سوال ۲۳۹ شیمی کنکور تجربی ۱۴۰۰ با پاسخ تشریحی

گام اول: نوشتن کسر جرمی اکسیژن
در محاسبهٔ جرم یک ترکیب، باید جرم اتمی هر عنصر را در تعداد اتم‌های آن در فرمول ضرب کنیم و حاصل‌ها را جمع بزنیم؛ این روش در تمرین‌های محاسبهٔ جرم ترکیب‌ها نیز به کار می‌رود (شیمی ۱، صفحهٔ ۴۴).
اگر مقدار عددی جرم اتمی عنصر $\mathrm{X}$ را $x$ بگیریم، در یک واحد فرمولی $\mathrm{X_2O_3}$، جرم اکسیژن برابر $3\times16=48\,\mathrm{amu}$ و جرم کل برابر $(2x+48)\,\mathrm{amu}$ است. بنابراین:
$\frac{48}{2x+48}=\frac{2}{7}$
$7\times48=2(2x+48)$
$336=4x+96$
$4x=240\quad\Rightarrow\quad x=60$
پس جرم اتمی عنصر برابر $60\,\mathrm{amu}$ است. یکای جرم اتمی برای بیان جرم اتم‌ها به کار می‌رود (شیمی ۱، صفحه‌های ۱۴–۱۵).

گام دوم: تعیین عدد اتمی
طبق فرض سؤال، عدد جرمی را برابر مقدار عددی جرم اتمی می‌گیریم؛ پس $A=60$. عدد جرمی مجموع شمار پروتون‌ها و نوترون‌هاست. با نمادگذاری شمار پروتون‌ها به صورت $Z$ و شمار نوترون‌ها به صورت $N$ داریم:
$N+Z=60$
چون سؤال فقط «تفاوت» شمار این دو ذره را داده است، رابطهٔ دقیق آن چنین است:
$|N-Z|=6$
اگر $N-Z=6$ باشد:
$Z=\frac{60-6}{2}=27$
اگر $Z-N=6$ باشد:
$Z=\frac{60+6}{2}=33$

گام سوم: تعیین دوره
جدول تناوبی بر اساس افزایش عدد اتمی تنظیم شده است و هر ردیف افقی آن یک دوره نام دارد (شیمی ۱، صفحهٔ ۱۲). دورهٔ چهارم از عدد اتمی $19$ تا $36$ امتداد دارد؛ بنابراین هر دو عدد اتمی $27$ و $33$ در دورهٔ چهارم قرار می‌گیرند. پس ابهام جهت اختلاف پروتون و نوترون، اثری بر پاسخ این سؤال ندارد.
در نتیجه، جرم اتمی عنصر $60\,\mathrm{amu}$ و دورهٔ آن چهارم است.
پاسخ: گزینهٔ ۱