בגרות בכימיה מבוא לכימיה 037182 - קיץ 2021

יחידה אחת · שאלון 037182 · 11 שאלות · 1:30 שעות

בחינת הבגרות בכימיה, מבוא לכימיה, קיץ 2021, כל 11 השאלות כמו בשאלון. לכל סעיף יש תשובה ופתרון מלא: ניסוח מאוזן עם מצבי צבירה, הנוסחה מדף הנוסחאות, הצבה ותוצאה עם יחידות, והסבר במונחים שהבוחן מצפה להם.

הוראות הבחינה (כמו בשאלון)

משך הבחינה: שעה וחצי.
מבנה השאלון ומפתח ההערכה: בשאלון זה שלושה פרקים.
•פרק ראשון – (5×6) – 30 נקודות
•פרק שני – (40×1) – 40 נקודות
•פרק שלישי – (15×2) – 30 נקודות
•סך הכל – 100 נקודות
חומר עזר מותר בשימוש: מחשבון (כולל מחשבון גרפי). נספח: הטבלה המחזורית.
הוראות מיוחדות:
1. שים לב: בפרק הראשון יש שבע שאלות חובה. בכל אחת מן השאלות 1 - 7 מוצגות ארבע תשובות, ומהן עליך לבחור בתשובה הנכונה. כתוב את התשובות הנכונות שבחרת במחברת הבחינה.
2. בפרק השני יש שאלת מאמר. חובה לענות על כל הסעיפים.
3. בפרק השלישי יש שלוש שאלות. עליך לענות על שתיים מהן.
כתוב במחברת הבחינה בלבד, בעמודים נפרדים, כל מה שברצונך לכתוב כטיוטה (ראשי פרקים, חישובים וכדומה). רשום "טיוטה" בראש כל עמוד טיוטה. רישום טיוטות כלשהן על דפים שמחוץ למחברת הבחינה עלול לגרום לפסילת הבחינה!
הנחיות מיוחדות לשנה זו: בפרק הראשון (לכל שאלה – 5 נקודות) – אם עונים נכון על 6 שאלות, מקבלים את מלוא הנקודות לפרק, 30 נקודות.

פרק ראשון - חובה (30 נקודות)

ענה על שבע השאלות 1 - 7. (לכל שאלה – 5 נקודות. סה"כ לפרק זה 30 נקודות).
לפני שתענה, קרא את כל התשובות המוצעות.
העתק את התשובה הנכונה למחברת הבחינה.
אם תענה נכון על 6 שאלות, תקבל את מלוא הנקודות לפרק, 30 נקודות.

שאלה 1 · אלקטרונים ברמת האנרגיה הגבוהה ביותר

רב-ברירה

לאלו מן האטומים של היסודות הבאים: H\text{H}H , F\text{F}F , He\text{He}He , P\text{P}P , Cl\text{Cl}Cl , Ar\text{Ar}Ar
יש אותו מספר אלקטרונים ברמת האנרגיה הגבוהה ביותר?

א.
$\text{H}$ , $\text{He}$ בלבד.
ב.
$\text{F}$ , $\text{Cl}$ בלבד.
ג.
$\text{Ar}$ , $\text{He}$ בלבד.
ד.
$\text{P}$ , $\text{Cl}$ , $\text{Ar}$ בלבד.

◂ פתרון מלא לשאלה 1

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – לאטומי F\text{F}F ו-Cl\text{Cl}Cl יש 7 אלקטרונים ברמה החיצונית.

נרשום היערכות אלקטרונים לפי המספר האטומי (מהטבלה המחזורית) ונבדוק כמה אלקטרונים יש ברמת האנרגיה הגבוהה ביותר (אלקטרוני הערכיות):
אטוםמספר אטומיהיערכות אלקטרוניםאלקטרונים ברמה הגבוהה ביותר
H\text{H}H111
He\text{He}He222
F\text{F}F92,77
P\text{P}P152,8,55
Cl\text{Cl}Cl172,8,77
Ar\text{Ar}Ar182,8,88
רק ל-F\text{F}F ול-Cl\text{Cl}Cl יש אותו מספר אלקטרונים ברמה החיצונית – 7. הם נמצאים באותו טור (משפחת ההלוגנים), ולכן יש להם אותו מספר אלקטרוני ערכיות – תשובה ב.
- א – ל-H\text{H}H יש אלקטרון אחד ול-He\text{He}He שניים.
- ג – ל-Ar\text{Ar}Ar יש 8 אלקטרונים ברמה החיצונית ול-He\text{He}He רק 2 (אף ששניהם גזים אצילים).
- ד – P\text{P}P, Cl\text{Cl}Cl ו-Ar\text{Ar}Ar נמצאים באותו מחזור (שורה), ולכן יש להם אותו מספר רמות אנרגיה מאוכלסות (3), אבל מספר שונה של אלקטרונים ברמה החיצונית (5, 7, 8).
טעות נפוצה: לבלבל בין יסודות באותו מחזור (אותו מספר רמות) לבין יסודות באותו טור (אותו מספר אלקטרונים ברמה החיצונית).

אטום	מספר אטומי	היערכות אלקטרונים	אלקטרונים ברמה הגבוהה ביותר
$\text{H}$	1	1	1
$\text{He}$	2	2	2
$\text{F}$	9	2,7	7
$\text{P}$	15	2,8,5	5
$\text{Cl}$	17	2,8,7	7
$\text{Ar}$	18	2,8,8	8

שאלה 2 · פליטת חלקיק אלפא ומספר המסה

רב-ברירה

כאשר אטום של יסוד רדיואקטיבי פולט חלקיק אלפא, נוצר אטום של יסוד אחר.
מה יהיה מספר המסה של היסוד שנוצר ביחס למספר המסה של היסוד שפלט את חלקיק האלפא?

א.
קטן ב- 4
ב.
גדול ב- 4
ג.
קטן ב- 2
ד.
גדול ב- 2

◂ פתרון מלא לשאלה 2

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א – מספר המסה קטן ב-4.

חלקיק אלפא הוא גרעין של אטום הליום: הוא מורכב מ-2 פרוטונים ו-2 ניטרונים, ומטענו 2+2+2+.
מספר המסה = מספר הפרוטונים + מספר הניטרונים בגרעין. כאשר הגרעין פולט חלקיק אלפא, הוא מאבד 2+2=42+2=42+2=4 חלקיקים בגרעין, ולכן מספר המסה של האטום שנוצר קטן ב-4 (והמספר האטומי קטן ב-2 – לכן נוצר יסוד אחר) – תשובה א.
- ב, ד – בפליטת חלקיק הגרעין מאבד חלקיקים, ולכן מספר המסה אינו יכול לגדול.
- ג – קטן ב-2 הוא המספר האטומי (מספר הפרוטונים), לא מספר המסה.
טעות נפוצה: לבלבל בין השינוי במספר האטומי (2) לבין השינוי במספר המסה (4).

שאלה 3 · מוליכות חשמלית במצב מוצק ובמצב נוזל

רב-ברירה

מהו החומר שיש לו מוליכות חשמלית גבוהה גם במצב מוצק וגם במצב נוזל?

א.
$\text{Na}_2\text{S}$
ב.
$\text{S}_8$
ג.
$\text{C}_{\text{יהלום}}$
ד.
$\text{Na}$

◂ פתרון מלא לשאלה 3

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – Na\text{Na}Na (חומר מתכתי).

חומר מוליך חשמל כאשר יש בו חלקיקים טעונים שיכולים לנוע.
- ד – Na\text{Na}Na הוא מתכת. הסריג המתכתי בנוי מיונים חיוביים ב"ים של אלקטרונים". האלקטרונים אינם קשורים לאטום מסוים ונעים בחופשיות גם במוצק וגם בנוזל, ולכן הנתרן מוליך חשמל בשני המצבים. זו התשובה הנכונה.
- א – Na2S\text{Na}_2\text{S}Na2​S הוא חומר יוני. במצב מוצק היונים קשורים במקומות קבועים בסריג ואינם נעים – אינו מוליך. רק במצב נוזל (מותך) או בתמיסה מימית היונים ניידים והחומר מוליך.
- ב – S8\text{S}_8S8​ הוא חומר מולקולרי: בנוי ממולקולות ניטרליות, אין בו יונים או אלקטרונים חופשיים – אינו מוליך במוצק ולא בנוזל.
- ג – יהלום הוא חומר אטומרי. כל אטום פחמן קשור בקשרים קוולנטיים לארבעה אטומים שכנים, וכל אלקטרוני הערכיות משתתפים בקשרים – אין אלקטרונים ניידים, ולכן היהלום אינו מוליך חשמל.

שאלה 4 · הרכב התרכובת היונית MgCl2

רב-ברירה

מה ההיגד הנכון עבור התרכובת MgCl2\text{MgCl}_2MgCl2​?

א.
התרכובת מורכבת ממולקולות מגנזיום, $\text{Mg}$ , ומולקולות כלור, $\text{Cl}_2$ .
ב.
התרכובת מורכבת משלושה סוגי אטומים.
ג.
התרכובת מורכבת מיוני מגנזיום, $\text{Mg}^{+}$ , ויוני כלור, $\text{Cl}_2^{-}$ .
ד.
התרכובת מורכבת מיוני מגנזיום, $\text{Mg}^{2+}$ , ויוני כלור, $\text{Cl}^{-}$ .

◂ פתרון מלא לשאלה 4

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – יוני Mg2+\text{Mg}^{2+}Mg2+ ויוני Cl−\text{Cl}^{-}Cl−.

MgCl2\text{MgCl}_2MgCl2​ היא תרכובת של מתכת (מגנזיום) ואל-מתכת (כלור), ולכן היא תרכובת יונית.
•מגנזיום נמצא בטור 2 – לאטום יש 2 אלקטרונים ברמה החיצונית (היערכות 2,8,2). הוא מוסר אותם ויוצר יון Mg2+\text{Mg}^{2+}Mg2+.
•כלור נמצא בטור 7 (הלוגן) – לאטום יש 7 אלקטרונים ברמה החיצונית (2,8,7). הוא מקבל אלקטרון אחד ויוצר יון Cl−\text{Cl}^{-}Cl−.
•היחס 1:21:21:2 בנוסחה האמפירית נובע מאיזון המטענים: (+2)+2×(−1)=0(+2)+2\times(-1)=0(+2)+2×(−1)=0.
לכן התרכובת מורכבת מיוני Mg2+\text{Mg}^{2+}Mg2+ ויוני Cl−\text{Cl}^{-}Cl− – תשובה ד.
- א – בתרכובת יונית אין מולקולות; וגם המגנזיום הוא מתכת ואינו בנוי ממולקולות.
- ב – יש בתרכובת רק שני סוגי יסודות: מגנזיום וכלור (הספרה 2 מציינת את היחס בין היונים).
- ג – מטען יון המגנזיום הוא 2+2+2+ ולא +1+1+1, ואין יון Cl2−\text{Cl}_2^{-}Cl2−​: הכלור יוצר יונים חד-אטומיים Cl−\text{Cl}^{-}Cl−.

שאלה 5 · תיאור מצב צבירה גז

רב-ברירה

לפניך ארבעה היגדים a-d, המתייחסים למצבי צבירה שונים.
a. החומר מקבל את צורת הכלי בו הוא נמצא, אך שומר על נפחו.
b. החומר בעל צורה קבועה ונפח קבוע.
c. חלקיקי החומר ארוזים בצורה צפופה ומסודרת.
d. המרחקים בין חלקיקי החומר גדולים מאוד יחסית לגודל החלקיקים.
מהם ההיגדים שמתייחסים לתיאור מצב צבירה גז?

א.
היגד a בלבד.
ב.
היגד d בלבד.
ג.
היגדים a ו- d בלבד
ד.
היגדים c ו- b בלבד.

◂ פתרון מלא לשאלה 5

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – היגד d בלבד.

נבדוק כל היגד:
- a – צורה משתנה ונפח קבוע: זהו תיאור מאקרוסקופי של נוזל. גז אינו שומר על נפחו – הוא ממלא את כל נפח הכלי.
- b – צורה קבועה ונפח קבוע: תיאור מאקרוסקופי של מוצק.
- c – חלקיקים ארוזים בצורה צפופה ומסודרת: תיאור מיקרוסקופי של מוצק.
- d – מרחקים גדולים מאוד בין החלקיקים יחסית לגודלם: תיאור מיקרוסקופי של גז. בגלל המרחקים הגדולים גז ניתן לדחיסה וממלא את כל נפח הכלי.
רק היגד d מתאר גז – תשובה ב. (א ו-ג כוללות את היגד a שמתאר נוזל; ד כוללת היגדים שמתארים מוצק.)

שאלה 6 · מספר מסה, ניטרונים והיון הנפוץ

רב-ברירה

מספר המסה של אטום יסוד X הוא 75 . מספר הנויטרונים בגרעין של אטום יסוד X הוא 42.
מהו היון הנפוץ ביותר של היסוד X?

א.
$\text{X}^{2-}$
ב.
$\text{X}^{2+}$
ג.
$\text{X}^{3-}$
ד.
$\text{X}^{3+}$

◂ פתרון מלא לשאלה 6

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – X3−\text{X}^{3-}X3−.

מספר הפרוטונים (המספר האטומי):
מספר אטומי=מספר מסה−מספר ניטרונים=75−42=33\text{מספר אטומי} = \text{מספר מסה} - \text{מספר ניטרונים} = 75 - 42 = 33מספר אטומי=מספר מסה−מספר ניטרונים=75−42=33
היסוד שמספרו האטומי 33 הוא ארסן, As\text{As}As. לפי מיקומו בטבלה המחזורית הוא נמצא בטור 5 (משפחת החנקן) – לאטום יש 5 אלקטרונים ברמה החיצונית, והוא אל-מתכת.
אל-מתכת בטור 5 משלימה את הרמה החיצונית לשמונה אלקטרונים על ידי קבלת 3 אלקטרונים (5+3=85+3=85+3=8), ולכן היון הנפוץ הוא X3−\text{X}^{3-}X3− (כמו N3−\text{N}^{3-}N3− ו-P3−\text{P}^{3-}P3− שבאותו טור) – תשובה ג.
- א – יון 2−2-2− אופייני ליסודות בטור 6 (כמו O2−\text{O}^{2-}O2−, S2−\text{S}^{2-}S2−).
- ב – יון 2+2+2+ אופייני למתכות בטור 2.
- ד – יון 3+3+3+ אופייני למתכות בטור 3 (כמו Al3+\text{Al}^{3+}Al3+).
טעות נפוצה: להשתמש במספר הניטרונים (42) או במספר המסה (75) כמספר האטומי. היסוד נקבע לפי מספר הפרוטונים בלבד.

שאלה 7 · ניתוח טבלת נתונים – שטחי גידול

רב-ברירה

לפניך טבלה ובה נתונים על שטחי הגידול העולמיים של צמחים מהונדסים (צמחים שהשתילו בהם גנים), בין השנים 1998-1999.
שטחי הגידול העולמיים של צמחים מהונדסים ( קמ"ר)
19981999
סויה145,000216,000
תירס83,000111,000
כותנה25,00037,000
קנולה24,00034,000
על פי הנתונים בטבלה, מהו השינוי בשטחי הגידול בין השנים 1998– 1999?

	1998	1999
סויה	145,000	216,000
תירס	83,000	111,000
כותנה	25,000	37,000
קנולה	24,000	34,000

א.
שטחי הגידול של הסויה גדלו, אך שטחי הגידול של הקנולה קטנו.
ב.
שטחי הגידול של כל הגידולים קטנו.
ג.
שטחי הגידול של כל הגידולים גדלו.
ד.
סך כל שטחי הגידול גדל, אך בעבור מקצת הגידולים, קטנו שטחי הגידול.

◂ פתרון מלא לשאלה 7

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – שטחי הגידול של כל הגידולים גדלו.

נחשב את השינוי בשטח הגידול של כל צמח (שטח ב-1999 פחות שטח ב-1998):
גידול1998 (קמ"ר)1999 (קמ"ר)שינוי (קמ"ר)
סויה145,000216,00071,000+
תירס83,000111,00028,000+
כותנה25,00037,00012,000+
קנולה24,00034,00010,000+
לכל ארבעת הגידולים השינוי חיובי – שטחי הגידול של כל הגידולים גדלו (גם הסכום הכולל גדל מ-277,000 קמ"ר ל-398,000 קמ"ר) – תשובה ג.
- א – שטחי הגידול של הקנולה לא קטנו אלא גדלו (מ-24,000 ל-34,000 קמ"ר).
- ב – אף גידול לא קטן.
- ד – אמנם הסך הכולל גדל, אך אין גידול ששטחו קטן.

גידול	1998 (קמ"ר)	1999 (קמ"ר)	שינוי (קמ"ר)
סויה	145,000	216,000	71,000+
תירס	83,000	111,000	28,000+
כותנה	25,000	37,000	12,000+
קנולה	24,000	34,000	10,000+

פרק שני - חובה (40 נקודות)

שאלה 8 · קורוזיה של מתכות

שאלת מאמר

ניתוח קטע מאמר מדעי - חובה
קרא את הקטע שלפניך, וענה על כל הסעיפים א-ה שאחריו (שאלת חובה – 40 נקודות).
המילה "קורוזיה" נגזרת מן המילה הלטינית "corrodere", שפירושה: "לאכול". קורוזיה (שיתוך) היא תופעה טבעית של הרס והתפוררות של מתכות וסגסוגות, הנגרמת בשל תגובה עם חומרים הנמצאים בסביבה, בעיקר חמצן, O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ , ואדי מים, H2O(g)\text{H}_2\text{O}_{(g)}H2​O(g)​ .
אפשר לזהות את השינוי שחל במתכת בעקבות הקורוזיה. ברזל חשוף הופך לחלוד ומשנה את צבעו לחום-אדמדם. נחושת משנה את צבעה מכתום-חום מבריק לשחור או ירקרק.
קורוזיה היא תהליך שבו הופכות מתכות או סגסוגות לתרכובות, בעיקר תחמוצות (תרכובות עם חמצן).
תהליך הקורוזיה מואץ בתנאים של לחות גבוהה וחשיפה למלחים.
נזקי הקורוזיה גדולים בעיקר במתקנים, במכשירים ובצנרת העשויים מברזל ופלדה, כיוון שהיא גורמת להחלשה ולהתפוררות המתכת. מדי שנה בשנה, המשק הישראלי מפסיד סכום עתק של 19.5 מיליארד ש"ח בגין עלויות נזקי הקורוזיה בארץ. בחישוב כולל יוצא שכל אזרח ישראלי מוציא מכיסו הפרטי 2,500 ש"ח בשנה בממוצע לכיסוי הנזקים.

א.

(i)

מדוע הקורוזיה גורמת הפסדים גדולים למשק הישראלי? הסבר על פי הקטע.

(ii)

ציין שני נזקים אפשריים לצנרת שעברה קורוזיה, על פי הקטע.

(iii)

ציין שתי תצפיות שמצביעות על תהליך הקורוזיה, על פי הקטע.

ב.

לפניך נוסחאות של מספר חומרים:
H2O(g)\text{H}_2\text{O}_{(g)}H2​O(g)​ , Cr(s)\text{Cr}_{(s)}Cr(s)​ , Fe2O3(s)\text{Fe}_2\text{O}_{3(s)}Fe2​O3(s)​ , O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ , Al(s)\text{Al}_{(s)}Al(s)​ , CO(g)\text{CO}_{(g)}CO(g)​ , Fe(s)\text{Fe}_{(s)}Fe(s)​
בחר מתוך הרשימה הנתונה את החומרים שעשויים לעבור קורוזיה.

ג.

תלמידים ביצעו ניסוי, שבמהלכו הם הכניסו 10 מסמרי ברזל לכלי יבש ו- 10 מסמרי ברזל אחרים לכלי רטוב (שיש בו מים).
התלמידים עקבו אחר המסמרים בכל אחד משני הכלים לאורך מספר ימים.
התלמידים תיעדו את הניסוי בעזרת הטבלה הבאה:
זמןכלי יבשכלי רטוב
אחרי יום אחדאין שינוימסמר אחד החליד
אחרי שלושה ימיםאין שינוישלושה מסמרים החלידו
אחרי חמישה ימיםמסמר אחד החלידחמישה מסמרים שינו צבע מאפור לאדמדם
לפניך שלושה היגדים i - iii.
קבע לגבי כל אחד מן ההיגדים אם הוא נכון או לא נכון.
אם קבעת שהיגד אינו נכון – תקן את ההיגד ורשום היגד נכון.

זמן	כלי יבש	כלי רטוב
אחרי יום אחד	אין שינוי	מסמר אחד החליד
אחרי שלושה ימים	אין שינוי	שלושה מסמרים החלידו
אחרי חמישה ימים	מסמר אחד החליד	חמישה מסמרים שינו צבע מאפור לאדמדם

(i)

כדי להשוות בין שני הכלים, התלמידים שמו בכל כלי מספר שווה של מסמרים.

(ii)

אפשר להסיק מתוצאות הניסוי כי רטיבות אינה משפיעה על קצב הקורוזיה של ברזל.

(iii)

בטבלה של התלמידים מופיעות תצפיות בלבד.

ד.

גשר העשוי מברזל נמצא ליד הים.
קבע איזה גרף מבין הגרפים הבאים I – III, עשוי לתאר נכון את השינוי במסת הברזל במהלך השנים.
נמק את קביעתך.

ה.

לפניך שני ניסוחי תגובה לא מאוזנים:
1. Ag(s)+H2S(g)→Ag2S(s)+H2(g)\text{Ag}_{(s)} + \text{H}_2\text{S}_{(g)} \rightarrow \text{Ag}_2\text{S}_{(s)} + \text{H}_{2(g)}Ag(s)​+H2​S(g)​→Ag2​S(s)​+H2(g)​
2. H2S(g)+O2(g)→SO2(g)+H2O(g)\text{H}_2\text{S}_{(g)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{SO}_{2(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(g)}H2​S(g)​+O2(g)​→SO2(g)​+H2​O(g)​

(i)

העתק למחברתך את שני הניסוחים של התגובות, ואזן אותן.

(ii)

קבע לגבי כל אחת מן התגובות האם היא מתארת תהליך של קורוזיה.

(iii)

התייחס לכל החומרים שמשתתפים בשתי התגובות 1 ו- 2 ,
ומיין אותם לפי סוג הסריג במצב צבירה מוצק (מתכתי, יוני, מולקולרי).

(iv)

העתק למחברתך את שני המשפטים הבאים והשלם אותם:
החומר Ag(s)\text{Ag}_{(s)}Ag(s)​ בנוי משכבות של יונים __________ ביניהם יש __________ __________.
החומר H2S(g)\text{H}_2\text{S}_{(g)}H2​S(g)​ בנוי מ__________ ובין האטומים שבהן יש __________ __________.

◂ פתרון מלא לשאלה 8

סעיף א

(i)

תשובה:

כי הקורוזיה גורמת להחלשה ולהתפוררות של מתקנים, מכשירים וצנרת מברזל ופלדה, ותיקון הנזקים עולה למשק 19.5 מיליארד ש״ח בשנה.

לפי הפסקה השלישית:
•נזקי הקורוזיה גדולים בעיקר במתקנים, במכשירים ובצנרת העשויים מברזל ופלדה, כיוון שהקורוזיה גורמת להחלשה ולהתפוררות המתכת – כלומר יש לתקן או להחליף אותם.
•לכן המשק הישראלי מפסיד מדי שנה 19.5 מיליארד ש"ח בגין עלויות נזקי הקורוזיה (בממוצע כ-2,500 ש"ח לכל אזרח בשנה).

(ii)

תשובה:

1) החלשה של המתכת שממנה עשויה הצנרת. 2) התפוררות של המתכת (הצנרת).

לפי הפסקה השלישית, הקורוזיה "גורמת להחלשה ולהתפוררות המתכת". לכן שני נזקים אפשריים לצנרת:
1. החלשה של דפנות הצנרת (המתכת נעשית חלשה יותר).
2. התפוררות של המתכת – הצנרת מתפוררת ונהרסת.
(הפסקה הראשונה מתארת את הקורוזיה כ"הרס והתפוררות של מתכות וסגסוגות".)

(iii)

תשובה:

1) ברזל חשוף הופך לחלוד וצבעו משתנה לחום-אדמדם. 2) נחושת משנה את צבעה מכתום-חום מבריק לשחור או ירקרק.

לפי הפסקה השנייה ("אפשר לזהות את השינוי שחל במתכת בעקבות הקורוזיה"):
1. ברזל חשוף הופך לחלוד ומשנה את צבעו לחום-אדמדם.
2. נחושת משנה את צבעה מכתום-חום מבריק לשחור או ירקרק.
אלה תצפיות – דברים שרואים בעין (שינוי צבע ומראה).

סעיף ב

תשובה:

Cr(s)\text{Cr}_{(s)}Cr(s)​ , Al(s)\text{Al}_{(s)}Al(s)​ , Fe(s)\text{Fe}_{(s)}Fe(s)​ – המתכות שברשימה.

לפי הקטע (פסקה ראשונה ושנייה), קורוזיה היא תופעה של הרס מתכות וסגסוגות: תהליך שבו מתכות הופכות לתרכובות, בעיקר תחמוצות.
לכן רק המתכות שברשימה עשויות לעבור קורוזיה: כרום, Cr(s)\text{Cr}_{(s)}Cr(s)​ ; אלומיניום, Al(s)\text{Al}_{(s)}Al(s)​ ; ברזל, Fe(s)\text{Fe}_{(s)}Fe(s)​.
שאר החומרים אינם מתכות:
- Fe2O3(s)\text{Fe}_2\text{O}_{3(s)}Fe2​O3(s)​ היא תחמוצת ברזל – תרכובת שכבר נוצרת בקורוזיה של ברזל (מרכיב של החלודה), ולא מתכת שעוברת קורוזיה.
- H2O(g)\text{H}_2\text{O}_{(g)}H2​O(g)​ ו-O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ הם החומרים מהסביבה שמגיבים עם המתכת בתהליך הקורוזיה.
- CO(g)\text{CO}_{(g)}CO(g)​ הוא חומר מולקולרי (תרכובת של שתי אל-מתכות) ואינו מתכת.

סעיף ג

(i)

תשובה:

נכון.

נכון. בכל כלי הוכנסו 10 מסמרי ברזל. בניסוי משווים בין שני הכלים, ולכן כל התנאים צריכים להיות זהים מלבד הגורם הנבדק (נוכחות מים). מספר המסמרים הוא גורם קבוע (משתנה קבוע) – כך אפשר להשוות ישירות בין מספרי המסמרים שהחלידו בכל כלי.

(ii)

תשובה:

לא נכון. היגד נכון: אפשר להסיק מתוצאות הניסוי כי רטיבות מאיצה את הקורוזיה של ברזל (מגדילה את קצבה).

לא נכון. בכלי הרטוב החליד מסמר אחד כבר אחרי יום אחד, שלושה מסמרים אחרי שלושה ימים וחמישה מסמרים אחרי חמישה ימים. בכלי היבש לא היה שינוי במשך שלושה ימים, ורק אחרי חמישה ימים החליד מסמר אחד.
כלומר, בנוכחות מים הקורוזיה מתרחשת מהר יותר ובמספר גדול יותר של מסמרים.
היגד נכון: אפשר להסיק מתוצאות הניסוי כי רטיבות מאיצה את הקורוזיה של ברזל (קצב הקורוזיה בכלי הרטוב גדול יותר). מסקנה זו מתאימה גם לקטע: "תהליך הקורוזיה מואץ בתנאים של לחות גבוהה".

(iii)

תשובה:

לא נכון. היגד נכון: בטבלה של התלמידים מופיעות תצפיות וגם פרשנויות.

לא נכון. תצפית היא מה שרואים או מודדים באופן ישיר, ופרשנות היא הסבר או מסקנה לגבי מה שנצפה.
- "אין שינוי" ו"חמישה מסמרים שינו צבע מאפור לאדמדם" הן תצפיות – מה שרואים בעין.
- "מסמר אחד החליד", "שלושה מסמרים החלידו" הן פרשנויות – התלמידים פירשו את מה שראו (שינוי צבע/מראה) כהיווצרות חלודה, כלומר כתהליך כימי שחל בברזל.
היגד נכון: בטבלה של התלמידים מופיעות תצפיות וגם פרשנויות. (לדוגמה, במקום "מסמר אחד החליד" – תצפית: "על מסמר אחד הופיע ציפוי בצבע חום-אדמדם".)
טעות נפוצה: לראות במסקנה "החליד" תצפית. התצפית היא השינוי הנראה (שינוי צבע), והקביעה שנוצרה חלודה היא פרשנות שלו.

סעיף ד

תשובה:

גרף III – מסת הברזל קטנה עם הזמן, כי הברזל הופך לתרכובות (חלודה) בתהליך הקורוזיה.

גרף III.
הגשר נמצא ליד הים, ולכן הוא חשוף ללחות גבוהה ולמלחים – לפי הקטע אלה תנאים שבהם תהליך הקורוזיה מואץ.
בקורוזיה הברזל מגיב עם חמצן ואדי מים מהסביבה והופך לתרכובות (בעיקר תחמוצות – חלודה). כך, עם הזמן, חלק הולך וגדל מהברזל הופך לחלודה, שמתפוררת ונושרת. לכן מסת הברזל קטנה במהלך השנים – כמו בגרף III, שבו מסת החומר יורדת עם הזמן.
•גרף I (מסה עולה) אינו מתאים: הברזל אינו נוצר בתהליך אלא מגיב ונצרך.
•גרף II (מסה קבועה) אינו מתאים: הוא מתאר מצב שבו הברזל אינו עובר שינוי, ואילו ליד הים הקורוזיה מתרחשת ואף מואצת.

סעיף ה

(i)

תשובה:

1. 2Ag(s)+H2S(g)→Ag2S(s)+H2(g)2\text{Ag}_{(s)} + \text{H}_2\text{S}_{(g)} \rightarrow \text{Ag}_2\text{S}_{(s)} + \text{H}_{2(g)}2Ag(s)​+H2​S(g)​→Ag2​S(s)​+H2(g)​ ; 2. 2H2S(g)+3O2(g)→2SO2(g)+2H2O(g)2\text{H}_2\text{S}_{(g)} + 3\text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{SO}_{2(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(g)}2H2​S(g)​+3O2(g)​→2SO2(g)​+2H2​O(g)​

תגובה 1: בצד התוצרים יש 2 אטומי Ag\text{Ag}Ag ב-Ag2S\text{Ag}_2\text{S}Ag2​S, ולכן נרשום מקדם 2 לפני Ag\text{Ag}Ag. אטומי S\text{S}S (1) ו-H\text{H}H (2) כבר מאוזנים.
2Ag(s)+H2S(g)→Ag2S(s)+H2(g)2\text{Ag}_{(s)} + \text{H}_2\text{S}_{(g)} \rightarrow \text{Ag}_2\text{S}_{(s)} + \text{H}_{2(g)}2Ag(s)​+H2​S(g)​→Ag2​S(s)​+H2(g)​
בדיקה: Ag\text{Ag}Ag: 2 = 2 ; H\text{H}H: 2 = 2 ; S\text{S}S: 1 = 1.
תגובה 2: נאזן קודם את S\text{S}S ואת H\text{H}H, ובסוף את O\text{O}O:
- S\text{S}S ו-H\text{H}H: לכל מולקולת H2S\text{H}_2\text{S}H2​S נוצרות מולקולת SO2\text{SO}_2SO2​ אחת ומולקולת H2O\text{H}_2\text{O}H2​O אחת.
- O\text{O}O: בצד התוצרים 2+1=32+1=32+1=3 אטומי חמצן לכל H2S\text{H}_2\text{S}H2​S – מספר אי-זוגי, ולכן נכפיל הכול ב-2: 2H2S2\text{H}_2\text{S}2H2​S, 2SO22\text{SO}_22SO2​, 2H2O2\text{H}_2\text{O}2H2​O → 4+2=64+2=64+2=6 אטומי חמצן, כלומר 3O23\text{O}_23O2​.
2H2S(g)+3O2(g)→2SO2(g)+2H2O(g)2\text{H}_2\text{S}_{(g)} + 3\text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{SO}_{2(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(g)}2H2​S(g)​+3O2(g)​→2SO2(g)​+2H2​O(g)​
בדיקה: H\text{H}H: 4 = 4 ; S\text{S}S: 2 = 2 ; O\text{O}O: 6 = 6.

(ii)

תשובה:

תגובה 1 – מתארת קורוזיה; תגובה 2 – אינה מתארת קורוזיה.

לפי הקטע, קורוזיה היא תהליך שבו מתכת (או סגסוגת) הופכת לתרכובת בתגובה עם חומר מהסביבה.
- תגובה 1 – כן, קורוזיה. המתכת כסף, Ag(s)\text{Ag}_{(s)}Ag(s)​, מגיבה עם גז מהסביבה (H2S\text{H}_2\text{S}H2​S) והופכת לתרכובת – כסף גופרי, Ag2S(s)\text{Ag}_2\text{S}_{(s)}Ag2​S(s)​ (זו ההשחרה של חפצי כסף).
- תגובה 2 – לא קורוזיה. אין בתגובה מתכת כלל: כל המגיבים והתוצרים הם חומרים מולקולריים (זו תגובת שריפה של מימן גופרי).

(iii)

תשובה:

מתכתי: Ag\text{Ag}Ag. יוני: Ag2S\text{Ag}_2\text{S}Ag2​S. מולקולרי: H2S\text{H}_2\text{S}H2​S, H2\text{H}_2H2​, O2\text{O}_2O2​, SO2\text{SO}_2SO2​, H2O\text{H}_2\text{O}H2​O.

סוג הסריג (במצב מוצק)חומריםנימוק
מתכתיAg\text{Ag}Agיסוד מתכתי – יונים חיוביים ב"ים של אלקטרונים"
יוניAg2S\text{Ag}_2\text{S}Ag2​Sתרכובת של מתכת (כסף) ואל-מתכת (גופרית) – בנויה מיוני Ag+\text{Ag}^{+}Ag+ ויוני S2−\text{S}^{2-}S2−
מולקולריH2S\text{H}_2\text{S}H2​S , H2\text{H}_2H2​ , O2\text{O}_2O2​ , SO2\text{SO}_2SO2​ , H2O\text{H}_2\text{O}H2​Oיסודות או תרכובות של אל-מתכות בלבד – בנויים ממולקולות
(H2S\text{H}_2\text{S}H2​S מופיע בשתי התגובות ונמנה פעם אחת.)

סוג הסריג (במצב מוצק)	חומרים	נימוק
מתכתי	$\text{Ag}$	יסוד מתכתי – יונים חיוביים ב"ים של אלקטרונים"
יוני	$\text{Ag}_2\text{S}$	תרכובת של מתכת (כסף) ואל-מתכת (גופרית) – בנויה מיוני $\text{Ag}^{+}$ ויוני $\text{S}^{2-}$
מולקולרי	$\text{H}_2\text{S}$ , $\text{H}_2$ , $\text{O}_2$ , $\text{SO}_2$ , $\text{H}_2\text{O}$	יסודות או תרכובות של אל-מתכות בלבד – בנויים ממולקולות

(iv)

תשובה:

החומר Ag(s)\text{Ag}_{(s)}Ag(s)​ בנוי משכבות של יונים חיוביים ביניהם יש ים של אלקטרונים (אלקטרונים ניידים). החומר H2S(g)\text{H}_2\text{S}_{(g)}H2​S(g)​ בנוי ממולקולות ובין האטומים שבהן יש קשרים קוולנטיים.

•כסף הוא מתכת. לפי מודל הסריג המתכתי, הוא בנוי משכבות של יונים חיוביים (Ag+\text{Ag}^{+}Ag+), וביניהם ים של אלקטרונים – אלקטרונים ניידים שאינם שייכים לאטום מסוים. המשיכה בין היונים החיוביים לבין האלקטרונים היא הקשר המתכתי.
•מימן גופרי הוא חומר מולקולרי. הוא בנוי ממולקולות H2S\text{H}_2\text{S}H2​S, ובתוך כל מולקולה האטומים קשורים בקשרים קוולנטיים (שני קשרים יחידים S–H\text{S–H}S–H): זוגות אלקטרונים משותפים לשני אטומים.

פרק שלישי (30 נקודות)

ענה על שתיים מן השאלות 9 – 11 (לכל שאלה – 15 נקודות).

שאלה 9 · עשן שריפות – CO ו-HCN

שאלה פתוחה

מושגי יסוד
העשן שנפלט בעת שריפה מכיל בעיקר גז פחמן חד חמצני, CO(g)\text{CO}_{(g)}CO(g)​, המפחית את רמות החמצן המצויות בזרם הדם של אנשים שנושמים עשן זה. בבעירה של חומרים כמו כותנה, משי ונייר עלול להיווצר גז ציאניד, HCN(g)\text{HCN}_{(g)}HCN(g)​, שהוא רעיל פי 20 מפחמן חד חמצני .

א.

קבע איזה עשן מסוכן יותר לאדם, זה שנוצר בשריפות יער או זה שנוצר בשריפת מחסן עם כותנה.
נמק את קביעתך.

ב.

לפניך חמישה חומרים שעשויים להיות מעורבים בתהליך שריפה:
H2O(g)\text{H}_2\text{O}_{(g)}H2​O(g)​ , HCN(g)\text{HCN}_{(g)}HCN(g)​ , עשן , O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ , CO(g)\text{CO}_{(g)}CO(g)​
קבע עבור כל אחד מן החומרים אם הוא חומר טהור או תערובת. נמק את קביעתך.

ג.

רשום נוסחאות ייצוג אלקטרונים למולקולה של ציאניד, HCN\text{HCN}HCN , ולמולקולה של חמצן, O2\text{O}_2O2​.

ד.

נתונים שני חומרים: KCN(s)\text{KCN}_{(s)}KCN(s)​ ו- H2O(s)\text{H}_2\text{O}_{(s)}H2​O(s)​ .
תאר בשלבים כלליים את מהלך הניסוי שיאפשר להבדיל בין שני החומרים.

ה.

לפניך גרף המתאר את השתנות הטמפרטורה ( TCo\text{T}^{o}_{C}TCo​ ) כתלות בזמן החימום של התרכובת HCN\text{HCN}HCN :

(i)

קבע מהי טמפרטורת הרתיחה של החומר HCN\text{HCN}HCN .

(ii)

לפניך ניסוחים של שלוש תגובות I – III :
I. HCN(s)→HCN(ℓ)\text{HCN}_{(s)} \rightarrow \text{HCN}_{(\ell)}HCN(s)​→HCN(ℓ)​
II. HCN(ℓ)→HCN(g)\text{HCN}_{(\ell)} \rightarrow \text{HCN}_{(g)}HCN(ℓ)​→HCN(g)​
III. HCN(s)→HCN(g)\text{HCN}_{(s)} \rightarrow \text{HCN}_{(g)}HCN(s)​→HCN(g)​
קבע איזו מבין שלוש התגובות I, II או III, עשויה להתרחש בקטע AB.

◂ פתרון מלא לשאלה 9

סעיף א

תשובה:

העשן משריפת מחסן עם כותנה מסוכן יותר, כי בבעירת כותנה עלול להיווצר HCN\text{HCN}HCN – רעיל פי 20 מ-CO\text{CO}CO.

העשן שנוצר בשריפת מחסן עם כותנה מסוכן יותר.
לפי הקטע, בכל שריפה נפלט בעיקר CO(g)\text{CO}_{(g)}CO(g)​, שמפחית את רמות החמצן בדם. אך בבעירה של כותנה עלול להיווצר בנוסף גם גז ציאניד, HCN(g)\text{HCN}_{(g)}HCN(g)​, שהוא רעיל פי 20 מפחמן חד חמצני. לכן העשן משריפת מחסן עם כותנה עלול להכיל גם HCN\text{HCN}HCN, והוא מסוכן יותר מעשן שריפת יער, שמכיל בעיקר CO\text{CO}CO.

סעיף ב

תשובה:

חומרים טהורים: H2O\text{H}_2\text{O}H2​O, HCN\text{HCN}HCN, O2\text{O}_2O2​, CO\text{CO}CO. תערובת: עשן.

חומר טהור בנוי מסוג אחד בלבד של חלקיקים (כאן – סוג אחד של מולקולות), ויש לו נוסחה כימית קבועה. תערובת מורכבת משני חומרים או יותר.
- H2O(g)\text{H}_2\text{O}_{(g)}H2​O(g)​ – חומר טהור (תרכובת): בנוי ממולקולות H2O\text{H}_2\text{O}H2​O בלבד.
- HCN(g)\text{HCN}_{(g)}HCN(g)​ – חומר טהור (תרכובת): בנוי ממולקולות HCN\text{HCN}HCN בלבד.
- O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ – חומר טהור (יסוד): בנוי ממולקולות O2\text{O}_2O2​ בלבד.
- CO(g)\text{CO}_{(g)}CO(g)​ – חומר טהור (תרכובת): בנוי ממולקולות CO\text{CO}CO בלבד.
- עשן – תערובת: לפי הקטע העשן "מכיל בעיקר" CO\text{CO}CO, כלומר יש בו גם חומרים נוספים (למשל HCN\text{HCN}HCN). אין לעשן נוסחה כימית אחת – הוא מורכב מכמה סוגי חלקיקים.

סעיף ג

תשובה:

H–C≡N:\text{H–C}\equiv\text{N}:H–C≡N: (זוג אלקטרונים לא קושר על החנקן); O=O\text{O=O}O=O עם שני זוגות לא קושרים על כל אטום חמצן.

HCN\text{HCN}HCN: סך אלקטרוני הערכיות 1+4+5=101+4+5=101+4+5=10.
•אטום הפחמן במרכז: קשר יחיד H–C\text{H–C}H–C (זוג אלקטרונים משותף אחד) וקשר משולש C≡N\text{C}\equiv\text{N}C≡N (שלושה זוגות משותפים).
•על אטום החנקן זוג אלקטרונים לא קושר אחד.
•בדיקה: 2+6+2=102+6+2=102+6+2=10 אלקטרונים; לפחמן ולחנקן יש שמונה אלקטרונים סביבם, ולמימן – שניים.
O2\text{O}_2O2​: סך אלקטרוני הערכיות 6+6=126+6=126+6=12.
•קשר כפול O=O\text{O=O}O=O (שני זוגות משותפים).
•על כל אטום חמצן שני זוגות אלקטרונים לא קושרים.
•בדיקה: 4+8=124+8=124+8=12 אלקטרונים; לכל אטום חמצן שמונה אלקטרונים סביבו.

סעיף ד

תשובה:

משאירים את שני המוצקים בטמפרטורת החדר (או מחממים מעט): הקרח (H2O\text{H}_2\text{O}H2​O, חומר מולקולרי) נמס כבר ב-0∘C0^\circ\text{C}0∘C, ו-KCN\text{KCN}KCN (חומר יוני) נשאר מוצק. אפשר גם להשוות מוליכות חשמלית: הנוזל שנוצר מהקרח כמעט אינו מוליך, ותמיסה מימית של KCN\text{KCN}KCN מוליכה.

רעיון הניסוי: H2O(s)\text{H}_2\text{O}_{(s)}H2​O(s)​ (קרח) הוא חומר מולקולרי, ו-KCN(s)\text{KCN}_{(s)}KCN(s)​ הוא חומר יוני (יוני K+\text{K}^{+}K+ ויוני CN−\text{CN}^{-}CN−). לחומרים מסוגים אלה יש תכונות שונות – טמפרטורת היתוך ומוליכות חשמלית.
שלבי הניסוי (דוגמה):
1. מכניסים כמות קטנה מכל מוצק לכלי נפרד ומסמנים את הכלים (A ו-B). (אין לגעת ב-KCN\text{KCN}KCN ואין לטעום – הוא רעיל; עובדים עם כפפות.)
2. משאירים את שני הכלים בטמפרטורת החדר (או מחממים מעט, באותו אופן) ועוקבים כמה דקות.
3. תצפית צפויה: המוצק שנמס במהירות לנוזל הוא קרח – לחומר מולקולרי טמפרטורת היתוך נמוכה (0∘C0^\circ\text{C}0∘C). המוצק שנשאר מוצק הוא KCN\text{KCN}KCN – בחומר יוני יש משיכה חזקה בין יונים חיוביים ושליליים בסריג, ולכן טמפרטורת ההיתוך שלו גבוהה.
4. בדיקה נוספת – מוליכות חשמלית: מכניסים למים מזוקקים את המוצק שלא נמס ומערבבים עד להמסה. בודקים במעגל חשמלי (סוללה, נורה ואלקטרודות) את המוליכות של התמיסה ושל הנוזל שהתקבל מהקרח. תמיסת KCN\text{KCN}KCN מוליכה (יונים ניידים בתמיסה), ואילו המים כמעט אינם מוליכים (מולקולות ניטרליות).
מסקנה: החומר שנמס בקלות ואינו מוליך הוא H2O(s)\text{H}_2\text{O}_{(s)}H2​O(s)​; החומר שנשאר מוצק ותמיסתו המימית מוליכה הוא KCN(s)\text{KCN}_{(s)}KCN(s)​.

סעיף ה

(i)

תשובה:

טמפרטורת הרתיחה של HCN\text{HCN}HCN היא כ-26∘C26^\circ\text{C}26∘C.

בגרף יש שני קטעים אופקיים – שבהם הטמפרטורה קבועה בזמן שמשקיעים אנרגיה, כלומר מתרחש שינוי מצב צבירה:
•הקטע AB, בטמפרטורה של −13∘C-13^\circ\text{C}−13∘C – הקטע הראשון (הטמפרטורה הנמוכה): היתוך (מוצק ← נוזל).
•הקטע CD, בטמפרטורה של כ-26∘C26^\circ\text{C}26∘C – הקטע השני (הטמפרטורה הגבוהה): רתיחה (נוזל ← גז).
לכן טמפרטורת הרתיחה של HCN\text{HCN}HCN היא כ-26∘C26^\circ\text{C}26∘C (וטמפרטורת ההיתוך −13∘C-13^\circ\text{C}−13∘C).

(ii)

תשובה:

תגובה I: HCN(s)→HCN(ℓ)\text{HCN}_{(s)} \rightarrow \text{HCN}_{(\ell)}HCN(s)​→HCN(ℓ)​ (היתוך).

בקטע AB הטמפרטורה קבועה (−13∘C-13^\circ\text{C}−13∘C) למרות החימום – זהו מעבר המצב הראשון בזמן החימום של המוצק, כלומר היתוך: המוצק הופך לנוזל. לכן בקטע זה מתרחשת תגובה I: HCN(s)→HCN(ℓ)\text{HCN}_{(s)} \rightarrow \text{HCN}_{(\ell)}HCN(s)​→HCN(ℓ)​.
•תגובה II (רתיחה) מתרחשת בקטע CD, בטמפרטורה הגבוהה יותר.
•תגובה III (מעבר ישיר ממוצק לגז) אינה מתוארת בגרף: אחרי AB הטמפרטורה עולה (חימום הנוזל) עד לקטע CD, כלומר המוצק הפך קודם לנוזל.

שאלה 10 · סוגי חומרים – סריגים, ייצוג אלקטרונים ואלומיניום ברומי

שאלה פתוחה

סוגי חומרים
לפניך שתי רשימות. רשימה אחת של ארבעה חומרים, ורשימה אחרת של ארבעה היגדים 1 – 4.
רשימת החומרים: I2(s)\text{I}_{2(s)}I2(s)​ , Al(s)\text{Al}_{(s)}Al(s)​ , CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ , K2O(s)\text{K}_2\text{O}_{(s)}K2​O(s)​ .
רשימת ההיגדים:
1. חומר הבנוי מיונים חיוביים ב"ים אלקטרונים".
2. חומר מולקולרי שבתנאי החדר המולקולות בו צפופות ומסודרות.
3. חומר הבנוי מיונים חיובים ושליליים המסודרים במבנה תלת ממדי.
4. חומר מולקולרי שבתנאי החדר בנוי ממולקולות רחוקות מאוד אחת מהשנייה.

א.

התאם לכל אחד מארבעת החומרים את ההיגד המתאים לו.
העתק למחברת הבחינה את הנוסחה של כל אחד מן החומרים ורשום לידו את מספר ההיגד המתאים לו.

ב.

רשום נוסחת ייצוג אלקטרונים למולקולות CO2\text{CO}_2CO2​ ו- I2\text{I}_2I2​ .

ג.

הגז פחמן דו חמצני, CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ , מומס במשקאות תוססים. כתוב את ניסוח ההמסה במים של CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ .

ד.

בתגובה בין אלומיניום, Al(s)\text{Al}_{(s)}Al(s)​ , וברום, Br2(ℓ)\text{Br}_{2(\ell)}Br2(ℓ)​ , נוצרת התרכובת אלומיניום ברומי.

(1)

קבע מהו סוג התרכובת שנוצרת בתגובה: יונית או מולקולרית. נמק את קביעתך.

(2)

קבע איזו מבין הנוסחאות i-iv היא הנוסחה המתאימה ביותר לתרכובת אלומיניום ברומי. נמק את קביעתך.
i. AlBr\text{AlBr}AlBr ii. AlBr2\text{AlBr}_2AlBr2​ iii. AlBr3\text{AlBr}_3AlBr3​ iv. AlBr4\text{AlBr}_4AlBr4​

◂ פתרון מלא לשאלה 10

סעיף א

תשובה:

I2(s)\text{I}_{2(s)}I2(s)​ – 2 ; Al(s)\text{Al}_{(s)}Al(s)​ – 1 ; CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ – 4 ; K2O(s)\text{K}_2\text{O}_{(s)}K2​O(s)​ – 3.

- Al(s)\text{Al}_{(s)}Al(s)​ – היגד 1: אלומיניום הוא מתכת; הסריג המתכתי בנוי מיונים חיוביים ב"ים של אלקטרונים".
- I2(s)\text{I}_{2(s)}I2(s)​ – היגד 2: יוד הוא חומר מולקולרי (מולקולות I2\text{I}_2I2​), ובתנאי החדר הוא מוצק – המולקולות צפופות ומסודרות בסריג מולקולרי.
- K2O(s)\text{K}_2\text{O}_{(s)}K2​O(s)​ – היגד 3: תרכובת של מתכת (אשלגן) ואל-מתכת (חמצן) – חומר יוני, בנוי מיוני K+\text{K}^{+}K+ ויוני O2−\text{O}^{2-}O2− המסודרים בסריג תלת ממדי.
- CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ – היגד 4: חומר מולקולרי שבתנאי החדר הוא גז – המולקולות רחוקות מאוד זו מזו.

סעיף ב

תשובה:

O=C=O\text{O=C=O}O=C=O עם שני זוגות לא קושרים על כל אטום חמצן; I–I\text{I–I}I–I עם שלושה זוגות לא קושרים על כל אטום יוד.

CO2\text{CO}_2CO2​: סך אלקטרוני הערכיות 4+2×6=164+2\times6=164+2×6=16.
•אטום הפחמן במרכז, קשור לכל אטום חמצן בקשר כפול: O=C=O\text{O=C=O}O=C=O.
•על כל אטום חמצן שני זוגות אלקטרונים לא קושרים.
•בדיקה: 8+8=168+8=168+8=16 אלקטרונים; לכל אטום שמונה אלקטרונים סביבו.
I2\text{I}_2I2​: יוד הוא הלוגן (טור 7), סך אלקטרוני הערכיות 7+7=147+7=147+7=14.
•קשר יחיד I–I\text{I–I}I–I.
•על כל אטום יוד שלושה זוגות אלקטרונים לא קושרים.
•בדיקה: 2+12=142+12=142+12=14 אלקטרונים; לכל אטום יוד שמונה אלקטרונים סביבו.

סעיף ג

תשובה:

CO2(g)→H2OCO2(aq)\text{CO}_{2(g)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{CO}_{2(aq)}CO2(g)​H2​O​CO2(aq)​

CO2\text{CO}_2CO2​ הוא חומר מולקולרי. בהמסה במים המולקולות אינן מתפרקות ליונים – הן מתפזרות בין מולקולות המים ומוקפות בהן. לכן בצד התוצרים נשאר CO2\text{CO}_2CO2​ עם מצב הצבירה (aq)(aq)(aq):
CO2(g)→H2O(ℓ)CO2(aq)\text{CO}_{2(g)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}} \text{CO}_{2(aq)}CO2(g)​H2​O(ℓ)​​CO2(aq)​
טעות נפוצה: לרשום את המים כמגיב, או לפרק חומר מולקולרי ליונים בניסוח ההמסה. המים נרשמים מעל החץ, כממס.

סעיף ד

(1)

תשובה:

יונית – תרכובת של מתכת (אלומיניום) ואל-מתכת (ברום).

תרכובת יונית. אלומיניום הוא מתכת וברום הוא אל-מתכת (הלוגן). בתגובה בין מתכת לאל-מתכת אטומי המתכת מוסרים אלקטרונים ויוצרים יונים חיוביים, ואטומי האל-מתכת מקבלים אלקטרונים ויוצרים יונים שליליים. היונים נמשכים זה לזה ויוצרים סריג יוני.

(2)

תשובה:

iii. AlBr3\text{AlBr}_3AlBr3​

iii. AlBr3\text{AlBr}_3AlBr3​.
•אלומיניום (מספר אטומי 13, היערכות 2,8,3) נמצא בטור 3: לאטום 3 אלקטרונים ברמה החיצונית, והוא מוסר אותם ויוצר יון Al3+\text{Al}^{3+}Al3+.
•ברום נמצא בטור 7 (הלוגן): לאטום 7 אלקטרונים ברמה החיצונית, והוא מקבל אלקטרון אחד ויוצר יון Br−\text{Br}^{-}Br−.
•התרכובת ניטרלית, ולכן על כל יון Al3+\text{Al}^{3+}Al3+ יש שלושה יוני Br−\text{Br}^{-}Br−: (+3)+3×(−1)=0(+3)+3\times(-1)=0(+3)+3×(−1)=0. היחס 1:31:31:3 – הנוסחה האמפירית AlBr3\text{AlBr}_3AlBr3​.
(בנוסחאות האחרות סכום המטענים אינו אפס: AlBr\text{AlBr}AlBr ← +2+2+2, AlBr2\text{AlBr}_2AlBr2​ ← +1+1+1, AlBr4\text{AlBr}_4AlBr4​ ← −1-1−1.)

שאלה 11 · סידן וחנקן – מבנה האטום, סידן חנקני ואמוניה

שאלה פתוחה

מבנה האטום, סוגי חומרים ואנרגיה
לפניך טבלה ובה מידע לגבי מספר חלקיקים.
החלקיקסימול כימימספר פרוטוניםמספר אלקטרוניםהמטען החשמליהיערכות אלקטרונים
אטום סידן20Ca_{20}\text{Ca}20​Ca
אטום חנקן7N_{7}\text{N}7​N
יון סידן18
יון חנקן-3

א.

העתק את הטבלה למחברתך והשלם אותה.

ב.

בתגובה בין היסודות חנקן וסידן נוצרת תרכובת סידן חנקני, Ca3N2(s)\text{Ca}_3\text{N}_{2(s)}Ca3​N2(s)​.
רשום ניסוח מאוזן לתהליך ההיתוך של סידן חנקני.

ג.

קבע מהו מצב הצבירה של התרכובת סידן חנקני בטמפרטורת החדר. נמק את קביעתך.

ד.

בתגובה בין היסודות חנקן ומימן נוצרת התרכובת אמוניה, NH3(g)\text{NH}_{3(g)}NH3(g)​. במהלך התגובה כלי התגובה מתחמם.
קבע אם התגובה היא אקסותרמית או אנדותרמית. נמק את קביעתך.

◂ פתרון מלא לשאלה 11

סעיף א

תשובה:

ראה בטבלה: Ca\text{Ca}Ca (20, 20, 0, 2,8,8,2); N\text{N}N (7, 7, 0, 2,5); Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+ (20, 18, 2+2+2+, 2,8,8); N3−\text{N}^{3-}N3− (7, 10, 3−3-3−, 2,8).

- מספר הפרוטונים שווה למספר האטומי ואינו משתנה ביצירת יון: לסידן 20, לחנקן 7.
- באטום מספר האלקטרונים שווה למספר הפרוטונים, והמטען 0.
- יון סידן: 18 אלקטרונים ו-20 פרוטונים – מטען 20−18=+220-18=+220−18=+2, כלומר Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+ (האטום מסר את 2 האלקטרונים של הרמה החיצונית).
- יון חנקן: מטען −3-3−3 – האטום קיבל 3 אלקטרונים: 7+3=107+3=107+3=10 אלקטרונים, כלומר N3−\text{N}^{3-}N3−.
החלקיקסימול כימימספר פרוטוניםמספר אלקטרוניםהמטען החשמליהיערכות אלקטרונים
אטום סידן20Ca_{20}\text{Ca}20​Ca202002,8,8,2
אטום חנקן7N_{7}\text{N}7​N7702,5
יון סידןCa2+\text{Ca}^{2+}Ca2+20182+2+2+2,8,8
יון חנקןN3−\text{N}^{3-}N3−7103−3-3−2,8

החלקיק	סימול כימי	מספר פרוטונים	מספר אלקטרונים	המטען החשמלי	היערכות אלקטרונים
אטום סידן	$_{20}\text{Ca}$	20	20	0	2,8,8,2
אטום חנקן	$_{7}\text{N}$	7	7	0	2,5
יון סידן	$\text{Ca}^{2+}$	20	18	$2+$	2,8,8
יון חנקן	$\text{N}^{3-}$	7	10	$3-$	2,8

סעיף ב

תשובה:

Ca3N2(s)→3Ca(ℓ)2++2N(ℓ)3−\text{Ca}_3\text{N}_{2(s)} \rightarrow 3\text{Ca}^{2+}_{(\ell)} + 2\text{N}^{3-}_{(\ell)}Ca3​N2(s)​→3Ca(ℓ)2+​+2N(ℓ)3−​

סידן חנקני הוא חומר יוני הבנוי מיוני Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+ ויוני N3−\text{N}^{3-}N3− ביחס 3:23:23:2. בהיתוך הסריג היוני מתפרק והיונים נעשים ניידים בנוזל (המותך):
Ca3N2(s)→3Ca(ℓ)2++2N(ℓ)3−\text{Ca}_3\text{N}_{2(s)} \rightarrow 3\text{Ca}^{2+}_{(\ell)} + 2\text{N}^{3-}_{(\ell)}Ca3​N2(s)​→3Ca(ℓ)2+​+2N(ℓ)3−​
בדיקה: אטומי Ca\text{Ca}Ca: 3 = 3 ; אטומי N\text{N}N: 2 = 2 ; מטען: 0=3×(+2)+2×(−3)=00 = 3\times(+2)+2\times(-3)=00=3×(+2)+2×(−3)=0.
טעות נפוצה: לרשום Ca3N2(ℓ)\text{Ca}_3\text{N}_{2(\ell)}Ca3​N2(ℓ)​ כתוצר. בהיתוך של חומר יוני מציגים את היונים הניידים במצב נוזל.

סעיף ג

תשובה:

מוצק – זו תרכובת יונית: סריג של יונים עם משיכה חשמלית חזקה ביניהם, ולכן טמפרטורת ההיתוך גבוהה.

מוצק. סידן חנקני הוא תרכובת יונית (מתכת + אל-מתכת). הוא בנוי מסריג יוני תלת ממדי, שבו כל יון Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+ מוקף ביוני N3−\text{N}^{3-}N3− וכל יון N3−\text{N}^{3-}N3− מוקף ביוני Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+. בין היונים בעלי המטענים ההפוכים יש משיכה חשמלית חזקה (קשר יוני) בכל הכיוונים. כדי להתיך את החומר יש להשקיע אנרגיה רבה כדי להחליש את המשיכה הזאת, ולכן טמפרטורת ההיתוך של חומרים יוניים גבוהה בהרבה מטמפרטורת החדר, והחומר מוצק בטמפרטורת החדר.

סעיף ד

תשובה:

אקסותרמית – כלי התגובה מתחמם, כלומר בתגובה נפלטת אנרגיה (חום) לסביבה.

התגובה אקסותרמית. כלי התגובה מתחמם – כלומר אנרגיה עוברת מהמערכת (החומרים המגיבים) לסביבה (הכלי והאוויר) בצורת חום. תגובה שבה נפלטת אנרגיה לסביבה היא תגובה אקסותרמית. (בתגובה אנדותרמית נקלטת אנרגיה מהסביבה, והכלי היה מתקרר.)

טבלת התשובות

שאלה	סעיף	תשובה
1	-	ב – לאטומי $\text{F}$ ו- $\text{Cl}$ יש 7 אלקטרונים ברמה החיצונית.
2	-	א – מספר המסה קטן ב-4.
3	-	ד – $\text{Na}$ (חומר מתכתי).
4	-	ד – יוני $\text{Mg}^{2+}$ ויוני $\text{Cl}^{-}$ .
5	-	ב – היגד d בלבד.
6	-	ג – $\text{X}^{3-}$ .
7	-	ג – שטחי הגידול של כל הגידולים גדלו.
8	א i	כי הקורוזיה גורמת להחלשה ולהתפוררות של מתקנים, מכשירים וצנרת מברזל ופלדה, ותיקון הנזקים עולה למשק 19.5 מיליארד ש״ח בשנה.
	א ii	1) החלשה של המתכת שממנה עשויה הצנרת. 2) התפוררות של המתכת (הצנרת).
	א iii	1) ברזל חשוף הופך לחלוד וצבעו משתנה לחום-אדמדם. 2) נחושת משנה את צבעה מכתום-חום מבריק לשחור או ירקרק.
	ב	$\text{Cr}_{(s)}$ , $\text{Al}_{(s)}$ , $\text{Fe}_{(s)}$ – המתכות שברשימה.
	ג i	נכון.
	ג ii	לא נכון. היגד נכון: אפשר להסיק מתוצאות הניסוי כי רטיבות מאיצה את הקורוזיה של ברזל (מגדילה את קצבה).
	ג iii	לא נכון. היגד נכון: בטבלה של התלמידים מופיעות תצפיות וגם פרשנויות.
	ד	גרף III – מסת הברזל קטנה עם הזמן, כי הברזל הופך לתרכובות (חלודה) בתהליך הקורוזיה.
	ה i	1. $2\text{Ag}_{(s)} + \text{H}_2\text{S}_{(g)} \rightarrow \text{Ag}_2\text{S}_{(s)} + \text{H}_{2(g)}$ ; 2. $2\text{H}_2\text{S}_{(g)} + 3\text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{SO}_{2(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(g)}$
	ה ii	תגובה 1 – מתארת קורוזיה; תגובה 2 – אינה מתארת קורוזיה.
	ה iii	מתכתי: $\text{Ag}$ . יוני: $\text{Ag}_2\text{S}$ . מולקולרי: $\text{H}_2\text{S}$ , $\text{H}_2$ , $\text{O}_2$ , $\text{SO}_2$ , $\text{H}_2\text{O}$ .
	ה iv	החומר $\text{Ag}_{(s)}$ בנוי משכבות של יונים חיוביים ביניהם יש ים של אלקטרונים (אלקטרונים ניידים). החומר $\text{H}_2\text{S}_{(g)}$ בנוי ממולקולות ובין האטומים שבהן יש קשרים קוולנטיים.
9	א	העשן משריפת מחסן עם כותנה מסוכן יותר, כי בבעירת כותנה עלול להיווצר $\text{HCN}$ – רעיל פי 20 מ- $\text{CO}$ .
	ב	חומרים טהורים: $\text{H}_2\text{O}$ , $\text{HCN}$ , $\text{O}_2$ , $\text{CO}$ . תערובת: עשן.
	ג	$\text{H–C}\equiv\text{N}:$ (זוג אלקטרונים לא קושר על החנקן); $\text{O=O}$ עם שני זוגות לא קושרים על כל אטום חמצן.
	ד	משאירים את שני המוצקים בטמפרטורת החדר (או מחממים מעט): הקרח ( $\text{H}_2\text{O}$ , חומר מולקולרי) נמס כבר ב- $0^\circ\text{C}$ , ו- $\text{KCN}$ (חומר יוני) נשאר מוצק. אפשר גם להשוות מוליכות חשמלית: הנוזל שנוצר מהקרח כמעט אינו מוליך, ותמיסה מימית של $\text{KCN}$ מוליכה.
	ה i	טמפרטורת הרתיחה של $\text{HCN}$ היא כ- $26^\circ\text{C}$ .
	ה ii	תגובה I: $\text{HCN}_{(s)} \rightarrow \text{HCN}_{(\ell)}$ (היתוך).
10	א	$\text{I}_{2(s)}$ – 2 ; $\text{Al}_{(s)}$ – 1 ; $\text{CO}_{2(g)}$ – 4 ; $\text{K}_2\text{O}_{(s)}$ – 3.
	ב	$\text{O=C=O}$ עם שני זוגות לא קושרים על כל אטום חמצן; $\text{I–I}$ עם שלושה זוגות לא קושרים על כל אטום יוד.
	ג	$\text{CO}_{2(g)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{CO}_{2(aq)}$
	ד 1	יונית – תרכובת של מתכת (אלומיניום) ואל-מתכת (ברום).
	ד 2	iii. $\text{AlBr}_3$
11	א	ראה בטבלה: $\text{Ca}$ (20, 20, 0, 2,8,8,2); $\text{N}$ (7, 7, 0, 2,5); $\text{Ca}^{2+}$ (20, 18, $2+$ , 2,8,8); $\text{N}^{3-}$ (7, 10, $3-$ , 2,8).
	ב	$\text{Ca}_3\text{N}_{2(s)} \rightarrow 3\text{Ca}^{2+}_{(\ell)} + 2\text{N}^{3-}_{(\ell)}$
	ג	מוצק – זו תרכובת יונית: סריג של יונים עם משיכה חשמלית חזקה ביניהם, ולכן טמפרטורת ההיתוך גבוהה.
	ד	אקסותרמית – כלי התגובה מתחמם, כלומר בתגובה נפלטת אנרגיה (חום) לסביבה.

פרק ראשון - חובה (30 נקודות)

לפני שתענה, קרא את כל התשובות המוצעות.

העתק את התשובה הנכונה למחברת הבחינה.

אם תענה נכון על 6 שאלות, תקבל את מלוא הנקודות לפרק, 30 נקודות.

שאלה 1 · אלקטרונים ברמת האנרגיה הגבוהה ביותר

שאלה 2 · פליטת חלקיק אלפא ומספר המסה

שאלה 3 · מוליכות חשמלית במצב מוצק ובמצב נוזל

שאלה 4 · הרכב התרכובת היונית MgCl2

שאלה 5 · תיאור מצב צבירה גז

שאלה 6 · מספר מסה, ניטרונים והיון הנפוץ

מספר הפרוטונים (המספר האטומי):

שאלה 7 · ניתוח טבלת נתונים – שטחי גידול

שטחי הגידול העולמיים של צמחים מהונדסים ( קמ"ר)

פרק שני - חובה (40 נקודות)

שאלה 8 · קורוזיה של מתכות

ניתוח קטע מאמר מדעי - חובה

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

גרף III.

סעיף ה

פרק שלישי (30 נקודות)

שאלה 9 · עשן שריפות – CO ו-HCN

מושגי יסוד

סעיף א

העשן שנוצר בשריפת מחסן עם כותנה מסוכן יותר.

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

שלבי הניסוי (דוגמה):

סעיף ה

שאלה 10 · סוגי חומרים – סריגים, ייצוג אלקטרונים ואלומיניום ברומי

סוגי חומרים

רשימת ההיגדים:

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

iii. AlBr3\text{AlBr}_3AlBr3​.

שאלה 11 · סידן וחנקן – מבנה האטום, סידן חנקני ואמוניה

מבנה האטום, סוגי חומרים ואנרגיה

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

רוצים להשלים את חוויית הלמידה?

כל האתר במבט אחד

iii. $\text{AlBr}_3$ .