نمونه سوال درصد خلوص با جواب (شیمی یازدهم) – به زبان ساده

درصد خلوص یک ماده میزان ماده خالص را در یک نمونه کلی بر حسب درصد بیان می‌کند. میزان درصد خلوص را با تقسیم نمونه خالص بر میزان کل نمونه ضرب در عدد ۱۰۰ به دست می‌آورند. برای به دست آورده درصد خلوص عموما از کسرهای تبدیل استوکیومتری استفاده می‌شود. در این مطلب از مجله فرادرس، نمونه سوال درصد خلوص با جواب را بررسی می‌کنیم.

در ابتدای این مطلب با مثال‌هایی از نمونه سوال درصد خلوص با جواب آشنا می‌شویم. سپس مفهوم درصد خلوص و روش پیدا کردن آن را می‌آموزیم. در ادامه، انواع نمونه سوال درصد خلوص را بررسی کرده و نقش بازده واکنش در این سوالات را مرور می‌کنیم. در نهایت نمونه سوالات تکمیلی درصد خلوص را حل می‌کنیم. با مطالعه این مطلب تا انتها می‌توانید به شکلی کامل با انواع نمونه سوال درصد خلوص با جواب آشنا شوید.

نمونه سوال درصد خلوص

نمونه سوال‌های درصد خلوص به دانش‌آموزان کمک می‌کنند تا نحوه محاسبه خلوص مواد را در مسائل شیمی بهتر یاد بگیرند. این سوال‌ها معمولا شامل محاسبه جرم، مول، حجم گازها و استفاده از معادلات شیمیایی موازنه‌شده هستند و درک مفاهیمی مانند ماده خالص، ناخالصی و واکنش‌دهنده محدودکننده را تقویت می‌کنند. حل تمرین‌های متنوع درصد خلوص همچنین باعث افزایش مهارت در حل مسائل استوکیومتری و آمادگی بیشتر برای امتحانات می‌شود.

برای محاسبه درصد خلوص، ابتدا باید مقدار ماده خالص موجود در نمونه را از طریق داده‌های مسئله مانند جرم، تعداد مول یا حجم گاز به دست آوریم. سپس، جرم ماده خالص را بر جرم کل نمونه ناخالص تقسیم کرده و حاصل را در ۱۰۰ ضرب می‌کنیم تا درصد خلوص محاسبه شود. در بسیاری از مسائل شیمی، برای پیدا کردن مقدار ماده خالص لازم است از معادلات موازنه‌شده و روابط استوکیومتری استفاده شود.

مثال نمونه سوال درصد خلوص با جواب

برای پاسخ به نمونه سوال درصد خلوص ابتدا باید جرم ماده به دست آمده خالص را بر جرم کل تقسیم کرده و نتیج را در عدد ۱۰۰ ضرب کنیم. برای مثال، به نمونه سوالات زیر دقت کنید.

مثال ۱

اگر یک نمونه از سرب (اا) برمید ۱۵ گرم وزن داشته باشد و میزان ماده خالص آن ۱۳٫۵ گرم باشد، میزان درصد خلوص آن را پیدا کنید.

پاسخ

میزان درصد خلوص این ماده، از راه زیر به دست می‌آید.

$$\frac{13.5g}{15g}\times 100 = 90$$

مثال ۲

یک نمونه ۵۰ گرمی کلسیم کربنات شامل ۴۰ گرم ماده خالص است. میزان درصد خلوص آن را پیدا کنید.

پاسخ

میزان درصد خلوص این ماده از تقسیم جرم خالص بر جرم کل نمونه ضرب در عدد ۱۰۰ به دست می‌آید.

$$\%\text{Purity}=\frac{40}{50}\times100$$

$$=80\%$$

درصد خلوص چیست؟

درصد خلوص مفهومی در شیمی است که برای نشان دادن مقدار ماده خالص موجود در یک نمونه استفاده می‌شود و معمولا به صورت درصد بیان می‌شود. فرمول محاسبه درصد خلوص بسیار ساده است. کافی است جرم ماده خالص را بر جرم کل نمونه تقسیم کرده و سپس نتیجه را در ۱۰۰ ضرب کنیم تا درصد خلوص به دست آید.

برای مثال، اگر نمونه‌ای ۱۰ گرمی از یک ماده داشته باشیم و مشخص شود که ۸ گرم آن ماده خالص موردنظر است، درصد خلوص به صورت زیر محاسبه می‌شود:

درصد خلوص = ۸۰ گرم / ۱۰۰ گرم × ۱۰۰ = ٪۸۰

پیشنهاد می‌کنیم برای درک بهتر مفهوم درصد خلوص و مسائل آن، فیلم آموزش درصد خلوص چیست فرادرس که لینک آن در ادامه آورده شده است را مشاهده کنید.

این نتیجه نشان می‌دهد که نمونه موردنظر ۸۰ درصد خالص است. توجه داشته باشید که منظور از «جرم ماده خالص»، مقدار ماده مطلوب است، در حالی که «جرم کل نمونه» شامل ماده مطلوب و تمامی ناخالصی‌های موجود در آن می‌شود. این محاسبه در شیمی برای تعیین میزان خلوص نمونه‌ها، چه نمونه‌های طبیعی و چه نمونه‌های سنتز شده در آزمایشگاه، کاربرد فراوانی دارد.

یادگیری شیمی یازدهم با فرادرس

برای درک بهتر روش پاسخ به انواع نمونه سوال درصد خلوص شیمی یازدهم نیاز است ابتدا با مفاهیمی چون حل مسائل استوکیومتری، واکنش شیمیایی، قوانین گازها، بازده و موازنه واکنش آشنا شویم. پیشنهاد می‌کنیم برای آشنایی بیشتر با این مفاهیم، به مجموعه فیلم آموزش دروس پایه یازدهم، بخش شیمی مراجعه کنید که با زبانی ساده ولی کاربردی به توضیح این مسائل می‌پردازد.

همچنین با مراجعه به فیلم‌های آموزش فرادرس که در ادامه آورده شده است، می‌توانید به آموزش‌های بیشتری درباره نمونه سوال درصد خلوص دسترسی داشته باشید.

• فیلم آموزش علوم تجربی پایه نهم بخش شیمی فرادرس
• فیلم آموزش آزمایشگاه شیمی عمومی به زبان ساده گواهینامه فرادرس
• فیلم آموزش شیمی آموزش شیمی عمومی ۱ و ۲ مرور و حل مساله فرادرس

روش پیدا کردن درصد خلوص

اگر جرم کل نمونه و جرم ماده خالص موجود در آن مشخص باشد، می‌توان درصد خلوص را محاسبه کرد. این کار به دانشمندان کمک می‌کند میزان موفقیت فرایند سنتز خود را ارزیابی کرده و در صورت نیاز، روش انجام آزمایش را برای افزایش خلوص محصول بهبود دهند.

پیشنهاد می‌کنیم برای مرور فرمول درصد خلوص و سایر مفاهیم شیمی یازدهم، مطلب فرمول‌های شیمی یازدهم در یک نگاه مجله فرادرس که لینک آن در ادامه آورده شده است را مطالعه کنید.

مراحل پیدا کردن درصد خلوص

برای پیدا کردن درصد خلوص یک ماده، نیاز است جرم ماده خالص را در ترکیب پیدا کنیم. این محاسبات ممکن است با توجه به سوال از طریق ۲ مسیر به دست آید. در یک روش ممکن است مقدار جرم فرآورده به دست آمده داده شود و در روش دوم ممکن است میزان خلوص ماده داده شود. در ادامه مراحل پیدا کردن جواب نمونه سوال درصد خلوص را با این دو روش توضیح می‌دهیم.

مثال

برای درک مراحل پیدا کردن درصد خلوص، به مثالی که در ادامه آمده است توجه کنید. یک محلول اشباع لیتیم فلوئورید، شامل ۰٫۱۳۲ گرم لیتیوم فلوئورید در ۱۰۰ گرم آب است. میزان درصد خلوص این محلول چقدر است؟

پاسخ

برای پیدا کردن درصدد خلوص ابتدا میزان جرم ماده خالص را پیدا کرده و سپس بر جرم کل نمونه تقسیم می‌کنیم. در نهایت پاسخ به دست آمده را در عدد ۱۰۰ ضرب می‌کنیم. در این سوال داریم:

• میزان جرم ماده خالص: ۰٫۱۳۲ گرم
• میزان جرم نمونه کل: ۱۰۰ گرم
• درصد خلوص:

$$\frac{0.132g}{100g}\times 100 = 13.2 \text{%} $$

انواع نمونه سوال درصد خلوص با جواب

در قسمت قبل با مراحل پاسخ به انواع نمونه سوال درصد خلوص آشنا شدیم. برای به دست آوردن درصد خلوص باید جرم ماده خالص را پیدا کنیم. جرم ماده خالص را می‌توان با استفاده از جرم فرآورده تشکیل شده به دست آورد. برای این کار باید از ضرایب تبدیل استوکیومتری، نسبت‌های مولی و جرم مولی مواد استفاده کنیم. برای درک بهتر اینگونه سوالات، به روش زیر دقت کنید.

روش اول: با استفاده از جرم فرآورده

در صورتی که در یک سوال جرم فرآورده یک واکنش داده شده و درصد خلوص واکنش‌دهنده خواسته شده باشد، نیاز است با محاسبات استوکیومتری، جرم واکنش‌دهنده خالص به دست آمده و بر جرم نمونه اولیه تقسیم شده و در ۱۰۰ ضرب شود تا درصد خلوص به دست آید.

به دست آوردن جرم واکنش دهنده خالص با استفاده از محاسبات استوکیومتری، با کسر تبدیل‌های استوکیومتری جرم مولی، نسبت مولی و ... به دست می‌آید. در واقع، میزان جرم فرآورده‌ای که از واکنش به دست می‌آید، حاصل از واکنش واکنش‌دهنده خالص خواهد بود. به همین دلیل است که جرم ماده خالص را می‌توان به راحتی با استفاده از آن به دست آورد.

مثال ۱

یک نمونه ناخالص کلسیم هیدروکسید با جرم ۹۰ گرم به شکل کامل با اسید کلریدریک اضافی واکنش داده و ۱۱۱ گرم کلسیم کلرید تولید می‌کند. اگر معادله واکنش به شکل زیر باشد، میزان درصد خلوص نمونه را پیدا کنید. (جرم مولی کلسیم هیدروکسید برابر با ۷۴ گرم بر مول و جرم مولی کلرسیم کلرید برابر با ۱۱۱ گرم بر مول است.)

$$Ca(OH)_2+2HCl\rightarrow CaCl_2+2H_2O$$

پاسخ

برای درک بهتر نوع سوال بهتر است ابتدا داده‌ها و مجهول سوال را بیابیم.

• جرم کلسیم هیدروکسید ناخالص: ۹۰ گرم
• جرم کلسیم کلرید (فرآورده) : ۱۱۱ گرم
• مجهول: جرم خالص کلسیم کلرید

ابتدا نیاز است با استفاده از جرم فرآورده، جرم واکنش‌دهنده خالص را به دست آوریم. برای این کار با ضرب جرم کلسیم کلرید، تعداد مول آن را به دست می‌آوریم. سپس با استفاده از نسبت مولی و جرم مولی کلسیم هیدروکسید، جرم خالص (واکنش داده) آن به دست می‌آید.

$$111\,g\,CaCl_2\times\frac{1\,mol\,CaCl_2}{111\,g\,CaCl_2}\times\frac{1\,mol\,Ca(OH)_2}{1\,mol\,CaCl_2}\times\frac{74\,g\,Ca(OH)_2}{1\,mol\,Ca(OH)_2}=74\,g\,Ca(OH)_2$$

سپس برای به دست آوردن درصد خلوص، جرم ماده خالص را بر جرم نمونه تقسیم کرده و پاسخ را در عدد ۱۰۰ ضرب می‌کنیم.

$$\%\text{Purity}=\frac{74\,g}{90\,g}\times100=82.2\%$$

مثال ۲

یک نمونه ناخالص آلومینیوم هیدروکسید با جرم ۱۲۰ گرم به طور کامل با اسید سولفوریک اضافی واکنش داده و ۱۷۱ گرم آلومینیوم سولفات تولید می‌کند. اگر معادله واکنش به شکل زیر باشد، میزان درصد خلوص نمونه را محاسبه کنید. (جرم مولی آلومینیوم هیدروکسید برابر با ۷۸ گرم بر مول و جرم مولی آلومینیوم سولفات برابر با ۳۴۲ گرم بر مول است.)

$$2Al(OH)_3+3H_2SO_4\rightarrow Al_2(SO_4)_3+6H_2O$$

پاسخ

برای درک بهتر سوال ابتدا داده‌ها و مجهول را مشخص می‌کنیم.

• جرم آلومینیوم هیدروکسید ناخالص: ۱۲۰ گرم
• جرم آلومینیوم سولفات (فرآورده): ۱۷۱ گرم
• مجهول: درصد خلوص آلومینیوم هیدروکسید

ابتدا باید با استفاده از جرم فرآورده، جرم خالص واکنش‌دهنده را پیدا کنیم. برای این کار جرم آلومینیوم سولفات را به مول تبدیل می‌کنیم. سپس با استفاده از نسبت مولی و جرم مولی آلومینیوم هیدروکسید، جرم خالص آن را محاسبه می‌کنیم.

$$171\,g\,Al_2(SO_4)_3\times\frac{1\,mol\,Al_2(SO_4)_3}{342\,g\,Al_2(SO_4)_3}\times\frac{2\,mol\,Al(OH)_3}{1\,mol\,Al_2(SO_4)_3}\times\frac{78\,g\,Al(OH)_3}{1\,mol\,Al(OH)_3}=78\,g\,Al(OH)_3$$

سپس برای محاسبه درصد خلوص، جرم ماده خالص را بر جرم نمونه تقسیم کرده و در ۱۰۰ ضرب می‌کنیم.

$$\%\text{Purity}=\frac{78\,g}{120\,g}\times100=65\%$$

نوع دوم: محاسبه جرم ماده خالص

در برخی از سوالات، خلوص ماده داده شده و جرم ماده خالص خواسته می‌شود. در این صورت نیاز است تا میزان خلوص را بر عدد ۱۰۰ تقسیم کرده و در جرم نمونه اولیه ضرب کنیم.

جرم ماده خالص = خلوص / ۱۰۰ × جرم نمونه

در قسمت‌های قبل آموختیم یکی از انواع نمونه سوال درصد خلوص، یافتن جرم ماده خالص با استفاده از خلوص و جرم نمونه اولیه است. برای درک بهتر این نوع نمونه سوال درصد خلوص با جواب آن‌ها، به مثال‌های زیر دقت کنید.

مثال ۱

واکنش منیزیم هیدروکسید و فسفریک اسید به روش زیر انجام می‌شود.

$$3Mg(OH)_2+2H_3PO_4\rightarrow Mg_3(PO_4)_2+6H_2O$$

اگر میزان خلوص منیزیم هیدرکسید ۸۸٫۵ باشد، میزان جرم منیزیم هیدروکسید مورد نیاز برای تولید ۱۲۷ گرم منیزیم فسفات را محاسبه کنید.

جرم مولی ترکیبات:

$$M_{Mg(OH)_2}=58\,\frac{g}{mol}$$

$$M_{Mg_3(PO_4)_2}=262\,\frac{g}{mol}$$

پاسخ

ابتدا جرم خالص منیزیم هیدروکسید مورد نیاز را با استفاده از استوکیومتری محاسبه می‌کنیم:

$$127\,g\,Mg_3(PO_4)_2\times\frac{1\,mol\,Mg_3(PO_4)_2}{262\,g\,Mg_3(PO_4)_2}\times\frac{3\,mol\,Mg(OH)_2}{1\,mol\,Mg_3(PO_4)_2}\times\frac{58\,g\,Mg(OH)_2}{1\,mol\,Mg(OH)_2}=84.3\,g\,Mg(OH)_2$$

سپس با استفاده از درصد خلوص، جرم نمونه ناخالص را محاسبه می‌کنیم:

$$\frac{84.3\,g\,Mg(OH)_2\times100}{88.5}=95.3\,g\,$$

مثال ۲

یک نمونه پتاسیم اکسید ۵۹٫۳ درصد خالص است. اگر واکنش آن با کربن دی اکسید به شکل زیر باشد، میزان جرم پتاسیم کربنات تولیدی را محاسبه کنید.

$$K_2O + CO_2 \rightarrow K_2CO_3$$

جرم مولی ترکیبات:

$$M_{K_2O}=94\,\frac{g}{mol}$$

$$M_{K_2CO_3}=138\,\frac{g}{mol}$$

پاسخ

ابتدا جرم خالص پتاسیم اکسید را حساب می‌کنیم:

$$\frac{59.3}{100}\times 150\,g\,K_2O = 88.95\,g\,K_2O$$

سپس میزان فراورده را با استفاده از این جرم به دست می‌آوریم.

$$88.95\,g\,K_2O\times\frac{1\,mol\,K_2O}{94\,g\,K_2O}\times\frac{1\,mol\,K_2CO_3}{1\,mol\,K_2O}\times\frac{138\,g\,K_2CO_3}{1\,mol\,K_2CO_3}=130.6\,g\,K_2CO_3$$

نوع سوم: محاسبه فرآورده واکنش

در برخی از انواع نمونه سوال درصد خلوص، میزان جرم ماده اولیه و درصد خلوص آن داده می‌شود و میزان فرآورده تولیدی خواسته می‌شود. در این نوع سوالات، با ضرب خلوص ماده در جرم آن، جرم ماده خالص به دست آمده و سپس با استفاده از روابط استوکیومتری می‌توانیم جرم فرآورده واکنش را محاسبه کنیم.

در پاسخ به این سوالات باید دقت داشته باشیم معادله واکنش شیمیایی موازنه شده باشد. برای درک بهتر روش موازنه واکنش‌ها پیشنهاد می‌کنیم مطلب نمونه سوال موازنه شیمی دهم با جواب را مطالعه کنید.

مثال

کیسه‌های هوای ماشین‌ها زمانی فعال می‌شوند که سدیم آزید جامد ($$NaN_3$$) به شکل انفجاری به مواد تشکیل دهنده‌اش تجزیه شود. اگر ۱۲۰ گرم سدیم آزید ۸۵ درصد داشته باشیم، چه حجمی از گاز نیتروژن تولید می‌شود؟

$$2NaN_3(s)\rightarrow 2Na(s)+3N_2(g)$$

• جرم مولی سدیم آزید: $$M_{NaN_3}=23+3(14)=65\,\frac{g}{mol}$$

پاسخ

برای پاسخ به این نوع سوالات ابتدا باید جرم ماده خالص را به کمک درصد خلوص پیدا کنیم. برای این کار کافی است خلوص ماده را در جرم کل نمونه اولیه ضرب کنیم.

$$\frac{85}{100}\times 120 \text {g} \: NaN_3 = 102 \text {g} \: NaN_3$$

سپس با استفاده از محاسبات استوکیومتری، میزان فرآورده تولیدی را به دست می‌آوریم.

$$102\,g\,NaN_3\times\frac{1\,mol\,NaN_3}{65\,g\,NaN_3}\times\frac{3\,mol\,N_2}{2\,mol\,NaN_3}\times\frac{22.4\,L\,N_2}{1\,mol\,N_2}=52.7\,L\,N_2$$

بازده واکنش

بازده تئوری (Theoretical Yield)، حداکثر مقدار محصولی است که بر اساس معادله شیمیایی موازنه‌شده و با استفاده از واکنش‌دهنده محدودکننده محاسبه می‌شود. بازده واقعی (Actual Yield)، مقدار محصولی است که در عمل و در آزمایشگاه به دست می‌آید. بازده درصدی، (Percentage Yield)، بازده واقعی را با بازده تئوری مقایسه می‌کند:

بازده درصدی = بازده واقعی / بازده تئوری × ۱۰۰

ارتباط بازده واکنش و درصد خلوص

درصد خلوص و بازده واکنش دو مفهوم مهم در استوکیومتری هستند که به مقدار واقعی ماده در واکنش مربوط می‌شوند، اما هر کدام در مرحله متفاوتی تاثیر دارند. درصد خلوص مشخص می‌کند چه بخشی از یک نمونه، ماده موردنظر است و چه بخشی ناخالصی می‌باشد. برای مثال، اگر ۱۰۰ گرم سدیم کربنات با خلوص ٪۸۵ داشته باشیم، یعنی فقط ۸۵ گرم آن سدیم کربنات خالص است و بقیه ناخالصی است. به همین دلیل، در محاسبات شیمیایی باید فقط مقدار خالص ماده را وارد واکنش کنیم.

پس از مشخص شدن مقدار خالص واکنش‌دهنده، می‌توان مقدار محصول مورد انتظار را با استفاده از استوکیومتری محاسبه کرد. این مقدار را بازده نظری می‌نامند. اما در عمل، واکنش‌ها معمولا به‌طور کامل انجام نمی‌شوند و همیشه مقداری از مواد هدر می‌رود یا واکنش ناقص می‌ماند. به همین دلیل، مقدار واقعی محصول کمتر از مقدار نظری خواهد بود. ارتباط درصد خلوص و بازده در این است که درصد خلوص ابتدا مقدار واقعی ماده قابل واکنش را تعیین می‌کند و سپس بازده واکنش مشخص می‌کند چه مقدار از محصول مورد انتظار واقعا تولید شده است. بنابراین اگر ماده اولیه ناخالص باشد، مقدار محصول نظری کاهش پیدا می‌کند و بعد بازده واکنش روی همان مقدار نظری اثر می‌گذارد.

مثال بازده درصدی در نمونه سوال درصد خلوص با جواب

برای درک مفاهیم ارائه شده در قسمت قبل، به مثال‌های زیر دقت کنید.

مثال ۱

نمونه‌ای ۱۲۰ گرمی از کلسیم کربنات با خلوص ٪۸۵ طی واکنش زیر تجزیه می‌شود. اگر بازده واقعی تولید کلسیم اکسید برابر با ۴۵ گرم باشد، میزان بازده درصدی واکنش را محاسبه کنید.

$$CaCO_3\rightarrow CaO+CO_2$$

پاسخ

برای پاسخ به این سوال، ابتدا جرم خالص کلسیم کربنات را محاسبه می‌کنیم.

$$120\,g\times\frac{85}{100}=102\,g\,CaCO_3$$

سپس بازده تئوری کلسیم اکسید را با استفاده از استوکیومتری به دست می‌آوریم.

$$102\,g\,CaCO_3\times\frac{1\,mol\,CaCO_3}{100\,g\,CaCO_3}\times\frac{1\,mol\,CaO}{1\,mol\,CaCO_3}\times\frac{56\,g\,CaO}{1\,mol\,CaO}=57.1\,g\,CaO$$

اکنون بازده درصدی را حساب می‌کنیم.

$$\%\text{Yield}=\frac{45\,g}{57.1\,g}\times100=78.8\%$$

مثال ۲

یک نمونه ۲۰۰ گرمی آهن(III) اکسید با خلوص ٪۹۰ طبق واکنش زیر احیا می‌شود. اگر جرم واقعی آهن تولید شده ۱۰۰ گرم باشد، بازده درصدی واکنش را به دست آورید.

$$Fe_2O_3+3CO\rightarrow2Fe+3CO_2$$

پاسخ

مانند سوال قبل، ابتدا جرم خالص اکسید آهن را به دست می‌آوریم.

$$200\,g\times\frac{90}{100}=180\,g\,Fe_2O_3$$

سپس بازده تئوری آهن را حساب می‌کنیم.

$$180\,g\,Fe_2O_3\times\frac{1\,mol\,Fe_2O_3}{160\,g\,Fe_2O_3}\times\frac{2\,mol\,Fe}{1\,mol\,Fe_2O_3}\times\frac{56\,g\,Fe}{1\,mol\,Fe}=126\,g\,Fe$$

اکنون بازده درصدی را حساب می‌کنیم.

$$\%\text{Yield}=\frac{100\,g}{126\,g}\times100=79.4\%$$

مثال ۳

نمونه‌ای ناخالص ۱۵۰ گرمی از سدیم هیدروژن کربنات طبق واکنش زیر تجزیه می‌شود. اگر بازده درصدی واکنش ٪۸۵ بوده و ۱۳٫۴ لیتر گاز کربن دی اکسید در شرایط استاندارد تولید شود، درصد خلوص نمونه را محاسبه کنید.

$$2NaHCO_3\rightarrow Na_2CO_3+CO_2+H_2O$$

پاسخ

ابتدا حجم تئوری کربن دی اکسید را محاسبه می‌کنیم.

$$\text{Theoretical Yield}=\frac{13.4\,L\times100}{85}=15.8\,L\,CO_2$$

سپس جرم خالص سدیم هیدروژن کربنات را پیدا می‌کنیم.

$$15.8\,L\,CO_2\times\frac{1\,mol\,CO_2}{22.4\,L\,CO_2}\times\frac{2\,mol\,NaHCO_3}{1\,mol\,CO_2}\times\frac{84\,g\,NaHCO_3}{1\,mol\,NaHCO_3}=118\,g\,NaHCO_3$$

در نهایت برای محاسبه درصد خلوص، جرم خالص را بر جرم نمونه تقسیم می‌کنیم.

$$\%\text{Purity}=\frac{118\,g}{150\,g}\times100=78.7\%$$

برای درک بهتر نمونه سوال درصد خلوص و بازده درصدی شیمی یازدهم، به تمرین‌های زیر پاسخ دهید.

نمونه سوال درصد خلوص ساده

نمونه سوال درصد خلوص ساده، سوالاتی هستند که در آن‌ها جرم ماده خالص و کل نمونه داده می‌شود. برای درک بهتر روش پاسخ به نمونه سوال درصد خلوص، به مثال‌های زیر دقت کنید.

مثال ۱

یک نمونه ۲۵۰ گرمی از سدیم کلرید شامل ۲۱۲٫۵ گرم سدیم کلرید خالص است. میزان درصد خلوص این نمونه را محاسبه کنید.

پاسخ

برای حل این نوع سوالات کافی است جرم ماده خالص را بر جرم کل نمونه تقسیم کرده و حاصل را در ۱۰۰ ضرب کنیم.

$$\%\text{Purity}=\frac{212.5\,g}{250\,g}\times100=85\%$$

مثال ۲

یک نمونه ۸۰ گرمی از کلسیم کربنات شامل ۶۴ گرم کلسیم کربنات خالص است. درصد خلوص این نمونه را به دست آورید.

پاسخ

در این سوال ابتدا جرم ماده خالص را بر جرم کل نمونه تقسیم می‌کنیم و سپس پاسخ را در ۱۰۰ ضرب می‌کنیم.

$$\%\text{Purity}=\frac{64\,g}{80\,g}\times100=80\%$$

برای درک بهتر انواع نمونه سوال درصد خلوص ساده با جواب، به تمرین زیر پاسخ دهید.

نمونه سوال درصد خلوص با استوکیومتری

در قسمت‌های قبلی آموختیم انواع نمونه سوال درصد خلوص با جواب چه مواردی هستند. نمونه سوالات استوکیومتری شامل درصد خلوص، عموما شامل جرم نمونه و خلوص آن هستند و میزان فرآورده تولید شده به عنوان پاسخ سوال درخواست می‌شود. برای درک بهتر این نوع نمونه سوال درصد خلوص به سوالات زیر دقت کنید.

مثال ۱

چه حجمی از گاز کلر در شرایط استاندارد تولید می‌شود اگر ۳۹٫۸ گرم پتاسیم کلرید ٪۸۴ طی واکنش زیر با گا زکلر اضافی واکنش دهد؟

$$2KCl\rightarrow 2K+Cl_2$$

جرم مولی پتاسیم کلرید:

• $$M_{KCl}=39+35.5=74.5\,\frac{g}{mol}$$

پاسخ

در این نوع سوالات ابتدا باید جرم ماده خالص واکنش داده را با استفاده از ضرب درصد خلوص در جرم نمونه کلی به دست آوریم.

$$\frac{84}{100}\times 39.8 \text {g} \: KCl = 33.43 \text {g} \: KCl$$

سپس میزان فرآورده (حجم گاز کلر) با استفاده از کسرهای تبدیل استوکیومتری جرم مولی پتاسیم کلرید، نسبت مولی پتاسیم کلرید و کلر و در نهایت حجم مولی گاز کلر در شرایط استاندارد، محاسبه می‌شود.

$$33.43\,g\,KCl\times\frac{1\,mol\,KCl}{74.5\,g\,KCl}\times\frac{1\,mol\,Cl_2}{2\,mol\,KCl}\times\frac{22.4\,L\,Cl_2}{1\,mol\,Cl_2}=5.02\,L\,Cl_2$$

مثال ۲

واکنش ترمیت که واکنش بسیار گرماده است که دمایی در حدود ۲۵۰۰ درجه سانتی گراد تولید می‌کند. این دمای بالا در گذشته برای جوشکاری آهن در راه‌آهن‌ها استفاده می‌شد.

$$Fe_2O_3+2Al\rightarrow Al_2O_3+2Fe$$

اگر ۲٫۴۴ گرم از ماده آلومینیوم ٪۹۵ در این واکنش مصرف شود، چند گرم آلومینیوم اکسید تولید می‌شود؟

جرم مولی ترکیبات:

• $$M_{Al}=27\,\frac{g}{mol}$$
• $$M_{Al_2O_3}=2(27)+3(16)=102\,\frac{g}{mol}$$

پاسخ

مانند سوال قبل، ابتدا میزان درصد خلوص را در جرم نمونه کلی ضرب می‌کنیم تا میزان ماده خالص به دست آید.

$$\frac{95}{100}\times 2.44 \text {g} \: Al = 2.31 \text {g} \: Al$$

سپس با استفاده از جرم مولی آلومینیوم و آلومینیوم اکسید و نسبت مولی آن‌ها، میزان فرآورده مشخص می‌شود.

$$2.31\,g\,Al\times\frac{1\,mol\,Al}{27\,g\,Al}\times\frac{1\,mol\,Al_2O_3}{2\,mol\,Al}\times\frac{102\,g\,Al_2O_3}{1\,mol\,Al_2O_3}=4.36\,g\,Al_2O_3$$

مثال ۳

یک نمونه ۱۸۰ گرمی کلسیم کربنات با خلوص ٪۷۵ تحت حرارت قرار می‌گیرد و طبق واکنش زیر تجزیه می‌شود:

$$CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2$$

اگر تمام کربنات کلسیم خالص واکنش دهد، چه حجمی از گاز کربن دی امسید در شرایط استاندارد تولید می‌شود؟

پاسخ

ابتدا جرم خالص ماده را به دست می‌آوریم.

$$180\,g \times \frac{75}{100} = 135\,g\,CaCO_3$$

سپس مول کلسیم کربنات را به دست می‌آوریم.

$$135\,g\,CaCO_3 \times \frac{1\,mol}{100\,g} = 1.35\,mol\,CaCO_3$$

با استفاده از نسبت مولی و حجم مولی گاز، حجم کربن دی اکسید تولیدی به دست می‌آید.

$$1\,mol\,CaCO_3 \rightarrow 1\,mol\,CO_2$$

$$1.35\,mol \times 22.4\,\frac{L}{mol} = 30.2\,L\,CO_2$$

مثال ۴

یک نمونه پتاسیم دی اکسید با جرم ۱۵۰ گرم با کربن دی اکسید واکنش داده و ۸۹٫۷ گرم پتاسیم کربنات تولید کرده است. میزان درصد خلوص این نمونه را محاسبه کنید.

جرم مولی ترکیبات:

• $$M_{KO_2}=39+2(16)=71\,\frac{g}{mol}$$
• $$M_{K_2CO_3}=2(39)+12+3(16)=138\,\frac{g}{mol}$$

پاسخ

ابتدا جرم خالص پتاسیم دی اکسید را از طریق استوکیومتری محاسبه می‌کنیم.

$$89.7\,g\,K_2CO_3\times\frac{1\,mol\,K_2CO_3}{138\,g\,K_2CO_3}\times\frac{4\,mol\,KO_2}{2\,mol\,K_2CO_3}\times\frac{71\,g\,KO_2}{1\,mol\,KO_2}=92.3\,g\,KO_2$$

سپس درصد خلوص نمونه را به دست می‌آوریم.

$$\frac{92.3\,g\,KO_2}{150\,g\,sample}\times100=61.5\%$$

مثال ۵

اگر ۷۲٫۱ گرم اکسید آهن (اا) طی واکنش زیر، ۱۲٫۹ گرم آهن تولید کند، میزان درصد خلوص آن چقدر بوده است؟

$$Fe_2O_3+3CO\rightarrow 2Fe+3CO_2$$

جرم مولی ترکیبات:

• $$M_{Fe_2O_3}=2(56)+3(16)=160\,\frac{g}{mol}$$
• $$M_{Fe}=56\,\frac{g}{mol}$$

پاسخ

ابتدا جرم خالص اکسید آهن را با استفاده از جرم آهن تولید شده محاسبه می‌کنیم.

$$12.9\,g\,Fe\times\frac{1\,mol\,Fe}{56\,g\,Fe}\times\frac{1\,mol\,Fe_2O_3}{2\,mol\,Fe}\times\frac{160\,g\,Fe_2O_3}{1\,mol\,Fe_2O_3}=18.4\,g\,Fe_2O_3$$

سپس درصد خلوص نمونه را به دست می‌آوریم:

$$\frac{18.4\,g\,Fe_2O_3}{72.1\,g\,sample}\times100=25.5\%$$

برای درک بهتر نمونه سوال درصد خلوص استوکیومتری با جواب، به تمرین‌های زیر پاسخ دهید.

آزمون سنجش یادگیری

برای درک بهتر آنچه در این مطلب از مجله فرادرس آموختید و برای تشخیص بهتر روش حل نمونه سوال درصد خلوص و جواب آن ها، به سوالات زیر پاسخ دهید. در نهایت می‌توانید با کلیک بر روی گزینه «دریافت نتیجه آزمون»‌ تعداد پاسخ‌های صحیح و نمره خود را مشاهده کنید.