מתכונת 3 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 פירמידה משולשת

רב-ברירה

לפניכם הנוסחאות המולקולריות של ארבע מולקולות: NH3\text{NH}_3NH3​ , NF3\text{NF}_3NF3​ , PF3\text{PF}_3PF3​ , PCl3\text{PCl}_3PCl3​ .
המבנה של כל אחת מן המולקולות הוא פירמידה משולשת. בכל מולקולה האטום המרכזי הוא האטום N או האטום P , ויש עליו זוג אלקטרונים לא קושר.
לפניכם ארבעה היגדים, א–ד, המתייחסים לקשרים הקוולנטיים במולקולות ולקוטביות המולקולות.
מהו ההיגד הנכון?

א.
במולקולה $\text{NF}_3$ על אטום החנקן יש מטען חלקי חיובי ( $\delta+$ ).
ב.
רק המולקולה $\text{NH}_3$ היא מולקולה קוטבית.
ג.
המולקולות $\text{PF}_3$ ו־ $\text{PCl}_3$ אינן קוטביות, כי שלושת הקשרים בכל אחת מהן זהים.
ד.
במולקולה $\text{PCl}_3$ הקשרים הקוולנטיים אינם קוטביים.

◂ פתרון מלא לשאלה 1

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א – האלקטרושליליות של F (4.04.04.0) גדולה מזו של N (3.03.03.0), ולכן ב־NF3\text{NF}_3NF3​ על אטום N יש מטען חלקי חיובי.

ההיגד הנכון: א.
ערכי האלקטרושליליות (מן הנספח): H – 2.12.12.1, N – 3.03.03.0, P – 2.12.12.1, F – 4.04.04.0, Cl – 3.03.03.0.
הקשרהפרש האלקטרושליליותהאטום עם המטען החלקי השלילי
N–H3.0−2.1=0.93.0-2.1=0.93.0−2.1=0.9N
N–F4.0−3.0=1.04.0-3.0=1.04.0−3.0=1.0F
P–F4.0−2.1=1.94.0-2.1=1.94.0−2.1=1.9F
P–Cl3.0−2.1=0.93.0-2.1=0.93.0−2.1=0.9Cl
כל הקשרים קוטביים (הפרש האלקטרושליליות שונה מאפס).
א – נכון. בקשר N–F הפלואור אלקטרושלילי יותר (4.0>3.04.0>3.04.0>3.0), ולכן זוג האלקטרונים הקושר קרוב יותר לאטום F: על אטומי F מטען חלקי שלילי (δ−\delta-δ−), ועל אטום N מטען חלקי חיובי (δ+\delta+δ+). (לעומת זאת, ב־NH3\text{NH}_3NH3​ על אטום N יש מטען חלקי שלילי, כי N אלקטרושלילי יותר מ־H.)
ב – לא נכון. כל ארבע המולקולות קוטביות: בכל אחת מהן שלושה קשרים קוטביים במבנה פירמידה משולשת, ועל האטום המרכזי זוג אלקטרונים לא קושר. המבנה אינו סימטרי, הדו־קטבים של הקשרים אינם מתקזזים, ומרכז המטען החיובי אינו חופף למרכז המטען השלילי.
ג – לא נכון. אמנם שלושת הקשרים בכל מולקולה זהים, אבל במבנה פירמידה משולשת (בניגוד למבנה משולש מישורי) הדו־קטבים אינם מתקזזים, ולכן PF3\text{PF}_3PF3​ ו־PCl3\text{PCl}_3PCl3​ הן מולקולות קוטביות.
ד – לא נכון. האלקטרושליליות של Cl (3.03.03.0) גדולה מזו של P (2.12.12.1), ולכן הקשרים P–Cl קוטביים (על Cl מטען חלקי שלילי).
טעות נפוצה: להסיק שמולקולה שכל הקשרים בה זהים אינה קוטבית, בלי להתחשב במבנה המרחבי שלה.

הקשר	הפרש האלקטרושליליות	האטום עם המטען החלקי השלילי
N–H	$3.0-2.1=0.9$	N
N–F	$4.0-3.0=1.0$	F
P–F	$4.0-2.1=1.9$	F
P–Cl	$3.0-2.1=0.9$	Cl

שאלה 2 · אתנול ו־1־בוטנול – טמפרטורת רתיחה

רב-ברירה

לפניכם ייצוג מלא של נוסחאות מבנה למולקולות של שני חומרים: אתנול (I) ו־1־בוטנול (II).
מהי הקביעה הנכונה?

א.
לאתנול (I) טמפרטורת רתיחה גבוהה יותר, כי רק בין המולקולות שלו נוצרים קשרי מימן.
ב.
לאתנול (I) טמפרטורת רתיחה גבוהה יותר, כי המולקולות שלו קטנות יותר ולכן הן קרובות יותר זו לזו.
ג.
ל־1־בוטנול (II) טמפרטורת רתיחה גבוהה יותר, כי במולקולות שלו יש יותר קשרים קוולנטיים.
ד.
ל־1־בוטנול (II) טמפרטורת רתיחה גבוהה יותר, כי ענן האלקטרונים של המולקולות שלו גדול יותר, ולכן האינטראקציות ון־דר־ולס בין המולקולות חזקות יותר.

◂ פתרון מלא לשאלה 2

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – בשני החומרים יש קשרי מימן בין המולקולות; ל־1־בוטנול ענן אלקטרונים גדול יותר ולכן אינטראקציות ון־דר־ולס חזקות יותר.

תשובה ד נכונה. בשני החומרים יש קבוצה הידרוקסילית אחת (−OH-\text{OH}−OH) בכל מולקולה, ולכן בין המולקולות של כל אחד מהם נוצרים קשרי מימן במידה דומה (מספר דומה של מוקדים ליצירת קשרי מימן).
ההבדל בין החומרים הוא באורך השרשרת הפחמנית: במולקולת 1־בוטנול (C4H9OH\text{C}_4\text{H}_9\text{OH}C4​H9​OH, 424242 אלקטרונים) יש שני אטומי פחמן ו־444 אטומי מימן יותר מאשר במולקולת אתנול (C2H5OH\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}C2​H5​OH, 262626 אלקטרונים). ענן האלקטרונים של 1־בוטנול גדול יותר ושטח הפנים של המולקולה גדול יותר, ולכן האינטראקציות ון־דר־ולס בין מולקולותיו חזקות יותר. נדרשת אנרגיה רבה יותר להפרדת המולקולות, וטמפרטורת הרתיחה של 1־בוטנול גבוהה יותר.
למה האחרות שגויות:
- א. גם בין מולקולות 1־בוטנול נוצרים קשרי מימן (יש בהן קבוצת O−H\text{O}-\text{H}O−H).
- ב. הקביעה הפוכה: מולקולות קטנות יותר יוצרות אינטראקציות ון־דר־ולס חלשות יותר, ולכן לאתנול טמפרטורת רתיחה נמוכה יותר.
- ג. ברתיחה לא נשברים הקשרים הקוולנטיים בתוך המולקולות, ולכן מספרם אינו הנימוק.
טעות נפוצה: לייחס את ההבדל לקשרי מימן גם כאשר בשני החומרים יש אותה קבוצה היוצרת קשרי מימן – במקרה כזה הגורם המכריע הוא גודל ענן האלקטרונים.

שאלה 3 · הידרזין ומימן על־חמצני – דלק רקטות

רב-ברירה

בחלק ממנועי הרקטות משמשים הידרזין, N2H4(ℓ)\text{N}_2\text{H}_{4(\ell)}N2​H4(ℓ)​ , ומימן על־חמצני, H2O2(ℓ)\text{H}_2\text{O}_{2(\ell)}H2​O2(ℓ)​ , כדלק. לפניכם ניסוח התגובה:
N2H4(ℓ)+2H2O2(ℓ)→N2(g)+4H2O(g)\text{N}_2\text{H}_{4(\ell)} + 2\text{H}_2\text{O}_{2(\ell)} \rightarrow \text{N}_{2(g)} + 4\text{H}_2\text{O}_{(g)}N2​H4(ℓ)​+2H2​O2(ℓ)​→N2(g)​+4H2​O(g)​
מהו ההיגד הנכון?

א.
אטומי החנקן ב־ $\text{N}_2\text{H}_{4(\ell)}$ עברו תהליך חיזור.
ב.
אטומי המימן ב־ $\text{N}_2\text{H}_{4(\ell)}$ עברו תהליך חיזור.
ג.
אטומי החמצן ב־ $\text{H}_2\text{O}_{2(\ell)}$ עברו תהליך חיזור.
ד.
האלקטרונים בתגובה עברו מאטומי החמצן אל אטומי החנקן.

◂ פתרון מלא לשאלה 3

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – דרגת החמצון של אטומי החמצן ירדה מ־−1-1−1 ב־H2O2\text{H}_2\text{O}_2H2​O2​ ל־−2-2−2 ב־H2O\text{H}_2\text{O}H2​O.

תשובה ג נכונה. נקבע דרגות חמצון:
•ב־N2H4\text{N}_2\text{H}_4N2​H4​: H\text{H}H +1+1+1, ולכן 2x+4⋅(+1)=0⇒x=−22x + 4\cdot(+1) = 0 \Rightarrow x = -22x+4⋅(+1)=0⇒x=−2 לכל אטום חנקן. ב־N2\text{N}_2N2​ (יסוד): 000.
•ב־H2O2\text{H}_2\text{O}_2H2​O2​: H\text{H}H +1+1+1, ולכן 2⋅(+1)+2y=0⇒y=−12\cdot(+1) + 2y = 0 \Rightarrow y = -12⋅(+1)+2y=0⇒y=−1 לכל אטום חמצן. ב־H2O\text{H}_2\text{O}H2​O: O\text{O}O −2-2−2, H\text{H}H +1+1+1.
דרגת החמצון של החמצן יורדת מ־−1-1−1 ל־−2-2−2 – אטומי החמצן קולטים אלקטרונים ועוברים חיזור. דרגת החמצון של החנקן עולה מ־−2-2−2 ל־000 – אטומי החנקן עוברים חמצון.
למה האחרות שגויות:
- א. אטומי החנקן עברו חמצון (מ־−2-2−2 ל־000).
- ב. דרגת החמצון של המימן היא +1+1+1 בכל החומרים שבהם הוא מופיע (N2H4\text{N}_2\text{H}_4N2​H4​, H2O2\text{H}_2\text{O}_2H2​O2​, H2O\text{H}_2\text{O}H2​O) – היא אינה משתנה.
- ד. האלקטרונים עוברים מאטומי החנקן (שבחומר המחזר N2H4\text{N}_2\text{H}_4N2​H4​) אל אטומי החמצן (שבחומר המחמצן H2O2\text{H}_2\text{O}_2H2​O2​), ולא להפך.
טעות נפוצה: לקבוע שדרגת החמצון של החמצן בכל התרכובות היא −2-2−2; במימן על־חמצני היא −1-1−1.

שאלה 4 · תצפיות בתגובת מי סיד עם פחמן דו־חמצני

רב-ברירה

תלמידים נשפו אוויר דרך קשית לתוך מבחנה שמכילה מי סיד צלולים – תמיסה מימית של סידן הידרוקסידי, Ca(OH)2(aq)\text{Ca(OH)}_{2(aq)}Ca(OH)2(aq)​ .
האוויר הנשוף מכיל גז פחמן דו־חמצני, CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ .
נתון:
CO2(g)+Ca(aq)2++2OH(aq)−→CaCO3(s)+H2O(l)\text{CO}_{2(g)} + \text{Ca}^{2+}_{(aq)} + 2\text{OH}^{-}_{(aq)} \rightarrow \text{CaCO}_{3(s)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)}CO2(g)​+Ca(aq)2+​+2OH(aq)−​→CaCO3(s)​+H2​O(l)​
איזה מן המשפטים שלפניכם אינו מתאר תצפית במהלך הניסוי?

א.
בועות עוברות דרך הנוזל שבמבחנה.
ב.
הנוזל שבמבחנה נעשה עכור (חלבי).
ג.
יוני $\text{Ca}^{2+}_{(aq)}$ ויוני $\text{CO}_3^{2-}$ נקשרים זה לזה ויוצרים סריג יוני.
ד.
לאחר זמן מה שוקע בתחתית המבחנה מוצק לבן.

◂ פתרון מלא לשאלה 4

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – תיאור של יונים הנקשרים בסריג הוא הסבר ברמה החלקיקית, ולא תצפית.

התשובה: ג.
תצפית היא מה שרואים, שומעים, מריחים, חשים או מודדים (רמה מאקרוסקופית). תיאור של התנהגות החלקיקים הוא הסבר.
ג – אינו תצפית: היונים אינם נראים לעין. התיאור "יונים נקשרים ויוצרים סריג יוני" מסביר ברמה החלקיקית מדוע נוצר משקע של CaCO3(s)\text{CaCO}_{3(s)}CaCO3(s)​, אך זו אינה תצפית.
א – תצפית: רואים בועות של האוויר הנשוף עוברות בנוזל.
ב – תצפית: רואים שהתמיסה הצלולה נעשית עכורה – זה סימן להיווצרות חלקיקים קטנים של מוצק שאינו מסיס (משקע).
ד – תצפית: רואים מוצק לבן שוקע בתחתית.
טעות נפוצה: לכתוב בתצפית "נוצר סידן פחמתי" – זהו שם התוצר, כלומר מסקנה שמתבססת על הניסוח, ולא דבר שרואים.

שאלה 5 · גורמים המשפיעים על קצב התגובה בין אבץ לחומצה

רב-ברירה

תלמידים רצו לחקור את התגובה בין גרגירי אבץ, Zn(s)\text{Zn}_{(s)}Zn(s)​ , לבין תמיסת חומצה גופרתית, H2SO4(aq)\text{H}_2\text{SO}_{4(aq)}H2​SO4(aq)​ .
התלמידים הכניסו לכוס 222 גרם גרגירי אבץ והוסיפו 505050 מ"ל תמיסת H2SO4(aq)\text{H}_2\text{SO}_{4(aq)}H2​SO4(aq)​ בריכוז 1M1\text{M}1M בטמפרטורת החדר. נתון שהחומצה הייתה בעודף.
נתונה התגובה: Zn(s)+2H3O(aq)+→Zn(aq)2++H2(g)+2H2O(ℓ)\text{Zn}_{(s)} + 2\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} \rightarrow \text{Zn}^{2+}_{(aq)} + \text{H}_{2(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}Zn(s)​+2H3​O(aq)+​→Zn(aq)2+​+H2(g)​+2H2​O(ℓ)​
התלמידים הציעו שינויים שאפשר לעשות כדי להגביר את קצב התגובה.
איזו מן ההצעות א–ד תגביר את קצב התגובה?

א.
חימום תמיסת החומצה ל־ $40^{\text{o}}\text{C}$ לפני הוספתה לאבץ.
ב.
שימוש בתמיסת $\text{H}_2\text{SO}_{4(aq)}$ בריכוז $0.5\text{M}$ במקום $1\text{M}$ .
ג.
הוספת $50$ מ"ל נוספים של אותה תמיסת חומצה בריכוז $1\text{M}$ .
ד.
שימוש בגוש אבץ אחד שמסתו $2$ גרם במקום $2$ גרם גרגירי אבץ.

◂ פתרון מלא לשאלה 5

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א – העלאת הטמפרטורה מגבירה את קצב התגובה.

תשובה א נכונה. הגורמים המשפיעים על קצב התגובה הם ריכוז המגיבים, הטמפרטורה, שטח הפנים של מגיב מוצק, סוג המגיבים ונוכחות זרז. העלאת הטמפרטורה מגבירה את קצב התגובה, ולכן חימום החומצה ל־40oC40^{\text{o}}\text{C}40oC יגביר את קצב פליטת המימן.
למה האחרות שגויות:
- ב. הקטנת ריכוז החומצה (מ־1M1\text{M}1M ל־0.5M0.5\text{M}0.5M) מקטינה את קצב התגובה.
- ג. הוספת חומצה באותו ריכוז מגדילה את כמות החומצה אך אינה משנה את ריכוז יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+, ולכן אינה מגבירה את קצב התגובה (החומצה ממילא בעודף).
- ד. גוש אחד באותה מסה הוא בעל שטח פנים קטן יותר מגרגירים, ולכן קצב התגובה יקטן.
טעות נפוצה: לחשוב שהגדלת כמות (נפח) התמיסה מגבירה את הקצב – הקצב תלוי בריכוז, ולא בכמות הכוללת.

שאלה 6 · יכולת לעבור חמצון או חיזור – פרמנגנט, יודיד, ניטריט ופחמן דו־חמצני

רב-ברירה

ההיגדים שלפניכם עוסקים בתהליכי חמצון–חיזור.
מהו ההיגד הנכון?

א.
אטומי המנגן ביון הפרמנגנט, $\text{MnO}_4^{-}$ , יכולים לעבור רק תהליך חמצון.
ב.
יוני יודיד, $\text{I}^-$ , יכולים לעבור רק תהליך חיזור.
ג.
אטומי החנקן ביון הניטריט, $\text{NO}_2^{-}$ , יכולים לעבור תהליך חמצון או תהליך חיזור.
ד.
אטומי הפחמן במולקולות פחמן דו־חמצני, $\text{CO}_2$ , יכולים לעבור תהליך חמצון.

◂ פתרון מלא לשאלה 6

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – דרגת החמצון של N ב־NO2−\text{NO}_2^-NO2−​ היא +3+3+3, בין המזערית (−3-3−3) למרבית (+5+5+5), ולכן הוא יכול לעבור את שני התהליכים.

ההיגד הנכון: ג.
אטום בדרגת חמצון מרבית יכול לעבור רק חיזור; בדרגת חמצון מזערית – רק חמצון; בדרגת ביניים – את שניהם.
החלקיקהאטוםחישובדרגת החמצוןמזערית / מרביתיכול לעבור
MnO4−\text{MnO}_4^-MnO4−​Mnx+4(−2)=−1x+4(-2)=-1x+4(−2)=−1+7+7+7מרבית (+7+7+7)חיזור בלבד
I−\text{I}^-I−I–−1-1−1מזערית (−1-1−1)חמצון בלבד
NO2−\text{NO}_2^-NO2−​Nx+2(−2)=−1x+2(-2)=-1x+2(−2)=−1+3+3+3ביניים (−3-3−3 עד +5+5+5)חמצון או חיזור
CO2\text{CO}_2CO2​Cx+2(−2)=0x+2(-2)=0x+2(−2)=0+4+4+4מרבית (+4+4+4)חיזור בלבד
ג – נכון: N בדרגת חמצון +3+3+3 יכול לעלות (למשל ל־+5+5+5 ב־NO3−\text{NO}_3^-NO3−​ – חמצון) או לרדת (למשל ל־+2+2+2 ב־NO – חיזור).
א – לא נכון: +7+7+7 היא דרגת החמצון המרבית של Mn (7 אלקטרוני ערכיות), ולכן Mn ב־MnO4−\text{MnO}_4^-MnO4−​ יכול לעבור רק חיזור.
ב – לא נכון: −1-1−1 היא דרגת החמצון המזערית של יוד, ולכן I−\text{I}^-I− יכול לעבור רק חמצון.
ד – לא נכון: +4+4+4 היא דרגת החמצון המרבית של C (4 אלקטרוני ערכיות), ולכן C ב־CO2\text{CO}_2CO2​ אינו יכול לעבור חמצון – רק חיזור.

החלקיק	האטום	חישוב	דרגת החמצון	מזערית / מרבית	יכול לעבור
$\text{MnO}_4^-$	Mn	$x+4(-2)=-1$	$+7$	מרבית ( $+7$ )	חיזור בלבד
$\text{I}^-$	I	–	$-1$	מזערית ( $-1$ )	חמצון בלבד
$\text{NO}_2^-$	N	$x+2(-2)=-1$	$+3$	ביניים ( $-3$ עד $+5$ )	חמצון או חיזור
$\text{CO}_2$	C	$x+2(-2)=0$	$+4$	מרבית ( $+4$ )	חיזור בלבד

שאלה 7 · מיהול תמיסת אלומיניום כלורי

רב-ברירה

נתונה תמיסה של אלומיניום כלורי, AlCl3(aq)\text{AlCl}_{3(aq)}AlCl3(aq)​ , שנפחה 100 מ"ל וריכוזה 0.5 M0.5\ \text{M}0.5 M .
הוסיפו לתמיסה מים מזוקקים עד שנפח התמיסה הגיע ל־ 500 מ"ל , וערבבו.
נבדקו ריכוזי היונים בתמיסה הסופית.
מבין השורות א–ד בטבלה שלפניכם, באיזו שורה ריכוזי היונים בתמיסה הסופית הם הנכונים?
ריכוז יוני אלומיניום Al(aq)3+\text{Al}^{3+}_{(aq)}Al(aq)3+​ (M)ריכוז יוני כלוריד Cl(aq)−\text{Cl}^{-}_{(aq)}Cl(aq)−​ (M)
א.0.501.50
ב.0.100.10
ג.0.1250.375
ד.0.100.30

	ריכוז יוני אלומיניום $\text{Al}^{3+}_{(aq)}$ (M)	ריכוז יוני כלוריד $\text{Cl}^{-}_{(aq)}$ (M)
א.	0.50	1.50
ב.	0.10	0.10
ג.	0.125	0.375
ד.	0.10	0.30

א.
$[\text{Al}^{3+}]=0.50\ \text{M}$ , $[\text{Cl}^{-}]=1.50\ \text{M}$
ב.
$[\text{Al}^{3+}]=0.10\ \text{M}$ , $[\text{Cl}^{-}]=0.10\ \text{M}$
ג.
$[\text{Al}^{3+}]=0.125\ \text{M}$ , $[\text{Cl}^{-}]=0.375\ \text{M}$
ד.
$[\text{Al}^{3+}]=0.10\ \text{M}$ , $[\text{Cl}^{-}]=0.30\ \text{M}$

◂ פתרון מלא לשאלה 7

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – [Al3+]=0.10 M[\text{Al}^{3+}]=0.10\ \text{M}[Al3+]=0.10 M, [Cl−]=0.30 M[\text{Cl}^-]=0.30\ \text{M}[Cl−]=0.30 M.

התשובה: ד.
מספר המולים של המומס (לא משתנה במיהול):
nAlCl3=C⋅V=0.5 molL⋅0.100 L=0.05 moln_{\text{AlCl}_3}=C\cdot V=0.5\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot0.100\ \text{L}=0.05\ \text{mol}nAlCl3​​=C⋅V=0.5 Lmol​⋅0.100 L=0.05 mol
הנפח הסופי נתון: V=500 mL=0.500 LV=500\ \text{mL}=0.500\ \text{L}V=500 mL=0.500 L (הוסיפו 400 mL400\ \text{mL}400 mL מים).
ריכוז האלומיניום הכלורי בתמיסה הסופית:
C=nV=0.05 mol0.500 L=0.1 molL=0.1 MC=\frac{n}{V}=\frac{0.05\ \text{mol}}{0.500\ \text{L}}=0.1\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}=0.1\ \text{M}C=Vn​=0.500 L0.05 mol​=0.1 Lmol​=0.1 M
התמוססות: AlCl3(s)→H2O(l)Al(aq)3++3Cl(aq)−\text{AlCl}_{3(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}} \text{Al}^{3+}_{(aq)} + 3\text{Cl}^{-}_{(aq)}AlCl3(s)​H2​O(l)​​Al(aq)3+​+3Cl(aq)−​:
[Al3+]=0.10 M[Cl−]=3⋅0.10 M=0.30 M[\text{Al}^{3+}]=0.10\ \text{M}\qquad [\text{Cl}^-]=3\cdot0.10\ \text{M}=0.30\ \text{M}[Al3+]=0.10 M[Cl−]=3⋅0.10 M=0.30 M
א – לא נכון: אלה ריכוזי היונים לפני המיהול.
ב – לא נכון: לא הובא בחשבון היחס 1:3 בין יוני האלומיניום ליוני הכלוריד.
ג – לא נכון: מתקבל אם מחלקים בנפח המים שהוספו (400 מ"ל) במקום בנפח הסופי של התמיסה: 0.05 mol0.400 L=0.125 M\frac{0.05\ \text{mol}}{0.400\ \text{L}}=0.125\ \text{M}0.400 L0.05 mol​=0.125 M.

שאלה 8 · ניסוח תגובות עם מים – נתרן פחמתי ואחרים

רב-ברירה

מבין הניסוחים א–ד שלפניכם, מהו הניסוח הנכון?

א.
$\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{NH}_{2(l)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow \text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{NH}^{-}_{(aq)} + \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}$
ב.
$\text{Na}_2\text{CO}_{3(s)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow 2\text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{HCO}_3^{-}{}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}$
ג.
$\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{COOH}_{(l)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow \text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{COOH}_2^{+}{}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}$
ד.
$\text{CH}_3\text{OH}_{(l)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow \text{CH}_3\text{O}^{-}_{(aq)} + \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}$

◂ פתרון מלא לשאלה 8

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – יוני הפחמה מקבלים פרוטון ממולקולות המים, ונוצרים יוני מימן פחמתי ויוני הידרוקסיד; התמיסה בסיסית.

התשובה: ב.
ב – נכון. נתרן פחמתי הוא חומר יוני. בהתמוססותו במים יוני הפחמה, CO32−\text{CO}_3^{2-}CO32−​, משמשים בסיס: הם מקבלים פרוטון ממולקולות מים, ונוצרים יוני HCO3−\text{HCO}_3^-HCO3−​ ויוני OH−\text{OH}^-OH−. לכן התמיסה בסיסית:
Na2CO3(s)+H2O(l)→2Na(aq)++HCO3−(aq)+OH(aq)−\text{Na}_2\text{CO}_{3(s)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow 2\text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{HCO}_3^{-}{}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}Na2​CO3(s)​+H2​O(l)​→2Na(aq)+​+HCO3−​(aq)​+OH(aq)−​
מאוזן: Na – 2, C – 1, O – 4 = 3 + 1, H – 2 = 1 + 1; מטען: 0=2(+1)+(−1)+(−1)0=2(+1)+(-1)+(-1)0=2(+1)+(−1)+(−1).
א – לא נכון. פרופיל אמין, CH3CH2CH2NH2\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{NH}_2CH3​CH2​CH2​NH2​, הוא בסיס: הוא מקבל פרוטון ממים, ולא מוסר. הניסוח הנכון: CH3CH2CH2NH2(l)+H2O(l)→CH3CH2CH2NH3+(aq)+OH(aq)−\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{NH}_{2(l)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow \text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{NH}_3^{+}{}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}CH3​CH2​CH2​NH2(l)​+H2​O(l)​→CH3​CH2​CH2​NH3+​(aq)​+OH(aq)−​.
ג – לא נכון. חומצה בוטנואית היא חומצה קרבוקסילית: היא מוסרת פרוטון למים. הניסוח הנכון: CH3CH2CH2COOH(l)+H2O(l)→H3O(aq)++CH3CH2CH2COO(aq)−\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{COOH}_{(l)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{COO}^{-}_{(aq)}CH3​CH2​CH2​COOH(l)​+H2​O(l)​→H3​O(aq)+​+CH3​CH2​CH2​COO(aq)−​.
ד – לא נכון. מתנול הוא כוהל. קבוצת ההידרוקסיל בכוהל אינה מוסרת פרוטון למים, והתמיסה המימית של מתנול ניטרלית (המתנול מתמוסס במים ללא יצירת יונים). אין להתבלבל בין קבוצת הידרוקסיל (כוהל) לבין קבוצת קרבוקסיל (חומצה).
טעות נפוצה: לזהות כל חומר שבנוסחתו יש "H" או "OH" כחומצה או כבסיס, בלי להתייחס לקבוצה הפונקציונלית.

שאלה 9 · חומצת לימון – מן הלימון אל הקומקום

שאלת מאמר26 נקודות

ניתוח קטע ממאמר מדעי – חובה
קראו את הקטע שלפניכם, וענו על הסעיפים שאחריו לפי ההנחיות (שאלת חובה – 26 נקודות).
חומצת לימון – מן הלימון אל הקומקום
חומצת לימון, C6H8O7\text{C}_6\text{H}_8\text{O}_7C6​H8​O7​ , היא החומר האחראי לטעם החמוץ של לימונים ושל
פירות הדר אחרים. בשנת 1784 הצליח הכימאי השוודי קרל וילהלם שֵׁלֶה להפריד לראשונה
חומצת לימון מוצקה ממיץ לימון. במולקולת חומצת לימון יש שלוש קבוצות קרבוקסיליות
וקבוצה הידרוקסילית אחת: HOOC−CH2−C(OH)(COOH)−CH2−COOH\text{HOOC}-\text{CH}_2-\text{C(OH)(COOH)}-\text{CH}_2-\text{COOH}HOOC−CH2​−C(OH)(COOH)−CH2​−COOH .
במשך שנים רבות הפיקו חומצת לימון מפירות הדר, אך הביקוש לה גדל מאוד. בתחילת
המאה ה־20 פותחה שיטה לייצור חומצת לימון בתהליך תסיסה: עובש מסוג אספרגילוס
(Aspergillus niger) גדל בתמיסת סוכר, ובנוכחות חמצן הוא הופך את הסוכר לחומצת לימון.
כיום מיוצרת כמעט כל חומצת הלימון בעולם בשיטה זו. התהליך הכולל מתואר בתגובה 1:
1. 2C6H12O6(aq)+3O2(g)→2C6H8O7(aq)+4H2O(ℓ)\quad 2\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_{6(aq)} + 3\text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{C}_6\text{H}_8\text{O}_{7(aq)} + 4\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}2C6​H12​O6(aq)​+3O2(g)​→2C6​H8​O7(aq)​+4H2​O(ℓ)​
לחומצת לימון שימושים רבים. אחד מהם הוא הרחקת אבנית מקומקומים וממכונות קפה.
במים "קשים" מומסים יוני סידן, Ca(aq)2+\text{Ca}^{2+}_{(aq)}Ca(aq)2+​ . בחימום המים שוקע על הדפנות מוצק
לבן – אבנית, שמרכיבה העיקרי הוא סידן פחמתי, CaCO3(s)\text{CaCO}_{3(s)}CaCO3(s)​ . כאשר מרתיחים בקומקום
תמיסה של חומצת לימון, האבנית מגיבה עם יוני ההידרוניום שבתמיסה (תגובה 2),
נפלטות בועות גז, והאבנית נעלמת:
2. CaCO3(s)+2H3O(aq)+→Ca(aq)2++CO2(g)+3H2O(ℓ)\quad \text{CaCO}_{3(s)} + 2\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} \rightarrow \text{Ca}^{2+}_{(aq)} + \text{CO}_{2(g)} + 3\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}CaCO3(s)​+2H3​O(aq)+​→Ca(aq)2+​+CO2(g)​+3H2​O(ℓ)​
גם תמיסה מימית של מימן כלורי, HCℓ(g)\text{HC}\ell_{(g)}HCℓ(g)​ , מרחיקה אבנית, אך זו תמיסה של חומצה
חזקה ומאכלת. לכן לשימוש ביתי מעדיפים את חומצת הלימון, שהיא חומצה חלשה ובטוחה
יותר לשימוש.
שימוש נוסף בחומצת לימון הוא בטבליות תוססות. הטבליה מכילה חומצת לימון ונתרן
מימן פחמתי, NaHCO3(s)\text{NaHCO}_{3(s)}NaHCO3(s)​ . כל עוד הטבליה יבשה, החומרים אינם מגיבים. כאשר
מכניסים את הטבליה למים, החומרים מתמוססים ומגיבים זה עם זה, ונפלטות בועות של
פחמן דו־חמצני (תגובה 3). התמיסה המתקבלת מכילה, בין השאר, את החומר הפעיל של הטבליה.
3. C6H8O7(aq)+3NaHCO3(aq)→Na3C6H5O7(aq)+3CO2(g)+3H2O(ℓ)\quad \text{C}_6\text{H}_8\text{O}_{7(aq)} + 3\text{NaHCO}_{3(aq)} \rightarrow \text{Na}_3\text{C}_6\text{H}_5\text{O}_{7(aq)} + 3\text{CO}_{2(g)} + 3\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}C6​H8​O7(aq)​+3NaHCO3(aq)​→Na3​C6​H5​O7(aq)​+3CO2(g)​+3H2​O(ℓ)​
חומצת לימון משמשת גם בתכשירי ניקוי לאמבטיות ולכיורים, להרחקת כתמי אבנית שנוצרים
סביב ברזים. יתרון נוסף שלה הוא שהיא מתפרקת בקלות בטבע, ואינה מזהמת את מקורות המים.
כך חומר שהתגלה במיץ לימון מיוצר כיום בעזרת מיקרואורגניזמים, ומשמש בבית ובתעשייה.
ענו על כל הסעיפים א, ב, ג, ד, ה, ו.

א.

האבנית נוצרת מיוני סידן המומסים במים. המספר האטומי של סידן, Ca\text{Ca}Ca , הוא 202020 .

(1)

רשמו את ההערכה האלקטרונית של אטום סידן.

(2)

אטום סידן יוצר יון חד־אטומי. רשמו את הסמל של יון זה, כולל המטען.

(3)

רשמו את ההערכה האלקטרונית של היון שרשמתם בתת־סעיף (2). לאיזה אטום של גז אציל יש אותה הערכה אלקטרונית?

ב.

העתיקו את הטבלה שלפניכם למחברת הבחינה, והשלימו במחברת את הנתונים החסרים.
החומר בקטעH2O(ℓ)\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}H2​O(ℓ)​CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​HCℓ(g)\text{HC}\ell_{(g)}HCℓ(g)​
נוסחת המולקולה
נוסחת ייצוג האלקטרונים של המולקולה
צורת המולקולהזוויתיתקוויתקוויתקווית
קוטביות המולקולה (קוטבית / לא קוטבית)

ג.

נתון:
דרגת החמצון הממוצעת של אטומי הפחמן במולקולה C6H12O6\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6C6​H12​O6​ היא (0)(0)(0) .
דרגת החמצון הממוצעת של אטומי הפחמן במולקולה C6H8O7\text{C}_6\text{H}_8\text{O}_7C6​H8​O7​ היא (+1)(+1)(+1) .
קבעו אם דרגת החמצון של אטומי המימן בתגובה 1 משתנה, ואם כן – כיצד היא משתנה.

ד.

מה הם השמות של הקבוצות הפונקציונליות במולקולת חומצת לימון?

ה.

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

ו.

טבליה תוססת מכילה 0.960.960.96 גרם חומצת לימון ו־ 1.001.001.00 גרם NaHCO3(s)\text{NaHCO}_{3(s)}NaHCO3(s)​ . הכניסו את הטבליה למים, ותגובה 3 התרחשה עד שאחד המגיבים הגיב בשלמות.
חשבו כמה מולקולות CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ נוצרו. פרטו את חישוביכם.

◂ פתרון מלא לשאלה 9

סעיף א

(1)

תשובה:

2,8,8,22,8,8,22,8,8,2

20=2+8+8+220 = 2 + 8 + 8 + 220=2+8+8+2, ולכן ההערכה האלקטרונית של אטום סידן היא 2,8,8,22,8,8,22,8,8,2 (ארבע רמות אנרגיה מאוכלסות ושני אלקטרוני ערכיות – סידן נמצא בשורה 4 ובטור 2, טור המתכות העפרוריות).

(2)

תשובה:

Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+

לאטום סידן שני אלקטרוני ערכיות. כאשר הוא יוצר יון הוא מוסר את שני האלקטרונים האלה, ומספר האלקטרונים (181818) קטן ב־222 ממספר הפרוטונים (202020). לכן נוצר יון חיובי בעל מטען +2+2+2: Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+.
טעות נפוצה: לרשום Ca2−\text{Ca}^{2-}Ca2− – מתכות מוסרות אלקטרונים ויוצרות יונים חיוביים.

(3)

תשובה:

2,8,82,8,82,8,8; לאטום ארגון, Ar\text{Ar}Ar.

ביון Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+ יש 20−2=1820-2=1820−2=18 אלקטרונים, וההערכה האלקטרונית שלו 2,8,82,8,82,8,8. לאטום הגז האציל ארגון (מספר אטומי 181818) יש 181818 אלקטרונים באותה הערכה, 2,8,82,8,82,8,8 – רמה חיצונית מלאה בשמונה אלקטרונים.

סעיף ב

תשובה:

נוסחאות: H2O\text{H}_2\text{O}H2​O, CO2\text{CO}_2CO2​, O2\text{O}_2O2​, HCℓ\text{HC}\ellHCℓ. קוטביות: H2O\text{H}_2\text{O}H2​O קוטבית, CO2\text{CO}_2CO2​ לא קוטבית, O2\text{O}_2O2​ לא קוטבית, HCℓ\text{HC}\ellHCℓ קוטבית.

הטבלה המלאה:
החומרH2O(ℓ)\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}H2​O(ℓ)​CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​HCℓ(g)\text{HC}\ell_{(g)}HCℓ(g)​
נוסחת המולקולהH2O\text{H}_2\text{O}H2​OCO2\text{CO}_2CO2​O2\text{O}_2O2​HCℓ\text{HC}\ellHCℓ
נוסחת ייצוג האלקטרוניםראו איורראו איורראו איורראו איור
צורת המולקולהזוויתיתקוויתקוויתקווית
קוטביות המולקולהקוטביתלא קוטביתלא קוטביתקוטבית
נוסחאות ייצוג האלקטרונים:
- H2O\text{H}_2\text{O}H2​O: לאטום החמצן שני זוגות קושרים (עם שני אטומי מימן) ושני זוגות לא קושרים.
- CO2\text{CO}_2CO2​: אטום הפחמן קשור בקשר כפול (שני זוגות קושרים) לכל אחד משני אטומי החמצן; לכל אטום חמצן שני זוגות לא קושרים.
- O2\text{O}_2O2​: קשר כפול (שני זוגות קושרים) בין שני אטומי החמצן, ולכל אטום חמצן שני זוגות לא קושרים.
- HCℓ\text{HC}\ellHCℓ: זוג קושר אחד בין אטום המימן לאטום הכלור, ולאטום הכלור שלושה זוגות לא קושרים.
קביעת הקוטביות:
- H2O\text{H}_2\text{O}H2​O – קשרי O−H\text{O}-\text{H}O−H קוטביים (הפרש אלקטרושליליות 3.5−2.1=1.43.5-2.1=1.43.5−2.1=1.4) ומבנה זוויתי שאינו סימטרי: קוטבית.
- CO2\text{CO}_2CO2​ – קשרי C=O\text{C}=\text{O}C=O קוטביים, אך המולקולה קווית וסימטרית ומרכזי המטען מתלכדים: לא קוטבית.
- O2\text{O}_2O2​ – קשר בין שני אטומים זהים, קשר קוולנטי טהור: לא קוטבית.
- HCℓ\text{HC}\ellHCℓ – מולקולה דו־אטומית עם קשר קוטבי (הפרש אלקטרושליליות 3.0−2.1=0.93.0-2.1=0.93.0−2.1=0.9); המטען החלקי השלילי על אטום הכלור והחיובי על אטום המימן: קוטבית.
טעות נפוצה: לקבוע שכל מולקולה קווית אינה קוטבית – מולקולה קווית שאינה סימטרית (כמו HCℓ\text{HC}\ellHCℓ) היא קוטבית.

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

סעיף ג

תשובה:

לא. דרגת החמצון של כל אטומי המימן היא +1+1+1 במגיבים ובתוצרים.

תגובה 1: 2C6H12O6(aq)+3O2(g)→2C6H8O7(aq)+4H2O(ℓ)2\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_{6(aq)} + 3\text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{C}_6\text{H}_8\text{O}_{7(aq)} + 4\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}2C6​H12​O6(aq)​+3O2(g)​→2C6​H8​O7(aq)​+4H2​O(ℓ)​
אטומי המימן מופיעים בשלושה חומרים: C6H12O6\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6C6​H12​O6​, C6H8O7\text{C}_6\text{H}_8\text{O}_7C6​H8​O7​ ו־H2O\text{H}_2\text{O}H2​O. בכל אחד מהם אטומי המימן קשורים לאטומים אלקטרושליליים יותר (פחמן או חמצן), ולכן דרגת החמצון שלהם +1+1+1. אפשר לבדוק בעזרת הנתונים:
- C6H12O6\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6C6​H12​O6​: 6⋅0+12⋅(+1)+6⋅(−2)=06\cdot 0 + 12\cdot(+1) + 6\cdot(-2) = 06⋅0+12⋅(+1)+6⋅(−2)=0 ✓
- C6H8O7\text{C}_6\text{H}_8\text{O}_7C6​H8​O7​: 6⋅(+1)+8⋅(+1)+7⋅(−2)=06\cdot(+1) + 8\cdot(+1) + 7\cdot(-2) = 06⋅(+1)+8⋅(+1)+7⋅(−2)=0 ✓
- H2O\text{H}_2\text{O}H2​O: 2⋅(+1)+(−2)=02\cdot(+1) + (-2) = 02⋅(+1)+(−2)=0 ✓
לכן דרגת החמצון של אטומי המימן אינה משתנה בתגובה 1 (+1+1+1 לפני התגובה ואחריה).
בתגובה זו עוברים חמצון אטומי הפחמן (דרגת החמצון הממוצעת עולה מ־000 ל־+1+1+1), ועוברים חיזור אטומי החמצן שמקורם ב־O2\text{O}_2O2​ (מ־000 ל־−2-2−2).
טעות נפוצה: להניח שבכל תגובת חמצון–חיזור משתנות דרגות החמצון של כל היסודות המשתתפים בה.

סעיף ד

תשובה:

קבוצה קרבוקסילית (חומצה קרבוקסילית, −COOH-\text{COOH}−COOH) וקבוצה הידרוקסילית (כוהל, −OH-\text{OH}−OH).

לפי הנוסחה בשורה 4, HOOC−CH2−C(OH)(COOH)−CH2−COOH\text{HOOC}-\text{CH}_2-\text{C(OH)(COOH)}-\text{CH}_2-\text{COOH}HOOC−CH2​−C(OH)(COOH)−CH2​−COOH, יש במולקולה:
•שלוש קבוצות −COOH-\text{COOH}−COOH – קבוצה קרבוקסילית (חומצה קרבוקסילית);
•קבוצת −OH-\text{OH}−OH הקשורה לאטום פחמן – קבוצה הידרוקסילית (כוהל).
טעות נפוצה: לזהות את קבוצת ה־OH\text{OH}OH שבתוך הקבוצה הקרבוקסילית כקבוצה הידרוקסילית נפרדת – −COOH-\text{COOH}−COOH היא קבוצה פונקציונלית אחת.

סעיף ה

תשובה:

איור 1.

איור 1 מתאר איזומר של חומצת לימון.
איזומרים הם חומרים בעלי אותה נוסחה מולקולרית אך מבנה שונה (סדר קישור שונה של האטומים).
•חומצת לימון: C6H8O7\text{C}_6\text{H}_8\text{O}_7C6​H8​O7​ (נתון בשורה 1).
•איור 1: 333 אטומי פחמן בשרשרת ו־333 אטומי פחמן בקבוצות −COOH-\text{COOH}−COOH – 666 אטומי פחמן; אטומי חמצן: 3⋅2+1=73\cdot 2 + 1 = 73⋅2+1=7; אטומי מימן: 333 (בקבוצות COOH\text{COOH}COOH) + 111 (ב־OH\text{OH}OH) + 1+1+21 + 1 + 21+1+2 (על אטומי השרשרת) =8= 8=8 – נוסחה מולקולרית C6H8O7\text{C}_6\text{H}_8\text{O}_7C6​H8​O7​, כמו של חומצת לימון. המבנה שונה: בחומצת לימון קבוצת ה־OH\text{OH}OH וקבוצת COOH\text{COOH}COOH קשורות לאותו אטום פחמן (האמצעי), ובאיור 1 קבוצת ה־OH\text{OH}OH קשורה לאטום פחמן אחר בשרשרת. לכן זהו איזומר של חומצת לימון.
•איור 2: 666 אטומי פחמן, 666 אטומי חמצן ו־666 אטומי מימן – C6H6O6\text{C}_6\text{H}_6\text{O}_6C6​H6​O6​ (אין בו קבוצת OH\text{OH}OH, ויש קשר כפול C=C\text{C}=\text{C}C=C). הנוסחה המולקולרית שונה מזו של חומצת לימון, ולכן אין זה איזומר שלה.
טעות נפוצה: לקבוע שהמולקולות איזומרים משום שיש להן אותו מספר אטומי פחמן ואותן קבוצות קרבוקסיליות – יש לבדוק את מספר כל האטומים מכל סוג.

סעיף ו

תשובה:

NaHCO3\text{NaHCO}_3NaHCO3​ הוא הגורם המגביל; נוצרו כ־7.17×10217.17\times 10^{21}7.17×1021 מולקולות CO2\text{CO}_2CO2​.

שלב 1 – מספרי המולים של המגיבים:
Mw(C6H8O7)=6⋅12.0+8⋅1.0+7⋅16.0=192.0 gmolM_w(\text{C}_6\text{H}_8\text{O}_7) = 6\cdot 12.0 + 8\cdot 1.0 + 7\cdot 16.0 = 192.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}Mw​(C6​H8​O7​)=6⋅12.0+8⋅1.0+7⋅16.0=192.0 molg​
n(C6H8O7)=mMw=0.96 g192.0 gmol=0.0050 moln(\text{C}_6\text{H}_8\text{O}_7) = \frac{m}{M_w} = \frac{0.96\ \text{g}}{192.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}} = 0.0050\ \text{mol}n(C6​H8​O7​)=Mw​m​=192.0 molg​0.96 g​=0.0050 mol
Mw(NaHCO3)=23.0+1.0+12.0+3⋅16.0=84.0 gmolM_w(\text{NaHCO}_3) = 23.0 + 1.0 + 12.0 + 3\cdot 16.0 = 84.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}Mw​(NaHCO3​)=23.0+1.0+12.0+3⋅16.0=84.0 molg​
n(NaHCO3)=1.00 g84.0 gmol=0.0119 moln(\text{NaHCO}_3) = \frac{1.00\ \text{g}}{84.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}} = 0.0119\ \text{mol}n(NaHCO3​)=84.0 molg​1.00 g​=0.0119 mol
שלב 2 – הגורם המגביל: לפי תגובה 3, יחס המולים C6H8O7:NaHCO3=1:3\text{C}_6\text{H}_8\text{O}_7 : \text{NaHCO}_3 = 1:3C6​H8​O7​:NaHCO3​=1:3.
כדי שכל חומצת הלימון תגיב דרושים 3⋅0.0050 mol=0.0150 mol3\cdot 0.0050\ \text{mol} = 0.0150\ \text{mol}3⋅0.0050 mol=0.0150 mol NaHCO3\text{NaHCO}_3NaHCO3​, אך יש רק 0.0119 mol0.0119\ \text{mol}0.0119 mol. לכן NaHCO3\text{NaHCO}_3NaHCO3​ הוא הגורם המגביל (הוא מגיב בשלמות), וחומצת הלימון בעודף.
שלב 3 – מולי CO2\text{CO}_2CO2​: יחס המולים NaHCO3:CO2=3:3=1:1\text{NaHCO}_3 : \text{CO}_2 = 3:3 = 1:1NaHCO3​:CO2​=3:3=1:1, ולכן n(CO2)=0.0119 moln(\text{CO}_2) = 0.0119\ \text{mol}n(CO2​)=0.0119 mol.
שלב 4 – מספר המולקולות: N=n⋅NA=0.0119 mol⋅6.02×1023 מולקולותmol=7.17×1021N = n\cdot N_A = 0.0119\ \text{mol}\cdot 6.02\times 10^{23}\ \frac{\text{מולקולות}}{\text{mol}} = 7.17\times 10^{21}N=n⋅NA​=0.0119 mol⋅6.02×1023 molמולקולות​=7.17×1021 מולקולות CO2\text{CO}_2CO2​.
טעות נפוצה: לחשב לפי חומצת הלימון (3⋅0.0050=0.015 mol3\cdot 0.0050 = 0.015\ \text{mol}3⋅0.0050=0.015 mol CO2\text{CO}_2CO2​) בלי לבדוק איזה מגיב הוא הגורם המגביל.

פרק שני

שאלה 10 · הפקת ברזל מעפרה וקשר מימני בין דימתיל אתר למים

שאלה פתוחה25 נקודות

מבנה וקישור, חישובים
ברזל, Fe\text{Fe}Fe , הוא המתכת שהאדם משתמש בה יותר מכל מתכת אחרת, בעיקר בצורת פלדה.
מפיקים ברזל מעפרות המכילות ברזל(III) חמצני, Fe2O3(s)\text{Fe}_2\text{O}_{3(s)}Fe2​O3(s)​ , שצבעו אדום־חום. בתנור גבוה (כבשן היתוך) מגיבה העפרה בטמפרטורה גבוהה עם הגז פחמן חד־חמצני, CO(g)\text{CO}_{(g)}CO(g)​ . הברזל הנוצר הוא נוזל מבריק בצבע אפור־כסוף, הזורם לתחתית הכבשן.
לפניכם ניסוח לא מאוזן של התגובה:
Fe2O3(s)+CO(g)→ΔFe(ℓ)+CO2(g)\text{Fe}_2\text{O}_{3(s)} + \text{CO}_{(g)} \xrightarrow{\Delta} \text{Fe}_{(\ell)} + \text{CO}_{2(g)}Fe2​O3(s)​+CO(g)​Δ​Fe(ℓ)​+CO2(g)​

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 החומרים בתגובה.
סימול החומרהולכה חשמלית במצב מוצקהולכה חשמלית במצב נוזל
A√√
B×√
מבין כל החומרים בתגובה, 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.

נתונה עפרה שמסתה 2.002.002.00 טון.
ברזל(III) חמצני, Fe2O3(s)\text{Fe}_2\text{O}_{3(s)}Fe2​O3(s)​ , מהווה 80.0%80.0\%80.0% ממסת העפרה.
מן הברזל(III) החמצני שבעפרה הפיקו ברזל על פי התגובה שאיזנתם בסעיף א.
חשבו כמה מולים של גז CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ השתחררו. פרטו את חישוביכם.
נתון: 111 טון =1×106= 1\times 10^6=1×106 גרם

ה.

חלקי פלדה צובעים לעתים בתרסיס צבע. בחלק מתרסיסי הצבע משמש הגז דימתיל אתר כגז דוחף.
לפניכם ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של מולקולת דימתיל אתר: CH3OCH3\text{CH}_3\text{OCH}_3CH3​OCH3​ .
נתון כי דימתיל אתר מתמוסס במים.
לפניכם ארבעה איורים 1–4.
קבעו איזה מן האיורים 1, 2, 3, 4, מתאר בצורה נכונה קשר מימני בין מולקולת דימתיל אתר למולקולת מים.

◂ פתרון מלא לשאלה 10

סעיף א

תשובה:

Fe2O3(s)+3CO(g)→2Fe(ℓ)+3CO2(g)\text{Fe}_2\text{O}_{3(s)} + 3\text{CO}_{(g)} \rightarrow 2\text{Fe}_{(\ell)} + 3\text{CO}_{2(g)}Fe2​O3(s)​+3CO(g)​→2Fe(ℓ)​+3CO2(g)​

מאזנים תחילה את אטומי הברזל: ב־Fe2O3\text{Fe}_2\text{O}_3Fe2​O3​ שני אטומי ברזל, ולכן המקדם של Fe\text{Fe}Fe הוא 222.
מאזנים את אטומי החמצן והפחמן: כל מולקולת CO\text{CO}CO קולטת אטום חמצן אחד והופכת ל־CO2\text{CO}_2CO2​. ב־Fe2O3\text{Fe}_2\text{O}_3Fe2​O3​ שלושה אטומי חמצן, ולכן נדרשות 333 מולקולות CO\text{CO}CO, ונוצרות 333 מולקולות CO2\text{CO}_2CO2​:
Fe2O3(s)+3CO(g)→Δ2Fe(ℓ)+3CO2(g)\text{Fe}_2\text{O}_{3(s)} + 3\text{CO}_{(g)} \xrightarrow{\Delta} 2\text{Fe}_{(\ell)} + 3\text{CO}_{2(g)}Fe2​O3(s)​+3CO(g)​Δ​2Fe(ℓ)​+3CO2(g)​
בדיקה: Fe\text{Fe}Fe: 2=22=22=2; C\text{C}C: 3=33=33=3; O\text{O}O: 3+3=63+3=63+3=6 משמאל, 3⋅2=63\cdot 2=63⋅2=6 מימין.
טעות נפוצה: לאזן רק את אטומי הברזל ולשכוח שגם אטומי החמצן שב־CO\text{CO}CO נספרים.

סעיף ב

תשובה:

המוצק האדום־חום נעלם ונוצר נוזל מבריק בצבע אפור־כסוף (ברזל).

המגיב Fe2O3\text{Fe}_2\text{O}_3Fe2​O3​ הוא מוצק בצבע אדום־חום, ואילו התוצר ברזל הוא חומר מבריק בצבע אפור־כסוף (נוזל בטמפרטורת הכבשן). לכן שינוי מאקרוסקופי אפשרי: היעלמות המוצק האדום־חום והופעת מתכת מבריקה אפורה־כסופה.
טעות נפוצה: לתאר שינוי ברמה המיקרוסקופית (למשל "יוני ברזל קלטו אלקטרונים") במקום שינוי שאפשר לראות. שימו לב: פליטת גז אינה סימן טוב כאן, משום שגם המגיב CO\text{CO}CO הוא גז.

סעיף ג

תשובה:

A\text{A}A – ברזל, Fe\text{Fe}Fe; B\text{B}B – ברזל(III) חמצני, Fe2O3\text{Fe}_2\text{O}_3Fe2​O3​.

חומר A מוליך חשמל גם במצב מוצק וגם במצב נוזל – תכונה של מתכת: A\text{A}A הוא ברזל, Fe\text{Fe}Fe.
חומר B אינו מוליך במצב מוצק אך מוליך במצב נוזל – תכונה של חומר יוני: B\text{B}B הוא ברזל(III) חמצני, Fe2O3\text{Fe}_2\text{O}_3Fe2​O3​ (תרכובת של מתכת ואל־מתכת).
CO\text{CO}CO ו־CO2\text{CO}_2CO2​ הם חומרים מולקולריים, שאינם מוליכים חשמל באף מצב צבירה, ולכן אינם מתאימים לאף אחת מהשורות.
הסבר (ברמת החלקיקים): הולכה חשמלית מחייבת חלקיקים טעונים ניידים. בברזל (סריג מתכתי של יונים חיוביים ב"ים" של אלקטרונים ניידים) יש אלקטרונים ניידים גם במוצק וגם בנוזל. ב־Fe2O3\text{Fe}_2\text{O}_3Fe2​O3​ (סריג יוני של Fe3+\text{Fe}^{3+}Fe3+ ו־O2−\text{O}^{2-}O2−) היונים קבועים במקומם במוצק, ונעשים ניידים רק במצב נוזל.

סעיף ד

תשובה:

כ־3.01×1043.01\times 10^{4}3.01×104 מול CO2\text{CO}_2CO2​.

מסת העפרה בגרמים: m(עפרה)=2.00⋅1×106 g=2.00×106 gm(\text{עפרה}) = 2.00\cdot 1\times 10^{6}\ \text{g} = 2.00\times 10^{6}\ \text{g}m(עפרה)=2.00⋅1×106 g=2.00×106 g
מסת Fe2O3\text{Fe}_2\text{O}_3Fe2​O3​ בעפרה: m(Fe2O3)=0.800⋅2.00×106 g=1.60×106 gm(\text{Fe}_2\text{O}_3) = 0.800\cdot 2.00\times 10^{6}\ \text{g} = 1.60\times 10^{6}\ \text{g}m(Fe2​O3​)=0.800⋅2.00×106 g=1.60×106 g
מסה מולרית: Mw(Fe2O3)=2⋅55.8+3⋅16.0=159.6 gmolM_w(\text{Fe}_2\text{O}_3) = 2\cdot 55.8 + 3\cdot 16.0 = 159.6\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}Mw​(Fe2​O3​)=2⋅55.8+3⋅16.0=159.6 molg​
מספר מולי Fe2O3\text{Fe}_2\text{O}_3Fe2​O3​: n=mMw=1.60×106 g159.6 gmol=1.003×104 moln = \frac{m}{M_w} = \frac{1.60\times 10^{6}\ \text{g}}{159.6\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}} = 1.003\times 10^{4}\ \text{mol}n=Mw​m​=159.6 molg​1.60×106 g​=1.003×104 mol
יחס מולים (לפי Fe2O3+3CO→2Fe+3CO2\text{Fe}_2\text{O}_3 + 3\text{CO} \rightarrow 2\text{Fe} + 3\text{CO}_2Fe2​O3​+3CO→2Fe+3CO2​): n(Fe2O3):n(CO2)=1:3n(\text{Fe}_2\text{O}_3) : n(\text{CO}_2) = 1:3n(Fe2​O3​):n(CO2​)=1:3
n(CO2)=3⋅1.003×104 mol=3.01×104 moln(\text{CO}_2) = 3\cdot 1.003\times 10^{4}\ \text{mol} = 3.01\times 10^{4}\ \text{mol}n(CO2​)=3⋅1.003×104 mol=3.01×104 mol
טעות נפוצה: לחשב לפי מסת העפרה כולה במקום לפי 80.0%80.0\%80.0% ממנה, או להשתמש ביחס 1:11:11:1 במקום 1:31:31:3.

סעיף ה

תשובה:

איור 2.

איור 2 נכון. קשר מימני נוצר בין אטום מימן הקשור קוולנטית לאטום קטן ואלקטרושלילי מאוד (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.
במולקולת דימתיל אתר אין אטום מימן הקשור לאטום חמצן (כל אטומי המימן קשורים לאטומי פחמן), ולכן היא יכולה להשתתף בקשר מימני רק באמצעות זוג אלקטרונים לא קושר של אטום החמצן שלה. באיור 2 אטום מימן של קבוצת O−H\text{O}-\text{H}O−H במולקולת המים נמשך אל זוג אלקטרונים לא קושר של אטום החמצן במולקולת דימתיל אתר – 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 מימן זה אינו יוצר קשר מימני.
- איור 3: הקו המקווקו מחבר בין שני אטומי חמצן (זוג לא קושר מול זוג לא קושר), ללא אטום מימן ביניהם – זה אינו קשר מימני.
- איור 4: הקו המקווקו מחבר בין שני אטומי מימן (לשניהם מטען חלקי חיובי) – אין כאן זוג אלקטרונים לא קושר, ולכן זה אינו קשר מימני.
טעות נפוצה: לחשוב שבין מולקולת דימתיל אתר למולקולת מים אי אפשר ליצור קשר מימני כלל, משום שבדימתיל אתר אין קבוצת O−H\text{O}-\text{H}O−H – אטום החמצן שלו יכול לקבל קשר מימני דרך זוג אלקטרונים לא קושר.

שאלה 11 · תרכובות חנקן – חמצון־חיזור וחישובים

שאלה פתוחה25 נקודות

חמצון–חיזור, חישובים

א.

לפניכם נוסחאות של חמש מולקולות:
N2, NH3, NO2, HNO3, N2O\text{N}_2 \quad,\ \text{NH}_3 \quad,\ \text{NO}_2 \quad,\ \text{HNO}_3 \quad,\ \text{N}_2\text{O}N2​, NH3​, NO2​, HNO3​, N2​O

(1)

קבעו את דרגת החמצון של אטום החנקן בכל אחת מן המולקולות.

(2)

קבעו באילו מן המולקולות הנתונות עשויים אטומי החנקן לעבור גם תהליך חמצון וגם תהליך חיזור.
נמקו את קביעותיכם.

ב.

חומצה חנקתית, HNO3(aq)\text{HNO}_{3(aq)}HNO3(aq)​ , היא חומר גלם חשוב לייצור דשנים. באחד השלבים בייצור החומצה מגיב הגז חנקן דו־חמצני, NO2(g)\text{NO}_{2(g)}NO2(g)​ , עם מים.
לפניכם ניסוח תגובה 1 :
1.3NO2(g)+H2O(ℓ)→2HNO3(aq)+NO(g)1.\quad 3\text{NO}_{2(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow 2\text{HNO}_{3(aq)} + \text{NO}_{(g)}1.3NO2(g)​+H2​O(ℓ)​→2HNO3(aq)​+NO(g)​
קבעו מהו החומר המחמצן ומהו החומר המחזר בתגובה 1 . הסבירו את שתי הקביעות.

ג.

החנקן החד־חמצני, NO(g)\text{NO}_{(g)}NO(g)​ , שנוצר בתגובה 1 אינו הולך לאיבוד: הוא מגיב עם חמצן מן האוויר, ונוצר שוב חנקן דו־חמצני.
לפניכם ניסוח תגובה 2 :
2.2NO(g)+O2(g)→2NO2(g)2.\quad 2\text{NO}_{(g)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{NO}_{2(g)}2.2NO(g)​+O2(g)​→2NO2(g)​
האם תגובה 2 היא תגובת חמצון–חיזור? הסבירו את קביעתכם.

ד.

אמוניום חנקתי, NH4NO3(s)\text{NH}_4\text{NO}_{3(s)}NH4​NO3(s)​ , הוא חומר יוני המשמש דשן חנקני וגם בשקיות קירור לעזרה ראשונה.
נסחו את תגובת ההמסה של NH4NO3(s)\text{NH}_4\text{NO}_{3(s)}NH4​NO3(s)​ במים.

ה.

המיסו 20.020.020.0 גרם NH4NO3(s)\text{NH}_4\text{NO}_{3(s)}NH4​NO3(s)​ במים, והכינו 500500500 מ"ל תמיסה.
חשבו את הריכוז המולרי של תמיסת NH4NO3(aq)\text{NH}_4\text{NO}_{3(aq)}NH4​NO3(aq)​ שהתקבלה. פרטו את חישוביכם.

◂ פתרון מלא לשאלה 11

סעיף א

(1)

תשובה:

N2\text{N}_2N2​: 000; NH3\text{NH}_3NH3​: −3-3−3; NO2\text{NO}_2NO2​: +4+4+4; HNO3\text{HNO}_3HNO3​: +5+5+5; N2O\text{N}_2\text{O}N2​O: +1+1+1.

- N2\text{N}_2N2​ – יסוד: 000.
- NH3\text{NH}_3NH3​: x+3⋅(+1)=0⇒x=−3x + 3\cdot(+1) = 0 \Rightarrow x = -3x+3⋅(+1)=0⇒x=−3.
- NO2\text{NO}_2NO2​: x+2⋅(−2)=0⇒x=+4x + 2\cdot(-2) = 0 \Rightarrow x = +4x+2⋅(−2)=0⇒x=+4.
- HNO3\text{HNO}_3HNO3​: (+1)+x+3⋅(−2)=0⇒x=+5(+1) + x + 3\cdot(-2) = 0 \Rightarrow x = +5(+1)+x+3⋅(−2)=0⇒x=+5.
- N2O\text{N}_2\text{O}N2​O: 2x+(−2)=0⇒x=+12x + (-2) = 0 \Rightarrow x = +12x+(−2)=0⇒x=+1.

(2)

תשובה:

N2\text{N}_2N2​, NO2\text{NO}_2NO2​, N2O\text{N}_2\text{O}N2​O – דרגת החמצון של החנקן בהן בין המזערית (−3-3−3) למרבית (+5+5+5).

לחנקן 555 אלקטרוני ערכיות. דרגת החמצון המרבית שלו היא +5+5+5 (כאשר "מסר" את כל 555 אלקטרוני הערכיות), ודרגת החמצון המזערית היא −3-3−3 (כאשר "קלט" 333 אלקטרונים והשלים שמונה).
•אטום שדרגת החמצון שלו בין המזערית למרבית יכול גם לעלות בדרגת החמצון (חמצון) וגם לרדת (חיזור): N2\text{N}_2N2​ (000), NO2\text{NO}_2NO2​ (+4+4+4), N2O\text{N}_2\text{O}N2​O (+1+1+1).
•ב־NH3\text{NH}_3NH3​ החנקן בדרגה המזערית −3-3−3 – יכול לעבור רק חמצון.
•ב־HNO3\text{HNO}_3HNO3​ החנקן בדרגה המרבית +5+5+5 – יכול לעבור רק חיזור.
טעות נפוצה: לכלול את HNO3\text{HNO}_3HNO3​, אף שהחנקן בו כבר בדרגת החמצון המרבית.

סעיף ב

תשובה:

NO2(g)\text{NO}_{2(g)}NO2(g)​ הוא גם החומר המחמצן וגם החומר המחזר.

נקבע את דרגות החמצון של החנקן:
•ב־NO2\text{NO}_2NO2​: +4+4+4.
•ב־HNO3\text{HNO}_3HNO3​: +5+5+5.
•ב־NO\text{NO}NO: x+(−2)=0⇒x=+2x + (-2) = 0 \Rightarrow x = +2x+(−2)=0⇒x=+2.
דרגות החמצון של H\text{H}H (+1+1+1) ושל O\text{O}O (−2-2−2) אינן משתנות.
מתוך שלוש מולקולות NO2\text{NO}_2NO2​:
•בשתיים, אטומי החנקן עוברים מ־+4+4+4 ל־+5+5+5 (ב־HNO3\text{HNO}_3HNO3​) – הם מוסרים אלקטרונים ועוברים חמצון. החומר שמוסר אלקטרונים הוא החומר המחזר – לכן NO2\text{NO}_2NO2​ הוא החומר המחזר.
•באחת, אטום החנקן עובר מ־+4+4+4 ל־+2+2+2 (ב־NO\text{NO}NO) – הוא קולט אלקטרונים ועובר חיזור. החומר שקולט אלקטרונים הוא החומר המחמצן – לכן NO2\text{NO}_2NO2​ הוא גם החומר המחמצן.
לכן NO2(g)\text{NO}_{2(g)}NO2(g)​ הוא גם המחמצן וגם המחזר (המים אינם מחמצן ואינם מחזר: דרגות החמצון של אטומיהם אינן משתנות).
טעות נפוצה: לקבוע שהמים הם החומר המחמצן משום שהם המגיב "השני" – יש לבדוק בכל חומר אם דרגת החמצון של אטומיו משתנה.

סעיף ג

תשובה:

כן – דרגת החמצון של החנקן עולה מ־+2+2+2 ל־+4+4+4, ודרגת החמצון של החמצן שמקורו ב־O2\text{O}_2O2​ יורדת מ־000 ל־−2-2−2.

תגובת חמצון–חיזור היא תגובה שבה עוברים אלקטרונים, כלומר משתנות דרגות החמצון של אטומים.
•חנקן: ב־NO\text{NO}NO +2+2+2, ב־NO2\text{NO}_2NO2​ +4+4+4 – עלייה: חמצון.
•חמצן: ב־O2\text{O}_2O2​ (יסוד) 000, ב־NO2\text{NO}_2NO2​ −2-2−2 – ירידה: חיזור.
לכן תגובה 2 היא תגובת חמצון–חיזור: NO\text{NO}NO הוא המחזר ו־O2\text{O}_2O2​ הוא המחמצן.
טעות נפוצה: לקבוע שהתגובה אינה תגובת חמצון–חיזור משום שאין בה יונים – העברת אלקטרונים נקבעת לפי שינוי דרגות החמצון, גם בין מולקולות.

סעיף ד

תשובה:

NH4NO3(s)→H2O(ℓ)NH4+(aq)+NO3−(aq)\text{NH}_4\text{NO}_{3(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}} \text{NH}_4^{+}{}_{(aq)} + \text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}NH4​NO3(s)​H2​O(ℓ)​​NH4+​(aq)​+NO3−​(aq)​

אמוניום חנקתי בנוי מיונים רב־אטומיים: יון אמוניום, NH4+\text{NH}_4^{+}NH4+​, ויון חנקה, NO3−\text{NO}_3^{-}NO3−​, ביחס 1:11:11:1. בהמסה במים היונים נפרדים זה מזה ומוקפים מולקולות מים (יונים ממוימים):
NH4NO3(s)→H2O(ℓ)NH4+(aq)+NO3−(aq)\text{NH}_4\text{NO}_{3(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}} \text{NH}_4^{+}{}_{(aq)} + \text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}NH4​NO3(s)​H2​O(ℓ)​​NH4+​(aq)​+NO3−​(aq)​
טעות נפוצה: לפרק את היונים הרב־אטומיים לאטומים או ליונים של חנקן, מימן וחמצן (למשל N3−\text{N}^{3-}N3− או H+\text{H}^{+}H+) – יון רב־אטומי נשאר שלם בתמיסה.

סעיף ה

תשובה:

0.500 molL0.500\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}0.500 Lmol​ (0.500M0.500\text{M}0.500M)

מסה מולרית: Mw(NH4NO3)=2⋅14.0+4⋅1.0+3⋅16.0=80.0 gmolM_w(\text{NH}_4\text{NO}_3) = 2\cdot 14.0 + 4\cdot 1.0 + 3\cdot 16.0 = 80.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}Mw​(NH4​NO3​)=2⋅14.0+4⋅1.0+3⋅16.0=80.0 molg​
מספר מולים: n=mMw=20.0 g80.0 gmol=0.250 moln = \frac{m}{M_w} = \frac{20.0\ \text{g}}{80.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}} = 0.250\ \text{mol}n=Mw​m​=80.0 molg​20.0 g​=0.250 mol
נפח התמיסה בליטרים: V=500 mL=0.500 LV = 500\ \text{mL} = 0.500\ \text{L}V=500 mL=0.500 L
ריכוז מולרי: C=nV=0.250 mol0.500 L=0.500 molLC = \frac{n}{V} = \frac{0.250\ \text{mol}}{0.500\ \text{L}} = 0.500\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}C=Vn​=0.500 L0.250 mol​=0.500 Lmol​
טעות נפוצה: להציב את הנפח במיליליטרים (500500500) במקום בליטרים, או לשכוח לספור את שני אטומי החנקן במסה המולרית.

שאלה 12 · אמינים וכהלים – טמפרטורות רתיחה ושמן ציפורן

שאלה פתוחה25 נקודות

מבנה וקישור, תרכובות פחמן
אמינים וכהלים הם תרכובות פחמן שבין מולקולותיהן נוצרים קשרי מימן.
לפניכם שני גרפים. בגרף 1 מוצגות טמפרטורות הרתיחה של ארבעה אמינים ראשוניים בעלי שרשרת פחמנית לא מסועפת: מתילאמין, אתילאמין, 1־פרופילאמין ו־1־בוטילאמין. בגרף 2 מוצגות טמפרטורות הרתיחה של ארבעה כהלים בעלי שרשרת לא מסועפת: מתנול, אתנול, 1־פרופנול ו־1־בוטנול. כל הערכים נמדדו בלחץ של 111 אטמוספרה.
(נתוני הגרפים: גרף 1 – מתילאמין, CH3NH2\text{CH}_3\text{NH}_2CH3​NH2​: −6oC-6^{\text{o}}\text{C}−6oC; אתילאמין, C2H5NH2\text{C}_2\text{H}_5\text{NH}_2C2​H5​NH2​: 17oC17^{\text{o}}\text{C}17oC; 1־פרופילאמין, C3H7NH2\text{C}_3\text{H}_7\text{NH}_2C3​H7​NH2​: 48oC48^{\text{o}}\text{C}48oC; 1־בוטילאמין, C4H9NH2\text{C}_4\text{H}_9\text{NH}_2C4​H9​NH2​: 78oC78^{\text{o}}\text{C}78oC. גרף 2 – מתנול, CH3OH\text{CH}_3\text{OH}CH3​OH: 65oC65^{\text{o}}\text{C}65oC; אתנול, C2H5OH\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}C2​H5​OH: 78oC78^{\text{o}}\text{C}78oC; 1־פרופנול, C3H7OH\text{C}_3\text{H}_7\text{OH}C3​H7​OH: 97oC97^{\text{o}}\text{C}97oC; 1־בוטנול, C4H9OH\text{C}_4\text{H}_9\text{OH}C4​H9​OH: 118oC118^{\text{o}}\text{C}118oC. הציר האנכי: טמפרטורת הרתיחה (oC)(^{\text{o}}\text{C})(oC).)

א.

(1)

לפי הגרפים, רשמו את השמות של כל החומרים שהם במצב צבירה גז בטמפרטורה של 25oC25^{\text{o}}\text{C}25oC ובלחץ של 111 אטמוספרה.

(2)

רשמו ייצוג מקוצר של נוסחת המבנה של כל אחד מן החומרים שרשמתם בתת־סעיף (1).

(3)

רשמו את הנוסחה המולקולרית של כל אחת מן המולקולות של החומרים שרשמתם בתת־סעיף (1).

(4)

מספר האלקטרונים במולקולת מתנול שווה למספר האלקטרונים במולקולת מתילאמין, אך טמפרטורת הרתיחה של מתנול גבוהה מזו של מתילאמין.
קבעו מהו הגורם העיקרי להבדל זה.

ב.

אמינים הם בסיסים: בתגובה עם מים מתקבלת תמיסה בסיסית.
נסחו את התגובה של אתילאמין, CH3CH2NH2(g)\text{CH}_3\text{CH}_2\text{NH}_{2(g)}CH3​CH2​NH2(g)​ , עם מים.

ג.

נתון ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של מולקולת החומר Y\text{Y}Y (טרימתילאמין): (CH3)3N(\text{CH}_3)_3\text{N}(CH3​)3​N .
לחומר Y\text{Y}Y אותה נוסחה מולקולרית כמו ל־1־פרופילאמין.
טמפרטורת הרתיחה של החומר Y\text{Y}Y היא אחד משני הערכים: 3oC3^{\text{o}}\text{C}3oC או 48oC48^{\text{o}}\text{C}48oC .
קבעו מהי טמפרטורת הרתיחה של החומר Y\text{Y}Y .
הסבירו את קביעתכם.

ד.

אאוגנול הוא המרכיב העיקרי של שמן ציפורן, והוא משמש בין השאר ברפואת שיניים. נכנה אותו מולקולה E\text{E}E .
לפניכם ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של מולקולה E\text{E}E .

(1)

ציינו את השמות של כל הקבוצות הפונקציונליות במולקולה E\text{E}E .

(2)

הסבירו מדוע לאאוגנול יש מסיסות מסוימת במים, והוא מתמוסס היטב בשמן.

◂ פתרון מלא לשאלה 12

סעיף א

(1)

תשובה:

מתילאמין ואתילאמין.

חומר נמצא במצב גז בטמפרטורה הגבוהה מטמפרטורת הרתיחה שלו. טמפרטורות הרתיחה הנמוכות מ־25oC25^{\text{o}}\text{C}25oC: מתילאמין (−6oC-6^{\text{o}}\text{C}−6oC) ואתילאמין (17oC17^{\text{o}}\text{C}17oC). שאר החומרים בשני הגרפים רותחים מעל 25oC25^{\text{o}}\text{C}25oC ולכן הם נוזלים בטמפרטורה זו.
טעות נפוצה: להשמיט את אתילאמין – טמפרטורת הרתיחה שלו חיובית, אך נמוכה מ־25oC25^{\text{o}}\text{C}25oC.

(2)

תשובה:

מתילאמין: CH3NH2\text{CH}_3\text{NH}_2CH3​NH2​; אתילאמין: CH3CH2NH2\text{CH}_3\text{CH}_2\text{NH}_2CH3​CH2​NH2​.

•מתילאמין: קבוצה אמינית −NH2-\text{NH}_2−NH2​ הקשורה לקבוצת מתיל: CH3NH2\text{CH}_3\text{NH}_2CH3​NH2​.
•אתילאמין: קבוצה אמינית הקשורה לקבוצת אתיל: CH3CH2NH2\text{CH}_3\text{CH}_2\text{NH}_2CH3​CH2​NH2​.

(3)

תשובה:

מתילאמין: CH5N\text{CH}_5\text{N}CH5​N; אתילאמין: C2H7N\text{C}_2\text{H}_7\text{N}C2​H7​N.

•מתילאמין, CH3NH2\text{CH}_3\text{NH}_2CH3​NH2​: פחמן 111, מימן 3+2=53+2=53+2=5, חנקן 111 – CH5N\text{CH}_5\text{N}CH5​N.
•אתילאמין, CH3CH2NH2\text{CH}_3\text{CH}_2\text{NH}_2CH3​CH2​NH2​: פחמן 222, מימן 3+2+2=73+2+2=73+2+2=7, חנקן 111 – C2H7N\text{C}_2\text{H}_7\text{N}C2​H7​N.

(4)

תשובה:

קשרי המימן בין מולקולות מתנול חזקים יותר, כי הפרש האלקטרושליליות בקשר O−H\text{O}-\text{H}O−H גדול מזה שבקשר N−H\text{N}-\text{H}N−H.

בשני החומרים נוצרים קשרי מימן בין המולקולות, ולשתי המולקולות אותו מספר אלקטרונים (181818), כך שאינטראקציות ון־דר־ולס דומות.
הגורם העיקרי להבדל: חוזק קשרי המימן. הפרש האלקטרושליליות בקשר O−H\text{O}-\text{H}O−H (3.5−2.1=1.43.5-2.1=1.43.5−2.1=1.4) גדול מזה שבקשר N−H\text{N}-\text{H}N−H (3.0−2.1=0.93.0-2.1=0.93.0−2.1=0.9). לכן המטען החלקי החיובי על אטום המימן במתנול גדול יותר, וקשרי המימן בין מולקולות מתנול חזקים יותר מקשרי המימן בין מולקולות מתילאמין.
טעות נפוצה: לקבוע שבין מולקולות מתילאמין אין קשרי מימן – יש בהן קבוצת N−H\text{N}-\text{H}N−H, אך קשרי המימן חלשים יותר.

סעיף ב

תשובה:

CH3CH2NH2(g)+H2O(ℓ)→CH3CH2NH3+(aq)+OH(aq)−\text{CH}_3\text{CH}_2\text{NH}_{2(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow \text{CH}_3\text{CH}_2\text{NH}_3^{+}{}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}CH3​CH2​NH2(g)​+H2​O(ℓ)​→CH3​CH2​NH3+​(aq)​+OH(aq)−​

לפי הגדרת ברונסטד ולאורי, בסיס הוא חומר הקולט יון מימן (H+\text{H}^{+}H+). אטום החנקן באתילאמין קולט, באמצעות זוג האלקטרונים הלא קושר שלו, יון H+\text{H}^{+}H+ ממולקולת מים, ונוצרים יון אתילאמוניום ויון הידרוקסיד:
CH3CH2NH2(g)+H2O(ℓ)→CH3CH2NH3+(aq)+OH(aq)−\text{CH}_3\text{CH}_2\text{NH}_{2(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow \text{CH}_3\text{CH}_2\text{NH}_3^{+}{}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}CH3​CH2​NH2(g)​+H2​O(ℓ)​→CH3​CH2​NH3+​(aq)​+OH(aq)−​
יוני OH−\text{OH}^{-}OH− הם שגורמים לתמיסה להיות בסיסית.
טעות נפוצה: לרשום כתוצר H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ – האמין קולט יון מימן, ולכן נוצרים יוני OH−\text{OH}^{-}OH−.

סעיף ג

תשובה:

3oC3^{\text{o}}\text{C}3oC – במולקולת Y\text{Y}Y אין אטום מימן הקשור לחנקן, ולכן בין מולקולותיו אין קשרי מימן.

טמפרטורת הרתיחה של Y\text{Y}Y היא 3oC3^{\text{o}}\text{C}3oC.
במולקולת Y\text{Y}Y אטום החנקן קשור לשלוש קבוצות מתיל, ואין אטום מימן הקשור לאטום החנקן. לכן בין מולקולות Y\text{Y}Y לא נוצרים קשרי מימן, ופועלות ביניהן בעיקר אינטראקציות ון־דר־ולס.
ל־1־פרופילאמין (CH3CH2CH2NH2\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{NH}_2CH3​CH2​CH2​NH2​) אותה נוסחה מולקולרית (C3H9N\text{C}_3\text{H}_9\text{N}C3​H9​N) ולכן מספר אלקטרונים שווה, אך יש בו קבוצת N−H\text{N}-\text{H}N−H, ובין מולקולותיו נוצרים קשרי מימן. לכן טמפרטורת הרתיחה שלו (48oC48^{\text{o}}\text{C}48oC) גבוהה יותר, ול־Y\text{Y}Y מתאים הערך הנמוך.
טעות נפוצה: להניח שלאיזומרים טמפרטורת רתיחה זהה משום שיש להם אותה נוסחה מולקולרית.

סעיף ד

(1)

תשובה:

קבוצה הידרוקסילית, קבוצה אתרית, וקשר כפול בין שני אטומי פחמן.

•קבוצת −OH-\text{OH}−OH הקשורה לטבעת – קבוצה הידרוקסילית.
•אטום חמצן הקשור לטבעת ולקבוצת מתיל (C−O−CH3\text{C}-\text{O}-\text{CH}_3C−O−CH3​) – קבוצה אתרית (אתר).
•בשרשרת הצדדית −CH2−CH=CH2-\text{CH}_2-\text{CH}=\text{CH}_2−CH2​−CH=CH2​ – קשר כפול בין שני אטומי פחמן (גם בטבעת מסורטטים קשרים כפולים בין אטומי פחמן).
טעות נפוצה: לזהות את החמצן האתרי כקבוצה הידרוקסילית נוספת, או להשמיט את הקשר הכפול C=C\text{C}=\text{C}C=C שבשרשרת הצדדית.

(2)

תשובה:

קבוצת ה־OH\text{OH}OH ואטום החמצן האתרי יוצרים קשרי מימן עם מולקולות מים, אך רוב המולקולה (הטבעת והשרשראות הפחמניות) אינו קוטבי – לכן המסיסות במים מועטה. החלק הלא קוטבי הגדול יוצר אינטראקציות ון־דר־ולס עם מולקולות השמן – לכן הוא מתמוסס בשמן היטב.

- מסיסות מסוימת במים: בין קבוצת ה־O−H\text{O}-\text{H}O−H של אאוגנול (ואטום החמצן האתרי, שיש לו זוגות אלקטרונים לא קושרים) לבין מולקולות מים נוצרים קשרי מימן. אולם חלק גדול מן המולקולה – טבעת הפחמן, קבוצת המתיל והשרשרת הצדדית – אינו קוטבי ואינו יוצר קשרי מימן עם מים, ולכן המסיסות במים מועטה בלבד.
- מסיסות טובה בשמן: החלק הלא קוטבי והגדול של המולקולה יוצר אינטראקציות ון־דר־ולס עם השרשראות הפחמניות הלא קוטביות של מולקולות השמן.
טעות נפוצה: לטעון שאאוגנול מתמוסס היטב במים כי יש בו קבוצת OH\text{OH}OH – יש להתחשב גם בגודל החלק הלא קוטבי של המולקולה.

שאלה 13 · פרופאן – אנתלפיית יצירה בחוק הס, חום שרפה ואידוי

שאלה פתוחה25 נקודות

מבנה וקישור, אנרגייה
פרופאן, C3H8(g)\text{C}_3\text{H}_{8(g)}C3​H8(g)​ , הוא אחד המרכיבים העיקריים של גז הבישול שבבלוני הגז. אי אפשר לבצע במעבדה את תגובת היצירה של פרופאן מן היסודות פחמן ומימן, ולכן מחשבים את ΔH0\Delta H^0ΔH0 שלה בעזרת תגובות שרפה.
לפניכם תגובות השׂרֵפה של שלושה חומרים וערכי ΔH0\Delta H^0ΔH0 שלהן.
החומרים: פחמן (גרפיט), C(s)\text{C}_{(s)}C(s)​ , מימן, H2(g)\text{H}_{2(g)}H2(g)​ , פרופאן, C3H8(g)\text{C}_3\text{H}_{8(g)}C3​H8(g)​ .
1. C(s)+O2(g)→CO2(g)ΔH10=−394kJ\quad \text{C}_{(s)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{CO}_{2(g)} \qquad \Delta H_1^0 = -394\text{kJ}C(s)​+O2(g)​→CO2(g)​ΔH10​=−394kJ
2. H2(g)+12O2(g)→H2O(ℓ)ΔH20=−286kJ\quad \text{H}_{2(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \qquad \Delta H_2^0 = -286\text{kJ}H2(g)​+21​O2(g)​→H2​O(ℓ)​ΔH20​=−286kJ
3. C3H8(g)+5O2(g)→3CO2(g)+4H2O(ℓ)ΔH30=−2220kJ\quad \text{C}_3\text{H}_{8(g)} + 5\text{O}_{2(g)} \rightarrow 3\text{CO}_{2(g)} + 4\text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \qquad \Delta H_3^0 = -2220\text{kJ}C3​H8(g)​+5O2(g)​→3CO2(g)​+4H2​O(ℓ)​ΔH30​=−2220kJ
נתון ניסוח תגובה 4 של יצירת פרופאן מפחמן וממימן.
4. 3C(s)+4H2(g)→C3H8(g)ΔH40=?\quad 3\text{C}_{(s)} + 4\text{H}_{2(g)} \rightarrow \text{C}_3\text{H}_{8(g)} \qquad \Delta H_4^0 = ?3C(s)​+4H2(g)​→C3​H8(g)​ΔH40​=?

א.

חשבו את הערך של ΔH40\Delta H_4^0ΔH40​ .

ב.

(1)

סרטטו ייצוג מלא לנוסחת המבנה של מולקולת C3H8\text{C}_3\text{H}_8C3​H8​ , וייצוג מלא לנוסחת המבנה של מולקולת CO2\text{CO}_2CO2​ .

(2)

רשמו את שלושת סוגי הקשרים הקוולנטיים שאטום הפחמן יוצר במולקולות האלה.

ג.

(1)

העתיקו את הטבלה שלפניכם למחברת הבחינה, והשלימו בה את הנתונים החסרים.
הדלקC(s)\text{C}_{(s)}C(s)​H2(g)\text{H}_{2(g)}H2(g)​C3H8(g)\text{C}_3\text{H}_{8(g)}C3​H8(g)​
ΔH0\Delta H^0ΔH0 של תגובת השרפה (kJmol)\left(\frac{\text{kJ}}{\text{mol}}\right)(molkJ​)−394-394−394−286-286−286−2220-2220−2220
מסה מולרית (gmol)\left(\frac{\text{g}}{\text{mol}}\right)(molg​)
כמות החום המשתחררת בשרפה של 111 גרם דלק (kJg)\left(\frac{\text{kJ}}{\text{g}}\right)(gkJ​)

הדלק	$\text{C}_{(s)}$	$\text{H}_{2(g)}$	$\text{C}_3\text{H}_{8(g)}$
$\Delta H^0$ של תגובת השרפה $\left(\frac{\text{kJ}}{\text{mol}}\right)$	$-394$	$-286$	$-2220$
מסה מולרית $\left(\frac{\text{g}}{\text{mol}}\right)$
כמות החום המשתחררת בשרפה של $1$ גרם דלק $\left(\frac{\text{kJ}}{\text{g}}\right)$

(2)

קבעו איזה מן הדלקים בטבלה משחרר את כמות החום הגדולה ביותר בשרפה של 111 גרם, ואיזה – בשרפה של 111 מול.

ד.

בבלון הגז הפרופאן נמצא במצב נוזל, בלחץ גבוה. כאשר פותחים את הברז, הפרופאן הנוזלי מתאדה ויוצא מן הבלון כגז.
לפניכם ארבע דיאגרמות אנרגייה a\text{a}a , b\text{b}b , c\text{c}c ו־ d\text{d}d .
קבעו איזו מן הדיאגרמות a\text{a}a , b\text{b}b , c\text{c}c , d\text{d}d מתארת בצורה נכונה את שינוי האנרגייה בתהליך האידוי של פרופאן.
נמקו את קביעתכם. בנימוק התייחסו לאינטראקציות בין החלקיקים.

◂ פתרון מלא לשאלה 13

סעיף א

תשובה:

ΔH40=−106 kJ\Delta H_4^0 = -106\ \text{kJ}ΔH40​=−106 kJ

לפי חוק הס, אפשר לקבל את תגובה 4 מצירוף של תגובות 1–3:
•תגובה 1 כפול 333: 3C(s)+3O2(g)→3CO2(g)3\text{C}_{(s)} + 3\text{O}_{2(g)} \rightarrow 3\text{CO}_{2(g)}3C(s)​+3O2(g)​→3CO2(g)​, ΔH=3⋅(−394 kJ)=−1182 kJ\Delta H = 3\cdot(-394\ \text{kJ}) = -1182\ \text{kJ}ΔH=3⋅(−394 kJ)=−1182 kJ
•תגובה 2 כפול 444: 4H2(g)+2O2(g)→4H2O(ℓ)4\text{H}_{2(g)} + 2\text{O}_{2(g)} \rightarrow 4\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}4H2(g)​+2O2(g)​→4H2​O(ℓ)​, ΔH=4⋅(−286 kJ)=−1144 kJ\Delta H = 4\cdot(-286\ \text{kJ}) = -1144\ \text{kJ}ΔH=4⋅(−286 kJ)=−1144 kJ
•תגובה 3 הפוכה: 3CO2(g)+4H2O(ℓ)→C3H8(g)+5O2(g)3\text{CO}_{2(g)} + 4\text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow \text{C}_3\text{H}_{8(g)} + 5\text{O}_{2(g)}3CO2(g)​+4H2​O(ℓ)​→C3​H8(g)​+5O2(g)​, ΔH=+2220 kJ\Delta H = +2220\ \text{kJ}ΔH=+2220 kJ
בחיבור התגובות מצטמצמים 3CO23\text{CO}_23CO2​, 4H2O4\text{H}_2\text{O}4H2​O ו־5O25\text{O}_25O2​ (משמאל 3+2=53+2=53+2=5 מול O2\text{O}_2O2​, ומימין 555), ומתקבלת תגובה 4:
ΔH40=3ΔH10+4ΔH20−ΔH30=−1182 kJ+(−1144 kJ)+2220 kJ=−106 kJ\Delta H_4^0 = 3\Delta H_1^0 + 4\Delta H_2^0 - \Delta H_3^0 = -1182\ \text{kJ} + (-1144\ \text{kJ}) + 2220\ \text{kJ} = -106\ \text{kJ}ΔH40​=3ΔH10​+4ΔH20​−ΔH30​=−1182 kJ+(−1144 kJ)+2220 kJ=−106 kJ
טעות נפוצה: לשכוח להכפיל את ΔH10\Delta H_1^0ΔH10​ ב־333 ואת ΔH20\Delta H_2^0ΔH20​ ב־444, או לא להפוך את הסימן של ΔH30\Delta H_3^0ΔH30​ כשהופכים את תגובה 3.

סעיף ב

(1)

תשובה:

ראו איור.

- C3H8\text{C}_3\text{H}_8C3​H8​: שרשרת של שלושה אטומי פחמן הקשורים בקשרים יחידים; לכל אחד מאטומי הפחמן שבקצוות קשורים שלושה אטומי מימן, ולאטום הפחמן האמצעי – שני אטומי מימן.
- CO2\text{CO}_2CO2​: אטום פחמן מרכזי הקשור בקשר כפול לכל אחד משני אטומי החמצן, O=C=O\text{O}=\text{C}=\text{O}O=C=O.
בייצוג מלא של נוסחת מבנה מסרטטים את כל האטומים ואת כל הקשרים (כל קשר – קו).

(2)

תשובה:

C−C\text{C}-\text{C}C−C, C−H\text{C}-\text{H}C−H, C=O\text{C}=\text{O}C=O.

- C−C\text{C}-\text{C}C−C – קשר יחיד (בפרופאן);
- C−H\text{C}-\text{H}C−H – קשר יחיד (בפרופאן);
- C=O\text{C}=\text{O}C=O – קשר כפול (בפחמן דו־חמצני).

סעיף ג

(1)

תשובה:

מסות מולריות: 12.012.012.0, 2.02.02.0, 44.0 gmol44.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}44.0 molg​; חום לגרם: 32.832.832.8, 143143143, 50.5 kJg50.5\ \frac{\text{kJ}}{\text{g}}50.5 gkJ​.

הדלקC(s)\text{C}_{(s)}C(s)​H2(g)\text{H}_{2(g)}H2(g)​C3H8(g)\text{C}_3\text{H}_{8(g)}C3​H8(g)​
ΔH0\Delta H^0ΔH0 (kJmol)\left(\frac{\text{kJ}}{\text{mol}}\right)(molkJ​)−394-394−394−286-286−286−2220-2220−2220
מסה מולרית (gmol)\left(\frac{\text{g}}{\text{mol}}\right)(molg​)12.012.012.02⋅1.0=2.02\cdot 1.0 = 2.02⋅1.0=2.03⋅12.0+8⋅1.0=44.03\cdot 12.0 + 8\cdot 1.0 = 44.03⋅12.0+8⋅1.0=44.0
חום לגרם (kJg)\left(\frac{\text{kJ}}{\text{g}}\right)(gkJ​)39412.0=32.8\frac{394}{12.0} = 32.812.0394​=32.82862.0=143\frac{286}{2.0} = 1432.0286​=143222044.0=50.5\frac{2220}{44.0} = 50.544.02220​=50.5
דוגמת חישוב (פרופאן): 2220 kJmol44.0 gmol=50.5 kJg\frac{2220\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}}{44.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}} = 50.5\ \frac{\text{kJ}}{\text{g}}44.0 molg​2220 molkJ​​=50.5 gkJ​.
טעות נפוצה: לרשום את החום לגרם עם סימן שלילי – השאלה עוסקת בכמות החום המשתחררת (גודל חיובי).

הדלק	$\text{C}_{(s)}$	$\text{H}_{2(g)}$	$\text{C}_3\text{H}_{8(g)}$
$\Delta H^0$ $\left(\frac{\text{kJ}}{\text{mol}}\right)$	$-394$	$-286$	$-2220$
מסה מולרית $\left(\frac{\text{g}}{\text{mol}}\right)$	$12.0$	$2\cdot 1.0 = 2.0$	$3\cdot 12.0 + 8\cdot 1.0 = 44.0$
חום לגרם $\left(\frac{\text{kJ}}{\text{g}}\right)$	$\frac{394}{12.0} = 32.8$	$\frac{286}{2.0} = 143$	$\frac{2220}{44.0} = 50.5$

(2)

תשובה:

לגרם – מימן (143 kJg143\ \frac{\text{kJ}}{\text{g}}143 gkJ​); למול – פרופאן (2220 kJmol2220\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}2220 molkJ​).

- לגרם: מימן, 143 kJg143\ \frac{\text{kJ}}{\text{g}}143 gkJ​ – הרבה יותר מפרופאן (50.550.550.5) ומפחמן (32.832.832.8), משום שהמסה המולרית של מימן קטנה מאוד.
- למול: פרופאן, 2220 kJmol2220\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}2220 molkJ​ – הערך המוחלט הגדול ביותר של ΔH0\Delta H^0ΔH0 (בשרפת מול פרופאן נוצרים 333 מול CO2\text{CO}_2CO2​ ו־444 מול H2O\text{H}_2\text{O}H2​O).
טעות נפוצה: להסיק מן הערך של ΔH0\Delta H^0ΔH0 למול על החום לגרם, בלי להתחשב במסה המולרית.

סעיף ד

תשובה:

דיאגרמה d\text{d}d.

דיאגרמה d\text{d}d נכונה. תהליך האידוי: C3H8(ℓ)→C3H8(g)\text{C}_3\text{H}_{8(\ell)} \rightarrow \text{C}_3\text{H}_{8(g)}C3​H8(ℓ)​→C3​H8(g)​.
בנוזל, בין מולקולות הפרופאן פועלות אינטראקציות ון־דר־ולס. באידוי המולקולות מתרחקות זו מזו, והאינטראקציות האלה מתנתקות. ניתוק אינטראקציות בין מולקולות דורש השקעת אנרגייה, ולכן האידוי הוא תהליך אנדותרמי (ΔH0>0\Delta H^0 > 0ΔH0>0): האנתלפייה של הפרופאן הגזי גבוהה מזו של הפרופאן הנוזלי.
בדיאגרמה d\text{d}d המגיב C3H8(ℓ)\text{C}_3\text{H}_{8(\ell)}C3​H8(ℓ)​ נמצא ברמה הנמוכה, התוצר C3H8(g)\text{C}_3\text{H}_{8(g)}C3​H8(g)​ ברמה הגבוהה, והחץ פונה מעלה – מן המגיב אל התוצר.
למה האחרות שגויות:
- a – רמות האנתלפייה נכונות, אך החץ פונה מטה – מן הגז אל הנוזל; זו דיאגרמה של התעבות.
- b – הנוזל מוצג ברמת אנתלפייה גבוהה מזו של הגז, וזה שגוי.
- c – הדיאגרמה מתארת תגובה כימית (יצירת פרופאן מפחמן וממימן), ולא שינוי מצב צבירה.
טעות נפוצה: לחשוב שבאידוי נשברים הקשרים הקוולנטיים בתוך מולקולות הפרופאן – באידוי מתנתקות רק האינטראקציות בין המולקולות.

שאלה 14 · אמון כלורי – חישובים סטויכיומטריים וגזים

שאלה פתוחה25 נקודות

חישובים
אמון כלורי, NH4Cl(s)\text{NH}_4\text{Cl}_{(s)}NH4​Cl(s)​ , משמש בדשנים ובתהליכי ציפוי של מתכות באבץ.
מייצרים NH4Cl(s)\text{NH}_4\text{Cl}_{(s)}NH4​Cl(s)​ מאמוניה, NH3(g)\text{NH}_{3(g)}NH3(g)​ , וממימן כלורי, HCl(g)\text{HCl}_{(g)}HCl(g)​ .
לפניכם ניסוח התגובה בין NH3(g)\text{NH}_{3(g)}NH3(g)​ ובין HCl(g)\text{HCl}_{(g)}HCl(g)​ :
NH3(g)+HCl(g)→NH4Cl(s)\text{NH}_{3(g)} + \text{HCl}_{(g)} \rightarrow \text{NH}_4\text{Cl}_{(s)}NH3(g)​+HCl(g)​→NH4​Cl(s)​

א.

מהי מסת המימן הכלורי, HCl(g)\text{HCl}_{(g)}HCl(g)​ , שנדרשת לייצור 26.75 גרם אמון כלורי? פרטו את חישוביכם.

ב.

מדענים הכינו שני מְכלים לצורך ניסוי: מכל 1 ומכל 2.
במכל 1 היו 3.40 גרם אמוניה, NH3(g)\text{NH}_{3(g)}NH3(g)​ , ובמכל 2 היו 3.65 גרם מימן כלורי, HCl(g)\text{HCl}_{(g)}HCl(g)​ .
נפח המְכלים היה זהה, והטמפרטורה של הגז בשני המְכלים הייתה זהה.
קבעו אם הלחץ של הגז במכל 2 היה גדול יותר מן הלחץ של הגז במכל 1. נמקו את קביעתכם.

ג.

אפשר לקבל NH4Cl\text{NH}_4\text{Cl}NH4​Cl גם בתגובה בין NH3(g)\text{NH}_{3(g)}NH3(g)​ ובין תמיסה של HCl(aq)\text{HCl}_{(aq)}HCl(aq)​ . יחס המולים בתגובה זהה ליחס המולים בניסוח שלמעלה. את המוצק מקבלים לאחר אידוי המים.

(1)

מגיבים 250 מ"ל תמיסת HCl(aq)\text{HCl}_{(aq)}HCl(aq)​ בריכוז 6.0M6.0\text{M}6.0M עם NH3(g)\text{NH}_{3(g)}NH3(g)​ .
מהי מסת NH3(g)\text{NH}_{3(g)}NH3(g)​ שנדרשת לתגובה? פרטו את חישוביכם.

(2)

מהי מסת NH4Cl(s)\text{NH}_4\text{Cl}_{(s)}NH4​Cl(s)​ שמתקבלת? פרטו את חישוביכם.

ד.

אמון כלורי, NH4Cl(s)\text{NH}_4\text{Cl}_{(s)}NH4​Cl(s)​ , מתפרק בחימום לשני גזים.
לפניכם ניסוח תגובת הפירוק של NH4Cl(s)\text{NH}_4\text{Cl}_{(s)}NH4​Cl(s)​ בחימום:
NH4Cl(s)→חימוםNH3(g)+HCl(g)\text{NH}_4\text{Cl}_{(s)} \xrightarrow{\text{חימום}} \text{NH}_{3(g)} + \text{HCl}_{(g)}NH4​Cl(s)​חימום​NH3(g)​+HCl(g)​
חיממו 10.70 גרם NH4Cl(s)\text{NH}_4\text{Cl}_{(s)}NH4​Cl(s)​ . כל החומר התפרק.
מהו הנפח הכולל של תוצרי התגובה, בלחץ של 1.00 atm1.00\ \text{atm}1.00 atm ובטמפרטורה של 400 ∘C400\ ^\circ\text{C}400 ∘C ? פרטו את חישוביכם.
נתון: R=0.082 atm⋅litermol⋅KR=0.082\ \frac{\text{atm}\cdot\text{liter}}{\text{mol}\cdot\text{K}}R=0.082 mol⋅Katm⋅liter​

ה.

אמון כלורי משמש גם בתמיסות דשן. תמיסה מסוימת מכילה NH4Cl(aq)\text{NH}_4\text{Cl}_{(aq)}NH4​Cl(aq)​ וגם סידן כלורי, CaCl2(aq)\text{CaCl}_{2(aq)}CaCl2(aq)​ .
לפניכם ניסוח של תגובת ההמסה במים של NH4Cl(s)\text{NH}_4\text{Cl}_{(s)}NH4​Cl(s)​ :
NH4Cl(s)→H2O(l)NH4(aq)++Cl(aq)−\text{NH}_4\text{Cl}_{(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}} \text{NH}^{+}_{4(aq)} + \text{Cl}^{-}_{(aq)}NH4​Cl(s)​H2​O(l)​​NH4(aq)+​+Cl(aq)−​

(1)

רשמו ניסוח של תגובת ההמסה במים של CaCl2(s)\text{CaCl}_{2(s)}CaCl2(s)​ .

(2)

כמה מול יוני כלוריד, Cl(aq)−\text{Cl}^{-}_{(aq)}Cl(aq)−​ , יש ב־ 1 ליטר תמיסה שבה הומסו 0.50 מול אמון כלורי ו־ 0.25 מול סידן כלורי?
הניחו שכל החומרים המוצקים התמוססו.
פרטו את חישוביכם.

◂ פתרון מלא לשאלה 14

סעיף א

תשובה:

18.3 g18.3\ \text{g}18.3 g (18.25 גרם)

מסה מולרית של אמון כלורי:
MNH4Cl=14.0+4⋅1.0+35.5=53.5 gmolM_{\text{NH}_4\text{Cl}}=14.0+4\cdot1.0+35.5=53.5\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}MNH4​Cl​=14.0+4⋅1.0+35.5=53.5 molg​
nNH4Cl=mM=26.75 g53.5 gmol=0.500 moln_{\text{NH}_4\text{Cl}}=\frac{m}{M}=\frac{26.75\ \text{g}}{53.5\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}}=0.500\ \text{mol}nNH4​Cl​=Mm​=53.5 molg​26.75 g​=0.500 mol
יחס מולים HCl:NH4Cl=1:1\text{HCl}:\text{NH}_4\text{Cl}=1:1HCl:NH4​Cl=1:1 → nHCl=0.500 moln_{\text{HCl}}=0.500\ \text{mol}nHCl​=0.500 mol
מסה מולרית של מימן כלורי: MHCl=1.0+35.5=36.5 gmolM_{\text{HCl}}=1.0+35.5=36.5\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}MHCl​=1.0+35.5=36.5 molg​
mHCl=n⋅M=0.500 mol⋅36.5 gmol=18.25 g≈18.3 gm_{\text{HCl}}=n\cdot M=0.500\ \text{mol}\cdot36.5\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}=18.25\ \text{g}\approx18.3\ \text{g}mHCl​=n⋅M=0.500 mol⋅36.5 molg​=18.25 g≈18.3 g
תשובה: נדרשים כ־18.3 g18.3\ \text{g}18.3 g מימן כלורי.

סעיף ב

תשובה:

לא – במכל 2 יש מחצית ממספר המולים של הגז, ולכן הלחץ בו קטן (חצי מהלחץ במכל 1).

לא. הלחץ במכל 2 היה קטן יותר – חצי מן הלחץ במכל 1.
יש להשוות את מספרי המולים של הגז (ולא את המסות):
nNH3=3.40 g17.0 gmol=0.200 molnHCl=3.65 g36.5 gmol=0.100 moln_{\text{NH}_3}=\frac{3.40\ \text{g}}{17.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}}=0.200\ \text{mol}\qquad n_{\text{HCl}}=\frac{3.65\ \text{g}}{36.5\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}}=0.100\ \text{mol}nNH3​​=17.0 molg​3.40 g​=0.200 molnHCl​=36.5 molg​3.65 g​=0.100 mol
לפי PV=nRTPV=nRTPV=nRT: P=nRTVP=\frac{nRT}{V}P=VnRT​. בשני המכלים V ו־T שווים, ולכן הלחץ יחסי ישר למספר המולים: P2P1=n2n1=0.100 mol0.200 mol=12\frac{P_2}{P_1}=\frac{n_2}{n_1}=\frac{0.100\ \text{mol}}{0.200\ \text{mol}}=\frac{1}{2}P1​P2​​=n1​n2​​=0.200 mol0.100 mol​=21​.
(לחץ של גז נובע מהתנגשויות החלקיקים בדפנות הכלי; במכל 2 יש מחצית ממספר החלקיקים באותו נפח ובאותה טמפרטורה, ולכן הלחץ קטן.)
טעות נפוצה: לקבוע שהלחץ במכל 2 גדול יותר כי מסת הגז בו גדולה יותר – הלחץ תלוי במספר המולים של הגז ולא במסתו.

סעיף ג

(1)

תשובה:

25.5 g25.5\ \text{g}25.5 g

מולים של מימן כלורי:
nHCl=C⋅V=6.0 molL⋅0.250 L=1.5 moln_{\text{HCl}}=C\cdot V=6.0\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot0.250\ \text{L}=1.5\ \text{mol}nHCl​=C⋅V=6.0 Lmol​⋅0.250 L=1.5 mol
יחס מולים HCl:NH3=1:1\text{HCl}:\text{NH}_3=1:1HCl:NH3​=1:1 → nNH3=1.5 moln_{\text{NH}_3}=1.5\ \text{mol}nNH3​​=1.5 mol
מסה מולרית: 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​
mNH3=n⋅M=1.5 mol⋅17.0 gmol=25.5 gm_{\text{NH}_3}=n\cdot M=1.5\ \text{mol}\cdot17.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}=25.5\ \text{g}mNH3​​=n⋅M=1.5 mol⋅17.0 molg​=25.5 g
תשובה: נדרשים 25.5 g25.5\ \text{g}25.5 g אמוניה.
טעות נפוצה: להציב את הנפח במ"ל (250) במקום בליטרים (0.250 L).

(2)

תשובה:

80.3 g80.3\ \text{g}80.3 g (80.25 גרם)

יחס מולים HCl:NH4Cl=1:1\text{HCl}:\text{NH}_4\text{Cl}=1:1HCl:NH4​Cl=1:1:
nNH4Cl=1.5 moln_{\text{NH}_4\text{Cl}}=1.5\ \text{mol}nNH4​Cl​=1.5 mol
m=n⋅M=1.5 mol⋅53.5 gmol=80.25 g≈80.3 gm=n\cdot M=1.5\ \text{mol}\cdot53.5\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}=80.25\ \text{g}\approx80.3\ \text{g}m=n⋅M=1.5 mol⋅53.5 molg​=80.25 g≈80.3 g
תשובה: מתקבלים כ־80.3 g80.3\ \text{g}80.3 g אמון כלורי.

סעיף ד

תשובה:

22.1 L22.1\ \text{L}22.1 L

מולים של אמון כלורי:
n=mM=10.70 g53.5 gmol=0.200 moln=\frac{m}{M}=\frac{10.70\ \text{g}}{53.5\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}}=0.200\ \text{mol}n=Mm​=53.5 molg​10.70 g​=0.200 mol
מולי גז שנוצרים: לפי הניסוח, מכל מול NH4Cl\text{NH}_4\text{Cl}NH4​Cl נוצרים 1+1=21+1=21+1=2 מול גז:
nגז=2⋅0.200 mol=0.400 moln_{\text{גז}}=2\cdot0.200\ \text{mol}=0.400\ \text{mol}nגז​=2⋅0.200 mol=0.400 mol
המרת הטמפרטורה לקלווין: T=400 ∘C+273=673 KT=400\ ^\circ\text{C}+273=673\ \text{K}T=400 ∘C+273=673 K
הנפח הכולל לפי PV=nRTPV=nRTPV=nRT:
V=nRTP=0.400 mol⋅0.082 atm⋅Lmol⋅K⋅673 K1.00 atm=22.1 LV=\frac{nRT}{P}=\frac{0.400\ \text{mol}\cdot0.082\ \frac{\text{atm}\cdot\text{L}}{\text{mol}\cdot\text{K}}\cdot673\ \text{K}}{1.00\ \text{atm}}=22.1\ \text{L}V=PnRT​=1.00 atm0.400 mol⋅0.082 mol⋅Katm⋅L​⋅673 K​=22.1 L
תשובה: הנפח הכולל של התוצרים הוא כ־22.1 L22.1\ \text{L}22.1 L.
טעות נפוצה: לחשב את הנפח של אחד התוצרים בלבד (11.0 L11.0\ \text{L}11.0 L), או להציב את הטמפרטורה במעלות צלזיוס.

סעיף ה

(1)

תשובה:

CaCl2(s)→H2O(l)Ca(aq)2++2Cl(aq)−\text{CaCl}_{2(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}} \text{Ca}^{2+}_{(aq)} + 2\text{Cl}^{-}_{(aq)}CaCl2(s)​H2​O(l)​​Ca(aq)2+​+2Cl(aq)−​

CaCl2(s)→H2O(l)Ca(aq)2++2Cl(aq)−\text{CaCl}_{2(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}} \text{Ca}^{2+}_{(aq)} + 2\text{Cl}^{-}_{(aq)}CaCl2(s)​H2​O(l)​​Ca(aq)2+​+2Cl(aq)−​
סידן כלורי הוא חומר יוני הבנוי מיוני סידן, Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+, ויוני כלוריד, Cl−\text{Cl}^{-}Cl−, ביחס 1:21:21:2. בהמסה במים היונים נפרדים ומוקפים מולקולות מים (מתמיימים). איזון: Ca: 1 = 1; Cl: 2 = 2; מטען: 0=+2+2⋅(−1)0=+2+2\cdot(-1)0=+2+2⋅(−1).

(2)

תשובה:

1.0 מול

•מ־0.50 mol0.50\ \text{mol}0.50 mol NH4Cl\text{NH}_4\text{Cl}NH4​Cl: לפי יחס 1:11:11:1 נוצרים 0.50 mol0.50\ \text{mol}0.50 mol יוני Cl−\text{Cl}^{-}Cl−.
•מ־0.25 mol0.25\ \text{mol}0.25 mol CaCl2\text{CaCl}_2CaCl2​: 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 Cl−\text{Cl}^{-}Cl−.
nCl−=0.50 mol+0.50 mol=1.0 moln_{\text{Cl}^-}=0.50\ \text{mol}+0.50\ \text{mol}=1.0\ \text{mol}nCl−​=0.50 mol+0.50 mol=1.0 mol
תשובה: בתמיסה יש 1.0 מול יוני כלוריד (בליטר אחד – ריכוז 1.0 M1.0\ \text{M}1.0 M).

טבלת התשובות

שאלה	סעיף	תשובה
1	-	א – האלקטרושליליות של F ( $4.0$ ) גדולה מזו של N ( $3.0$ ), ולכן ב־ $\text{NF}_3$ על אטום N יש מטען חלקי חיובי.
2	-	ד – בשני החומרים יש קשרי מימן בין המולקולות; ל־1־בוטנול ענן אלקטרונים גדול יותר ולכן אינטראקציות ון־דר־ולס חזקות יותר.
3	-	ג – דרגת החמצון של אטומי החמצן ירדה מ־ $-1$ ב־ $\text{H}_2\text{O}_2$ ל־ $-2$ ב־ $\text{H}_2\text{O}$ .
4	-	ג – תיאור של יונים הנקשרים בסריג הוא הסבר ברמה החלקיקית, ולא תצפית.
5	-	א – העלאת הטמפרטורה מגבירה את קצב התגובה.
6	-	ג – דרגת החמצון של N ב־ $\text{NO}_2^-$ היא $+3$ , בין המזערית ( $-3$ ) למרבית ( $+5$ ), ולכן הוא יכול לעבור את שני התהליכים.
7	-	ד – $[\text{Al}^{3+}]=0.10\ \text{M}$ , $[\text{Cl}^-]=0.30\ \text{M}$ .
8	-	ב – יוני הפחמה מקבלים פרוטון ממולקולות המים, ונוצרים יוני מימן פחמתי ויוני הידרוקסיד; התמיסה בסיסית.
9	א 1	$2,8,8,2$
	א 2	$\text{Ca}^{2+}$
	א 3	$2,8,8$ ; לאטום ארגון, $\text{Ar}$ .
	ב	נוסחאות: $\text{H}_2\text{O}$ , $\text{CO}_2$ , $\text{O}_2$ , $\text{HC}\ell$ . קוטביות: $\text{H}_2\text{O}$ קוטבית, $\text{CO}_2$ לא קוטבית, $\text{O}_2$ לא קוטבית, $\text{HC}\ell$ קוטבית.
	ג	לא. דרגת החמצון של כל אטומי המימן היא $+1$ במגיבים ובתוצרים.
	ד	קבוצה קרבוקסילית (חומצה קרבוקסילית, $-\text{COOH}$ ) וקבוצה הידרוקסילית (כוהל, $-\text{OH}$ ).
	ה	איור 1.
	ו	$\text{NaHCO}_3$ הוא הגורם המגביל; נוצרו כ־ $7.17\times 10^{21}$ מולקולות $\text{CO}_2$ .
10	א	$\text{Fe}_2\text{O}_{3(s)} + 3\text{CO}_{(g)} \rightarrow 2\text{Fe}_{(\ell)} + 3\text{CO}_{2(g)}$
	ב	המוצק האדום־חום נעלם ונוצר נוזל מבריק בצבע אפור־כסוף (ברזל).
	ג	$\text{A}$ – ברזל, $\text{Fe}$ ; $\text{B}$ – ברזל(III) חמצני, $\text{Fe}_2\text{O}_3$ .
	ד	כ־ $3.01\times 10^{4}$ מול $\text{CO}_2$ .
	ה	איור 2.
11	א 1	$\text{N}_2$ : $0$ ; $\text{NH}_3$ : $-3$ ; $\text{NO}_2$ : $+4$ ; $\text{HNO}_3$ : $+5$ ; $\text{N}_2\text{O}$ : $+1$ .
	א 2	$\text{N}_2$ , $\text{NO}_2$ , $\text{N}_2\text{O}$ – דרגת החמצון של החנקן בהן בין המזערית ( $-3$ ) למרבית ( $+5$ ).
	ב	$\text{NO}_{2(g)}$ הוא גם החומר המחמצן וגם החומר המחזר.
	ג	כן – דרגת החמצון של החנקן עולה מ־ $+2$ ל־ $+4$ , ודרגת החמצון של החמצן שמקורו ב־ $\text{O}_2$ יורדת מ־ $0$ ל־ $-2$ .
	ד	$\text{NH}_4\text{NO}_{3(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}} \text{NH}_4^{+}{}_{(aq)} + \text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}$
	ה	$0.500\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}$ ( $0.500\text{M}$ )
12	א 1	מתילאמין ואתילאמין.
	א 2	מתילאמין: $\text{CH}_3\text{NH}_2$ ; אתילאמין: $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{NH}_2$ .
	א 3	מתילאמין: $\text{CH}_5\text{N}$ ; אתילאמין: $\text{C}_2\text{H}_7\text{N}$ .
	א 4	קשרי המימן בין מולקולות מתנול חזקים יותר, כי הפרש האלקטרושליליות בקשר $\text{O}-\text{H}$ גדול מזה שבקשר $\text{N}-\text{H}$ .
	ב	$\text{CH}_3\text{CH}_2\text{NH}_{2(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow \text{CH}_3\text{CH}_2\text{NH}_3^{+}{}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}$
	ג	$3^{\text{o}}\text{C}$ – במולקולת $\text{Y}$ אין אטום מימן הקשור לחנקן, ולכן בין מולקולותיו אין קשרי מימן.
	ד 1	קבוצה הידרוקסילית, קבוצה אתרית, וקשר כפול בין שני אטומי פחמן.
	ד 2	קבוצת ה־ $\text{OH}$ ואטום החמצן האתרי יוצרים קשרי מימן עם מולקולות מים, אך רוב המולקולה (הטבעת והשרשראות הפחמניות) אינו קוטבי – לכן המסיסות במים מועטה. החלק הלא קוטבי הגדול יוצר אינטראקציות ון־דר־ולס עם מולקולות השמן – לכן הוא מתמוסס בשמן היטב.
13	א	$\Delta H_4^0 = -106\ \text{kJ}$
	ב 1	ראו איור.
	ב 2	$\text{C}-\text{C}$ , $\text{C}-\text{H}$ , $\text{C}=\text{O}$ .
	ג 1	מסות מולריות: $12.0$ , $2.0$ , $44.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}$ ; חום לגרם: $32.8$ , $143$ , $50.5\ \frac{\text{kJ}}{\text{g}}$ .
	ג 2	לגרם – מימן ( $143\ \frac{\text{kJ}}{\text{g}}$ ); למול – פרופאן ( $2220\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}$ ).
	ד	דיאגרמה $\text{d}$ .
14	א	$18.3\ \text{g}$ (18.25 גרם)
	ב	לא – במכל 2 יש מחצית ממספר המולים של הגז, ולכן הלחץ בו קטן (חצי מהלחץ במכל 1).
	ג 1	$25.5\ \text{g}$
	ג 2	$80.3\ \text{g}$ (80.25 גרם)
	ד	$22.1\ \text{L}$
	ה 1	$\text{CaCl}_{2(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}} \text{Ca}^{2+}_{(aq)} + 2\text{Cl}^{-}_{(aq)}$
	ה 2	1.0 מול

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

פרק ראשון

שאלה 1 · קוטביות קשרים ומולקולות במבנה פירמידה משולשת

ההיגד הנכון: א.

שאלה 2 · אתנול ו־1־בוטנול – טמפרטורת רתיחה

למה האחרות שגויות:

שאלה 3 · הידרזין ומימן על־חמצני – דלק רקטות

למה האחרות שגויות:

שאלה 4 · תצפיות בתגובת מי סיד עם פחמן דו־חמצני

התשובה: ג.

שאלה 5 · גורמים המשפיעים על קצב התגובה בין אבץ לחומצה

למה האחרות שגויות:

שאלה 6 · יכולת לעבור חמצון או חיזור – פרמנגנט, יודיד, ניטריט ופחמן דו־חמצני

ההיגד הנכון: ג.

שאלה 7 · מיהול תמיסת אלומיניום כלורי

התשובה: ד.

ריכוז האלומיניום הכלורי בתמיסה הסופית:

שאלה 8 · ניסוח תגובות עם מים – נתרן פחמתי ואחרים

התשובה: ב.

שאלה 9 · חומצת לימון – מן הלימון אל הקומקום

ניתוח קטע ממאמר מדעי – חובה

חומצת לימון – מן הלימון אל הקומקום

סעיף א

סעיף ב

נוסחאות ייצוג האלקטרונים:

קביעת הקוטביות:

סעיף ג

סעיף ד

סעיף ה

איור 1 מתאר איזומר של חומצת לימון.

סעיף ו

שלב 1 – מספרי המולים של המגיבים:

פרק שני

שאלה 10 · הפקת ברזל מעפרה וקשר מימני בין דימתיל אתר למים

מבנה וקישור, חישובים

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

סעיף ה

למה האחרים שגויים:

שאלה 11 · תרכובות חנקן – חמצון־חיזור וחישובים

חמצון–חיזור, חישובים

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

סעיף ה

שאלה 12 · אמינים וכהלים – טמפרטורות רתיחה ושמן ציפורן

מבנה וקישור, תרכובות פחמן

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

טמפרטורת הרתיחה של Y\text{Y}Y היא 3oC3^{\text{o}}\text{C}3oC.

סעיף ד

שאלה 13 · פרופאן – אנתלפיית יצירה בחוק הס, חום שרפה ואידוי

מבנה וקישור, אנרגייה

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

למה האחרות שגויות:

שאלה 14 · אמון כלורי – חישובים סטויכיומטריים וגזים

חישובים

סעיף א

מסה מולרית של אמון כלורי:

תשובה: נדרשים כ־18.3 g18.3\ \text{g}18.3 g מימן כלורי.

סעיף ב

לא. הלחץ במכל 2 היה קטן יותר – חצי מן הלחץ במכל 1.

סעיף ג

מולים של מימן כלורי:

תשובה: נדרשים 25.5 g25.5\ \text{g}25.5 g אמוניה.

תשובה: מתקבלים כ־80.3 g80.3\ \text{g}80.3 g אמון כלורי.

סעיף ד

מולים של אמון כלורי:

הנפח הכולל לפי PV=nRTPV=nRTPV=nRT:

תשובה: הנפח הכולל של התוצרים הוא כ־22.1 L22.1\ \text{L}22.1 L.

סעיף ה

רוצים להשלים את חוויית הלמידה?

כל האתר במבט אחד

טמפרטורת הרתיחה של $\text{Y}$ היא $3^{\text{o}}\text{C}$ .

תשובה: נדרשים כ־ $18.3\ \text{g}$ מימן כלורי.

תשובה: נדרשים $25.5\ \text{g}$ אמוניה.

תשובה: מתקבלים כ־ $80.3\ \text{g}$ אמון כלורי.

הנפח הכולל לפי $PV=nRT$ :

תשובה: הנפח הכולל של התוצרים הוא כ־ $22.1\ \text{L}$ .