מתכונת 4 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 · זיהוי יסוד לפי מספר מסה ונויטרונים

רב-ברירה

מספר המסה של אטום מסוים הוא 27, ובגרעינו 14 נויטרונים.
מהי הקביעה הנכונה לגבי אטום זה?

א.
זהו אטום של צורן, Si, ויש בו 14 אלקטרונים
ב.
זהו אטום של קובלט, Co, ויש בו 27 אלקטרונים
ג.
זהו אטום של אלומיניום, Al, ויש בו 13 אלקטרונים
ד.
זהו אטום של אלומיניום, Al, ויש בו 14 אלקטרונים

◂ פתרון מלא לשאלה 1

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – אלומיניום, 13 אלקטרונים.

מספר המסה = מספר הפרוטונים + מספר הנויטרונים, ולכן:
מספר הפרוטונים=27−14=13\text{מספר הפרוטונים} = 27 - 14 = 13מספר הפרוטונים=27−14=13
המספר האטומי הוא 13, ולפי הטבלה המחזורית זהו אלומיניום, 1327Al^{27}_{13}\text{Al}1327​Al. באטום ניטרלי מספר האלקטרונים שווה למספר הפרוטונים – 13. לכן התשובה הנכונה היא ג.
- א – 14 הוא מספר הנויטרונים; היסוד נקבע לפי מספר הפרוטונים (13) ולא לפי מספר הנויטרונים.
- ב – 27 הוא מספר המסה, לא המספר האטומי; לקובלט מספר אטומי 27.
- ד – היסוד זוהה נכון, אך מספר האלקטרונים באטום ניטרלי שווה למספר הפרוטונים (13), לא למספר הנויטרונים.

שאלה 2 · ירידת טמפרטורה בהמסה – תהליך אנדותרמי

רב-ברירה

תלמידה המיסה מלח מסוים ב-100 מ"ל מים בכוס כימית. טמפרטורת המים לפני ההמסה הייתה 25 מעלות צלזיוס, ובסיום ההמסה מדחום שבתמיסה הראה 18 מעלות צלזיוס.
מהי הקביעה הנכונה לגבי תהליך ההמסה של המלח?

א.
התהליך אקסותרמי, כי בתהליך נפלטת אנרגיה לסביבה
ב.
התהליך אנדותרמי, כי בתהליך נקלטת אנרגיה מהמים שבכוס
ג.
התהליך אנדותרמי, כי בתהליך נפלטת אנרגיה לסביבה
ד.
התהליך אקסותרמי, כי בתהליך נקלטת אנרגיה מהמים שבכוס

◂ פתרון מלא לשאלה 2

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – התהליך אנדותרמי: נקלטת אנרגיה מהמים, ולכן הטמפרטורה ירדה.

טמפרטורת התמיסה ירדה (מ-25 ל-18 מעלות צלזיוס). המשמעות: תהליך ההמסה קלט אנרגיה (חום) מהסביבה – מהמים שבכוס – ולכן המים התקררו. תהליך שבו נקלטת אנרגיה מהסביבה הוא תהליך אנדותרמי (ΔH>0\Delta H > 0ΔH>0). לכן התשובה הנכונה היא ב.
- א – אילו נפלטה אנרגיה, המים היו מתחממים והטמפרטורה הייתה עולה.
- ג – בתהליך אנדותרמי האנרגיה נקלטת ולא נפלטת; ההנמקה סותרת את הקביעה.
- ד – תהליך שבו נקלטת אנרגיה אינו אקסותרמי; הקביעה סותרת את ההנמקה.
טעות נפוצה: לחשוב ש"התמיסה התקררה" פירושו שהתהליך פלט קור. ירידת הטמפרטורה נובעת מכך שהאנרגיה נלקחה מהמים אל תהליך ההמסה.

שאלה 3 · הרכב חלקיקים – חנקן, מים, נתרן כלורי וגופרית

רב-ברירה

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

א.
חנקן, $\text{N}_{2(g)}$ , מורכב ממולקולות שבכל אחת מהן שני אטומי חנקן קשורים זה לזה בקשר קוולנטי משולש.
ב.
מים, $\text{H}_2\text{O}_{(l)}$ , מורכבים ממולקולות שבכל אחת מהן אטום החמצן, O , קשור בקשר קוולנטי כפול לכל אחד משני אטומי המימן, H.
ג.
נתרן כלורי, $\text{NaCl}_{(s)}$ , מורכב ממולקולות שבכל אחת מהן אטום נתרן קשור בקשר קוולנטי לאטום כלור.
ד.
החומר גופרית, $\text{S}_{8(s)}$ , מורכב ממולקולה אחת ובה שמונה אטומי גופרית.

◂ פתרון מלא לשאלה 3

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א – בכל מולקולת N2\text{N}_2N2​ שני אטומי החנקן קשורים בקשר משולש.

- א – נכון. חנקן הוא חומר מולקולרי המורכב ממולקולות N2\text{N}_2N2​. לכל אטום חנקן 5 אלקטרוני ערכיות (2,5); כדי שלכל אטום יהיו 8 אלקטרונים סביבו, שני האטומים חולקים שלושה זוגות אלקטרונים – קשר משולש (N≡N\text{N}\equiv\text{N}N≡N), ועל כל אטום נשאר זוג אלקטרונים לא קושר.
- ב – לא נכון. במולקולת מים אטום החמצן קשור לכל אטום מימן בקשר יחיד (H–O–H). אטום מימן יכול ליצור קשר אחד בלבד.
- ג – לא נכון. נתרן כלורי הוא חומר יוני: סריג של יוני Na+\text{Na}^{+}Na+ ויוני Cl−\text{Cl}^{-}Cl− ביחס 1:1, ואין בו מולקולות. הנוסחה NaCl היא נוסחה אמפירית (יחס בין היונים).
- ד – לא נכון. החומר גופרית מורכב ממספר עצום של מולקולות S8\text{S}_8S8​, ולא ממולקולה אחת.
טעות נפוצה: לחשוב שנוסחה של חומר יוני (NaCl) מתארת מולקולה.

שאלה 4 · מצב צבירה של אמוניה לפי טמפרטורות היתוך ורתיחה

רב-ברירה

האיור שלפניכם מתאר את המבנה המיקרוסקופי של החומר אמוניה, NH3\text{NH}_3NH3​ , הנמצא בכלי סגור, בטמפרטורה T.
טמפרטורת ההיתוך של אמוניה היא −78∘C-78^{\circ}\text{C}−78∘C וטמפרטורת הרתיחה שלה היא −33∘C-33^{\circ}\text{C}−33∘C.
מהי הטמפרטורה המתאימה לטמפרטורה T, שבה מצוי הכלי הסגור?

א.
$-100^{\circ}\text{C}$
ב.
$-60^{\circ}\text{C}$
ג.
$-40^{\circ}\text{C}$
ד.
$20^{\circ}\text{C}$

◂ פתרון מלא לשאלה 4

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – 20∘C20^{\circ}\text{C}20∘C: באיור האמוניה גז, וזו הטמפרטורה היחידה הגבוהה מטמפרטורת הרתיחה.

מצב הצבירה באיור: מולקולות NH3\text{NH}_3NH3​ (אטום חנקן אחד ושלושה אטומי מימן בכל מולקולה) רחוקות מאוד זו מזו ומפוזרות בכל נפח הכלי, בלי סדר. זהו המבנה המיקרוסקופי של גז.
קביעת הטמפרטורה: חומר נמצא במצב גז בטמפרטורה גבוהה מטמפרטורת הרתיחה שלו (−33∘C-33^{\circ}\text{C}−33∘C).
- 20∘C20^{\circ}\text{C}20∘C – גבוהה מ-−33∘C-33^{\circ}\text{C}−33∘C – גז ✓ (תשובה ד).
- −100∘C-100^{\circ}\text{C}−100∘C – נמוכה מטמפרטורת ההיתוך – האמוניה מוצקה.
- −60∘C-60^{\circ}\text{C}−60∘C ו-−40∘C-40^{\circ}\text{C}−40∘C – בין טמפרטורת ההיתוך לטמפרטורת הרתיחה – האמוניה נוזלית.
טעות נפוצה: לבחור ב-−40∘C-40^{\circ}\text{C}−40∘C כי "היא קרובה לטמפרטורת הרתיחה". −40∘C-40^{\circ}\text{C}−40∘C נמוכה מ-−33∘C-33^{\circ}\text{C}−33∘C, ולכן בטמפרטורה זו האמוניה עדיין נוזל.

שאלה 5 · ניסוח תהליך המסה של סידן יודי במים

רב-ברירה

סידן יודי, CaI2(s)\text{CaI}_{2(s)}CaI2(s)​, מסיס היטב במים.
מהו הניסוח הנכון של תהליך ההמסה במים של CaI2(s)\text{CaI}_{2(s)}CaI2(s)​ ?

א.
$\text{CaI}_{2(s)} \xrightarrow{\text{מים}} \text{CaI}_{2(aq)}$
ב.
$\text{CaI}_{2(s)} \xrightarrow{\text{מים}} \text{Ca}^{2+}_{(aq)} + \text{I}_2^{2-}{}_{(aq)}$
ג.
$\text{CaI}_{2(s)} \xrightarrow{\text{מים}} \text{Ca}_{(aq)} + 2\text{I}_{(aq)}$
ד.
$\text{CaI}_{2(s)} \xrightarrow{\text{מים}} \text{Ca}^{2+}_{(aq)} + 2\text{I}^{-}_{(aq)}$

◂ פתרון מלא לשאלה 5

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – CaI2(s)→Ca(aq)2++2I(aq)−\text{CaI}_{2(s)} \rightarrow \text{Ca}^{2+}_{(aq)} + 2\text{I}^{-}_{(aq)}CaI2(s)​→Ca(aq)2+​+2I(aq)−​

סידן יודי הוא חומר יוני, הבנוי מיוני Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+ (סידן בטור 2 – מוסר 2 אלקטרונים) ומיוני I−\text{I}^{-}I− (יוד הוא הלוגן – קולט אלקטרון אחד) ביחס 1:2. בהמסה במים הסריג היוני מתפרק, והיונים מתפזרים בין מולקולות המים (מסומנים (aq)(aq)(aq)):
CaI2(s)→מיםCa(aq)2++2I(aq)−\text{CaI}_{2(s)} \xrightarrow{\text{מים}} \text{Ca}^{2+}_{(aq)} + 2\text{I}^{-}_{(aq)}CaI2(s)​מים​Ca(aq)2+​+2I(aq)−​
הניסוח מאוזן באטומים (Ca אחד, שני I) ובמטען (+2+2⋅(−1)=0+2 + 2\cdot(-1) = 0+2+2⋅(−1)=0, כמו במוצק הנייטרלי). תשובה ד.
- א – מתאר המסה של חומר מולקולרי (המולקולות נשארות שלמות); חומר יוני מתפרק ליונים.
- ב – אין יון I22−\text{I}_2^{2-}I22−​; יוד יוצר יונים חד-אטומיים I−\text{I}^{-}I−, ושניים כאלה.
- ג – חסרים המטענים: בתמיסה יש יונים, לא אטומים נייטרליים.

שאלה 6 · ניתוח טבלת נתונים – טמפרטורה בהמסת מלחים

רב-ברירה

תלמידים המיסו ארבעה מלחים שונים A-D, כל מלח בכוס אחרת עם מים. הם מדדו את טמפרטורת המים לפני ההמסה ואת טמפרטורת התמיסה בסוף ההמסה.
טמפרטורת המים לפני ההמסה ובסופה ( ∘C^\circ\text{C}∘C )
לפני ההמסהבסוף ההמסה
מלח A22.018.5
מלח B24.017.0
מלח C20.019.0
מלח D23.019.2
על פי הנתונים בטבלה, מהו השינוי בטמפרטורה בכוסות בעקבות ההמסה?

	לפני ההמסה	בסוף ההמסה
מלח A	22.0	18.5
מלח B	24.0	17.0
מלח C	20.0	19.0
מלח D	23.0	19.2

א.
הטמפרטורה עלתה בכל הכוסות.
ב.
בכוס A הטמפרטורה עלתה, אך בכוס C היא ירדה.
ג.
הירידה הגדולה ביותר בטמפרטורה הייתה בכוס C.
ד.
הטמפרטורה ירדה בכל הכוסות.

◂ פתרון מלא לשאלה 6

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – הטמפרטורה ירדה בכל ארבע הכוסות.

נחשב את השינוי בטמפרטורה בכל כוס (הטמפרטורה בסוף ההמסה פחות הטמפרטורה לפני ההמסה):
מלחלפני ההמסה (∘C^\circ\text{C}∘C)בסוף ההמסה (∘C^\circ\text{C}∘C)שינוי (∘C^\circ\text{C}∘C)
A22.018.53.5-
B24.017.07.0-
C20.019.01.0-
D23.019.23.8-
בכל ארבע הכוסות השינוי שלילי – הטמפרטורה ירדה בכולן – תשובה ד.
- א – הטמפרטורה לא עלתה באף כוס.
- ב – גם בכוס A הטמפרטורה ירדה (מ-22.0 ל-18.5 ∘C^\circ\text{C}∘C).
- ג – בכוס C הירידה הייתה הקטנה ביותר (1.0 ∘C1.0\ ^\circ\text{C}1.0 ∘C); הירידה הגדולה ביותר הייתה בכוס B (7.0 ∘C7.0\ ^\circ\text{C}7.0 ∘C).
טעות נפוצה: להשוות רק את הטמפרטורות הסופיות במקום לחשב את השינוי בכל כוס. בכוס C הטמפרטורה הסופית היא הגבוהה ביותר, כי הירידה בה הייתה הקטנה ביותר.

מלח	לפני ההמסה ( $^\circ\text{C}$ )	בסוף ההמסה ( $^\circ\text{C}$ )	שינוי ( $^\circ\text{C}$ )
A	22.0	18.5	3.5-
B	24.0	17.0	7.0-
C	20.0	19.0	1.0-
D	23.0	19.2	3.8-

שאלה 7 · יסודות עוקבים: הלוגן, גז אציל ומתכות

רב-ברירה

נתונים ארבעה יסודות המסומנים באופן שרירותי באותיות AAA, BBB, CCC ו- DDD. יסודות אלו הם בעלי מספרים אטומיים עוקבים במערכה המחזורית.
ידוע כי:
ליסוד AAA המספר האטומי הנמוך ביותר מבין ארבעת היסודות.
היסוד AAA הוא ממשפחת ההלוגנים.
מהו המשפט הנכון?

א.
יסוד $C$ הוא אל-מתכת
ב.
ליסוד $A$ יש 8 אלקטרוני ערכיות
ג.
התרכובת שנוצרת בתגובה בין $A$ ל- $D$ מוליכה זרם חשמלי במצב מוצק
ד.
הנוסחה האמפירית של התרכובת שנוצרת בתגובה בין $A$ ל- $D$ היא $DA_2$

◂ פתרון מלא לשאלה 7

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – AAA הוא הלוגן (יון A−A^{-}A−) ו-DDD הוא מטור 2 (יון D2+D^{2+}D2+), ולכן הנוסחה היא DA2DA_2DA2​.

המספרים האטומיים עוקבים, ו-AAA הוא הנמוך ביותר, לכן הסדר הוא AAA, BBB, CCC, DDD (ZZZ, Z+1Z+1Z+1, Z+2Z+2Z+2, Z+3Z+3Z+3).
- AAA הוא הלוגן (טור 7) – אל-מתכת עם 7 אלקטרוני ערכיות.
- BBB נמצא בטור 8 – גז אציל.
- CCC הוא היסוד הראשון במחזור הבא, בטור 1 – מתכת אלקלית.
- DDD נמצא בטור 2 – מתכת עם 2 אלקטרוני ערכיות.
לדוגמה: A=FA=\text{F}A=F, B=NeB=\text{Ne}B=Ne, C=NaC=\text{Na}C=Na, D=MgD=\text{Mg}D=Mg (או Cl, Ar, K, Ca).
- א שגויה: CCC הוא מתכת אלקלית.
- ב שגויה: ל-AAA (הלוגן) יש 7 אלקטרוני ערכיות. 8 אלקטרוני ערכיות יש לגז האציל BBB.
- ג שגויה: AAA (אל-מתכת) ו-DDD (מתכת) יוצרים תרכובת יונית. במוצק היוני היונים קבועים במקומם בסריג ואין אלקטרונים חופשיים, ולכן הוא אינו מוליך חשמל במצב מוצק.
- ד נכונה: DDD מוסר 2 אלקטרונים ויוצר יון D2+D^{2+}D2+, ו-AAA קולט אלקטרון אחד ויוצר יון A−A^{-}A−. לנייטרליות דרושים שני יוני A−A^{-}A− לכל יון D2+D^{2+}D2+: (+2)+2×(−1)=0(+2)+2\times(-1)=0(+2)+2×(−1)=0. הנוסחה היא DA2DA_2DA2​ (למשל MgF2\text{MgF}_2MgF2​ או CaCl2\text{CaCl}_2CaCl2​).
התשובה הנכונה היא ד.

פרק שני

שאלה 8 · יהלומים מתוצרת מעבדה

שאלת מאמר40 נקודות

ניתוח קטע מדעי
קראו את הקטע שלפניכם, וענו על כל הסעיפים א-ה שאחריו (שאלת חובה – 40 נקודות).
יהלומים מתוצרת מעבדה
(1) יהלום הוא צורה של היסוד פחמן, C(s)\text{C}_{(s)}C(s)​. ביהלום כל אטום פחמן קשור בקשרים קוולנטיים לארבעה
(2) אטומי פחמן שכנים, במבנה ענק. יהלומים טבעיים נוצרו לפני מיליוני שנים ויותר, עמוק בתוך כדור הארץ,
(3) בטמפרטורה גבוהה ובלחץ גבוה מאוד, והגיעו אל פני השטח בהתפרצויות געשיות.
(4) מאז אמצע המאה ה-20 מייצרים יהלומים גם במעבדה. באחת השיטות מזרימים לתא סגור גז מתאן, CH4(g)\text{CH}_{4(g)}CH4(g)​,
(5) יחד עם גז מימן, H2(g)\text{H}_{2(g)}H2(g)​, ומספקים לגזים אנרגיה באמצעות קרינת מיקרוגל. הגזים מתחממים לטמפרטורה של
(6) אלפי מעלות, ומולקולות המתאן מתפרקות לפחמן ולמימן. אטומי הפחמן מצטברים, שכבה אחר שכבה,
(7) על פני לוחית דקה של יהלום, והיהלום "גדל".
(8) פירוק המתאן מתרחש רק כל עוד מספקים לגזים אנרגיה: כאשר מפסיקים את קרינת המיקרוגל, נפסקים
(9) הפירוק וגם גדילת היהלום.
(10) יהלום הוא החומר הטבעי הקשה ביותר, ולכן משתמשים בו בכלי חיתוך, קידוח וליטוש.
(11) יהלום אינו מוליך חשמל, אבל הוא מוליך חום טוב יותר מכל חומר טבעי אחר – טוב יותר אפילו ממתכות
(12) כמו נחושת. לכן משתמשים בשכבות דקות של יהלום לפיזור החום ברכיבים אלקטרוניים.
(13) כיום רוב היהלומים המשמשים בתעשייה הם יהלומים מתוצרת מעבדה.

א.

על פי הקטע, ציינו שני שימושים של יהלומים בתעשייה, ואת התכונה של היהלום שעליה מבוסס כל אחד מהם.

ב.

טמפרטורת ההיתוך של מימן היא −259∘C-259^{\circ}\text{C}−259∘C וטמפרטורת הרתיחה שלו היא −253∘C-253^{\circ}\text{C}−253∘C.

(i)

קבעו איזה מבין שני הניסוחים (1) ו- (2) שלפניכם, מציג נכון את התהליך שמתרחש בטמפרטורה −253∘C-253^{\circ}\text{C}−253∘C. נמקו את קביעתכם.
(1) H2(s)→H2(l)\text{H}_{2(s)} \rightarrow \text{H}_{2(l)}H2(s)​→H2(l)​
(2) H2(l)→H2(g)\text{H}_{2(l)} \rightarrow \text{H}_{2(g)}H2(l)​→H2(g)​

(ii)

כתבו שני מאפיינים של המבנה המיקרוסקופי של מימן בטמפרטורה −262∘C-262^{\circ}\text{C}−262∘C.

ג.

(i)

לפניכם שלושה ניסוחים (3) – (5) לתגובת הפירוק של מתאן, CH4(g)\text{CH}_{4(g)}CH4(g)​ , שמתוארת בשורות 5–6. בחרו מבין הניסוחים (3) – (5), מהו הניסוח הנכון לתגובה זו. הסבירו מדוע כל אחד משני הניסוחים האחרים אינו נכון.
(3) CH4(g)→C(s)+2H2(g)\text{CH}_{4(g)} \rightarrow \text{C}_{(s)} + 2\text{H}_{2(g)}CH4(g)​→C(s)​+2H2(g)​
(4) CH4(g)+O2(g)→C(s)+2H2O(g)\text{CH}_{4(g)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{C}_{(s)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(g)}CH4(g)​+O2(g)​→C(s)​+2H2​O(g)​
(5) CH4(g)→C(s)+H2(g)\text{CH}_{4(g)} \rightarrow \text{C}_{(s)} + \text{H}_{2(g)}CH4(g)​→C(s)​+H2(g)​

(ii)

רשמו נוסחאות ייצוג אלקטרוניות למולקולת המגיב ולמולקולת התוצר הגזי בתגובה זו.

(iii)

קבעו אם תגובת הפירוק של מתאן היא תגובה אנדותרמית או אקסותרמית. נמקו את קביעתכם על פי הקטע.

ד.

הדיאגרמה שלפניכם מציגה את מוליכות החום של ארבעה חומרים מוצקים: אלומיניום, יהלום, זכוכית ונחושת. ככל שהערך גבוה יותר, החומר מוליך חום טוב יותר. העמודות מסומנות באופן שרירותי באותיות A – D.
קבעו איזו מן העמודות, A- D, מייצגת את היהלום. נמקו את קביעתכם על פי הקטע.

ה.

דגימה של מתאן המכילה 1000 מולקולות CH4\text{CH}_4CH4​ מתפרקת בשלמות, לפי הניסוח הנכון שבחרתם בתת-סעיף ג (i).
קבעו מהו מספר מולקולות המימן, H2\text{H}_2H2​ , שנוצרות בתום התגובה:
I – 1000 מולקולות,
II – 2000 מולקולות,
III – 4000 מולקולות.
נמקו את קביעתכם.

◂ פתרון מלא לשאלה 8

סעיף א

תשובה:

(1) כלי חיתוך, קידוח וליטוש – כי יהלום הוא החומר הטבעי הקשה ביותר (שורה 10); (2) שכבות לפיזור חום ברכיבים אלקטרוניים – כי הוא מוליך חום טוב מאוד ואינו מוליך חשמל (שורות 11–12).

לפי הקטע:
1. כלי חיתוך, קידוח וליטוש – מפני ש"יהלום הוא החומר הטבעי הקשה ביותר" (שורה 10).
2. פיזור חום ברכיבים אלקטרוניים – מפני שיהלום "מוליך חום טוב יותר מכל חומר טבעי אחר" (שורה 11), והוא "אינו מוליך חשמל" (שורה 11), ולכן אינו גורם לזרם חשמלי לא רצוי ברכיב.

סעיף ב

(i)

תשובה:

ניסוח (2): H2(l)→H2(g)\text{H}_{2(l)} \rightarrow \text{H}_{2(g)}H2(l)​→H2(g)​ – רתיחה.

−253∘C-253^{\circ}\text{C}−253∘C היא טמפרטורת הרתיחה של מימן. רתיחה היא מעבר ממצב נוזל למצב גז, ולכן הניסוח הנכון הוא (2): H2(l)→H2(g)\text{H}_{2(l)} \rightarrow \text{H}_{2(g)}H2(l)​→H2(g)​.
ניסוח (1) מתאר מעבר ממוצק לנוזל – היתוך – שמתרחש בטמפרטורת ההיתוך, −259∘C-259^{\circ}\text{C}−259∘C.

(ii)

תשובה:

המימן מוצק: (1) המולקולות צמודות זו לזו ומסודרות בסדר קבוע (סריג מולקולרי); (2) המולקולות אינן עוברות ממקום למקום אלא רק רוטטות סביב מקומן.

−262∘C-262^{\circ}\text{C}−262∘C נמוכה מטמפרטורת ההיתוך של מימן (−259∘C-259^{\circ}\text{C}−259∘C), ולכן בטמפרטורה זו המימן נמצא במצב מוצק.
מאפיינים של המבנה המיקרוסקופי (שניים מהבאים):
•החלקיקים הם מולקולות H2\text{H}_2H2​ (שני אטומי מימן הקשורים בקשר קוולנטי יחיד).
•המולקולות צמודות זו לזו.
•המולקולות ערוכות בסדר קבוע וחוזר (סריג מולקולרי).
•המולקולות אינן נעות ממקום למקום, אלא רק רוטטות סביב מקומן הקבוע.

סעיף ג

(i)

תשובה:

ניסוח (3) הוא הנכון.

ניסוח (3) נכון: CH4(g)→C(s)+2H2(g)\text{CH}_{4(g)} \rightarrow \text{C}_{(s)} + 2\text{H}_{2(g)}CH4(g)​→C(s)​+2H2(g)​
לפי הקטע "מולקולות המתאן מתפרקות לפחמן ולמימן" (שורה 6) – מגיב אחד (מתאן) ושני תוצרים (פחמן ומימן). בדיקת מספר האטומים:
אטוםמגיביםתוצרים
C11
H42·2 = 4
הניסוח מאוזן.
ניסוח (4) שגוי: אמנם מספר האטומים בו שווה בשני הצדדים, אבל הוא אינו מתאר פירוק: מופיע בו חמצן כמגיב ונוצרים מים, ואילו לפי הקטע מזרימים לתא רק מתאן ומימן (שורות 4–5), והתוצרים הם פחמן ומימן.
ניסוח (5) שגוי: הוא אינו מאוזן – במגיבים יש 4 אטומי H ובתוצרים רק 2 אטומי H.

אטום	מגיבים	תוצרים
C	1	1
H	4	2·2 = 4

(ii)

תשובה:

CH4\text{CH}_4CH4​: אטום פחמן במרכז הקשור בקשר יחיד לכל אחד מארבעה אטומי מימן; H2\text{H}_2H2​: H–H (זוג אלקטרונים קושר אחד).

המגיב הוא מתאן, CH4\text{CH}_4CH4​, והתוצר הגזי הוא מימן, H2\text{H}_2H2​ (הפחמן נוצר כמוצק אטומרי ולא כמולקולות).
CH4\text{CH}_4CH4​: אטום פחמן (4 אלקטרוני ערכיות) במרכז, קשור בארבעה קשרים קוולנטיים יחידים לארבעה אטומי מימן. 4+4×1=84 + 4 \times 1 = 84+4×1=8 אלקטרוני ערכיות – 4 זוגות קושרים, ללא זוגות לא קושרים. לאטום הפחמן יש אוקטט.
H2\text{H}_2H2​: שני אטומי מימן (אלקטרון ערכיות אחד לכל אחד) הקשורים בקשר קוולנטי יחיד – זוג אלקטרונים קושר אחד, H–H\text{H–H}H–H. לכל אטום מימן יש זוג אלקטרונים.

(iii)

תשובה:

אנדותרמית – לפי שורות 8–9 הפירוק מתרחש רק כל עוד מספקים לגזים אנרגיה.

תגובת הפירוק של מתאן היא אנדותרמית.
נימוק לפי הקטע: "פירוק המתאן מתרחש רק כל עוד מספקים לגזים אנרגיה: כאשר מפסיקים את קרינת המיקרוגל, נפסקים הפירוק וגם גדילת היהלום" (שורות 8–9). התגובה צורכת אנרגיה מהסביבה באופן מתמשך – כלומר בתגובה נקלטת אנרגיה, וזו תגובה אנדותרמית.

סעיף ד

תשובה:

עמודה B – לפי שורות 11–12 יהלום מוליך חום טוב יותר מכל חומר טבעי אחר ואף ממתכות כמו נחושת, ו-B היא העמודה הגבוהה ביותר.

עמודה B מייצגת את היהלום.
נימוק לפי הקטע: יהלום "מוליך חום טוב יותר מכל חומר טבעי אחר – טוב יותר אפילו ממתכות כמו נחושת" (שורות 11–12). לכן ליהלום צריך להיות הערך הגבוה ביותר בדיאגרמה – עמודה B (כ-2000), גבוה בהרבה מהערכים של שתי המתכות (עמודות A ו-D) ושל הזכוכית (עמודה C).

סעיף ה

תשובה:

II – 2000 מולקולות H2\text{H}_2H2​.

לפי הניסוח CH4(g)→C(s)+2H2(g)\text{CH}_{4(g)} \rightarrow \text{C}_{(s)} + 2\text{H}_{2(g)}CH4(g)​→C(s)​+2H2(g)​, מכל מולקולת CH4\text{CH}_4CH4​ אחת נוצרות שתי מולקולות H2\text{H}_2H2​ (4 אטומי המימן של המולקולה מתחברים בזוגות).
מספר מולקולות H2\text{H}_2H2​: 1000×2=20001000 \times 2 = 20001000×2=2000 מולקולות – קביעה II.
טעות נפוצה: לבחור ב-4000. זהו מספר אטומי המימן ב-1000 מולקולות מתאן (1000×41000 \times 41000×4), אבל כל מולקולת H2\text{H}_2H2​ בנויה משני אטומים, ולכן מספר המולקולות הוא חצי מזה.

פרק שלישי

שאלה 9 · דגם הטבלה המחזורית – יונים שליליים, מתכות אלקליות וסריג אטומרי

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 שליליים בעלי מטען זהה.

(ii)

ציינו שני אטומים שונים שלא יוצרים יונים כלל.

ב.

אילו מהיסודות מייצגים מתכות אלקליות?

ג.

(i)

רשמו היערכות אלקטרונים לאטום המסומן באות E.

(ii)

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

ד.

לאטום של היסוד המסומן באות P יש שני איזוטופים יציבים.
לאיזוטופ אחד מספר מסה 12 ולאיזוטופ השני מספר מסה 13.
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 (המודל מתאר חלק מסריג; כל עיגול מייצג אטום, וכל קו – קשר קוולנטי):

◂ פתרון מלא לשאלה 9

סעיף א

(i)

תשובה:

J ו-L (שניהם בטור השישי של היסודות הראשיים, יוצרים יונים 2−2-2−). תשובה נכונה גם: G ו-Y (הלוגנים, יונים 1−1-1−).

אל-מתכות מקבלות אלקטרונים ויוצרות יונים שליליים, ומטען היון נקבע לפי מספר האלקטרונים החסרים להשלמת אוקטט. לאטומים באותו טור יש אותו מספר אלקטרוני ערכיות, ולכן הם יוצרים יונים בעלי אותו מטען.
- J (מחזור 2) ו-L (מחזור 3) נמצאים בטור השישי של היסודות הראשיים (טור 16, 6 אלקטרוני ערכיות). כל אחד מקבל 2 אלקטרונים ויוצר יון 2−2-2−: J2−\text{J}^{2-}J2−, L2−\text{L}^{2-}L2−.
•לחלופין: G (מחזור 3) ו-Y (מחזור 4) בטור השביעי (הלוגנים, 7 אלקטרוני ערכיות) – כל אחד מקבל אלקטרון אחד ויוצר יון 1−1-1−: G−\text{G}^{-}G−, Y−\text{Y}^{-}Y−.

(ii)

תשובה:

U ו-T (גזים אצילים). תשובה נכונה גם: P ו-R (טור 4 – אינם יוצרים יונים פשוטים).

U ו-T נמצאים בטור האחרון – משפחת הגזים האצילים. לאטומים שלהם רמה חיצונית מלאה (U – 2,8 ; T – 2,8,8), ולכן הם יציבים ואינם מוסרים או מקבלים אלקטרונים – אינם יוצרים יונים.
תשובה נכונה גם: P ו-R (פחמן וצורן, טור 4 – משפחת הפחמן). לאטומים אלה 4 אלקטרוני ערכיות; הם אינם מוסרים או מקבלים 4 אלקטרונים, ואינם יוצרים יונים פשוטים – הם יוצרים קשרים קוולנטיים (למשל בסריג אטומרי).

סעיף ב

תשובה:

D ו-A.

המתכות האלקליות הן היסודות בטור הראשון של הטבלה המחזורית, פרט למימן.
בדגם: D (מחזור 2) ו-A (מחזור 3) הן מתכות אלקליות; לאטומים שלהן אלקטרון ערכיות אחד.
K נמצא אמנם בטור הראשון, אבל הוא במחזור הראשון – זהו מימן, שהוא אל-מתכת ואינו מתכת אלקלית. M נמצא בטור השני ואינו מתכת אלקלית.
טעות נפוצה: לכלול את K (מימן) במתכות האלקליות רק משום שהוא בטור הראשון.

סעיף ג

(i)

תשובה:

2,8,5

E נמצא במחזור השלישי (3 רמות אנרגיה מאוכלסות) ובטור החמישי של היסודות הראשיים (5 אלקטרוני ערכיות). לכן היערכות האלקטרונים שלו: 2,8,5 (בסך הכול 15 אלקטרונים).

(ii)

תשובה:

R – 4 נקודות בודדות סביב הסמל; G – 7 נקודות (3 זוגות ואלקטרון בודד אחד) סביב הסמל.

בנוסחת ייצוג אלקטרונים של אטום מציירים סביב הסמל רק את אלקטרוני הערכיות.
- R – במחזור השלישי בטור הרביעי של היסודות הראשיים (טור 14): 4 אלקטרוני ערכיות (2,8,4) – ארבעה אלקטרונים בודדים, אחד בכל צד של הסמל.
- G – במחזור השלישי בטור השביעי (הלוגן): 7 אלקטרוני ערכיות (2,8,7) – שלושה זוגות אלקטרונים ואלקטרון בודד אחד.

סעיף ד

תשובה:

מספר מסה 12: 6 פרוטונים, 6 אלקטרונים, 6 נויטרונים. מספר מסה 13: 6 פרוטונים, 6 אלקטרונים, 7 נויטרונים.

P נמצא במחזור השני ובטור הרביעי של היסודות הראשיים, ולכן היערכות האלקטרונים שלו 2,4 והמספר האטומי שלו 6 (זהו פחמן).
•מספר הפרוטונים = המספר האטומי = 6 (זהה לשני האיזוטופים).
•באטום ניטרלי מספר האלקטרונים = מספר הפרוטונים = 6.
•מספר הנויטרונים = מספר המסה − מספר הפרוטונים.
האיזוטופפרוטוניםאלקטרוניםנויטרונים
מספר מסה 126612−6=612 - 6 = 612−6=6
מספר מסה 136613−6=713 - 6 = 713−6=7
האיזוטופים נבדלים זה מזה רק במספר הנויטרונים.

האיזוטופ	פרוטונים	אלקטרונים	נויטרונים
מספר מסה 12	6	6	$12 - 6 = 6$
מספר מסה 13	6	6	$13 - 6 = 7$

סעיף ה

תשובה:

המודל מתאר סריג אטומרי (רשת של אטומים מסוג אחד הקשורים בקשרים קוולנטיים, לכל אטום 4 קשרים) – מתאים ליסודות P (פחמן, יהלום) ו-R (צורן) מטור 14.

המודל מראה אטומים מסוג אחד, ללא מטען, שכל אחד מהם קשור בקשרים קוולנטיים לארבעה אטומים שכנים, והרשת נמשכת לכל הכיוונים (הקווים בשולי האיור). אין מולקולות נפרדות ואין "ים של אלקטרונים". זהו מודל של סריג אטומרי של יסוד.
לאטום הקשור בארבעה קשרים קוולנטיים יש 4 אלקטרוני ערכיות, כלומר הוא בטור הרביעי של היסודות הראשיים (טור 14, משפחת הפחמן). בדגם:
- P – פחמן (מחזור 2), היוצר סריג אטומרי (יהלום);
- R – צורן (מחזור 3), הנמצא מימין לקו המדורג ויוצר גם הוא סריג אטומרי דומה לזה של היהלום.
תשובה: P, R.
המודל אינו מתאים למתכות (D, A, M) – שהן בעלות סריג מתכתי, לאל-מתכות האחרות (J, E, L, G, Y, K) – הבנויות ממולקולות, ולא לגזים האצילים U ו-T – הבנויים מאטומים בודדים שאינם קשורים זה לזה.
טעות נפוצה: לחשוב שכל אל-מתכת יוצרת סריג אטומרי. רק יסודות טור 14 (כמו פחמן וצורן) יוצרים רשת שבה כל אטום קשור לארבעה שכנים.

שאלה 10 · ליתיום פלואורי, גרפן, גופרית וניקל – סוגי סריגים

שאלה פתוחה15 נקודות

סוגי חומרים
לפניכם טבלה בה צוינו חלק מהתכונות של ארבעה חומרים שסומנו באופן שרירותי באותיות A עד D.
נתונות נוסחאות של ארבעה חומרים: LiF\text{LiF}LiF , C\text{C}C(גרפן) , S8\text{S}_8S8​ , Ni\text{Ni}Ni .
החומרמצב צבירה בטמפרטורת החדרמוליכות חשמלית במוצקמוליכות חשמלית בנוזלסוג הסריג במצב מוצקנוסחת החומר
Aמוצקלא מוליךמוליך
Bמוצקמוליך-
Cמוצקלא מוליךלא מוליך
Dמוצקמוליךמוליך

החומר	מצב צבירה בטמפרטורת החדר	מוליכות חשמלית במוצק	מוליכות חשמלית בנוזל
A	מוצק	לא מוליך	מוליך
B	מוצק	מוליך	-
C	מוצק	לא מוליך	לא מוליך
D	מוצק	מוליך	מוליך

א.

העתיקו למחברתכם את הטבלה.

(i)

רשמו בטבלה שהעתקתם את סוג הסריג במצב צבירה מוצק (אטומרי, יוני, מולקולרי, מתכתי), עבור כל אחד מהחומרים שסומנו באותיות A-D.

(ii)

רשמו בטבלה שהעתקתם את נוסחת החומר המתאימה לכל אחת מהאותיות A – D.
בחרו מתוך הנוסחאות הנתונות של ארבעת החומרים.

ב.

התייחסו לשני המודלים I ו- II (בציור: Model I – מודל I, Model II – מודל II) וקבעו:

(i)

לאיזה מבין החומרים: LiF\text{LiF}LiF , C\text{C}C(גרפן) , S8\text{S}_8S8​ , Ni\text{Ni}Ni עשוי להתאים מודל I ?

(ii)

לאיזה מבין החומרים: LiF\text{LiF}LiF , C\text{C}C(גרפן) , S8\text{S}_8S8​ , Ni\text{Ni}Ni עשוי להתאים מודל II ?

(iii)

תארו במילים את המבנה המיקרוסקופי של ניקל, Ni(s)\text{Ni}_{(s)}Ni(s)​ , תוך התייחסות לארגון החלקיקים, תנועתם והכוחות הפועלים ביניהם.

◂ פתרון מלא לשאלה 10

סעיף א

(i)

תשובה:

A – יוני; B – אטומרי; C – מולקולרי; D – מתכתי.

- A – מוצק שאינו מוליך במצב מוצק אך מוליך במצב נוזל: יונים שאינם ניידים במוצק ונעשים ניידים בהתכה – סריג יוני.
- B – מוצק המוליך חשמל, והמקף בעמודת הנוזל מציין שאין לו מצב נוזל רגיל (טמפרטורת היתוך גבוהה מאוד) – רשת קוולנטית של אטומים שבה יש אלקטרונים ניידים: סריג אטומרי (של פחמן, שבו לכל אטום אלקטרון ערכיות אחד שאינו משתתף בקשרים).
- C – מוצק שאינו מוליך לא במוצק ולא בנוזל, ויש לו מצב נוזל: אין בו חלקיקים טעונים ניידים בשום מצב – סריג מולקולרי.
- D – מוצק המוליך במצב מוצק ובמצב נוזל: אלקטרונים חופשיים בשני המצבים – סריג מתכתי.

(ii)

תשובה:

A – LiF\text{LiF}LiF; B – C\text{C}C(גרפן); C – S8\text{S}_8S8​; D – Ni\text{Ni}Ni.

- A – LiF\text{LiF}LiF (ליתיום פלואורי): תרכובת של מתכת (Li) עם אל-מתכת (F) – תרכובת יונית של יוני Li+\text{Li}^{+}Li+ ו-F−\text{F}^{-}F−.
- B – C\text{C}C(גרפן): שכבה אחת של אטומי פחמן הקשורים בקשרים קוולנטיים במשושים; כל אטום קשור לשלושה אטומים בלבד, והאלקטרון הרביעי שלו נייד לאורך השכבה – מוליך חשמל.
- C – S8\text{S}_8S8​ (גופרית): יסוד מולקולרי הבנוי ממולקולות טבעתיות, שבכל אחת מהן שמונה אטומי גופרית הקשורים בקשרים קוולנטיים; מוצק בטמפרטורת החדר שנמס בטמפרטורה נמוכה יחסית, ואינו מוליך במצב מוצק או נוזל.
- D – Ni\text{Ni}Ni (ניקל): מתכת – מוליכה במוצק ובנוזל בזכות האלקטרונים החופשיים.
טעות נפוצה: לשייך את B (מוליך במוצק) למתכת. ההבדל הוא בעמודת הנוזל: מתכת נמסה ומוליכה גם כנוזל, בעוד שלגרפן אין מצב נוזל רגיל.

סעיף ב

(i)

תשובה:

C\text{C}C(גרפן)

מודל I מציג אטומים מסוג אחד המסודרים בשכבה אחת של משושים, שבה כל אטום קשור בקשרים קוולנטיים לשלושה אטומים שכנים. זהו המבנה של גרפן, C\text{C}C(גרפן) – שכבה בודדת של אטומי פחמן.

(ii)

תשובה:

S8\text{S}_8S8​

מודל II מציג מולקולות נפרדות וזהות, שכל אחת בנויה משמונה אטומים זהים הקשורים זה לזה בטבעת, והמולקולות מסודרות בסדר קבוע (מוצק). זהו מודל של גופרית מוצקה, S8\text{S}_8S8​ – סריג מולקולרי של מולקולות S8\text{S}_8S8​. (בין המולקולות אין קשרים קוולנטיים; כל מולקולה היא יחידה נפרדת.) (אין במודל יונים טעונים או "ים של אלקטרונים", ולכן הוא אינו מתאים ל-LiF או ל-Ni.)

(iii)

תשובה:

סריג מתכתי: יונים חיוביים של ניקל מסודרים בסדר קבוע וצפוף ותונדים סביב מקומם; בינם "ים" של אלקטרוני ערכיות הנעים בחופשיות בכל הסריג; הכוחות – משיכה חשמלית בין היונים החיוביים לבין האלקטרונים (קשר מתכתי).

- החלקיקים וארגונם: ניקל בנוי מיונים חיוביים של ניקל (אטומים שמסרו את אלקטרוני הערכיות שלהם) ומאלקטרונים חופשיים. היונים מסודרים בסדר קבוע ומחזורי בסריג מתכתי תלת-ממדי, והאלקטרונים פזורים ביניהם כ"ים של אלקטרונים".
- תנועת החלקיקים: היונים החיוביים קבועים במקומם ורק תונדים סביבו; האלקטרונים נעים בחופשיות בכל רחבי הסריג.
- הכוחות בין החלקיקים: בין היונים החיוביים לבין "ים האלקטרונים" השליליים פועלים כוחות משיכה חשמליים חזקים – קשר מתכתי – המחזיקים את הסריג.
(האלקטרונים הניידים הם הסיבה לכך שניקל מוליך זרם חשמלי במצב מוצק ובמצב נוזל – בהתאם לשורה D בטבלה.)
טעות נפוצה: לתאר מתכת כבנויה מאטומים ניטרליים הקשורים בקשרים קוולנטיים, או לשכוח לציין שהאלקטרונים ניידים.

שאלה 11 · ניסוי טמפרטורת רתיחה של תמיסות מלח

שאלה פתוחה15 נקודות

מיומנויות החקר המדעי
יש לענות על שני הסעיפים א, ב, ועל אחד מן הסעיפים ג או ד .
לפניכם תיאור של ניסוי בתמיסות של מלח בישול, נתרן כלורי, NaCl(s)\text{NaCl}_{(s)}NaCl(s)​ :
כאשר ממיסים נתרן כלורי במים, מתקבלת תמיסה צלולה. בחימום התמיסה רותחת.
קבוצת תלמידים ביצעה ניסוי במעבדה.
לצורך הניסוי התלמידים לקחו 4 כוסות זהות, ומזגו לכל כוס 100 מ"ל מים מזוקקים.
לכוסות הוסיפו מסות שונות של נתרן כלורי: 0, 10, 20 ו-30 גרם, וערבבו עד שכל המלח התמוסס.
התלמידים חיממו כל כוס על פלטת חימום, ומדדו במדחום את הטמפרטורה שבה התמיסה רתחה (טמפרטורת הרתיחה).

א.

(i)

נסחו את שאלת החקר שנבדקה בניסוי.

(ii)

ציינו את המשתנה התלוי ואת המשתנה הבלתי תלוי בניסוי זה.

ב.

לפניכם שני גרפים, I ו-II , שבנו התלמידים לתיאור תוצאות הניסוי (בגרפים: m NaCl – מסת הנתרן הכלורי; boiling temperature – טמפרטורת הרתיחה).

(i)

קבעו איזה משני הגרפים, I או II , מתאר נכון את הניסוי שנערך. הסבירו את בחירתכם.

(ii)

רשמו כותרת לגרף שבחרתם.

ג.

סעיף ג הוא סעיף בחירה. אם תבחרו לענות עליו, אל תענו על סעיף ד.
לפניכם ארבעה היגדים (1) – (4) הנוגעים לניסוי שהתלמידים ביצעו.
קבעו עבור כל אחד מן ההיגדים אם הוא מבטא: תצפית, פירוש של תצפית או מסקנה.
(1) בזמן הרתיחה נוצרו בועות גדולות בכל הכוסות.
(2) היונים המומסים בתמיסה מקשים על מולקולות המים לעבור ממצב נוזל למצב גז.
(3) ככל שמסת הנתרן הכלורי המומסת גדולה יותר, טמפרטורת הרתיחה של התמיסה גבוהה יותר.
(4) המלח התמוסס כולו, ולא נשאר מוצק בתחתית הכוסות.

ד.

סעיף ד הוא סעיף בחירה. אם תבחרו לענות עליו, אל תענו על סעיף ג.
בניסוי אחר, תלמידים חקרו כיצד הגובה מעל פני הים (במטרים) של המקום שבו נערך הניסוי משפיע על טמפרטורת הרתיחה של מים טהורים. הם מדדו את טמפרטורת הרתיחה בחמישה מקומות בגבהים שונים.
באיזה סוג גרף, פיזור XY או עמודות, עליהם להציג את התוצאות. נמקו את קביעתכם.

◂ פתרון מלא לשאלה 11

סעיף א

(i)

תשובה:

כיצד משפיעה מסת הנתרן הכלורי המומסת ב-100 מ"ל מים על טמפרטורת הרתיחה של התמיסה?

שאלת חקר מקשרת בין המשתנה הבלתי תלוי (מה ששינו) לבין המשתנה התלוי (מה שמדדו), ומנוסחת כשאלה.
בניסוי שינו התלמידים רק את מסת המלח (נפח המים, סוג המים והכוסות זהים), ומדדו את טמפרטורת הרתיחה. לכן:
שאלת החקר: כיצד משפיעה מסת הנתרן הכלורי המומסת ב-100 מ"ל מים על טמפרטורת הרתיחה של התמיסה?

(ii)

תשובה:

משתנה תלוי: טמפרטורת הרתיחה של התמיסה (∘C^{\circ}\text{C}∘C). משתנה בלתי תלוי: מסת הנתרן הכלורי (גרם).

- המשתנה הבלתי תלוי – הגורם שהחוקרים שינו בכוונה: מסת הנתרן הכלורי שהומסה (בגרם).
- המשתנה התלוי – מה שנמדד: טמפרטורת הרתיחה של התמיסה (ב-∘C^{\circ}\text{C}∘C).
(גורמים קבועים: נפח המים (100 מ"ל), סוג המים (מזוקקים), סוג המלח, כוסות זהות. הכוס עם 0 גרם מלח משמשת כביקורת – מים טהורים.)

סעיף ב

(i)

תשובה:

גרף I.

קביעה: גרף I.
הסבר: בשני הגרפים מוצגות אותן תוצאות (למשל 0 גרם – 100∘C100^{\circ}\text{C}100∘C, 30 גרם – 105∘C105^{\circ}\text{C}105∘C), וההבדל ביניהם הוא רק בבחירת הצירים. לפי המוסכמה, על ציר ה-x מציגים את המשתנה הבלתי תלוי, ועל ציר ה-y את המשתנה התלוי.
•בגרף I מסת המלח (המשתנה הבלתי תלוי) על ציר ה-x, וטמפרטורת הרתיחה (המשתנה התלוי) על ציר ה-y – נכון.
•בגרף II הצירים הפוכים – לא נכון.
בנוסף, ערכי המסה (0, 10, 20, 30 גרם) נקבעו מראש על ידי התלמידים, ולכן הם מופיעים בגרף I על ציר ה-x.

(ii)

תשובה:

טמפרטורת הרתיחה של התמיסה כתלות במסת הנתרן הכלורי המומסת ב-100 מ"ל מים.

"טמפרטורת הרתיחה (∘C^{\circ}\text{C}∘C) של תמיסת נתרן כלורי כתלות במסת הנתרן הכלורי (גרם) המומסת ב-100 מ"ל מים"
(או: "השפעת מסת המלח המומס על טמפרטורת הרתיחה של התמיסה".)

סעיף ג

תשובה:

(1) תצפית; (2) פירוש של תצפית; (3) מסקנה; (4) תצפית.

הגדרות:
- תצפית – מה שרואים, שומעים או מודדים ישירות, בלי הסבר.
- פירוש של תצפית – הסבר של מה שנצפה, בדרך כלל ברמת החלקיקים.
- מסקנה – הכללה המבוססת על כל תוצאות הניסוי, ועונה על שאלת החקר.
היגדסוגנימוק
(1)תצפיתהבועות נראות ישירות בעין
(2)פירוש של תצפיתאי אפשר לראות יונים ומולקולות; זה הסבר ברמת החלקיקים לעלייה בטמפרטורת הרתיחה
(3)מסקנההכללה מכל התוצאות על הקשר בין המשתנה הבלתי תלוי לתלוי – תשובה לשאלת החקר
(4)תצפיתרואים ישירות שאין מוצק בתחתית הכוסות

היגד	סוג	נימוק
(1)	תצפית	הבועות נראות ישירות בעין
(2)	פירוש של תצפית	אי אפשר לראות יונים ומולקולות; זה הסבר ברמת החלקיקים לעלייה בטמפרטורת הרתיחה
(3)	מסקנה	הכללה מכל התוצאות על הקשר בין המשתנה הבלתי תלוי לתלוי – תשובה לשאלת החקר
(4)	תצפית	רואים ישירות שאין מוצק בתחתית הכוסות

סעיף ד

תשובה:

גרף פיזור XY – המשתנה הבלתי תלוי (הגובה מעל פני הים) הוא משתנה כמותי ורציף.

קביעה: גרף פיזור XY.
נימוק: בניסוי זה המשתנה הבלתי תלוי הוא הגובה מעל פני הים, הנמדד במטרים. זה משתנה כמותי ורציף: יש לו ערכים מספריים, יש משמעות לסדר הערכים ולמרחקים ביניהם, ויכולים להיות ערכי ביניים. בגרף פיזור XY מציגים את הגובה על ציר ה-x ואת טמפרטורת הרתיחה (גם היא משתנה כמותי) על ציר ה-y, וכך אפשר לראות את המגמה – כיצד טמפרטורת הרתיחה משתנה כשהגובה עולה.
גרף עמודות מתאים כאשר המשתנה הבלתי תלוי הוא איכותי (קטגוריות נפרדות, כמו סוג חומר), ואין משמעות למרחקים בין העמודות.
טעות נפוצה: לבחור גרף עמודות משום שנבדקו רק חמישה מקומות. סוג הגרף נקבע לפי סוג המשתנה הבלתי תלוי (כמותי או איכותי), ולא לפי מספר המדידות.

טבלת התשובות

שאלה	סעיף	תשובה
1	-	ג – אלומיניום, 13 אלקטרונים.
2	-	ב – התהליך אנדותרמי: נקלטת אנרגיה מהמים, ולכן הטמפרטורה ירדה.
3	-	א – בכל מולקולת $\text{N}_2$ שני אטומי החנקן קשורים בקשר משולש.
4	-	ד – $20^{\circ}\text{C}$ : באיור האמוניה גז, וזו הטמפרטורה היחידה הגבוהה מטמפרטורת הרתיחה.
5	-	ד – $\text{CaI}_{2(s)} \rightarrow \text{Ca}^{2+}_{(aq)} + 2\text{I}^{-}_{(aq)}$
6	-	ד – הטמפרטורה ירדה בכל ארבע הכוסות.
7	-	ד – $A$ הוא הלוגן (יון $A^{-}$ ) ו- $D$ הוא מטור 2 (יון $D^{2+}$ ), ולכן הנוסחה היא $DA_2$ .
8	א	(1) כלי חיתוך, קידוח וליטוש – כי יהלום הוא החומר הטבעי הקשה ביותר (שורה 10); (2) שכבות לפיזור חום ברכיבים אלקטרוניים – כי הוא מוליך חום טוב מאוד ואינו מוליך חשמל (שורות 11–12).
	ב i	ניסוח (2): $\text{H}_{2(l)} \rightarrow \text{H}_{2(g)}$ – רתיחה.
	ב ii	המימן מוצק: (1) המולקולות צמודות זו לזו ומסודרות בסדר קבוע (סריג מולקולרי); (2) המולקולות אינן עוברות ממקום למקום אלא רק רוטטות סביב מקומן.
	ג i	ניסוח (3) הוא הנכון.
	ג ii	$\text{CH}_4$ : אטום פחמן במרכז הקשור בקשר יחיד לכל אחד מארבעה אטומי מימן; $\text{H}_2$ : H–H (זוג אלקטרונים קושר אחד).
	ג iii	אנדותרמית – לפי שורות 8–9 הפירוק מתרחש רק כל עוד מספקים לגזים אנרגיה.
	ד	עמודה B – לפי שורות 11–12 יהלום מוליך חום טוב יותר מכל חומר טבעי אחר ואף ממתכות כמו נחושת, ו-B היא העמודה הגבוהה ביותר.
	ה	II – 2000 מולקולות $\text{H}_2$ .
9	א i	J ו-L (שניהם בטור השישי של היסודות הראשיים, יוצרים יונים $2-$ ). תשובה נכונה גם: G ו-Y (הלוגנים, יונים $1-$ ).
	א ii	U ו-T (גזים אצילים). תשובה נכונה גם: P ו-R (טור 4 – אינם יוצרים יונים פשוטים).
	ב	D ו-A.
	ג i	2,8,5
	ג ii	R – 4 נקודות בודדות סביב הסמל; G – 7 נקודות (3 זוגות ואלקטרון בודד אחד) סביב הסמל.
	ד	מספר מסה 12: 6 פרוטונים, 6 אלקטרונים, 6 נויטרונים. מספר מסה 13: 6 פרוטונים, 6 אלקטרונים, 7 נויטרונים.
	ה	המודל מתאר סריג אטומרי (רשת של אטומים מסוג אחד הקשורים בקשרים קוולנטיים, לכל אטום 4 קשרים) – מתאים ליסודות P (פחמן, יהלום) ו-R (צורן) מטור 14.
10	א i	A – יוני; B – אטומרי; C – מולקולרי; D – מתכתי.
	א ii	A – $\text{LiF}$ ; B – $\text{C}$ (גרפן); C – $\text{S}_8$ ; D – $\text{Ni}$ .
	ב i	$\text{C}$ (גרפן)
	ב ii	$\text{S}_8$
	ב iii	סריג מתכתי: יונים חיוביים של ניקל מסודרים בסדר קבוע וצפוף ותונדים סביב מקומם; בינם "ים" של אלקטרוני ערכיות הנעים בחופשיות בכל הסריג; הכוחות – משיכה חשמלית בין היונים החיוביים לבין האלקטרונים (קשר מתכתי).
11	א i	כיצד משפיעה מסת הנתרן הכלורי המומסת ב-100 מ"ל מים על טמפרטורת הרתיחה של התמיסה?
	א ii	משתנה תלוי: טמפרטורת הרתיחה של התמיסה ( $^{\circ}\text{C}$ ). משתנה בלתי תלוי: מסת הנתרן הכלורי (גרם).
	ב i	גרף I.
	ב ii	טמפרטורת הרתיחה של התמיסה כתלות במסת הנתרן הכלורי המומסת ב-100 מ"ל מים.
	ג	(1) תצפית; (2) פירוש של תצפית; (3) מסקנה; (4) תצפית.
	ד	גרף פיזור XY – המשתנה הבלתי תלוי (הגובה מעל פני הים) הוא משתנה כמותי ורציף.

טמפרטורת המים לפני ההמסה ובסופה ( $^\circ\text{C}$ )

ניתוח קטע מדעי

יהלומים מתוצרת מעבדה

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

סעיף ה

מבנה האטום

בתשובותיכם השתמשו באותיות הכתובות בדגם הנתון של המערכה המחזורית.

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

סעיף ה

סוגי חומרים

סעיף א

סעיף ב

מיומנויות החקר המדעי

סעיף ג הוא סעיף בחירה. אם תבחרו לענות עליו, אל תענו על סעיף ד.

סעיף ד הוא סעיף בחירה. אם תבחרו לענות עליו, אל תענו על סעיף ג.

סעיף א

סעיף ב

קביעה: גרף I.

"טמפרטורת הרתיחה ( $^{\circ}\text{C}$ ) של תמיסת נתרן כלורי כתלות במסת הנתרן הכלורי (גרם) המומסת ב-100 מ"ל מים"

סעיף ג

סעיף ד

קביעה: גרף פיזור XY.

פרק ראשון

שאלה 1 · זיהוי יסוד לפי מספר מסה ונויטרונים

שאלה 2 · ירידת טמפרטורה בהמסה – תהליך אנדותרמי

שאלה 3 · הרכב חלקיקים – חנקן, מים, נתרן כלורי וגופרית

שאלה 4 · מצב צבירה של אמוניה לפי טמפרטורות היתוך ורתיחה

שאלה 5 · ניסוח תהליך המסה של סידן יודי במים

שאלה 6 · ניתוח טבלת נתונים – טמפרטורה בהמסת מלחים

טמפרטורת המים לפני ההמסה ובסופה ( ∘C^\circ\text{C}∘C )

שאלה 7 · יסודות עוקבים: הלוגן, גז אציל ומתכות

פרק שני

שאלה 8 · יהלומים מתוצרת מעבדה

ניתוח קטע מדעי

יהלומים מתוצרת מעבדה

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

סעיף ה

פרק שלישי

שאלה 9 · דגם הטבלה המחזורית – יונים שליליים, מתכות אלקליות וסריג אטומרי

מבנה האטום

בתשובותיכם השתמשו באותיות הכתובות בדגם הנתון של המערכה המחזורית.

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

סעיף ה

שאלה 10 · ליתיום פלואורי, גרפן, גופרית וניקל – סוגי סריגים

סוגי חומרים

סעיף א

סעיף ב

שאלה 11 · ניסוי טמפרטורת רתיחה של תמיסות מלח

מיומנויות החקר המדעי

סעיף ג הוא סעיף בחירה. אם תבחרו לענות עליו, אל תענו על סעיף ד.

סעיף ד הוא סעיף בחירה. אם תבחרו לענות עליו, אל תענו על סעיף ג.

סעיף א

סעיף ב

קביעה: גרף I.

"טמפרטורת הרתיחה (∘C^{\circ}\text{C}∘C) של תמיסת נתרן כלורי כתלות במסת הנתרן הכלורי (גרם) המומסת ב-100 מ"ל מים"

סעיף ג

סעיף ד

קביעה: גרף פיזור XY.

רוצים להשלים את חוויית הלמידה?

כל האתר במבט אחד

טמפרטורת המים לפני ההמסה ובסופה ( $^\circ\text{C}$ )

"טמפרטורת הרתיחה ( $^{\circ}\text{C}$ ) של תמיסת נתרן כלורי כתלות במסת הנתרן הכלורי (גרם) המומסת ב-100 מ"ל מים"