol\ H_2}} = 6.72\ \mathrm{L\ H_2}$$

پس $6.72$ لیتر گاز هیدروژن در شرایط STP تولید می‌شود.