سوال ۹۴ شیمی کنکور ریاضی ۱۴۰۵ با پاسخ تشریحی

چون سؤال «مورد نادرست» را می‌خواهد، ابتدا فرمول مولکولی دو ترکیب را تعیین می‌کنیم و سپس عبارت‌ها را بررسی می‌کنیم.

گام اول: تعیین فرمول مولکولی
در فرمول پیوندـخط، اتم‌های کربن و هیدروژن‌های متصل به آن‌ها معمولاً نوشته نمی‌شوند و باید آن‌ها را با توجه به پیوندها شمارش کرد (شیمی ۲، صفحهٔ ۳۳–۳۴). همچنین کربن می‌تواند حلقه بسازد و به اتم‌هایی مانند نیتروژن و اکسیژن متصل شود (شیمی ۲، صفحهٔ ۳۲–۳۳).

در ترکیب $\mathrm{a}$، دو حلقهٔ بنزنیِ جدا از هم با یک پیوند به یکدیگر متصل‌اند؛ بنابراین در مجموع $12$ اتم کربن داریم. هر حلقه، یک اتصال به حلقهٔ دیگر و یک اتصال به گروه $\mathrm{NH_2}$ دارد؛ پس روی هر حلقه چهار هیدروژن باقی می‌ماند. با افزودن هیدروژن‌های دو گروه آمینو:
$N_{\mathrm H}=2\times4+2\times2=12$
پس فرمول مولکولی آن $\mathrm{C_{12}H_{12}N_2}$ است.

در ترکیب $\mathrm{b}$، دو حلقه جوش‌خورده‌اند و دو کربن مشترک دارند؛ بنابراین شمار کربن‌ها برابر است با:
$N_{\mathrm C}=6+6-2=10$
نفتالن دارای فرمول $\mathrm{C_{10}H_8}$ است. جایگزینی دو هیدروژن حلقه با دو گروه $\mathrm{OH}$، شمار کل هیدروژن‌ها را تغییر نمی‌دهد؛ بنابراین فرمول ترکیب دوم $\mathrm{C_{10}H_8O_2}$ است.

گام دوم: بررسی گزینهٔ اول
معادلهٔ سوختن کامل ترکیب دوم را موازنه می‌کنیم:
$\mathrm{C_{10}H_8O_2+11O_2\rightarrow10CO_2+4H_2O}$
پس به‌ازای مصرف هر مول از این ترکیب، $11\,\mathrm{mol}$ اکسیژن مصرف می‌شود و مجموع مقدار فراورده‌ها برابر است با:
$n_{\text{فراورده‌ها}}=10+4=14\,\mathrm{mol}$
بنابراین گزینهٔ اول درست است.

گام سوم: بررسی گزینهٔ دوم
هر دو ترکیب آروماتیک‌اند؛ اما برای درستی کل عبارت، نسبت شمار اتم‌ها نیز باید درست باشد. مجموع شمار اتم‌ها در هر مولکول برابر است با:
$N_{\mathrm a}=12+12+2=26$
$N_{\mathrm b}=10+8+2=20$
در نتیجه:
$\dfrac{N_{\mathrm a}}{N_{\mathrm b}}=\dfrac{26}{20}=1.3$
این نسبت با مقدار نوشته‌شده در گزینه برابر نیست؛ پس گزینهٔ دوم نادرست است.

گام چهارم: بررسی گزینهٔ سوم
در تعیین عدد اکسایش کربن، هر پیوند $\mathrm{C-H}$ سهم $-1$، هر پیوند یگانهٔ $\mathrm{C-N}$ سهم $+1$ و پیوندهای $\mathrm{C-C}$ سهم صفر دارند.
در ترکیب $\mathrm a$، هشت کربن هرکدام به یک هیدروژن متصل‌اند؛ پس عدد اکسایش هر یک $-1$ است. دو کربنِ متصل به گروه‌های آمینو عدد اکسایش $+1$ دارند و دو کربنِ محل اتصال حلقه‌ها فقط به کربن متصل‌اند و عدد اکسایش آن‌ها صفر است. بنابراین دقیقاً هشت کربن دارای عدد اکسایش منفی‌اند و گزینهٔ سوم درست است.

گام پنجم: بررسی گزینهٔ چهارم
با استفاده از جرم‌های مولی اتمی داده‌شده:
$M_{\mathrm a}=12(12)+12(1)+2(14)=184\,\mathrm{g\,mol^{-1}}$
$M_{\mathrm b}=10(12)+8(1)+2(16)=160\,\mathrm{g\,mol^{-1}}$
پس:
$\Delta M=184-160=24\,\mathrm{g\,mol^{-1}}$
بنابراین گزینهٔ چهارم نیز درست است و تنها عبارت نادرست، گزینهٔ دوم است.

پاسخ: گزینهٔ ۲