מתכונת 10 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 · היערכות אלקטרונים של יון שלילי

רב-ברירה

מהי היערכות האלקטרונים של היון 16S2−_{16}\text{S}^{2-}16​S2− ?

א.
2 , 8 , 6
ב.
2 , 8 , 8
ג.
2 , 8 , 4
ד.
2 , 8 , 8 , 2

◂ פתרון מלא לשאלה 1

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – 2,8,8

לאטום גופרית 16 פרוטונים, ובאטום הנייטרלי 16 אלקטרונים: היערכות 2,8,6.
היון S2−\text{S}^{2-}S2− נוצר כאשר האטום קולט שני אלקטרונים לרמה החיצונית, ולכן יש בו 16+2=1816+2=1816+2=18 אלקטרונים בהיערכות 2,8,8.
•א (2,8,6) – זו היערכות האטום הנייטרלי S, לא היון.
•ג (2,8,4) – 14 אלקטרונים: כאילו האטום מסר שני אלקטרונים. יון שלילי נוצר בקליטת אלקטרונים, לא במסירתם.
•ד (2,8,8,2) – 20 אלקטרונים (היערכות של אטום סידן); ליון S2−\text{S}^{2-}S2− יש רק 2 אלקטרונים יותר מלאטום S.
טעות נפוצה: לחסר את מטען היון ממספר האלקטרונים גם ביון שלילי.

שאלה 2 · סוגי קשרים וקוטביות במולקולות בעלות מבנה מרחבי שונה

רב-ברירה

לפניכם הנוסחאות המולקולריות של ארבע מולקולות ומבנה כל אחת מהן:
CH2O\text{CH}_2\text{O}CH2​O – משולש מישורי (אטום הפחמן מרכזי) ; C2H4\text{C}_2\text{H}_4C2​H4​ – מישורי ; CF4\text{CF}_4CF4​ – טטראדר ; NF3\text{NF}_3NF3​ – פירמידה משולשת.
לפניכם ארבעה היגדים, א–ד, בעניין הקשרים הקוולנטיים במולקולות וקוטביות המולקולות.
מהו ההיגד הנכון?

א.
בכל אחת מן המולקולות יש לפחות קשר כפול אחד.
ב.
המולקולות $\text{CF}_4$ ו־ $\text{CH}_2\text{O}$ אינן קוטביות.
ג.
המולקולות $\text{CH}_2\text{O}$ ו־ $\text{NF}_3$ הן קוטביות.
ד.
במולקולה $\text{C}_2\text{H}_4$ כל הקשרים הקוולנטיים הם קוטביים.

◂ פתרון מלא לשאלה 2

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג

התשובה הנכונה: ג.
נוסחאות המבנה:
- CH2O\text{CH}_2\text{O}CH2​O: אטום פחמן קשור בקשר כפול לאטום חמצן ובקשרים יחידים לשני אטומי מימן.
- C2H4\text{C}_2\text{H}_4C2​H4​: H2C=CH2\text{H}_2\text{C=CH}_2H2​C=CH2​ – קשר כפול בין שני אטומי הפחמן, וכל אטום פחמן קשור לשני אטומי מימן.
- CF4\text{CF}_4CF4​: אטום פחמן קשור בארבעה קשרים יחידים לארבעה אטומי פלואור.
- NF3\text{NF}_3NF3​: אטום חנקן קשור בשלושה קשרים יחידים לשלושה אטומי פלואור, ועל החנקן זוג אלקטרונים לא קושר.
- ג – נכון: ב־CH2O\text{CH}_2\text{O}CH2​O הקשר C=O\text{C=O}C=O קוטבי מאוד (הפרש אלקטרושליליות 3.5−2.5=1.03.5-2.5=1.03.5−2.5=1.0) והקשרים C–H\text{C–H}C–H קוטביים מעט; המולקולה אינה סימטרית – קצה החמצן שלילי חלקית, ולכן היא קוטבית. ב־NF3\text{NF}_3NF3​ הקשרים N–F\text{N–F}N–F קוטביים (4.0−3.0=1.04.0-3.0=1.04.0−3.0=1.0), ובמבנה פירמידה משולשת הדו־קוטבים אינם מבטלים זה את זה – המולקולה קוטבית.
- א – לא נכון: ב־CF4\text{CF}_4CF4​ וב־NF3\text{NF}_3NF3​ יש רק קשרים יחידים.
- ב – לא נכון: CF4\text{CF}_4CF4​ אכן אינה קוטבית (ארבעה קשרים קוטביים זהים בטטראדר סימטרי מבטלים זה את זה), אבל CH2O\text{CH}_2\text{O}CH2​O קוטבית.
- ד – לא נכון: הקשר C=C\text{C=C}C=C הוא בין שני אטומים זהים – קשר לא קוטבי.

שאלה 3 · הידרוקסילאמין: דרגת חמצון, קוטביות קשר וקשרי מימן

רב-ברירה

הידרוקסילאמין, NH2OH\text{NH}_2\text{OH}NH2​OH , משמש בתעשייה כחומר גלם בייצור של חומרים שמהם מכינים ניילון.
במולקולה NH2OH\text{NH}_2\text{OH}NH2​OH אטום החנקן קשור לשני אטומי מימן ולאטום חמצן, ואטום החמצן קשור גם לאטום מימן: H2N−O−H\text{H}_2\text{N}-\text{O}-\text{H}H2​N−O−H .
בטבלה שלפניך נתונים ערכי האלקטרושליליות של אטומי חמצן, חנקן ומימן:
האטוםONH
האלקטרושליליות3.53.02.1
מהי הקביעה הנכונה?

האטום	O	N	H
האלקטרושליליות	3.5	3.0	2.1

א.
דרגת החמצון של אטום החנקן במולקולה $\text{NH}_2\text{OH}$ היא $(-3)$ .
ב.
הקשר בין אטום החנקן לאטום החמצן במולקולה $\text{NH}_2\text{OH}$ הוא קשר קוולנטי לא קוטבי.
ג.
דרגת החמצון של אטום החנקן במולקולה $\text{NH}_2\text{OH}$ היא $(-1)$ .
ד.
בין מולקולות $\text{NH}_2\text{OH}$ אין קשרי מימן.

◂ פתרון מלא לשאלה 3

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג — דרגת החמצון של החנקן היא −1-1−1.

דרגת החמצון של N: לפי הכללים — מימן הקשור לאל־מתכת אלקטרושלילית ממנו: +1+1+1; חמצן (שאינו קשור לחמצן או לפלואור): −2-2−2. סכום דרגות החמצון במולקולה ניטרלית הוא אפס:
x+3(+1)+(−2)=0⇒x=−1x + 3(+1) + (-2) = 0 \Rightarrow x = -1x+3(+1)+(−2)=0⇒x=−1
בדיקה לפי הקשרים: בשני הקשרים N–H החנקן (3.0) אלקטרושלילי מהמימן (2.1) — תרומה של −1-1−1 כל אחד; בקשר N–O החמצן (3.5) אלקטרושלילי מהחנקן — תרומה של +1+1+1. סך הכול −1−1+1=−1-1-1+1=-1−1−1+1=−1. תשובה ג נכונה (ותשובה א שגויה: −3-3−3 היא דרגת החמצון של N ב־NH3\text{NH}_3NH3​, שבה N קשור רק למימן).
ב שגויה: הפרש האלקטרושליליות בין O ל־N הוא 3.5−3.0=0.5≠03.5-3.0=0.5\neq 03.5−3.0=0.5=0, ולכן הקשר N–O הוא קשר קוולנטי קוטבי (המטען החלקי השלילי על O).
ד שגויה: במולקולה יש אטומי מימן הקשורים לאטום N ולאטום O, ועל אטומי N ו־O יש זוגות אלקטרונים לא קושרים. לכן בין מולקולות NH2OH\text{NH}_2\text{OH}NH2​OH נוצרים קשרי מימן.

שאלה 4 · סטויכיומטריה – פירוק אמון דו־כרומטי

רב-ברירה

חיממו 2.52 גרם של המוצק אמון דו־כרומטי, (NH4)2Cr2O7(s)(\text{NH}_4)_2\text{Cr}_2\text{O}_{7(s)}(NH4​)2​Cr2​O7(s)​ (Mw=252.0 grmol)\left(\text{M}_\text{w}=252.0\ \frac{\text{gr}}{\text{mol}}\right)(Mw​=252.0 molgr​) .
במהלך החימום התרחשה התגובה:
(NH4)2Cr2O7(s)→Cr2O3(s)+N2(g)+4H2O(g)(\text{NH}_4)_2\text{Cr}_2\text{O}_{7(s)} \rightarrow \text{Cr}_2\text{O}_{3(s)} + \text{N}_{2(g)} + 4\text{H}_2\text{O}_{(g)}(NH4​)2​Cr2​O7(s)​→Cr2​O3(s)​+N2(g)​+4H2​O(g)​
כל האמון הדו־כרומטי הגיב.
מהו ההיגד הנכון המתייחס לתוצרי התגובה?

א.
נוצר 0.04 מול של $\text{N}_{2(g)}$ .
ב.
נוצר 0.01 מול של מולקולות מים.
ג.
נוצרו 1.52 גרם של המוצק $\text{Cr}_2\text{O}_{3(s)}$ $\left(\text{M}_\text{w}=152.0\ \frac{\text{gr}}{\text{mol}}\right)$ .
ד.
בתגובה נוצר 0.02 מול של גזים סך הכול.

◂ פתרון מלא לשאלה 4

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – נוצר 0.010.010.01 מול Cr2O3\text{Cr}_2\text{O}_3Cr2​O3​, שהם 1.521.521.52 גרם.

מספר המולים של אמון דו־כרומטי שהגיב:
n=mMw=2.52 gr252.0 grmol=0.0100 moln=\frac{m}{M_w}=\frac{2.52\ \text{gr}}{252.0\ \frac{\text{gr}}{\text{mol}}}=0.0100\ \text{mol}n=Mw​m​=252.0 molgr​2.52 gr​=0.0100 mol
יחס המולים בניסוח: (NH4)2Cr2O7:Cr2O3:N2:H2O=1:1:1:4(\text{NH}_4)_2\text{Cr}_2\text{O}_7:\text{Cr}_2\text{O}_3:\text{N}_2:\text{H}_2\text{O}=1:1:1:4(NH4​)2​Cr2​O7​:Cr2​O3​:N2​:H2​O=1:1:1:4.
- nCr2O3=0.0100 moln_{\text{Cr}_2\text{O}_3}=0.0100\ \text{mol}nCr2​O3​​=0.0100 mol, ולכן m=n⋅Mw=0.0100 mol⋅152.0 grmol=1.52 grm=n\cdot M_w=0.0100\ \text{mol}\cdot 152.0\ \frac{\text{gr}}{\text{mol}}=1.52\ \text{gr}m=n⋅Mw​=0.0100 mol⋅152.0 molgr​=1.52 gr – תשובה ג.
- nN2=0.0100 moln_{\text{N}_2}=0.0100\ \text{mol}nN2​​=0.0100 mol.
- nH2O=4⋅0.0100 mol=0.0400 moln_{\text{H}_2\text{O}}=4\cdot 0.0100\ \text{mol}=0.0400\ \text{mol}nH2​O​=4⋅0.0100 mol=0.0400 mol.
- א שגויה: נוצר 0.010.010.01 מול N2\text{N}_2N2​; 0.040.040.04 מול הוא מספר המולים של המים (המקדם 4 שייך למים).
- ב שגויה: נוצר 0.040.040.04 מול מים, לא 0.010.010.01 מול.
- ד שגויה: סך מולי הגזים הוא 0.0100 mol+0.0400 mol=0.0500 mol0.0100\ \text{mol}+0.0400\ \text{mol}=0.0500\ \text{mol}0.0100 mol+0.0400 mol=0.0500 mol. הערך 0.02 מתקבל אם סופרים מול אחד לכל גז ומתעלמים מן המקדם 4.

שאלה 5 · השוואת ΔH בפירוק מים ממצבי צבירה שונים

רב-ברירה

לפניך ניסוחים של שלוש תגובות אנדותרמיות של פירוק מים ליסודות:
(1)2H2O(s)→2H2(g)+O2(g)ΔH1(1)\quad 2\text{H}_2\text{O}_{(s)} \rightarrow 2\text{H}_{2(g)} + \text{O}_{2(g)} \qquad \Delta H_1(1)2H2​O(s)​→2H2(g)​+O2(g)​ΔH1​
(2)2H2O(l)→2H2(g)+O2(g)ΔH2(2)\quad 2\text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow 2\text{H}_{2(g)} + \text{O}_{2(g)} \qquad \Delta H_2(2)2H2​O(l)​→2H2(g)​+O2(g)​ΔH2​
(3)2H2O(g)→2H2(g)+O2(g)ΔH3(3)\quad 2\text{H}_2\text{O}_{(g)} \rightarrow 2\text{H}_{2(g)} + \text{O}_{2(g)} \qquad \Delta H_3(3)2H2​O(g)​→2H2(g)​+O2(g)​ΔH3​
מהו הסדר הנכון של ערכי ΔH\Delta HΔH על־פי גודלם?

א.
$\Delta H_3 > \Delta H_2 > \Delta H_1$
ב.
$\Delta H_2 > \Delta H_1 > \Delta H_3$
ג.
$\Delta H_1 = \Delta H_2 = \Delta H_3$
ד.
$\Delta H_1 > \Delta H_2 > \Delta H_3$

◂ פתרון מלא לשאלה 5

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – ΔH1>ΔH2>ΔH3\Delta H_1 > \Delta H_2 > \Delta H_3ΔH1​>ΔH2​>ΔH3​: ככל שאנתלפיית המגיב (המים) נמוכה יותר, יש להשקיע יותר אנרגיה.

התשובה הנכונה: ד.
בשלוש התגובות התוצרים זהים (אותה אנתלפיה), וההבדל הוא רק במצב הצבירה של המגיב – המים.
ΔH=Hתוצרים−Hמגיבים\Delta H = H_{\text{תוצרים}} - H_{\text{מגיבים}}ΔH=Hתוצרים​−Hמגיבים​, ולכן ככל שאנתלפיית המגיבים נמוכה יותר, ΔH\Delta HΔH גדול יותר.
מעבר ממוצק לנוזל (התכה) ומנוזל לגז (אידוי) דורשים השקעת אנרגיה להתגברות על הכוחות בין המולקולות (קשרי מימן), ולכן:
H(2H2O(s))<H(2H2O(l))<H(2H2O(g))H(2\text{H}_2\text{O}_{(s)}) < H(2\text{H}_2\text{O}_{(l)}) < H(2\text{H}_2\text{O}_{(g)})H(2H2​O(s)​)<H(2H2​O(l)​)<H(2H2​O(g)​).
מכאן: ΔH1>ΔH2>ΔH3\Delta H_1 > \Delta H_2 > \Delta H_3ΔH1​>ΔH2​>ΔH3​ – כל הערכים חיוביים, והגדול ביותר בתגובה שבה המגיב הוא קרח (נדרשת אנרגיה גם להתכה וגם לאידוי).
•א – לא נכון: זהו הסדר ההפוך – הוא היה נכון אילו מצב הצבירה השתנה בתוצר ולא במגיב.
•ב – לא נכון: ΔH1\Delta H_1ΔH1​ הוא הגדול ביותר, ולא ΔH2\Delta H_2ΔH2​.
•ג – לא נכון: מצב הצבירה של המגיב משפיע על האנתלפיה שלו, ולכן ערכי ΔH\Delta HΔH שונים.

שאלה 6 · מים כחומצה – זיהוי מעבר פרוטון

רב-ברירה

לפניך ניסוחים של שלוש תגובות (1)-(3).
(1) Na(s)+H2O(l)→Na(aq)++12H2(g)+OH(aq)−\text{Na}_{(s)}+\text{H}_2\text{O}_{(l)}\rightarrow \text{Na}^{+}_{(aq)}+\frac{1}{2}\text{H}_{2(g)}+\text{OH}^{-}_{(aq)}Na(s)​+H2​O(l)​→Na(aq)+​+21​H2(g)​+OH(aq)−​
(2) CH3NH2(g)+H2O(l)→CH3NH3(aq)++OH(aq)−\text{CH}_3\text{NH}_{2(g)}+\text{H}_2\text{O}_{(l)}\rightarrow \text{CH}_3\text{NH}^{+}_{3(aq)}+\text{OH}^{-}_{(aq)}CH3​NH2(g)​+H2​O(l)​→CH3​NH3(aq)+​+OH(aq)−​
(3) 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)−​
באיזו/באילו מן התגובות מגיבים המים, H2O(l)\text{H}_2\text{O}_{(l)}H2​O(l)​ , כחומצה?

א.
בתגובה (1) בלבד.
ב.
בתגובה (2) בלבד.
ג.
בתגובה (1) וגם בתגובה (2).
ד.
בתגובה (3) בלבד.

◂ פתרון מלא לשאלה 6

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – רק בתגובה (2) המים מוסרים פרוטון (למתילאמין) ונוצרים יוני OH−\text{OH}^-OH−.

התשובה הנכונה: ב.
חומצה היא חלקיק המוסר פרוטון, H+\text{H}^+H+.
- תגובה (2): מולקולת מתילאמין, CH3NH2\text{CH}_3\text{NH}_2CH3​NH2​ (אמין – בסיס), קולטת פרוטון ממולקולת מים ונוצר היון CH3NH3+\text{CH}_3\text{NH}_3^+CH3​NH3+​. מולקולת המים שמסרה את הפרוטון הפכה ליון OH−\text{OH}^-OH− – המים מגיבים כחומצה.
- תגובה (3): מולקולת HBr\text{HBr}HBr מוסרת פרוטון למולקולת מים, ונוצר H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+. המים קולטים פרוטון – הם מגיבים כבסיס. לכן ד אינה נכונה.
- תגובה (1): זו תגובת חמצון־חיזור ולא תגובת חומצה־בסיס: דרגת החמצון של Na עולה מ־000 ל־+1+1+1, ודרגת החמצון של חלק מאטומי H במים יורדת מ־+1+1+1 ל־000 (נוצר H2\text{H}_2H2​). המים מגיבים כאן כמחמצן. לכן א ו־ג אינן נכונות.
טעות נפוצה: לקבוע שהמים מגיבים כחומצה בתגובה (1) רק משום שנוצרים בה יוני OH−\text{OH}^-OH− – בתגובה זו אין מעבר פרוטון, אלא מעבר אלקטרונים.

שאלה 7 · תגובת נתרן פחמתי עם מים

רב-ברירה

כאשר ממיסים נתרן פחמתי, Na2CO3(s)\text{Na}_2\text{CO}_{3(s)}Na2​CO3(s)​ , במים מתרחשת התגובה:
Na2CO3(s)+H2O(ℓ)→2Na(aq)++HCO3(aq)−+OH(aq)−\text{Na}_2\text{CO}_{3(s)} + \text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow 2\text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{HCO}^{-}_{3(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}Na2​CO3(s)​+H2​O(ℓ)​→2Na(aq)+​+HCO3(aq)−​+OH(aq)−​
מהי הקביעה הנכונה?

א.
יוני הנתרן, $\text{Na}^{+}$ , מקבלים פרוטונים ממולקולות המים.
ב.
יון הפחמה, $\text{CO}_3^{2-}$ , מגיב כחומצה, כי הוא הופך ליון $\text{HCO}_3^{-}$ .
ג.
המים מגיבים כחומצה, ובתום התגובה מתקבלת תמיסה בסיסית ( $\text{pH} > 7$ ).
ד.
זוהי תגובת סתירה, ולכן בתום התגובה מתקבלת תמיסה ניטרלית ( $\text{pH} = 7$ ).

◂ פתרון מלא לשאלה 7

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג

יון הפחמה CO32−\text{CO}_3^{2-}CO32−​ מקבל פרוטון ממולקולת מים והופך ליון HCO3−\text{HCO}_3^{-}HCO3−​; מולקולת המים מוסרת פרוטון והופכת ליון OH−\text{OH}^{-}OH− – המים מגיבים כחומצה, ו־CO32−\text{CO}_3^{2-}CO32−​ מגיב כבסיס. יוני OH(aq)−\text{OH}^{-}_{(aq)}OH(aq)−​ שנוצרים הופכים את התמיסה לבסיסית (pH>7\text{pH} > 7pH>7). תשובה ג.
(יוני הנתרן רק עוברים לתמיסה וממוימים – הם אינם משתתפים בהעברת הפרוטון.)
- א – שגויה: יוני Na+\text{Na}^{+}Na+ מופיעים בשני צדי התהליך ללא שינוי; הם אינם מקבלים פרוטונים.
- ב – שגויה: CO32−\text{CO}_3^{2-}CO32−​ מקבל פרוטון והופך ל־HCO3−\text{HCO}_3^{-}HCO3−​, ולכן הוא מגיב כבסיס.
- ד – שגויה: תגובת סתירה היא תגובה בין H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ לבין OH−\text{OH}^{-}OH−; כאן נוצרים יוני OH−\text{OH}^{-}OH− והתמיסה בסיסית.

שאלה 8 · הוספת תמיסה ניטרלית לתמיסות חומצה, בסיס ומלח

רב-ברירה

הכינו 40 mL40\ \text{mL}40 mL של כל אחת מן התמיסות: Ba(OH)2(aq)\text{Ba(OH)}_{2(aq)}Ba(OH)2(aq)​ , HBr(aq)\text{HBr}_{(aq)}HBr(aq)​ , KBr(aq)\text{KBr}_{(aq)}KBr(aq)​ ומדדו את ה־ pH שלהן.
לכל אחת מן התמיסות הוסיפו 40 mL40\ \text{mL}40 mL של תמיסת אשלגן חנקתי, KNO3(aq)\text{KNO}_{3(aq)}KNO3(aq)​ , שה־ pH שלה 7 .
איזו מן השורות המסומנות באותיות א-ד בטבלה שלפניך, מציגה נכון את השינוי שחל ב־ pH של כל אחת מן התמיסות?
Ba(OH)2(aq)\text{Ba(OH)}_{2(aq)}Ba(OH)2(aq)​HBr(aq)\text{HBr}_{(aq)}HBr(aq)​KBr(aq)\text{KBr}_{(aq)}KBr(aq)​
אעלהירדלא השתנה
בלא השתנהלא השתנהלא השתנה
גירדעלהלא השתנה
דירדעלהעלה

	$\text{Ba(OH)}_{2(aq)}$	$\text{HBr}_{(aq)}$	$\text{KBr}_{(aq)}$
א	עלה	ירד	לא השתנה
ב	לא השתנה	לא השתנה	לא השתנה
ג	ירד	עלה	לא השתנה
ד	ירד	עלה	עלה

א.
$\text{Ba(OH)}_{2(aq)}$ : עלה; $\text{HBr}_{(aq)}$ : ירד; $\text{KBr}_{(aq)}$ : לא השתנה
ב.
$\text{Ba(OH)}_{2(aq)}$ : לא השתנה; $\text{HBr}_{(aq)}$ : לא השתנה; $\text{KBr}_{(aq)}$ : לא השתנה
ג.
$\text{Ba(OH)}_{2(aq)}$ : ירד; $\text{HBr}_{(aq)}$ : עלה; $\text{KBr}_{(aq)}$ : לא השתנה
ד.
$\text{Ba(OH)}_{2(aq)}$ : ירד; $\text{HBr}_{(aq)}$ : עלה; $\text{KBr}_{(aq)}$ : עלה

◂ פתרון מלא לשאלה 8

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – ב־Ba(OH)2\text{Ba(OH)}_2Ba(OH)2​ ה־pH ירד, ב־HBr\text{HBr}HBr עלה, ב־KBr\text{KBr}KBr לא השתנה.

תמיסת KNO3(aq)\text{KNO}_{3(aq)}KNO3(aq)​ ניטרלית: היונים K+\text{K}^{+}K+ ו־NO3−\text{NO}_3^{-}NO3−​ אינם מגיבים עם יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ או OH−\text{OH}^{-}OH− ואינם משנים את ריכוזם. לכן הוספתה פועלת כמו הוספת מים – מיהול: הנפח גדל מ־40 mL40\ \text{mL}40 mL ל־80 mL80\ \text{mL}80 mL, ומספר המולים של יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ או OH−\text{OH}^{-}OH− לא משתנה. לפי C=nVC = \frac{n}{V}C=Vn​ ריכוזם קטן פי 2.
- Ba(OH)2(aq)\text{Ba(OH)}_{2(aq)}Ba(OH)2(aq)​ – בסיסית. ריכוז OH(aq)−\text{OH}^{-}_{(aq)}OH(aq)−​ קטן ⇐ פחות בסיסית ⇐ ה־pH יורד (מתקרב ל־7).
- HBr(aq)\text{HBr}_{(aq)}HBr(aq)​ – חומצית. ריכוז H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}H3​O(aq)+​ קטן ⇐ פחות חומצית ⇐ ה־pH עולה (מתקרב ל־7).
- KBr(aq)\text{KBr}_{(aq)}KBr(aq)​ – ניטרלית; ערבובה עם תמיסה ניטרלית נותן תמיסה ניטרלית ⇐ ה־pH לא משתנה.
השורה הנכונה היא ג. א – הכיוונים הפוכים. ב – נקבע בטעות שתמיסה בעלת pH=7\text{pH}=7pH=7 אינה משנה את ה־pH של תמיסה אחרת; אולם היא מגדילה את הנפח ומקטינה את ריכוז יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ או OH−\text{OH}^{-}OH−. ד – ה־pH של תמיסה ניטרלית אינו משתנה במיהול.
טעות נפוצה: לחשוב שהוספת תמיסה ש־pH שלה 7 "לא משפיעה" על ה־pH של תמיסה חומצית או בסיסית.

שאלה 9 · גופרית מתוך גז טבעי "חמוץ"

שאלת מאמר26 נקודות

ניתוח קטע ממאמר מדעי – חובה
קראו את הקטע שלפניכם, וענו על הסעיפים שאחריו לפי ההנחיות (שאלת חובה – 26 נקודות).
גופרית מתוך גז טבעי "חמוץ"
1 גז טבעי הוא תערובת של גזים שהמרכיב העיקרי בה הוא מתאן, CH4(g)\text{CH}_{4(g)}CH4(g)​ .
2 בחלק ממאגרי הגז בעולם הגז מכיל גם כמות ניכרת של מימן גופרי, H2S(g)\text{H}_2\text{S}_{(g)}H2​S(g)​ ,
3 ולעתים גם פחמן דו־חמצני, CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ . גז המכיל מימן גופרי מכונה "גז חמוץ".
4 מימן גופרי הוא גז רעיל שריחו כריח ביצים סרוחות. בשריפתו נוצרת גופרית דו־חמצנית,
5 SO2(g)\text{SO}_{2(g)}SO2(g)​ , אחד הגורמים לגשם חומצי. לכן לפני שהגז הטבעי מגיע לצרכנים
6 יש להרחיק ממנו את המימן הגופרי.
7 בשלב הראשון מעבירים את הגז הטבעי דרך תמיסה מימית של אתנולאמין, HOCH2CH2NH2\text{HOCH}_2\text{CH}_2\text{NH}_2HOCH2​CH2​NH2​ .
8 אתנולאמין הוא בסיס, והוא קולט את המימן הגופרי, שהוא חומצה חלשה. הגז הטבעי
9 הנקי ממשיך בצנרת אל הצרכנים. לאחר מכן מחממים את התמיסה, המימן הגופרי משתחרר
10 ממנה כגז מרוכז, והתמיסה חוזרת לשימוש.
11 את המימן הגופרי המרוכז הופכים לגופרית בתהליך שפותח בסוף המאה ה־19 ונקרא
12 "תהליך קלאוס". כיום זו הדרך העיקרית שבה מפיקים גופרית בעולם. בשלב הראשון
13 של התהליך שורפים בעזרת אוויר כשליש מן המימן הגופרי (תגובה 1). החנקן, N2(g)\text{N}_{2(g)}N2(g)​ ,
14 שבאוויר אינו מגיב ועובר דרך המתקן ללא שינוי. בשלב השני מגיבה הגופרית הדו־חמצנית
15 שנוצרה עם שאר המימן הגופרי בנוכחות זרז (תגובה 2):
16 1. 2H2S(g)+3O2(g)→2SO2(g)+2H2O(g)ΔH10<0\quad 2\text{H}_2\text{S}_{(g)} + 3\text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{SO}_{2(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(g)} \qquad \Delta H_1^0 < 02H2​S(g)​+3O2(g)​→2SO2(g)​+2H2​O(g)​ΔH10​<0
17 2. 2H2S(g)+SO2(g)→3S(ℓ)+2H2O(g)ΔH20<0\quad 2\text{H}_2\text{S}_{(g)} + \text{SO}_{2(g)} \rightarrow 3\text{S}_{(\ell)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(g)} \qquad \Delta H_2^0 < 02H2​S(g)​+SO2(g)​→3S(ℓ)​+2H2​O(g)​ΔH20​<0
18 החום הנפלט בתגובות מנוצל במתקן להרתחת מים וליצירת קיטור, המשמש לחימום ולהפקת חשמל.
19 הגופרית הנוזלית מתקררת ומתמצקת לחומר מוצק צהוב. גופרית מוצקה ניתכת בטמפרטורה
20 של כ־ 115∘C115^{\circ}\text{C}115∘C , אינה מוליכה חשמל ואינה מתמוססת במים. רוב הגופרית המופקת
21 משמשת לייצור חומצה גופרתית, ממנה מייצרים בין השאר דשנים.
22 בעבר הופקה רוב הגופרית ממרבצים של גופרית טבעית מתחת לפני הקרקע. באחת השיטות
23 הזרימו אל המרבץ מים חמים מאוד בלחץ גבוה, הגופרית נתכה, והגופרית הנוזלית נשאבה
24 אל פני הקרקע. כיום רוב הגופרית בעולם אינה נכרית, אלא מופקת כתוצר לוואי בעיבוד
25 גז טבעי ובזיקוק נפט, שבו מרחיקים את תרכובות הגופרית מן הדלקים כדי שבשריפתם
26 לא ייפלטו לאוויר תחמוצות של גופרית.
27 כך הופך חומר רעיל ומזהם, שבעבר נשרף ונפלט לאטמוספרה, לחומר גלם שימושי לתעשייה.
ענו על כל הסעיפים א, ב, ג, ד, ה, ו ועל אחד מן הסעיפים ז או ח.

א.

לגופרית בטבע כמה איזוטופים יציבים. הנפוץ ביותר הוא 1632S^{32}_{16}\text{S}1632​S , ואחריו 1634S^{34}_{16}\text{S}1634​S .

(1)

מהו מספר הפרוטונים בגרעין של אטום 1634S^{34}_{16}\text{S}1634​S ?

(2)

מהו מספר הנייטרונים בגרעין של אטום 1634S^{34}_{16}\text{S}1634​S ?

(3)

בתרכובות יוניות של גופרית עם מתכות יש יוני גופרית, S2−\text{S}^{2-}S2− . כמה אלקטרונים יש ביון 1634S2−^{34}_{16}\text{S}^{2-}1634​S2− ?

ב.

העתיקו את הטבלה שלפניכם למחברת הבחינה, והשלימו במחברת את הנתונים החסרים.
החומרH2S(g)\text{H}_2\text{S}_{(g)}H2​S(g)​N2(g)\text{N}_{2(g)}N2(g)​O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​H2O(g)\text{H}_2\text{O}_{(g)}H2​O(g)​CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​
נוסחת המולקולהH2S\text{H}_2\text{S}H2​S
נוסחת ייצוג האלקטרונים של המולקולה
צורת המולקולהזוויתיתקוויתקוויתזוויתיתקווית
קוטביות המולקולה (קוטבית / לא קוטבית)

ג.

נתון:
דרגת החמצון של אטום הגופרית במולקולה SO2\text{SO}_2SO2​ היא (+4)(+4)(+4) .

(1)

קבעו אם דרגת החמצון של אטומי הגופרית בתגובה 1 משתנה, ואם כן – כיצד היא משתנה.

(2)

קבעו אם דרגת החמצון של אטומי המימן בתגובה 1 משתנה, ואם כן – כיצד היא משתנה.

ד.

מה הם השמות של הקבוצות הפונקציונליות במולקולת אתנולאמין (שורה 7)?

ה.

לפניכם שני איורים המתארים מודלים של שתי מולקולות.
קבעו איזה מן האיורים, 1 או 2, מתאר איזומר של מולקולת אתנולאמין, והסבירו את קביעתכם. התייחסו בתשובתכם למושג איזומר.

ו.

במתקן ניסיוני שרפו בתגובה 1 מימן גופרי שנפחו 4.924.924.92 ליטר, בלחץ של 114011401140 מ"מ כספית ובטמפרטורה של 27∘C27^{\circ}\text{C}27∘C . כל הגופרית הדו־חמצנית שנוצרה הגיבה בשלמות בתגובה 2 עם מימן גופרי נוסף.
חשבו כמה מולקולות מים נוצרו בתגובה 2. פרטו את חישוביכם.
נתונים: R=0.082 atm⋅Lmol⋅KR = 0.082\ \frac{\text{atm}\cdot\text{L}}{\text{mol}\cdot\text{K}}R=0.082 mol⋅Katm⋅L​ , 1 atm=7601\ \text{atm} = 7601 atm=760 מ"מ כספית.

ז.

סעיף ז הוא סעיף בחירה. אם תבחרו לענות עליו, אל תענו על סעיף ח.
על פי התגובות הנתונות בקטע, הסבירו מדוע אפשר לייצר קיטור במתקן להפקת גופרית (שורה 18).

ח.

סעיף ח הוא סעיף בחירה. אם תבחרו לענות עליו, אל תענו על סעיף ז.
על פי הקטע, קבעו מאיזה סוג חלקיקים בנויה גופרית מוצקה: אטומים בסריג אטומרי, יונים, או מולקולות. נמקו את קביעתכם על פי שתי תכונות המתוארות בקטע.

◂ פתרון מלא לשאלה 9

סעיף א

(1)

תשובה:

161616

מספר הפרוטונים שווה למספר האטומי, Z=16Z = 16Z=16 (כמו בכל אטומי הגופרית, ובהם גם 1632S^{32}_{16}\text{S}1632​S).

(2)

תשובה:

181818

מספר הנייטרונים = מספר המסה − מספר הפרוטונים =34−16=18= 34 - 16 = 18=34−16=18.
טעות נפוצה: לענות במספר המסה (343434) במקום במספר הנייטרונים.

(3)

תשובה:

181818

באטום הגופרית הניטרלי 161616 אלקטרונים (כמספר הפרוטונים). מטען היון 2−2-2− פירושו שהאטום קיבל 222 אלקטרונים: 16+2=1816 + 2 = 1816+2=18 אלקטרונים (הערכה אלקטרונית 2,8,82,8,82,8,8). מספר הנייטרונים אינו משפיע על מספר האלקטרונים.

סעיף ב

תשובה:

נוסחאות: H2S\text{H}_2\text{S}H2​S, N2\text{N}_2N2​, O2\text{O}_2O2​, H2O\text{H}_2\text{O}H2​O, CO2\text{CO}_2CO2​. קוטביות: H2S\text{H}_2\text{S}H2​S קוטבית, N2\text{N}_2N2​ לא קוטבית, O2\text{O}_2O2​ לא קוטבית, H2O\text{H}_2\text{O}H2​O קוטבית, CO2\text{CO}_2CO2​ לא קוטבית.

הטבלה המלאה:
החומרH2S(g)\text{H}_2\text{S}_{(g)}H2​S(g)​N2(g)\text{N}_{2(g)}N2(g)​O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​H2O(g)\text{H}_2\text{O}_{(g)}H2​O(g)​CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​
נוסחת המולקולהH2S\text{H}_2\text{S}H2​SN2\text{N}_2N2​O2\text{O}_2O2​H2O\text{H}_2\text{O}H2​OCO2\text{CO}_2CO2​
נוסחת ייצוג האלקטרוניםראו איורראו איורראו איורראו איורראו איור
צורת המולקולהזוויתיתקוויתקוויתזוויתיתקווית
קוטביות המולקולהקוטביתלא קוטביתלא קוטביתקוטביתלא קוטבית
נוסחאות ייצוג האלקטרונים (זוג נקודות בין שני אטומים – זוג אלקטרונים קושר; זוג נקודות ליד אטום אחד – זוג לא קושר):
- H2S\text{H}_2\text{S}H2​S: לאטום הגופרית שני זוגות קושרים (עם שני אטומי מימן) ושני זוגות לא קושרים.
- N2\text{N}_2N2​: שלושה זוגות קושרים (קשר משולש) בין שני אטומי החנקן, וזוג לא קושר על כל אטום חנקן.
- O2\text{O}_2O2​: שני זוגות קושרים (קשר כפול) בין שני אטומי החמצן, ושני זוגות לא קושרים על כל אטום חמצן.
- H2O\text{H}_2\text{O}H2​O: לאטום החמצן שני זוגות קושרים ושני זוגות לא קושרים.
- CO2\text{CO}_2CO2​: אטום הפחמן קשור בקשר כפול (שני זוגות קושרים) לכל אחד משני אטומי החמצן; על כל אטום חמצן שני 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.
- H2S\text{H}_2\text{S}H2​S – קשרי S−H\text{S}-\text{H}S−H קוטביים (הפרש אלקטרושליליות 2.5−2.1=0.42.5-2.1=0.42.5−2.1=0.4) ומבנה זוויתי: קוטבית.
- N2\text{N}_2N2​, O2\text{O}_2O2​ – קשר בין שני אטומים זהים, קשר לא קוטבי: לא קוטביות.
- H2O\text{H}_2\text{O}H2​O – קשרי O−H\text{O}-\text{H}O−H קוטביים (3.5−2.1=1.43.5-2.1=1.43.5−2.1=1.4) ומבנה זוויתי: קוטבית.
- CO2\text{CO}_2CO2​ – קשרי C=O\text{C}=\text{O}C=O קוטביים, אבל המולקולה קווית וסימטרית (O=C=O\text{O}=\text{C}=\text{O}O=C=O), ומרכזי המטענים מתלכדים: לא קוטבית.
טעות נפוצה: לקבוע ש־CO2\text{CO}_2CO2​ קוטבית רק משום שהקשרים בה קוטביים, בלי להתייחס למבנה הסימטרי.

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

סעיף ג

(1)

תשובה:

כן – עולה מ־−2-2−2 ל־+4+4+4 (הגופרית עוברת חמצון).

ב־H2S\text{H}_2\text{S}H2​S: לאטומי המימן דרגת חמצון +1+1+1, ולכן 2⋅(+1)+x=0⇒x=−22\cdot(+1) + x = 0 \Rightarrow x = -22⋅(+1)+x=0⇒x=−2.
ב־SO2\text{SO}_2SO2​ (נתון): +4+4+4.
דרגת החמצון של אטומי הגופרית עולה מ־−2-2−2 ל־+4+4+4: כל אטום גופרית מוסר 666 אלקטרונים ועובר חמצון. במקביל, דרגת החמצון של אטומי החמצן ב־O2\text{O}_2O2​ יורדת מ־000 ל־−2-2−2 (חיזור).

(2)

תשובה:

לא משתנה: +1+1+1 ב־H2S\text{H}_2\text{S}H2​S וגם +1+1+1 ב־H2O\text{H}_2\text{O}H2​O.

ב־H2S\text{H}_2\text{S}H2​S אטום המימן קשור לאטום גופרית, שהוא אלקטרושלילי יותר (2.52.52.5 לעומת 2.12.12.1), ולכן דרגת החמצון שלו +1+1+1.
ב־H2O\text{H}_2\text{O}H2​O: 2⋅(+1)+(−2)=02\cdot(+1) + (-2) = 02⋅(+1)+(−2)=0 – דרגת החמצון של המימן +1+1+1.
דרגת החמצון של אטומי המימן אינה משתנה בתגובה.

סעיף ד

תשובה:

קבוצה הידרוקסילית (כהל, −OH-\text{OH}−OH) וקבוצה אמינית (אמין, −NH2-\text{NH}_2−NH2​).

בנוסחת האתנולאמין, HOCH2CH2NH2\text{HOCH}_2\text{CH}_2\text{NH}_2HOCH2​CH2​NH2​, יש:
•קבוצת −OH-\text{OH}−OH הקשורה לאטום פחמן – קבוצה הידרוקסילית (כהל);
•קבוצת −NH2-\text{NH}_2−NH2​ – קבוצה אמינית (אמין). קבוצה זו היא שמקנה לאתנולאמין תכונה בסיסית, כמתואר בשורה 8.
טעות נפוצה: לכנות את קבוצת −OH-\text{OH}−OH "הידרוקסיד" – זהו יון (OH−\text{OH}^{-}OH−) ולא קבוצה פונקציונלית בתרכובת פחמן.

סעיף ה

תשובה:

איור 2.

איור 2 מתאר איזומר של אתנולאמין.
איזומרים הם חומרים בעלי אותה נוסחה מולקולרית אך מבנה שונה (סדר קישור שונה של האטומים).
•אתנולאמין, HOCH2CH2NH2\text{HOCH}_2\text{CH}_2\text{NH}_2HOCH2​CH2​NH2​: נוסחה מולקולרית C2H7NO\text{C}_2\text{H}_7\text{NO}C2​H7​NO.
•איור 2: 222 אטומי פחמן, 111 אטום חמצן, 111 אטום חנקן ו־777 אטומי מימן – C2H7NO\text{C}_2\text{H}_7\text{NO}C2​H7​NO, כמו של אתנולאמין. המבנה שונה: אטום החמצן נמצא בין שני אטומי הפחמן (CH3−O−CH2−NH2\text{CH}_3-\text{O}-\text{CH}_2-\text{NH}_2CH3​−O−CH2​−NH2​), ואין במולקולה קבוצה הידרוקסילית. לכן זהו איזומר של אתנולאמין.
•איור 1: 333 אטומי פחמן, 111 חמצן, 111 חנקן ו־999 מימן – C3H9NO\text{C}_3\text{H}_9\text{NO}C3​H9​NO (HOCH2CH2CH2NH2\text{HOCH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{NH}_2HOCH2​CH2​CH2​NH2​). אמנם יש בו אותן קבוצות פונקציונליות כמו באתנולאמין, אבל הנוסחה המולקולרית שונה, ולכן אין זה איזומר.
טעות נפוצה: לבחור במולקולה שיש בה אותן קבוצות פונקציונליות (איור 1) בלי לספור את מספר האטומים מכל סוג.

סעיף ו

תשובה:

3.61×10233.61\times 10^{23}3.61×1023 מולקולות מים.

שלב 1 – המרת יחידות:
P=1140 mmHg760 mmHgatm=1.50 atmP = \frac{1140\ \text{mmHg}}{760\ \frac{\text{mmHg}}{\text{atm}}} = 1.50\ \text{atm}P=760 atmmmHg​1140 mmHg​=1.50 atm, T=27+273=300 K\quad T = 27 + 273 = 300\ \text{K}T=27+273=300 K
שלב 2 – מספר המולים של H2S\text{H}_2\text{S}H2​S שנשרף, לפי משוואת הגזים האידיאליים:
n=PVRT=1.50 atm⋅4.92 L0.082 atm⋅Lmol⋅K⋅300 K=0.300 moln = \frac{PV}{RT} = \frac{1.50\ \text{atm}\cdot 4.92\ \text{L}}{0.082\ \frac{\text{atm}\cdot\text{L}}{\text{mol}\cdot\text{K}}\cdot 300\ \text{K}} = 0.300\ \text{mol}n=RTPV​=0.082 mol⋅Katm⋅L​⋅300 K1.50 atm⋅4.92 L​=0.300 mol
שלב 3 – תגובה 1: יחס המולים H2S:SO2=2:2=1:1\text{H}_2\text{S} : \text{SO}_2 = 2:2 = 1:1H2​S:SO2​=2:2=1:1, ולכן n(SO2)=0.300 moln(\text{SO}_2) = 0.300\ \text{mol}n(SO2​)=0.300 mol.
שלב 4 – תגובה 2: 2H2S(g)+SO2(g)→3S(ℓ)+2H2O(g)2\text{H}_2\text{S}_{(g)} + \text{SO}_{2(g)} \rightarrow 3\text{S}_{(\ell)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(g)}2H2​S(g)​+SO2(g)​→3S(ℓ)​+2H2​O(g)​
יחס המולים SO2:H2O=1:2\text{SO}_2 : \text{H}_2\text{O} = 1:2SO2​:H2​O=1:2, ולכן n(H2O)=2⋅0.300 mol=0.600 moln(\text{H}_2\text{O}) = 2\cdot 0.300\ \text{mol} = 0.600\ \text{mol}n(H2​O)=2⋅0.300 mol=0.600 mol.
שלב 5 – מספר המולקולות: N=n⋅NA=0.600 mol⋅6.02×1023 1mol=3.61×1023N = n\cdot N_A = 0.600\ \text{mol}\cdot 6.02\times 10^{23}\ \frac{1}{\text{mol}} = 3.61\times 10^{23}N=n⋅NA​=0.600 mol⋅6.02×1023 mol1​=3.61×1023 מולקולות מים.
טעות נפוצה: להציב בנוסחה PV=nRTPV=nRTPV=nRT לחץ במ"מ כספית או טמפרטורה במעלות צלזיוס; או להשתמש ביחס 1:11:11:1 בין SO2\text{SO}_2SO2​ למים בתגובה 2.

סעיף ז

תשובה:

תגובות 1 ו־2 הן תגובות אקסותרמיות (ΔH0<0\Delta H^0 < 0ΔH0<0): הן פולטות אנרגיה (חום) לסביבה, וחום זה מנוצל להרתחת מים.

לפי שורות 16–17, לשתי התגובות ΔH10<0\Delta H_1^0 < 0ΔH10​<0 ו־ΔH20<0\Delta H_2^0 < 0ΔH20​<0, כלומר אלו תגובות אקסותרמיות: האנתלפיה של התוצרים נמוכה מזו של המגיבים, וההפרש נפלט לסביבה כחום. בזמן שהתגובות מתרחשות במתקן נפלט חום באופן רציף; את החום הזה מעבירים למים, והם רותחים והופכים לקיטור (שורה 18).

סעיף ח

תשובה:

מולקולות (גופרית היא חומר מולקולרי).

לפי שורות 19–20, גופרית מוצקה ניתכת בטמפרטורה נמוכה יחסית (כ־115∘C115^{\circ}\text{C}115∘C) ואינה מוליכה חשמל.
•טמפרטורת היתוך נמוכה מעידה שבין החלקיקים פועלות משיכות חלשות – אינטראקציות ון־דר־ולס בין מולקולות. בחומר אטומרי (קשרים קוולנטיים בכל הסריג) או בחומר יוני (קשר יוני חזק) טמפרטורת ההיתוך גבוהה מאוד.
•גופרית אינה מוליכה חשמל – אין בה יונים ניידים או אלקטרונים ניידים, כלומר זו אינה מתכת.
לכן גופרית בנויה ממולקולות (מולקולות של שמונה אטומי גופרית, S8\text{S}_8S8​).
טעות נפוצה: להסיק מאי־המוליכות בלבד שהחומר אטומרי – גם חומרים מולקולריים אינם מוליכים; טמפרטורת ההיתוך הנמוכה היא שמכריעה.

פרק שני

שאלה 10 · לוח סולארי: סריגים, יונים ואנרגיית יינון

שאלה פתוחה25 נקודות

מבנה האטום, מחזוריות, מבנה וקישור
לוח סולארי ממיר אנרגיית אור לאנרגייה חשמלית. הלוח בנוי משכבות של חומרים שונים: מתכות, אל־מתכות ותרכובות.

א.

התאים בלוח הסולארי עשויים צורן, Si(s)\text{Si}_{(s)}Si(s)​. כדי להקטין את החזרת האור, מצפים לעיתים את פני התאים בשכבה דקה של חומר כמו מגנזיום פלואורי, MgF2(s)\text{MgF}_{2(s)}MgF2(s)​. זכוכית המגן שמעל התאים מכילה בין השאר סידן חמצני, CaO(s)\text{CaO}_{(s)}CaO(s)​.

(i)

העתק את הטבלה שלפניך למחברת הבחינה, והשלם אותה.
Si(s)\text{Si}_{(s)}Si(s)​MgF2(s)\text{MgF}_{2(s)}MgF2(s)​
סוג החלקיקים בחומר
סוג הקשרים בין החלקיקים

(ii)

רשום נוסחאות ייצוג אלקטרוניות של החלקיקים שהתרכובת CaO(s)\text{CaO}_{(s)}CaO(s)​ מורכבת מהם.

(iii)

טמפרטורת ההיתוך של MgF2(s)\text{MgF}_{2(s)}MgF2(s)​ היא 1263∘C1263^{\circ}\text{C}1263∘C.
קבע לאיזו מן התרכובות, MgF2(s)\text{MgF}_{2(s)}MgF2(s)​ או מגנזיום חמצני, MgO(s)\text{MgO}_{(s)}MgO(s)​, טמפרטורת היתוך גבוהה יותר.
נמק את קביעתך.

ב.

בחלק מן הלוחות הסולאריים (לוחות "שכבה דקה") יש שכבה שקופה מוליכה של אבץ חמצני, ZnO(s)\text{ZnO}_{(s)}ZnO(s)​.
האיזוטופ השכיח של אבץ הוא 3064Zn^{64}_{30}\text{Zn}3064​Zn.
מהו מספר הפרוטונים, מספר הנויטרונים ומספר האלקטרונים בחלקיקי האבץ בתרכובת 64ZnO(s)^{64}\text{ZnO}_{(s)}64ZnO(s)​ ?

ג.

מסגרת הלוח הסולארי עשויה אלומיניום, Al(s)\text{Al}_{(s)}Al(s)​.

(i)

אנרגיית היינון הראשונה של אלומיניום, Al , היא 578 kJmol578\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}578 molkJ​ .
אנרגיית היינון הראשונה של צורן, Si , היא 787 kJmol787\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}787 molkJ​ .
ציין את הגורם לכך שאנרגיית היינון הראשונה של צורן, Si , גבוהה מאנרגיית היינון הראשונה של אלומיניום, Al .

(ii)

גרמניום, Ge , משמש בחלק מן התאים הסולאריים המתקדמים.
לפניך שני ערכים של אנרגיית יינון: 762 kJmol762\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}762 molkJ​ ו־ 1000 kJmol1000\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}1000 molkJ​ .
מהו הערך המתאים עבור אנרגיית היינון הראשונה של גרמניום, Ge ? ציין את הגורם המשפיע.

ד.

המגעים החשמליים על פני התאים מודפסים ממשחה המכילה כסף, Ag(s)\text{Ag}_{(s)}Ag(s)​.

(i)

כתוב שלושה מאפיינים של המבנה המיקרוסקופי של כסף, Ag(s)\text{Ag}_{(s)}Ag(s)​.

(ii)

כסף מוליך זרם חשמלי. הסבר מדוע.

◂ פתרון מלא לשאלה 10

סעיף א

(i)

תשובה:

Si\text{Si}Si: אטומי Si, קשרים קוולנטיים (סריג אטומרי). MgF2\text{MgF}_2MgF2​: יוני Mg2+\text{Mg}^{2+}Mg2+ ויוני F−\text{F}^{-}F−, קשרים יוניים (סריג יוני).

Si(s)\text{Si}_{(s)}Si(s)​MgF2(s)\text{MgF}_{2(s)}MgF2(s)​
סוג החלקיקים בחומראטומים (אטומי Si)יונים: יוני Mg2+\text{Mg}^{2+}Mg2+ ויוני F−\text{F}^{-}F−
סוג הקשרים בין החלקיקיםקשרים קוולנטיים (סריג אטומרי – רשת ענקית של אטומים הקשורים בקשרים קוולנטיים)קשרים יוניים (משיכה חשמלית בין היונים החיוביים ליונים השליליים בסריג יוני)
הסבר: צורן הוא יסוד אל־מתכתי שבו כל אטום Si קשור בקשרים קוולנטיים לארבעה אטומי Si אחרים – חומר אטומרי. מגנזיום הוא מתכת ופלואור אל־מתכת; אטום Mg מוסר שני אלקטרונים וכל אטום F קולט אלקטרון אחד, ולכן MgF2\text{MgF}_2MgF2​ הוא תרכובת יונית.

	$\text{Si}_{(s)}$	$\text{MgF}_{2(s)}$
סוג החלקיקים בחומר	אטומים (אטומי Si)	יונים: יוני $\text{Mg}^{2+}$ ויוני $\text{F}^{-}$
סוג הקשרים בין החלקיקים	קשרים קוולנטיים (סריג אטומרי – רשת ענקית של אטומים הקשורים בקשרים קוולנטיים)	קשרים יוניים (משיכה חשמלית בין היונים החיוביים ליונים השליליים בסריג יוני)

(ii)

תשובה:

יון סידן [Ca]2+[\text{Ca}]^{2+}[Ca]2+ (ללא אלקטרוני ערכיות) ויון חמצן [:O¨:]2−[:\ddot{\text{O}}:]^{2-}[:O¨:]2− עם 8 אלקטרונים (4 זוגות) סביבו.

CaO\text{CaO}CaO היא תרכובת יונית הבנויה מיוני Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+ ומיוני O2−\text{O}^{2-}O2−.
- יון סידן: לאטום Ca (מספר אטומי 20, הערכה אלקטרונית 2,8,8,2) יש 2 אלקטרוני ערכיות. הוא מוסר אותם ונוצר יון Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+ (2,8,8). בנוסחת ייצוג אלקטרונית: [Ca]2+[\text{Ca}]^{2+}[Ca]2+ – הסמל בתוך סוגריים מרובעים, ללא נקודות, והמטען 2+2+2+.
- יון חמצן: לאטום O (2,6) יש 6 אלקטרוני ערכיות. הוא קולט 2 אלקטרונים ונוצר יון O2−\text{O}^{2-}O2− (2,8). בנוסחת ייצוג אלקטרונית: הסמל O מוקף ב־8 אלקטרונים (4 זוגות – למעלה, למטה, מימין ומשמאל), בתוך סוגריים מרובעים, והמטען 2−2-2−: [:O¨:]2−[:\ddot{\text{O}}:]^{2-}[:O¨:]2−.
טעות נפוצה: לרשום קשר (קו) בין Ca ל־O, או לשכוח את הסוגריים והמטענים – בחומר יוני אין זוג אלקטרונים משותף.

(iii)

תשובה:

ל־MgO(s)\text{MgO}_{(s)}MgO(s)​ – מטען יון O2−\text{O}^{2-}O2− גדול ממטען יון F−\text{F}^{-}F− (וגודלם דומה), ולכן הקשר היוני ב־MgO חזק יותר.

טמפרטורת ההיתוך של MgO(s)\text{MgO}_{(s)}MgO(s)​ גבוהה יותר.
בשתי התרכובות היון החיובי זהה – Mg2+\text{Mg}^{2+}Mg2+. ההבדל הוא ביון השלילי:
•ל־O2−\text{O}^{2-}O2− מטען 2−2-2−, ול־F−\text{F}^{-}F− מטען 1−1-1−.
•לשני היונים אותה הערכה אלקטרונית (2,8) – שתי רמות מאוכלסות, ולכן גודלם דומה.
לפי חוק קולון, ככל שמטעני היונים גדולים יותר (והמרחק ביניהם דומה), המשיכה החשמלית בין היונים בסריג חזקה יותר. לכן הקשר היוני בין Mg2+\text{Mg}^{2+}Mg2+ ל־O2−\text{O}^{2-}O2− חזק יותר מהקשר בין Mg2+\text{Mg}^{2+}Mg2+ ל־F−\text{F}^{-}F−, ודרושה אנרגייה רבה יותר כדי לפרק את הסריג – טמפרטורת ההיתוך גבוהה יותר.
(טמפרטורת ההיתוך של MgO היא כ־2850∘C2850^{\circ}\text{C}2850∘C.)

סעיף ב

תשובה:

30 פרוטונים, 34 נויטרונים, 28 אלקטרונים (יון Zn2+\text{Zn}^{2+}Zn2+).

בתרכובת היונית ZnO\text{ZnO}ZnO האבץ נמצא כיון Zn2+\text{Zn}^{2+}Zn2+ (המטען של יון החמצן הוא 2−2-2−, והתרכובת ניטרלית).
- פרוטונים: המספר האטומי הוא 30 ← 30 פרוטונים.
- נויטרונים: מספר המסה פחות המספר האטומי: 64−30=64-30=64−30= 34 נויטרונים.
- אלקטרונים: באטום ניטרלי 30 אלקטרונים; היון Zn2+\text{Zn}^{2+}Zn2+ נוצר כשהאטום מוסר 2 אלקטרונים: 30−2=30-2=30−2= 28 אלקטרונים.
טעות נפוצה: לרשום 30 אלקטרונים – כמו באטום ניטרלי – ולא להתחשב בכך שבתרכובת יונית האבץ הוא יון חיובי.

סעיף ג

(i)

תשובה:

המטען הגרעיני של Si גדול יותר (14 פרוטונים לעומת 13), ושני האטומים באותו מחזור (3 רמות אנרגייה מאוכלסות).

הגורם: מטען גרעיני גדול יותר של Si.
Al (13Al_{13}\text{Al}13​Al: 2,8,3) ו־Si (14Si_{14}\text{Si}14​Si: 2,8,4) נמצאים באותו מחזור (שורה 3) – לשניהם 3 רמות אנרגייה מאוכלסות. לצורן 14 פרוטונים לעומת 13 באלומיניום, כלומר המטען הגרעיני שלו גדול יותר. לכן המשיכה בין הגרעין לאלקטרוני הערכיות חזקה יותר, ודרושה אנרגייה רבה יותר כדי להרחיק אלקטרון מאטום Si.

(ii)

תשובה:

762 kJ/mol762\ \text{kJ/mol}762 kJ/mol – ל־Ge יש רמת אנרגייה מאוכלסת נוספת (4 רמות) לעומת Si.

הערך המתאים: 762 kJmol762\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}762 molkJ​.
Ge (32Ge_{32}\text{Ge}32​Ge) נמצא באותו טור כמו Si, שורה אחת מתחתיו. הגורם המשפיע: מספר רמות האנרגייה המאוכלסות – לאטום Ge יש 4 רמות מאוכלסות לעומת 3 ב־Si, ולכן אלקטרוני הערכיות שלו רחוקים יותר מהגרעין ונמשכים אליו פחות. לכן אנרגיית היינון הראשונה של Ge נמוכה מזו של Si (787 kJmol787\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}787 molkJ​), והערך 1000 kJmol1000\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}1000 molkJ​ – הגבוה מזה של Si – אינו מתאים.

סעיף ד

(i)

תשובה:

1. יונים חיוביים מסודרים בסריג. 2. אלקטרוני ערכיות שאינם מאותרים (ים אלקטרונים). 3. קשר מתכתי – משיכה חשמלית בין היונים החיוביים לים האלקטרונים.

כסף הוא מתכת, והמבנה המיקרוסקופי שלו מתואר במודל הסריג המתכתי:
יונים חיוביים של כסף (אטומים שמסרו את אלקטרוני הערכיות) מסודרים בסדר קבוע וחוזר – סריג.
אלקטרוני הערכיות אינם מאותרים – הם אינם שייכים לאטום מסוים, ונעים בחופשיות בין היונים ("ים של אלקטרונים").
הקשר המתכתי הוא המשיכה החשמלית בין היונים החיוביים לבין ים האלקטרונים השליליים, והוא מחזיק את הסריג.

(ii)

תשובה:

בסריג המתכתי יש אלקטרונים שאינם מאותרים – נושאי מטען חשמלי ניידים.

זרם חשמלי הוא תנועה של חלקיקים טעונים. בסריג המתכתי של כסף אלקטרוני הערכיות אינם מאותרים ויכולים לנוע בחופשיות בכל הסריג. כאשר מחברים את המתכת למקור מתח, האלקטרונים הניידים נעים בכיוון מסוים – ולכן כסף מוליך זרם חשמלי.

שאלה 11 · מימן על־חמצני – חמצון-חיזור וחישובים

שאלה פתוחה25 נקודות

חמצון-חיזור וסטויכיומטריה
מימן על־חמצני, H2O2\text{H}_2\text{O}_2H2​O2​, משמש בתמיסה מימית (״מי חמצן״) לחיטוי ולהלבנה.
תמיסת H2O2(aq)\text{H}_2\text{O}_{2(aq)}H2​O2(aq)​ מתפרקת לאט, ובנוכחות זרז – מהר יותר. לפניך תגובה (1) המתארת את התפרקותו:
(1)2H2O2(aq)→2H2O(ℓ)+O2(g)(1)\quad 2\text{H}_2\text{O}_{2(aq)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(\ell)} + \text{O}_{2(g)}(1)2H2​O2(aq)​→2H2​O(ℓ)​+O2(g)​

א.

(i)

קבע אם H2O2(aq)\text{H}_2\text{O}_{2(aq)}H2​O2(aq)​ מגיב בתגובה (1) רק כמחמצן, רק כמחזר או גם כמחמצן וגם כמחזר. נמק את קביעתך.

(ii)

לתמיסה של H2O2(aq)\text{H}_2\text{O}_{2(aq)}H2​O2(aq)​ הכניסו חומר מחמצן. התרחשה תגובה.
קבע איזה מן החומרים נוצר מ־H2O2\text{H}_2\text{O}_2H2​O2​ בתגובה זו: O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ או H2O(ℓ)\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}H2​O(ℓ)​. נמק את קביעתך.

ב.

לפניך תגובה (2) בין H2O2(aq)\text{H}_2\text{O}_{2(aq)}H2​O2(aq)​ לבין יוני פרמנגנט, MnO4(aq)−\text{MnO}^{-}_{4(aq)}MnO4(aq)−​, בתמיסה חומצית:
(2)5H2O2(aq)+2MnO4(aq)−+6H3O(aq)+→2Mn(aq)2++5O2(g)+14H2O(ℓ)(2)\quad 5\text{H}_2\text{O}_{2(aq)} + 2\text{MnO}^{-}_{4(aq)} + 6\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} \rightarrow 2\text{Mn}^{2+}_{(aq)} + 5\text{O}_{2(g)} + 14\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}(2)5H2​O2(aq)​+2MnO4(aq)−​+6H3​O(aq)+​→2Mn(aq)2+​+5O2(g)​+14H2​O(ℓ)​

(i)

כמה מול אלקטרונים עברו בתגובה שבה נוצר 1 מול יוני Mn(aq)2+\text{Mn}^{2+}_{(aq)}Mn(aq)2+​? נמק.

(ii)

יוני Mn(aq)2+\text{Mn}^{2+}_{(aq)}Mn(aq)2+​ נמצאים לעיתים במי בארות. בדגימה של מי באר מסוימת נמצא ריכוז של 0.050 מיליגרם יוני Mn2+\text{Mn}^{2+}Mn2+ בליטר מים.
נתון: 1 מיליגרם =1×10−3= 1\times 10^{-3}=1×10−3 גרם.
מהו מספר יוני Mn(aq)2+\text{Mn}^{2+}_{(aq)}Mn(aq)2+​ בבקבוק המכיל 1.5 ליטר ממי באר זו? פרט את חישוביך.
נתון: במול אחד של חלקיקים יש 6.02×10236.02\times 10^{23}6.02×1023 חלקיקים.

ג.

תערובת של H2O2\text{H}_2\text{O}_2H2​O2​ מרוכז והידרזין, N2H4(ℓ)\text{N}_2\text{H}_{4(\ell)}N2​H4(ℓ)​, שימשה כדלק רקטות. מתרחשת תגובה (3):
(3)2H2O2(ℓ)+N2H4(ℓ)→N2(g)+4H2O(g)(3)\quad 2\text{H}_2\text{O}_{2(\ell)} + \text{N}_2\text{H}_{4(\ell)} \rightarrow \text{N}_{2(g)} + 4\text{H}_2\text{O}_{(g)}(3)2H2​O2(ℓ)​+N2​H4(ℓ)​→N2(g)​+4H2​O(g)​

(i)

קבע אם בתגובה (3), N2H4(ℓ)\text{N}_2\text{H}_{4(\ell)}N2​H4(ℓ)​ מגיב כמחמצן בלבד, כמחזר בלבד או גם כמחמצן וגם כמחזר.

(ii)

בניסוי הגיבו 6.8 ק"ג H2O2(ℓ)\text{H}_2\text{O}_{2(\ell)}H2​O2(ℓ)​ עם 4.0 ק"ג N2H4(ℓ)\text{N}_2\text{H}_{4(\ell)}N2​H4(ℓ)​.
קבע מהו המגיב המגביל, וחשב כמה קילוגרם מים נוצרים. פרט את חישוביך.

(iii)

מהו נפח גז החנקן, N2(g)\text{N}_{2(g)}N2(g)​, הנוצר בתגובה שבתת־סעיף ii, בטמפרטורה של 127∘C127^{\circ}\text{C}127∘C ובלחץ של 2.0 אטמוספרות?
פרט את חישוביך.
נתון: R=0.082 atm⋅Lmol⋅KR = 0.082\ \frac{\text{atm}\cdot\text{L}}{\text{mol}\cdot\text{K}}R=0.082 mol⋅Katm⋅L​.

◂ פתרון מלא לשאלה 11

סעיף א

(i)

תשובה:

גם כמחמצן וגם כמחזר.

H2O2\text{H}_2\text{O}_2H2​O2​ מגיב גם כמחמצן וגם כמחזר.
דרגות החמצון של החמצן:
•ב־H2O2\text{H}_2\text{O}_2H2​O2​: H הוא +1+1+1, לכן 2(+1)+2x=0⇒x=−12(+1) + 2x = 0 \Rightarrow x = -12(+1)+2x=0⇒x=−1.
•ב־H2O\text{H}_2\text{O}H2​O: 2(+1)+x=0⇒x=−22(+1) + x = 0 \Rightarrow x = -22(+1)+x=0⇒x=−2.
•ב־O2\text{O}_2O2​ (יסוד): 0.
חלק מאטומי החמצן עולים בדרגת החמצון מ־−1-1−1 ל־0 (מוסרים אלקטרונים – מתחמצנים), ולכן H2O2\text{H}_2\text{O}_2H2​O2​ משמש כמחזר; חלק אחר יורדים מ־−1-1−1 ל־−2-2−2 (מקבלים אלקטרונים – מתחזרים), ולכן H2O2\text{H}_2\text{O}_2H2​O2​ משמש גם כמחמצן. דרגת החמצון של המימן (+1+1+1) אינה משתנה.

(ii)

תשובה:

O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​.

נוצר O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​.
המחמצן מקבל אלקטרונים, ולכן H2O2\text{H}_2\text{O}_2H2​O2​ מוסר אלקטרונים ומשמש כמחזר – דרגת החמצון של החמצן ב־H2O2\text{H}_2\text{O}_2H2​O2​ עולה.
דרגת החמצון של O ב־H2O2\text{H}_2\text{O}_2H2​O2​ היא −1-1−1; ב־O2\text{O}_2O2​ היא 0 (עלייה – חמצון); ב־H2O\text{H}_2\text{O}H2​O היא −2-2−2 (ירידה – חיזור).
רק המעבר ל־O2\text{O}_2O2​ מתאים לחמצון, ולכן נוצר גז חמצן.

סעיף ב

(i)

תשובה:

5 מול אלקטרונים.

דרגת החמצון של Mn ב־MnO4−\text{MnO}_4^{-}MnO4−​: x+4(−2)=−1⇒x=+7x + 4(-2) = -1 \Rightarrow x = +7x+4(−2)=−1⇒x=+7; ב־Mn2+\text{Mn}^{2+}Mn2+: +2+2+2.
•חיזור: כל אטום Mn יורד מ־+7+7+7 ל־+2+2+2 – מקבל 7−2=57 - 2 = 57−2=5 אלקטרונים. על כל 1 מול Mn2+\text{Mn}^{2+}Mn2+ שנוצר עוברים 5 מול אלקטרונים.
•בדיקה (חמצון): ב־5 מול H2O2\text{H}_2\text{O}_2H2​O2​ יש 10 מול אטומי O שעולים מ־−1-1−1 ל־0, כלומר נמסרים 10 מול אלקטרונים, ונוצרים 2 מול Mn2+\text{Mn}^{2+}Mn2+: 10 mol2=5\frac{10\ \text{mol}}{2} = 5210 mol​=5 מול אלקטרונים לכל מול Mn2+\text{Mn}^{2+}Mn2+.
מספר האלקטרונים שנמסרו שווה למספר שהתקבלו: עברו 5 מול אלקטרונים.

(ii)

תשובה:

8.22⋅10178.22\cdot 10^{17}8.22⋅1017 יונים

מסת היונים בבקבוק:
m=0.050 mgL⋅1.5 L=0.075 mg=7.5⋅10−5 gm = 0.050\ \frac{\text{mg}}{\text{L}}\cdot 1.5\ \text{L} = 0.075\ \text{mg} = 7.5\cdot 10^{-5}\ \text{g}m=0.050 Lmg​⋅1.5 L=0.075 mg=7.5⋅10−5 g
מסה מולרית: MMn2+=54.9 g/molM_{\text{Mn}^{2+}} = 54.9\ \text{g/mol}MMn2+​=54.9 g/mol (מסת האלקטרונים זניחה).
n=mM=7.5⋅10−5 g54.9 g/mol=1.37⋅10−6 moln = \frac{m}{M} = \frac{7.5\cdot 10^{-5}\ \text{g}}{54.9\ \text{g/mol}} = 1.37\cdot 10^{-6}\ \text{mol}n=Mm​=54.9 g/mol7.5⋅10−5 g​=1.37⋅10−6 mol
N=n⋅NA=1.37⋅10−6 mol⋅6.02⋅1023 יוניםmol=8.22⋅1017 יוניםN = n\cdot N_A = 1.37\cdot 10^{-6}\ \text{mol}\cdot 6.02\cdot 10^{23}\ \frac{\text{יונים}}{\text{mol}} = 8.22\cdot 10^{17}\ \text{יונים}N=n⋅NA​=1.37⋅10−6 mol⋅6.02⋅1023 molיונים​=8.22⋅1017 יונים
בבקבוק יש 8.22⋅10178.22\cdot 10^{17}8.22⋅1017 יוני Mn2+\text{Mn}^{2+}Mn2+.

סעיף ג

(i)

תשובה:

כמחזר בלבד.

כמחזר בלבד.
דרגת החמצון של N ב־N2H4\text{N}_2\text{H}_4N2​H4​: 2x+4(+1)=0⇒x=−22x + 4(+1) = 0 \Rightarrow x = -22x+4(+1)=0⇒x=−2.
•שני אטומי N עוברים ל־N2\text{N}_2N2​ (דרגת חמצון 0): עלייה מ־−2-2−2 ל־0 – חמצון.
•דרגת החמצון של המימן (+1+1+1) אינה משתנה (גם ב־H2O\text{H}_2\text{O}H2​O היא +1+1+1).
אין אף אטום ב־N2H4\text{N}_2\text{H}_4N2​H4​ שדרגת החמצון שלו יורדת, ולכן N2H4\text{N}_2\text{H}_4N2​H4​ מגיב כמחזר בלבד (המחמצן הוא H2O2\text{H}_2\text{O}_2H2​O2​, שבו O יורד מ־−1-1−1 ל־−2-2−2).

(ii)

תשובה:

המגיב המגביל: H2O2\text{H}_2\text{O}_2H2​O2​; נוצרים 7.2 ק"ג מים.

מסות מולריות: MH2O2=2⋅1.0+2⋅16.0=34.0 g/molM_{\text{H}_2\text{O}_2} = 2\cdot 1.0 + 2\cdot 16.0 = 34.0\ \text{g/mol}MH2​O2​​=2⋅1.0+2⋅16.0=34.0 g/mol; MN2H4=2⋅14.0+4⋅1.0=32.0 g/molM_{\text{N}_2\text{H}_4} = 2\cdot 14.0 + 4\cdot 1.0 = 32.0\ \text{g/mol}MN2​H4​​=2⋅14.0+4⋅1.0=32.0 g/mol.
nH2O2=mM=6.8⋅103 g34.0 g/mol=200 moln_{\text{H}_2\text{O}_2} = \frac{m}{M} = \frac{6.8\cdot 10^{3}\ \text{g}}{34.0\ \text{g/mol}} = 200\ \text{mol}nH2​O2​​=Mm​=34.0 g/mol6.8⋅103 g​=200 mol
nN2H4=4.0⋅103 g32.0 g/mol=125 moln_{\text{N}_2\text{H}_4} = \frac{4.0\cdot 10^{3}\ \text{g}}{32.0\ \text{g/mol}} = 125\ \text{mol}nN2​H4​​=32.0 g/mol4.0⋅103 g​=125 mol
המגיב המגביל: לפי תגובה (3) היחס הוא H2O2:N2H4=2:1\text{H}_2\text{O}_2 : \text{N}_2\text{H}_4 = 2 : 1H2​O2​:N2​H4​=2:1. כדי שיגיבו 125 מול N2H4\text{N}_2\text{H}_4N2​H4​ דרושים 2⋅125 mol=250 mol2\cdot 125\ \text{mol} = 250\ \text{mol}2⋅125 mol=250 mol H2O2\text{H}_2\text{O}_2H2​O2​, אך יש רק 200 מול. לכן H2O2\text{H}_2\text{O}_2H2​O2​ הוא המגיב המגביל (נשארים 125−100=25125 - 100 = 25125−100=25 מול N2H4\text{N}_2\text{H}_4N2​H4​ בעודף).
כמות המים מחושבת לפי המגיב המגביל: H2O2:H2O=2:4=1:2\text{H}_2\text{O}_2 : \text{H}_2\text{O} = 2 : 4 = 1 : 2H2​O2​:H2​O=2:4=1:2
nH2O=2⋅200 mol=400 moln_{\text{H}_2\text{O}} = 2\cdot 200\ \text{mol} = 400\ \text{mol}nH2​O​=2⋅200 mol=400 mol
MH2O=18.0 g/molM_{\text{H}_2\text{O}} = 18.0\ \text{g/mol}MH2​O​=18.0 g/mol
m=n⋅M=400 mol⋅18.0 g/mol=7.2⋅103 g=7.2 kgm = n\cdot M = 400\ \text{mol}\cdot 18.0\ \text{g/mol} = 7.2\cdot 10^{3}\ \text{g} = 7.2\ \text{kg}m=n⋅M=400 mol⋅18.0 g/mol=7.2⋅103 g=7.2 kg
טעות נפוצה: לחשב לפי N2H4\text{N}_2\text{H}_4N2​H4​ (המגיב שמסתו קטנה יותר) – יש להשוות את יחס המולים, לא את המסות.

(iii)

תשובה:

1.64⋅1031.64\cdot 10^{3}1.64⋅103 ליטר

לפי המגיב המגביל: H2O2:N2=2:1\text{H}_2\text{O}_2 : \text{N}_2 = 2 : 1H2​O2​:N2​=2:1
nN2=200 mol2=100 moln_{\text{N}_2} = \frac{200\ \text{mol}}{2} = 100\ \text{mol}nN2​​=2200 mol​=100 mol
המרת טמפרטורה: T=127+273=400 KT = 127 + 273 = 400\ \text{K}T=127+273=400 K.
לפי משוואת הגזים PV=nRTPV = nRTPV=nRT:
V=nRTP=100 mol⋅0.082 atm⋅Lmol⋅K⋅400 K2.0 atm=1640 LV = \frac{nRT}{P} = \frac{100\ \text{mol}\cdot 0.082\ \frac{\text{atm}\cdot\text{L}}{\text{mol}\cdot\text{K}}\cdot 400\ \text{K}}{2.0\ \text{atm}} = 1640\ \text{L}V=PnRT​=2.0 atm100 mol⋅0.082 mol⋅Katm⋅L​⋅400 K​=1640 L
נוצרים 1.64⋅1031.64\cdot 10^{3}1.64⋅103 ליטר גז חנקן.
טעות נפוצה: להציב את הטמפרטורה במעלות צלזיוס במקום בקלווין.

שאלה 12 · נתרן כלורטי – חמצון-חיזור, חוק הס וחישובים

שאלה פתוחה25 נקודות

חמצון-חיזור, חישובים, אנרגייה
ענה על הסעיפים א, ב, ד, ו, ז, ועל אחד מן הסעיפים ג או ה.
השאלה עוסקת בתרכובת היונית נתרן כלורטי, NaClO3(s)\text{NaClO}_{3(s)}NaClO3(s)​ , הבנויה מיוני נתרן, Na+\text{Na}^{+}Na+ , ומיוני כלורט, ClO3−\text{ClO}_3^{-}ClO3−​ .
במחוללי חמצן כימיים, למשל במטוסים, נתרן כלורטי מתפרק בחימום ומשחרר גז חמצן לנשימה.
נתונה תגובת הפירוק של נתרן כלורטי, NaClO3(s)\text{NaClO}_{3(s)}NaClO3(s)​ :
(1)2NaClO3(s)⟶2NaCl(s)+3O2(g)(1)\quad 2\text{NaClO}_{3(s)}\longrightarrow 2\text{NaCl}_{(s)}+3\text{O}_{2(g)}(1)2NaClO3(s)​⟶2NaCl(s)​+3O2(g)​

א.

קבע אם תגובה (1) היא תגובת חמצון-חיזור. נמק את קביעתך.

ב.

בניסוי חיממו 10.65 גרם נתרן כלורטי טהור בכלי פתוח, ומדדו את מסת המוצק שבכלי במהלך הזמן.
הגרף שלפניך מתאר את תוצאות המדידה.
הסבר מדוע מסת המוצק בכלי ירדה במהלך החימום, ומדוע החל מן הדקה ה־ 8 בקירוב היא אינה משתנה.

ג.

סעיף ג הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ה.
להלן נתוני ΔH0\Delta H^0ΔH0 לתגובות (2) ו־ (3) .
(2)Na(s)+12Cl2(g)+112O2(g)⟶NaClO3(s)ΔH20=−365.8 kJ(2)\quad \text{Na}_{(s)}+\tfrac{1}{2}\text{Cl}_{2(g)}+1\tfrac{1}{2}\text{O}_{2(g)}\longrightarrow\text{NaClO}_{3(s)}\qquad \Delta H_2^0=-365.8\ \text{kJ}(2)Na(s)​+21​Cl2(g)​+121​O2(g)​⟶NaClO3(s)​ΔH20​=−365.8 kJ
(3)Na(s)+12Cl2(g)⟶NaCl(s)ΔH30=−411.2 kJ(3)\quad \text{Na}_{(s)}+\tfrac{1}{2}\text{Cl}_{2(g)}\longrightarrow\text{NaCl}_{(s)}\qquad \Delta H_3^0=-411.2\ \text{kJ}(3)Na(s)​+21​Cl2(g)​⟶NaCl(s)​ΔH30​=−411.2 kJ
חשב את ΔH10\Delta H_1^0ΔH10​ עבור תגובה (1) , שהיא תגובת הפירוק של נתרן כלורטי.

ד.

תרכובות כלור נוספות הן כלור דו־חמצני, ClO2(g)\text{ClO}_{2(g)}ClO2(g)​ , ודי־כלור חד־חמצני, Cl2O(g)\text{Cl}_2\text{O}_{(g)}Cl2​O(g)​ .
חשב את דרגות החמצון של אטומי הכלור ביוני הכלורט שב־ NaClO3(s)\text{NaClO}_{3(s)}NaClO3(s)​ , ביוני הכלוריד שב־ NaCl(s)\text{NaCl}_{(s)}NaCl(s)​ , ובשתי תרכובות הכלור הנתונות.

ה.

סעיף ה הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ג.
בתעשייה מייצרים נתרן כלורטי מתמיסה של נתרן כלורי, NaCl(aq)\text{NaCl}_{(aq)}NaCl(aq)​ , בתהליך אלקטרוליזה.
ניסוח התגובה הכוללת הוא:
(4)NaCl(aq)+3H2O(l)⟶NaClO3(aq)+3H2(g)(4)\quad \text{NaCl}_{(aq)}+3\text{H}_2\text{O}_{(l)}\longrightarrow\text{NaClO}_{3(aq)}+3\text{H}_{2(g)}(4)NaCl(aq)​+3H2​O(l)​⟶NaClO3(aq)​+3H2(g)​
חשב את מסת הנתרן הכלורי, NaCl\text{NaCl}NaCl , שנדרשת להכנת 1.0 ק"ג נתרן כלורטי, NaClO3\text{NaClO}_{3}NaClO3​ , על פי תגובה (4) .
נתון: 1 ק"ג = 1000 גרם.

ו.

נתרן כלורטי משמש בתעשיית הנייר, ומשתמשים בו בתמיסה מימית.
רשום ניסוח לתגובת ההמסה של נתרן כלורטי, NaClO3(s)\text{NaClO}_{3(s)}NaClO3(s)​ , במים.

ז.

במפעל מסוים יש תמיסה של נתרן כלורטי בריכוז 2.5M , אך לתהליך נדרשת תמיסה בריכוז 3.0M .
איזו מן הפעולות a-c שלפניך יש לבצע בתמיסה שבמפעל כדי שתתאים לתהליך?
הסבר את בחירתך.
a. הקטנת נפח התמיסה על ידי אידוי מים.
b. הגדלת נפח התמיסה על ידי הוספת מים.
c. שפיכת מחצית מנפח התמיסה.

◂ פתרון מלא לשאלה 12

סעיף א

תשובה:

כן – דרגת החמצון של הכלור יורדת (מ־+5 ל־−1) ודרגת החמצון של החמצן עולה (מ־−2 ל־0).

תגובה (1) היא תגובת חמצון-חיזור, כי דרגות החמצון של אטומים משתנות בה.
- נתרן: ב־NaClO3\text{NaClO}_3NaClO3​ וב־NaCl\text{NaCl}NaCl – +1+1+1 (לא משתנה).
- כלור: ביון הכלורט, ClO3−\text{ClO}_3^-ClO3−​: x+3⋅(−2)=−1⇒x=+5x+3\cdot(-2)=-1\Rightarrow x=+5x+3⋅(−2)=−1⇒x=+5. ביון הכלוריד, Cl−\text{Cl}^-Cl−, ב־NaCl\text{NaCl}NaCl: −1-1−1. דרגת החמצון יורדת – הכלור עובר חיזור (יון הכלורט הוא המחמצן).
- חמצן: ביון הכלורט −2-2−2, ב־O2\text{O}_2O2​ (יסוד) 000. דרגת החמצון עולה – החמצן עובר חמצון (יון הכלורט הוא גם המחזר).
מכיוון שיש בתגובה אטומים שדרגת החמצון שלהם עולה ואטומים שדרגת החמצון שלהם יורדת, זוהי תגובת חמצון-חיזור.

סעיף ב

תשובה:

המסה יורדת כי אחד התוצרים, O2\text{O}_2O2​, הוא גז שעוזב את הכלי הפתוח; המוצק שנשאר הוא NaCl\text{NaCl}NaCl. מן הדקה ה־8 כל הנתרן הכלורטי התפרק, ולכן המסה קבועה (5.85 g של NaCl\text{NaCl}NaCl).

- ירידת המסה: לפי תגובה (1), במקום המוצק NaClO3\text{NaClO}_3NaClO3​ נוצרים מוצק NaCl\text{NaCl}NaCl וגז O2\text{O}_2O2​. הגז יוצא מן הכלי הפתוח, ולכן מסת המוצק שבכלי קטנה בהדרגה.
- מסה קבועה: החל מן הדקה ה־8 בקירוב כל הנתרן הכלורטי התפרק. התגובה הסתיימה, לא נוצר עוד גז, ובכלי נשאר רק NaCl\text{NaCl}NaCl, שאינו מתפרק – לכן המסה אינה משתנה.
בדיקה בחישוב: MNaClO3=23.0+35.5+3⋅16.0=106.5 gmolM_{\text{NaClO}_3}=23.0+35.5+3\cdot16.0=106.5\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}MNaClO3​​=23.0+35.5+3⋅16.0=106.5 molg​, ולכן
nNaClO3=10.65 g106.5 gmol=0.100 moln_{\text{NaClO}_3}=\frac{10.65\ \text{g}}{106.5\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}}=0.100\ \text{mol}nNaClO3​​=106.5 molg​10.65 g​=0.100 mol
לפי יחס 2:22:22:2 נוצרים 0.100 mol0.100\ \text{mol}0.100 mol NaCl\text{NaCl}NaCl (M=58.5 gmolM=58.5\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M=58.5 molg​):
mNaCl=0.100 mol⋅58.5 gmol=5.85 gm_{\text{NaCl}}=0.100\ \text{mol}\cdot58.5\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}=5.85\ \text{g}mNaCl​=0.100 mol⋅58.5 molg​=5.85 g
זהו בדיוק ערך המסה הקבועה בגרף. ההפרש, 10.65 g−5.85 g=4.80 g10.65\ \text{g}-5.85\ \text{g}=4.80\ \text{g}10.65 g−5.85 g=4.80 g, הוא מסת החמצן שיצא (0.150 mol⋅32.0 gmol=4.80 g0.150\ \text{mol}\cdot32.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}=4.80\ \text{g}0.150 mol⋅32.0 molg​=4.80 g), בהתאם לחוק שימור המסה.

סעיף ג

תשובה:

ΔH10=−90.8 kJ\Delta H_1^0=-90.8\ \text{kJ}ΔH10​=−90.8 kJ

לפי חוק הס, נצרף את התגובות הנתונות כך שנקבל את תגובה (1):
- תגובה (2) הפוכה ומוכפלת ב־2 (כדי לקבל 2NaClO32\text{NaClO}_32NaClO3​ במגיבים):
2NaClO3(s)→2Na(s)+Cl2(g)+3O2(g)ΔH=−2⋅(−365.8 kJ)=+731.6 kJ2\text{NaClO}_{3(s)}\rightarrow2\text{Na}_{(s)}+\text{Cl}_{2(g)}+3\text{O}_{2(g)}\qquad \Delta H=-2\cdot(-365.8\ \text{kJ})=+731.6\ \text{kJ}2NaClO3(s)​→2Na(s)​+Cl2(g)​+3O2(g)​ΔH=−2⋅(−365.8 kJ)=+731.6 kJ
- תגובה (3) מוכפלת ב־2 (כדי לקבל 2NaCl2\text{NaCl}2NaCl בתוצרים):
2Na(s)+Cl2(g)→2NaCl(s)ΔH=2⋅(−411.2 kJ)=−822.4 kJ2\text{Na}_{(s)}+\text{Cl}_{2(g)}\rightarrow2\text{NaCl}_{(s)}\qquad \Delta H=2\cdot(-411.2\ \text{kJ})=-822.4\ \text{kJ}2Na(s)​+Cl2(g)​→2NaCl(s)​ΔH=2⋅(−411.2 kJ)=−822.4 kJ
בחיבור שתי התגובות 2Na2\text{Na}2Na ו־Cl2\text{Cl}_2Cl2​ מצטמצמים, ומתקבלת תגובה (1):
ΔH10=+731.6 kJ+(−822.4 kJ)=−90.8 kJ\Delta H_1^0=+731.6\ \text{kJ}+(-822.4\ \text{kJ})=-90.8\ \text{kJ}ΔH10​=+731.6 kJ+(−822.4 kJ)=−90.8 kJ
תשובה: ΔH10=−90.8 kJ\Delta H_1^0=-90.8\ \text{kJ}ΔH10​=−90.8 kJ (התגובה אקסותרמית).
טעות נפוצה: לשכוח להפוך את הסימן של ΔH20\Delta H_2^0ΔH20​ כאשר הופכים את תגובה (2), או לשכוח להכפיל ב־2.

סעיף ד

תשובה:

ClO3−\text{ClO}_3^-ClO3−​: +5; Cl−\text{Cl}^-Cl−: −1; ClO2\text{ClO}_2ClO2​: +4; Cl2O\text{Cl}_2\text{O}Cl2​O: +1

דרגת החמצון של חמצן בתרכובות אלה היא −2-2−2; סכום דרגות החמצון ביון שווה למטען היון, ובמולקולה – לאפס.
- יון כלורט, ClO3−\text{ClO}_3^-ClO3−​: x+3⋅(−2)=−1⇒x=+5x+3\cdot(-2)=-1\Rightarrow x=+5x+3⋅(−2)=−1⇒x=+5
- יון כלוריד, Cl−\text{Cl}^-Cl−: יון חד־אטומי – דרגת החמצון שווה למטען: −1-1−1
- ClO2\text{ClO}_2ClO2​: x+2⋅(−2)=0⇒x=+4x+2\cdot(-2)=0\Rightarrow x=+4x+2⋅(−2)=0⇒x=+4
- Cl2O\text{Cl}_2\text{O}Cl2​O: 2x+(−2)=0⇒x=+12x+(-2)=0\Rightarrow x=+12x+(−2)=0⇒x=+1

סעיף ה

תשובה:

m(NaCl)≈549 gm(\text{NaCl})\approx 549\ \text{g}m(NaCl)≈549 g

מולי נתרן כלורטי: MNaClO3=106.5 gmolM_{\text{NaClO}_3}=106.5\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}MNaClO3​​=106.5 molg​
nNaClO3=mM=1000 g106.5 gmol=9.39 moln_{\text{NaClO}_3}=\frac{m}{M}=\frac{1000\ \text{g}}{106.5\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}}=9.39\ \text{mol}nNaClO3​​=Mm​=106.5 molg​1000 g​=9.39 mol
יחס מולים לפי תגובה (4): NaCl:NaClO3=1:1\text{NaCl}:\text{NaClO}_3=1:1NaCl:NaClO3​=1:1 → nNaCl=9.39 moln_{\text{NaCl}}=9.39\ \text{mol}nNaCl​=9.39 mol.
מסה: MNaCl=23.0+35.5=58.5 gmolM_{\text{NaCl}}=23.0+35.5=58.5\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}MNaCl​=23.0+35.5=58.5 molg​
mNaCl=n⋅M=9.39 mol⋅58.5 gmol=549 gm_{\text{NaCl}}=n\cdot M=9.39\ \text{mol}\cdot58.5\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}=549\ \text{g}mNaCl​=n⋅M=9.39 mol⋅58.5 molg​=549 g
תשובה: נדרשים כ־549 g549\ \text{g}549 g (כ־0.55 ק"ג) נתרן כלורי.

סעיף ו

תשובה:

NaClO3(s)→H2O(l)Na(aq)++ClO3(aq)−\text{NaClO}_{3(s)}\xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}}\text{Na}^{+}_{(aq)}+\text{ClO}^{-}_{3(aq)}NaClO3(s)​H2​O(l)​​Na(aq)+​+ClO3(aq)−​

NaClO3(s)→H2O(l)Na(aq)++ClO3(aq)−\text{NaClO}_{3(s)}\xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}}\text{Na}^{+}_{(aq)}+\text{ClO}^{-}_{3(aq)}NaClO3(s)​H2​O(l)​​Na(aq)+​+ClO3(aq)−​
נתרן כלורטי הוא חומר יוני; בהמסה במים היונים נפרדים זה מזה ומוקפים מולקולות מים (יונים ממוימים). יון הכלורט הוא יון רב־אטומי ונשאר שלם. איזון: Na: 1 = 1; Cl: 1 = 1; O: 3 = 3; מטען: 0=+1+(−1)0=+1+(-1)0=+1+(−1).
טעות נפוצה: לפרק את יון הכלורט ליוני Cl−\text{Cl}^-Cl− ו־O2−\text{O}^{2-}O2−, או לרשום את המים כמגיב בצד שמאל.

סעיף ז

תשובה:

a – אידוי מים.

יש לבצע את פעולה a – אידוי מים.
יש להגדיל את הריכוז מ־2.5M ל־3.0M. לפי C=nVC=\frac{n}{V}C=Vn​, באידוי מים מספר המולים של המומס (NaClO3\text{NaClO}_3NaClO3​) אינו משתנה, ונפח התמיסה קטן – לכן הריכוז גדל.
- b – הוספת מים מגדילה את הנפח בלי לשנות את מספר המולים, ולכן מקטינה את הריכוז (מיהול).
- c – שפיכת מחצית מן התמיסה מקטינה את מספר המולים ואת הנפח באותו יחס, ולכן הריכוז אינו משתנה.

שאלה 13 · אתן מאתנול – כוחות בין־מולקולריים, אנרגיה וזרז

שאלה פתוחה25 נקודות

מבנה וקישור, אנרגייה
אתן (אתילן), C2H4(g)\text{C}_2\text{H}_{4(g)}C2​H4(g)​ , הוא חומר גלם לייצור פלסטיק. בדרך כלל מפיקים אותו מנפט, אך אפשר להפיק אותו גם מאתנול, C2H5OH\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}C2​H5​OH , המיוצר בתסיסה של חומרים מן הצומח. כך אפשר לייצר פלסטיק ממקורות מתחדשים.
אדי אתנול מוזרמים מעל זרז מוצק בטמפרטורה גבוהה, ומתקבלים אתן ואדי מים.
לפניכם ייצוג מלא של נוסחת המבנה של מולקולת אתן:

א.

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

(1)

נתון ייצוג מקוצר של נוסחת המבנה של מולקולת אתנול CH3CH2OH\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}CH3​CH2​OH .
שרטטו ייצוג מלא של נוסחת המבנה עבור מולקולת אתנול.

(2)

טמפרטורת הרתיחה של אתן נמוכה מטמפרטורת הרתיחה של אתנול.
הסבירו עובדה זו.

ב.

לפניכם ניסוח תגובת הפקת האתן מאתנול:
C2H5OH(g)→C2H4(g)+H2O(g)\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(g)} \rightarrow \text{C}_2\text{H}_{4(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(g)}C2​H5​OH(g)​→C2​H4(g)​+H2​O(g)​
נתון כי האנרגייה הנפלטת בעת יצירת הקשרים הקוולנטיים במולקולות התוצרים נמוכה מן האנרגייה הדרושה לפירוק הקשרים הקוולנטיים במולקולות המגיב.
האם התגובה הנתונה היא אקסותרמית או אנדותרמית?

ג.

אתנול משמש גם להכנת אתיל לקטט, ממס "ירוק" המופק ממקורות מתחדשים ומשמש במקום ממסים מזיקים.
לפניכם ייצוג מקוצר של נוסחת המבנה של אתיל לקטט:
רשמו את שמות הקבוצות הפונקציונליות במולקולת אתיל לקטט.

ד.

לפניכם סרטוט סכמטי של דיאגרמת האנרגייה של תגובת הפקת האתן מאתנול בנוכחות הזרז.

(1)

התאימו כל אחד מן המושגים שבמחסן המילים אל האות המתאימה לו בדיאגרמה ( A , B , C , D , E ).
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 הפקת האתן מאתנול היא תגובה אקסותרמית או תגובה אנדותרמית. הסבירו את קביעתכם.

ה.

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

◂ פתרון מלא לשאלה 13

סעיף א

(1)

תשובה:

H₃C–CH₂–O–H, כשכל הקשרים מסורטטים: חמישה קשרי C–H, קשר C–C, קשר C–O וקשר O–H.

בייצוג מלא מסרטטים כל אטום וכל קשר:
•אטום פחמן ראשון קשור בשלושה קשרים יחידים לשלושה אטומי H ובקשר יחיד לאטום הפחמן השני.
•אטום הפחמן השני קשור בשני קשרים יחידים לשני אטומי H, בקשר יחיד לאטום הפחמן הראשון ובקשר יחיד לאטום O.
•אטום ה־O קשור בקשר יחיד לאטום H (קבוצת O–H\text{O–H}O–H).
      H   H
      |   |
  H - C - C - O - H
      |   |
      H   H
(לכל אטום פחמן ארבעה קשרים, לאטום החמצן שני קשרים, לכל אטום מימן קשר אחד.)

(2)

תשובה:

בין מולקולות אתנול יש קשרי מימן (קבוצת O–H), ובין מולקולות אתן אין – רק כוחות ואן דר ואלס; גם ענן האלקטרונים של אתן קטן יותר.

שני החומרים מולקולריים; ברתיחה מתגברים על הכוחות בין המולקולות.
- אתנול: במולקולה יש קבוצת O–H (אטום H הקשור לאטום O, בעל אלקטרושליליות גבוהה), ולכן בין המולקולות נוצרים קשרי מימן, בנוסף לכוחות ואן דר ואלס.
- אתן (H2C=CH2\text{H}_2\text{C=CH}_2H2​C=CH2​): אטומי המימן קשורים לאטומי פחמן בלבד, ולכן בין מולקולות אתן אין קשרי מימן. המולקולה אינה קוטבית, ובין המולקולות פועלים רק כוחות ואן דר ואלס, החלשים מקשרי מימן.
•בנוסף, ענן האלקטרונים של מולקולת אתן (C2H4\text{C}_2\text{H}_4C2​H4​, 16 אלקטרונים) קטן מזה של מולקולת אתנול (C2H6O\text{C}_2\text{H}_6\text{O}C2​H6​O, 26 אלקטרונים), ולכן גם כוחות ואן דר ואלס בין מולקולות אתן חלשים יותר.
לכן נדרשת אנרגיה קטנה יותר כדי להרחיק את מולקולות האתן זו מזו, וטמפרטורת הרתיחה שלו נמוכה יותר.

סעיף ב

תשובה:

אנדותרמית (ΔH>0\Delta H>0ΔH>0).

התגובה אנדותרמית.
בתגובה כימית יש להשקיע אנרגיה כדי לפרק את הקשרים במגיבים, ונפלטת אנרגיה כאשר נוצרים הקשרים בתוצרים. לפי הנתון, האנרגיה הנפלטת ביצירת הקשרים קטנה מן האנרגיה המושקעת בפירוק הקשרים, ולכן בסך הכול המערכת קולטת אנרגיה מן הסביבה: ΔH>0\Delta H > 0ΔH>0.

סעיף ג

תשובה:

הידרוקסיל (כהל) ואסטר.

במולקולה שתי קבוצות פונקציונליות:
- הידרוקסיל (כהל) – קבוצת −OH-\text{OH}−OH הקשורה לאטום הפחמן השני בשרשרת.
- 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 הצירוף C=O\text{C}=\text{O}C=O כקבוצת קטון, או את ה־O היחיד כקבוצת אתר – שני אטומי החמצן הקשורים לאותו אטום פחמן יוצרים יחד קבוצת אסטר אחת.

סעיף ד

(1)

תשובה:

A – תוצרים; B – אנרגיית שפעול; C – מגיבים; D – ΔH0\Delta H^0ΔH0; E – תצמיד משופעל

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

(2)

תשובה:

אנדותרמית – רמת האנרגיה של התוצרים (A) גבוהה מזו של המגיבים (C).

אנדותרמית. לפי הסרטוט, רמת האנרגיה (האנתלפיה) של התוצרים (A) גבוהה מרמת האנרגיה של המגיבים (C), והחץ D מכוון כלפי מעלה. לכן ΔH0=Hתוצרים−Hמגיבים>0\Delta H^0=H_{\text{תוצרים}}-H_{\text{מגיבים}}>0ΔH0=Hתוצרים​−Hמגיבים​>0 – במהלך התגובה המערכת קולטת אנרגיה מן הסביבה. הדבר מתאים לקביעה בסעיף ב.

סעיף ה

תשובה:

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

הגודל B – 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 B תהיה גבוהה יותר, והתגובה תהיה איטית יותר.
הגודל D (ΔH0\Delta H^0ΔH0) לא ישתנה: הזרז אינו משנה את המגיבים ואת התוצרים ולא את רמות האנרגיה שלהם, ולכן ההפרש ביניהם נשאר זהה.
טעות נפוצה: לטעון שזרז משנה את ΔH\Delta HΔH או "מוסיף אנרגיה" למגיבים.

שאלה 14 · אמינים ראשוניים: רתיחה, מסיסות וטיטרציה

שאלה פתוחה25 נקודות

תרכובות פחמן, מבנה וקישור וחומצות ובסיסים
אמינים ראשוניים, R–NH2\text{R–NH}_2R–NH2​ , הם תרכובות פחמן שבהן קבוצה אמינית. הם משמשים חומרי גלם לייצור תרופות, צבעים וחומרי הדברה, ותמיסותיהם המימיות בסיסיות.
בטבלה שלפניך מוצגים נתונים על ארבעה אמינים ראשוניים.
האמיןנוסחת המבנהטמפרטורת רתיחה (oC^{o}\text{C}oC)
מתאנאמיןCH3NH2\text{CH}_3\text{NH}_2CH3​NH2​−6-6−6
אתאנאמיןCH3CH2NH2\text{CH}_3\text{CH}_2\text{NH}_2CH3​CH2​NH2​17
1-בוטאנאמיןCH3CH2CH2CH2NH2\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{NH}_2CH3​CH2​CH2​CH2​NH2​78
2-מתיל-2-פרופאנאמין(CH3)3CNH2(\text{CH}_3)_3\text{CNH}_2(CH3​)3​CNH2​44

האמין	נוסחת המבנה	טמפרטורת רתיחה ( $^{o}\text{C}$ )
מתאנאמין	$\text{CH}_3\text{NH}_2$	$-6$
אתאנאמין	$\text{CH}_3\text{CH}_2\text{NH}_2$	17
1-בוטאנאמין	$\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{NH}_2$	78
2-מתיל-2-פרופאנאמין	$(\text{CH}_3)_3\text{CNH}_2$	44

א.

טמפרטורת הרתיחה של אתנול, CH3CH2OH\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}CH3​CH2​OH , היא 78oC78^{o}\text{C}78oC – גבוהה מטמפרטורת הרתיחה של אתאנאמין (17oC17^{o}\text{C}17oC), אף שגודל המולקולות דומה. הסבר מדוע. היעזר בטבלת האלקטרושליליות.

ב.

לפניך ייצוגים מקוצרים של נוסחאות המבנה של שניים מן האמינים שבטבלה, X ו- Y .
היעזר בנתונים שבטבלה וקבע איזה אמין הוא X ואיזה אמין הוא Y . נמק.

ג.

לפניך שתי נוסחאות מבנה, I ו- II , של אמינים ראשוניים:
I. CH3CH2NH2\text{CH}_3\text{CH}_2\text{NH}_2CH3​CH2​NH2​
II. CH3(CH2)11NH2\text{CH}_3(\text{CH}_2)_{11}\text{NH}_2CH3​(CH2​)11​NH2​
אחד מן האמינים כמעט אינו מתמוסס במים.
קבע איזו מהנוסחאות, I או II , מתאימה לאמין שכמעט אינו מתמוסס במים. נמק.

ד.

בבקבוק במעבדה יש תמיסה מימית של אתאנאמין. לקחו דגימה של 10.0 מ"ל מן התמיסה, והוסיפו לה תמיסה של מימן כלורי, HCl(aq)\text{HCl}_{(aq)}HCl(aq)​ .
האתאנאמין הגיב על פי התגובה:
CH3CH2NH2(aq)+H3O(aq)+→CH3CH2NH3+(aq)+H2O(l)\text{CH}_3\text{CH}_2\text{NH}_{2(aq)} + \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} \rightarrow \text{CH}_3\text{CH}_2\text{NH}_3^{+}{}_{(aq)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)}CH3​CH2​NH2(aq)​+H3​O(aq)+​→CH3​CH2​NH3+​(aq)​+H2​O(l)​
נדרשו 32.0 מ"ל תמיסת HCl(aq)\text{HCl}_{(aq)}HCl(aq)​ בריכוז 0.500 M לסתירה מלאה של האתאנאמין בדגימה.

(i)

מהו מספר המולים של יוני H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}H3​O(aq)+​ שהגיבו? פרט את חישוביך.

(ii)

חשב את המסה של האתאנאמין בדגימה. פרט את חישוביך.

(iii)

את ריכוז האמין בתמיסה מבטאים באחוזים, על פי הנוסחה:
ריכוז האמין (%)=מסת האמין בדגימה (גרם)נפח הדגימה (מ"ל)⋅100%\text{ריכוז האמין (\%)} = \frac{\text{מסת האמין בדגימה (גרם)}}{\text{נפח הדגימה (מ"ל)}} \cdot 100\%ריכוז האמין (%)=נפח הדגימה (מ"ל)מסת האמין בדגימה (גרם)​⋅100%
על התווית של הבקבוק רשום שריכוז האתאנאמין בתמיסה הוא לפחות 7.0% .
קבע אם התמיסה שבבקבוק עומדת בנתון שעל התווית. פרט את חישוביך ונמק.

◂ פתרון מלא לשאלה 14

סעיף א

תשובה:

קשרי המימן בין מולקולות אתנול חזקים יותר: הפרש האלקטרושליליות O–H (1.4) גדול מ-N–H (0.9).

בין המולקולות של שני החומרים פועלים קשרי מימן וקשרי ואן דר ואלס. גודל ענני האלקטרונים דומה (שתי המולקולות עם 2 אטומי פחמן ואטום כבד אחד, O או N, בעלי מספר אלקטרונים דומה), ולכן קשרי ואן דר ואלס דומים בחוזקם.
ההבדל הוא בחוזק קשרי המימן, הנקבע לפי הפרש האלקטרושליליות בקשר שבו קשור אטום המימן:
•באתנול אטום H קשור לאטום O: 3.5−2.1=1.43.5 - 2.1 = 1.43.5−2.1=1.4
•באתאנאמין אטום H קשור לאטום N: 3.0−2.1=0.93.0 - 2.1 = 0.93.0−2.1=0.9
הקשר O–H קוטבי יותר, המטען החלקי החיובי על אטום H גדול יותר, ולכן קשרי המימן בין מולקולות אתנול חזקים יותר. נדרשת יותר אנרגיה להפריד בין המולקולות – טמפרטורת הרתיחה של אתנול גבוהה יותר.

סעיף ב

תשובה:

X – 2-מתיל-2-פרופאנאמין; Y – 1-בוטאנאמין.

בייצוג המקוצר כל קודקוד וכל קצה קו הם אטום פחמן, ואטומי המימן הקשורים לפחמן אינם מסומנים.
- X: אטום פחמן מרכזי הקשור לשלושה אטומי פחמן (3 קצוות קו) ולקבוצה −NH2-\text{NH}_2−NH2​ – בסך הכול 4 אטומי פחמן ⟸ (CH3)3CNH2(\text{CH}_3)_3\text{CNH}_2(CH3​)3​CNH2​ – 2-מתיל-2-פרופאנאמין.
- Y: שרשרת ישרה של 4 אטומי פחמן, שבקצה שלה קבוצה −NH2-\text{NH}_2−NH2​ ⟸ CH3CH2CH2CH2NH2\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{NH}_2CH3​CH2​CH2​CH2​NH2​ – 1-בוטאנאמין.
לשניהם הנוסחה המולקולרית C4H11N\text{C}_4\text{H}_{11}\text{N}C4​H11​N; ההבחנה היא לפי ההסתעפות.

סעיף ג

תשובה:

נוסחה II – שרשרת פחמימנית ארוכה ולא קוטבית.

נוסחה II.
נימוק: בשני האמינים יש קבוצה −NH2-\text{NH}_2−NH2​, שיכולה ליצור קשרי מימן עם מולקולות מים.
- אמין II בנוי ברובו משרשרת פחמימנית ארוכה של 12 אטומי פחמן, שאינה קוטבית ואינה יוצרת קשרי מימן עם מים; בין החלק הזה למולקולות המים יכולים להיווצר רק קשרי ואן דר ואלס חלשים. הקשרים שנוצרים אינם מפצים על פירוק קשרי המימן בין מולקולות המים ועל פירוק קשרי ואן דר ואלס החזקים בין השרשראות הארוכות – לכן אמין II כמעט אינו מתמוסס במים.
- אמין I קטן, והחלק הקוטבי שלו (−NH2-\text{NH}_2−NH2​) משמעותי ביחס לגודל המולקולה; הוא יוצר קשרי מימן עם מים ומתמוסס בהם היטב.

סעיף ד

(i)

תשובה:

n(H3O+)=0.0160 moln(\text{H}_3\text{O}^+) = 0.0160\ \text{mol}n(H3​O+)=0.0160 mol

HCl\text{HCl}HCl חומצה חזקה: HCl(g)+H2O(l)→H3O(aq)++Cl(aq)−\text{HCl}_{(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{Cl}^{-}_{(aq)}HCl(g)​+H2​O(l)​→H3​O(aq)+​+Cl(aq)−​, ולכן [H3O+]=0.500 M[\text{H}_3\text{O}^+] = 0.500\ \text{M}[H3​O+]=0.500 M.
n(H3O+)=C⋅V=0.500 molL⋅0.0320 L=0.0160 moln(\text{H}_3\text{O}^+) = C \cdot V = 0.500\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 0.0320\ \text{L} = 0.0160\ \text{mol}n(H3​O+)=C⋅V=0.500 Lmol​⋅0.0320 L=0.0160 mol

(ii)

תשובה:

m=0.720 gm = 0.720\ \text{g}m=0.720 g

לפי ניסוח התגובה, היחס CH3CH2NH2:H3O+=1:1\text{CH}_3\text{CH}_2\text{NH}_2 : \text{H}_3\text{O}^+ = 1:1CH3​CH2​NH2​:H3​O+=1:1:
n(CH3CH2NH2)=0.0160 moln(\text{CH}_3\text{CH}_2\text{NH}_2) = 0.0160\ \text{mol}n(CH3​CH2​NH2​)=0.0160 mol
M(C2H7N)=2⋅12.0+7⋅1.0+14.0=45.0 gmolM(\text{C}_2\text{H}_7\text{N}) = 2\cdot 12.0 + 7\cdot 1.0 + 14.0 = 45.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(C2​H7​N)=2⋅12.0+7⋅1.0+14.0=45.0 molg​
m=n⋅M=0.0160 mol⋅45.0 gmol=0.720 gm = n \cdot M = 0.0160\ \text{mol} \cdot 45.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}} = 0.720\ \text{g}m=n⋅M=0.0160 mol⋅45.0 molg​=0.720 g

(iii)

תשובה:

כן. ריכוז האתאנאמין 7.20%, גבוה מ-7.0%.

ריכוז האמין=0.720 g10.0 mL⋅100%=7.20%\text{ריכוז האמין} = \frac{0.720\ \text{g}}{10.0\ \text{mL}} \cdot 100\% = 7.20\%ריכוז האמין=10.0 mL0.720 g​⋅100%=7.20%
התמיסה עומדת בנתון שעל התווית, כי ריכוז האתאנאמין בה (7.20%7.20\%7.20%) גבוה מהריכוז המזערי הרשום (7.0%7.0\%7.0%).

טבלת התשובות

שאלה	סעיף	תשובה
1	-	ב – 2,8,8
2	-	ג
3	-	ג — דרגת החמצון של החנקן היא $-1$ .
4	-	ג – נוצר $0.01$ מול $\text{Cr}_2\text{O}_3$ , שהם $1.52$ גרם.
5	-	ד – $\Delta H_1 > \Delta H_2 > \Delta H_3$ : ככל שאנתלפיית המגיב (המים) נמוכה יותר, יש להשקיע יותר אנרגיה.
6	-	ב – רק בתגובה (2) המים מוסרים פרוטון (למתילאמין) ונוצרים יוני $\text{OH}^-$ .
7	-	ג
8	-	ג – ב־ $\text{Ba(OH)}_2$ ה־pH ירד, ב־ $\text{HBr}$ עלה, ב־ $\text{KBr}$ לא השתנה.
9	א 1	$16$
	א 2	$18$
	א 3	$18$
	ב	נוסחאות: $\text{H}_2\text{S}$ , $\text{N}_2$ , $\text{O}_2$ , $\text{H}_2\text{O}$ , $\text{CO}_2$ . קוטביות: $\text{H}_2\text{S}$ קוטבית, $\text{N}_2$ לא קוטבית, $\text{O}_2$ לא קוטבית, $\text{H}_2\text{O}$ קוטבית, $\text{CO}_2$ לא קוטבית.
	ג 1	כן – עולה מ־ $-2$ ל־ $+4$ (הגופרית עוברת חמצון).
	ג 2	לא משתנה: $+1$ ב־ $\text{H}_2\text{S}$ וגם $+1$ ב־ $\text{H}_2\text{O}$ .
	ד	קבוצה הידרוקסילית (כהל, $-\text{OH}$ ) וקבוצה אמינית (אמין, $-\text{NH}_2$ ).
	ה	איור 2.
	ו	$3.61\times 10^{23}$ מולקולות מים.
	ז	תגובות 1 ו־2 הן תגובות אקסותרמיות ( $\Delta H^0 < 0$ ): הן פולטות אנרגיה (חום) לסביבה, וחום זה מנוצל להרתחת מים.
	ח	מולקולות (גופרית היא חומר מולקולרי).
10	א i	$\text{Si}$ : אטומי Si, קשרים קוולנטיים (סריג אטומרי). $\text{MgF}_2$ : יוני $\text{Mg}^{2+}$ ויוני $\text{F}^{-}$ , קשרים יוניים (סריג יוני).
	א ii	יון סידן $[\text{Ca}]^{2+}$ (ללא אלקטרוני ערכיות) ויון חמצן $[:\ddot{\text{O}}:]^{2-}$ עם 8 אלקטרונים (4 זוגות) סביבו.
	א iii	ל־ $\text{MgO}_{(s)}$ – מטען יון $\text{O}^{2-}$ גדול ממטען יון $\text{F}^{-}$ (וגודלם דומה), ולכן הקשר היוני ב־MgO חזק יותר.
	ב	30 פרוטונים, 34 נויטרונים, 28 אלקטרונים (יון $\text{Zn}^{2+}$ ).
	ג i	המטען הגרעיני של Si גדול יותר (14 פרוטונים לעומת 13), ושני האטומים באותו מחזור (3 רמות אנרגייה מאוכלסות).
	ג ii	$762\ \text{kJ/mol}$ – ל־Ge יש רמת אנרגייה מאוכלסת נוספת (4 רמות) לעומת Si.
	ד i	1. יונים חיוביים מסודרים בסריג. 2. אלקטרוני ערכיות שאינם מאותרים (ים אלקטרונים). 3. קשר מתכתי – משיכה חשמלית בין היונים החיוביים לים האלקטרונים.
	ד ii	בסריג המתכתי יש אלקטרונים שאינם מאותרים – נושאי מטען חשמלי ניידים.
11	א i	גם כמחמצן וגם כמחזר.
	א ii	$\text{O}_{2(g)}$ .
	ב i	5 מול אלקטרונים.
	ב ii	$8.22\cdot 10^{17}$ יונים
	ג i	כמחזר בלבד.
	ג ii	המגיב המגביל: $\text{H}_2\text{O}_2$ ; נוצרים 7.2 ק"ג מים.
	ג iii	$1.64\cdot 10^{3}$ ליטר
12	א	כן – דרגת החמצון של הכלור יורדת (מ־+5 ל־−1) ודרגת החמצון של החמצן עולה (מ־−2 ל־0).
	ב	המסה יורדת כי אחד התוצרים, $\text{O}_2$ , הוא גז שעוזב את הכלי הפתוח; המוצק שנשאר הוא $\text{NaCl}$ . מן הדקה ה־8 כל הנתרן הכלורטי התפרק, ולכן המסה קבועה (5.85 g של $\text{NaCl}$ ).
	ג	$\Delta H_1^0=-90.8\ \text{kJ}$
	ד	$\text{ClO}_3^-$ : +5; $\text{Cl}^-$ : −1; $\text{ClO}_2$ : +4; $\text{Cl}_2\text{O}$ : +1
	ה	$m(\text{NaCl})\approx 549\ \text{g}$
	ו	$\text{NaClO}_{3(s)}\xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}}\text{Na}^{+}_{(aq)}+\text{ClO}^{-}_{3(aq)}$
	ז	a – אידוי מים.
13	א 1	H₃C–CH₂–O–H, כשכל הקשרים מסורטטים: חמישה קשרי C–H, קשר C–C, קשר C–O וקשר O–H.
	א 2	בין מולקולות אתנול יש קשרי מימן (קבוצת O–H), ובין מולקולות אתן אין – רק כוחות ואן דר ואלס; גם ענן האלקטרונים של אתן קטן יותר.
	ב	אנדותרמית ( $\Delta H>0$ ).
	ג	הידרוקסיל (כהל) ואסטר.
	ד 1	A – תוצרים; B – אנרגיית שפעול; C – מגיבים; D – $\Delta H^0$ ; E – תצמיד משופעל
	ד 2	אנדותרמית – רמת האנרגיה של התוצרים (A) גבוהה מזו של המגיבים (C).
	ה	B (אנרגיית השפעול) – ללא זרז היא תהיה גבוהה יותר; D ( $\Delta H^0$ ) לא ישתנה.
14	א	קשרי המימן בין מולקולות אתנול חזקים יותר: הפרש האלקטרושליליות O–H (1.4) גדול מ-N–H (0.9).
	ב	X – 2-מתיל-2-פרופאנאמין; Y – 1-בוטאנאמין.
	ג	נוסחה II – שרשרת פחמימנית ארוכה ולא קוטבית.
	ד i	$n(\text{H}_3\text{O}^+) = 0.0160\ \text{mol}$
	ד ii	$m = 0.720\ \text{g}$
	ד iii	כן. ריכוז האתאנאמין 7.20%, גבוה מ-7.0%.

החומר	$\text{H}_2\text{S}_{(g)}$	$\text{N}_{2(g)}$	$\text{O}_{2(g)}$	$\text{H}_2\text{O}_{(g)}$	$\text{CO}_{2(g)}$
נוסחת המולקולה	$\text{H}_2\text{S}$
נוסחת ייצוג האלקטרונים של המולקולה
צורת המולקולה	זוויתית	קווית	קווית	זוויתית	קווית
קוטביות המולקולה (קוטבית / לא קוטבית)

פרק ראשון

שאלה 1 · היערכות אלקטרונים של יון שלילי

שאלה 2 · סוגי קשרים וקוטביות במולקולות בעלות מבנה מרחבי שונה

התשובה הנכונה: ג.

שאלה 3 · הידרוקסילאמין: דרגת חמצון, קוטביות קשר וקשרי מימן

שאלה 4 · סטויכיומטריה – פירוק אמון דו־כרומטי

שאלה 5 · השוואת ΔH בפירוק מים ממצבי צבירה שונים

התשובה הנכונה: ד.

שאלה 6 · מים כחומצה – זיהוי מעבר פרוטון

התשובה הנכונה: ב.

שאלה 7 · תגובת נתרן פחמתי עם מים

שאלה 8 · הוספת תמיסה ניטרלית לתמיסות חומצה, בסיס ומלח

שאלה 9 · גופרית מתוך גז טבעי "חמוץ"

ניתוח קטע ממאמר מדעי – חובה

גופרית מתוך גז טבעי "חמוץ"

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

סעיף ה

איור 2 מתאר איזומר של אתנולאמין.

סעיף ו

שלב 1 – המרת יחידות:

שלב 2 – מספר המולים של H2S\text{H}_2\text{S}H2​S שנשרף, לפי משוואת הגזים האידיאליים:

סעיף ז

סעיף ח

פרק שני

שאלה 10 · לוח סולארי: סריגים, יונים ואנרגיית יינון

מבנה האטום, מחזוריות, מבנה וקישור

נמק את קביעתך.

סעיף א

טמפרטורת ההיתוך של MgO(s)\text{MgO}_{(s)}MgO(s)​ גבוהה יותר.

סעיף ב

סעיף ג

הגורם: מטען גרעיני גדול יותר של Si.

הערך המתאים: 762 kJmol762\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}762 molkJ​.

סעיף ד

שאלה 11 · מימן על־חמצני – חמצון-חיזור וחישובים

חמצון-חיזור וסטויכיומטריה

סעיף א

H2O2\text{H}_2\text{O}_2H2​O2​ מגיב גם כמחמצן וגם כמחזר.

נוצר O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​.

סעיף ב

סעיף ג

כמחזר בלבד.

שאלה 12 · נתרן כלורטי – חמצון-חיזור, חוק הס וחישובים

חמצון-חיזור, חישובים, אנרגייה

ענה על הסעיפים א, ב, ד, ו, ז, ועל אחד מן הסעיפים ג או ה.

סעיף ג הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ה.

סעיף ה הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ג.

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

סעיף ה

תשובה: נדרשים כ־549 g549\ \text{g}549 g (כ־0.55 ק"ג) נתרן כלורי.

סעיף ו

סעיף ז

יש לבצע את פעולה a – אידוי מים.

שאלה 13 · אתן מאתנול – כוחות בין־מולקולריים, אנרגיה וזרז

מבנה וקישור, אנרגייה

סעיף א

סעיף ב

התגובה אנדותרמית.

סעיף ג

סעיף ד

סעיף ה

שאלה 14 · אמינים ראשוניים: רתיחה, מסיסות וטיטרציה

תרכובות פחמן, מבנה וקישור וחומצות ובסיסים

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

נוסחה II.

סעיף ד

רוצים להשלים את חוויית הלמידה?

כל האתר במבט אחד

שלב 2 – מספר המולים של $\text{H}_2\text{S}$ שנשרף, לפי משוואת הגזים האידיאליים:

טמפרטורת ההיתוך של $\text{MgO}_{(s)}$ גבוהה יותר.

הערך המתאים: $762\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}$ .

$\text{H}_2\text{O}_2$ מגיב גם כמחמצן וגם כמחזר.

נוצר $\text{O}_{2(g)}$ .

תשובה: נדרשים כ־ $549\ \text{g}$ (כ־0.55 ק"ג) נתרן כלורי.