سوال ۹۱ شیمی کنکور تجربی ۱۴۰۴ نوبت دوم با پاسخ تشریحی

۱. معیار ثابت بودن نسبت را مشخص می‌کنیم.
منظور سؤال، نسبت جرم مجموع اتم‌های کربن به جرم مجموع اتم‌های هیدروژن در ترکیب است. برای فرمول $\mathrm{C_nH_m}$، با در نظر گرفتن جرم اتمی نسبی کربن و هیدروژن به‌ترتیب برابر $12$ و $1$ داریم:
$\displaystyle \frac{m_{\mathrm C}}{m_{\mathrm H}}=\frac{12n}{m}$
پس این نسبت زمانی ثابت می‌ماند که نسبت شمار اتم‌های کربن به هیدروژن ثابت باشد.

۲. فرمول عمومی دو خانوادهٔ هیدروکربنی را بررسی می‌کنیم.
کربن چهار پیوند تشکیل می‌دهد و در آلکان‌ها همهٔ پیوندهای کربن یگانه‌اند (شیمی ۲، صفحه‌های ۳۱ تا ۳۴). فرمول عمومی آلکان‌های زنجیرباز $\mathrm{C_nH_{2n+2}}$ است.

• در آلکن زنجیربازِ دارای یک پیوند دوگانه، نسبت به آلکان هم‌کربن، دو اتم هیدروژن کمتر وجود دارد؛ بنابراین فرمول عمومی آن $\mathrm{C_nH_{2n}}$ است.

• در سیکلوآلکان تک‌حلقه‌ای نیز بسته‌شدن زنجیر، شمار هیدروژن‌ها را نسبت به آلکان هم‌کربن دو واحد کم می‌کند؛ پس فرمول عمومی آن $\mathrm{C_nH_{2n}}$ است. ساختار حلقوی و سیرشدهٔ سیکلوهگزان، نمونه‌ای از این الگوست (شیمی ۲، صفحهٔ ۴۳).

در نتیجه برای هر دو خانواده:
$\displaystyle \frac{m_{\mathrm C}}{m_{\mathrm H}}=\frac{12n}{2n}=6$
عامل $n$ حذف می‌شود؛ بنابراین افزایش شمار کربن، نسبت جرمی را تغییر نمی‌دهد.

۳. علت کنارگذاشتن آمین‌ها و آمیدها را بررسی می‌کنیم.
برای اعضای سادهٔ سیرشده، زنجیرباز و تک‌عاملی این خانواده‌ها، فرمول‌های عمومی و نسبت‌ها چنین‌اند:

• آمین‌ها: $\mathrm{C_nH_{2n+3}N}$ و نسبت جرمی $\frac{12n}{2n+3}$.

• آمیدها: $\mathrm{C_nH_{2n+1}NO}$ و نسبت جرمی $\frac{12n}{2n+1}$.

در این دو نسبت، وجود جملهٔ ثابت در مخرج مانع حذف کامل وابستگی به $n$ می‌شود. پس تنها زوجی که هر دو عضو آن شرط سؤال را دارند، آلکن‌ها و سیکلوآلکان‌هاست.

پاسخ: گزینهٔ ۴