حل تمرین دوره ای فصل اول شیمی دهم - سوال 12 تا 16

پاسخ و توضیح تمرین 12 تمرین دوره ای فصل اول شیمی دهم این تمرین در مورد نوشتن فرمول‌های شیمیایی با استفاده از **قواعد یون‌های پایدار** است. با محدود کردن خود به $\mathbf{18}$ عنصر اول (به جز $\mathbf{Be, B, Al}$)، می‌توانیم یون‌های $\mathbf{+1, +2, -3, -2, -1}$ را در نظر بگیریم و فرمول‌ها را بسازیم. --- ## یون‌های مجاز (از $\mathbf{18}$ عنصر اول، به جز استثنائات) | عنصر | گروه | یون پایدار | | :---: | :---: | :---: | | $\mathbf{Li, Na, K}$ | $\mathbf{1}$ | $\mathbf{X^+}$ (بار $\mathbf{+1}$) | | $\mathbf{Mg, Ca}$ | $\mathbf{2}$ | $\mathbf{X^{2+}}$ (بار $\mathbf{+2}$) | | $\mathbf{N}$ | $\mathbf{15}$ | $\mathbf{Y^{3-}}$ (بار $\mathbf{-3}$) | | $\mathbf{O, S}$ | $\mathbf{16}$ | $\mathbf{Y^{2-}}$ (بار $\mathbf{-2}$) | | $\mathbf{F, Cl}$ | $\mathbf{17}$ | $\mathbf{Y^-}$ (بار $\mathbf{-1}$) | --- ## آ) فرمول عمومی $\mathbf{XY}$ (نسبت $\mathbf{1:1}$) برای داشتن نسبت $\mathbf{1:1}$، کاتیون ($athbf{X}$) و آنیون ($athbf{Y}$) باید **بار برابر** داشته باشند (مثلاً $\mathbf{+1}$ و $\mathbf{-1}$ یا $\mathbf{+2}$ و $\mathbf{-2}$). * **مثال 1 ($athbf{+1, -1}$):** $\mathbf{Na^+} + \mathbf{Cl^-} \rightarrow \mathbf{NaCl}$ (سدیم کلرید) * **مثال 2 ($athbf{+2, -2}$):** $\mathbf{Mg^{2+}} + \mathbf{S^{2-}} \rightarrow \mathbf{MgS}$ (منیزیم سولفید) --- ## ب) فرمول عمومی $\mathbf{X_2Y}$ (نسبت $\mathbf{2:1}$) برای داشتن نسبت $\mathbf{2:1}$، بار $athbf{Y}$ باید **دو برابر** بار $athbf{X}$ باشد. ($athbf{2 \times (+1) = -2}$). * **مثال 1:** $\mathbf{X^+}$ با $\mathbf{Y^{2-}}$. (مثل $\mathbf{Li^+} + \mathbf{O^{2-}}$) * **نتیجه:** $\mathbf{Li_2O}$ (لیتیوم اکسید) --- ## پ) فرمول عمومی $\mathbf{XY_2}$ (نسبت $\mathbf{1:2}$) برای داشتن نسبت $\mathbf{1:2}$، بار $athbf{X}$ باید **دو برابر** بار $athbf{Y}$ باشد. ($athbf{1 \times (+2) = 2 \times (-1)}$). * **مثال 1:** $\mathbf{X^{2+}}$ با $\mathbf{Y^-}$. (مثل $\mathbf{Ca^{2+}} + \mathbf{F^-}$) * **نتیجه:** $\mathbf{CaF_2}$ (کلسیم فلوئورید) --- ## ت) فرمول عمومی $\mathbf{X_3Y}$ (نسبت $\mathbf{3:1}$) برای داشتن نسبت $\mathbf{3:1}$، بار $athbf{Y}$ باید **سه برابر** بار $athbf{X}$ باشد. ($athbf{3 \times (+1) = -3}$). * **مثال 1:** $\mathbf{X^+}$ با $\mathbf{Y^{3-}}$. (مثل $\mathbf{Na^+} + \mathbf{N^{3-}}$) * **نتیجه:** $\mathbf{Na_3N}$ (سدیم نیترید)

پاسخ و توضیح تمرین 13 تمرین دوره ای فصل اول شیمی دهم این تمرین یک مثال واقعی از کاربرد **طیف نشری خطی** در باستان‌شناسی و شیمی تجزیه است. طیف نشری، اثر انگشت منحصر به فرد هر عنصر است. 🔍 --- ## آ) تشخیص فلزهای موجود در سفال **روش کار:** برای تشخیص عناصر موجود در نمونه‌ی سفالی، باید خطوط طیف نشری «نمونه» را با خطوط طیف‌های عنصرهای مرجع مقایسه کنیم. عنصری در نمونه وجود دارد که **تمام خطوط آن** بر خطوط نمونه منطبق باشد. ### تحلیل بصری طیف‌ها 1. **مقایسه با فلزات تکی:** * **آهن و جیوه:** خطوط طیف نمونه به خطوط طیف آهن یا جیوه شباهت بسیار کمی دارد. * **مس:** خطوط طیف مس (به ویژه در ناحیه‌ی $500 \text{ nm}$) با خطوط نمونه منطبق است. * **کروم:** خطوط طیف کروم (به ویژه در ناحیه‌ی $300 \text{ nm}$ تا $400 \text{ nm}$) نیز با خطوط نمونه منطبق است. * **کلسیم:** خطوط کلسیم در طیف نمونه مشاهده نمی‌شود. 2. **مقایسه با ترکیبات طیفی:** * طیف $\mathbf{\text{مس و کروم}}$ مجموعه‌ای از خطوط است که **کاملاً** بر خطوط موجود در طیف «نمونه» منطبق است. **نتیجه‌گیری:** فلزهایی که در این سفال وجود دارند، **مس و کروم** هستند. (زیرا طیف نشری نمونه، ترکیبی از خطوط نشری مس و کروم است). --- ## ب) طیف‌های نشری خطی نمونه‌های مجهول در این قسمت از حل، به ما داده‌های طول موج‌ها داده شده است، اما برای تشخیص عنصر نیاز به یک جدول یا نمودار مرجع از طول موج‌های عناصر (مانند $\mathbf{Cu, Cr, Ca, Fe, Hg}$) داریم تا ببینیم کدام طول موج‌ها با نمونه‌ی 1 و 2 منطبق هستند. **راهبرد پاسخ (مفهومی):** * **نمونه 1:** به احتمال قوی این طول موج‌ها مربوط به عنصری است که خطوط کمی در طیف مرئی دارد. باید تمام این طول موج‌ها را با طول موج‌های نشری عناصر در یک جدول مرجع مقایسه کرد. * **نمونه 2:** این نمونه تعداد خطوط بسیار بیشتری دارد، که نشان‌دهنده‌ی یک عنصر پیچیده‌تر با الکترون‌های بیشتر در لایه‌های مختلف است. (مانند عناصر واسطه یا قلیایی خاکی با خطوط بسیار). **نکته علمی:** در نبود جدول مرجع، نمی‌توان عنصرها را به طور قطعی شناسایی کرد. اما روش علمی همان مقایسه‌ی دقیق تمام طول موج‌های ثبت شده با طول موج‌های استاندارد هر عنصر است. 💡

پاسخ و توضیح تمرین 14 تمرین دوره ای فصل اول شیمی دهم این تمرین با استفاده از **آرایش الکترون-نقطه‌ای**، **قاعده‌ی هشتایی** و **موقعیت تناوبی**، به دنبال شناسایی عنصر مورد نظر و آرایش الکترونی آن است. 🧩 --- ## 1. شناسایی عنصر $\mathbf{Z}$ * **دوره سوم:** این عنصر باید $\mathbf{3}$ لایه الکترونی داشته باشد ($\mathbf{n_{max}=3}$). آرایش الکترونی آن با $\mathbf{[Ne]}$ شروع می‌شود. * **سه الکترون تک (جفت نشده):** این ویژگی نشان می‌دهد که عنصر در **گروه $\mathbf{15}$** (مانند فسفر) قرار دارد. * **عناصر گروه 15:** $\mathbf{5}$ الکترون ظرفیت دارند ($\mathbf{3s^2 3p^3}$). * $\mathbf{3s^2}$ (یک جفت الکترون) + $\mathbf{3p^3}$ (سه الکترون تک در سه اوربیتال $p$). * **واکنش‌پذیری:** * **اشراک $\mathbf{3e^-}$:** در پیوند کووالانسی، با $\mathbf{3}$ الکترون تک خود $3$ پیوند تشکیل می‌دهد (مثلاً در $\mathbf{PCl_3}$). * **گرفتن $\mathbf{3e^-}$:** با گرفتن $3$ الکترون به $8$ الکترون ظرفیت می‌رسد و یون $\mathbf{Z^{3-}}$ تشکیل می‌دهد (مانند یون فسفید $\mathbf{P^{3-}}$). **نتیجه:** عنصری که در دوره $\mathbf{3}$ قرار دارد و $5$ الکترون ظرفیت با سه الکترون تک دارد، **فسفر ($athbf{_{15}P}$)** است. --- ## 2. رسم آرایش الکترونی فسفر فسفر ($athbf{Z=15}$) دارای $\mathbf{15}$ الکترون است. آرایش الکترونی زیرلایه‌ای آن به صورت زیر است: $$\mathbf{1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^3}$$ * **آرایش الکترونی فشرده:** $\mathbf{[Ne] 3s^2 3p^3}$ (که $\mathbf{3s^2}$ یک جفت الکترون و $\mathbf{3p^3}$ سه الکترون تک جفت نشده دارد). 📝

پاسخ و توضیح تمرین 15 تمرین دوره ای فصل اول شیمی دهم این یک تمرین ساده برای محاسبه و مقایسه‌ی **تعداد نوترون‌ها** در هسته‌ی اتم‌ها (ایزوتوپ‌ها) است. 🧮 --- ## 1. محاسبه‌ی تعداد نوترون‌ها ($athbf{n}$) تعداد نوترون‌ها از کم کردن **عدد اتمی** ($athbf{Z}$, عدد پایین) از **عدد جرمی** ($athbf{A}$, عدد بالا) به دست می‌آید: $\mathbf{n = A - Z}$. | اتم | عدد جرمی ($athbf{A}$) | عدد اتمی ($athbf{Z}$) | تعداد نوترون ($athbf{n = A - Z}$) | | :---: | :---: | :---: | :---: | | $\mathbf{^{118}Sn}$ (قلع) | 118 | 50 | $\mathbf{68}$ | | $\mathbf{^{40}Ar}$ (آرگون) | 40 | 18 | $\mathbf{22}$ | | $\mathbf{^{128}Te}$ (تلوریم) | 128 | 52 | $\mathbf{76}$ | | $\mathbf{^{63}Cu}$ (مس) | 63 | 29 | $\mathbf{34}$ | | $\mathbf{^{112}Cd}$ (کادمیوم) | 112 | 48 | $\mathbf{64}$ | | $\mathbf{^{59}Co}$ (کبالت) | 59 | 27 | $\mathbf{32}$ | | $\mathbf{^{39}K}$ (پتاسیم) | 39 | 19 | $\mathbf{20}$ | --- ## 2. مرتب‌سازی بر حسب کاهش تعداد نوترون اتم‌ها باید از **بیشترین تعداد نوترون** به **کمترین تعداد نوترون** مرتب شوند: $$\mathbf{^{128}Te > ^{118}Sn > ^{112}Cd > ^{63}Cu > ^{59}Co > ^{40}Ar > ^{39}K}$$

پاسخ و توضیح تمرین 16 تمرین دوره ای فصل اول شیمی دهم این تمرین یک مسئله‌ی محاسباتی است که مفاهیم **اتم خنثی**، **یون**، و **نوترون** را ترکیب می‌کند. باید برای هر گونه، تعداد نوترون‌ها، پروتون‌ها و الکترون‌ها را محاسبه کرده و سپس شرط داده شده را بررسی کنیم. 🧩 --- ## قانون مورد بررسی $$\mathbf{\text{تعداد نوترون} = \text{تعداد پروتون} + \frac{1}{2} \times \text{تعداد الکترون}}$$ $$\mathbf{n = Z + \frac{E}{2}}$$ ## تحلیل گونه‌های شیمیایی | گونه | $athbf{Z}$ (پروتون) | $athbf{E}$ (الکترون) | $athbf{n = A - Z}$ (نوترون) | $athbf{Z + E/2}$ (سمت راست) | آیا $athbf{n = Z + E/2}$ ؟ | | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: | :---: | | $\mathbf{^{24}Mg^{2+}}$ | 12 | $12 - 2 = 10$ | $24 - 12 = 12$ | $12 + 10/2 = 17$ | $\mathbf{12 \ne 17}$ (خیر) | | $\mathbf{^{51}Cr^{6+}}$ | 24 | $24 - 6 = 18$ | $51 - 24 = 27$ | $24 + 18/2 = 33$ | $\mathbf{27 \ne 33}$ (خیر) | | $\mathbf{^{60}Co^{3+}}$ | 27 | $27 - 3 = 24$ | $60 - 27 = 33$ | $27 + 24/2 = 39$ | $\mathbf{33 \ne 39}$ (خیر) | | $\mathbf{^{35}Cl^{-}}$ | 17 | $17 + 1 = 18$ | $35 - 17 = 18$ | $17 + 18/2 = 26$ | $\mathbf{18 \ne 26}$ (خیر) | | $\mathbf{^{124}Sn^{2+}}$ | 50 | $50 - 2 = 48$ | $124 - 50 = 74$ | $50 + 48/2 = 74$ | $\mathbf{74 = 74}$ (**بله**) | | $\mathbf{^{90}Sr^{2+}}$ | 38 | $38 - 2 = 36$ | $90 - 38 = 52$ | $38 + 36/2 = 56$ | $\mathbf{52 \ne 56}$ (خیر) | **نتیجه:** تنها در گونه‌ی **$athbf{^{124}Sn^{2+}}$ (قلع (II))** تعداد نوترون‌ها ($athbf{74}$) برابر با مجموع تعداد پروتون‌ها و نصف تعداد الکترون‌ها ($athbf{74}$) است. ✅

پاسخ و توضیح تمرین 17 تمرین دوره ای فصل اول شیمی دهم این تمرین جامع به بررسی دقیق **آرایش الکترونی زیرلایه‌ای** مس، که یکی از **استثناهای** جدول تناوبی است، می‌پردازد و مفاهیم **کوانتومی** و **تناوبی** را در یک عنصر واسطه مرور می‌کند. 🧠 --- ## آ) آرایش الکترونی و موقعیت مس ($athbf{_{29}Cu}$) * **آرایش الکترونی (استثنا):** مس برای رسیدن به زیرلایه‌ی $athbf{3d}$ پر ($athbf{3d^{10}}$) پایدارتر، یک الکترون از $athbf{4s}$ می‌گیرد. $$\mathbf{1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^1 3d^{10}}$$ * **آرایش فشرده (برای تعیین موقعیت):** $\mathbf{[Ar] 3d^{10} 4s^1}$ * **شماره دوره:** $\mathbf{n_{max} = 4}$. $\rightarrow$ **دوره 4**. * **شماره گروه:** عنصر دسته‌ی $athbf{d}$ است. $\mathbf{\text{گروه} = \text{الکترون } 4s + \text{الکترون } 3d = 1 + 10 = 11}$. $\rightarrow$ **گروه 11**. --- ## ب) تعداد الکترون‌ها با $athbf{l=0}$ و $athbf{l=1}$ عدد کوانتومی فرعی ($athbf{l}$): * $\mathbf{l=0}$ مربوط به زیرلایه‌های $athbf{s}$. * $\mathbf{l=1}$ مربوط به زیرلایه‌های $athbf{p}$. * **الکترون‌های $athbf{l=0}$ (زیرلایه‌های $athbf{s}$):** $\mathbf{1s^2 + 2s^2 + 3s^2 + 4s^1} = 2 + 2 + 2 + 1 = \mathbf{7 \text{ الکترون}}$ * **الکترون‌های $athbf{l=1}$ (زیرلایه‌های $athbf{p}$):** $\mathbf{2p^6 + 3p^6} = 6 + 6 = \mathbf{12 \text{ الکترون}}$ --- ## پ) تعداد الکترون در بیرونی‌ترین لایه * **بیرونی‌ترین لایه (لایه‌ی ظرفیت):** لایه‌ی با بیشترین $\mathbf{n}$، یعنی $athbf{n=4}$. * **الکترون‌های لایه 4:** فقط $\mathbf{4s^1}$. $\rightarrow$ **$athbf{1}$ الکترون**. --- ## ت) تعداد الکترون در بیرونی‌ترین زیرلایه * **بیرونی‌ترین زیرلایه (از نظر پر شدن):** زیرلایه‌ای که آخرین الکترون وارد آن شده، یعنی $athbf{3d^{10}}$. * **نکته:** اگر منظور زیرلایه‌ی $athbf{4s}$ باشد (که در لایه‌ی 4 است): $athbf{4s^1}$، $athbf{1}$ الکترون دارد. * **پاسخ علمی دقیق‌تر (آخرین زیرلایه‌ی پرشونده):** $athbf{3d^{10}}$، $\rightarrow$ **$athbf{10}$ الکترون**. * **پاسخ بر اساس لایه‌ی بیرونی:** $athbf{4s^1}$، $\rightarrow$ **$athbf{1}$ الکترون**. (با توجه به اهمیت $4s$ در فلزات واسطه، پاسخ **1** را در نظر می‌گیریم.) --- ## ث) زیرلایه‌های نیمه پر و پر * **زیرلایه‌های پر شده:** $\mathbf{1s^2, 2s^2, 2p^6, 3s^2, 3p^6, 3d^{10}}$ (تعداد $\mathbf{6}$ زیرلایه پر). * **زیرلایه‌های نیمه پر:** $\mathbf{4s^1}$ (تعداد $\mathbf{1}$ زیرلایه نیمه پر). **نتیجه:** مس دارای $\mathbf{6 \text{ زیرلایه‌ی پر و } 1 \text{ زیرلایه‌ی نیمه پر}}$ است. (توجه: زیرلایه‌ی $athbf{3d}$، گرچه در حالت عادی ناپایدار است، اما در $athbf{Cu}$ پر شده و پایدار است.)