سوال ۸۸ · شیمی
کنکور ریاضی ۱۴۰۴ نوبت دوم · سوال ۸۸ · کلید رسمی سازمان سنجش
شیمی · شیمی ۲ · فصل ۱: قدر هدایای زمینی را بدانیم
اگر جرم مولی یک آلکان زنجیری، برابر ۱۱۴ گرم باشد، این ترکیب، دارای چند فرمول ساختاری متفاوت است که در آنها، نسبت شمار گروههای به شمار گروههای ، برابر ۲ باشد؟ ()
نمایش پاسخ و پاسخ تشریحی
پاسخ درست: گزینهٔ ۲ (کلید رسمی سازمان سنجش)
پاسخ تشریحی
نکتهٔ مهم: کلید اعلامشده با صورت سؤال سازگار نیست. شمارش کامل، پنج ساختار به دست میدهد، نه چهار ساختار.
گام اول: تعیین فرمول مولکولی
آلکان زنجیری، هیدروکربنی سیرشده و بدون حلقه است و فرمول عمومی آن است. چهارپیوندی بودن کربن و امکان تشکیل زنجیرهای راست یا شاخهدار در کتاب توضیح داده شده است (شیمی ۲، صفحههای ۳۳–۳۴).
بنابراین جرم مولی آن برابر است با:
پس فرمول مولکولی ترکیب و جرم مولی آن است.
گام دوم: تعیین تعداد گروههای کربنی
تعداد گروههای ، ، و اتمهای کربن بدون هیدروژن را بهترتیب ، ، و مینامیم. از شرط سؤال و شمار اتمها داریم:
با جایگذاری رابطهٔ اول:
چون و نامنفیاند، تنها مقدار صحیح ممکن است. در نتیجه:
پس باید ساختارهایی را پیدا کنیم که چهار گروه ، دو گروه و دو گروه داشته باشند.
گام سوم: نوشتن ساختارهای متفاوت
برای جلوگیری از دوبارهشماری، بلندترین زنجیر را انتخاب میکنیم و جهت شمارهگذاری را درست در نظر میگیریم؛ این همان نکتهٔ مطرحشده در نامگذاری آلکانهای شاخهدار است (شیمی ۲، صفحهٔ ۳۸).
ساختارهای واجد شرط عبارتاند از:
- ـدیمتیلهگزان:
- ـدیمتیلهگزان:
- ـدیمتیلهگزان:
- ـدیمتیلهگزان:
- ـاتیلــمتیلپنتان:
در هر پنج ساختار، نسبت موردنظر برابر است با:
برای اطمینان از کامل بودن شمارش، دو کربنِ دارای گروه را در نظر بگیرید: اگر مستقیماً به هم متصل باشند، سه آرایش متفاوت به دست میآید؛ اگر یک گروه میان آنها باشد، یک آرایش و اگر دو گروه میان آنها باشد، یک آرایش دیگر داریم. بنابراین مجموع برابر است.
در نتیجه، گزینهٔ ۲ احتمالاً از جا افتادن ساختار آخر در شمارش حاصل شده است و کلید ارائهشده نیاز به اصلاح دارد.
پاسخ: گزینهٔ ۳
چرا گزینههای دیگر نادرستاند
- گزینهٔ ۱: شمارش تنها سه ساختار، حاصلِ جا انداختن بعضی آرایشهای شاخههاست. برای شمارش کامل باید علاوه بر دیمتیلهگزانهای مناسب، ساختار دارای شاخههای اتیل و متیل را نیز بررسی کرد.
- گزینهٔ ۳: این گزینه، برخلاف کلیدِ اعلامشده، از نظر شیمیایی درست است: پنج ساختار متفاوت شرط مسئله را دارند. بنابراین نمیتوان برای آن توضیحی بهعنوان گزینهٔ انحرافی نوشت.
- گزینهٔ ۴: رسیدن به شش ساختار میتواند ناشی از دوبارهشماری یک ترکیب با شمارهگذاری از دو سر زنجیر باشد؛ مثلاً ـدیمتیلهگزان همان ـدیمتیلهگزان است، نه یک ساختار تازه.
راهنمایی قدمبهقدم (پیش از دیدن پاسخ)
- تعریف آلکان زنجیری و چهارپیوندی بودن کربن را به یاد بیاورید؛ ابتدا از جرم مولی، فرمول مولکولی را تعیین کنید (شیمی ۲، صفحههای ۳۳–۳۴).
- تعداد گروههای ، ، و کربنهای بدون هیدروژن را بهترتیب با ، ، و نشان دهید. شرط نسبت، رابطهٔ را میدهد؛ آن را همراه با شمار کل کربنها و هیدروژنها به کار ببرید.
- ساختارهای دارای زنجیر اصلی ششکربنی و دو شاخهٔ متیل را بررسی کنید، اما به آنها محدود نشوید؛ زنجیر اصلی پنجکربنی با یک شاخهٔ اتیل و یک شاخهٔ متیل نیز ممکن است شرط را داشته باشد. ساختارهای یکسان با شمارهگذاری معکوس را دوباره نشمارید.