چگونه مسائل شیمی را حل کنیم ؟

روش حل مسئله در شیمی در سطح دبیرستان و حتی دانشگاه ، استفاده از روش خطی است ، طوری که در مقطع دبیرستان در آزمون های داخلی و مخصوصا نهایی ، به روش حل دانش آموز ( تناسب یا تستی ) امتیازی تعلق نمی گیرد مگر این که از روش خطی ( ضریب تبدیل ) استفاده کرده باشد . در سطح دانشگاه هم چون در کتاب های شیمی تجزیه ، در منابع درسی و حل المسائل ها از روش خطی استفاده شده ، دانشجو و استاد ، خود به خود از روش خطی استفاده می کند . ( از همه مهم تر چیزی که جالبه در پاسخ های تشریحی که در آزمون های آزمایشی ارائه میشه آن هم جهت آمادگی برای کنکور از روش خطی استفاده می شود ، در حالی که نباید این طور باشه !!!! )

روش دوم حل مسئله که در واقع روش حرفه ای حل تست های کنکور است ، استفاده از تکنیک های تستی و گاها تناسب در حل تست های شیمی می باشد . که در این مقاله در باره هر دو روش با ارائه نمونه تمرین بحث خواهیم کرد .

نکته : اگر جرم مولی را خواسته باشند ، کلیشه حل از روش خطی به صورت زیر خواهد بود . $?g=1mol\times \frac{......}{......}$

مثال : غلظت مول بر لیتر محلولی از یک اسید با چگالی 1.2 گرم بر میلی لیتر و درصد وزنی 63 برابر 12 است . جرم مولی این اسید را حساب کنید .

$?g HA=1mol HA\times \frac{1000 ml mahlul}{12 mol HA}\times \frac{1.2 g mahlul}{1 ml mahlul}\times \frac{63 g HA}{100 g mahlul}= 63g$

البته تکنیک تستی این سوال : $C_{m}=\frac{10Pd}{M} \rightarrow M=\frac{10\times 63\times 1.2}{12}=63$

از این تکنیک می توان در آزمایشگاه در فرایند تهیه محلول از محلول نیزاستفاده کرد . در تهیه محلول مول حل شونده تغییر نمی کند ، این حجم محلول است که کم و زیاد می شود ، یعنی : $n_{1}=n_{2}$

مثال : برای تهیه 100 میلی لیتر محلول 0.8 مولار نیتریک اسید ، چند میلی لیتر از محلول غلیظ 63 درصد و با چگالی 0.90 گرم بر میلی لیتر نیاز است ؟

$?mlHNO_{3}mahlul=100 ml\times \frac{0.8 molHNO_{3}}{1000ml} \times \frac{63gHNO_{3}}{1 mol HNO_{3}}\times \frac{100g mahlul}{63 gHNO_{3}}\times \frac{1 ml mahlul}{0.90g mahlul}=8 ml$

و یا می توان از روش تستی زیر استفاده کرد :

$C_{m{1}}.V_{1}=C_{m_2}.V_2 \rightarrow 0.8\times 0.100=\frac{10\times 63\times 0.90}{63}\times V \rightarrow V=0.008Lit Or 8ml$

یعنی 8 میلی لیتر از محلول غلیظ را در بالن 100 میلی لیتری ریخته و با افزودن آب مقطر ، آن را به حجم می رسانیم .

نکته : به دست آوردن حجم مولی یعنی این که یک مول از گاز چند لیتر حجم دارد . $?Lit=1mol gaz\times \frac{......}{......}$

نکته : به دست آوردن چگالی گاز، یعنی این که چند گرم است هر لیتر گاز $?g=1Lit gaz\times \frac{......}{......}$

نکته : هرگاه بخواهیم با روش خطی درصد خلوص یک ماده را بدست بیاریم : $\dpi{120} ?g =100g\times\frac{...........}{..............}$

ارتباط مول ماده $(n)$ با حجم مولی $V_{m}$ : $n=\frac{V}{V_{m}}$ ، ارتباط چگالی گاز با مول آن : $n=\frac{d.V}{M}$

مثال : از واکنش 300 میلی لیتر محلول هیدروکلریک اسید 0/5 مولار با منگنزدی اکسید کافی ، چند لیتر گاز با چگالی 0/71 گرم بر لیتر با بازده درصدی 80 % حاصل می شود ؟ ( Cl=35.5 g/mol ) $MnO_{2}(s)+4HCl(aq))\rightarrow MnCl_2(aq)+Cl_2(g)+2H_{2}O(l)$

ابتدا این سوال را با استفاده از روش خطی حل می کنیم . ( تاکیده شده در آزمون های مدرسه و ترم های دانشگاهی شیمی تجزیه )

$\inline \dpi{150} ?Lit Cl_{2}=300 ml \times \frac{0.5mol HCl}{1000ml}\times \frac{1 mol Cl_{2}}{2 mol HCl}\times \frac{71g Cl_2}{1 mol Cl_{2}}\times \frac{1 Lit}{0.71g}\times \frac{80}{100}= 6 Lit$

و حالا با استفاده از روش تستی : گه برروی گا زکلر و هیدروکلریک اسید خط تناسب می بندیم

$\inline \dpi{120} \frac{0.5\times 0.3\times 0.80}{2}=\frac{0.71\times V}{1\times71} \rightarrow V=6 LIt$

سوال کنکور تجربی 99 : گاز آزاد شده از واکنش کامل 50 گرم از یک نمونه ناخالص منگنز دی اکسید با هیدروکلریک اسید می تواندبا 250 میلی لیتر محلول 2 مولار پتاسیم برمید واکنش دهد . درصد خلوص منگنز دی اکسید در این نمونه کدام است و در این فرایند چند مول $HCl(aq)$ مصرف شده است ؟ ( ناخالصی با اسید واکنش نمی دهد . ) $(O:16 , Mn:55g.mol^{-1})$

(معادله واکنش ها موازنه شود ) $\inline \dpi{120} \left\{\begin{matrix} MnO_{2}(s)+HCl(aq)\rightarrow MnCl_2(aq)+Cl_2(g)+2H_{2}O(l) \\ Cl_{2}(g)+KBr(aq)\rightarrow KCl(aq)+Br_{2}(l) \end{+(g)matrix}\right.$

$?g MnO_{2}=100g nemooneh\times\frac{250 ml}{50g}\times\frac{2mol KBr}{1000ml}\times\frac{1molCl_{2}}{2mol KBr}\times\frac{1 mol MnO_{2}}{1 mol Cl_2}\times\frac{87g MnO_{2}}{1 mol MnO_{2}}=43.5g MnO_{2}$

و روش تستی حل این قسمت : $\frac{50\times P}{1\times87}=\frac{2\times0.25}{2} \rightarrow P=43.5%$

حل تشریحی ( خطی ) قسمت دوم تست کنکور :

$?mol HCl=250ml \times\frac{2molKBr}{1000ml}\times\frac{1mol Cl_{2}}{2molKBr}\times\frac{4molHCl}{1molCl_{2}}=1 mol$

و روش تستی این مرحله به صورت زیر خواهد بود . $\frac{n}{4}=\frac{0.25\times2}{2} \rightarrow n=1mol$

تست کنکور تجربی 99 : در یک فرایند صنعتی تولید اتانول در هر ثانیه 1400 گرم گاز اتن در شرایط مناسب وارد مخزنی از آّب و اسید می شود . در صورتی که بازده این فرایند 80 درصد باشد ، تولید اتانول در این واحد ، به تقریب برابر چند تن در ساعت است ؟

$(C:12 , H:1 , O:16g/mol)$ $C_{2}H_{4}(g)+H_{2}O(l)\overset{H_{2}SO_{4}}{\rightarrow}C_{2}H_{5}OH(aq)$

$?ton=1h\times\frac{3600s}{1h}\times\frac{1400g C_{2}H_{4}}{1s}\times\frac{1molC_{2}H_{4}}{28gC_{2}H_{4}}\times\frac{1molC_{2}H_{5}OH}{1molC_{2}H_{4}}\times\frac{46gC_{2}H_{5}OH}{1molC_{2}H_{5}OH}\times\frac{1 ton}{10^6g}\times\frac{80}{100}=6.62 ton$