מתכונת 2 בכימיה - מבוא לכימיה 037182

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

מבחן מתכונת בכימיה, מבוא לכימיה, במבנה של בחינת הבגרות ולפי מיקוד תשפ"ז. כל שאלה בו בנויה כמו שאלה מבגרות אחרת. לכל סעיף יש תשובה ופתרון מלא - פתרו בזמן של הבחינה, ורק אחר כך פתחו את הפתרונות.

מבנה המתכונת

מבנה המתכונת: פרק ראשון (30 נק'): שאלות 1–7 רב-ברירה – 6 תשובות נכונות מתוך 7 מקנות 30 נקודות (5 לכל שאלה). פרק שני (40 נק'): שאלת מאמר חובה. פרק שלישי (30 נק'): יש לענות על 2 מתוך 3 שאלות, 15 נקודות לכל שאלה. משך: שעה וחצי.

פרק ראשון

שאלה 1 · ספירת אטומים בנוסחה – סידן זרחתי

רב-ברירה

סידן זרחתי הוא מוצק לבן המשמש בייצור דשנים. נוסחתו: Ca3(PO4)2\text{Ca}_3(\text{PO}_4)_2Ca3​(PO4​)2​ .
מהו מספר האטומים הכולל בנוסחה זו?

א.
8 אטומים
ב.
9 אטומים
ג.
13 אטומים
ד.
12 אטומים

◂ פתרון מלא לשאלה 1

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – 13 אטומים.

נספור את האטומים לפי סוגים. המספר 2 שאחרי הסוגריים מכפיל את כל מה שבתוך הסוגריים:
- Ca3\text{Ca}_3Ca3​: 3 אטומי סידן.
- (PO4)2(\text{PO}_4)_2(PO4​)2​: אטומי זרחן 1×2=21\times2=21×2=2, אטומי חמצן 4×2=84\times2=84×2=8 – כלומר 10 אטומים.
סך הכול: 3+2+8=133+2+8=133+2+8=13 אטומים – תשובה ג.
- א (8) – מתקבל אם לא מכפילים את הקבוצה שבסוגריים ב-2 (3+1+43+1+43+1+4).
- ב (9) – מתקבל אם מכפילים ב-2 רק את אטום הזרחן (3+2+43+2+43+2+4).
- ד (12) – מתקבל אם מכפילים ב-2 רק את אטומי החמצן (3+1+83+1+83+1+8).
טעות נפוצה: להכפיל במספר שאחרי הסוגריים רק את האטום האחרון שבתוכם.

שאלה 2 · היערכות אלקטרונים ומיקום בטבלה המחזורית

רב-ברירה

היערכות האלקטרונים באטום של יסוד מסוים, X, היא 2,8,6 .
לפניכם ארבעה היגדים, IV – I , הנוגעים ליסוד X.
I. היסוד X נמצא בטבלה המחזורית באותו טור שבו נמצא היסוד חמצן, O.
II. היסוד X נמצא בטבלה המחזורית באותו מחזור (באותה שורה) שבו נמצא היסוד חמצן, O.
III. באטום X האלקטרונים מאכלסים שלוש רמות אנרגיה.
IV. לאטום X יש 16 אלקטרוני ערכיות.
מהם ההיגדים הנכונים?

א.
היגדים I ו- II בלבד.
ב.
היגדים I ו- III בלבד.
ג.
היגדים II ו- IV בלבד.
ד.
היגדים III ו- IV בלבד.

◂ פתרון מלא לשאלה 2

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – I ו-III: ל-X ולחמצן 6 אלקטרוני ערכיות (אותו טור), ובאטום X מאוכלסות 3 רמות אנרגיה.

באטום X יש 2+8+6=162+8+6 = 162+8+6=16 אלקטרונים – זהו אטום גופרית, S. היערכות האלקטרונים באטום חמצן (8 אלקטרונים) היא 2,6.
- I נכון: מספר אלקטרוני הערכיות (האלקטרונים ברמה החיצונית) קובע את הטור. ל-X יש 6 אלקטרוני ערכיות, וגם לחמצן יש 6 – שניהם באותו טור.
- II שגוי: מספר רמות האנרגיה המאוכלסות קובע את המחזור (השורה). ב-X מאוכלסות 3 רמות (מחזור שלישי), ובחמצן 2 רמות (מחזור שני).
- III נכון: בהיערכות 2,8,6 יש שלוש רמות אנרגיה מאוכלסות.
- IV שגוי: 16 הוא המספר הכולל של האלקטרונים באטום. אלקטרוני הערכיות הם רק 6 האלקטרונים שברמה החיצונית.
לכן התשובה היא ב – היגדים I ו-III.

שאלה 3 · הרכב חלקיקים – אמוניה, חמצן, פחמן דו-חמצני וברזל

רב-ברירה

לפניכם מספר משפטים המתייחסים לחומרים שונים הנמצאים בטמפרטורת החדר ובלחץ אטמוספרי.
מהו המשפט הנכון?

א.
החומר חמצן, $\text{O}_{2(g)}$ , מורכב ממולקולה אחת ובה שני אטומי חמצן קשורים זה לזה בקשר קוולנטי יחיד.
ב.
פחמן דו-חמצני, $\text{CO}_{2(g)}$ , מורכב ממולקולות שבכל אחת מהן אטום הפחמן, C , קשור בקשר קוולנטי יחיד לכל אחד משני אטומי החמצן, O.
ג.
אמוניה, $\text{NH}_{3(g)}$ , מורכבת ממולקולות שבכל אחת מהן אטום החנקן, N , קשור בקשר קוולנטי יחיד לכל אחד משלושה אטומי מימן, H.
ד.
ברזל, $\text{Fe}_{(s)}$ , מורכב מאטום אחד.

◂ פתרון מלא לשאלה 3

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – בכל מולקולת NH3\text{NH}_3NH3​ אטום N קשור בקשר יחיד לכל אחד משלושה אטומי H.

- ג – נכון. אמוניה היא חומר מולקולרי המורכב ממולקולות NH3\text{NH}_3NH3​. לאטום חנקן 5 אלקטרוני ערכיות (2,5), והוא יוצר שלושה קשרים קוולנטיים יחידים – אחד עם כל אטום מימן – ונשאר עליו זוג אלקטרונים אחד לא קושר.
- א – לא נכון. החומר חמצן מורכב ממספר עצום של מולקולות O2\text{O}_2O2​, ולא ממולקולה אחת. בנוסף, בין שני אטומי החמצן במולקולה יש קשר כפול (O=O) ולא קשר יחיד – לכל אטום חמצן 6 אלקטרוני ערכיות והוא יוצר שני קשרים.
- ב – לא נכון. ב-CO2\text{CO}_2CO2​ אטום הפחמן קשור לכל אטום חמצן בקשר כפול (O=C=O): לפחמן ארבעה קשרים ולכל חמצן שניים. בקשרים יחידים היו לפחמן רק שני קשרים.
- ד – לא נכון. ברזל הוא מתכת: סריג מתכתי המורכב ממספר עצום של יונים חיוביים בים של אלקטרונים. הנוסחה Fe מציינת רק את סוג האטומים.
טעות נפוצה: לפרש נוסחה של חומר (O2\text{O}_2O2​, Fe\text{Fe}Fe) כאילו היא מתארת חלקיק בודד אחד, ולא את סוג החלקיקים שהחומר בנוי מהם.

שאלה 4 · מספר מסה, ניטרונים והיון הנפוץ – יסוד בטור 6

רב-ברירה

מספר המסה של אטום יסוד X הוא 79 . מספר הנויטרונים בגרעין של אטום יסוד X הוא 45.
מהו היון הנפוץ ביותר של היסוד X?

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

◂ פתרון מלא לשאלה 4

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – X2−\text{X}^{2-}X2−.

מספר הפרוטונים (המספר האטומי):
מספר אטומי=מספר מסה−מספר ניטרונים=79−45=34\text{מספר אטומי} = \text{מספר מסה} - \text{מספר ניטרונים} = 79 - 45 = 34מספר אטומי=מספר מסה−מספר ניטרונים=79−45=34
היסוד שמספרו האטומי 34 הוא סלניום, Se\text{Se}Se. לפי מיקומו בטבלה המחזורית הוא נמצא בטור 6 (משפחת החמצן, מתחת לגופרית) – לאטום יש 6 אלקטרונים ברמה החיצונית, והוא אל-מתכת.
אל-מתכת בטור 6 משלימה את הרמה החיצונית לשמונה אלקטרונים על ידי קבלת 2 אלקטרונים (6+2=86+2=86+2=8), ולכן היון הנפוץ הוא X2−\text{X}^{2-}X2− (כמו O2−\text{O}^{2-}O2− ו-S2−\text{S}^{2-}S2− שבאותו טור) – תשובה ב.
- א – יון 2+2+2+ אופייני למתכות בטור 2 (כמו Mg2+\text{Mg}^{2+}Mg2+).
- ג – יון +1+1+1 אופייני למתכות בטור 1.
- ד – יון 3−3-3− אופייני לאל-מתכות בטור 5 (כמו N3−\text{N}^{3-}N3−).
טעות נפוצה: להשתמש במספר הניטרונים (45) או במספר המסה (79) כמספר האטומי. היסוד נקבע לפי מספר הפרוטונים בלבד.

שאלה 5 · תגובות אקסותרמיות ואנדותרמיות במבחנות

רב-ברירה

תלמידה ביצעה שלוש תגובות III – I במבחנות נפרדות, ובכל מבחנה היה מדחום. התקבלו התוצאות הבאות:
תגובה I: הכניסה אבקת מגנזיום לתמיסה של חומצה. נוצרו בועות גז, והמדחום הראה עלייה בטמפרטורה מ-22∘C22^{\circ}\text{C}22∘C ל-35∘C35^{\circ}\text{C}35∘C.
תגובה II: הכניסה סודה לשתייה לתמיסה של חומצת לימון. נוצרו בועות גז, והמדחום הראה ירידה בטמפרטורה מ-22∘C22^{\circ}\text{C}22∘C ל-15∘C15^{\circ}\text{C}15∘C.
תגובה III: ערבבה שתי תמיסות צלולות, ונוצר מוצק צהוב (משקע). את הטמפרטורה במבחנה זו היא שכחה לרשום.
מהי המסקנה שניתן להסיק מתוצאות אלה על התגובות I, II ו- III ?
תגובה Iתגובה IIתגובה III
א.אנדותרמיתאקסותרמיתאקסותרמית
ב.אקסותרמיתאנדותרמיתלא ניתן לקבוע ללא בדיקות נוספות
ג.אקסותרמיתאנדותרמיתאקסותרמית
ד.אנדותרמיתאקסותרמיתלא ניתן לקבוע ללא בדיקות נוספות

	תגובה I	תגובה II	תגובה III
א.	אנדותרמית	אקסותרמית	אקסותרמית
ב.	אקסותרמית	אנדותרמית	לא ניתן לקבוע ללא בדיקות נוספות
ג.	אקסותרמית	אנדותרמית	אקסותרמית
ד.	אנדותרמית	אקסותרמית	לא ניתן לקבוע ללא בדיקות נוספות

א.
תגובה I – אנדותרמית; תגובה II – אקסותרמית; תגובה III – אקסותרמית.
ב.
תגובה I – אקסותרמית; תגובה II – אנדותרמית; תגובה III – לא ניתן לקבוע ללא בדיקות נוספות.
ג.
תגובה I – אקסותרמית; תגובה II – אנדותרמית; תגובה III – אקסותרמית.
ד.
תגובה I – אנדותרמית; תגובה II – אקסותרמית; תגובה III – לא ניתן לקבוע ללא בדיקות נוספות.

◂ פתרון מלא לשאלה 5

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – I אקסותרמית (הטמפרטורה עלתה), II אנדותרמית (הטמפרטורה ירדה), ועל III אי אפשר לקבוע בלי מדידת טמפרטורה.

- תגובה I – הטמפרטורה במבחנה עלתה (22∘C→35∘C22^{\circ}\text{C} \rightarrow 35^{\circ}\text{C}22∘C→35∘C): בתגובה נפלטה אנרגיה (חום) לסביבה, ולכן התגובה אקסותרמית.
- תגובה II – הטמפרטורה ירדה (22∘C→15∘C22^{\circ}\text{C} \rightarrow 15^{\circ}\text{C}22∘C→15∘C): בתגובה נקלטה אנרגיה (חום) מהסביבה, ולכן התגובה אנדותרמית.
- תגובה III – נמסר רק שנוצר משקע צהוב. היווצרות משקע (וגם היווצרות גז או שינוי צבע) מראה שהתרחשה תגובה, אבל אינה נותנת מידע על מעבר אנרגיה. כדי לקבוע אם התגובה אקסותרמית או אנדותרמית יש למדוד את הטמפרטורה – לא ניתן לקבוע ללא בדיקות נוספות.
תשובה ב.
- א, ד – הפוך עבור I ו-II (ו-א גם קובעת את III ללא נתון).
- ג – I ו-II נכונות, אבל אין נתון המאפשר לקבוע את אופי תגובה III.
טעות נפוצה: לחשוב שעליית הטמפרטורה פירושה שהתגובה "קולטת חום". כשהסביבה (התמיסה והמדחום) מתחממת, התגובה פולטת אנרגיה – אקסותרמית.

שאלה 6 · טמפרטורות רתיחה של אמוניה ומתאן

רב-ברירה

טמפרטורת הרתיחה של אמוניה, NH3\text{NH}_3NH3​ , היא −33∘C-33^{\circ}\text{C}−33∘C , וטמפרטורת הרתיחה של מתאן, CH4\text{CH}_4CH4​ , היא −162∘C-162^{\circ}\text{C}−162∘C .
מהי הסיבה העיקרית להבדל בין טמפרטורות הרתיחה?

א.
הקשרים הקוולנטיים N–H במולקולת האמוניה חזקים מהקשרים הקוולנטיים C–H במולקולת המתאן.
ב.
ענן האלקטרונים של מולקולת האמוניה גדול בהרבה מענן האלקטרונים של מולקולת המתאן.
ג.
בין מולקולות האמוניה במצב נוזל יש קשרי מימן, ואילו בין מולקולות המתאן במצב נוזל יש אינטראקציות ואן-דר-ולס בלבד.
ד.
אמוניה היא חומר יוני, ואילו מתאן הוא חומר מולקולרי.

◂ פתרון מלא לשאלה 6

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – בין מולקולות האמוניה יש קשרי מימן, החזקים מאינטראקציות ואן-דר-ולס שהן הכוחות היחידים בין מולקולות המתאן.

ברתיחה של חומר מולקולרי המולקולות מתרחקות זו מזו, ולכן טמפרטורת הרתיחה תלויה בחוזק הכוחות בין המולקולות.
•במולקולת NH3\text{NH}_3NH3​ יש אטומי H הקשורים לאטום N, ולאטום N יש זוג אלקטרונים לא קושר. לכן בין מולקולות האמוניה נוצרים קשרי מימן (וגם אינטראקציות ואן-דר-ולס).
•במולקולת CH4\text{CH}_4CH4​ אטומי H קשורים לאטום C, ולכן אין בין המולקולות קשרי מימן – יש אינטראקציות ואן-דר-ולס בלבד.
קשרי מימן חזקים מאינטראקציות ואן-דר-ולס, ולכן נדרשת טמפרטורה גבוהה יותר כדי להרחיק את מולקולות האמוניה זו מזו. התשובה הנכונה היא ג.
- א שגויה: ברתיחה הקשרים הקוולנטיים שבתוך המולקולות אינם נשברים, ולכן חוזקם אינו קובע את טמפרטורת הרתיחה.
- ב שגויה: בשתי המולקולות יש אותו מספר אלקטרונים – 10 (7+3×1=107+3\times1=107+3×1=10 ב-NH3\text{NH}_3NH3​, 6+4×1=106+4\times1=106+4×1=10 ב-CH4\text{CH}_4CH4​), ולכן גודל ענני האלקטרונים דומה.
- ד שגויה: אמוניה בנויה משתי אל-מתכות (N ו-H), ולכן היא חומר מולקולרי ולא יוני.

שאלה 7 · סוגי סריגים

רב-ברירה

לפניכם ארבעה היגדים על ארבעה חומרים שונים. בחרו את ההיגד הנכון:

א.
ל- $\text{CO}_2$ מוצק ("קרח יבש") סריג אטומרי, שבו כל האטומים קשורים בקשרים קוולנטיים במבנה ענק
ב.
בין מולקולות $\text{CH}_4$ מתקיימים קשרי מימן
ג.
נתרן, Na, מוצק אינו מוליך חשמל, כי האלקטרונים בו קבועים במקומם
ד.
ל- MgO מבנה ענק של יוני $\text{Mg}^{2+}$ ויוני $\text{O}^{2-}$ הקשורים בקשר יוני

◂ פתרון מלא לשאלה 7

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – MgO הוא חומר יוני: סריג ענק של יוני Mg2+\text{Mg}^{2+}Mg2+ ו-O2−\text{O}^{2-}O2−.

ד – נכון: מגנזיום (מתכת, טור 2) מוסר שני אלקטרונים ויוצר יון Mg2+\text{Mg}^{2+}Mg2+; חמצן (אל-מתכת, טור 16) קולט שני אלקטרונים ויוצר יון O2−\text{O}^{2-}O2−. ב-MgO היונים מסודרים בסריג יוני ענק וקשורים בקשר יוני.
- א – CO2\text{CO}_2CO2​ הוא חומר מולקולרי: גם במצב מוצק הוא בנוי ממולקולות CO2\text{CO}_2CO2​ נפרדות, שביניהן אינטראקציות ואן דר ואלס חלשות (לכן "קרח יבש" הופך לגז כבר בטמפרטורה נמוכה).
- ב – ב-CH4\text{CH}_4CH4​ אטומי המימן קשורים לפחמן ולא ל-N, O או F, ולכן אין קשרי מימן בין המולקולות – רק אינטראקציות ואן דר ואלס.
- ג – נתרן הוא מתכת: יונים חיוביים בתוך "ים" של אלקטרונים ניידים, ולכן הוא מוליך חשמל במצב מוצק.

פרק שני

שאלה 8 · סידן ותרכובותיו

שאלת מאמר40 נקודות

ניתוח קטע מאמר מדעי – חובה
קראו את הקטע הבא וענו על הסעיפים שלאחריו לפי ההנחיות (שאלת חובה, 40 נקודות).
סידן ותרכובותיו
(1) סידן, Ca , הוא יסוד מתכתי מטור 2 בטבלה המחזורית.
(2) סידן מתכתי, Ca(s)\text{Ca}_{(s)}Ca(s)​ , מגיב בקלות עם חמצן, O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ , ועם מים, ולכן בטבע אין סידן בצורת יסוד,
(3) אלא רק בתרכובות.
(4) תרכובות סידן נפוצות מאוד בטבע. סלעי גיר ושיש בנויים בעיקר מסידן פחמתי, CaCO3(s)\text{CaCO}_{3(s)}CaCO3(s)​ ,
(5) וגם קונכיות של בעלי חיים ימיים ושלדים של אלמוגים בנויים בעיקר מתרכובת זו.
(6) גם בגוף האדם יש תרכובות סידן: העצמות והשיניים מכילות תרכובות של סידן.
(7) כאשר מחממים אבן גיר לטמפרטורה גבוהה בכבשן, היא מתפרקת לסיד חי, CaO(s)\text{CaO}_{(s)}CaO(s)​ ,
(8) ולגז פחמן דו-חמצני, CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ .
(9) סיד חי משמש מאז ימי קדם בבנייה להכנת טיח, ובחקלאות משתמשים בו לטיפול בקרקע חומצית.
(10) תרכובת סידן נוספת, סידן כלורי, CaCl2(s)\text{CaCl}_{2(s)}CaCl2(s)​ , מפוזרת בחורף על כבישים בארצות קרות
(11) כדי להמיס את הקרח שעליהם. היא משמשת גם לייבוש אוויר לח, משום שהיא סופחת אדי מים.
ענו על כל הסעיפים א, ג, ד ועל אחד מן הסעיפים ב או ה.

א.

על פי הקטע:

(i)

ציינו מקום אחד בטבע ומקום אחד בגוף האדם שבהם יש תרכובות סידן.

(ii)

כתבו שני שימושים לתרכובות סידן.

ב.

סעיף ב הוא סעיף בחירה. אם תבחרו לענות עליו, אל תענו על סעיף ה.
בקטע מופיעות נוסחאות של שישה חומרים.
העתיקו את נוסחאות החומרים וקבעו עבור כל אחד מהם אם הוא יסוד או תרכובת.
נמקו את קביעתכם.

ג.

(i)

רשמו הערכת אלקטרונים ברמות האנרגיה עבור אטום סידן, Ca .

(ii)

רשמו את מטען היון היציב של סידן.

(iii)

רשמו נוסחת ייצוג אלקטרונים עבור פחמן דו-חמצני, CO2\text{CO}_2CO2​ .

ד.

נתונות שתי תגובות, (1) ו-(2) , של סידן מתכתי:
(1) Ca(s)+O2(g)→CaO(s)\text{Ca}_{(s)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{CaO}_{(s)}Ca(s)​+O2(g)​→CaO(s)​
(2) Ca(s)+H2O(l)→Ca(OH)2(aq)+H2(g)\text{Ca}_{(s)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow \text{Ca(OH)}_{2(aq)} + \text{H}_{2(g)}Ca(s)​+H2​O(l)​→Ca(OH)2(aq)​+H2(g)​

(i)

העתיקו את שתי התגובות למחברתכם ואזנו אותן.

(ii)

פיסת אבן גיר, CaCO3(s)\text{CaCO}_{3(s)}CaCO3(s)​ , הונחה בכלי פתוח וחוממה בחוזקה. אבן הגיר התפרקה לפי התגובה המתוארת בשורות 7–8:
CaCO3(s)→CaO(s)+CO2(g)\text{CaCO}_{3(s)} \rightarrow \text{CaO}_{(s)} + \text{CO}_{2(g)}CaCO3(s)​→CaO(s)​+CO2(g)​
קבעו האם במהלך החימום מסת המוצק שבכלי עולה, יורדת או לא משתנה. הסבירו את קביעתכם.

ה.

סעיף ה הוא סעיף בחירה. אם תבחרו לענות עליו, אל תענו על סעיף ב.
לפניכם ארבעה היגדים, i-iv , המתייחסים לחומרים שבקטע.
קבעו לגבי כל אחד מן ההיגדים אם הוא נכון או לא נכון.

(i)

סיד חי, CaO(s)\text{CaO}_{(s)}CaO(s)​ , הוא חומר מולקולרי.

(ii)

במולקולת פחמן דו-חמצני, CO2\text{CO}_{2}CO2​ , יש קשרים קוולנטיים כפולים.

(iii)

סידן, Ca(s)\text{Ca}_{(s)}Ca(s)​ , מוליך זרם חשמלי במצב מוצק.

(iv)

בין מולקולות פחמן דו-חמצני, CO2\text{CO}_{2}CO2​ , יש קשרי מימן.

◂ פתרון מלא לשאלה 8

סעיף א

(i)

תשובה:

בטבע: סלעי גיר ושיש (או קונכיות ואלמוגים). בגוף האדם: העצמות (או השיניים).

- בטבע (אחד מהם): סלעי גיר ושיש (שורה 4), או קונכיות של בעלי חיים ימיים ושלדים של אלמוגים (שורה 5).
- בגוף האדם (אחד מהם): העצמות או השיניים (שורה 6).

(ii)

תשובה:

למשל: סיד חי, CaO\text{CaO}CaO, משמש בבנייה להכנת טיח; סידן כלורי, CaCl2\text{CaCl}_2CaCl2​, מפוזר על כבישים להמסת קרח.

לפי הקטע יש לתרכובות הסידן כמה שימושים. מספיק לכתוב שניים מהם:
סיד חי, CaO(s)\text{CaO}_{(s)}CaO(s)​, משמש בבנייה להכנת טיח (שורה 9).
סיד חי משמש בחקלאות לטיפול בקרקע חומצית (שורה 9).
סידן כלורי, CaCl2(s)\text{CaCl}_{2(s)}CaCl2(s)​, מפוזר על כבישים בחורף כדי להמיס את הקרח (שורות 10–11).
סידן כלורי משמש לייבוש אוויר לח (שורה 11).

סעיף ב

תשובה:

יסודות: Ca\text{Ca}Ca, O2\text{O}_2O2​. תרכובות: CaCO3\text{CaCO}_3CaCO3​, CaO\text{CaO}CaO, CO2\text{CO}_2CO2​, CaCl2\text{CaCl}_2CaCl2​.

יסוד הוא חומר הבנוי מסוג אחד בלבד של אטומים. תרכובת היא חומר הבנוי משני סוגי אטומים (יסודות) או יותר, הקשורים זה לזה ביחס קבוע.
הנוסחהשורהיסוד / תרכובתנימוק
Ca\text{Ca}Ca2יסודבנוי מסוג אחד של אטומים: סידן
O2\text{O}_2O2​2יסודבנוי מסוג אחד של אטומים: חמצן (מולקולה של 2 אטומי O)
CaCO3\text{CaCO}_3CaCO3​4תרכובתבנויה משלושה סוגי אטומים: סידן, פחמן וחמצן
CaO\text{CaO}CaO7תרכובתבנויה משני סוגי אטומים: סידן וחמצן
CO2\text{CO}_2CO2​8תרכובתבנויה משני סוגי אטומים: פחמן וחמצן
CaCl2\text{CaCl}_2CaCl2​10תרכובתבנויה משני סוגי אטומים: סידן וכלור
טעות נפוצה: לקבוע ש-O2\text{O}_2O2​ היא תרכובת כי יש בה שני אטומים. הקובע הוא מספר סוגי האטומים, ולא מספר האטומים.

הנוסחה	שורה	יסוד / תרכובת	נימוק
$\text{Ca}$	2	יסוד	בנוי מסוג אחד של אטומים: סידן
$\text{O}_2$	2	יסוד	בנוי מסוג אחד של אטומים: חמצן (מולקולה של 2 אטומי O)
$\text{CaCO}_3$	4	תרכובת	בנויה משלושה סוגי אטומים: סידן, פחמן וחמצן
$\text{CaO}$	7	תרכובת	בנויה משני סוגי אטומים: סידן וחמצן
$\text{CO}_2$	8	תרכובת	בנויה משני סוגי אטומים: פחמן וחמצן
$\text{CaCl}_2$	10	תרכובת	בנויה משני סוגי אטומים: סידן וכלור

סעיף ג

(i)

תשובה:

2,8,8,2

המספר האטומי של סידן הוא 20 (לפי הטבלה המחזורית), ולכן באטום יש 20 אלקטרונים. ממלאים את הרמות לפי הסדר: 2 ברמה הראשונה, 8 בשנייה, 8 בשלישית, ושני האלקטרונים הנותרים ברמה הרביעית:
Ca: 2,8,8,2
(סידן נמצא במחזור 4 – ארבע רמות אנרגיה, ובטור 2 – 2 אלקטרוני ערכיות.)

(ii)

תשובה:

2+2+2+ (היון Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+)

לאטום סידן יש 2 אלקטרוני ערכיות (2,8,8,2). כדי להגיע להיערכות יציבה של 8 אלקטרונים ברמה החיצונית, כמו של הגז האציל ארגון (2,8,8), האטום מוסר את 2 אלקטרוני הערכיות. באטום נשארים 20 פרוטונים ו-18 אלקטרונים, ולכן מטען היון הוא 20−18=+220-18=+220−18=+2, כלומר Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+.

(iii)

תשובה:

O=C=O\text{O}=\text{C}=\text{O}O=C=O, ועל כל אטום O שני זוגות אלקטרונים לא קושרים.

לאטום C יש 4 אלקטרוני ערכיות, והוא צריך עוד 4 אלקטרונים להשלמת אוקטט. לכל אטום O יש 6 אלקטרוני ערכיות, והוא צריך עוד 2. לכן אטום C במרכז קשור לכל אחד משני אטומי O בקשר כפול (שני זוגות אלקטרונים משותפים).
בנוסחה: O=C=O\text{O}=\text{C}=\text{O}O=C=O, ועל כל אטום O שני זוגות אלקטרונים לא קושרים. בדיקה: סביב C יש 8 אלקטרונים (4 זוגות קושרים); סביב כל O יש 8 אלקטרונים (2 זוגות קושרים + 2 זוגות לא קושרים). בסך הכל יש במולקולה 4+2×6=164+2\times6=164+2×6=16 אלקטרוני ערכיות = 8 זוגות (4 קושרים ו-4 לא קושרים).

סעיף ד

(i)

תשובה:

(1) 2Ca(s)+O2(g)→2CaO(s)2\text{Ca}_{(s)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{CaO}_{(s)}2Ca(s)​+O2(g)​→2CaO(s)​
(2) Ca(s)+2H2O(l)→Ca(OH)2(aq)+H2(g)\text{Ca}_{(s)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow \text{Ca(OH)}_{2(aq)} + \text{H}_{2(g)}Ca(s)​+2H2​O(l)​→Ca(OH)2(aq)​+H2(g)​

מאזנים כך שמספר האטומים מכל סוג יהיה שווה בשני צדי החץ (חוק שימור החומר). משנים רק את המקדמים, לא את הנוסחאות.
תגובה (1): במגיב O2\text{O}_2O2​ יש 2 אטומי O, ולכן רושמים 2 לפני CaO\text{CaO}CaO. עכשיו יש בתוצרים 2 אטומי Ca, ולכן רושמים 2 לפני Ca:
2Ca(s)+O2(g)→2CaO(s)2\text{Ca}_{(s)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{CaO}_{(s)}2Ca(s)​+O2(g)​→2CaO(s)​
בדיקה: Ca: 2 = 2; O: 2 = 2.
תגובה (2): ב-Ca(OH)2\text{Ca(OH)}_2Ca(OH)2​ יש 2 אטומי O ו-2 אטומי H, וב-H2\text{H}_2H2​ יש עוד 2 אטומי H – בסך הכל 4 אטומי H ו-2 אטומי O בתוצרים. לכן רושמים 2 לפני H2O\text{H}_2\text{O}H2​O:
Ca(s)+2H2O(l)→Ca(OH)2(aq)+H2(g)\text{Ca}_{(s)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow \text{Ca(OH)}_{2(aq)} + \text{H}_{2(g)}Ca(s)​+2H2​O(l)​→Ca(OH)2(aq)​+H2(g)​
בדיקה: Ca: 1 = 1; O: 2 = 2; H: 2×2=42\times2=42×2=4 = 2+2=42+2=42+2=4.

(ii)

תשובה:

המסה יורדת – הגז CO2\text{CO}_2CO2​ שנוצר עוזב את הכלי הפתוח, ובכלי נשאר רק המוצק CaO\text{CaO}CaO.

קביעה: מסת המוצק שבכלי יורדת.
הסבר: לפי חוק שימור המסה, מסת CaCO3\text{CaCO}_3CaCO3​ שהתפרק שווה לסכום המסות של CaO\text{CaO}CaO ושל CO2\text{CO}_2CO2​ שנוצרו. אבל רק אחד התוצרים, CaO(s)\text{CaO}_{(s)}CaO(s)​, הוא מוצק ונשאר בכלי. התוצר השני, CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​, הוא גז, והוא עוזב את הכלי הפתוח לאוויר. כלומר, אטומי הפחמן ושניים מכל שלושה אטומי חמצן שהיו ב-CaCO3\text{CaCO}_3CaCO3​ יוצאים מהכלי, ולכן מסת המוצק שנשאר בכלי קטנה ממסת אבן הגיר בתחילת החימום.
טעות נפוצה: לקבוע שהמסה לא משתנה "לפי חוק שימור החומר". החוק חל על כל החומרים המשתתפים בתגובה, כולל הגז שיצא מהכלי; מסת המוצק לבדו יורדת.

סעיף ה

(i)

תשובה:

לא נכון.

CaO\text{CaO}CaO בנוי ממתכת (סידן) ומאל-מתכת (חמצן), ולכן הוא חומר יוני: סריג של יוני Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+ ויוני O2−\text{O}^{2-}O2− הנמשכים זה לזה בקשר יוני. אין בו מולקולות. ההיגד לא נכון.

(ii)

תשובה:

נכון.

במולקולת CO2\text{CO}_2CO2​ אטום C קשור לכל אחד משני אטומי O בקשר קוולנטי כפול (O=C=O\text{O}=\text{C}=\text{O}O=C=O), כך שלכל אטום יש אוקטט. ההיגד נכון.

(iii)

תשובה:

נכון.

סידן הוא מתכת. בסריג המתכתי יש יונים חיוביים, Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+, המוקפים בים של אלקטרונים הנעים בחופשיות. כאשר מחברים את המתכת למקור מתח, האלקטרונים החופשיים נעים בכיוון אחד ועובר זרם חשמלי – גם במצב מוצק. ההיגד נכון.

(iv)

תשובה:

לא נכון.

קשר מימן נוצר רק כאשר במולקולה יש אטום H הקשור לאטום N, O או F. במולקולת CO2\text{CO}_2CO2​ אין אטומי מימן כלל, ולכן בין המולקולות יש אינטראקציות ואן-דר-ולס בלבד. ההיגד לא נכון.

פרק שלישי

שאלה 9 · דגם הטבלה המחזורית – יונים חיוביים, הלוגנים ואיזוטופים של אשלגן

שאלה פתוחה15 נקודות

מבנה האטום
להלן דגם של המערכה המחזורית. סימניהם של מספר יסודות הוחלפו באותיות.
בתשובותיכם השתמשו באותיות הכתובות בדגם הנתון של המערכה המחזורית.

א.

(i)

ציינו שני אטומים שונים היוצרים יונים חיוביים בעלי מטען זהה.

(ii)

ציינו שני אטומים שונים שלא יוצרים יונים כלל.

ב.

אילו מהיסודות מייצגים הלוגנים?

ג.

(i)

רשמו היערכות אלקטרונים לאטום המסומן באות W.

(ii)

רשמו נוסחת ייצוג אלקטרונים עבור כל אחד מהאטומים המסומנים באותיות: A , L
בדגם של הטבלה המחזורית.

ד.

ליסוד המסומן באות Y יש כמה איזוטופים.
לאחד מהם מספר מסה 39 ולאחר מספר מסה 41.
רשמו עבור כל אחד מן האיזוטופים את מספר הפרוטונים, מספר האלקטרונים ומספר הנויטרונים שיש באטום שלו.

ה.

ציינו לאילו מן היסודות שבדגם הטבלה המחזורית מתאים המודל המיקרוסקופי שלפניכם:

◂ פתרון מלא לשאלה 9

סעיף א

(i)

תשובה:

J ו-Y (שניהם בטור 1, יוצרים יונים 1+1+1+). תשובה נכונה גם: T ו-W (טור 2, יונים 2+2+2+).

מתכות מוסרות אלקטרונים ויוצרות יונים חיוביים, ומטען היון שווה למספר אלקטרוני הערכיות שהאטום מוסר. לאטומים באותו טור יש אותו מספר אלקטרוני ערכיות, ולכן הם יוצרים יונים בעלי אותו מטען.
- J (מחזור 2) ו-Y (מחזור 4) נמצאים בטור הראשון (מתכות אלקליות, אלקטרון ערכיות אחד). כל אחד מוסר אלקטרון אחד ויוצר יון 1+1+1+: J+\text{J}^{+}J+, Y+\text{Y}^{+}Y+.
•לחלופין: T (מחזור 3) ו-W (מחזור 4) בטור השני (2 אלקטרוני ערכיות) – כל אחד מוסר 2 אלקטרונים ויוצר יון 2+2+2+: T2+\text{T}^{2+}T2+, W2+\text{W}^{2+}W2+.
אין לבחור את R: הוא בטור הראשון אבל במחזור הראשון – זהו מימן, שאינו מתכת.

(ii)

תשובה:

שניים מבין E, D, Z (גזים אצילים).

E, D ו-Z נמצאים בטור האחרון – משפחת הגזים האצילים. לאטומים שלהם רמה חיצונית מלאה (E – 2 ; D – 2,8 ; Z – 2,8,8), ולכן הם יציבים ואינם מוסרים או מקבלים אלקטרונים – אינם יוצרים יונים. מספיק לציין שניים מהם.

סעיף ב

תשובה:

G, Q ו-V.

ההלוגנים הם היסודות בטור השביעי של היסודות הראשיים (טור 17), הטור שלפני הגזים האצילים; לאטומים שלהם 7 אלקטרוני ערכיות.
בדגם: G (מחזור 2), Q (מחזור 3) ו-V (מחזור 4).
טעות נפוצה: לכלול גם את D או Z, הנמצאים בטור האחרון – אלה גזים אצילים ולא הלוגנים.

סעיף ג

(i)

תשובה:

2,8,8,2

W נמצא במחזור הרביעי (4 רמות אנרגיה מאוכלסות) ובטור השני (2 אלקטרוני ערכיות). לכן היערכות האלקטרונים שלו: 2,8,8,2 (בסך הכול 20 אלקטרונים).

(ii)

תשובה:

A – 5 נקודות (זוג אחד ו-3 אלקטרונים בודדים) סביב הסמל; L – 3 נקודות בודדות סביב הסמל.

בנוסחת ייצוג אלקטרונים של אטום מציירים סביב הסמל רק את אלקטרוני הערכיות.
- A – במחזור השני בטור החמישי של היסודות הראשיים (טור 15): 5 אלקטרוני ערכיות (2,5) – זוג אלקטרונים אחד ושלושה אלקטרונים בודדים.
- L – במחזור השלישי בטור השלישי של היסודות הראשיים (טור 13): 3 אלקטרוני ערכיות (2,8,3) – שלושה אלקטרונים בודדים.

סעיף ד

תשובה:

מספר מסה 39: 19 פרוטונים, 19 אלקטרונים, 20 נויטרונים. מספר מסה 41: 19 פרוטונים, 19 אלקטרונים, 22 נויטרונים.

Y נמצא במחזור הרביעי ובטור הראשון, ולכן היערכות האלקטרונים שלו 2,8,8,1 והמספר האטומי שלו 2+8+8+1=192 + 8 + 8 + 1 = 192+8+8+1=19 (זהו אשלגן).
•מספר הפרוטונים = המספר האטומי = 19 (זהה לשני האיזוטופים).
•באטום ניטרלי מספר האלקטרונים = מספר הפרוטונים = 19.
•מספר הנויטרונים = מספר המסה − מספר הפרוטונים.
האיזוטופפרוטוניםאלקטרוניםנויטרונים
מספר מסה 39191939−19=2039 - 19 = 2039−19=20
מספר מסה 41191941−19=2241 - 19 = 2241−19=22
האיזוטופים נבדלים זה מזה רק במספר הנויטרונים.

האיזוטופ	פרוטונים	אלקטרונים	נויטרונים
מספר מסה 39	19	19	$39 - 19 = 20$
מספר מסה 41	19	19	$41 - 19 = 22$

סעיף ה

תשובה:

המודל מתאר סריג מתכתי (יונים חיוביים ב"ים" של אלקטרונים) – מתאים למתכות שבדגם: J, Y, T, W ו-L.

המודל מראה יונים חיוביים (עיגולים עם +) המסודרים בסדר קבוע, ובינם אלקטרונים רבים (נקודות שחורות) הנעים בחופשיות – "ים של אלקטרונים". זהו מודל של סריג מתכתי, ולכן הוא מתאים ליסודות שהם מתכות.
בדגם מצויר קו מדורג המפריד בין המתכות (משמאל לקו ומתחתיו) לבין האל-מתכות (מימין לקו ומעליו). המתכות בדגם:
- J, Y – מתכות אלקליות (טור 1);
- T, W – מתכות בטור 2;
- L – בטור 13, מחזור 3 – משמאל לקו.
תשובה: J, Y, T, W, L.
המודל אינו מתאים ל-R (מימן) – אף שהוא בטור הראשון, הוא אל-מתכת; לא לאל-מתכות A, G, X, Q, V; ולא לגזים האצילים E, D, Z.
טעות נפוצה: לבחור את R משום שהוא בטור הראשון, או לשכוח את L, שאינו בטורים 1–2 אך הוא מתכת.

שאלה 10 · סוגי סריגים: אלומיניום, נתרן ברומי, קרח וצורן דו־חמצני

שאלה פתוחה15 נקודות

סוגי חומרים ותכונותיהם
לפניכם ארבעה איורים, a–d , המתארים באופן חלקי את המבנה המיקרוסקופי של ארבעה חומרים במצב מוצק:
אלומיניום, Al(s)\text{Al}_{(s)}Al(s)​ ; נתרן ברומי, NaBr(s)\text{NaBr}_{(s)}NaBr(s)​ ; קרח, H2O(s)\text{H}_2\text{O}_{(s)}H2​O(s)​ ; צורן דו־חמצני, SiO2(s)\text{SiO}_{2(s)}SiO2(s)​.

א.

העתיקו את הטבלה שלפניכם למחברת הבחינה, והשלימו אותה.
האיורנוסחת המוצק המתואר באיורסוגי החלקיקים במוצק
a
b
c
d

ב.

הסבירו מדוע אלומיניום, Al(s)\text{Al}_{(s)}Al(s)​ , מוליך חשמל ואילו נתרן ברומי, NaBr(s)\text{NaBr}_{(s)}NaBr(s)​, אינו מוליך חשמל במצב מוצק. בתשובתכם התייחסו למבנה המיקרוסקופי של החומרים.

ג.

נתרן ברומי, NaBr(s)\text{NaBr}_{(s)}NaBr(s)​, מתמוסס היטב במים.

(i)

נסחו את תהליך ההמסה במים של NaBr(s)\text{NaBr}_{(s)}NaBr(s)​.

(ii)

התמיסה המימית של NaBr(s)\text{NaBr}_{(s)}NaBr(s)​ מוליכה חשמל. הסבירו מדוע.

◂ פתרון מלא לשאלה 10

סעיף א

תשובה:

a – Al\text{Al}Al, יונים Al3+\text{Al}^{3+}Al3+ ואלקטרונים חופשיים; b – H2O\text{H}_2\text{O}H2​O, מולקולות H2O\text{H}_2\text{O}H2​O; c – SiO2\text{SiO}_2SiO2​, אטומי צורן ואטומי חמצן; d – NaBr\text{NaBr}NaBr, יונים Na+\text{Na}^{+}Na+ ו-Br−\text{Br}^{-}Br−

האיורנוסחת המוצקסוגי החלקיקים במוצקסוג הסריג והנימוק
aAl\text{Al}Alיונים Al3+\text{Al}^{3+}Al3+ ואלקטרונים חופשייםסריג מתכתי: יונים חיוביים (3+) ב"ים" של אלקטרונים ניידים (e⁻).
bH2O\text{H}_2\text{O}H2​Oמולקולות H2O\text{H}_2\text{O}H2​Oסריג מולקולרי: מולקולות נפרדות, בכל אחת אטום גדול אחד (O) ושני אטומים קטנים (H).
cSiO2\text{SiO}_2SiO2​אטומי צורן ואטומי חמצןסריג אטומרי: אטומים גדולים (Si) ואטומים קטנים (O) קשורים בקשרים קוולנטיים ברשת רציפה, ללא מולקולות נפרדות; כל אטום צורן קשור לאטומי חמצן, וכל אטום חמצן לשני אטומי צורן.
dNaBr\text{NaBr}NaBrיונים Na+\text{Na}^{+}Na+ ו-Br−\text{Br}^{-}Br−סריג יוני: יונים חיוביים ושליליים מתחלפים, ביחס 1:1.

האיור	נוסחת המוצק	סוגי החלקיקים במוצק	סוג הסריג והנימוק
a	$\text{Al}$	יונים $\text{Al}^{3+}$ ואלקטרונים חופשיים	סריג מתכתי: יונים חיוביים (3+) ב"ים" של אלקטרונים ניידים (e⁻).
b	$\text{H}_2\text{O}$	מולקולות $\text{H}_2\text{O}$	סריג מולקולרי: מולקולות נפרדות, בכל אחת אטום גדול אחד (O) ושני אטומים קטנים (H).
c	$\text{SiO}_2$	אטומי צורן ואטומי חמצן	סריג אטומרי: אטומים גדולים (Si) ואטומים קטנים (O) קשורים בקשרים קוולנטיים ברשת רציפה, ללא מולקולות נפרדות; כל אטום צורן קשור לאטומי חמצן, וכל אטום חמצן לשני אטומי צורן.
d	$\text{NaBr}$	יונים $\text{Na}^{+}$ ו- $\text{Br}^{-}$	סריג יוני: יונים חיוביים ושליליים מתחלפים, ביחס 1:1.

סעיף ב

תשובה:

באלומיניום יש אלקטרונים חופשיים (ניידים) בסריג המתכתי; בנתרן ברומי המוצק יש חלקיקים טעונים (יונים), אך הם קבועים במקומם בסריג ואינם ניידים.

מוליכות חשמלית מחייבת חלקיקים טעונים שהם ניידים.
- אלומיניום – סריג מתכתי: יונים חיוביים Al3+\text{Al}^{3+}Al3+ ב"ים" של אלקטרונים. אלקטרוני הערכיות אינם קשורים לאטום מסוים ונעים בחופשיות בכל הסריג. כאשר מפעילים מתח, האלקטרונים החופשיים נעים בכיוון אחד – זרם חשמלי. לכן אלומיניום מוליך.
- נתרן ברומי מוצק – סריג יוני: יש בו חלקיקים טעונים (יוני Na+\text{Na}^{+}Na+ ו-Br−\text{Br}^{-}Br−), אבל במוצק הם מוחזקים במקומות קבועים בסריג בקשר יוני חזק ואינם יכולים לנוע, ואין בו אלקטרונים חופשיים. לכן המוצק אינו מוליך (הוא מוליך רק במצב נוזל או בתמיסה, כשהיונים ניידים).
טעות נפוצה: לכתוב ש"בנתרן ברומי אין חלקיקים טעונים". יש בו יונים – הבעיה היא שאינם ניידים במוצק.

סעיף ג

(i)

תשובה:

NaBr(s)→H2O(l)Na(aq)++Br(aq)−\text{NaBr}_{(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}} \text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{Br}^{-}_{(aq)}NaBr(s)​H2​O(l)​​Na(aq)+​+Br(aq)−​

בהמסה במים הסריג היוני מתפרק, והיונים מתפזרים בין מולקולות המים ומוקפים בהן (יונים מומסים, (aq)(aq)(aq)):
NaBr(s)→H2O(l)Na(aq)++Br(aq)−\text{NaBr}_{(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}} \text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{Br}^{-}_{(aq)}NaBr(s)​H2​O(l)​​Na(aq)+​+Br(aq)−​
הניסוח מאוזן: מכל יחידת נוסחה אחת נוצרים יון חיובי אחד ויון שלילי אחד, וסכום המטענים בתוצרים הוא אפס.

(ii)

תשובה:

בתמיסה יש יונים Na(aq)+\text{Na}^{+}_{(aq)}Na(aq)+​ ו-Br(aq)−\text{Br}^{-}_{(aq)}Br(aq)−​ ניידים, הנעים כאשר מפעילים מתח.

מוליכות חשמלית מחייבת חלקיקים טעונים וניידים. במוצק היוני היונים קבועים במקומם בסריג, אך בתמיסה המימית הסריג התפרק, והיונים Na(aq)+\text{Na}^{+}_{(aq)}Na(aq)+​ ו-Br(aq)−\text{Br}^{-}_{(aq)}Br(aq)−​ מפוזרים בין מולקולות המים ויכולים לנוע. כאשר מפעילים מתח, היונים החיוביים נעים לכיוון הקוטב השלילי והיונים השליליים לכיוון הקוטב החיובי – זרם חשמלי עובר בתמיסה.

שאלה 11 · חימום מים – מסת המים ועליית הטמפרטורה

שאלה פתוחה15 נקודות

מיומנויות החקר המדעי
כאשר מחממים חומר, הוא קולט אנרגיה והטמפרטורה שלו עולה.
תלמידים בצעו ניסוי במעבדה. הם לקחו ארבע כוסות כימיות זהות והכניסו לכל אחת מהן מסה שונה של מים, בטמפרטורה התחלתית של 20 מעלות צלזיוס. כל כוס חוממה באותו גוף חימום חשמלי במשך 2 דקות.
בסיום החימום התלמידים מדדו את טמפרטורת המים בכל כוס וחישבו את עליית הטמפרטורה.

א.

ענו על השאלות הבאות:

(i)

נסחו את שאלת החקר שנבדקה בניסוי.

(ii)

ציינו את המשתנה התלוי ואת המשתנה הבלתי תלוי בשאלת החקר שניסחתם.

(iii)

ציינו שני גורמים עליהם יש לשמור בניסוי כגורמים קבועים.

ב.

לפניכם שני גרפים, I ו- II המתארים את תוצאות הניסוי. בשני הגרפים הציר האופקי מתאר את מסת המים (g) והציר האנכי את עליית הטמפרטורה (0C^{0}\text{C}0C):
ענו על השאלות הבאות:

(i)

קבעו איזה משני הגרפים, I או II מתאר בצורה נכונה יותר את תוצאות הניסוי. הסבירו את בחירתכם.

(ii)

הסבירו איזה מידע נוסף נותן הגרף שבחרתם על פני הגרף השני.

(iii)

רשמו כותרת לגרף שבחרתם.

ג.

הסבירו את תוצאות הניסוי שהתקבלו על פי הגרפים.

◂ פתרון מלא לשאלה 11

סעיף א

(i)

תשובה:

כיצד משפיעה מסת המים על עליית הטמפרטורה שלהם בחימום באותו גוף חימום במשך אותו זמן?

שאלת חקר מנוסחת כשאלה הקושרת בין הגורם שמשנים (המשתנה הבלתי תלוי) לבין מה שמודדים (המשתנה התלוי):
"כיצד משפיעה מסת המים על עליית הטמפרטורה שלהם בחימום באותו גוף חימום במשך 2 דקות?"

(ii)

תשובה:

משתנה תלוי: עליית הטמפרטורה של המים (מעלות צלזיוס). משתנה בלתי תלוי: מסת המים (גרם).

- המשתנה הבלתי תלוי (מה שהתלמידים שינו): מסת המים בכל כוס (בגרם).
- המשתנה התלוי (מה שנמדד): עליית הטמפרטורה של המים בסיום החימום (במעלות צלזיוס).

(iii)

תשובה:

גוף החימום ומשך החימום (2 דקות); אפשר גם: הטמפרטורה ההתחלתית של המים, סוג הכוסות.

גורמים קבועים (מספיק שניים):
גוף החימום (אותו גוף חימום חשמלי לכל הכוסות).
משך החימום – 2 דקות.
הטמפרטורה ההתחלתית של המים – 20 מעלות צלזיוס.
סוג הכוסות וגודלן ("כוסות כימיות זהות").

סעיף ב

(i)

תשובה:

גרף I – כי המשתנה הבלתי תלוי, מסת המים, הוא משתנה כמותי רציף, ולכן מתאים גרף נקודות על ציר מספרי רציף ולא גרף עמודות.

גרף I מתאר את התוצאות בצורה נכונה יותר.
המשתנה הבלתי תלוי – מסת המים – הוא משתנה כמותי רציף: המסה יכולה לקבל כל ערך (גם בין 50 ל-100 גרם). לכן מציגים את התוצאות כנקודות על ציר מספרי רציף (גרף I). גרף עמודות (גרף II) מתאים למשתנה בלתי תלוי קטגוריאלי (למשל סוגים שונים של נוזלים), שבו אין משמעות לערכים שבין העמודות.

(ii)

תשובה:

גרף I מראה את המגמה הרציפה (ירידה בעליית הטמפרטורה ככל שהמסה גדלה, ירידה שהולכת ונחלשת) ומאפשר להעריך את עליית הטמפרטורה עבור מסות שלא נמדדו.

גרף I מוצג על ציר מסה רציף (מ-0 עד 250 גרם), ולכן:
•אפשר לראות את המגמה – הקשר בין המשתנים: ככל שמסת המים גדלה, עליית הטמפרטורה קטנה, והירידה הולכת וקטנה (מכ-57 ל-29 מעלות בין 50 ל-100 גרם, ורק מכ-19 ל-14 מעלות בין 150 ל-200 גרם).
•אפשר להעביר קו מגמה ולהעריך את עליית הטמפרטורה עבור מסות שלא נבדקו בניסוי (למשל 75 גרם), וגם לשער מה יקרה מעבר לתחום שנמדד.
בגרף העמודות אין רצף בין הערכים, ולכן אי אפשר להסיק ממנו ערכים שבין העמודות.

(iii)

תשובה:

"עליית טמפרטורת המים כתלות במסת המים".

כותרת של גרף מציינת את המשתנה התלוי כתלות במשתנה הבלתי תלוי:
"עליית טמפרטורת המים (0C^{0}\text{C}0C) כתלות במסת המים (g)".

סעיף ג

תשובה:

כל הכוסות קיבלו אותה כמות אנרגיה; ככל שמסת המים גדולה יותר יש יותר מולקולות מים שביניהן מתחלקת האנרגיה, ולכן עליית הטמפרטורה קטנה יותר.

תיאור התוצאות: לפי הגרפים, ככל שמסת המים גדלה (מ-50 ל-200 גרם), עליית הטמפרטורה קטנה (מכ-57 לכ-14 מעלות צלזיוס).
הסבר: כל הכוסות חוממו באותו גוף חימום ובמשך אותו זמן, ולכן כל כוס קלטה אותה כמות אנרגיה. במסה גדולה יותר של מים יש יותר מולקולות מים, ואותה כמות אנרגיה מתחלקת ביניהן – כל מולקולה מקבלת בממוצע פחות אנרגיה, ולכן הטמפרטורה עולה פחות.
במסה כפולה של מים עליית הטמפרטורה קטנה בערך פי 2 (100 גרם – כ-29 מעלות לעומת 50 גרם – כ-57 מעלות), ולכן העקומה יורדת בתלילות בהתחלה ובמתינות בהמשך.

טבלת התשובות

שאלה	סעיף	תשובה
1	-	ג – 13 אטומים.
2	-	ב – I ו-III: ל-X ולחמצן 6 אלקטרוני ערכיות (אותו טור), ובאטום X מאוכלסות 3 רמות אנרגיה.
3	-	ג – בכל מולקולת $\text{NH}_3$ אטום N קשור בקשר יחיד לכל אחד משלושה אטומי H.
4	-	ב – $\text{X}^{2-}$ .
5	-	ב – I אקסותרמית (הטמפרטורה עלתה), II אנדותרמית (הטמפרטורה ירדה), ועל III אי אפשר לקבוע בלי מדידת טמפרטורה.
6	-	ג – בין מולקולות האמוניה יש קשרי מימן, החזקים מאינטראקציות ואן-דר-ולס שהן הכוחות היחידים בין מולקולות המתאן.
7	-	ד – MgO הוא חומר יוני: סריג ענק של יוני $\text{Mg}^{2+}$ ו- $\text{O}^{2-}$ .
8	א i	בטבע: סלעי גיר ושיש (או קונכיות ואלמוגים). בגוף האדם: העצמות (או השיניים).
	א ii	למשל: סיד חי, $\text{CaO}$ , משמש בבנייה להכנת טיח; סידן כלורי, $\text{CaCl}_2$ , מפוזר על כבישים להמסת קרח.
	ב	יסודות: $\text{Ca}$ , $\text{O}_2$ . תרכובות: $\text{CaCO}_3$ , $\text{CaO}$ , $\text{CO}_2$ , $\text{CaCl}_2$ .
	ג i	2,8,8,2
	ג ii	$2+$ (היון $\text{Ca}^{2+}$ )
	ג iii	$\text{O}=\text{C}=\text{O}$ , ועל כל אטום O שני זוגות אלקטרונים לא קושרים.
	ד i	(1) $2\text{Ca}_{(s)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{CaO}_{(s)}$ (2) $\text{Ca}_{(s)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow \text{Ca(OH)}_{2(aq)} + \text{H}_{2(g)}$
	ד ii	המסה יורדת – הגז $\text{CO}_2$ שנוצר עוזב את הכלי הפתוח, ובכלי נשאר רק המוצק $\text{CaO}$ .
	ה i	לא נכון.
	ה ii	נכון.
	ה iii	נכון.
	ה iv	לא נכון.
9	א i	J ו-Y (שניהם בטור 1, יוצרים יונים $1+$ ). תשובה נכונה גם: T ו-W (טור 2, יונים $2+$ ).
	א ii	שניים מבין E, D, Z (גזים אצילים).
	ב	G, Q ו-V.
	ג i	2,8,8,2
	ג ii	A – 5 נקודות (זוג אחד ו-3 אלקטרונים בודדים) סביב הסמל; L – 3 נקודות בודדות סביב הסמל.
	ד	מספר מסה 39: 19 פרוטונים, 19 אלקטרונים, 20 נויטרונים. מספר מסה 41: 19 פרוטונים, 19 אלקטרונים, 22 נויטרונים.
	ה	המודל מתאר סריג מתכתי (יונים חיוביים ב"ים" של אלקטרונים) – מתאים למתכות שבדגם: J, Y, T, W ו-L.
10	א	a – $\text{Al}$ , יונים $\text{Al}^{3+}$ ואלקטרונים חופשיים; b – $\text{H}_2\text{O}$ , מולקולות $\text{H}_2\text{O}$ ; c – $\text{SiO}_2$ , אטומי צורן ואטומי חמצן; d – $\text{NaBr}$ , יונים $\text{Na}^{+}$ ו- $\text{Br}^{-}$
	ב	באלומיניום יש אלקטרונים חופשיים (ניידים) בסריג המתכתי; בנתרן ברומי המוצק יש חלקיקים טעונים (יונים), אך הם קבועים במקומם בסריג ואינם ניידים.
	ג i	$\text{NaBr}_{(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}} \text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{Br}^{-}_{(aq)}$
	ג ii	בתמיסה יש יונים $\text{Na}^{+}_{(aq)}$ ו- $\text{Br}^{-}_{(aq)}$ ניידים, הנעים כאשר מפעילים מתח.
11	א i	כיצד משפיעה מסת המים על עליית הטמפרטורה שלהם בחימום באותו גוף חימום במשך אותו זמן?
	א ii	משתנה תלוי: עליית הטמפרטורה של המים (מעלות צלזיוס). משתנה בלתי תלוי: מסת המים (גרם).
	א iii	גוף החימום ומשך החימום (2 דקות); אפשר גם: הטמפרטורה ההתחלתית של המים, סוג הכוסות.
	ב i	גרף I – כי המשתנה הבלתי תלוי, מסת המים, הוא משתנה כמותי רציף, ולכן מתאים גרף נקודות על ציר מספרי רציף ולא גרף עמודות.
	ב ii	גרף I מראה את המגמה הרציפה (ירידה בעליית הטמפרטורה ככל שהמסה גדלה, ירידה שהולכת ונחלשת) ומאפשר להעריך את עליית הטמפרטורה עבור מסות שלא נמדדו.
	ב iii	"עליית טמפרטורת המים כתלות במסת המים".
	ג	כל הכוסות קיבלו אותה כמות אנרגיה; ככל שמסת המים גדולה יותר יש יותר מולקולות מים שביניהן מתחלקת האנרגיה, ולכן עליית הטמפרטורה קטנה יותר.

פרק ראשון

שאלה 1 · ספירת אטומים בנוסחה – סידן זרחתי

שאלה 2 · היערכות אלקטרונים ומיקום בטבלה המחזורית

שאלה 3 · הרכב חלקיקים – אמוניה, חמצן, פחמן דו-חמצני וברזל

שאלה 4 · מספר מסה, ניטרונים והיון הנפוץ – יסוד בטור 6

מספר הפרוטונים (המספר האטומי):

שאלה 5 · תגובות אקסותרמיות ואנדותרמיות במבחנות

שאלה 6 · טמפרטורות רתיחה של אמוניה ומתאן

שאלה 7 · סוגי סריגים

פרק שני

שאלה 8 · סידן ותרכובותיו

ניתוח קטע מאמר מדעי – חובה

סידן ותרכובותיו

סעיף ב הוא סעיף בחירה. אם תבחרו לענות עליו, אל תענו על סעיף ה.

סעיף ה הוא סעיף בחירה. אם תבחרו לענות עליו, אל תענו על סעיף ב.

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

קביעה: מסת המוצק שבכלי יורדת.

סעיף ה

פרק שלישי

שאלה 9 · דגם הטבלה המחזורית – יונים חיוביים, הלוגנים ואיזוטופים של אשלגן

מבנה האטום

בתשובותיכם השתמשו באותיות הכתובות בדגם הנתון של המערכה המחזורית.

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

סעיף ה

שאלה 10 · סוגי סריגים: אלומיניום, נתרן ברומי, קרח וצורן דו־חמצני

סוגי חומרים ותכונותיהם

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

שאלה 11 · חימום מים – מסת המים ועליית הטמפרטורה

מיומנויות החקר המדעי

סעיף א

"כיצד משפיעה מסת המים על עליית הטמפרטורה שלהם בחימום באותו גוף חימום במשך 2 דקות?"

סעיף ב

גרף I מתאר את התוצאות בצורה נכונה יותר.

סעיף ג

רוצים להשלים את חוויית הלמידה?

כל האתר במבט אחד