מתכונת 1 בכימיה - מסלול סמסטר ראשון 037361

5 יח"ל (55%) · מסלול "סמסטר ראשון כבר בתיכון" · שאלון 037361 · 14 שאלות · 1:45 שעות

מבחן מתכונת בכימיה, מסלול סמסטר ראשון, 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 כמו שאלון 037361 תשפ"ו: פרק ראשון (50 נק'): רב-ברירה 24 נקודות (4 תשובות נכונות = מלוא הנקודות) ושאלת מאמר 26 נקודות. פרק שני (50 נק'): יש לענות על 2 מתוך 5 שאלות, 25 נקודות לכל שאלה. משך: שעה ו-45 דקות.

פרק ראשון

שאלה 1 · קוטביות קשרים ומולקולות במבנה זוויתי

רב-ברירה

לפניכם הנוסחאות המולקולריות של ארבע מולקולות: H2O\text{H}_2\text{O}H2​O , H2S\text{H}_2\text{S}H2​S , OF2\text{OF}_2OF2​ , SCl2\text{SCl}_2SCl2​ .
המבנה של כל אחת מן המולקולות הוא זוויתי. בכל מולקולה האטום המרכזי הוא האטום O או האטום S.
לפניכם ארבעה היגדים, א–ד, המתייחסים לקשרים הקוולנטיים במולקולות ולקוטביות המולקולות.
מהו ההיגד הנכון?

א.
במולקולה $\text{OF}_2$ על אטום החמצן יש מטען חלקי שלילי ( $\delta-$ ).
ב.
רק במולקולה $\text{H}_2\text{O}$ הקשרים הקוולנטיים קוטביים.
ג.
בכל המולקולות האטום המרכזי קשור בקשר כפול לאחד האטומים.
ד.
כל המולקולות הן מולקולות קוטביות.

◂ פתרון מלא לשאלה 1

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – בכל המולקולות שני קשרים קוטביים במבנה זוויתי (לא סימטרי), ולכן הדו־קטבים אינם מתקזזים.

ההיגד הנכון: ד.
ערכי האלקטרושליליות (מן הנספח): H – 2.12.12.1, O – 3.53.53.5, S – 2.52.52.5, F – 4.04.04.0, Cl – 3.03.03.0.
הקשרהפרש האלקטרושליליותהאטום עם המטען החלקי השלילי
O–H3.5−2.1=1.43.5-2.1=1.43.5−2.1=1.4O
S–H2.5−2.1=0.42.5-2.1=0.42.5−2.1=0.4S
O–F4.0−3.5=0.54.0-3.5=0.54.0−3.5=0.5F
S–Cl3.0−2.5=0.53.0-2.5=0.53.0−2.5=0.5Cl
בכל המולקולות האטום המרכזי (O או S, שישה אלקטרוני ערכיות) יוצר שני קשרים קוולנטיים יחידים, ונשארים עליו שני זוגות אלקטרונים לא קושרים. לכן המבנה זוויתי.
ד – נכון. בכל מולקולה שני קשרים קוטביים, והמבנה זוויתי ואינו סימטרי: הדו־קטבים של שני הקשרים אינם מבטלים זה את זה, מרכז המטען החיובי ומרכז המטען השלילי אינם חופפים, ולכן כל המולקולות קוטביות.
א – לא נכון. האלקטרושליליות של F (4.04.04.0) גדולה מזו של O (3.53.53.5), ולכן ב־OF2\text{OF}_2OF2​ המטען החלקי השלילי נמצא על אטומי F, ועל אטום O יש מטען חלקי חיובי.
ב – לא נכון. גם הקשרים S–H, O–F ו־S–Cl קוטביים (הפרשים 0.40.40.4–0.50.50.5).
ג – לא נכון. בכל המולקולות יש רק קשרים יחידים; שני זוגות אלקטרונים לא קושרים משלימים לאטום המרכזי אוקטט.
טעות נפוצה: לחשוב שאטום החמצן נושא תמיד מטען חלקי שלילי – הדבר תלוי באטום שאיתו הוא קשור.

הקשר	הפרש האלקטרושליליות	האטום עם המטען החלקי השלילי
O–H	$3.5-2.1=1.4$	O
S–H	$2.5-2.1=0.4$	S
O–F	$4.0-3.5=0.5$	F
S–Cl	$3.0-2.5=0.5$	Cl

שאלה 2 · אתאן ומתילאמין – טמפרטורת רתיחה

רב-ברירה

לפניכם ייצוג מלא של נוסחאות מבנה למולקולות של שני חומרים: אתאן (I) ומתילאמין (II).
נתון: מספר האלקטרונים במולקולת אתאן שווה למספר האלקטרונים במולקולת מתילאמין.
מהי הקביעה הנכונה?

א.
לאתאן (I) טמפרטורת רתיחה גבוהה יותר, כי המולקולות שלו אינן קוטביות.
ב.
לאתאן (I) טמפרטורת רתיחה גבוהה יותר, כי יש לו מסה מולרית גדולה יותר.
ג.
למתילאמין (II) טמפרטורת רתיחה גבוהה יותר, כי בין המולקולות שלו נוצרים קשרי מימן.
ד.
למתילאמין (II) טמפרטורת רתיחה גבוהה יותר, כי הקשר $\text{C}-\text{N}$ במולקולות שלו חזק מהקשר $\text{C}-\text{C}$ במולקולות אתאן.

◂ פתרון מלא לשאלה 2

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – בין מולקולות מתילאמין נוצרים קשרי מימן (קבוצת N−H\text{N}-\text{H}N−H), ובין מולקולות אתאן לא.

תשובה ג נכונה. טמפרטורת הרתיחה של חומר מולקולרי תלויה בחוזק הקשרים הבין־מולקולריים.
- אתאן, C2H6\text{C}_2\text{H}_6C2​H6​: מולקולה לא קוטבית (קשרי C−H\text{C}-\text{H}C−H כמעט לא קוטביים). בין המולקולות פועלות רק אינטראקציות ון־דר־ולס.
- מתילאמין, CH3NH2\text{CH}_3\text{NH}_2CH3​NH2​: במולקולה יש אטומי מימן הקשורים לאטום חנקן (קבוצה אמינית), ולאטום החנקן זוג אלקטרונים לא קושר. לכן בין המולקולות נוצרים קשרי מימן, נוסף על אינטראקציות ון־דר־ולס.
לשתי המולקולות מספר אלקטרונים שווה (181818), ולכן גודל ענן האלקטרונים דומה ואינטראקציות ון־דר־ולס דומות בחוזקן. ההבדל העיקרי הוא קשרי המימן שבין מולקולות מתילאמין – הם חזקים יותר מאינטראקציות ון־דר־ולס, ונדרשת אנרגיה רבה יותר כדי להפריד בין המולקולות. לכן טמפרטורת הרתיחה של מתילאמין גבוהה יותר.
למה האחרות שגויות:
- א. היעדר קוטביות אינו מחזק את הקשרים הבין־מולקולריים; להפך – בין מולקולות אתאן פועלות רק אינטראקציות ון־דר־ולס, ולכן טמפרטורת הרתיחה שלו נמוכה יותר.
- ב. המסה המולרית של מתילאמין (31.0 gmol31.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}31.0 molg​) גדולה במעט מזו של אתאן (30.0 gmol30.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}30.0 molg​), וגם הקביעה שלאתאן טמפרטורת רתיחה גבוהה יותר שגויה.
- ד. ברתיחה לא נשברים קשרים קוולנטיים בתוך המולקולות – רק קשרים בין המולקולות. חוזק הקשר C−N\text{C}-\text{N}C−N אינו קובע את טמפרטורת הרתיחה.
טעות נפוצה: להסביר טמפרטורת רתיחה בעזרת חוזק הקשרים הקוולנטיים בתוך המולקולה.

שאלה 3 · מספר מולי יונים בתמיסת סידן חנקתי

רב-ברירה

הכינו 250250250 מ"ל תמיסה מימית של סידן חנקתי, Ca(NO3)2(aq)\text{Ca(NO}_3)_{2(aq)}Ca(NO3​)2(aq)​ . התמיסה מכילה 4.104.104.10 גרם מומס.
מהו מספר המולים הכולל של היונים בתמיסה?

א.
$0.025$ מול
ב.
$0.075$ מול
ג.
$0.050$ מול
ד.
$0.10$ מול

◂ פתרון מלא לשאלה 3

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – 0.0750.0750.075 מול יונים.

תשובה ב נכונה.
מסה מולרית: Mw(Ca(NO3)2)=40.1+2⋅(14.0+3⋅16.0)=164.1 gmolM_w(\text{Ca(NO}_3)_2) = 40.1 + 2\cdot(14.0 + 3\cdot 16.0) = 164.1\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}Mw​(Ca(NO3​)2​)=40.1+2⋅(14.0+3⋅16.0)=164.1 molg​
מספר המולים של המומס: n=mMw=4.10 g164.1 gmol=0.025 moln = \frac{m}{M_w} = \frac{4.10\ \text{g}}{164.1\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}} = 0.025\ \text{mol}n=Mw​m​=164.1 molg​4.10 g​=0.025 mol
תהליך ההמסה במים: Ca(NO3)2(s)→H2O(ℓ)Ca(aq)2++2NO3−(aq)\text{Ca(NO}_3)_{2(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}} \text{Ca}^{2+}_{(aq)} + 2\text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}Ca(NO3​)2(s)​H2​O(ℓ)​​Ca(aq)2+​+2NO3−​(aq)​
מכל מול מומס מתקבלים 333 מול יונים:
n(יונים)=3⋅0.025 mol=0.075 moln(\text{יונים}) = 3\cdot 0.025\ \text{mol} = 0.075\ \text{mol}n(יונים)=3⋅0.025 mol=0.075 mol
נפח התמיסה אינו משפיע על מספר המולים של היונים (הוא נדרש רק לחישוב ריכוז).
למה האחרות שגויות:
- א – 0.0250.0250.025 מול הוא מספר המולים של המומס.
- ג – 0.0500.0500.050 מול הוא מספר המולים של יוני NO3−\text{NO}_3^{-}NO3−​ בלבד.
- ד – 0.100.100.10 הוא הריכוז המולרי של המומס, C=0.025 mol0.250 L=0.10 molLC = \frac{0.025\ \text{mol}}{0.250\ \text{L}} = 0.10\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}C=0.250 L0.025 mol​=0.10 Lmol​, ולא מספר מולים.
טעות נפוצה: לבלבל בין מספר מולים לבין ריכוז מולרי, או לשכוח את המקדם 222 של יוני החנקה.

שאלה 4 · גרף קירור – הקסיל אמין וטרי־אתיל אמין

רב-ברירה

בשני כלים נפרדים מקררים בתנאים זהים מספר שווה של מולים של שני חומרים: הקסיל אמין וטרי־אתיל אמין.
שני החומרים הם במצב צבירה גז בתחילת הקירור, ובסופו הם במצב צבירה נוזל.
מודדים את הטמפרטורה של כל אחד מן החומרים במהלך הקירור.
בטבלה שלפניכם נתונות נוסחאות המבנה של המולקולות של שני החומרים.
שם החומרהקסיל אמיןטרי־אתיל אמין
נוסחה מולקולריתC6H15N\text{C}_6\text{H}_{15}\text{N}C6​H15​NC6H15N\text{C}_6\text{H}_{15}\text{N}C6​H15​N
ייצוג מקוצר של נוסחת המבנהCH3CH2CH2CH2CH2CH2NH2\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{NH}_2CH3​CH2​CH2​CH2​CH2​CH2​NH2​(CH3CH2)3N(\text{CH}_3\text{CH}_2)_3\text{N}(CH3​CH2​)3​N
מבין הגרפים I–IV שלפניכם, איזה גרף מתאר נכון את הטמפרטורה הנמדדת של שני החומרים במהלך הקירור?
(בגרפים: קו רציף – הקסיל אמין (hexylamine); קו מקווקו – טרי־אתיל אמין (triethylamine). בגרף III שני הקווים חופפים.)

שם החומר	הקסיל אמין	טרי־אתיל אמין
נוסחה מולקולרית	$\text{C}_6\text{H}_{15}\text{N}$	$\text{C}_6\text{H}_{15}\text{N}$
ייצוג מקוצר של נוסחת המבנה	$\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{NH}_2$	$(\text{CH}_3\text{CH}_2)_3\text{N}$

א.
גרף I
ב.
גרף II
ג.
גרף III
ד.
גרף IV

◂ פתרון מלא לשאלה 4

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – בקירור הטמפרטורה יורדת, ומשטח העיבוי של הקסיל אמין (קו רציף) גבוה מזה של טרי־אתיל אמין (קו מקווקו).

התשובה: ד (גרף IV).
1. כיוון הגרף: מקררים את החומרים, ולכן הטמפרטורה יורדת עם הזמן. במהלך המעבר מגז לנוזל (עיבוי) הטמפרטורה נשארת קבועה (משטח), ואחר כך יורדת שוב (קירור הנוזל). גרף I, שבו הטמפרטורה עולה, מתאר חימום ולכן אינו מתאים.
2. איזה משטח גבוה יותר: טמפרטורת העיבוי של חומר שווה לטמפרטורת הרתיחה שלו. לשני החומרים אותה נוסחה מולקולרית (C6H15N\text{C}_6\text{H}_{15}\text{N}C6​H15​N), ולכן ענני האלקטרונים שלהם בגודל דומה, וכוחות ואן דר ואלס ביניהם דומים.
•במולקולות הקסיל אמין יש קבוצת אמין −NH2-\text{NH}_2−NH2​: אטום H קשור לאטום N, שהוא אטום בעל אלקטרושליליות גבוהה ובעל זוג אלקטרונים לא קושר. לכן בין מולקולות הקסיל אמין נוצרים קשרי מימן, בנוסף לכוחות ואן דר ואלס.
•במולקולות טרי־אתיל אמין אטום N קשור לשלושה אטומי פחמן ואין אטום H הקשור לאטום N, ולכן אין קשרי מימן בין המולקולות – יש ביניהן רק כוחות ואן דר ואלס (ואינטראקציות דו־קוטב–דו־קוטב חלשות).
לכן הכוחות בין מולקולות הקסיל אמין חזקים יותר, וטמפרטורת הרתיחה (והעיבוי) שלו גבוהה יותר (בפועל כ־132∘C132^\circ\text{C}132∘C לעומת כ־89∘C89^\circ\text{C}89∘C).
- גרף II – לא נכון: המשטח של טרי־אתיל אמין (מקווקו) גבוה יותר.
- גרף III – לא נכון: בגרף זה טמפרטורות העיבוי שוות. זה היה נכון רק אילו הכוחות בין המולקולות היו שווים.
- גרף IV – נכון.
טעות נפוצה: לקבוע שלשני איזומרים אותה טמפרטורת רתיחה, כי יש להם אותה מסה מולרית.

שאלה 5 · תצפיות בתגובת נתרן עם מים

רב-ברירה

מורה הכניסה חתיכה קטנה של נתרן, Na(s)\text{Na}_{(s)}Na(s)​ , לקערה ובה מים, H2O(l)\text{H}_2\text{O}_{(l)}H2​O(l)​ , שהוסיפו להם כמה טיפות של האינדיקטור פנולפתלאין.
(פנולפתלאין הוא אינדיקטור חסר צבע בתמיסה חומצית או ניטרלית, וורוד בתמיסה בסיסית.)
נתון:
2Na(s)+2H2O(l)→2Na(aq)++2OH(aq)−+H2(g)ΔH0<02\text{Na}_{(s)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow 2\text{Na}^{+}_{(aq)} + 2\text{OH}^{-}_{(aq)} + \text{H}_{2(g)} \qquad \Delta H^0 < 02Na(s)​+2H2​O(l)​→2Na(aq)+​+2OH(aq)−​+H2(g)​ΔH0<0
איזה מן המשפטים שלפניכם אינו מתאר תצפית במהלך הניסוי?

א.
חתיכת הנתרן צפה על פני המים, נעה עליהם וקטנה עד שהיא נעלמת.
ב.
בתמיסה נוצרים יוני הידרוקסיד, $\text{OH}^{-}_{(aq)}$ .
ג.
נשמע רחש ונראות בועות סביב חתיכת הנתרן.
ד.
המים סביב חתיכת הנתרן נצבעים בצבע ורוד.

◂ פתרון מלא לשאלה 5

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – היווצרות יוני OH−\text{OH}^-OH− היא הסבר ברמה החלקיקית/ברמת הסמל, ולא דבר שרואים או מודדים.

התשובה: ב.
תצפית היא מה שאפשר לראות, לשמוע, להריח, לחוש או למדוד בעזרת מכשיר (ברמה המאקרוסקופית). תיאור של חלקיקים (יונים, מולקולות, אלקטרונים) הוא הסבר או מסקנה, ולא תצפית.
ב – אינו תצפית: את יוני ההידרוקסיד אי אפשר לראות. הצבע הוורוד של האינדיקטור הוא תצפית; המסקנה שנוצרו יוני OH−\text{OH}^-OH− (שהתמיסה בסיסית) היא פירוש של התצפית.
א – תצפית: רואים את חתיכת הנתרן צפה, נעה וקטנה עד שהיא נעלמת (הנתרן מגיב והופך ליונים מומסים).
ג – תצפית: שומעים רחש ורואים בועות – נפלט גז (מימן, לפי הניסוח).
ד – תצפית: רואים את הצבע הוורוד של האינדיקטור – התמיסה הופכת לבסיסית.
טעות נפוצה: לכתוב בתשובה לשאלת "מה ראיתם" את שם התוצר או את נוסחתו ("נוצר גז מימן", "נוצרו יוני OH−\text{OH}^-OH−") במקום מה שרואים.

שאלה 6 · אצטואין – ייצוג מקוצר של נוסחת מבנה

רב-ברירה

לפניכם ייצוג מקוצר של נוסחת מבנה של אצטואין (acetoin), חומר שמקנה ריח של חמאה:
מהו ההיגד הנכון?

א.
במולקולת אצטואין יש קבוצה פונקציונלית אלדהידית.
ב.
הנוסחה המולקולרית של אצטואין היא $\text{C}_4\text{H}_6\text{O}_2$ .
ג.
אצטואין הוא איזומר של 1־בוטנול, $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{OH}$ .
ד.
אצטואין הוא איזומר של אתיל אתנואט, $\text{CH}_3\text{COOCH}_2\text{CH}_3$ .

◂ פתרון מלא לשאלה 6

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – לאצטואין ולאתיל אתנואט הנוסחה המולקולרית C4H8O2\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2C4​H8​O2​ ומבנה שונה.

תשובה ד נכונה. בייצוג המקוצר יש 444 אטומי פחמן (שני קצוות ושני קודקודים), אטום חמצן בקשר כפול (C=O\text{C}=\text{O}C=O) וקבוצת OH\text{OH}OH.
ספירת אטומי המימן: CH3\text{CH}_3CH3​ (333) + אטום הפחמן של C=O\text{C}=\text{O}C=O (000) + CH\text{CH}CH שקשורה אליו קבוצת OH\text{OH}OH (111) + CH3\text{CH}_3CH3​ (333) + מימן של OH\text{OH}OH (111) =8= 8=8. הנוסחה המולקולרית: C4H8O2\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2C4​H8​O2​ (נוסחה מקוצרת: CH3COCH(OH)CH3\text{CH}_3\text{COCH(OH)CH}_3CH3​COCH(OH)CH3​).
לאתיל אתנואט, CH3COOCH2CH3\text{CH}_3\text{COOCH}_2\text{CH}_3CH3​COOCH2​CH3​: 444 אטומי פחמן, 888 אטומי מימן ו־222 אטומי חמצן – C4H8O2\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2C4​H8​O2​. אותה נוסחה מולקולרית ומבנה שונה – איזומרים.
למה האחרות שגויות:
- א. אטום הפחמן של C=O\text{C}=\text{O}C=O קשור לשני אטומי פחמן, ולכן זו קבוצה קטונית (ולא אלדהידית, שבה אטום הפחמן של C=O\text{C}=\text{O}C=O קשור לאטום מימן). במולקולה יש גם קבוצה הידרוקסילית.
- ב. במולקולה 888 אטומי מימן ולא 666.
- ג. הנוסחה המולקולרית של 1־בוטנול היא C4H10O\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}C4​H10​O – שונה מזו של אצטואין, ולכן אין הם איזומרים.
טעות נפוצה: לקבוע שחומרים הם איזומרים רק משום שיש להם אותו מספר אטומי פחמן – יש לבדוק את הנוסחה המולקולרית כולה.

שאלה 7 · גזים בטמפרטורה ובלחץ זהים ובנפחים שונים – מימן ואמוניה

רב-ברירה

נתונים שני כלים סגורים, A ו־ B .
כלי A , שנפחו 3 L3\ \text{L}3 L , מכיל את הגז מימן, H2(g)\text{H}_{2(g)}H2(g)​ .
כלי B , שנפחו 1 L1\ \text{L}1 L , מכיל את הגז אמוניה, NH3(g)\text{NH}_{3(g)}NH3(g)​ .
הטמפרטורה והלחץ שווים בשני הכלים.
מהו ההיגד הנכון?

א.
מספר המולים של הגז בכלי A גדול פי שלושה ממספר המולים של הגז בכלי B .
ב.
מספר המולקולות בכלי A שווה למספר המולקולות בכלי B , כי הטמפרטורה והלחץ שווים.
ג.
המסה של הגז בכלי A גדולה מן המסה של הגז בכלי B .
ד.
מספר האטומים בכלי B גדול ממספר האטומים בכלי A .

◂ פתרון מלא לשאלה 7

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א – בטמפרטורה ובלחץ שווים מספר המולים יחסי לנפח: nAnB=3 L1 L=3\frac{n_A}{n_B}=\frac{3\ \text{L}}{1\ \text{L}}=3nB​nA​​=1 L3 L​=3.

ההיגד הנכון: א.
לפי PV=nRTPV=nRTPV=nRT: n=PVRTn=\frac{PV}{RT}n=RTPV​. כאשר PPP ו־TTT שווים, מספר המולים יחסי לנפח:
nAnB=VAVB=3 L1 L=3\frac{n_A}{n_B}=\frac{V_A}{V_B}=\frac{3\ \text{L}}{1\ \text{L}}=3nB​nA​​=VB​VA​​=1 L3 L​=3
נסמן nB=nn_B=nnB​=n, ואז nA=3nn_A=3nnA​=3n.
א – נכון.
ב – לא נכון: מספר מולקולות שווה מתקבל רק כאשר גם הנפחים שווים. כאן בכלי A יש פי 3 מולקולות.
ג – לא נכון: MH2=2⋅1.0=2.0 gmolM_{\text{H}_2}=2\cdot1.0=2.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}MH2​​=2⋅1.0=2.0 molg​, MNH3=14.0+3⋅1.0=17.0 gmolM_{\text{NH}_3}=14.0+3\cdot1.0=17.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}MNH3​​=14.0+3⋅1.0=17.0 molg​.
mA=3n⋅2.0 gmol=6.0n gmB=n⋅17.0 gmol=17.0n gm_A=3n\cdot2.0\ \tfrac{\text{g}}{\text{mol}}=6.0n\ \text{g}\qquad m_B=n\cdot17.0\ \tfrac{\text{g}}{\text{mol}}=17.0n\ \text{g}mA​=3n⋅2.0 molg​=6.0n gmB​=n⋅17.0 molg​=17.0n g
המסה בכלי A קטנה מן המסה בכלי B (היחס ≈0.35\approx0.35≈0.35).
ד – לא נכון: בכלי A: 3n3n3n מולקולות ×\times× 2 אטומים =6n=6n=6n מול אטומים. בכלי B: nnn מולקולות ×\times× 4 אטומים =4n=4n=4n מול אטומים. בכלי A יש יותר אטומים.
טעות נפוצה: להחיל את השערת אבוגדרו ("מספר מולקולות שווה") גם כשהנפחים שונים.

שאלה 8 · גורמים המשפיעים על קצב הפירוק של אשלגן כלורטי

רב-ברירה

תלמידים רצו לחקור את התגובה המתרחשת בעת חימום אשלגן כלורטי מוצק, KCℓO3(s)\text{KC}\ell\text{O}_{3(s)}KCℓO3(s)​ . בתגובה משתחרר גז חמצן.
התלמידים הכניסו למבחנה 222 גרם גבישים של KCℓO3(s)\text{KC}\ell\text{O}_{3(s)}KCℓO3(s)​ , וחיממו אותה בלהבה של מבער.
נתונה התגובה: 2KCℓO3(s)→2KCℓ(s)+3O2(g)2\text{KC}\ell\text{O}_{3(s)} \rightarrow 2\text{KC}\ell_{(s)} + 3\text{O}_{2(g)}2KCℓO3(s)​→2KCℓ(s)​+3O2(g)​
התלמידים הציעו שינויים שאפשר לעשות כדי להגביר את קצב התגובה.
איזו מן ההצעות א–ד תגביר את קצב התגובה?

א.
העברת $2$ גרם הגבישים למבחנה רחבה יותר.
ב.
חימום המבחנה בלהבה חלשה יותר.
ג.
ערבוב הגבישים עם מעט אבקת מנגן דו־חמצני, $\text{MnO}_{2(s)}$ , המשמש זרז לתגובה.
ד.
שימוש ב־ $2$ גרם גבישים גדולים יותר של $\text{KC}\ell\text{O}_{3(s)}$ .

◂ פתרון מלא לשאלה 8

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – זרז מגביר את קצב התגובה.

תשובה ג נכונה. זרז הוא חומר המגביר את קצב התגובה ואינו מתכלה בה. הוספת MnO2(s)\text{MnO}_{2(s)}MnO2(s)​, המשמש זרז לפירוק אשלגן כלורטי, תגביר את קצב שחרור החמצן.
למה האחרות שגויות:
- א. מסת המגיב, הטמפרטורה ושטח הפנים של הגבישים אינם משתנים כשמחליפים מבחנה – אין השפעה על הקצב.
- ב. להבה חלשה יותר פירושה טמפרטורה נמוכה יותר, ולכן קצב התגובה יקטן.
- ד. גבישים גדולים יותר באותה מסה – שטח הפנים קטן יותר, ולכן קצב התגובה יקטן.
טעות נפוצה: לחשוב שזרז "מגדיל את כמות התוצר" – זרז משנה רק את קצב התגובה, וכמות החמצן הכוללת שתשתחרר לא תשתנה.

שאלה 9 · אוריאה – מן המעבדה של וֵלֶר אל צינור הפליטה

שאלת מאמר26 נקודות

ניתוח קטע ממאמר מדעי – חובה
קראו את הקטע שלפניכם, וענו על הסעיפים שאחריו לפי ההנחיות (שאלת חובה – 26 נקודות).
אוריאה – מן המעבדה של וֵלֶר אל צינור הפליטה
אוריאה, CO(NH2)2\text{CO(NH}_2)_2CO(NH2​)2​ , היא חומר מוצק לבן המתמוסס היטב במים. בגוף היונקים
נוצרת אוריאה בכבד מן האמוניה, NH3\text{NH}_3NH3​ , המשתחררת בפירוק חלבונים, והיא מופרשת
מן הגוף בשתן.
בתחילת המאה ה־19 סברו כימאים רבים שתרכובות המצויות ביצורים חיים יכולות להיווצר
רק בתוך יצורים חיים. בשנת 1828 חימם הכימאי הגרמני פרידריך וֵלֶר את החומר אמוניום
ציאנט, NH4OCN\text{NH}_4\text{OCN}NH4​OCN , שהוכן מחומרים שאינם מן החי, וקיבל אוריאה. לשני החומרים
אותה נוסחה כימית, אך תכונותיהם שונות. ניסוי זה נחשב לאחד הניסויים הראשונים
שבהם הופקה תרכובת פחמן של יצורים חיים מחומרים שאינם מן החי.
כיום מייצרים אוריאה בתעשייה בכמויות עצומות מאמוניה ומפחמן דו־חמצני, בלחץ גבוה
ובטמפרטורה גבוהה (תגובה 1). רוב האוריאה משמשת דשן חנקני לחקלאות.
1. 2NH3(g)+CO2(g)→CO(NH2)2(s)+H2O(ℓ)\quad 2\text{NH}_{3(g)} + \text{CO}_{2(g)} \rightarrow \text{CO(NH}_2)_{2(s)} + \text{H}_2\text{O}_{(\ell)}2NH3(g)​+CO2(g)​→CO(NH2​)2(s)​+H2​O(ℓ)​
שימוש חשוב נוסף באוריאה הוא הפחתת זיהום האוויר ממכוניות דיזל. במנוע דיזל,
בטמפרטורה הגבוהה, מגיבים חנקן וחמצן מן האוויר ונוצרות תחמוצות חנקן, כגון
חנקן חד־חמצני, NO(g)\text{NO}_{(g)}NO(g)​ . תחמוצות החנקן פוגעות בדרכי הנשימה ותורמות
להיווצרות ערפיח ולגשם חומצי.
ברכבי דיזל רבים יש מכל נוסף ובו תמיסה מימית של אוריאה (כ־ 32.5%32.5\%32.5% אוריאה במסה).
התמיסה מרוססת אל צינור הפליטה החם, ושם האוריאה מגיבה עם המים ונוצרים אמוניה
ופחמן דו־חמצני (תגובה 2). האמוניה מגיבה עם החנקן החד־חמצני על פני זרז (תגובה 3),
ונוצרים חנקן ומים – חומרים שאינם מזהמים:
2. CO(NH2)2(aq)+H2O(ℓ)→2NH3(g)+CO2(g)\quad \text{CO(NH}_2)_{2(aq)} + \text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow 2\text{NH}_{3(g)} + \text{CO}_{2(g)}CO(NH2​)2(aq)​+H2​O(ℓ)​→2NH3(g)​+CO2(g)​
3. 4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)→4N2(g)+6H2O(g)\quad 4\text{NH}_{3(g)} + 4\text{NO}_{(g)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow 4\text{N}_{2(g)} + 6\text{H}_2\text{O}_{(g)}4NH3(g)​+4NO(g)​+O2(g)​→4N2(g)​+6H2​O(g)​
כך נוצרת האמוניה ברכב עצמו, ולכן אין צורך במכל נפרד של אמוניה – חומר רעיל
ובעל ריח חריף שקשה לאחסן ברכב. תמיסת האוריאה, לעומת זאת, אינה רעילה ואינה דליקה,
ואפשר לאחסן אותה ולמלא אותה בתחנות דלק כמו נוזל רגיל.
החמצן הדרוש לתגובה 3 מצוי בגזי הפליטה, משום שבמנוע דיזל נשרף הדלק בעודף אוויר.
בעזרת שיטה זו אפשר להרחיק מגזי הפליטה את רוב תחמוצות החנקן. כך חומר שהתגלה
לראשונה בשתן, ושהפקתו במעבדה שינתה את התפיסות בכימיה, משמש כיום להגנה על איכות
האוויר.
ענו על כל הסעיפים א, ב, ג, ד, ה, ו.

א.

בתגובות המתוארות בקטע משתתפים חומרים רבים שיש בהם אטומי חנקן, N\text{N}N .

(1)

רשמו את ההערכה האלקטרונית של אטום חנקן.

(2)

כמה אלקטרוני ערכיות יש לאטום חנקן? כמה קשרים קוולנטיים יוצר אטום החנקן במולקולת אמוניה, NH3\text{NH}_3NH3​ ?

(3)

באיזה טור ובאיזו שורה (מחזור) בטבלה המחזורית נמצא החנקן? הסבירו על פי ההערכה האלקטרונית שרשמתם.

ב.

העתיקו את הטבלה שלפניכם למחברת הבחינה, והשלימו במחברת את הנתונים החסרים.
החומר בתגובות 1–3NH3(g)\text{NH}_{3(g)}NH3(g)​CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​N2(g)\text{N}_{2(g)}N2(g)​H2O(g)\text{H}_2\text{O}_{(g)}H2​O(g)​
נוסחת המולקולה
נוסחת ייצוג האלקטרונים של המולקולה
צורת המולקולהפירמידה משולשתקוויתקוויתזוויתית
קוטביות המולקולה (קוטבית / לא קוטבית)

ג.

נתון:
דרגת החמצון של אטום החנקן במולקולה NH3\text{NH}_3NH3​ היא (−3)(-3)(−3) .
דרגת החמצון של אטום החנקן במולקולה NO\text{NO}NO היא (+2)(+2)(+2) .
קבעו אם דרגת החמצון של אטומי החמצן בתגובה 3 משתנה, ואם כן – כיצד היא משתנה.

ד.

מהו שם הקבוצה הפונקציונלית במולקולת אוריאה, NH2CONH2\text{NH}_2\text{CONH}_2NH2​CONH2​ ? היעזרו בדף הקבוצות הפונקציונליות שבנספח.

ה.

לפניכם שני איורים המתארים מודלים של שתי מולקולות. באיורים מסומן על כל אטום סמל היסוד שלו.
קבעו איזה מן האיורים, 1 או 2, מתאר איזומר של מולקולת אוריאה, והסבירו את קביעתכם. התייחסו בתשובתכם למושג איזומר.

ו.

בניסוי מעבדה שבו דימו את תגובות 2 ו־3 הגיבו 0.300.300.30 גרם אוריאה.
חשבו כמה מולקולות של חנקן חד־חמצני, NO(g)\text{NO}_{(g)}NO(g)​ , הגיבו. פרטו את חישוביכם. הניחו שכל האמוניה שנוצרה בתגובה 2 הגיבה בתגובה 3.

◂ פתרון מלא לשאלה 9

סעיף א

(1)

תשובה:

2,52,52,5

777 אלקטרונים: 222 ברמה הראשונה ו־7−2=57-2=57−2=5 ברמה השנייה – ההערכה האלקטרונית 2,52,52,5.

(2)

תשובה:

555 אלקטרוני ערכיות; 333 קשרים קוולנטיים.

אלקטרוני הערכיות הם האלקטרונים ברמה החיצונית: לאטום חנקן 555 אלקטרוני ערכיות.
במולקולת NH3\text{NH}_3NH3​ אטום החנקן יוצר 333 קשרים קוולנטיים יחידים (זוג אלקטרונים קושר עם כל אחד משלושת אטומי המימן), ונשאר לו זוג אלקטרונים אחד לא קושר. כך יש סביב אטום החנקן 888 אלקטרונים ברמה החיצונית (333 זוגות קושרים + זוג לא קושר).
טעות נפוצה: לקבוע שאטום חנקן יוצר 555 קשרים, כמספר אלקטרוני הערכיות – מספר הקשרים הוא מספר האלקטרונים החסרים להשלמת שמונה (8−5=38-5=38−5=3).

(3)

תשובה:

טור 15 (הטור החמישי של היסודות הראשיים, טור החנקן), שורה (מחזור) 2.

- השורה (המחזור) נקבעת לפי מספר רמות האנרגיה המאוכלסות: לאטום חנקן (2,52,52,5) שתי רמות אנרגיה מאוכלסות – שורה 2.
- הטור נקבע לפי מספר אלקטרוני הערכיות: לאטום חנקן 555 אלקטרוני ערכיות – הוא נמצא בטור החמישי של היסודות הראשיים, טור 15 בטבלה המחזורית (הטור שבראשו חנקן, ובו גם זרחן).

סעיף ב

תשובה:

נוסחאות: NH3\text{NH}_3NH3​, CO2\text{CO}_2CO2​, N2\text{N}_2N2​, H2O\text{H}_2\text{O}H2​O. קוטביות: NH3\text{NH}_3NH3​ קוטבית, CO2\text{CO}_2CO2​ לא קוטבית, N2\text{N}_2N2​ לא קוטבית, H2O\text{H}_2\text{O}H2​O קוטבית.

הטבלה המלאה:
החומרNH3(g)\text{NH}_{3(g)}NH3(g)​CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​N2(g)\text{N}_{2(g)}N2(g)​H2O(g)\text{H}_2\text{O}_{(g)}H2​O(g)​
נוסחת המולקולהNH3\text{NH}_3NH3​CO2\text{CO}_2CO2​N2\text{N}_2N2​H2O\text{H}_2\text{O}H2​O
נוסחת ייצוג האלקטרוניםראו איורראו איורראו איורראו איור
צורת המולקולהפירמידה משולשתקוויתקוויתזוויתית
קוטביות המולקולהקוטביתלא קוטביתלא קוטביתקוטבית
נוסחאות ייצוג האלקטרונים (כל זוג נקודות או קו בין שני אטומים הוא זוג אלקטרונים קושר; זוגות ליד אטום אחד הם זוגות לא קושרים):
- NH3\text{NH}_3NH3​: לאטום החנקן שלושה זוגות קושרים (עם שלושה אטומי מימן) וזוג אחד לא קושר.
- CO2\text{CO}_2CO2​: אטום הפחמן קשור בשני זוגות (קשר כפול) לכל אחד משני אטומי החמצן; לכל אטום חמצן שני זוגות לא קושרים.
- N2\text{N}_2N2​: שלושה זוגות קושרים (קשר משולש) בין שני אטומי החנקן, ולכל אטום חנקן זוג אחד לא קושר.
- H2O\text{H}_2\text{O}H2​O: לאטום החמצן שני זוגות קושרים (עם שני אטומי מימן) ושני זוגות לא קושרים.
קביעת הקוטביות: מולקולה קוטבית כאשר יש בה קשרים קוטביים והמבנה המרחבי שלה אינו סימטרי, כך שמרכזי המטען החלקי החיובי והשלילי אינם מתלכדים.
- NH3\text{NH}_3NH3​ – קשרי N−H\text{N}-\text{H}N−H קוטביים (הפרש אלקטרושליליות 3.0−2.1=0.93.0-2.1=0.93.0−2.1=0.9) ומבנה פירמידה משולשת, שאינו סימטרי: קוטבית.
- CO2\text{CO}_2CO2​ – קשרי C=O\text{C}=\text{O}C=O קוטביים, אך המולקולה קווית וסימטרית: שני הקשרים הקוטביים מכוונים בכיוונים מנוגדים, ומרכזי המטען מתלכדים: לא קוטבית.
- N2\text{N}_2N2​ – קשר בין שני אטומים זהים הוא קשר קוולנטי טהור: לא קוטבית.
- H2O\text{H}_2\text{O}H2​O – קשרי O−H\text{O}-\text{H}O−H קוטביים ומבנה זוויתי: קוטבית.
טעות נפוצה: לקבוע ש־CO2\text{CO}_2CO2​ קוטבית משום שיש בה קשרים קוטביים – יש להתחשב גם במבנה המרחבי הסימטרי.

החומר	$\text{NH}_{3(g)}$	$\text{CO}_{2(g)}$	$\text{N}_{2(g)}$	$\text{H}_2\text{O}_{(g)}$
נוסחת המולקולה	$\text{NH}_3$	$\text{CO}_2$	$\text{N}_2$	$\text{H}_2\text{O}$
נוסחת ייצוג האלקטרונים	ראו איור	ראו איור	ראו איור	ראו איור
צורת המולקולה	פירמידה משולשת	קווית	קווית	זוויתית
קוטביות המולקולה	קוטבית	לא קוטבית	לא קוטבית	קוטבית

סעיף ג

תשובה:

כן, בחלק מאטומי החמצן: אטומי החמצן שמקורם ב־O2\text{O}_2O2​ עוברים מדרגת חמצון 000 ל־−2-2−2 (חיזור); אטומי החמצן שמקורם ב־NO\text{NO}NO נשארים בדרגת חמצון −2-2−2.

תגובה 3: 4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)→4N2(g)+6H2O(g)4\text{NH}_{3(g)} + 4\text{NO}_{(g)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow 4\text{N}_{2(g)} + 6\text{H}_2\text{O}_{(g)}4NH3(g)​+4NO(g)​+O2(g)​→4N2(g)​+6H2​O(g)​
במגיבים:
•ב־O2\text{O}_2O2​ (יסוד) דרגת החמצון של החמצן 000.
•ב־NO\text{NO}NO: דרגת החמצון של החנקן +2+2+2 (נתון), ולכן של החמצן: (+2)+x=0⇒x=−2(+2) + x = 0 \Rightarrow x = -2(+2)+x=0⇒x=−2.
בתוצרים: ב־H2O\text{H}_2\text{O}H2​O דרגת החמצון של החמצן −2-2−2 (ושל המימן +1+1+1).
לכן דרגת החמצון של חלק מאטומי החמצן משתנה: שני אטומי החמצן של מולקולת O2\text{O}_2O2​ עוברים מ־000 ל־−2-2−2 – הם קולטים אלקטרונים ועוברים חיזור. ארבעת אטומי החמצן שמקורם במולקולות NO\text{NO}NO נשארים בדרגת חמצון −2-2−2.
(במקביל: החנקן ב־NH3\text{NH}_3NH3​ עולה מ־−3-3−3 ל־000 – חמצון; החנקן ב־NO\text{NO}NO יורד מ־+2+2+2 ל־000 – חיזור.)
טעות נפוצה: לענות "דרגת החמצון של החמצן אינה משתנה, כי היא תמיד −2-2−2" – ביסוד O2\text{O}_2O2​ דרגת החמצון היא 000.

סעיף ד

תשובה:

קבוצה אמידית (אמיד).

במולקולת אוריאה אטום פחמן קשור בקשר כפול לאטום חמצן (C=O\text{C}=\text{O}C=O), ובקשר יחיד לאטום חנקן של קבוצת −NH2-\text{NH}_2−NH2​ (ולאטום חנקן נוסף). אטום פחמן של C=O\text{C}=\text{O}C=O הקשור ישירות לאטום חנקן – זו קבוצה אמידית, −CO−NH2-\text{CO}-\text{NH}_2−CO−NH2​.
במולקולת אוריאה אטום הפחמן של C=O\text{C}=\text{O}C=O קשור לשני אטומי חנקן, כך שהמבנה מתאים לנוסחת הקבוצה האמידית שבדף הקבוצות הפונקציונליות משני צדי אטום הפחמן; התשובה "אמיד" (או "שתי קבוצות אמידיות") נכונה.
טעות נפוצה: לפרק את הקבוצה האמידית לשתי קבוצות נפרדות ("קטון" ו"אמין"). כאשר אטום החנקן קשור ישירות לאטום הפחמן של C=O\text{C}=\text{O}C=O, זו קבוצה פונקציונלית אחת – אמיד.

סעיף ה

תשובה:

איור 2.

איור 2 מתאר איזומר של אוריאה.
איזומרים הם חומרים בעלי אותה נוסחה מולקולרית אך מבנה שונה (סדר קישור שונה של האטומים).
•אוריאה, NH2CONH2\text{NH}_2\text{CONH}_2NH2​CONH2​: אטום פחמן אחד, אטום חמצן אחד, 222 אטומי חנקן ו־444 אטומי מימן – נוסחה מולקולרית CH4N2O\text{CH}_4\text{N}_2\text{O}CH4​N2​O.
•איור 2: אטום פחמן 111, אטומי חנקן 222, אטום חמצן 111 ואטומי מימן 444 – CH4N2O\text{CH}_4\text{N}_2\text{O}CH4​N2​O, כמו באוריאה. המבנה שונה: אטום הפחמן קשור בקשר כפול לאטום חנקן (ולא לאטום חמצן), ואטום החמצן קשור לאטום מימן (קבוצת OH\text{OH}OH). לכן זהו איזומר של אוריאה (המולקולה באיור 2 נקראת איזואוריאה; היא נבדלת מאוריאה במיקום של אטום מימן ושל הקשר הכפול).
•איור 1: 222 אטומי פחמן, אטום חנקן 111, אטום חמצן 111 ו־555 אטומי מימן – C2H5NO\text{C}_2\text{H}_5\text{NO}C2​H5​NO. הנוסחה המולקולרית שונה מזו של אוריאה, ולכן אין זה איזומר שלה (אף שיש בו קבוצה אמידית, כמו באוריאה).
טעות נפוצה: לבחור במולקולה שיש בה אותה קבוצה פונקציונלית כמו באוריאה – הקובע הוא זהות הנוסחה המולקולרית לצד שוני במבנה.

סעיף ו

תשובה:

6.02×10216.02\times 10^{21}6.02×1021 מולקולות NO\text{NO}NO.

שלב 1 – מספר המולים של אוריאה:
Mw(CO(NH2)2)=12.0+16.0+2⋅(14.0+2⋅1.0)=60.0 gmolM_w(\text{CO(NH}_2)_2) = 12.0 + 16.0 + 2\cdot(14.0 + 2\cdot 1.0) = 60.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}Mw​(CO(NH2​)2​)=12.0+16.0+2⋅(14.0+2⋅1.0)=60.0 molg​
n=mMw=0.30 g60.0 gmol=0.005 moln = \frac{m}{M_w} = \frac{0.30\ \text{g}}{60.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}} = 0.005\ \text{mol}n=Mw​m​=60.0 molg​0.30 g​=0.005 mol
שלב 2 – תגובה 2: CO(NH2)2(aq)+H2O(ℓ)→2NH3(g)+CO2(g)\text{CO(NH}_2)_{2(aq)} + \text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow 2\text{NH}_{3(g)} + \text{CO}_{2(g)}CO(NH2​)2(aq)​+H2​O(ℓ)​→2NH3(g)​+CO2(g)​
יחס המולים אוריאה : NH3\text{NH}_3NH3​ =1:2= 1:2=1:2, ולכן n(NH3)=2⋅0.005 mol=0.010 moln(\text{NH}_3) = 2\cdot 0.005\ \text{mol} = 0.010\ \text{mol}n(NH3​)=2⋅0.005 mol=0.010 mol.
שלב 3 – תגובה 3: 4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)→4N2(g)+6H2O(g)4\text{NH}_{3(g)} + 4\text{NO}_{(g)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow 4\text{N}_{2(g)} + 6\text{H}_2\text{O}_{(g)}4NH3(g)​+4NO(g)​+O2(g)​→4N2(g)​+6H2​O(g)​
יחס המולים NH3:NO=4:4=1:1\text{NH}_3 : \text{NO} = 4:4 = 1:1NH3​:NO=4:4=1:1, ולכן n(NO)=0.010 moln(\text{NO}) = 0.010\ \text{mol}n(NO)=0.010 mol.
שלב 4 – מספר המולקולות: n=NNA⇒N=n⋅NA=0.010 mol⋅6.02×1023 מולקולותmol=6.02×1021n = \frac{N}{N_A} \Rightarrow N = n\cdot N_A = 0.010\ \text{mol}\cdot 6.02\times 10^{23}\ \frac{\text{מולקולות}}{\text{mol}} = 6.02\times 10^{21}n=NA​N​⇒N=n⋅NA​=0.010 mol⋅6.02×1023 molמולקולות​=6.02×1021 מולקולות NO\text{NO}NO.
טעות נפוצה: לדלג על יחס המולים 1:21:21:2 בתגובה 2 (ולקבל 3.01×10213.01\times 10^{21}3.01×1021), או לעצור בחישוב מספר המולים בלי לחשב את מספר המולקולות.

פרק שני

שאלה 10 · הפקת כרום בתגובה עם אלומיניום וקשר מימני בין אתילן גליקול למים

שאלה פתוחה25 נקודות

מבנה וקישור, חישובים
כרום, Cr\text{Cr}Cr , היא מתכת קשה ומבריקה, המשמשת בין השאר לציפוי חלקי מתכת ולייצור פלדת אל־חלד.
אחת הדרכים להפקת כרום טהור היא תגובה בין כרום(III) חמצני, Cr2O3(s)\text{Cr}_2\text{O}_{3(s)}Cr2​O3(s)​ – אבקה בצבע ירוק – לבין אבקת אלומיניום, Aℓ(s)\text{A}\ell_{(s)}Aℓ(s)​ . לאחר הצתת התערובת מתרחשת תגובה מהירה, משתחררת כמות גדולה של חום ונפלט אור עז.
לפניכם ניסוח לא מאוזן של התגובה:
Cr2O3(s)+Aℓ(s)→Cr(s)+Aℓ2O3(s)\text{Cr}_2\text{O}_{3(s)} + \text{A}\ell_{(s)} \rightarrow \text{Cr}_{(s)} + \text{A}\ell_2\text{O}_{3(s)}Cr2​O3(s)​+Aℓ(s)​→Cr(s)​+Aℓ2​O3(s)​

א.

העתיקו את ניסוח התגובה למחברת הבחינה ואזנו אותו.

ב.

ציינו שינוי מאקרוסקופי אחד היכול להעיד על התרחשות התגובה.

ג.

בטבלה שלפניכם מוצגים נתונים המתאימים לשניים מן התוצרים בתגובה.
סימול החומרהולכה חשמלית במצב מוצקהולכה חשמלית במצב נוזל
A√√
B×√
קבעו מהו חומר A\text{A}A ומהו חומר B\text{B}B .

סימול החומר	הולכה חשמלית במצב מוצק	הולכה חשמלית במצב נוזל
A	√	√
B	×	√

ד.

הכינו תערובת שמסתה 1.001.001.00 ק"ג. כרום(III) חמצני, Cr2O3(s)\text{Cr}_2\text{O}_{3(s)}Cr2​O3(s)​ , מהווה 76.0%76.0\%76.0% ממסת התערובת, והשאר הוא אלומיניום, Aℓ(s)\text{A}\ell_{(s)}Aℓ(s)​ .
התערובת הגיבה על פי התגובה שאיזנתם בסעיף א, עד שאחד המגיבים הגיב בשלמות.
קבעו מהו הגורם המגביל, וחשבו כמה מולים של כרום נוצרו. פרטו את חישוביכם.
נתון: 111 ק"ג =1000= 1000=1000 גרם

ה.

חלקי מנוע מצופי כרום באים במגע עם נוזל הקירור של המנוע. נוזל הקירור מכיל את החומר אתילן גליקול, המתמוסס במים.
לפניכם ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של מולקולת אתילן גליקול: HOCH2CH2OH\text{HOCH}_2\text{CH}_2\text{OH}HOCH2​CH2​OH .
לפניכם ארבעה איורים 1–4.
קבעו איזה מן האיורים 1, 2, 3, 4, מתאר בצורה נכונה קשר מימני בין מולקולת אתילן גליקול למולקולת מים.

◂ פתרון מלא לשאלה 10

סעיף א

תשובה:

Cr2O3(s)+2Aℓ(s)→2Cr(s)+Aℓ2O3(s)\text{Cr}_2\text{O}_{3(s)} + 2\text{A}\ell_{(s)} \rightarrow 2\text{Cr}_{(s)} + \text{A}\ell_2\text{O}_{3(s)}Cr2​O3(s)​+2Aℓ(s)​→2Cr(s)​+Aℓ2​O3(s)​

ב־Cr2O3\text{Cr}_2\text{O}_3Cr2​O3​ שני אטומי כרום, ולכן המקדם של Cr\text{Cr}Cr הוא 222. ב־Aℓ2O3\text{A}\ell_2\text{O}_3Aℓ2​O3​ שני אטומי אלומיניום, ולכן המקדם של Aℓ\text{A}\ellAℓ הוא 222. אטומי החמצן (333) עוברים כולם מ־Cr2O3\text{Cr}_2\text{O}_3Cr2​O3​ אל Aℓ2O3\text{A}\ell_2\text{O}_3Aℓ2​O3​:
Cr2O3(s)+2Aℓ(s)→2Cr(s)+Aℓ2O3(s)\text{Cr}_2\text{O}_{3(s)} + 2\text{A}\ell_{(s)} \rightarrow 2\text{Cr}_{(s)} + \text{A}\ell_2\text{O}_{3(s)}Cr2​O3(s)​+2Aℓ(s)​→2Cr(s)​+Aℓ2​O3(s)​
בדיקה: Cr\text{Cr}Cr: 2=22=22=2; Aℓ\text{A}\ellAℓ: 2=22=22=2; O\text{O}O: 3=33=33=3.
טעות נפוצה: לשנות את הנוסחאות (למשל לרשום AℓO\text{A}\ell\text{O}AℓO) במקום להוסיף מקדמים.

סעיף ב

תשובה:

פליטת אור עז וחום (או: האבקה הירוקה נעלמת ונוצרת מתכת מבריקה).

שינויים מאקרוסקופיים אפשריים (מספיק אחד):
- פליטת אור עז ושחרור חום רב בעת התגובה;
- היעלמות האבקה הירוקה (Cr2O3\text{Cr}_2\text{O}_3Cr2​O3​) והופעת מתכת מבריקה (כרום) לצד מוצק לבן (Aℓ2O3\text{A}\ell_2\text{O}_3Aℓ2​O3​).
טעות נפוצה: לתאר שינוי ברמת החלקיקים (כמו "יוני כרום הפכו לאטומים") – שינוי מאקרוסקופי הוא שינוי שרואים או מרגישים.

סעיף ג

תשובה:

A\text{A}A – כרום, Cr\text{Cr}Cr; B\text{B}B – אלומיניום חמצני, Aℓ2O3\text{A}\ell_2\text{O}_3Aℓ2​O3​.

התוצרים הם Cr\text{Cr}Cr ו־Aℓ2O3\text{A}\ell_2\text{O}_3Aℓ2​O3​.
חומר A מוליך חשמל גם במצב מוצק וגם במצב נוזל – תכונה של מתכת: A\text{A}A הוא כרום, Cr\text{Cr}Cr.
חומר B אינו מוליך במצב מוצק ומוליך במצב נוזל – תכונה של חומר יוני: B\text{B}B הוא אלומיניום חמצני, Aℓ2O3\text{A}\ell_2\text{O}_3Aℓ2​O3​ (תרכובת של מתכת ואל־מתכת).
הסבר (ברמת החלקיקים): בכרום (סריג מתכתי) יש אלקטרונים ניידים במוצק ובנוזל. ב־Aℓ2O3\text{A}\ell_2\text{O}_3Aℓ2​O3​ (סריג יוני של Aℓ3+\text{A}\ell^{3+}Aℓ3+ ו־O2−\text{O}^{2-}O2−) היונים קבועים במקומם במוצק ונעשים ניידים רק לאחר היתוך.
טעות נפוצה: לבחור באלומיניום כחומר A – אלומיניום הוא מגיב, והשאלה עוסקת בתוצרים.

סעיף ד

תשובה:

אלומיניום הוא הגורם המגביל; נוצרו כ־8.898.898.89 מול כרום.

מסות המגיבים:
m(Cr2O3)=0.760⋅1000 g=760 gm(\text{Cr}_2\text{O}_3) = 0.760\cdot 1000\ \text{g} = 760\ \text{g}m(Cr2​O3​)=0.760⋅1000 g=760 g
m(Aℓ)=1000 g−760 g=240 gm(\text{A}\ell) = 1000\ \text{g} - 760\ \text{g} = 240\ \text{g}m(Aℓ)=1000 g−760 g=240 g
מספרי מולים:
Mw(Cr2O3)=2⋅52.0+3⋅16.0=152.0 gmolM_w(\text{Cr}_2\text{O}_3) = 2\cdot 52.0 + 3\cdot 16.0 = 152.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}Mw​(Cr2​O3​)=2⋅52.0+3⋅16.0=152.0 molg​, n(Cr2O3)=760 g152.0 gmol=5.00 moln(\text{Cr}_2\text{O}_3) = \frac{760\ \text{g}}{152.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}} = 5.00\ \text{mol}n(Cr2​O3​)=152.0 molg​760 g​=5.00 mol
Mw(Aℓ)=27.0 gmolM_w(\text{A}\ell) = 27.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}Mw​(Aℓ)=27.0 molg​, n(Aℓ)=240 g27.0 gmol=8.89 moln(\text{A}\ell) = \frac{240\ \text{g}}{27.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}} = 8.89\ \text{mol}n(Aℓ)=27.0 molg​240 g​=8.89 mol
הגורם המגביל: לפי התגובה, יחס המולים Cr2O3:Aℓ=1:2\text{Cr}_2\text{O}_3 : \text{A}\ell = 1:2Cr2​O3​:Aℓ=1:2. כדי שכל 5.00 mol5.00\ \text{mol}5.00 mol Cr2O3\text{Cr}_2\text{O}_3Cr2​O3​ יגיבו דרושים 2⋅5.00=10.0 mol2\cdot 5.00 = 10.0\ \text{mol}2⋅5.00=10.0 mol Aℓ\text{A}\ellAℓ, אך יש רק 8.89 mol8.89\ \text{mol}8.89 mol. לכן האלומיניום הוא הגורם המגביל, ו־Cr2O3\text{Cr}_2\text{O}_3Cr2​O3​ בעודף.
מולי כרום: יחס המולים Aℓ:Cr=2:2=1:1\text{A}\ell : \text{Cr} = 2:2 = 1:1Aℓ:Cr=2:2=1:1, ולכן n(Cr)=8.89 moln(\text{Cr}) = 8.89\ \text{mol}n(Cr)=8.89 mol.
טעות נפוצה: לקבוע את הגורם המגביל לפי המגיב שמסתו קטנה יותר, או לפי מספר המולים בלי להתחשב ביחס המולים שבניסוח התגובה.

סעיף ה

תשובה:

איור 4.

איור 4 נכון. קשר מימני נוצר בין אטום מימן הקשור קוולנטית לאטום F\text{F}F, O\text{O}O או N\text{N}N במולקולה אחת, לבין זוג אלקטרונים לא קושר של אטום F\text{F}F, O\text{O}O או N\text{N}N במולקולה שכנה.
באיור 4 אטום המימן של קבוצת O−H\text{O}-\text{H}O−H במולקולת אתילן גליקול נמשך אל זוג אלקטרונים לא קושר של אטום החמצן במולקולת המים – קשר מימני תקין.
למה האחרים שגויים:
- איור 1: אטום המימן המשתתף בקשר קשור לאטום פחמן (קשר C−H\text{C}-\text{H}C−H כמעט אינו קוטבי), ולכן אינו יוצר קשר מימני.
- איור 2: הקו המקווקו מחבר בין שני אטומי חמצן, ללא אטום מימן ביניהם – זה אינו קשר מימני.
- איור 3: הקו המקווקו מחבר בין שני אטומי מימן (לשניהם מטען חלקי חיובי) – זה אינו קשר מימני.
טעות נפוצה: להסתפק בכך שבשתי המולקולות יש אטומי חמצן, בלי לבדוק שהקשר נוצר בין אטום מימן הקשור לחמצן לבין זוג אלקטרונים לא קושר.

שאלה 11 · ברזל ותרכובותיו – חמצון–חיזור וחישובים

שאלה פתוחה25 נקודות

חמצון–חיזור, חישובים
השאלה עוסקת ביסוד ברזל ובכמה מתרכובותיו. סמל היסוד ברזל הוא 26Fe_{26}\text{Fe}26​Fe .
בעפרות ברזל רבות יש ברזל תחמוצתי, Fe2O3(s)\text{Fe}_2\text{O}_{3(s)}Fe2​O3(s)​ .
מפיקים ברזל בכבשן בטמפרטורה גבוהה, בתגובה בין Fe2O3(s)\text{Fe}_2\text{O}_{3(s)}Fe2​O3(s)​ ובין פחמן חד־חמצני, CO(g)\text{CO}_{(g)}CO(g)​ .
לפניכם ניסוח התגובה (תגובה 1):
1.Fe2O3(s)+3CO(g)→2Fe(l)+3CO2(g)1.\qquad \text{Fe}_2\text{O}_{3(s)} + 3\text{CO}_{(g)} \rightarrow 2\text{Fe}_{(l)} + 3\text{CO}_{2(g)}1.Fe2​O3(s)​+3CO(g)​→2Fe(l)​+3CO2(g)​

א.

קבעו מהו המחמצן ומהו המחזר בתגובה 1. הסבירו את שתי הקביעות.

ב.

במי ניקוז ממכרות מסוימים ריכוז יוני ברזל, Fe(aq)2+\text{Fe}^{2+}_{(aq)}Fe(aq)2+​ , הוא כ־ 0.56 גרם לליטר.
חשבו את ריכוז יוני Fe(aq)2+\text{Fe}^{2+}_{(aq)}Fe(aq)2+​ במים אלה ביחידות של מול לליטר (M) . פרטו את חישוביכם.

ג.

ברזל הידרוקסידי, Fe(OH)2(s)\text{Fe(OH)}_{2(s)}Fe(OH)2(s)​ , מגיב עם חמצן מן האוויר ועם מים, ונוצר משקע חום־כתום של Fe(OH)3(s)\text{Fe(OH)}_{3(s)}Fe(OH)3(s)​ .
לפניכם ניסוח התגובה (תגובה 2):
2.4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l)→4Fe(OH)3(s)2.\qquad 4\text{Fe(OH)}_{2(s)} + \text{O}_{2(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow 4\text{Fe(OH)}_{3(s)}2.4Fe(OH)2(s)​+O2(g)​+2H2​O(l)​→4Fe(OH)3(s)​
התבססו על ניסוח תגובה 2 וקבעו עבור כל אחד מן ההיגדים שלפניכם אם הוא נכון או לא נכון.
נמקו את קביעותיכם.

(i)

החומר Fe(OH)3(s)\text{Fe(OH)}_{3(s)}Fe(OH)3(s)​ הוא תוצר של תהליך חמצון.

(ii)

בתגובה 2 המים, H2O(l)\text{H}_2\text{O}_{(l)}H2​O(l)​ , משמשים מחמצן.

ד.

לתרכובות ברזל שימושים רבים ומגוונים.
התרכובת ברזל כלורי, FeCl3(s)\text{FeCl}_{3(s)}FeCl3(s)​ , משמשת לטיהור מים ולחריטת מעגלים חשמליים.
מייצרים ברזל כלורי, FeCl3(s)\text{FeCl}_{3(s)}FeCl3(s)​ , מברזל, Fe(s)\text{Fe}_{(s)}Fe(s)​ , ומכלור, Cl2(g)\text{Cl}_{2(g)}Cl2(g)​ .

(1)

רשמו ניסוח מאוזן של התגובה לייצור FeCl3(s)\text{FeCl}_{3(s)}FeCl3(s)​ .

(2)

מהי מסת FeCl3(s)\text{FeCl}_{3(s)}FeCl3(s)​ שמתקבלת בתגובה בין 11.16 גרם Fe(s)\text{Fe}_{(s)}Fe(s)​ לבין מספר מולים מתאים של Cl2(g)\text{Cl}_{2(g)}Cl2(g)​ ? פרטו את חישוביכם.

ה.

כדי להסיר חלודה, המכילה Fe2O3(s)\text{Fe}_2\text{O}_{3(s)}Fe2​O3(s)​ , ממשטחי פלדה, משתמשים בתמיסה מימית של מימן כלורי, HCl(aq)\text{HCl}_{(aq)}HCl(aq)​ .
לפניכם ניסוח התגובה (תגובה 3):
3.Fe2O3(s)+6H3O(aq)++6Cl(aq)−→2Fe(aq)3++6Cl(aq)−+9H2O(l)3.\qquad \text{Fe}_2\text{O}_{3(s)} + 6\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + 6\text{Cl}^{-}_{(aq)} \rightarrow 2\text{Fe}^{3+}_{(aq)} + 6\text{Cl}^{-}_{(aq)} + 9\text{H}_2\text{O}_{(l)}3.Fe2​O3(s)​+6H3​O(aq)+​+6Cl(aq)−​→2Fe(aq)3+​+6Cl(aq)−​+9H2​O(l)​
האם תגובה 3 היא תגובת חמצון–חיזור? הסבירו את תשובתכם.

ו.

ברזל הידרוקסידי, Fe(OH)3(s)\text{Fe(OH)}_{3(s)}Fe(OH)3(s)​ , משמש בטיהור מים, כי חלקיקי לכלוך נצמדים אליו ושוקעים איתו.
אפשר להכין Fe(OH)3(s)\text{Fe(OH)}_{3(s)}Fe(OH)3(s)​ בתגובת שיקוע, בין תמיסת ברזל כלורי, FeCl3(aq)\text{FeCl}_{3(aq)}FeCl3(aq)​ , ובין תמיסת נתרן הידרוקסידי, NaOH(aq)\text{NaOH}_{(aq)}NaOH(aq)​ .
לפניכם ניסוח נטו של תגובת השיקוע של Fe(OH)3(s)\text{Fe(OH)}_{3(s)}Fe(OH)3(s)​ (תגובה 4):
4.Fe(aq)3++3OH(aq)−→Fe(OH)3(s)4.\qquad \text{Fe}^{3+}_{(aq)} + 3\text{OH}^{-}_{(aq)} \rightarrow \text{Fe(OH)}_{3(s)}4.Fe(aq)3+​+3OH(aq)−​→Fe(OH)3(s)​
ערבבו 100 מ"ל תמיסת ברזל כלורי, FeCl3(aq)\text{FeCl}_{3(aq)}FeCl3(aq)​ , בריכוז 0.20M0.20\text{M}0.20M , עם 300 מ"ל תמיסת נתרן הידרוקסידי, NaOH(aq)\text{NaOH}_{(aq)}NaOH(aq)​ , בריכוז 0.20M0.20\text{M}0.20M . כל החומרים הגיבו בשלמות.
מהי מסת המשקע שהתקבל? פרטו את חישוביכם.

◂ פתרון מלא לשאלה 11

סעיף א

תשובה:

המחמצן: Fe2O3\text{Fe}_2\text{O}_3Fe2​O3​; המחזר: CO\text{CO}CO.

המחמצן: Fe2O3(s)\text{Fe}_2\text{O}_{3(s)}Fe2​O3(s)​. דרגת החמצון של Fe ב־Fe2O3\text{Fe}_2\text{O}_3Fe2​O3​: 2x+3⋅(−2)=0⇒x=+32x+3\cdot(-2)=0 \Rightarrow x=+32x+3⋅(−2)=0⇒x=+3. ב־Fe (יסוד) דרגת החמצון היא 000. דרגת החמצון יורדת – יוני הברזל מקבלים אלקטרונים (עוברים חיזור), כלומר Fe2O3\text{Fe}_2\text{O}_3Fe2​O3​ גורם לחמצון של CO – הוא המחמצן.
המחזר: CO(g)\text{CO}_{(g)}CO(g)​. דרגת החמצון של C ב־CO: x+(−2)=0⇒x=+2x+(-2)=0 \Rightarrow x=+2x+(−2)=0⇒x=+2; ב־CO2\text{CO}_2CO2​: x+2⋅(−2)=0⇒x=+4x+2\cdot(-2)=0 \Rightarrow x=+4x+2⋅(−2)=0⇒x=+4. דרגת החמצון עולה – אטומי C מוסרים אלקטרונים (עוברים חמצון), ואת האלקטרונים מקבל הברזל – CO הוא המחזר.
(דרגת החמצון של O היא −2-2−2 בכל החומרים.)
טעות נפוצה: לקבוע שהמחמצן הוא החומר שעובר חמצון – בפועל המחמצן עצמו עובר חיזור.

סעיף ב

תשובה:

≈0.010 M\approx 0.010\ \text{M}≈0.010 M

ב־1 L1\ \text{L}1 L מים יש 0.56 g0.56\ \text{g}0.56 g יוני ברזל. המסה המולרית של Fe2+\text{Fe}^{2+}Fe2+ (מסת האלקטרונים זניחה) היא 55.8 gmol55.8\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}55.8 molg​.
n=mM=0.56 g55.8 gmol=0.010 moln=\frac{m}{M}=\frac{0.56\ \text{g}}{55.8\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}}=0.010\ \text{mol}n=Mm​=55.8 molg​0.56 g​=0.010 mol
C=nV=0.010 mol1 L=0.010 MC=\frac{n}{V}=\frac{0.010\ \text{mol}}{1\ \text{L}}=0.010\ \text{M}C=Vn​=1 L0.010 mol​=0.010 M
תשובה: ריכוז יוני Fe2+\text{Fe}^{2+}Fe2+ הוא כ־0.010 M0.010\ \text{M}0.010 M.

סעיף ג

(i)

תשובה:

נכון – דרגת החמצון של Fe עולה מ־+2+2+2 ל־+3+3+3.

נכון. ב־Fe(OH)2\text{Fe(OH)}_2Fe(OH)2​: x+2⋅(−1)=0⇒x=+2x+2\cdot(-1)=0 \Rightarrow x=+2x+2⋅(−1)=0⇒x=+2 (קבוצת OH מטענה −1-1−1). ב־Fe(OH)3\text{Fe(OH)}_3Fe(OH)3​: x+3⋅(−1)=0⇒x=+3x+3\cdot(-1)=0 \Rightarrow x=+3x+3⋅(−1)=0⇒x=+3. דרגת החמצון של Fe עולה – הברזל מוסר אלקטרונים, ולכן Fe(OH)3\text{Fe(OH)}_3Fe(OH)3​ הוא תוצר של תהליך חמצון.

(ii)

תשובה:

לא נכון – דרגות החמצון של H ושל O במים אינן משתנות; המחמצן הוא O2\text{O}_2O2​.

לא נכון. במים דרגת החמצון של H היא +1+1+1 ושל O היא −2-2−2, ובתוצר Fe(OH)3\text{Fe(OH)}_3Fe(OH)3​ הן נשארות +1+1+1 ו־−2-2−2 – המים אינם מקבלים אלקטרונים, ולכן אינם מחמצן.
המחמצן הוא החמצן, O2\text{O}_2O2​: דרגת החמצון של O יורדת מ־000 ב־O2\text{O}_2O2​ ל־−2-2−2 ב־Fe(OH)3\text{Fe(OH)}_3Fe(OH)3​ – אטומי החמצן מקבלים את האלקטרונים שמסר הברזל.

סעיף ד

(1)

תשובה:

2Fe(s)+3Cl2(g)→2FeCl3(s)2\text{Fe}_{(s)} + 3\text{Cl}_{2(g)} \rightarrow 2\text{FeCl}_{3(s)}2Fe(s)​+3Cl2(g)​→2FeCl3(s)​

2Fe(s)+3Cl2(g)→2FeCl3(s)2\text{Fe}_{(s)} + 3\text{Cl}_{2(g)} \rightarrow 2\text{FeCl}_{3(s)}2Fe(s)​+3Cl2(g)​→2FeCl3(s)​
 איזון: Fe: 2 = 2; Cl: 3⋅2=63\cdot2=63⋅2=6 באגף שמאל, 2⋅3=62\cdot3=62⋅3=6 באגף ימין.

(2)

תשובה:

32.5 g32.5\ \text{g}32.5 g (32.46 גרם)

מולים של ברזל:
nFe=mM=11.16 g55.8 gmol=0.200 moln_{\text{Fe}}=\frac{m}{M}=\frac{11.16\ \text{g}}{55.8\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}}=0.200\ \text{mol}nFe​=Mm​=55.8 molg​11.16 g​=0.200 mol
יחס מולים Fe:FeCl3=2:2=1:1\text{Fe}:\text{FeCl}_3=2:2=1:1Fe:FeCl3​=2:2=1:1:
nFeCl3=0.200 moln_{\text{FeCl}_3}=0.200\ \text{mol}nFeCl3​​=0.200 mol
מסה מולרית: MFeCl3=55.8+3⋅35.5=162.3 gmolM_{\text{FeCl}_3}=55.8+3\cdot35.5=162.3\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}MFeCl3​​=55.8+3⋅35.5=162.3 molg​
mFeCl3=n⋅M=0.200 mol⋅162.3 gmol=32.46 g≈32.5 gm_{\text{FeCl}_3}=n\cdot M=0.200\ \text{mol}\cdot162.3\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}=32.46\ \text{g}\approx32.5\ \text{g}mFeCl3​​=n⋅M=0.200 mol⋅162.3 molg​=32.46 g≈32.5 g
תשובה: מתקבלים כ־32.5 g32.5\ \text{g}32.5 g ברזל כלורי.

סעיף ה

תשובה:

לא – אין שינוי בדרגות החמצון (אין מעבר אלקטרונים); זו תגובת חומצה–בסיס.

לא, תגובה 3 אינה תגובת חמצון–חיזור.
נבדוק את דרגות החמצון לפני התגובה ואחריה:
•Fe: +3+3+3 ב־Fe2O3\text{Fe}_2\text{O}_3Fe2​O3​ וגם +3+3+3 ב־Fe3+\text{Fe}^{3+}Fe3+.
•O: −2-2−2 ב־Fe2O3\text{Fe}_2\text{O}_3Fe2​O3​, ב־H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ וב־H2O\text{H}_2\text{O}H2​O.
•H: +1+1+1 ב־H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ וב־H2O\text{H}_2\text{O}H2​O.
•Cl: −1-1−1 לפני ואחרי (יוני הכלוריד הם יונים צופים).
אף דרגת חמצון אינה משתנה – אין מעבר אלקטרונים, ולכן זו אינה תגובת חמצון–חיזור. זוהי תגובת חומצה–בסיס: יוני התחמוצת, O2−\text{O}^{2-}O2−, שבסריג ה־Fe2O3\text{Fe}_2\text{O}_3Fe2​O3​ מקבלים פרוטונים מיוני ההידרוניום, ונוצרים מים.

סעיף ו

תשובה:

2.14 g2.14\ \text{g}2.14 g Fe(OH)3\text{Fe(OH)}_3Fe(OH)3​

מולים של כל יון:
nFe3+=nFeCl3=C⋅V=0.20 molL⋅0.100 L=0.020 moln_{\text{Fe}^{3+}}=n_{\text{FeCl}_3}=C\cdot V=0.20\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot0.100\ \text{L}=0.020\ \text{mol}nFe3+​=nFeCl3​​=C⋅V=0.20 Lmol​⋅0.100 L=0.020 mol
nOH−=nNaOH=0.20 molL⋅0.300 L=0.060 moln_{\text{OH}^-}=n_{\text{NaOH}}=0.20\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot0.300\ \text{L}=0.060\ \text{mol}nOH−​=nNaOH​=0.20 Lmol​⋅0.300 L=0.060 mol
לפי תגובה 4 היחס Fe3+:OH−:Fe(OH)3=1:3:1\text{Fe}^{3+}:\text{OH}^{-}:\text{Fe(OH)}_3=1:3:1Fe3+:OH−:Fe(OH)3​=1:3:1; אכן 0.060 mol=3⋅0.020 mol0.060\ \text{mol}=3\cdot0.020\ \text{mol}0.060 mol=3⋅0.020 mol, ושני היונים מגיבים בשלמות:
nFe(OH)3=0.020 moln_{\text{Fe(OH)}_3}=0.020\ \text{mol}nFe(OH)3​​=0.020 mol
מסה מולרית: MFe(OH)3=55.8+3⋅(16.0+1.0)=106.8 gmolM_{\text{Fe(OH)}_3}=55.8+3\cdot(16.0+1.0)=106.8\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}MFe(OH)3​​=55.8+3⋅(16.0+1.0)=106.8 molg​
m=n⋅M=0.020 mol⋅106.8 gmol=2.14 gm=n\cdot M=0.020\ \text{mol}\cdot106.8\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}=2.14\ \text{g}m=n⋅M=0.020 mol⋅106.8 molg​=2.14 g
תשובה: מסת המשקע (Fe(OH)3(s)\text{Fe(OH)}_{3(s)}Fe(OH)3(s)​) היא כ־2.14 g2.14\ \text{g}2.14 g.

שאלה 12 · חומצות ובסיסים בנפחים וריכוזים שונים – pH ואנרגיה בתגובות סתירה

שאלה פתוחה25 נקודות

חומצות ובסיסים, אנרגייה
בשאלה זו מתוארים שלושה ניסויים.
ניסוי 1
תלמידים שפכו לתוך ארבע כוסות המסומנות באותיות A , B , C , D ארבע תמיסות צלולות, על פי המפורט בטבלה שלפניכם:
כוסABCD
נוזלתמיסת HBr(aq)\text{HBr}_{(aq)}HBr(aq)​תמיסת Ba(OH)2(aq)\text{Ba(OH)}_{2(aq)}Ba(OH)2(aq)​תמיסת HNO3(aq)\text{HNO}_{3(aq)}HNO3(aq)​תמיסת LiOH(aq)\text{LiOH}_{(aq)}LiOH(aq)​
**נפח** (מ"ל)10020050100
**ריכוז** (M)0.30.110.01
הטמפרטורה של כל אחת מן התמיסות הייתה 23∘C23^\circ\text{C}23∘C .
התלמידים מדדו את ערך ה־ pH בכל אחת מן התמיסות.

כוס	A	B	C	D
נוזל	תמיסת $\text{HBr}_{(aq)}$	תמיסת $\text{Ba(OH)}_{2(aq)}$	תמיסת $\text{HNO}_{3(aq)}$	תמיסת $\text{LiOH}_{(aq)}$
נפח (מ"ל)	100	200	50	100
ריכוז (M)	0.3	0.1	1	0.01

א.

(1)

דרגו את התמיסות על פי ערך עולה של ה־ pH .

(2)

רשמו את הסימול של כל סוגי היונים הממוימים בכל אחת מן הכוסות A , B , C , D .

ב.

ניסוי 2
התלמידים שפכו את התמיסה Ba(OH)2(aq)\text{Ba(OH)}_{2(aq)}Ba(OH)2(aq)​ מכוס B אל התמיסה HBr(aq)\text{HBr}_{(aq)}HBr(aq)​ שבכוס A וערבבו. במהלך הערבוב עלתה טמפרטורת התמיסה עד ל־ 24.4∘C24.4^\circ\text{C}24.4∘C .

(1)

נסחו את התגובה נטו שהתרחשה בעת ערבוב התמיסות.

(2)

האם התגובה שהתרחשה בכוס היא תגובה אקסותרמית או אנדותרמית? נמקו את תשובתכם. בנימוק התייחסו למעברי אנרגייה.

(3)

מהו ΔH0\Delta H^0ΔH0 העשוי להתאים לתגובה שניסחתם: +57kJ+57\text{kJ}+57kJ או −57kJ-57\text{kJ}−57kJ ? נמקו את בחירתכם.

(4)

האם ערכו של ה־ pH בתום התגובה שהתרחשה הוא בתחום החומצי, בתחום הבסיסי או ניטרלי?
נמקו את תשובתכם או היעזרו בחישוב.

ג.

ניסוי 3
התלמידים שפכו את התמיסה LiOH(aq)\text{LiOH}_{(aq)}LiOH(aq)​ מכוס D אל התמיסה HNO3(aq)\text{HNO}_{3(aq)}HNO3(aq)​ שבכוס C וערבבו. במהלך הערבוב השתנתה טמפרטורת התמיסה.

(1)

נסחו את התגובה נטו שהתרחשה בעת ערבוב התמיסות.

(2)

האם הטמפרטורה של התמיסה, לאחר הערבוב, עלתה או ירדה? נמקו את תשובתכם.

(3)

האם כמות האנרגייה שעברה בין המערכת ובין הסביבה בניסוי 3 זהה לכמות האנרגייה שעברה בין המערכת ובין הסביבה בניסוי 2? נמקו את תשובתכם.

(4)

האם ערכו של ΔH0\Delta H^0ΔH0 לתגובה שניסחתם בתת־סעיף ג(1) שווה לערכו של ΔH0\Delta H^0ΔH0 לתגובה שניסחתם בתת־סעיף ב(1) או שונה ממנו? נמקו את תשובתכם.

(5)

האם ערכו של ה־ pH בתום התגובה שהתרחשה בניסוי 3 הוא בתחום החומצי, בתחום הבסיסי או ניטרלי?
נמקו את תשובתכם או היעזרו בחישוב.

◂ פתרון מלא לשאלה 12

סעיף א

(1)

תשובה:

C < A < D < B

C < A < D < B
- A ו־C – תמיסות חומצה, pH קטן מ־7. ב־C ריכוז יוני ההידרוניום 1 M1\ \text{M}1 M, וב־A רק 0.3 M0.3\ \text{M}0.3 M. ככל שריכוז H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ גבוה יותר ה־pH נמוך יותר, לכן C < A.
- B ו־D – תמיסות בסיס, pH גדול מ־7. ב־D: LiOH→Li++OH−\text{LiOH} \rightarrow \text{Li}^{+} + \text{OH}^{-}LiOH→Li++OH−, ולכן [OH−]=0.01 M[\text{OH}^{-}]=0.01\ \text{M}[OH−]=0.01 M. ב־B: Ba(OH)2→Ba2++2OH−\text{Ba(OH)}_2 \rightarrow \text{Ba}^{2+} + 2\text{OH}^{-}Ba(OH)2​→Ba2++2OH−, ולכן [OH−]=2⋅0.1 M=0.2 M[\text{OH}^{-}]=2\cdot0.1\ \text{M}=0.2\ \text{M}[OH−]=2⋅0.1 M=0.2 M. ככל שריכוז OH−\text{OH}^{-}OH− גבוה יותר ה־pH גבוה יותר, לכן D < B.
(נפח התמיסה אינו משפיע על ה־pH – רק הריכוז.)

(2)

תשובה:

A: H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}H3​O(aq)+​, Br(aq)−\text{Br}^{-}_{(aq)}Br(aq)−​; B: Ba(aq)2+\text{Ba}^{2+}_{(aq)}Ba(aq)2+​, OH(aq)−\text{OH}^{-}_{(aq)}OH(aq)−​; C: H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}H3​O(aq)+​, NO3−(aq)\text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}NO3−​(aq)​; D: Li(aq)+\text{Li}^{+}_{(aq)}Li(aq)+​, OH(aq)−\text{OH}^{-}_{(aq)}OH(aq)−​

- כוס A: H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}H3​O(aq)+​ , Br(aq)−\text{Br}^{-}_{(aq)}Br(aq)−​ (יינון: HBr(g)+H2O(l)→H3O(aq)++Br(aq)−\text{HBr}_{(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{Br}^{-}_{(aq)}HBr(g)​+H2​O(l)​→H3​O(aq)+​+Br(aq)−​)
- כוס B: Ba(aq)2+\text{Ba}^{2+}_{(aq)}Ba(aq)2+​ , OH(aq)−\text{OH}^{-}_{(aq)}OH(aq)−​
- כוס C: H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}H3​O(aq)+​ , NO3−(aq)\text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}NO3−​(aq)​
- כוס D: Li(aq)+\text{Li}^{+}_{(aq)}Li(aq)+​ , OH(aq)−\text{OH}^{-}_{(aq)}OH(aq)−​ (המסה: LiOH(s)→Li(aq)++OH(aq)−\text{LiOH}_{(s)} \rightarrow \text{Li}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}LiOH(s)​→Li(aq)+​+OH(aq)−​)

סעיף ב

(1)

תשובה:

H3O(aq)++OH(aq)−→2H2O(l)\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(l)}H3​O(aq)+​+OH(aq)−​→2H2​O(l)​

H3O(aq)++OH(aq)−→2H2O(l)\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(l)}H3​O(aq)+​+OH(aq)−​→2H2​O(l)​
היונים Ba(aq)2+\text{Ba}^{2+}_{(aq)}Ba(aq)2+​ ו־Br(aq)−\text{Br}^{-}_{(aq)}Br(aq)−​ אינם משתתפים בתגובה (יונים צופים) ולכן אינם מופיעים בניסוח נטו.

(2)

תשובה:

אקסותרמית – אנרגיה עברה מן המערכת לסביבה, ולכן הטמפרטורה עלתה.

התגובה אקסותרמית. הטמפרטורה של התמיסה (הסביבה – המים שבהם מתרחשת התגובה) עלתה מ־23∘C23^\circ\text{C}23∘C ל־24.4∘C24.4^\circ\text{C}24.4∘C. משמע שבתגובה אנרגיה עברה מן המערכת (המגיבים) אל הסביבה: האנרגיה האצורה בתוצרים קטנה מזו שבמגיבים, וההפרש עבר לסביבה כחום, ΔH<0\Delta H<0ΔH<0.

(3)

תשובה:

ΔH0=−57 kJ\Delta H^0=-57\ \text{kJ}ΔH0=−57 kJ

ΔH0=−57 kJ\Delta H^0=-57\ \text{kJ}ΔH0=−57 kJ. התגובה אקסותרמית (תת־סעיף ב(2)) – אנרגיה עוברת מן המערכת לסביבה, ולכן האנתלפיה של התוצרים נמוכה מזו של המגיבים: ΔH0=Hתוצרים−Hמגיבים<0\Delta H^0=H_{\text{תוצרים}}-H_{\text{מגיבים}}<0ΔH0=Hתוצרים​−Hמגיבים​<0. ערך חיובי מתאים לתגובה אנדותרמית, שבה הטמפרטורה הייתה יורדת.

(4)

תשובה:

בסיסי – נשאר עודף של 0.01 mol0.01\ \text{mol}0.01 mol יוני OH−\text{OH}^{-}OH−.

בתחום הבסיסי.
nH3O+=C⋅V=0.3 molL⋅0.100 L=0.03 moln_{\text{H}_3\text{O}^+}=C\cdot V=0.3\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot0.100\ \text{L}=0.03\ \text{mol}nH3​O+​=C⋅V=0.3 Lmol​⋅0.100 L=0.03 mol
nOH−=2⋅0.1 molL⋅0.200 L=0.04 moln_{\text{OH}^-}=2\cdot0.1\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot0.200\ \text{L}=0.04\ \text{mol}nOH−​=2⋅0.1 Lmol​⋅0.200 L=0.04 mol
לפי הניסוח נטו היחס H3O+:OH−=1:1\text{H}_3\text{O}^{+}:\text{OH}^{-}=1:1H3​O+:OH−=1:1; כל יוני ההידרוניום מגיבים (הם המגיב המגביל) ונשאר עודף של יוני הידרוקסיד:
nOH− (עודף)=0.04 mol−0.03 mol=0.01 moln_{\text{OH}^-\ \text{(עודף)}}=0.04\ \text{mol}-0.03\ \text{mol}=0.01\ \text{mol}nOH− (עודף)​=0.04 mol−0.03 mol=0.01 mol
[OH−]=0.01 mol0.300 L=0.033 M[\text{OH}^{-}]=\frac{0.01\ \text{mol}}{0.300\ \text{L}}=0.033\ \text{M}[OH−]=0.300 L0.01 mol​=0.033 M
יש בתמיסה עודף של יוני OH−\text{OH}^{-}OH−, ולכן היא בסיסית (pH גדול מ־7).
טעות נפוצה: לחשב nOH−=0.02 moln_{\text{OH}^-}=0.02\ \text{mol}nOH−​=0.02 mol – ולשכוח שכל יחידת Ba(OH)2\text{Ba(OH)}_2Ba(OH)2​ משחררת שני יוני OH−\text{OH}^{-}OH−; אז מתקבלת בטעות תמיסה חומצית.

סעיף ג

(1)

תשובה:

H3O(aq)++OH(aq)−→2H2O(l)\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(l)}H3​O(aq)+​+OH(aq)−​→2H2​O(l)​

H3O(aq)++OH(aq)−→2H2O(l)\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(l)}H3​O(aq)+​+OH(aq)−​→2H2​O(l)​
גם כאן היונים Li+\text{Li}^{+}Li+ ו־NO3−\text{NO}_3^{-}NO3−​ הם יונים צופים, והתגובה נטו היא תגובת סתירה בין יוני הידרוניום ליוני הידרוקסיד – אותה תגובה כמו בניסוי 2.

(2)

תשובה:

עלתה – זו אותה תגובת סתירה אקסותרמית; אנרגיה עוברת מן המערכת לסביבה.

הטמפרטורה עלתה. התגובה נטו זהה לזו של ניסוי 2 – תגובת סתירה בין H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ ל־OH−\text{OH}^{-}OH−, שהיא אקסותרמית (ΔH0<0\Delta H^0<0ΔH0<0). לכן גם בניסוי 3 אנרגיה עברה מן המערכת לסביבה (לתמיסה), והטמפרטורה עלתה (אם כי פחות – ראו תת־סעיף ג(3)).

(3)

תשובה:

לא – בניסוי 3 הגיבו רק 0.001 mol0.001\ \text{mol}0.001 mol מכל סוג יון, לעומת 0.03 mol0.03\ \text{mol}0.03 mol בניסוי 2, ולכן עברה כמות אנרגיה קטנה פי 30.

לא, בניסוי 3 עברה כמות אנרגיה קטנה יותר (פי 30).
כמות האנרגיה שעוברת תלויה במספר המולים שהגיבו בפועל.
•ניסוי 2: הגיבו 0.03 mol0.03\ \text{mol}0.03 mol יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ עם 0.03 mol0.03\ \text{mol}0.03 mol יוני OH−\text{OH}^{-}OH− (תת־סעיף ב(4)).
•ניסוי 3: nOH−=0.01 molL⋅0.100 L=0.001 moln_{\text{OH}^-}=0.01\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot0.100\ \text{L}=0.001\ \text{mol}nOH−​=0.01 Lmol​⋅0.100 L=0.001 mol ו־nH3O+=1 molL⋅0.050 L=0.05 moln_{\text{H}_3\text{O}^+}=1\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot0.050\ \text{L}=0.05\ \text{mol}nH3​O+​=1 Lmol​⋅0.050 L=0.05 mol. יוני ההידרוקסיד הם המגיב המגביל → הגיבו רק 0.001 mol0.001\ \text{mol}0.001 mol.
לכן האנרגיה שעברה: ניסוי 2 – 0.03 mol⋅57 kJmol=1.71 kJ0.03\ \text{mol}\cdot57\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}=1.71\ \text{kJ}0.03 mol⋅57 molkJ​=1.71 kJ; ניסוי 3 – 0.001 mol⋅57 kJmol=0.057 kJ0.001\ \text{mol}\cdot57\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}=0.057\ \text{kJ}0.001 mol⋅57 molkJ​=0.057 kJ, כלומר פי 30 פחות.

(4)

תשובה:

שווה (−57 kJ-57\ \text{kJ}−57 kJ) – זו אותה תגובה באותו ניסוח.

שווה – ΔH0=−57 kJ\Delta H^0=-57\ \text{kJ}ΔH0=−57 kJ בשני המקרים. ΔH0\Delta H^0ΔH0 מתייחס לתגובה כפי שהיא מנוסחת – למספרי המולים שבמקדמי הניסוח (מול אחד H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ עם מול אחד OH−\text{OH}^{-}OH−), ולא לכמויות שהגיבו בפועל בניסוי. הניסוחים בתת־סעיפים ב(1) ו־ג(1) זהים, ולכן ערך ΔH0\Delta H^0ΔH0 זהה. ההבדל בין הניסויים הוא רק בכמות האנרגיה הכוללת שעברה, התלויה במספר המולים שהגיבו (תת־סעיף ג(3)).

(5)

תשובה:

חומצי – נשאר עודף של 0.049 mol0.049\ \text{mol}0.049 mol יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+.

בתחום החומצי.
nH3O+=0.05 moln_{\text{H}_3\text{O}^+}=0.05\ \text{mol}nH3​O+​=0.05 mol, nOH−=0.001 moln_{\text{OH}^-}=0.001\ \text{mol}nOH−​=0.001 mol (תת־סעיף ג(3)). לפי היחס 1:11:11:1 כל יוני ההידרוקסיד מגיבים ונשאר עודף של יוני הידרוניום:
nH3O+ (עודף)=0.05 mol−0.001 mol=0.049 moln_{\text{H}_3\text{O}^+\ \text{(עודף)}}=0.05\ \text{mol}-0.001\ \text{mol}=0.049\ \text{mol}nH3​O+ (עודף)​=0.05 mol−0.001 mol=0.049 mol
[H3O+]=0.049 mol0.150 L=0.33 M[\text{H}_3\text{O}^{+}]=\frac{0.049\ \text{mol}}{0.150\ \text{L}}=0.33\ \text{M}[H3​O+]=0.150 L0.049 mol​=0.33 M
יש בתמיסה עודף של יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+, ולכן היא חומצית (pH קטן מ־7).

שאלה 13 · בוטנאל ו־1־בוטנול – כוחות בין־מולקולריים, אנרגיה וזרז

שאלה פתוחה25 נקודות

מבנה וקישור, אנרגייה
1־בוטנול, C4H10O\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}C4​H10​O , הוא ממס נפוץ בתעשיית הצבעים והלכות, וחומר גלם לייצור חומרים רבים. בתעשייה מייצרים 1־בוטנול בתגובה של אדי בוטנאל, C4H8O\text{C}_4\text{H}_8\text{O}C4​H8​O , עם גז מימן, בטמפרטורה גבוהה ובנוכחות זרז מתכתי.
לפניכם ייצוג מלא של נוסחת המבנה של מולקולת בוטנאל:

א.

בוטנאל הוא חומר המגיב בקלות, ומשמש בתעשייה לייצור חומרים רבים.

(1)

נתון ייצוג מקוצר של נוסחת המבנה של מולקולת 1־בוטנול CH3CH2CH2CH2OH\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{OH}CH3​CH2​CH2​CH2​OH .
שרטטו ייצוג מלא של נוסחת המבנה עבור מולקולת 1־בוטנול.

(2)

טמפרטורת הרתיחה של בוטנאל נמוכה מטמפרטורת הרתיחה של 1־בוטנול.
הסבירו עובדה זו.

ב.

לפניכם ניסוח תגובת ייצור 1־בוטנול מבוטנאל:
C4H8O(g)+H2(g)→C4H10O(g)\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_{(g)} + \text{H}_{2(g)} \rightarrow \text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}_{(g)}C4​H8​O(g)​+H2(g)​→C4​H10​O(g)​
נתון כי האנרגייה הנפלטת בעת יצירת הקשרים הקוולנטיים במולקולת התוצר גבוהה מן האנרגייה הדרושה לפירוק הקשרים הקוולנטיים במולקולות המגיבים.
האם התגובה הנתונה היא אקסותרמית או אנדותרמית?

ג.

מ־1־בוטנול מייצרים את החומר בוטיל אקרילט, המשמש לייצור פולימרים לצבעים ולדבקים.
לפניכם ייצוג מקוצר של נוסחת המבנה של בוטיל אקרילט:
רשמו את שמות הקבוצות הפונקציונליות במולקולת בוטיל אקרילט.

ד.

לפניכם סרטוט סכמטי של דיאגרמת האנרגייה של תגובת ייצור 1־בוטנול מבוטנאל בנוכחות הזרז.

(1)

התאימו כל אחד מן המושגים שבמחסן המילים אל האות המתאימה לו בדיאגרמה ( A , B , C , D , F ).
לכל אות מושג אחד.
מחסן המילים:
•שינוי באנתלפיית תגובה ( ΔH0\Delta H^0ΔH0 )
•אנרגיית שפעול ( EaE_aEa​ )
•תצמיד משופעל
•מגיבים
•תוצרים

(2)

על פי הסרטוט הנתון, קבעו אם תגובת ייצור 1־בוטנול היא תגובה אקסותרמית או תגובה אנדותרמית. הסבירו את קביעתכם.

ה.

קבעו איזה משני הגדלים A או F המוצגים בסרטוט, ישתנה כאשר התגובה תתבצע ללא זרז. נמקו את קביעתכם.

◂ פתרון מלא לשאלה 13

סעיף א

(1)

תשובה:

שרשרת של ארבעה אטומי פחמן בקשרים יחידים; לפחמן הקיצוני האחד שלושה אטומי H, לשני הפחמנים האמצעיים שני אטומי H כל אחד, ולפחמן הקיצוני השני שני אטומי H וקבוצת O–H.

בייצוג מלא מסרטטים כל אטום וכל קשר:
•ארבעה אטומי פחמן בשרשרת, הקשורים בקשרים יחידים.
•לאטום הפחמן הראשון שלושה אטומי H; לאטום הפחמן השני והשלישי שני אטומי H כל אחד.
•לאטום הפחמן הרביעי שני אטומי H ואטום O, הקשור בקשר יחיד לאטום H (קבוצת O–H).
      H   H   H   H
      |   |   |   |
  H - C - C - C - C - O - H
      |   |   |   |
      H   H   H   H
(לכל אטום פחמן ארבעה קשרים, לאטום החמצן שני קשרים, לכל אטום מימן קשר אחד.)

(2)

תשובה:

בין מולקולות 1־בוטנול יש קשרי מימן (קבוצת O–H), ובין מולקולות בוטנאל אין – רק אינטראקציות ואן דר ואלס ודו־קוטב; גודל ענני האלקטרונים כמעט זהה.

שני החומרים מולקולריים; ברתיחה מתגברים על הכוחות בין המולקולות.
- 1־בוטנול: במולקולה יש קבוצת O–H (אטום H הקשור לאטום O, בעל אלקטרושליליות גבוהה), ולכן בין המולקולות נוצרים קשרי מימן – בנוסף לאינטראקציות ואן דר ואלס ולמשיכות דו־קוטב–דו־קוטב.
- בוטנאל: אטומי המימן קשורים לאטומי פחמן בלבד, ולכן בין מולקולות בוטנאל אין קשרי מימן – פועלות רק אינטראקציות ואן דר ואלס ומשיכות דו־קוטב–דו־קוטב (בגלל קבוצת C=O\text{C=O}C=O הקוטבית), החלשות מקשרי מימן.
•גודל ענני האלקטרונים כמעט זהה (בוטנאל, C4H8O\text{C}_4\text{H}_8\text{O}C4​H8​O – 40 אלקטרונים; 1־בוטנול, C4H10O\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}C4​H10​O – 42 אלקטרונים), ולכן ההבדל העיקרי הוא קשרי המימן.
לכן נדרשת אנרגיה קטנה יותר כדי להרחיק את מולקולות הבוטנאל זו מזו, וטמפרטורת הרתיחה שלו נמוכה יותר.

סעיף ב

תשובה:

אקסותרמית (ΔH<0\Delta H<0ΔH<0).

התגובה אקסותרמית.
בתגובה כימית יש להשקיע אנרגיה כדי לפרק את הקשרים במגיבים, ונפלטת אנרגיה כאשר נוצרים הקשרים בתוצרים. לפי הנתון, האנרגיה הנפלטת ביצירת הקשרים החדשים גדולה מן האנרגיה המושקעת בפירוק הקשרים, ולכן בסך הכול המערכת מוסרת אנרגיה לסביבה: ΔH<0\Delta H<0ΔH<0.

סעיף ג

תשובה:

אסטר וקשר כפול בין שני אטומי פחמן.

במולקולה שתי קבוצות פונקציונליות (לפי טבלת הקבוצות הפונקציונליות):
- קשר כפול בין שני אטומי פחמן – משמאל: CH2=CH−\text{CH}_2\text{=CH}-CH2​=CH−.
- אסטר – אטום פחמן הקשור בקשר כפול לאטום O ובקשר יחיד לאטום O נוסף, שקשור לשרשרת פחמנית: −C(=O)−O−-\text{C}(=\text{O})-\text{O}-−C(=O)−O−.
טעות נפוצה: לזהות את אטום ה־O שבין שני אטומי הפחמן כאתר – הוא חלק מקבוצת האסטר, כי אטום הפחמן שלידו קשור גם בקשר כפול ל־O.

סעיף ד

(1)

תשובה:

A – ΔH0\Delta H^0ΔH0; B – תוצרים; C – מגיבים; D – תצמיד משופעל; F – אנרגיית שפעול (EaE_aEa​)

- A – שינוי באנתלפיית התגובה (ΔH0\Delta H^0ΔH0): ההפרש בין רמת התוצרים לבין רמת המגיבים (החץ מכוון כלפי מטה).
- B – תוצרים: רמת האנרגיה בסוף התגובה.
- C – מגיבים: רמת האנרגיה בתחילת התגובה.
- D – תצמיד משופעל: נקודת המקסימום של העקומה.
- F – אנרגיית שפעול (EaE_aEa​): ההפרש בין רמת המגיבים לבין רמת התצמיד המשופעל.

(2)

תשובה:

אקסותרמית – רמת האנרגיה של התוצרים (B) נמוכה מזו של המגיבים (C).

אקסותרמית. לפי הסרטוט, רמת האנרגיה (האנתלפיה) של התוצרים (B) נמוכה מרמת האנרגיה של המגיבים (C), והחץ A מכוון כלפי מטה. לכן ΔH0=Hתוצרים−Hמגיבים<0\Delta H^0=H_{\text{תוצרים}}-H_{\text{מגיבים}}<0ΔH0=Hתוצרים​−Hמגיבים​<0 – במהלך התגובה המערכת מוסרת אנרגיה לסביבה (התאמה לנתון בסעיף ב).

סעיף ה

תשובה:

F (אנרגיית השפעול) – ללא זרז היא תהיה גבוהה יותר; A (ΔH0\Delta H^0ΔH0) לא ישתנה.

הגודל F – אנרגיית השפעול – ישתנה (ללא זרז הוא יהיה גדול יותר).
זרז מאפשר לתגובה להתרחש במסלול אחר, בעל אנרגיית שפעול נמוכה יותר, ולכן מגביר את קצב התגובה. הסרטוט מתאר את התגובה בנוכחות הזרז; ללא הזרז אנרגיית השפעול F תהיה גבוהה יותר.
הגודל A (ΔH0\Delta H^0ΔH0) לא ישתנה: הזרז אינו משנה את המגיבים ואת התוצרים ולא את רמות האנרגיה שלהם, ולכן ההפרש ביניהם – שינוי האנתלפיה – נשאר זהה.
טעות נפוצה: לבחור ב־A משום ש"זרז משנה את האנרגיה של התגובה" – הזרז משנה רק את מסלול התגובה ואת אנרגיית השפעול.

שאלה 14 · נתרן פחמתי – חישובים סטויכיומטריים וגזים

שאלה פתוחה25 נקודות

חישובים
נתרן פחמתי, Na2CO3(s)\text{Na}_2\text{CO}_{3(s)}Na2​CO3(s)​ , משמש בייצור זכוכית ובאבקות כביסה.
אפשר לייצר Na2CO3(s)\text{Na}_2\text{CO}_{3(s)}Na2​CO3(s)​ מנתרן הידרוקסידי, NaOH(s)\text{NaOH}_{(s)}NaOH(s)​ , ומפחמן דו־חמצני, CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ .
לפניכם ניסוח התגובה בין NaOH(s)\text{NaOH}_{(s)}NaOH(s)​ ובין CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ :
2NaOH(s)+CO2(g)→Na2CO3(s)+H2O(l)2\text{NaOH}_{(s)} + \text{CO}_{2(g)} \rightarrow \text{Na}_2\text{CO}_{3(s)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)}2NaOH(s)​+CO2(g)​→Na2​CO3(s)​+H2​O(l)​

א.

מהי מסת הנתרן ההידרוקסידי, NaOH(s)\text{NaOH}_{(s)}NaOH(s)​ , שנדרשת לייצור 53.0 גרם נתרן פחמתי? פרטו את חישוביכם.

ב.

מדענים הכינו שני מְכלי פחמן דו־חמצני, CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ , לצורך ניסוי: מכל 1 ומכל 2.
בשני המְכלים הטמפרטורה של הגז הייתה זהה.
בשני המְכלים מספר המולים של CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ היה זהה.
הלחץ במכל 1 היה 1.0 atm1.0\ \text{atm}1.0 atm , והלחץ במכל 2 היה 1520 mmHg1520\ \text{mmHg}1520 mmHg .
קבעו אם הנפח של מכל 2 היה גדול יותר מן הנפח של מכל 1. נמקו את קביעתכם.
נתון: 1 atm=760 mmHg1\ \text{atm} = 760\ \text{mmHg}1 atm=760 mmHg

ג.

אפשר לקבל Na2CO3\text{Na}_2\text{CO}_3Na2​CO3​ גם בתגובה בין CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ ובין תמיסה של NaOH(aq)\text{NaOH}_{(aq)}NaOH(aq)​ . יחס המולים בתגובה זהה ליחס המולים בניסוח שלמעלה. את המוצק מקבלים לאחר אידוי המים.

(1)

מגיבים 400 מ"ל תמיסת NaOH(aq)\text{NaOH}_{(aq)}NaOH(aq)​ בריכוז 2.0M2.0\text{M}2.0M עם CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ .
מהי מסת CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ שנדרשת לתגובה? פרטו את חישוביכם.

(2)

מהי מסת Na2CO3(s)\text{Na}_2\text{CO}_{3(s)}Na2​CO3(s)​ שמתקבלת? פרטו את חישוביכם.

ד.

נתרן מימן פחמתי (סודה לשתייה), NaHCO3(s)\text{NaHCO}_{3(s)}NaHCO3(s)​ , מתפרק בחימום, ונוצר נתרן פחמתי.
לפניכם ניסוח תגובת הפירוק של NaHCO3(s)\text{NaHCO}_{3(s)}NaHCO3(s)​ בחימום:
2NaHCO3(s)→חימוםNa2CO3(s)+H2O(g)+CO2(g)2\text{NaHCO}_{3(s)} \xrightarrow{\text{חימום}} \text{Na}_2\text{CO}_{3(s)} + \text{H}_2\text{O}_{(g)} + \text{CO}_{2(g)}2NaHCO3(s)​חימום​Na2​CO3(s)​+H2​O(g)​+CO2(g)​
חיממו 16.8 גרם NaHCO3(s)\text{NaHCO}_{3(s)}NaHCO3(s)​ . כל החומר התפרק.
מהו הנפח הכולל של התוצרים הגזיים בתנאים שבהם התרחשה התגובה? פרטו את חישוביכם.
הניחו כי הנפח של 1 מול גז בתנאים שבהם התרחשה התגובה הוא 40 ליטר, והוא נשאר קבוע.

ה.

אבקות כביסה מסוימות מכילות Na2CO3\text{Na}_2\text{CO}_{3}Na2​CO3​ וגם נתרן גופרתי, Na2SO4\text{Na}_2\text{SO}_{4}Na2​SO4​ .
לפניכם ניסוח של תגובת ההמסה במים של Na2CO3(s)\text{Na}_2\text{CO}_{3(s)}Na2​CO3(s)​ :
Na2CO3(s)→H2O(l)2Na(aq)++CO3(aq)2−\text{Na}_2\text{CO}_{3(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}} 2\text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{CO}^{2-}_{3(aq)}Na2​CO3(s)​H2​O(l)​​2Na(aq)+​+CO3(aq)2−​

(1)

רשמו ניסוח של תגובת ההמסה במים של Na2SO4(s)\text{Na}_2\text{SO}_{4(s)}Na2​SO4(s)​ .

(2)

כמה מול יוני נתרן, Na(aq)+\text{Na}^{+}_{(aq)}Na(aq)+​ , יש ב־ 1 ליטר תמיסה שבה הומסו 0.50 מול נתרן פחמתי ו־ 0.25 מול נתרן גופרתי?
הניחו שכל החומרים המוצקים התמוססו.
פרטו את חישוביכם.

◂ פתרון מלא לשאלה 14

סעיף א

תשובה:

40.0 g40.0\ \text{g}40.0 g

מסה מולרית של נתרן פחמתי:
MNa2CO3=2⋅23.0+12.0+3⋅16.0=106.0 gmolM_{\text{Na}_2\text{CO}_3}=2\cdot23.0+12.0+3\cdot16.0=106.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}MNa2​CO3​​=2⋅23.0+12.0+3⋅16.0=106.0 molg​
nNa2CO3=mM=53.0 g106.0 gmol=0.500 moln_{\text{Na}_2\text{CO}_3}=\frac{m}{M}=\frac{53.0\ \text{g}}{106.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}}=0.500\ \text{mol}nNa2​CO3​​=Mm​=106.0 molg​53.0 g​=0.500 mol
יחס מולים NaOH:Na2CO3=2:1\text{NaOH}:\text{Na}_2\text{CO}_3=2:1NaOH:Na2​CO3​=2:1:
nNaOH=2⋅0.500 mol=1.00 moln_{\text{NaOH}}=2\cdot0.500\ \text{mol}=1.00\ \text{mol}nNaOH​=2⋅0.500 mol=1.00 mol
מסה מולרית: MNaOH=23.0+16.0+1.0=40.0 gmolM_{\text{NaOH}}=23.0+16.0+1.0=40.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}MNaOH​=23.0+16.0+1.0=40.0 molg​
mNaOH=n⋅M=1.00 mol⋅40.0 gmol=40.0 gm_{\text{NaOH}}=n\cdot M=1.00\ \text{mol}\cdot40.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}=40.0\ \text{g}mNaOH​=n⋅M=1.00 mol⋅40.0 molg​=40.0 g
תשובה: נדרשים 40.0 g40.0\ \text{g}40.0 g נתרן הידרוקסידי.
טעות נפוצה: להתעלם מיחס המולים 2:12:12:1 ולקבל 20.0 g20.0\ \text{g}20.0 g.

סעיף ב

תשובה:

לא – הלחץ במכל 2 הוא 2.0 atm, כפול מן הלחץ במכל 1, ולכן נפחו חצי מנפח מכל 1.

לא. הנפח של מכל 2 היה קטן יותר – חצי מן הנפח של מכל 1.
המרת יחידות: P2=1520 mmHg760 mmHgatm=2.0 atmP_2=\frac{1520\ \text{mmHg}}{760\ \frac{\text{mmHg}}{\text{atm}}}=2.0\ \text{atm}P2​=760 atmmmHg​1520 mmHg​=2.0 atm – פי 2 מן הלחץ במכל 1.
לפי PV=nRTPV=nRTPV=nRT: V=nRTPV=\frac{nRT}{P}V=PnRT​. בשני המכלים n ו־T שווים, ולכן הנפח ביחס הפוך ללחץ: V2V1=P1P2=1.0 atm2.0 atm=12\frac{V_2}{V_1}=\frac{P_1}{P_2}=\frac{1.0\ \text{atm}}{2.0\ \text{atm}}=\frac{1}{2}V1​V2​​=P2​P1​​=2.0 atm1.0 atm​=21​.
טעות נפוצה: להשוות את המספרים 1.0 ו־1520 בלי להמיר ליחידות זהות, ולהסיק שהלחץ במכל 2 גדול פי 1520.

סעיף ג

(1)

תשובה:

17.6 g17.6\ \text{g}17.6 g

מולים של נתרן הידרוקסידי:
nNaOH=C⋅V=2.0 molL⋅0.400 L=0.80 moln_{\text{NaOH}}=C\cdot V=2.0\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot0.400\ \text{L}=0.80\ \text{mol}nNaOH​=C⋅V=2.0 Lmol​⋅0.400 L=0.80 mol
יחס מולים NaOH:CO2=2:1\text{NaOH}:\text{CO}_2=2:1NaOH:CO2​=2:1:
nCO2=0.80 mol2=0.40 moln_{\text{CO}_2}=\frac{0.80\ \text{mol}}{2}=0.40\ \text{mol}nCO2​​=20.80 mol​=0.40 mol
מסה מולרית: MCO2=12.0+2⋅16.0=44.0 gmolM_{\text{CO}_2}=12.0+2\cdot16.0=44.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}MCO2​​=12.0+2⋅16.0=44.0 molg​
mCO2=n⋅M=0.40 mol⋅44.0 gmol=17.6 gm_{\text{CO}_2}=n\cdot M=0.40\ \text{mol}\cdot44.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}=17.6\ \text{g}mCO2​​=n⋅M=0.40 mol⋅44.0 molg​=17.6 g
תשובה: נדרשים 17.6 g17.6\ \text{g}17.6 g פחמן דו־חמצני.

(2)

תשובה:

42.4 g42.4\ \text{g}42.4 g

יחס מולים NaOH:Na2CO3=2:1\text{NaOH}:\text{Na}_2\text{CO}_3=2:1NaOH:Na2​CO3​=2:1:
nNa2CO3=0.80 mol2=0.40 moln_{\text{Na}_2\text{CO}_3}=\frac{0.80\ \text{mol}}{2}=0.40\ \text{mol}nNa2​CO3​​=20.80 mol​=0.40 mol
m=n⋅M=0.40 mol⋅106.0 gmol=42.4 gm=n\cdot M=0.40\ \text{mol}\cdot106.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}=42.4\ \text{g}m=n⋅M=0.40 mol⋅106.0 molg​=42.4 g
תשובה: מתקבלים 42.4 g42.4\ \text{g}42.4 g נתרן פחמתי.

סעיף ד

תשובה:

8.0 L8.0\ \text{L}8.0 L

מולים של נתרן מימן פחמתי:
MNaHCO3=23.0+1.0+12.0+3⋅16.0=84.0 gmolM_{\text{NaHCO}_3}=23.0+1.0+12.0+3\cdot16.0=84.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}MNaHCO3​​=23.0+1.0+12.0+3⋅16.0=84.0 molg​
n=mM=16.8 g84.0 gmol=0.200 moln=\frac{m}{M}=\frac{16.8\ \text{g}}{84.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}}=0.200\ \text{mol}n=Mm​=84.0 molg​16.8 g​=0.200 mol
מולי גז שנוצרים: התוצרים הגזיים הם H2O(g)\text{H}_2\text{O}_{(g)}H2​O(g)​ ו־CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ בלבד (Na2CO3\text{Na}_2\text{CO}_3Na2​CO3​ מוצק). לפי הניסוח, מכל 2 מול NaHCO3\text{NaHCO}_3NaHCO3​ נוצרים 1+1=21+1=21+1=2 מול גז:
nגז=0.200 mol⋅22=0.200 moln_{\text{גז}}=0.200\ \text{mol}\cdot\frac{2}{2}=0.200\ \text{mol}nגז​=0.200 mol⋅22​=0.200 mol
הנפח הכולל (VM=40 LmolV_M=40\ \frac{\text{L}}{\text{mol}}VM​=40 molL​):
V=n⋅VM=0.200 mol⋅40 Lmol=8.0 LV=n\cdot V_M=0.200\ \text{mol}\cdot40\ \frac{\text{L}}{\text{mol}}=8.0\ \text{L}V=n⋅VM​=0.200 mol⋅40 molL​=8.0 L
תשובה: הנפח הכולל של התוצרים הגזיים הוא 8.0 L8.0\ \text{L}8.0 L.
טעות נפוצה: לכלול גם את Na2CO3\text{Na}_2\text{CO}_3Na2​CO3​ המוצק במספר מולי הגז, או לשכוח את אדי המים.

סעיף ה

(1)

תשובה:

Na2SO4(s)→H2O(l)2Na(aq)++SO4(aq)2−\text{Na}_2\text{SO}_{4(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}} 2\text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{SO}^{2-}_{4(aq)}Na2​SO4(s)​H2​O(l)​​2Na(aq)+​+SO4(aq)2−​

Na2SO4(s)→H2O(l)2Na(aq)++SO4(aq)2−\text{Na}_2\text{SO}_{4(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}} 2\text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{SO}^{2-}_{4(aq)}Na2​SO4(s)​H2​O(l)​​2Na(aq)+​+SO4(aq)2−​
נתרן גופרתי הוא חומר יוני הבנוי מיוני נתרן, Na+\text{Na}^{+}Na+, ויוני גופרה, SO42−\text{SO}_4^{2-}SO42−​, ביחס 2:12:12:1. בהמסה במים היונים נפרדים ומתמיימים. איזון: Na: 2 = 2; S: 1 = 1; O: 4 = 4; מטען: 0=2⋅(+1)+(−2)0=2\cdot(+1)+(-2)0=2⋅(+1)+(−2).

(2)

תשובה:

1.5 מול

•מ־0.50 mol0.50\ \text{mol}0.50 mol Na2CO3\text{Na}_2\text{CO}_3Na2​CO3​: לפי יחס 1:21:21:2 נוצרים 2⋅0.50 mol=1.0 mol2\cdot0.50\ \text{mol}=1.0\ \text{mol}2⋅0.50 mol=1.0 mol יוני Na+\text{Na}^{+}Na+.
•מ־0.25 mol0.25\ \text{mol}0.25 mol Na2SO4\text{Na}_2\text{SO}_4Na2​SO4​: לפי יחס 1:21:21:2 נוצרים 2⋅0.25 mol=0.50 mol2\cdot0.25\ \text{mol}=0.50\ \text{mol}2⋅0.25 mol=0.50 mol יוני Na+\text{Na}^{+}Na+.
nNa+=1.0 mol+0.50 mol=1.5 moln_{\text{Na}^+}=1.0\ \text{mol}+0.50\ \text{mol}=1.5\ \text{mol}nNa+​=1.0 mol+0.50 mol=1.5 mol
תשובה: בתמיסה יש 1.5 מול יוני נתרן (בליטר אחד – ריכוז 1.5 M1.5\ \text{M}1.5 M).

טבלת התשובות

שאלה	סעיף	תשובה
1	-	ד – בכל המולקולות שני קשרים קוטביים במבנה זוויתי (לא סימטרי), ולכן הדו־קטבים אינם מתקזזים.
2	-	ג – בין מולקולות מתילאמין נוצרים קשרי מימן (קבוצת $\text{N}-\text{H}$ ), ובין מולקולות אתאן לא.
3	-	ב – $0.075$ מול יונים.
4	-	ד – בקירור הטמפרטורה יורדת, ומשטח העיבוי של הקסיל אמין (קו רציף) גבוה מזה של טרי־אתיל אמין (קו מקווקו).
5	-	ב – היווצרות יוני $\text{OH}^-$ היא הסבר ברמה החלקיקית/ברמת הסמל, ולא דבר שרואים או מודדים.
6	-	ד – לאצטואין ולאתיל אתנואט הנוסחה המולקולרית $\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2$ ומבנה שונה.
7	-	א – בטמפרטורה ובלחץ שווים מספר המולים יחסי לנפח: $\frac{n_A}{n_B}=\frac{3\ \text{L}}{1\ \text{L}}=3$ .
8	-	ג – זרז מגביר את קצב התגובה.
9	א 1	$2,5$
	א 2	$5$ אלקטרוני ערכיות; $3$ קשרים קוולנטיים.
	א 3	טור 15 (הטור החמישי של היסודות הראשיים, טור החנקן), שורה (מחזור) 2.
	ב	נוסחאות: $\text{NH}_3$ , $\text{CO}_2$ , $\text{N}_2$ , $\text{H}_2\text{O}$ . קוטביות: $\text{NH}_3$ קוטבית, $\text{CO}_2$ לא קוטבית, $\text{N}_2$ לא קוטבית, $\text{H}_2\text{O}$ קוטבית.
	ג	כן, בחלק מאטומי החמצן: אטומי החמצן שמקורם ב־ $\text{O}_2$ עוברים מדרגת חמצון $0$ ל־ $-2$ (חיזור); אטומי החמצן שמקורם ב־ $\text{NO}$ נשארים בדרגת חמצון $-2$ .
	ד	קבוצה אמידית (אמיד).
	ה	איור 2.
	ו	$6.02\times 10^{21}$ מולקולות $\text{NO}$ .
10	א	$\text{Cr}_2\text{O}_{3(s)} + 2\text{A}\ell_{(s)} \rightarrow 2\text{Cr}_{(s)} + \text{A}\ell_2\text{O}_{3(s)}$
	ב	פליטת אור עז וחום (או: האבקה הירוקה נעלמת ונוצרת מתכת מבריקה).
	ג	$\text{A}$ – כרום, $\text{Cr}$ ; $\text{B}$ – אלומיניום חמצני, $\text{A}\ell_2\text{O}_3$ .
	ד	אלומיניום הוא הגורם המגביל; נוצרו כ־ $8.89$ מול כרום.
	ה	איור 4.
11	א	המחמצן: $\text{Fe}_2\text{O}_3$ ; המחזר: $\text{CO}$ .
	ב	$\approx 0.010\ \text{M}$
	ג i	נכון – דרגת החמצון של Fe עולה מ־ $+2$ ל־ $+3$ .
	ג ii	לא נכון – דרגות החמצון של H ושל O במים אינן משתנות; המחמצן הוא $\text{O}_2$ .
	ד 1	$2\text{Fe}_{(s)} + 3\text{Cl}_{2(g)} \rightarrow 2\text{FeCl}_{3(s)}$
	ד 2	$32.5\ \text{g}$ (32.46 גרם)
	ה	לא – אין שינוי בדרגות החמצון (אין מעבר אלקטרונים); זו תגובת חומצה–בסיס.
	ו	$2.14\ \text{g}$ $\text{Fe(OH)}_3$
12	א 1	C < A < D < B
	א 2	A: $\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}$ , $\text{Br}^{-}_{(aq)}$ ; B: $\text{Ba}^{2+}_{(aq)}$ , $\text{OH}^{-}_{(aq)}$ ; C: $\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}$ , $\text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}$ ; D: $\text{Li}^{+}_{(aq)}$ , $\text{OH}^{-}_{(aq)}$
	ב 1	$\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(l)}$
	ב 2	אקסותרמית – אנרגיה עברה מן המערכת לסביבה, ולכן הטמפרטורה עלתה.
	ב 3	$\Delta H^0=-57\ \text{kJ}$
	ב 4	בסיסי – נשאר עודף של $0.01\ \text{mol}$ יוני $\text{OH}^{-}$ .
	ג 1	$\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(l)}$
	ג 2	עלתה – זו אותה תגובת סתירה אקסותרמית; אנרגיה עוברת מן המערכת לסביבה.
	ג 3	לא – בניסוי 3 הגיבו רק $0.001\ \text{mol}$ מכל סוג יון, לעומת $0.03\ \text{mol}$ בניסוי 2, ולכן עברה כמות אנרגיה קטנה פי 30.
	ג 4	שווה ( $-57\ \text{kJ}$ ) – זו אותה תגובה באותו ניסוח.
	ג 5	חומצי – נשאר עודף של $0.049\ \text{mol}$ יוני $\text{H}_3\text{O}^{+}$ .
13	א 1	שרשרת של ארבעה אטומי פחמן בקשרים יחידים; לפחמן הקיצוני האחד שלושה אטומי H, לשני הפחמנים האמצעיים שני אטומי H כל אחד, ולפחמן הקיצוני השני שני אטומי H וקבוצת O–H.
	א 2	בין מולקולות 1־בוטנול יש קשרי מימן (קבוצת O–H), ובין מולקולות בוטנאל אין – רק אינטראקציות ואן דר ואלס ודו־קוטב; גודל ענני האלקטרונים כמעט זהה.
	ב	אקסותרמית ( $\Delta H<0$ ).
	ג	אסטר וקשר כפול בין שני אטומי פחמן.
	ד 1	A – $\Delta H^0$ ; B – תוצרים; C – מגיבים; D – תצמיד משופעל; F – אנרגיית שפעול ( $E_a$ )
	ד 2	אקסותרמית – רמת האנרגיה של התוצרים (B) נמוכה מזו של המגיבים (C).
	ה	F (אנרגיית השפעול) – ללא זרז היא תהיה גבוהה יותר; A ( $\Delta H^0$ ) לא ישתנה.
14	א	$40.0\ \text{g}$
	ב	לא – הלחץ במכל 2 הוא 2.0 atm, כפול מן הלחץ במכל 1, ולכן נפחו חצי מנפח מכל 1.
	ג 1	$17.6\ \text{g}$
	ג 2	$42.4\ \text{g}$
	ד	$8.0\ \text{L}$
	ה 1	$\text{Na}_2\text{SO}_{4(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}} 2\text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{SO}^{2-}_{4(aq)}$
	ה 2	1.5 מול

החומר בתגובות 1–3	$\text{NH}_{3(g)}$	$\text{CO}_{2(g)}$	$\text{N}_{2(g)}$	$\text{H}_2\text{O}_{(g)}$
נוסחת המולקולה
נוסחת ייצוג האלקטרונים של המולקולה
צורת המולקולה	פירמידה משולשת	קווית	קווית	זוויתית
קוטביות המולקולה (קוטבית / לא קוטבית)

פרק ראשון

שאלה 1 · קוטביות קשרים ומולקולות במבנה זוויתי

ההיגד הנכון: ד.

שאלה 2 · אתאן ומתילאמין – טמפרטורת רתיחה

למה האחרות שגויות:

שאלה 3 · מספר מולי יונים בתמיסת סידן חנקתי

תשובה ב נכונה.

למה האחרות שגויות:

שאלה 4 · גרף קירור – הקסיל אמין וטרי־אתיל אמין

התשובה: ד (גרף IV).

שאלה 5 · תצפיות בתגובת נתרן עם מים

התשובה: ב.

שאלה 6 · אצטואין – ייצוג מקוצר של נוסחת מבנה

למה האחרות שגויות:

שאלה 7 · גזים בטמפרטורה ובלחץ זהים ובנפחים שונים – מימן ואמוניה

ההיגד הנכון: א.

א – נכון.

שאלה 8 · גורמים המשפיעים על קצב הפירוק של אשלגן כלורטי

למה האחרות שגויות:

שאלה 9 · אוריאה – מן המעבדה של וֵלֶר אל צינור הפליטה

ניתוח קטע ממאמר מדעי – חובה

אוריאה – מן המעבדה של וֵלֶר אל צינור הפליטה

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

במגיבים:

סעיף ד

סעיף ה

איור 2 מתאר איזומר של אוריאה.

סעיף ו

שלב 1 – מספר המולים של אוריאה:

פרק שני

שאלה 10 · הפקת כרום בתגובה עם אלומיניום וקשר מימני בין אתילן גליקול למים

מבנה וקישור, חישובים

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

מסות המגיבים:

מספרי מולים:

סעיף ה

למה האחרים שגויים:

שאלה 11 · ברזל ותרכובותיו – חמצון–חיזור וחישובים

חמצון–חיזור, חישובים

סעיף א

סעיף ב

תשובה: ריכוז יוני Fe2+\text{Fe}^{2+}Fe2+ הוא כ־0.010 M0.010\ \text{M}0.010 M.

סעיף ג

סעיף ד

מולים של ברזל:

תשובה: מתקבלים כ־32.5 g32.5\ \text{g}32.5 g ברזל כלורי.

סעיף ה

לא, תגובה 3 אינה תגובת חמצון–חיזור.

סעיף ו

מולים של כל יון:

תשובה: מסת המשקע (Fe(OH)3(s)\text{Fe(OH)}_{3(s)}Fe(OH)3(s)​) היא כ־2.14 g2.14\ \text{g}2.14 g.

שאלה 12 · חומצות ובסיסים בנפחים וריכוזים שונים – pH ואנרגיה בתגובות סתירה

חומצות ובסיסים, אנרגייה

ניסוי 1

ניסוי 2

ניסוי 3

סעיף א

C < A < D < B

סעיף ב

בתחום הבסיסי.

סעיף ג

לא, בניסוי 3 עברה כמות אנרגיה קטנה יותר (פי 30).

בתחום החומצי.

שאלה 13 · בוטנאל ו־1־בוטנול – כוחות בין־מולקולריים, אנרגיה וזרז

מבנה וקישור, אנרגייה

סעיף א

סעיף ב

התגובה אקסותרמית.

סעיף ג

סעיף ד

סעיף ה

שאלה 14 · נתרן פחמתי – חישובים סטויכיומטריים וגזים

חישובים

סעיף א

מסה מולרית של נתרן פחמתי:

תשובה: ריכוז יוני $\text{Fe}^{2+}$ הוא כ־ $0.010\ \text{M}$ .

תשובה: מתקבלים כ־ $32.5\ \text{g}$ ברזל כלורי.

תשובה: מסת המשקע ( $\text{Fe(OH)}_{3(s)}$ ) היא כ־ $2.14\ \text{g}$ .

תשובה: נדרשים $40.0\ \text{g}$ נתרן הידרוקסידי.

תשובה: נדרשים $17.6\ \text{g}$ פחמן דו־חמצני.

תשובה: מתקבלים $42.4\ \text{g}$ נתרן פחמתי.

תשובה: הנפח הכולל של התוצרים הגזיים הוא $8.0\ \text{L}$ .