سوال ۷۹ شیمی کنکور تجربی ۱۴۰۴ نوبت دوم با پاسخ تشریحی

برای بررسی گزینه‌ها، باید میان «شمار ذره‌ها»، «جرم مولی» و «تغییر جرم بر اثر یون‌شدن» تفاوت بگذاریم.

۱. بررسی اتم و یون روبیدیم
روبیدیم از عنصرهای گروه اول است و مانند دیگر فلزهای این گروه، با از دست دادن یک الکترون به کاتیون پایدار تبدیل می‌شود. الگوی تشکیل کاتیون‌های تک‌بارِ فلزهای این گروه در کتاب آمده است (شیمی ۱، صفحهٔ ۳۷):
$\mathrm{Rb\rightarrow Rb^++e^-}$
در این فرایند، هستهٔ اتم تغییر نمی‌کند. از آنجا که جرم الکترون در مقایسه با جرم اتم بسیار ناچیز است، جرم یک مول اتم روبیدیم با تقریب خوبی با جرم یک مول یون آن برابر است:
$M(\mathrm{Rb})\simeq M(\mathrm{Rb^+})$
بنابراین گزینهٔ ۲ درست است؛ البته این برابری تقریبی است، نه کاملاً دقیق.

۲. بررسی گزینهٔ ۱
نزدیک بودن جایگاه دو عنصر در جدول دوره‌ای، به معنای برابر بودن جرم مولی آن‌ها نیست. جرم مولی مس و روی به‌ترتیب حدود $63.5$ و $65.4\,\mathrm{g\,mol^{-1}}$ است. با صرف‌نظر از جرم الکترون‌های ازدست‌رفته داریم:
$M(\mathrm{Cu^+})\simeq63.5\,\mathrm{g\,mol^{-1}}$
$M(\mathrm{Zn^{2+}})\simeq65.4\,\mathrm{g\,mol^{-1}}$
پس اختلاف جرم مولی این دو عنصر همچنان باقی می‌ماند و در تقریب متداول کتاب، جرم یک مول از این دو یون برابر در نظر گرفته نمی‌شود. نباید تقریبِ برابری جرم «اتم و یون همان عنصر» را به یون‌های دو عنصر متفاوت تعمیم داد.

۳. بررسی گزینهٔ ۳
طبق تعریف مول، یک مول از هر نوع ذره شامل $6.02\times10^{23}$ ذره است (شیمی ۱، صفحهٔ ۱۷). بنابراین:
$N(1\,\mathrm{mol\,Na})=N(1\,\mathrm{mol\,Ca})=N_A$
در نتیجه، نسبت شمار اتم‌های دو نمونه برابر با $1$ است، نه $0.575$. نسبت $\frac{23}{40}=0.575$ نسبت جرم‌های مولی است و برای مقایسهٔ شمار اتم‌ها در دو نمونهٔ یک‌مولی کاربرد ندارد.

۴. بررسی گزینهٔ ۴
برای تبدیل مقدار ماده به جرم، از $m=nM$ و برای تبدیل شمار اتم‌ها به مقدار ماده، از $n=\frac{N}{N_A}$ استفاده می‌کنیم؛ این تبدیل‌ها در بخش شمارش ذره‌ها تمرین شده‌اند (شیمی ۱، صفحه‌های ۱۸–۱۹).

جرم آرگون برابر است با:
$m(\mathrm{Ar})=1.5\,\mathrm{mol}\times40\,\mathrm{g\,mol^{-1}}=60\,\mathrm{g}$

مقدار آلومینیم برابر است با:
$n(\mathrm{Al})=\frac{1.806\times10^{24}}{6.02\times10^{23}\,\mathrm{mol^{-1}}}=3\,\mathrm{mol}$

پس جرم آلومینیم:
$m(\mathrm{Al})=3\,\mathrm{mol}\times27\,\mathrm{g\,mol^{-1}}=81\,\mathrm{g}$

چون $60\,\mathrm{g}<81\,\mathrm{g}$، جرم نمونهٔ آرگون کمتر است و گزینهٔ ۴ نیز نادرست است.

پاسخ: گزینهٔ ۲