سوال ۷۷ شیمی کنکور ریاضی ۱۴۰۳ نوبت اول با پاسخ تشریحی

گام اول: شناسایی عنصرها

برای رسیدن از یون به اتم خنثی، به کاتیون به‌اندازهٔ بارش الکترون اضافه و از آنیون به‌اندازهٔ بارش الکترون کم می‌کنیم. با استفاده از آرایش الکترونی فشرده و ترتیب پرشدن زیرلایه‌ها داریم (شیمی ۱، صفحه‌های ۳۱–۳۲):

• یون $\mathrm{A^+}$ با آرایش $\mathrm{[Ar]}$ دارای $18$ الکترون است؛ پس اتم آن $19$ الکترون دارد و $\mathrm{A=K}$ است.

• یون $\mathrm{E^{3+}}$ با آرایش $\mathrm{[Ar]3d^5}$ دارای $18+5=23$ الکترون است؛ پس عدد اتمی عنصر آن $23+3=26$ و $\mathrm{E=Fe}$ است.

• یون $\mathrm{X^{2-}}$ با آرایش $\mathrm{[Ar]}$ دارای $18$ الکترون است؛ پس اتم آن $18-2=16$ الکترون دارد و $\mathrm{X=S}$ است.

• یون $\mathrm{D^-}$ با آرایش $\mathrm{[Kr]}$ دارای $36$ الکترون است؛ پس اتم آن $36-1=35$ الکترون دارد و $\mathrm{D=Br}$ است.

گام دوم: بررسی عبارت «الف»

عنصرها در جدول تناوبی به‌ترتیب عدد اتمی چیده شده‌اند (شیمی ۱، صفحه‌های ۲۷–۲۸). بنابراین شمار عنصرهای بین پتاسیم و آهن برابر است با:

$26-19-1=6$

آرایش اتم گوگرد نیز $\mathrm{[Ne]3s^2 3p^4}$ است؛ پس در لایهٔ ظرفیت خود $2+4=6$ الکترون دارد. مطابق تعریف کتاب، الکترون‌های لایهٔ بیرونی اتم، الکترون‌های ظرفیت آن هستند (شیمی ۱، صفحه‌های ۳۲–۳۳). بنابراین عبارت «الف» درست است.

گام سوم: بررسی عبارت «ب»

پتاسیم با از دست دادن یک الکترون و گوگرد با گرفتن دو الکترون به آرایش پایدار گاز نجیب می‌رسند؛ این رفتار با توضیح کتاب دربارهٔ تشکیل یون‌ها سازگار است (شیمی ۱، صفحه‌های ۳۵–۳۶). در نتیجه، فرمول ترکیب حاصل $\mathrm{K_2S}$ است:

$\mathrm{2K\rightarrow 2K^++2e^-}$

$\mathrm{S+2e^-\rightarrow S^{2-}}$

در تشکیل هر واحد فرمولی این ترکیب، دو الکترون منتقل می‌شود. پس برای تشکیل $0.2\,\mathrm{mol}$ از آن، مقدار الکترون مبادله‌شده برابر است با:

$n(e^-)=2\times0.2=0.4\,\mathrm{mol}$

$N(e^-)=0.4\times6.02\times10^{23}=2.408\times10^{23}$

این مقدار با $1.806\times10^{24}$ برابر نیست؛ بنابراین عبارت «ب» نادرست است. توجه کنید که الکترون‌های ازدست‌رفتهٔ پتاسیم همان الکترون‌های گرفته‌شدهٔ گوگرد هستند و نباید دوبار شمرده شوند.

گام چهارم: بررسی عبارت «پ»

• گوگرد در دورهٔ سوم است و یون $\mathrm{S^{2-}}$ آرایش آرگون، یعنی گاز نجیب دورهٔ سوم، را دارد.

• برم در دورهٔ چهارم است و یون $\mathrm{Br^-}$ آرایش کریپتون، یعنی گاز نجیب دورهٔ چهارم، را دارد.

• پتاسیم در دورهٔ چهارم است، اما یون $\mathrm{K^+}$ آرایش آرگون، یعنی گاز نجیب دورهٔ سوم، را دارد؛ نه گاز نجیب هم‌دورهٔ خودش.

• یون $\mathrm{Fe^{3+}}$ نیز آرایش $\mathrm{[Ar]3d^5}$ دارد و اصلاً هم‌آرایش گاز نجیب نیست.

رابطهٔ شمارهٔ دوره با لایه‌های الکترونی و شیوهٔ نمایش آرایش گاز نجیب در کتاب توضیح داده شده است (شیمی ۱، صفحه‌های ۲۷–۲۸ و ۳۱–۳۲). پس در میان یون‌های داده‌شده، عبارت «پ» درست است.

گام پنجم: بررسی عبارت «ت»

ترکیب حاصل از یون‌های $\mathrm{Fe^{3+}}$ و $\mathrm{Br^-}$، دارای فرمول $\mathrm{FeBr_3}$ است. حتی اگر ترکیب آهن با بار مثبت دو را نیز در نظر بگیریم، فرمول ترکیب دیگر $\mathrm{FeBr_2}$ خواهد بود.

شمار کل اتم‌ها در هر واحد فرمولی $\mathrm{K_2S}$ برابر $3$ است؛ درحالی‌که این شمار در $\mathrm{FeBr_3}$ و $\mathrm{FeBr_2}$ به‌ترتیب $4$ و $3$ است. بنابراین نسبت موردنظر، برای تعداد برابر واحدهای فرمولی، یکی از مقدارهای زیر خواهد بود:

$\dfrac{4}{3}\qquad\text{یا}\qquad\dfrac{3}{3}=1$

هیچ‌کدام برابر $2$ نیست؛ پس عبارت «ت» نادرست است.

در نتیجه، فقط عبارت‌های «الف» و «پ» درست‌اند.

پاسخ: گزینهٔ ۲