מתכונת 6 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 · הרכב חלקיקים: מספר מסה ומספר נויטרונים

רב-ברירה

בטבלה שלפניך מוצגים נתונים על ההרכב של שלושה חלקיקים המסומנים באופן שרירותי באותיות X, Y ו־ Z.
החלקיקמספר פרוטוניםמספר נויטרוניםהיערכות אלקטרונים
X17182 , 8 , 8
Y17202 , 8 , 7
Z19202 , 8 , 8
מהי הקביעה הנכונה?

החלקיק	מספר פרוטונים	מספר נויטרונים	היערכות אלקטרונים
X	17	18	2 , 8 , 8
Y	17	20	2 , 8 , 7
Z	19	20	2 , 8 , 8

א.
לחלקיקים Y ו־ Z יש אותו מספר נויטרונים.
ב.
לחלקיקים X ו־ Y יש אותו מספר מסה.
ג.
החלקיק Z מייצג אטום של ארגון, Ar .
ד.
לחלקיקים X ו־ Z יש אותו מטען גרעיני.

◂ פתרון מלא לשאלה 1

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א – ב־Y וב־Z יש 20 נויטרונים.

התשובה הנכונה: א.
לפי הטבלה, בחלקיק Y יש 20 נויטרונים וגם בחלקיק Z יש 20 נויטרונים.
- ב – לא נכון. מספר המסה = מספר הפרוטונים + מספר הנויטרונים. ל־X: 17+18=3517+18=3517+18=35; ל־Y: 17+20=3717+20=3717+20=37. מספרי המסה שונים (X ו־Y הם חלקיקים של אותו יסוד, כלור, עם מספר נויטרונים שונה).
- ג – לא נכון. ל־Z יש 19 פרוטונים, ולכן הוא חלקיק של אשלגן (מספר אטומי 19). יש בו 18 אלקטרונים (2+8+82+8+82+8+8), ולכן הוא היון K+\text{K}^{+}K+. לאטום ארגון יש 18 פרוטונים. ההיערכות 2,8,82,8,82,8,8 זהה לזו של אטום ארגון, אבל זהות היסוד נקבעת לפי מספר הפרוטונים.
- ד – לא נכון. המטען הגרעיני נקבע לפי מספר הפרוטונים: ל־X מטען גרעיני +17+17+17 ול־Z מטען גרעיני +19+19+19. ל־X ול־Z יש אותו מספר אלקטרונים (18), אבל לא אותו מטען גרעיני.

שאלה 2 · קשרים קוולנטיים – סדר וקוטביות

רב-ברירה

לפניך ארבעה היגדים הנוגעים לקשרים קוולנטיים.
היעזר בטבלת האלקטרושליליות שבנספח.
מהו ההיגד הנכון?

א.
במולקולת מימן על־חמצני, $\text{H}_2\text{O}_2$ , יש קשר קוולנטי כפול בין שני אטומי החמצן.
ב.
הקשר $\text{C–Cl}$ קוטבי יותר מהקשר $\text{C–F}$ .
ג.
בקשר $\text{O–H}$ המטען החלקי השלילי נמצא על אטום המימן.
ד.
במולקולה $\text{CO}_2$ יש שני קשרים כפולים, ובסך הכול יש בה ארבעה זוגות אלקטרונים לא קושרים.

◂ פתרון מלא לשאלה 2

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – בנוסחת הייצוג האלקטרונית O=C=O: שני קשרים כפולים, ולכל אטום O שני זוגות לא קושרים – בסך הכול 4.

התשובה הנכונה: ד.
- ד – נכון. לאטום C 4 אלקטרוני ערכיות, ולכל אטום O 6. בנוסחת הייצוג האלקטרונית של CO2\text{CO}_2CO2​ אטום C קשור לכל אטום O בקשר כפול (שני זוגות קושרים): O=C=O\text{O=C=O}O=C=O. לכל אטום O נותרים 6−2=46-2=46−2=4 אלקטרונים, כלומר 2 זוגות לא קושרים; לאטום C לא נותרים אלקטרונים לא קושרים. בסך הכול: 2⋅2=42\cdot 2 = 42⋅2=4 זוגות לא קושרים.
- א – לא נכון. במולקולה H2O2\text{H}_2\text{O}_2H2​O2​ כל אטום O קשור לאטום H אחד ולאטום O השני: H–O–O–H\text{H–O–O–H}H–O–O–H. לכל אטום O 6 אלקטרוני ערכיות; שניים משתתפים בשני קשרים יחידים, ו־4 נותרים כשני זוגות לא קושרים – כך לכל אטום O יש 8 אלקטרונים ברמה החיצונית. קשר כפול בין אטומי O היה נותן לכל אטום O שלושה קשרים, וזה אינו מתאים.
- ב – לא נכון. קוטביות הקשר נקבעת לפי הפרש האלקטרושליליות: C–Cl\text{C–Cl}C–Cl: 3.0−2.5=0.53.0-2.5=0.53.0−2.5=0.5; C–F\text{C–F}C–F: 4.0−2.5=1.54.0-2.5=1.54.0−2.5=1.5. ההפרש גדול יותר בקשר C–F\text{C–F}C–F, ולכן הוא הקוטבי יותר.
- ג – לא נכון. האלקטרושליליות של O (3.5) גבוהה מזו של H (2.1), ולכן זוג האלקטרונים הקושר קרוב יותר לאטום O: המטען החלקי השלילי (δ−\delta-δ−) על אטום O, והמטען החלקי החיובי (δ+\delta+δ+) על אטום H.

שאלה 3 · קוטביות קשרים ומולקולות – תרכובות של פחמן, צורן וחמצן

רב-ברירה

לפניך ארבע מולקולות והמבנה המרחבי של כל אחת מהן:
SiCl4\text{SiCl}_4SiCl4​ – טטראדר; CO2\text{CO}_2CO2​ – קווי; CH3Cl\text{CH}_3\text{Cl}CH3​Cl – טטראדר; OF2\text{OF}_2OF2​ – זוויתי.
לפניך ארבעה היגדים, א-ד, הנוגעים לקשרים הקוולנטיים במולקולה ולקוטביות המולקולה.
מהו ההיגד הנכון?

א.
במולקולה $\text{SiCl}_4$ כל הקשרים הקוולנטיים קוטביים והמולקולה קוטבית.
ב.
במולקולה $\text{CO}_2$ כל הקשרים הקוולנטיים קוטביים והמולקולה לא קוטבית.
ג.
במולקולה $\text{CH}_3\text{Cl}$ כל הקשרים הקוולנטיים קוטביים והמולקולה לא קוטבית.
ד.
במולקולה $\text{OF}_2$ כל הקשרים הקוולנטיים לא קוטביים והמולקולה לא קוטבית.

◂ פתרון מלא לשאלה 3

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב

ערכי אלקטרושליליות מן הטבלה: H 2.1, C 2.5, Si 1.8, O 3.5, F 4.0, Cl 3.0.
ב־CO2\text{CO}_2CO2​: הפרש האלקטרושליליות בקשר C=O הוא 3.5−2.5=1.03.5-2.5=1.03.5−2.5=1.0, ולכן שני הקשרים קוטביים. המולקולה קווית וסימטרית: מרכז המטענים החלקיים השליליים (על שני אטומי O) מתלכד עם המטען החלקי החיובי (על C) – המולקולה לא קוטבית. תשובה ב.
- א – שגויה: הקשרים Si–Cl קוטביים (הפרש 1.2), אך בטטראדר עם ארבעה קשרים זהים המולקולה סימטרית ולכן לא קוטבית.
- ג – שגויה: הקשרים C–H (הפרש 0.4) ו־C–Cl (הפרש 0.5) קוטביים, אך סביב אטום C יש אטומים שונים (3 H ו־Cl אחד), אין סימטרייה של מטענים, ולכן המולקולה קוטבית.
- ד – שגויה: בקשר O–F הפרש האלקטרושליליות 4.0−3.5=0.54.0-3.5=0.54.0−3.5=0.5 – הקשרים קוטביים, ובמבנה זוויתי המולקולה קוטבית.

שאלה 4 · השוואת חומציות של תמיסות חומצה

רב-ברירה

נתונות ארבע תמיסות מימיות: A , B , C , D .
התמיסהנפח התמיסה (מ"ל)ריכוז התמיסה (M)
AHCl(aq)\text{HCl}_{(aq)}HCl(aq)​2000.25
BHNO3(aq)\text{HNO}_{3(aq)}HNO3(aq)​500.30
CH2SO4(aq)\text{H}_2\text{SO}_{4(aq)}H2​SO4(aq)​1000.10
DH2SO4(aq)\text{H}_2\text{SO}_{4(aq)}H2​SO4(aq)​4000.12
מהי הקביעה הנכונה?

	התמיסה	נפח התמיסה (מ"ל)	ריכוז התמיסה (M)
A	$\text{HCl}_{(aq)}$	200	0.25
B	$\text{HNO}_{3(aq)}$	50	0.30
C	$\text{H}_2\text{SO}_{4(aq)}$	100	0.10
D	$\text{H}_2\text{SO}_{4(aq)}$	400	0.12

א.
לכל התמיסות אותו pH .
ב.
ה־ pH של תמיסה D הוא הנמוך ביותר, מפני שהנפח שלה הגדול ביותר.
ג.
הריכוז של יוני $\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}$ בתמיסה C הוא $0.10\ \text{M}$ .
ד.
תמיסה B היא התמיסה החומצית ביותר.

◂ פתרון מלא לשאלה 4

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד — בתמיסה B ריכוז יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ הגבוה ביותר: 0.30 M0.30\ \text{M}0.30 M.

החומציות (וה־pH) נקבעת לפי ריכוז יוני H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}H3​O(aq)+​, ולא לפי נפח התמיסה.
תגובות החומצות עם מים:
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)−​ (יחס 1:1)
HNO3(l)+H2O(l)→H3O(aq)++NO3−(aq)\text{HNO}_{3(l)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}HNO3(l)​+H2​O(l)​→H3​O(aq)+​+NO3−​(aq)​ (יחס 1:1)
H2SO4(l)+2H2O(l)→2H3O(aq)++SO42−(aq)\text{H}_2\text{SO}_{4(l)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow 2\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{SO}_4^{2-}{}_{(aq)}H2​SO4(l)​+2H2​O(l)​→2H3​O(aq)+​+SO42−​(aq)​ (יחס 1:2)
תמיסה[H3O+][\text{H}_3\text{O}^{+}][H3​O+]
A0.25 M×1=0.25 M0.25\ \text{M}\times 1 = 0.25\ \text{M}0.25 M×1=0.25 M
B0.30 M×1=0.30 M0.30\ \text{M}\times 1 = 0.30\ \text{M}0.30 M×1=0.30 M
C0.10 M×2=0.20 M0.10\ \text{M}\times 2 = 0.20\ \text{M}0.10 M×2=0.20 M
D0.12 M×2=0.24 M0.12\ \text{M}\times 2 = 0.24\ \text{M}0.12 M×2=0.24 M
בתמיסה B ריכוז יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ הגבוה ביותר, ולכן היא החומצית ביותר (ה־pH שלה הנמוך ביותר). תשובה ד נכונה.
•א שגויה: ריכוזי H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ שונים, ולכן ה־pH שונה.
•ב שגויה: הנפח אינו קובע את ה־pH; ב־D הריכוז 0.24 M0.24\ \text{M}0.24 M, נמוך מזה שב־B.
•ג שגויה: כל יחידה של H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4H2​SO4​ נותנת שני יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+, ולכן הריכוז 0.20 M0.20\ \text{M}0.20 M.
טעות נפוצה: לבחור בתמיסה שבה מספר המולים של H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ הגדול ביותר (D: 0.400 L×0.24 M=0.096 mol0.400\ \text{L}\times 0.24\ \text{M}=0.096\ \text{mol}0.400 L×0.24 M=0.096 mol) — אך החומציות נקבעת לפי הריכוז ולא לפי מספר המולים.

תמיסה	$[\text{H}_3\text{O}^{+}]$
A	$0.25\ \text{M}\times 1 = 0.25\ \text{M}$
B	$0.30\ \text{M}\times 1 = 0.30\ \text{M}$
C	$0.10\ \text{M}\times 2 = 0.20\ \text{M}$
D	$0.12\ \text{M}\times 2 = 0.24\ \text{M}$

שאלה 5 · תופעות המוסברות רק באינטראקציות ואן דר ואלס – יוד, טטרה־כלורו־מתאן ופרופנון

רב-ברירה

לפניך טבלה ובה נתונים על שלושה חומרים.
שם החומרמצב צבירה בטמפרטורת החדרנוסחה של המולקולה
יודמוצקI2\text{I}_2I2​
טטרה־כלורו־מתאןנוזלCCl4\text{CCl}_4CCl4​
פרופנון (אצטון)נוזלCH3COCH3\text{CH}_3\text{COCH}_3CH3​COCH3​
לפניך ארבעה היגדים I-IV המתארים תופעות. כל ההיגדים נכונים.
I. פרופנון מתמוסס היטב במים.
II. יוד מתמוסס במים במידה מועטה מאוד.
III. טמפרטורת ההיתוך של יוד גבוהה מזו של טטרה־כלורו־מתאן.
IV. יוד מתמוסס היטב בטטרה־כלורו־מתאן.
אֵילו מן ההיגדים מתארים תופעות שאפשר להסביר על ידי אינטראקציות ואן־דר־ואלס בלבד?

שם החומר	מצב צבירה בטמפרטורת החדר	נוסחה של המולקולה
יוד	מוצק	$\text{I}_2$
טטרה־כלורו־מתאן	נוזל	$\text{CCl}_4$
פרופנון (אצטון)	נוזל	$\text{CH}_3\text{COCH}_3$

א.
היגדים I ו־ III .
ב.
היגדים II ו־ IV .
ג.
היגדים I ו־ II .
ד.
היגדים III ו־ IV .

◂ פתרון מלא לשאלה 5

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – היגדים III ו־IV

- I – פרופנון מתמוסס היטב במים משום שנוצרים קשרי מימן בין אטום החמצן שבמולקולת הפרופנון (בעל זוגות אלקטרונים לא קושרים) לבין אטומי H של מולקולות המים. ← לא ואן דר ואלס בלבד.
- II – בין מולקולות המים פועלים קשרי מימן חזקים. מולקולות I2\text{I}_2I2​ אינן קוטביות ואינן יכולות ליצור קשרי מימן עם המים, אלא רק אינטראקציות ואן דר ואלס, ולכן הן אינן "מפצות" על קשרי המימן שצריך לנתק בין מולקולות המים. ההסבר מחייב התייחסות לקשרי מימן. ← לא ואן דר ואלס בלבד.
- III – יוד וטטרה־כלורו־מתאן הם חומרים מולקולריים שמולקולותיהם אינן קוטביות; בין המולקולות פועלות רק אינטראקציות ואן דר ואלס. ענן האלקטרונים של I2\text{I}_2I2​ (106 אלקטרונים) גדול מזה של CCl4\text{CCl}_4CCl4​ (74 אלקטרונים), ולכן האינטראקציות בין מולקולות היוד חזקות יותר, והיוד מוצק בטמפרטורת החדר. ← ואן דר ואלס בלבד.
- IV – בהמסת יוד בטטרה־כלורו־מתאן נוצרות אינטראקציות ואן דר ואלס בין מולקולות I2\text{I}_2I2​ למולקולות CCl4\text{CCl}_4CCl4​ (שתיהן לא קוטביות). ← ואן דר ואלס בלבד.
לכן התשובה ד. אפשרויות א, ב, ג כוללות את I או את II, שהסברם מחייב קשרי מימן.
טעות נפוצה: לחשוב שהיגד II מוסבר רק בכך ש"יוד אינו קוטבי", בלי להתייחס לקשרי המימן בין מולקולות המים.

שאלה 6 · קביעת מחמצן לפי שינוי בדרגות החמצון

רב-ברירה

בטבלה שלפניך ארבע תגובות חמצון־חיזור, a-d . בכל תגובה מצוין מגיב אחד – "המגיב הנבדק".
התגובהניסוח התגובההמגיב הנבדק
aSO2(g)+2H2S(g)→3S(s)+2H2O(l)\text{SO}_{2(g)} + 2\text{H}_2\text{S}_{(g)} \rightarrow 3\text{S}_{(s)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(l)}SO2(g)​+2H2​S(g)​→3S(s)​+2H2​O(l)​SO2(g)\text{SO}_{2(g)}SO2(g)​
b2H2(g)+O2(g)→2H2O(l)2\text{H}_{2(g)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(l)}2H2(g)​+O2(g)​→2H2​O(l)​H2(g)\text{H}_{2(g)}H2(g)​
cFe2O3(s)+2Al(s)→Al2O3(s)+2Fe(s)\text{Fe}_2\text{O}_{3(s)} + 2\text{Al}_{(s)} \rightarrow \text{Al}_2\text{O}_{3(s)} + 2\text{Fe}_{(s)}Fe2​O3(s)​+2Al(s)​→Al2​O3(s)​+2Fe(s)​Fe2O3(s)\text{Fe}_2\text{O}_{3(s)}Fe2​O3(s)​
d2I(aq)−+Cl2(aq)→I2(aq)+2Cl(aq)−2\text{I}^{-}_{(aq)} + \text{Cl}_{2(aq)} \rightarrow \text{I}_{2(aq)} + 2\text{Cl}^{-}_{(aq)}2I(aq)−​+Cl2(aq)​→I2(aq)​+2Cl(aq)−​I(aq)−\text{I}^{-}_{(aq)}I(aq)−​
באילו מן התגובות המגיב הנבדק משמש מחמצן ?

התגובה	ניסוח התגובה	המגיב הנבדק
a	$\text{SO}_{2(g)} + 2\text{H}_2\text{S}_{(g)} \rightarrow 3\text{S}_{(s)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(l)}$	$\text{SO}_{2(g)}$
b	$2\text{H}_{2(g)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(l)}$	$\text{H}_{2(g)}$
c	$\text{Fe}_2\text{O}_{3(s)} + 2\text{Al}_{(s)} \rightarrow \text{Al}_2\text{O}_{3(s)} + 2\text{Fe}_{(s)}$	$\text{Fe}_2\text{O}_{3(s)}$
d	$2\text{I}^{-}_{(aq)} + \text{Cl}_{2(aq)} \rightarrow \text{I}_{2(aq)} + 2\text{Cl}^{-}_{(aq)}$	$\text{I}^{-}_{(aq)}$

א.
a ו־ b בלבד.
ב.
b ו־ d בלבד.
ג.
c ו־ d בלבד.
ד.
a ו־ c בלבד.

◂ פתרון מלא לשאלה 6

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – a ו־c בלבד: דרגת החמצון של S ושל Fe יורדת.

מחמצן הוא החומר שקולט אלקטרונים מחומר אחר; דרגת החמצון של אטום בו יורדת (הוא מתחזר). מחזר מוסר אלקטרונים; דרגת החמצון של אטום בו עולה.
- a: ב־SO2\text{SO}_2SO2​: O −2-2−2 ⇐ x+2⋅(−2)=0⇒x=+4x+2\cdot(-2)=0 \Rightarrow x=+4x+2⋅(−2)=0⇒x=+4 לגופרית. ב־S(s)\text{S}_{(s)}S(s)​ – 0. הגופרית שמקורה ב־SO2\text{SO}_2SO2​ יורדת מ־+4+4+4 ל־0 ⇐ SO2\text{SO}_2SO2​ מחמצן. (הגופרית ב־H2S\text{H}_2\text{S}H2​S עולה מ־−2-2−2 ל־0 – H2S\text{H}_2\text{S}H2​S הוא המחזר.)
- b: H עולה מ־0 ב־H2\text{H}_2H2​ ל־+1+1+1 ב־H2O\text{H}_2\text{O}H2​O ⇐ H2\text{H}_2H2​ מחזר (החמצן הוא המחמצן).
- c: ב־Fe2O3\text{Fe}_2\text{O}_3Fe2​O3​: 2x+3⋅(−2)=0⇒x=+32x+3\cdot(-2)=0 \Rightarrow x=+32x+3⋅(−2)=0⇒x=+3. Fe יורד מ־+3+3+3 ל־0 ⇐ Fe2O3\text{Fe}_2\text{O}_3Fe2​O3​ מחמצן (Al עולה מ־0 ל־+3+3+3 – מחזר).
- d: I עולה מ־−1-1−1 ב־I−\text{I}^{-}I− ל־0 ב־I2\text{I}_2I2​ ⇐ I−\text{I}^{-}I− מחזר (Cl2\text{Cl}_2Cl2​ הוא המחמצן).
המגיב הנבדק הוא מחמצן בתגובות a ו־c – תשובה ד. האפשרויות א, ב ו־ג כוללות את b או את d, שבהן המגיב הנבדק הוא מחזר.
טעות נפוצה: לבלבל בין "מחמצן" ל"מתחמצן". המחמצן גורם לחומר אחר להתחמצן, והוא עצמו מתחזר (דרגת החמצון שלו יורדת).

שאלה 7 · חוק הס – יצירת מימן על־חמצני

רב-ברירה

לפניכם ערכי ΔH0\Delta\text{H}^0ΔH0 עבור התגובות (1)–(2) :
(1) 2H2(g)+O2(g)→2H2O(l)2\text{H}_{2(g)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(l)}2H2(g)​+O2(g)​→2H2​O(l)​ ΔH10=−571.6kJ\qquad \Delta\text{H}^0_1=-571.6\text{kJ}ΔH10​=−571.6kJ
(2) 2H2O2(l)→2H2O(l)+O2(g)2\text{H}_2\text{O}_{2(l)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(l)} + \text{O}_{2(g)}2H2​O2(l)​→2H2​O(l)​+O2(g)​ ΔH20=−196.0kJ\qquad \Delta\text{H}^0_2=-196.0\text{kJ}ΔH20​=−196.0kJ
לפניכם תגובה (3) :
(3) H2(g)+O2(g)→H2O2(l)\text{H}_{2(g)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{H}_2\text{O}_{2(l)}H2(g)​+O2(g)​→H2​O2(l)​ ΔH30= ?\qquad \Delta\text{H}^0_3=\ ?ΔH30​= ?
מהו ערכו של ΔH30\Delta\text{H}^0_3ΔH30​ עבור תגובה (3)?

א.
$-187.8\ \text{kJ}$
ב.
$+187.8\ \text{kJ}$
ג.
$-383.8\ \text{kJ}$
ד.
$-375.6\ \text{kJ}$

◂ פתרון מלא לשאלה 7

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א – ΔH30=−187.8 kJ\Delta H^0_3=-187.8\ \text{kJ}ΔH30​=−187.8 kJ

לפי חוק הס, שינוי האנטלפיה של תגובה המתקבלת מצירוף של תגובות הוא הצירוף המתאים של שינויי האנטלפיה שלהן.
בתגובה (3) יש מול אחד של H2\text{H}_2H2​ במגיבים, ולכן מכפילים את תגובה (1) ב־ 12\frac{1}{2}21​. H2O2\text{H}_2\text{O}_2H2​O2​ צריך להופיע בתוצרים, ולכן הופכים את תגובה (2) ומכפילים אותה ב־ 12\frac{1}{2}21​:
H2(g)+12O2(g)→H2O(l)12ΔH10=−285.8 kJ\text{H}_{2(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{H}_2\text{O}_{(l)} \qquad \frac{1}{2}\Delta H^0_1=-285.8\ \text{kJ}H2(g)​+21​O2(g)​→H2​O(l)​21​ΔH10​=−285.8 kJ
H2O(l)+12O2(g)→H2O2(l)−12ΔH20=+98.0 kJ\text{H}_2\text{O}_{(l)} + \frac{1}{2}\text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{H}_2\text{O}_{2(l)} \qquad -\frac{1}{2}\Delta H^0_2=+98.0\ \text{kJ}H2​O(l)​+21​O2(g)​→H2​O2(l)​−21​ΔH20​=+98.0 kJ
בחיבור מצמצמים H2O(l)\text{H}_2\text{O}_{(l)}H2​O(l)​ משני הצדדים ומקבלים את תגובה (3):
ΔH30=12ΔH10−12ΔH20=−285.8 kJ+98.0 kJ=−187.8 kJ\Delta H^0_3=\frac{1}{2}\Delta H^0_1-\frac{1}{2}\Delta H^0_2=-285.8\ \text{kJ}+98.0\ \text{kJ}=-187.8\ \text{kJ}ΔH30​=21​ΔH10​−21​ΔH20​=−285.8 kJ+98.0 kJ=−187.8 kJ
תשובה א.
- ב – סימן הפוך: מתקבל אם הופכים את שתי התגובות.
- ג (−383.8 kJ-383.8\ \text{kJ}−383.8 kJ) מתקבלת אם מחברים 12ΔH10\frac{1}{2}\Delta H^0_121​ΔH10​ ו־ 12ΔH20\frac{1}{2}\Delta H^0_221​ΔH20​ בלי להפוך את תגובה (2).
- ד (−375.6 kJ-375.6\ \text{kJ}−375.6 kJ) מתקבלת אם הופכים את תגובה (2) אבל שוכחים לחלק את שתי התגובות ב־2: −571.6+196.0=−375.6-571.6+196.0=-375.6−571.6+196.0=−375.6.

שאלה 8 · גורמים המשפיעים על קצב התגובה בין נתרן תיוסולפט לחומצה

רב-ברירה

תלמידים חקרו את התגובה בין תמיסת נתרן תיוסולפט, Na2S2O3(aq)\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_{3(aq)}Na2​S2​O3(aq)​ , לבין תמיסת מימן כלורי, HCℓ(aq)\text{HC}\ell_{(aq)}HCℓ(aq)​ . בתגובה נוצרת גופרית מוצקה, ולכן התמיסה נעשית עכורה בהדרגה.
התלמידים הניחו את הכוס על דף שסומן עליו X בעיפרון, ערבבו 505050 מ"ל תמיסת Na2S2O3(aq)\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_{3(aq)}Na2​S2​O3(aq)​ בריכוז 0.1M0.1\text{M}0.1M עם 555 מ"ל תמיסת HCℓ(aq)\text{HC}\ell_{(aq)}HCℓ(aq)​ בריכוז 1M1\text{M}1M בטמפרטורת החדר, ומדדו את הזמן עד שהסימון X הפסיק להיראות.
נתונה התגובה: Na2S2O3(aq)+2HCℓ(aq)→2NaCℓ(aq)+S(s)+SO2(g)+H2O(ℓ)\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_{3(aq)} + 2\text{HC}\ell_{(aq)} \rightarrow 2\text{NaC}\ell_{(aq)} + \text{S}_{(s)} + \text{SO}_{2(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(\ell)}Na2​S2​O3(aq)​+2HCℓ(aq)​→2NaCℓ(aq)​+S(s)​+SO2(g)​+H2​O(ℓ)​
התלמידים הציעו שינויים שאפשר לעשות כדי להגביר את קצב התגובה.
איזו מן ההצעות א–ד תגביר את קצב התגובה?

א.
שימוש בתמיסת נתרן תיוסולפט בריכוז $0.05\text{M}$ .
ב.
חימום שתי התמיסות ל־ $40^{\text{o}}\text{C}$ לפני הערבוב.
ג.
שימוש בתמיסת $\text{HC}\ell_{(aq)}$ בריכוז $0.5\text{M}$ במקום $1\text{M}$ (באותו נפח).
ד.
סימון X כהה ועבה יותר בעט על הדף שמתחת לכוס.

◂ פתרון מלא לשאלה 8

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – העלאת הטמפרטורה מגבירה את קצב התגובה.

תשובה ב נכונה. טמפרטורה היא גורם המשפיע על קצב התגובה: חימום התמיסות מטמפרטורת החדר ל־40oC40^{\text{o}}\text{C}40oC מגביר את קצב התגובה, והעכירות תופיע מהר יותר.
למה האחרות שגויות:
- א. הקטנת ריכוז המגיב Na2S2O3\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3Na2​S2​O3​ מ־0.1M0.1\text{M}0.1M ל־0.05M0.05\text{M}0.05M מקטינה את קצב התגובה.
- ג. הקטנת ריכוז המגיב HCℓ\text{HC}\ellHCℓ מ־1M1\text{M}1M ל־0.5M0.5\text{M}0.5M מקטינה את קצב התגובה.
- ד. סימון כהה יותר משנה רק את אופן המדידה (ייתכן שיידרש זמן רב יותר עד שהסימון ייעלם), אך אינו משפיע על התגובה עצמה ועל קצבה.
טעות נפוצה: לבלבל בין שינוי בשיטת המדידה לבין שינוי בגורם המשפיע על קצב התגובה.

שאלה 9 · תסיסת אצטון־בוטאנול־אתאנול

שאלת מאמר26 נקודות

קרא את הקטע שלפניך, וענה על כל הסעיפים א-ד שאחריו (שאלת חובה — 26 נקודות).
אצטון מחיידקים — תהליך התסיסה של חיים ויצמן
בתחילת מלחמת העולם הראשונה נזקקה בריטניה לכמויות גדולות של אצטון, CH3COCH3(l)\text{CH}_3\text{COCH}_{3(l)}CH3​COCH3(l)​ . האצטון
שימש ממס בייצור של קורדייט – חומר הנפץ ששימש חומר ההנעה העיקרי של הפגזים ושל הכדורים בצבא הבריטי.
עד אז הופק רוב האצטון בחימום של עץ, ובדרך זו לא היה אפשר לייצר את הכמויות הדרושות.
הכימאי חיים ויצמן, שעבד באותן שנים באוניברסיטת מנצ'סטר ולימים היה הנשיא הראשון של מדינת ישראל,
פיתח תהליך תסיסה שבו חיידק בשם Clostridium acetobutylicum מפרק עמילן, (C6H10O5)n(\text{C}_6\text{H}_{10}\text{O}_5)_n(C6​H10​O5​)n​ , מתירס.
התסיסה מתרחשת במכלים גדולים, בהיעדר חמצן, ומתקבלת בה תערובת של שלושה ממסים: אצטון,
בוטאנול, CH3CH2CH2CH2OH(l)\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{OH}_{(l)}CH3​CH2​CH2​CH2​OH(l)​ , ואתאנול, CH3CH2OH(l)\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}_{(l)}CH3​CH2​OH(l)​ , ביחס מסות של כ־ 3:6:1 .
התהליך מתרחש בשני שלבים (תרשים 1). בשלב הראשון יוצרים החיידקים חומצות קרבוקסיליות – חומצה
אתאנואית וחומצה בוטאנואית. בשלב השני הם הופכים חלק מן החומצות לממסים. במהלך התסיסה נפלטים
מן המכלים גם הגזים פחמן דו־חמצני, CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ , ומימן, H2(g)\text{H}_{2(g)}H2(g)​ . גז המימן נוצר בתאי החיידקים
מיוני מימן, H+\text{H}^{+}H+ , בתגובה עם חומרים אחרים שבתא.
תרשים 1
את התגובות בתאי החיידקים מזרזים אנזימים – זרזים ביולוגיים. המכלים נשמרים בטמפרטורה של כ־ 35∘C35^{\circ}\text{C}35∘C ;
בטמפרטורה נמוכה יותר התסיסה איטית יותר.
לאחר המלחמה גדל הביקוש לבוטאנול, שהיה עד אז תוצר לוואי, כחומר גלם לייצור ממסים לצבעים וללכות.
החל משנות ה־50 של המאה ה־20 הופקו אצטון ובוטאנול מנפט בדרך זולה יותר, ומפעלי התסיסה נסגרו בהדרגה.
בשנים האחרונות גובר שוב העניין בתהליך, כי בוטאנול יכול לשמש דלק למנועים: בשרֵפתו משתחררת כמות
גדולה של אנרגייה, ואפשר לערבב אותו עם בנזין. יתרון נוסף של בוטאנול המופק בתסיסה הוא שחומר הגלם
שלו מתחדש – הוא מופק מצמחים, ולא מנפט, ההולך ואוזל.

א.

בוטאנול, C4H9OH(l)\text{C}_4\text{H}_9\text{OH}_{(l)}C4​H9​OH(l)​ , יכול לשמש דלק למנועים.

(i)

על פי הקטע, קבע אם תגובת השרֵפה של בוטאנול היא תגובה אקסותרמית או אנדותרמית. נמק.

(ii)

נסח ואַזֵּן את תגובת השרֵפה המלאה של בוטאנול.

ב.

(i)

בחר בארבע מן התרכובות שנוצרות בתהליך התסיסה ומוצגות בתרשים 1 (חומצות וממסים).
העתק את הטבלה שלפניך למחברת הבחינה והשלם אותה.
שם התרכובתנוסחת הקבוצה הפונקציונליתשם הקבוצה הפונקציונלית
1
2
3
4

(ii)

טמפרטורת הרתיחה של בוטאנול גבוהה מטמפרטורות הרתיחה של שני הממסים האחרים שנוצרים בתסיסה – אצטון ואתאנול.
הסבר עובדה זו. בתשובתך התייחס לכוחות הפועלים בין המולקולות בכל אחד משלושת הממסים.

ג.

(i)

לפי שורות 10–11, גז המימן, H2(g)\text{H}_{2(g)}H2(g)​ , נוצר בתאי החיידקים מיוני מימן, H+\text{H}^{+}H+ , בתגובה עם חומר אחר שבתא.
קבע אם החומר האחר מגיב כמחמצן או כמחזר. נמק.

(ii)

את התגובות בתאי החיידקים מזרזים אנזימים, שהם זרזים ביולוגיים.
על פי הקטע, ציין גורם אחד, מלבד נוכחות זרז, המשפיע על קצב התסיסה. כיצד משפיע זרז על אנרגיית השפעול של התגובה?

ד.

על פי הקטע, ציין שני יתרונות של בוטאנול המופק בתסיסה כדלק למנועים.

◂ פתרון מלא לשאלה 9

סעיף א

(i)

תשובה:

אקסותרמית.

תגובת השרפה של בוטאנול היא אקסותרמית.
לפי שורות 16–17, בוטאנול יכול לשמש דלק למנועים, כי בשרפתו משתחררת כמות גדולה של אנרגייה. תגובה שבה משתחררת אנרגיה (חום) מן המערכת לסביבה היא תגובה אקסותרמית (ΔH<0\Delta H<0ΔH<0).

(ii)

תשובה:

C4H9OH(l)+6O2(g)→4CO2(g)+5H2O(l)\text{C}_4\text{H}_9\text{OH}_{(l)}+6\text{O}_{2(g)}\rightarrow 4\text{CO}_{2(g)}+5\text{H}_2\text{O}_{(l)}C4​H9​OH(l)​+6O2(g)​→4CO2(g)​+5H2​O(l)​

בשרפה מלאה של תרכובת פחמן המכילה C, H ו־O התוצרים הם פחמן דו־חמצני ומים:
C4H9OH(l)+6O2(g)→4CO2(g)+5H2O(l)\text{C}_4\text{H}_9\text{OH}_{(l)}+6\text{O}_{2(g)}\rightarrow 4\text{CO}_{2(g)}+5\text{H}_2\text{O}_{(l)}C4​H9​OH(l)​+6O2(g)​→4CO2(g)​+5H2​O(l)​
איזון: C: 4=44=44=4; H: 9+1=10=5⋅29+1=10=5\cdot29+1=10=5⋅2; O: 1+6⋅2=13=4⋅2+51+6\cdot2=13=4\cdot2+51+6⋅2=13=4⋅2+5.
שימו לב: אטום החמצן שבמולקולת הבוטאנול נספר בצד המגיבים – לכן נדרשים 6 מול O2\text{O}_2O2​ ולא 6126\frac{1}{2}621​. (גם H2O(g)\text{H}_2\text{O}_{(g)}H2​O(g)​ מתקבל כתוצר.)

סעיף ב

(i)

תשובה:

ארבע מתוך: אצטון (C=O בין שני אטומי פחמן, קטון), בוטאנול (–OH, הידרוקסיל), אתאנול (–OH, הידרוקסיל), חומצה אתאנואית (–COOH, קרבוקסיל), חומצה בוטאנואית (–COOH, קרבוקסיל).

ממלאים ארבע שורות מתוך האפשרויות הבאות (כל אחת מהן נכונה):
שם התרכובתנוסחת הקבוצה הפונקציונליתשם הקבוצה הפונקציונלית
1אצטון (פרופאנון), CH3COCH3\text{CH}_3\text{COCH}_3CH3​COCH3​C=O\text{C}=\text{O}C=O (אטום C הקשור לשני אטומי פחמן)קטון (קרבוניל)
2בוטאנול, CH3CH2CH2CH2OH\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{OH}CH3​CH2​CH2​CH2​OH−OH-\text{OH}−OHהידרוקסיל (כהל)
3חומצה אתאנואית, CH3COOH\text{CH}_3\text{COOH}CH3​COOH−COOH-\text{COOH}−COOHקרבוקסיל (חומצה קרבוקסילית)
4חומצה בוטאנואית, CH3CH2CH2COOH\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{COOH}CH3​CH2​CH2​COOH−COOH-\text{COOH}−COOHקרבוקסיל (חומצה קרבוקסילית)
אפשרות נוספת: אתאנול, CH3CH2OH\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}CH3​CH2​OH – −OH-\text{OH}−OH, הידרוקסיל.
טעות נפוצה: לזהות באצטון קבוצת אלדהיד – באלדהיד אטום ה־C של הקבוצה C=O\text{C}=\text{O}C=O קשור לאטום H, ובקטון הוא קשור לשני אטומי פחמן.

	שם התרכובת	נוסחת הקבוצה הפונקציונלית	שם הקבוצה הפונקציונלית
1	אצטון (פרופאנון), $\text{CH}_3\text{COCH}_3$	$\text{C}=\text{O}$ (אטום C הקשור לשני אטומי פחמן)	קטון (קרבוניל)
2	בוטאנול, $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{OH}$	$-\text{OH}$	הידרוקסיל (כהל)
3	חומצה אתאנואית, $\text{CH}_3\text{COOH}$	$-\text{COOH}$	קרבוקסיל (חומצה קרבוקסילית)
4	חומצה בוטאנואית, $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{COOH}$	$-\text{COOH}$	קרבוקסיל (חומצה קרבוקסילית)

(ii)

תשובה:

בין מולקולות אצטון אין קשרי מימן (רק ון־דר־ולס); בין מולקולות אתאנול ובין מולקולות בוטאנול יש קשרי מימן, אבל ענן האלקטרונים של בוטאנול גדול יותר ולכן אינטראקציות ון־דר־ולס ביניהן חזקות יותר.

הכוחות בין המולקולות בכל ממס:
- אצטון, CH3COCH3\text{CH}_3\text{COCH}_3CH3​COCH3​: אין במולקולה אטום H הקשור לאטום O, ולכן בין המולקולות אין קשרי מימן; פועלות אינטראקציות ון־דר־ולס בלבד (המולקולה קוטבית בגלל הקבוצה C=O\text{C}=\text{O}C=O).
- אתאנול, CH3CH2OH\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}CH3​CH2​OH: בין המולקולות יש קשרי מימן (דרך הקבוצה −OH-\text{OH}−OH) ואינטראקציות ון־דר־ולס.
- בוטאנול, CH3CH2CH2CH2OH\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{OH}CH3​CH2​CH2​CH2​OH: בין המולקולות יש קשרי מימן (קבוצת −OH-\text{OH}−OH אחת, כמו באתאנול) ואינטראקציות ון־דר־ולס. ענן האלקטרונים של מולקולת בוטאנול (42 אלקטרונים) גדול מזה של מולקולת אתאנול (26 אלקטרונים), ולכן אינטראקציות ון־דר־ולס בין מולקולות בוטאנול חזקות יותר.
מסקנה: קשרי מימן חזקים מאינטראקציות ון־דר־ולס. לכן הכוחות בין מולקולות בוטאנול (קשרי מימן + ון־דר־ולס חזקות) חזקים מהכוחות בין מולקולות אצטון (ון־דר־ולס בלבד, אף שענן האלקטרונים שלה – 32 אלקטרונים – דומה), וחזקים מהכוחות בין מולקולות אתאנול (אותו מספר קשרי מימן לכל מולקולה, אבל ענן אלקטרונים קטן יותר). ברתיחה יש להחליש את הכוחות בין המולקולות, ונדרשת יותר אנרגיה ככל שהכוחות חזקים יותר – לכן טמפרטורת הרתיחה של בוטאנול היא הגבוהה ביותר.

סעיף ג

(i)

תשובה:

כמחזר – דרגת החמצון של המימן יורדת מ־(+1)(+1)(+1) ב־H+\text{H}^+H+ ל־(0)(0)(0) ב־H2\text{H}_2H2​, כלומר יוני המימן עוברים חיזור.

החומר האחר מגיב כמחזר.
דרגת החמצון של אטום H:
•ביון H+\text{H}^+H+: +1+1+1.
•ב־H2\text{H}_2H2​ (יסוד): 000.
דרגת החמצון של המימן יורדת מ־(+1)(+1)(+1) ל־(0)(0)(0): כל יון H+\text{H}^+H+ קולט אלקטרון אחד (2H++2e−→H22\text{H}^{+}+2e^{-}\rightarrow\text{H}_22H++2e−→H2​), כלומר יוני המימן עוברים חיזור ומשמשים מחמצן. את האלקטרונים חייב למסור החומר האחר – הוא עובר חמצון, ולכן הוא המחזר.

(ii)

תשובה:

הטמפרטורה (שורות 12–13: בטמפרטורה נמוכה יותר התסיסה איטית יותר). הזרז מוריד את אנרגיית השפעול.

- גורם המשפיע על הקצב – טמפרטורה: לפי שורות 12–13, המכלים נשמרים בטמפרטורה של כ־35∘C35^{\circ}\text{C}35∘C, ובטמפרטורה נמוכה יותר התסיסה איטית יותר.
- השפעת הזרז: זרז מאפשר לתגובה להתרחש במסלול אחר, שבו אנרגיית השפעול נמוכה יותר; לכן קצב התגובה גדל. הזרז אינו נצרך בתגובה ואינו משנה את ΔH\Delta HΔH שלה.

סעיף ד

תשובה:

שניים מתוך: בשרפתו משתחררת כמות גדולה של אנרגייה; אפשר לערבב אותו עם בנזין; חומר הגלם שלו מתחדש (צמחים) ולא נפט ההולך ואוזל.

על פי הקטע (שורות 16–18), שניים מן היתרונות הבאים:
אנרגיה: בשרפת בוטאנול משתחררת כמות גדולה של אנרגייה (שורות 16–17).
שימוש במנועים קיימים: אפשר לערבב אותו עם בנזין (שורה 17).
חומר גלם מתחדש: חומר הגלם שלו מתחדש – הוא מופק מצמחים, ולא מנפט, ההולך ואוזל (שורות 17–18).

פרק שני

שאלה 10 · כיבוי שרפות: מגנזיום, אתיל אצטט ומגנזיום חנקני

שאלה פתוחה25 נקודות

מבנה האטום, מבנה וקישור, חישובים
לא כל שרפה מכבים באותה דרך: את החומר המכבה בוחרים לפי סוג החומר הבוער – למשל מתכת בוערת או ממס דליק.
המתכת מגנזיום, Mg(s)\text{Mg}_{(s)}Mg(s)​ , משמשת, בין השאר, באבוקות תאורה ובזיקוקים, משום שהיא בוערת בלהבה לבנה ובהירה מאוד.

א.

תארו את מבנה המגנזיום, Mg(s)\text{Mg}_{(s)}Mg(s)​ , והסבירו מדוע החומר מוליך חשמל בטמפרטורת החדר.

ב.

מגנזיום בוער מגיב עם מים (אדי מים) לפי התגובה:
Mg(s)+H2O(g)→MgO(s)+H2(g)ΔH0<0\text{Mg}_{(s)} + \text{H}_2\text{O}_{(g)} \rightarrow \text{MgO}_{(s)} + \text{H}_{2(g)} \qquad \Delta H^0 < 0Mg(s)​+H2​O(g)​→MgO(s)​+H2(g)​ΔH0<0
הסבירו מדוע אסור לכבות שרפה של מגנזיום במים.

ג.

אחד הממסים הדליקים שנמצאים במוצרים ביתיים, למשל בחלק מתכשירי הסרת הלק, הוא אתיל אצטט.
לפניכם ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של מולקולת אתיל אצטט :
רשמו נוסחה מולקולרית של אתיל אצטט .

ד.

לפניכם ייצוגים מקוצרים לנוסחאות מבנה של שלוש מולקולות נוספות:
איזו מולקולה או אילו מולקולות הן איזומרים של אתיל אצטט ? הסבירו את בחירתכם.

ה.

טמפרטורת הרתיחה של אתיל אצטט (77∘C77^{\circ}\text{C}77∘C) נמוכה מטמפרטורת הרתיחה של מים באותם תנאים. הסבירו עובדה זו.

ו.

המַסו 22.0 גרם אתיל אצטט במים והכינו 500 מ"ל תמיסה.

(i)

הסבירו מדוע אתיל אצטט מתמוסס במים.

(ii)

חשבו את הריכוז המולרי של התמיסה שהוכנה.

ז.

כאשר מגנזיום בוער באוויר נוצר בעיקר מגנזיום חמצני, MgO(s)\text{MgO}_{(s)}MgO(s)​ , ונוצרת גם כמות קטנה של התרכובת היונית מגנזיום חנקני, Mg3N2(s)\text{Mg}_3\text{N}_{2(s)}Mg3​N2(s)​ .
התרכובת Mg3N2(s)\text{Mg}_3\text{N}_{2(s)}Mg3​N2(s)​ מורכבת מיוני מגנזיום, Mg2+\text{Mg}^{2+}Mg2+ , ומיוני חנקן, N3−\text{N}^{3-}N3− .
רשמו נוסחאות ייצוג אלקטרונים של יוני מגנזיום ושל יוני חנקן.

◂ פתרון מלא לשאלה 10

סעיף א

תשובה:

סריג מתכתי: יוני Mg2+\text{Mg}^{2+}Mg2+ בסידור קבוע בתוך "ים" של אלקטרונים ערכיים ניידים (שני אלקטרונים מכל אטום); האלקטרונים הניידים מאפשרים הולכת חשמל.

מבנה: מגנזיום הוא מתכת – מבנהו סריג מתכתי. לאטום מגנזיום (Z=12Z = 12Z=12) הערכה אלקטרונית 2,8,22,8,22,8,2 – שני אלקטרונים ערכיים.
בסריג מסודרים בסדר קבוע ותלת־ממדי יונים חיוביים Mg2+\text{Mg}^{2+}Mg2+, וביניהם נעים אלקטרונים ערכיים חופשיים ("ים של אלקטרונים") – שני אלקטרונים מכל אטום. הקשר המתכתי הוא המשיכה החשמלית בין היונים החיוביים ובין ים האלקטרונים.
הולכת חשמל: במגנזיום המוצק יש חלקיקים טעונים ניידים – האלקטרונים הערכיים, שאינם שייכים לאטום מסוים ונעים בכל הסריג. כאשר מחברים את המתכת למקור מתח, האלקטרונים נעים בכיוון אחד – נוצר זרם חשמלי. לכן מגנזיום מוליך חשמל במצב מוצק, בטמפרטורת החדר.

סעיף ב

תשובה:

המים אינם מכבים את המגנזיום אלא מגיבים איתו: התגובה אקסותרמית ומוסיפה חום, ונוצר גז מימן דליק שמתלקח – השרפה מתעצמת ועלולה להתרחש התפוצצות.

כיבוי בעזרת מים מבוסס על קירור החומר הבוער. אולם לפי ניסוח התגובה, מגנזיום בוער מגיב עם המים:
•התגובה אקסותרמית (ΔH0<0\Delta H^0 < 0ΔH0<0) – במקום שהמים יקררו את המתכת, התגובה משחררת חום נוסף, והמגנזיום ממשיך לבעור.
•בתגובה נוצר גז מימן, H2(g)\text{H}_{2(g)}H2(g)​, שהוא גז דליק. בטמפרטורה הגבוהה של השרפה המימן מתלקח ואף עלול להתפוצץ.
לכן הוספת מים לשרפת מגנזיום מגבירה את השרפה ומסוכנת. (שרפות של מתכות מכבים בחומרים שאינם מגיבים עם המתכת, למשל בחול יבש.)

סעיף ג

תשובה:

C4H8O2\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2C4​H8​O2​

בייצוג המקוצר כל קודקוד וכל קצה קו שאין לידם סמל הם אטומי פחמן; אטומי המימן הקשורים לפחמן אינם מסורטטים.
•אטומי פחמן: קבוצת CH3\text{CH}_3CH3​ משמאל, אטום הפחמן של קבוצת C=O\text{C=O}C=O, ושני אטומי פחמן מימין לאטום החמצן ⇐ 4 אטומי פחמן.
•אטומי חמצן: אטום החמצן בקשר הכפול ואטום החמצן בשרשרת ⇐ 2 אטומי חמצן.
•אטומי מימן: CH3\text{CH}_3CH3​ (3) + פחמן הקרבוניל (0) + CH2\text{CH}_2CH2​ (2) + CH3\text{CH}_3CH3​ (3) ⇐ 8 אטומי מימן.
הנוסחה המולקולרית: C4H8O2\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2C4​H8​O2​ (המבנה: CH3COOCH2CH3\text{CH}_3\text{COOCH}_2\text{CH}_3CH3​COOCH2​CH3​, אסטר).

סעיף ד

תשובה:

מולקולה 1 בלבד.

איזומרים הם חומרים בעלי אותה נוסחה מולקולרית ונוסחאות מבנה שונות. הנוסחה המולקולרית של אתיל אצטט היא C4H8O2\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2C4​H8​O2​ (סעיף ג).
- מולקולה 1 (חומצה קרבוקסילית: שרשרת של 4 אטומי פחמן שבקצה שלה קבוצת COOH\text{COOH}COOH): C4H8O2\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2C4​H8​O2​ ⇐ איזומר.
- מולקולה 2 (אסטר: 3 אטומי פחמן בצד הקרבוניל ו־2 אטומי פחמן בצד החמצן): 5 אטומי פחמן ⇐ C5H10O2\text{C}_5\text{H}_{10}\text{O}_2C5​H10​O2​ – אינה איזומר.
- מולקולה 3 (קטון: 4 אטומי פחמן ואטום חמצן אחד): C4H8O\text{C}_4\text{H}_8\text{O}C4​H8​O – אינה איזומר (חסר אטום חמצן).
רק למולקולה 1 אותה נוסחה מולקולרית כמו לאתיל אצטט ונוסחת מבנה שונה (חומצה קרבוקסילית לעומת אסטר), ולכן רק היא איזומר של אתיל אצטט.
טעות נפוצה: לבחור במולקולה 2 משום שגם היא אסטר – לאסטר זה יש אטום פחמן נוסף, ולכן הנוסחה המולקולרית שלו שונה.

סעיף ה

תשובה:

בין מולקולות המים יש קשרי מימן רבים; בין מולקולות אתיל אצטט אין קשרי מימן (אין אטום מימן הקשור לאטום חמצן), יש רק אינטראקציות ואן דר ואלס ודו־קוטב–דו־קוטב, שבסך הכול חלשות יותר.

שני החומרים מולקולריים, וטמפרטורת הרתיחה תלויה בחוזק הקשרים הבין־מולקולריים.
- מים: אטומי המימן קשורים לאטום חמצן, ולאטום החמצן זוגות אלקטרונים לא קושרים ⇐ בין מולקולות המים נוצרים קשרי מימן רבים.
- אתיל אצטט: כל אטומי המימן קשורים לאטומי פחמן; אין אטום מימן הקשור לאטום חמצן ⇐ בין מולקולות אתיל אצטט אין קשרי מימן. בין המולקולות יש אינטראקציות ואן דר ואלס ואינטראקציות דו־קוטב–דו־קוטב.
אף שענן האלקטרונים של מולקולת אתיל אצטט גדול מזה של מולקולת מים, הקשרים בין מולקולות המים (קשרי מימן רבים) חזקים יותר בסך הכול מן הקשרים בין מולקולות אתיל אצטט. לכן דרושה אנרגיה רבה יותר כדי להפריד בין מולקולות המים, וטמפרטורת הרתיחה של אתיל אצטט נמוכה יותר.

סעיף ו

(i)

תשובה:

בין מולקולות אתיל אצטט למולקולות המים נוצרים קשרי מימן (בין אטומי החמצן של אתיל אצטט לאטומי המימן של המים) ואינטראקציות דו־קוטב, הדומים בחוזקם לקשרים שנשברו.

בהמסה נשברים קשרי מימן בין מולקולות המים ואינטראקציות ואן דר ואלס ודו־קוטב בין מולקולות אתיל אצטט, ונוצרים קשרים בין מולקולות אתיל אצטט למולקולות המים.
במולקולת אתיל אצטט יש שני אטומי חמצן בעלי זוגות אלקטרונים לא קושרים. בין אטום חמצן של מולקולת אתיל אצטט ובין אטום מימן של מולקולת מים נוצר קשר מימן; נוצרות גם אינטראקציות דו־קוטב ואינטראקציות ואן דר ואלס.
הקשרים שנוצרים דומים בחוזקם לקשרים שנשברו, ולכן אתיל אצטט מתמוסס במים (בכמות מוגבלת, משום שחלק ניכר מן המולקולה הוא שרשרת פחמימנית).

(ii)

תשובה:

C=0.500 molLC = 0.500\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}C=0.500 Lmol​

מסה מולרית של אתיל אצטט, C4H8O2\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2C4​H8​O2​:
Mw=4⋅12.0+8⋅1.0+2⋅16.0=88.0 gmolM_w = 4 \cdot 12.0 + 8 \cdot 1.0 + 2 \cdot 16.0 = 88.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}Mw​=4⋅12.0+8⋅1.0+2⋅16.0=88.0 molg​
מספר המולים:
n=mMw=22.0 g88.0 gmol=0.250 moln = \frac{m}{M_w} = \frac{22.0\ \text{g}}{88.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}} = 0.250\ \text{mol}n=Mw​m​=88.0 molg​22.0 g​=0.250 mol
נפח התמיסה: V=500 mL=0.500 LV = 500\ \text{mL} = 0.500\ \text{L}V=500 mL=0.500 L
הריכוז המולרי:
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​

סעיף ז

תשובה:

[Mg]2+[\text{Mg}]^{2+}[Mg]2+ (ללא אלקטרונים ערכיים) ; [N]3−[\text{N}]^{3-}[N]3− עם 8 אלקטרונים ערכיים (4 זוגות) סביב החנקן, בתוך סוגריים מרובעים.

יון מגנזיום: לאטום מגנזיום הערכה 2,8,22,8,22,8,2. ביצירת היון Mg2+\text{Mg}^{2+}Mg2+ האטום מוסר את שני האלקטרונים הערכיים (הערכת היון 2,82,82,8), ולכן בנוסחת ייצוג האלקטרונים אין נקודות ליד הסמל:
[Mg]2+[\text{Mg}]^{2+}[Mg]2+
יון חנקן: לאטום חנקן (Z=7Z = 7Z=7) הערכה 2,52,52,5 – חמישה אלקטרונים ערכיים. ביצירת היון N3−\text{N}^{3-}N3− האטום קולט שלושה אלקטרונים, ולכן ליון 8 אלקטרונים ברמה החיצונית (הערכה 2,82,82,8). מסרטטים ארבעה זוגות אלקטרונים סביב הסמל N (מעל, מתחת, מימין ומשמאל), בתוך סוגריים מרובעים, ומטען היון 3−3-3− מימין למעלה – כלומר [N]3−[\text{N}]^{3-}[N]3− כשסביב הסמל N שמונה נקודות (זוג אחד בכל צד).
טעות נפוצה: לסרטט רק חמישה אלקטרונים סביב יון החנקן (כמו באטום), או לשכוח את הסוגריים ואת המטען.

שאלה 11 · חומצות קרבוקסיליות וכוהל: נוסחאות, טמפרטורות רתיחה ותגובה עם בסיס

שאלה פתוחה25 נקודות

תרכובות פחמן, מבנה וקישור
ענו על הסעיפים א, ב, ה, ו ועל אחד מן הסעיפים ג או ד.
חומצה אוקטנואית היא חומצה קרבוקסילית שבכל מולקולה שלה יש 8 אטומי פחמן בשרשרת לא מסועפת.
לפניכם טבלה ובה מידע חלקי על ארבע תרכובות פחמן. פרטי המידע החסרים מסומנים בספרות 1–5.
שם התרכובתנוסחת מבנה מקוצרתנוסחה מולקולרית
חומצה אוקטנואית12
חומצה פרופנואיתCH3CH2COOH\text{CH}_3\text{CH}_2\text{COOH}CH3​CH2​COOH3
1־אוקטנול4C8H18O\text{C}_8\text{H}_{18}\text{O}C8​H18​O
חומצה דקאנדיאיתHOOC(CH2)8COOH\text{HOOC(CH}_2)_8\text{COOH}HOOC(CH2​)8​COOH5

שם התרכובת	נוסחת מבנה מקוצרת	נוסחה מולקולרית
חומצה אוקטנואית	1	2
חומצה פרופנואית	$\text{CH}_3\text{CH}_2\text{COOH}$	3
1־אוקטנול	4	$\text{C}_8\text{H}_{18}\text{O}$
חומצה דקאנדיאית	$\text{HOOC(CH}_2)_8\text{COOH}$	5

א.

כתבו במחברתכם את פרטי המידע 1, 2, 3, 4, 5 החסרים בטבלה.

ב.

מבין התרכובות הנתונות בטבלה, איזו תרכובת היא חומצה דו־קרבוקסילית (יש במולקולה שלה שתי קבוצות קרבוקסיל)?

ג.

סעיף ג הוא סעיף בחירה. אם תבחרו לענות עליו, אל תענו על סעיף ד.
קבעו לאיזו מן התרכובות – חומצה אוקטנואית או 1־אוקטנול – טמפרטורת רתיחה גבוהה יותר. ציינו את הגורם המשפיע על כך.

ד.

סעיף ד הוא סעיף בחירה. אם תבחרו לענות עליו, אל תענו על סעיף ג.
קבעו לאיזו מן התרכובות – חומצה אוקטנואית או חומצה פרופנואית – טמפרטורת רתיחה גבוהה יותר. ציינו את הגורם המשפיע על כך.

ה.

רק אחת מארבע התרכובות הנתונות בטבלה מתערבבת עם מים בכל יחס (מסיסה מאוד במים). קבעו איזו תרכובת היא.

ו.

הכינו תערובת של ארבע התרכובות הנתונות בטבלה.
התערובת הכילה 1 מול של כל אחת מן התרכובות.
הוסיפו לתערובת תמיסה מימית של נתרן הידרוקסידי, NaOH(aq)\text{NaOH}_{(aq)}NaOH(aq)​ , בכמות גדולה (בעודף). בתום התגובה לא נותרו בתערובת מולקולות של חומצות קרבוקסיליות.

(i)

מבין התרכובות הנתונות בטבלה, אילו תרכובות הגיבו עם יוני ההידרוקסיד, OH(aq)−\text{OH}^{-}_{(aq)}OH(aq)−​ ? נמקו את תשובתכם.

(ii)

כתבו את הנוסחאות של החלקיקים המכילים אטומי פחמן שהיו בתערובת בתום התגובה.

(iii)

כמה מול של יוני OH(aq)−\text{OH}^{-}_{(aq)}OH(aq)−​ הגיבו בתגובה המלאה עם התערובת? נמקו את תשובתכם.

◂ פתרון מלא לשאלה 11

סעיף א

תשובה:

1 – CH3(CH2)6COOH\text{CH}_3(\text{CH}_2)_6\text{COOH}CH3​(CH2​)6​COOH ; 2 – C8H16O2\text{C}_8\text{H}_{16}\text{O}_2C8​H16​O2​ ; 3 – C3H6O2\text{C}_3\text{H}_6\text{O}_2C3​H6​O2​ ; 4 – CH3(CH2)7OH\text{CH}_3(\text{CH}_2)_7\text{OH}CH3​(CH2​)7​OH ; 5 – C10H18O4\text{C}_{10}\text{H}_{18}\text{O}_4C10​H18​O4​

1 – נוסחת מבנה מקוצרת של חומצה אוקטנואית: שרשרת לא מסועפת של 8 אטומי פחמן, שבקצה אחד שלה קבוצה קרבוקסילית (פחמן הקבוצה הוא אחד מ־8 הפחמנים):
CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2COOH\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{COOH}CH3​CH2​CH2​CH2​CH2​CH2​CH2​COOH, ובקיצור CH3(CH2)6COOH\text{CH}_3(\text{CH}_2)_6\text{COOH}CH3​(CH2​)6​COOH.
2 – נוסחה מולקולרית של חומצה אוקטנואית: C: 1+6+1=81+6+1=81+6+1=8; H: 3+12+1=163+12+1=163+12+1=16; O: 2 – C8H16O2\text{C}_8\text{H}_{16}\text{O}_2C8​H16​O2​.
3 – נוסחה מולקולרית של חומצה פרופנואית: C: 3; H: 3+2+1=63+2+1=63+2+1=6; O: 2 – C3H6O2\text{C}_3\text{H}_6\text{O}_2C3​H6​O2​.
4 – נוסחת מבנה מקוצרת של 1־אוקטנול: שרשרת לא מסועפת של 8 אטומי פחמן, וקבוצת הידרוקסיל, OH, קשורה לפחמן הקצה (פחמן מספר 1):
CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2OH\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{OH}CH3​CH2​CH2​CH2​CH2​CH2​CH2​CH2​OH, ובקיצור CH3(CH2)7OH\text{CH}_3(\text{CH}_2)_7\text{OH}CH3​(CH2​)7​OH (בדיקה: C – 8, H – 3+14+1=183+14+1=183+14+1=18, O – 1, בהתאם לנוסחה המולקולרית שבטבלה).
5 – נוסחה מולקולרית של חומצה דקאנדיאית: C: 1+8+1=101+8+1=101+8+1=10; H: 1+16+1=181+16+1=181+16+1=18; O: 2+2=42+2=42+2=4 – C10H18O4\text{C}_{10}\text{H}_{18}\text{O}_4C10​H18​O4​.
טעות נפוצה: לשכוח לספור את אטום הפחמן ואת אטום המימן של הקבוצה הקרבוקסילית.

סעיף ב

תשובה:

חומצה דקאנדיאית.

חומצה דו־קרבוקסילית היא תרכובת שבמולקולה שלה שתי קבוצות קרבוקסיל, COOH. בנוסחה HOOC(CH2)8COOH\text{HOOC(CH}_2)_8\text{COOH}HOOC(CH2​)8​COOH יש קבוצת COOH בכל אחד מקצות השרשרת – זו החומצה הדקאנדיאית. בחומצה האוקטנואית ובחומצה הפרופנואית יש קבוצת קרבוקסיל אחת בלבד, וב־1־אוקטנול אין קבוצת קרבוקסיל כלל (יש בו קבוצת הידרוקסיל).

סעיף ג

תשובה:

לחומצה האוקטנואית; הגורם – סוג הקבוצה הפונקציונלית: מספר המוקדים ליצירת קשרי מימן.

קביעה: לחומצה האוקטנואית טמפרטורת רתיחה גבוהה יותר.
הגורם: הקבוצה הפונקציונלית – מספר המוקדים ליצירת קשרי מימן בין המולקולות. בשתי התרכובות שרשרת פחמנית לא מסועפת של 8 אטומי פחמן, ובין מולקולות שתיהן נוצרים קשרי מימן. בקבוצה הקרבוקסילית, COOH, יש שני אטומי חמצן ואטום מימן הקשור לחמצן, ובקבוצת ההידרוקסיל של הכוהל, OH, יש אטום חמצן אחד. לכן בין מולקולות החומצה נוצרים יותר קשרי מימן, האינטראקציות בין המולקולות חזקות יותר וטמפרטורת הרתיחה גבוהה יותר (בנוסף, ענן האלקטרונים של מולקולת החומצה מעט גדול יותר: 80 אלקטרונים לעומת 74).
טעות נפוצה: לציין את אורך השרשרת כגורם – כאן מספר אטומי הפחמן זהה, וההבדל הוא בקבוצה הפונקציונלית.

סעיף ד

תשובה:

לחומצה האוקטנואית; הגורם – אורך השרשרת הפחמנית (גודל ענן האלקטרונים).

קביעה: לחומצה האוקטנואית טמפרטורת רתיחה גבוהה יותר.
הגורם: אורך השרשרת הפחמנית (מספר אטומי הפחמן), כלומר גודל ענן האלקטרונים. לשתי החומצות אותה קבוצה פונקציונלית (COOH), ולכן קשרי המימן ביניהן דומים. בחומצה האוקטנואית 8 אטומי פחמן ובפרופנואית – 3. שרשרת ארוכה יותר ← ענן אלקטרונים גדול יותר (80 אלקטרונים לעומת 40) ← אינטראקציות ון־דר־ולס חזקות יותר בין המולקולות ← טמפרטורת רתיחה גבוהה יותר.

סעיף ה

תשובה:

החומצה הפרופנואית.

קביעה: החומצה הפרופנואית (CH3CH2COOH\text{CH}_3\text{CH}_2\text{COOH}CH3​CH2​COOH).
הסבר: בכל אחת מן התרכובות יש קבוצה קוטבית (COOH או OH) שיכולה ליצור קשרי מימן עם מולקולות מים. בחומצה הפרופנואית החלק הפחמני (הלא קוטבי) קצר – רק 2 אטומי פחמן מלבד הקבוצה הקרבוקסילית – ולכן השפעת קשרי המימן בין הקבוצה הקרבוקסילית לבין מולקולות המים גוברת, והחומצה מתערבבת עם מים. בשאר התרכובות השרשרת הפחמנית ארוכה (8–10 אטומי פחמן); בין החלק הלא קוטבי הגדול למולקולות המים נוצרות רק אינטראקציות ון־דר־ולס חלשות, ולכן תרכובות אלה כמעט אינן מתמוססות במים.

סעיף ו

(i)

תשובה:

החומצה האוקטנואית, החומצה הפרופנואית והחומצה הדקאנדיאית.

קביעה: הגיבו החומצה האוקטנואית, החומצה הפרופנואית והחומצה הדקאנדיאית.
נימוק: יוני ההידרוקסיד הם בסיס – הם מקבלים יוני H+\text{H}^{+}H+. הקבוצה הקרבוקסילית, COOH, יכולה למסור יון H+\text{H}^{+}H+ (הקשר O–H בה קוטבי מאוד), ולכן כל שלוש החומצות הקרבוקסיליות מגיבות:
R-COOH+OH(aq)−→R-COO(aq)−+H2O(l)\text{R-COOH} + \text{OH}^{-}_{(aq)} \rightarrow \text{R-COO}^{-}_{(aq)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)}R-COOH+OH(aq)−​→R-COO(aq)−​+H2​O(l)​
ב־1־אוקטנול יש קבוצת הידרוקסיל של כוהל, שאינה מגיבה כחומצה, ולכן הוא אינו מגיב עם יוני ההידרוקסיד.

(ii)

תשובה:

CH3(CH2)6COO−\text{CH}_3(\text{CH}_2)_6\text{COO}^{-}CH3​(CH2​)6​COO− , CH3CH2COO−\text{CH}_3\text{CH}_2\text{COO}^{-}CH3​CH2​COO− , −OOC(CH2)8COO−^{-}\text{OOC(CH}_2)_8\text{COO}^{-}−OOC(CH2​)8​COO− , CH3(CH2)7OH\text{CH}_3(\text{CH}_2)_7\text{OH}CH3​(CH2​)7​OH

•החומצה האוקטנואית הפכה ליון אוקטנואט: CH3(CH2)6COO−\text{CH}_3(\text{CH}_2)_6\text{COO}^{-}CH3​(CH2​)6​COO−.
•החומצה הפרופנואית הפכה ליון פרופנואט: CH3CH2COO−\text{CH}_3\text{CH}_2\text{COO}^{-}CH3​CH2​COO−.
•בחומצה הדקאנדיאית הגיבו שתי הקבוצות הקרבוקסיליות (OH בעודף), ונוצר יון בעל מטען 2−2-2−: −OOC(CH2)8COO−^{-}\text{OOC(CH}_2)_8\text{COO}^{-}−OOC(CH2​)8​COO−.
- 1־אוקטנול לא השתנה: CH3(CH2)7OH\text{CH}_3(\text{CH}_2)_7\text{OH}CH3​(CH2​)7​OH.

(iii)

תשובה:

4 מול

תשובה: 4 מול OH−\text{OH}^{-}OH−.
נימוק: כל קבוצה קרבוקסילית מגיבה עם יון OH−\text{OH}^{-}OH− אחד (יחס 1:1 בין מולי OH−\text{OH}^{-}OH− למולי קבוצות COOH).
- 1 מול חומצה אוקטנואית × 1 קבוצת COOH = 1 mol1\ \text{mol}1 mol OH−\text{OH}^{-}OH−
- 1 מול חומצה פרופנואית × 1 קבוצת COOH = 1 mol1\ \text{mol}1 mol OH−\text{OH}^{-}OH−
- 1 מול חומצה דקאנדיאית × 2 קבוצות COOH = 2 mol2\ \text{mol}2 mol OH−\text{OH}^{-}OH−
- 1־אוקטנול – 0 מול.
סך הכול: 1 mol+1 mol+2 mol=4 mol1\ \text{mol} + 1\ \text{mol} + 2\ \text{mol} = 4\ \text{mol}1 mol+1 mol+2 mol=4 mol של OH−\text{OH}^{-}OH−.
טעות נפוצה: לספור מול אחד לכל תרכובת (3 מול) ולהתעלם מכך שבחומצה הדקאנדיאית יש שתי קבוצות קרבוקסיל.

שאלה 12 · חומצה דו־פרוטית ובסיסים – pH ואנרגיה בתגובות סתירה

שאלה פתוחה25 נקודות

חומצות ובסיסים, אנרגייה
בשאלה זו מתוארים שלושה ניסויים.
ניסוי 1
תלמידים שפכו לתוך ארבע כוסות המסומנות באותיות A , B , C , D ארבע תמיסות צלולות, על פי המפורט בטבלה שלפניכם:
כוסABCD
נוזלתמיסת HNO3(aq)\text{HNO}_{3(aq)}HNO3(aq)​תמיסת KOH(aq)\text{KOH}_{(aq)}KOH(aq)​תמיסת H2SO4(aq)\text{H}_2\text{SO}_{4(aq)}H2​SO4(aq)​תמיסת NaOH(aq)\text{NaOH}_{(aq)}NaOH(aq)​
**נפח** (מ"ל)200200100100
**ריכוז** (M)0.50.510.02
נתון: בתמיסה מימית החומצה הגופרתית מגיבה עם המים על פי הניסוח:
H2SO4(l)+2H2O(l)→2H3O(aq)++SO42−(aq)\text{H}_2\text{SO}_{4(l)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow 2\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{SO}_4^{2-}{}_{(aq)}H2​SO4(l)​+2H2​O(l)​→2H3​O(aq)+​+SO42−​(aq)​
הטמפרטורה של כל אחת מן התמיסות הייתה 20∘C20^\circ\text{C}20∘C .
התלמידים מדדו את ערך ה־ pH בכל אחת מן התמיסות.

כוס	A	B	C	D
נוזל	תמיסת $\text{HNO}_{3(aq)}$	תמיסת $\text{KOH}_{(aq)}$	תמיסת $\text{H}_2\text{SO}_{4(aq)}$	תמיסת $\text{NaOH}_{(aq)}$
נפח (מ"ל)	200	200	100	100
ריכוז (M)	0.5	0.5	1	0.02

א.

(1)

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

(2)

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

ב.

ניסוי 2
התלמידים שפכו את התמיסה KOH(aq)\text{KOH}_{(aq)}KOH(aq)​ מכוס B אל התמיסה HNO3(aq)\text{HNO}_{3(aq)}HNO3(aq)​ שבכוס A וערבבו. במהלך הערבוב עלתה טמפרטורת התמיסה עד ל־ 23.4∘C23.4^\circ\text{C}23.4∘C .

(1)

נסחו את התגובה נטו שהתרחשה בעת ערבוב התמיסות.

(2)

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

(3)

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

(4)

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

ג.

ניסוי 3
התלמידים שפכו את התמיסה NaOH(aq)\text{NaOH}_{(aq)}NaOH(aq)​ מכוס D אל התמיסה H2SO4(aq)\text{H}_2\text{SO}_{4(aq)}H2​SO4(aq)​ שבכוס C וערבבו. במהלך הערבוב השתנתה טמפרטורת התמיסה.

(1)

נסחו את התגובה נטו שהתרחשה בעת ערבוב התמיסות.

(2)

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

(3)

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

(4)

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

(5)

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

◂ פתרון מלא לשאלה 12

סעיף א

(1)

תשובה:

C < A < D < B

C < A < D < B
- A ו־C – תמיסות חומצה, pH קטן מ־7. ב־A: [H3O+]=0.5 M[\text{H}_3\text{O}^{+}]=0.5\ \text{M}[H3​O+]=0.5 M. ב־C: מכל מול H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4H2​SO4​ נוצרים 2 מול יוני הידרוניום, ולכן [H3O+]=2⋅1 M=2 M[\text{H}_3\text{O}^{+}]=2\cdot1\ \text{M}=2\ \text{M}[H3​O+]=2⋅1 M=2 M. ככל שריכוז H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ גבוה יותר ה־pH נמוך יותר, לכן C < A.
- B ו־D – תמיסות בסיס, pH גדול מ־7. ב־B: [OH−]=0.5 M[\text{OH}^{-}]=0.5\ \text{M}[OH−]=0.5 M; ב־D: [OH−]=0.02 M[\text{OH}^{-}]=0.02\ \text{M}[OH−]=0.02 M. ככל שריכוז OH−\text{OH}^{-}OH− גבוה יותר ה־pH גבוה יותר, לכן D < B.
טעות נפוצה: להתעלם מכך שמכל יחידת H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4H2​SO4​ נוצרים שני יוני הידרוניום.

(2)

תשובה:

A: H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}H3​O(aq)+​, NO3(aq)−\text{NO}^{-}_{3(aq)}NO3(aq)−​; B: K(aq)+\text{K}^{+}_{(aq)}K(aq)+​, OH(aq)−\text{OH}^{-}_{(aq)}OH(aq)−​; C: H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}H3​O(aq)+​, SO4(aq)2−\text{SO}^{2-}_{4(aq)}SO4(aq)2−​; D: Na(aq)+\text{Na}^{+}_{(aq)}Na(aq)+​, OH(aq)−\text{OH}^{-}_{(aq)}OH(aq)−​

- כוס A: H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}H3​O(aq)+​ , NO3(aq)−\text{NO}^{-}_{3(aq)}NO3(aq)−​ (יינון: HNO3(l)+H2O(l)→H3O(aq)++NO3(aq)−\text{HNO}_{3(l)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{NO}^{-}_{3(aq)}HNO3(l)​+H2​O(l)​→H3​O(aq)+​+NO3(aq)−​)
- כוס B: K(aq)+\text{K}^{+}_{(aq)}K(aq)+​ , OH(aq)−\text{OH}^{-}_{(aq)}OH(aq)−​ (המסה: KOH(s)→K(aq)++OH(aq)−\text{KOH}_{(s)} \rightarrow \text{K}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}KOH(s)​→K(aq)+​+OH(aq)−​)
- כוס C: H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}H3​O(aq)+​ , SO4(aq)2−\text{SO}^{2-}_{4(aq)}SO4(aq)2−​ (לפי הניסוח הנתון)
- כוס D: Na(aq)+\text{Na}^{+}_{(aq)}Na(aq)+​ , OH(aq)−\text{OH}^{-}_{(aq)}OH(aq)−​

סעיף ב

(1)

תשובה:

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

H3O(aq)++OH(aq)−→2H2O(l)\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(l)}H3​O(aq)+​+OH(aq)−​→2H2​O(l)​
היונים K(aq)+\text{K}^{+}_{(aq)}K(aq)+​ ו־NO3(aq)−\text{NO}^{-}_{3(aq)}NO3(aq)−​ אינם משתתפים בתגובה (יונים צופים) ולכן אינם מופיעים בניסוח נטו.

(2)

תשובה:

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

התגובה אקסותרמית. טמפרטורת התמיסה (הסביבה – המים שבהם מתרחשת התגובה) עלתה מ־20∘C20^\circ\text{C}20∘C ל־23.4∘C23.4^\circ\text{C}23.4∘C. משמע שאנרגיה עברה מן המערכת (המגיבים) אל הסביבה: האנתלפיה של התוצרים נמוכה מזו של המגיבים, וההפרש נפלט לסביבה כחום, ΔH<0\Delta H<0ΔH<0.

(3)

תשובה:

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

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

(4)

תשובה:

ניטרלי (pH = 7) – מספר המולים של H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ ושל OH−\text{OH}^{-}OH− שווה (0.1 mol0.1\ \text{mol}0.1 mol).

ניטרלי (pH = 7).
nH3O+=C⋅V=0.5 molL⋅0.200 L=0.1 moln_{\text{H}_3\text{O}^+}=C\cdot V=0.5\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot0.200\ \text{L}=0.1\ \text{mol}nH3​O+​=C⋅V=0.5 Lmol​⋅0.200 L=0.1 mol
nOH−=0.5 molL⋅0.200 L=0.1 moln_{\text{OH}^-}=0.5\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot0.200\ \text{L}=0.1\ \text{mol}nOH−​=0.5 Lmol​⋅0.200 L=0.1 mol
לפי הניסוח נטו היחס H3O+:OH−=1:1\text{H}_3\text{O}^{+}:\text{OH}^{-}=1:1H3​O+:OH−=1:1, ולכן שני סוגי היונים מגיבים בשלמות ואין עודף של אף אחד מהם. בתמיסה נשארים רק יוני K+\text{K}^{+}K+ ו־NO3−\text{NO}_3^{-}NO3−​ – התמיסה ניטרלית.

סעיף ג

(1)

תשובה:

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

H3O(aq)++OH(aq)−→2H2O(l)\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(l)}H3​O(aq)+​+OH(aq)−​→2H2​O(l)​
היונים Na+\text{Na}^{+}Na+ ו־SO42−\text{SO}_4^{2-}SO42−​ הם יונים צופים; התגובה נטו היא תגובת סתירה בין יוני הידרוניום ליוני הידרוקסיד – אותה תגובה כמו בניסוי 2.

(2)

תשובה:

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

הטמפרטורה עלתה. התגובה נטו זהה לזו של ניסוי 2 – תגובת סתירה אקסותרמית (ΔH0<0\Delta H^0<0ΔH0<0). לכן גם בניסוי 3 אנרגיה עברה מן המערכת לסביבה (לתמיסה), והטמפרטורה עלתה (מעט מאוד – ראו תת־סעיף ג(3)).

(3)

תשובה:

לא – בניסוי 3 הגיבו רק 0.002 mol0.002\ \text{mol}0.002 mol יוני הידרוקסיד לעומת 0.1 mol0.1\ \text{mol}0.1 mol בניסוי 2, ולכן עברה כמות אנרגיה קטנה פי 50.

לא, בניסוי 3 עברה כמות אנרגיה קטנה יותר (פי 50).
כמות האנרגיה שעוברת תלויה במספר המולים שהגיבו בפועל.
•ניסוי 2: הגיבו 0.1 mol0.1\ \text{mol}0.1 mol H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ עם 0.1 mol0.1\ \text{mol}0.1 mol OH−\text{OH}^{-}OH− (תת־סעיף ב(4)).
•ניסוי 3: nOH−=0.02 molL⋅0.100 L=0.002 moln_{\text{OH}^-}=0.02\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot0.100\ \text{L}=0.002\ \text{mol}nOH−​=0.02 Lmol​⋅0.100 L=0.002 mol; nH3O+=2⋅1 molL⋅0.100 L=0.2 moln_{\text{H}_3\text{O}^+}=2\cdot1\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot0.100\ \text{L}=0.2\ \text{mol}nH3​O+​=2⋅1 Lmol​⋅0.100 L=0.2 mol. יוני ההידרוקסיד הם המגיב המגביל → הגיבו רק 0.002 mol0.002\ \text{mol}0.002 mol.
לכן האנרגיה שעברה: ניסוי 2 – 0.1 mol⋅57 kJmol=5.7 kJ0.1\ \text{mol}\cdot57\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}=5.7\ \text{kJ}0.1 mol⋅57 molkJ​=5.7 kJ; ניסוי 3 – 0.002 mol⋅57 kJmol=0.114 kJ0.002\ \text{mol}\cdot57\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}=0.114\ \text{kJ}0.002 mol⋅57 molkJ​=0.114 kJ, כלומר פי 50 פחות.

(4)

תשובה:

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

שווה – ΔH0=−57 kJ\Delta H^0=-57\ \text{kJ}ΔH0=−57 kJ בשני המקרים. ΔH0\Delta H^0ΔH0 מתייחס לתגובה כפי שהיא מנוסחת – למספרי המולים שבמקדמי הניסוח (מול אחד H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ עם מול אחד OH−\text{OH}^{-}OH−), ולא לכמויות שהגיבו בפועל בניסוי. הניסוחים בתת־סעיפים ב(1) ו־ג(1) זהים, ולכן ערך ΔH0\Delta H^0ΔH0 זהה; רק כמות האנרגיה הכוללת שעברה שונה (תת־סעיף ג(3)).
טעות נפוצה: לטעון ש־ΔH0\Delta H^0ΔH0 קטן יותר בניסוי 3 משום שעברה בו פחות אנרגיה.

(5)

תשובה:

חומצי – נשאר עודף של 0.198 mol0.198\ \text{mol}0.198 mol יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+.

בתחום החומצי.
nH3O+=0.2 moln_{\text{H}_3\text{O}^+}=0.2\ \text{mol}nH3​O+​=0.2 mol, nOH−=0.002 moln_{\text{OH}^-}=0.002\ \text{mol}nOH−​=0.002 mol (תת־סעיף ג(3)). לפי היחס 1:11:11:1 כל יוני ההידרוקסיד מגיבים ונשאר עודף של יוני הידרוניום:
nH3O+ (עודף)=0.2 mol−0.002 mol=0.198 moln_{\text{H}_3\text{O}^+\ \text{(עודף)}}=0.2\ \text{mol}-0.002\ \text{mol}=0.198\ \text{mol}nH3​O+ (עודף)​=0.2 mol−0.002 mol=0.198 mol
[H3O+]=0.198 mol0.200 L=0.99 M[\text{H}_3\text{O}^{+}]=\frac{0.198\ \text{mol}}{0.200\ \text{L}}=0.99\ \text{M}[H3​O+]=0.200 L0.198 mol​=0.99 M
בתמיסה יש עודף של יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+, ולכן היא חומצית (pH קטן מ־7, כ־0).

שאלה 13 · תמיסת בריום הידרוקסידי – ריכוז, סתירה ושיקוע

שאלה פתוחה25 נקודות

חומצות ובסיסים
בניסוי שערכו תלמידים במעבדה, הם סימנו כוס באות A והמיסו בה 5.14 גרם בריום הידרוקסידי מוצק, Ba(OH)2(s)\text{Ba(OH)}_{2(s)}Ba(OH)2(s)​, במים.
בכוס A התקבלה תמיסה בנפח של 300 מ"ל.

א.

(i)

נסח את תהליך ההמסה שהתרחש בעת הכנת התמיסה בכוס A.

(ii)

האם ה־pH של התמיסה בכוס A קטן מ־7, שווה ל־7 או גדול מ־7? נמק.

ב.

התלמידים חילקו את התמיסה שבכוס A באופן שווה לשלוש כוסות כימיות I, II, III. בכל כוס 100 מ"ל תמיסה.

(i)

לפניך ארבעה היגדים a-d, המתייחסים לתמיסות בכוסות I, II, III.
ציין מה הם ההיגדים הנכונים מן ההיגדים a-d.
a. ריכוז יוני OH(aq)−\text{OH}^{-}_{(aq)}OH(aq)−​ בכל אחת מן הכוסות גדול פי 2 מריכוז יוני Ba(aq)2+\text{Ba}^{2+}_{(aq)}Ba(aq)2+​ באותה כוס.
b. סכום מספרי המולים של יוני Ba(aq)2+\text{Ba}^{2+}_{(aq)}Ba(aq)2+​ בשלוש הכוסות שווה למספר המולים של יוני Ba(aq)2+\text{Ba}^{2+}_{(aq)}Ba(aq)2+​ שהיו בכוס A.
c. ריכוז יוני OH(aq)−\text{OH}^{-}_{(aq)}OH(aq)−​ בכל אחת מן הכוסות קטן פי 3 מריכוזם בכוס A.
d. מספר המולים של יוני OH(aq)−\text{OH}^{-}_{(aq)}OH(aq)−​ בכל אחת מן הכוסות שווה למספר המולים של Ba(OH)2\text{Ba(OH)}_2Ba(OH)2​ שהומסו בכוס A.

(ii)

חשב את מספר המולים של יוני OH(aq)−\text{OH}^{-}_{(aq)}OH(aq)−​ בכל אחת מן הכוסות I, II, III. פרט את חישוביך.

ג.

התלמידים הוסיפו לכל אחת מן הכוסות I, II, III תמיסות שונות זו מזו.
לכוס I הוסיפו התלמידים נפח מסוים של תמיסת חומצה חנקתית, HNO3(aq)\text{HNO}_{3(aq)}HNO3(aq)​, בריכוז 0.25M, וערבבו היטב. התרחשה תגובה.
בתום התגובה ערך ה־pH היה 7.

(i)

נסח ניסוח נטו לתגובה שהתרחשה.

(ii)

מהו נפח תמיסת HNO3(aq)\text{HNO}_{3(aq)}HNO3(aq)​ שהוסיפו לכוס I? פרט את חישוביך.

(iii)

לכוס II הוסיפו התלמידים 40 מ"ל תמיסת חומצה גופרתית, H2SO4(aq)\text{H}_2\text{SO}_{4(aq)}H2​SO4(aq)​, בריכוז 0.25M, וערבבו היטב. התרחשה תגובה, ונוצר גם משקע לבן.
קבע אם בתום התגובה, ה־pH בכוס II היה חומצי, בסיסי או ניטרלי.
פרט את חישוביך או נמק באופן מילולי.

ד.

לכוס III הוסיפו התלמידים 50 מ"ל תמיסת נתרן גופרתי, Na2SO4(aq)\text{Na}_2\text{SO}_{4(aq)}Na2​SO4(aq)​. בכוס נוצר משקע לבן של בריום גופרתי, BaSO4(s)\text{BaSO}_{4(s)}BaSO4(s)​.
לפניך ניסוח נטו לתגובה שהתרחשה.
Ba(aq)2++SO4(aq)2−→BaSO4(s)\text{Ba}^{2+}_{(aq)} + \text{SO}^{2-}_{4(aq)} \rightarrow \text{BaSO}_{4(s)}Ba(aq)2+​+SO4(aq)2−​→BaSO4(s)​
כל המגיבים הגיבו בשלמות.
חשב את ריכוז תמיסת Na2SO4(aq)\text{Na}_2\text{SO}_{4(aq)}Na2​SO4(aq)​ שהוסיפו לכוס III.

◂ פתרון מלא לשאלה 13

סעיף א

(i)

תשובה:

Ba(OH)2(s)→H2OBa(aq)2++2OH(aq)−\text{Ba(OH)}_{2(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{Ba}^{2+}_{(aq)} + 2\text{OH}^{-}_{(aq)}Ba(OH)2(s)​H2​O​Ba(aq)2+​+2OH(aq)−​

Ba(OH)2\text{Ba(OH)}_2Ba(OH)2​ הוא חומר יוני; בהמסה במים היונים נפרדים זה מזה ומוקפים במולקולות מים (יונים ממוימים). מכל יחידה של Ba(OH)2\text{Ba(OH)}_2Ba(OH)2​ מתקבלים יון Ba2+\text{Ba}^{2+}Ba2+ אחד ושני יוני OH−\text{OH}^{-}OH−:
Ba(OH)2(s)→H2O(ℓ)Ba(aq)2++2OH(aq)−\text{Ba(OH)}_{2(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}} \text{Ba}^{2+}_{(aq)} + 2\text{OH}^{-}_{(aq)}Ba(OH)2(s)​H2​O(ℓ)​​Ba(aq)2+​+2OH(aq)−​

(ii)

תשובה:

גדול מ־7.

גדול מ־7. בהמסת Ba(OH)2\text{Ba(OH)}_2Ba(OH)2​ נוצרים בתמיסה יוני OH(aq)−\text{OH}^{-}_{(aq)}OH(aq)−​, ולכן ריכוז יוני OH−\text{OH}^{-}OH− בתמיסה גדול מריכוז יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ – התמיסה בסיסית, pH>7\text{pH} > 7pH>7.

סעיף ב

(i)

תשובה:

a ו־b.

- a – נכון: מכל יחידת Ba(OH)2\text{Ba(OH)}_2Ba(OH)2​ מתקבלים יון Ba2+\text{Ba}^{2+}Ba2+ אחד ושני יוני OH−\text{OH}^{-}OH−, ושני סוגי היונים נמצאים באותו נפח – לכן [OH−]=2[Ba2+][\text{OH}^{-}] = 2[\text{Ba}^{2+}][OH−]=2[Ba2+].
- b – נכון: בחלוקת התמיסה לא נוספו ולא הוצאו יונים – רק חולקו בין הכוסות.
- c – לא נכון: חלוקת תמיסה אינה משנה את הריכוז: מספר המולים והנפח קטנים שניהם פי 3, ו־C=n/3V/3=nVC = \frac{n/3}{V/3} = \frac{n}{V}C=V/3n/3​=Vn​.
- d – לא נכון: בכוס A הומסו 0.03000.03000.0300 מול Ba(OH)2\text{Ba(OH)}_2Ba(OH)2​, ובכל כוס יש 0.02000.02000.0200 מול יוני OH−\text{OH}^{-}OH− (ראו תת־סעיף ii).

(ii)

תשובה:

0.02000.02000.0200 מול

MBa(OH)2=137.3+2⋅(16.0+1.0)=171.3 g/molM_{\text{Ba(OH)}_2} = 137.3 + 2\cdot(16.0 + 1.0) = 171.3\ \text{g/mol}MBa(OH)2​​=137.3+2⋅(16.0+1.0)=171.3 g/mol
nBa(OH)2=mM=5.14 g171.3 g/mol=0.0300 mol(בכוס A)n_{\text{Ba(OH)}_2} = \frac{m}{M} = \frac{5.14\ \text{g}}{171.3\ \text{g/mol}} = 0.0300\ \text{mol}\quad(\text{בכוס A})nBa(OH)2​​=Mm​=171.3 g/mol5.14 g​=0.0300 mol(בכוס A)
התמיסה חולקה באופן שווה לשלוש כוסות:
nBa(OH)2 בכל כוס=0.0300 mol3=0.0100 moln_{\text{Ba(OH)}_2\ \text{בכל כוס}} = \frac{0.0300\ \text{mol}}{3} = 0.0100\ \text{mol}nBa(OH)2​ בכל כוס​=30.0300 mol​=0.0100 mol
לפי ניסוח ההמסה, Ba(OH)2:OH−=1:2\text{Ba(OH)}_2 : \text{OH}^{-} = 1 : 2Ba(OH)2​:OH−=1:2:
nOH−=2⋅0.0100 mol=0.0200 mol בכל כוסn_{\text{OH}^-} = 2\cdot 0.0100\ \text{mol} = 0.0200\ \text{mol}\ \text{בכל כוס}nOH−​=2⋅0.0100 mol=0.0200 mol בכל כוס

סעיף ג

(i)

תשובה:

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

תגובת סתירה בין יוני ההידרוניום מתמיסת החומצה ליוני ההידרוקסיד מתמיסת הבסיס. יוני Ba2+\text{Ba}^{2+}Ba2+ ו־NO3−\text{NO}_3^{-}NO3−​ הם יוני צופה ואינם נכללים בניסוח הנטו:
H3O(aq)++OH(aq)−→2H2O(ℓ)\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}H3​O(aq)+​+OH(aq)−​→2H2​O(ℓ)​

(ii)

תשובה:

80 מ"ל (0.080 ליטר)

pH=7\text{pH} = 7pH=7 בתום התגובה – כל יוני ה־OH−\text{OH}^{-}OH− הגיבו עם כמות שקולה של יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+.
בכוס I: nOH−=0.0200 moln_{\text{OH}^-} = 0.0200\ \text{mol}nOH−​=0.0200 mol. לפי יחס 1:1 בתגובה: nH3O+=0.0200 moln_{\text{H}_3\text{O}^+} = 0.0200\ \text{mol}nH3​O+​=0.0200 mol.
HNO3\text{HNO}_3HNO3​ היא חומצה חד־פרוטית: HNO3(ℓ)+H2O(ℓ)→H3O(aq)++NO3(aq)−\text{HNO}_{3(\ell)} + \text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{NO}^{-}_{3(aq)}HNO3(ℓ)​+H2​O(ℓ)​→H3​O(aq)+​+NO3(aq)−​, ולכן nHNO3=0.0200 moln_{\text{HNO}_3} = 0.0200\ \text{mol}nHNO3​​=0.0200 mol.
V=nC=0.0200 mol0.25 mol/L=0.080 L=80 mLV = \frac{n}{C} = \frac{0.0200\ \text{mol}}{0.25\ \text{mol/L}} = 0.080\ \text{L} = 80\ \text{mL}V=Cn​=0.25 mol/L0.0200 mol​=0.080 L=80 mL
טעות נפוצה: לחשב לפי מספר המולים של Ba(OH)2\text{Ba(OH)}_2Ba(OH)2​ (0.0100 מול) ולשכוח שכל יחידה נותנת שני יוני OH−\text{OH}^{-}OH− – מתקבל 40 מ"ל, תשובה שגויה.

(iii)

תשובה:

ניטרלי.

ניטרלי (pH=7\text{pH} = 7pH=7).
nH2SO4=C⋅V=0.25 mol/L⋅0.040 L=0.0100 moln_{\text{H}_2\text{SO}_4} = C\cdot V = 0.25\ \text{mol/L}\cdot 0.040\ \text{L} = 0.0100\ \text{mol}nH2​SO4​​=C⋅V=0.25 mol/L⋅0.040 L=0.0100 mol
H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4H2​SO4​ היא חומצה דו־פרוטית: H2SO4(ℓ)+2H2O(ℓ)→2H3O(aq)++SO4(aq)2−\text{H}_2\text{SO}_{4(\ell)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow 2\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{SO}^{2-}_{4(aq)}H2​SO4(ℓ)​+2H2​O(ℓ)​→2H3​O(aq)+​+SO4(aq)2−​
nH3O+=2⋅0.0100 mol=0.0200 moln_{\text{H}_3\text{O}^+} = 2\cdot 0.0100\ \text{mol} = 0.0200\ \text{mol}nH3​O+​=2⋅0.0100 mol=0.0200 mol
בכוס II: nOH−=0.0200 moln_{\text{OH}^-} = 0.0200\ \text{mol}nOH−​=0.0200 mol. יחס התגובה 1:1, ולכן כל יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ וכל יוני OH−\text{OH}^{-}OH− הגיבו – אין עודף של אף אחד מהם, והתמיסה ניטרלית.
(המשקע הלבן הוא BaSO4(s)\text{BaSO}_{4(s)}BaSO4(s)​, שנוצר מ־0.0100 מול יוני Ba2+\text{Ba}^{2+}Ba2+ ו־0.0100 מול יוני SO42−\text{SO}_4^{2-}SO42−​. תגובת השיקוע אינה משנה את כמויות היונים H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ ו־OH−\text{OH}^{-}OH−.)
נימוק מילולי: נפח החומצה הגופרתית הוא חצי מנפח החומצה החנקתית שנדרש בכוס I באותו ריכוז, אך כל מולקולת H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4H2​SO4​ מספקת שני יוני הידרוניום – לכן מתקבלת בדיוק אותה כמות יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ כמו בכוס I, וזו סתירה מלאה.

סעיף ד

תשובה:

0.200 M0.200\ \text{M}0.200 M

בכוס III: nBa2+=nBa(OH)2=0.0100 moln_{\text{Ba}^{2+}} = n_{\text{Ba(OH)}_2} = 0.0100\ \text{mol}nBa2+​=nBa(OH)2​​=0.0100 mol (תת־סעיף ב ii).
כל המגיבים הגיבו בשלמות, ולפי יחס המולים Ba2+:SO42−=1:1\text{Ba}^{2+} : \text{SO}_4^{2-} = 1 : 1Ba2+:SO42−​=1:1:
nSO42−=0.0100 moln_{\text{SO}_4^{2-}} = 0.0100\ \text{mol}nSO42−​​=0.0100 mol
Na2SO4(s)→2Na(aq)++SO4(aq)2−\text{Na}_2\text{SO}_{4(s)} \rightarrow 2\text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{SO}^{2-}_{4(aq)}Na2​SO4(s)​→2Na(aq)+​+SO4(aq)2−​, לכן nNa2SO4=nSO42−=0.0100 moln_{\text{Na}_2\text{SO}_4} = n_{\text{SO}_4^{2-}} = 0.0100\ \text{mol}nNa2​SO4​​=nSO42−​​=0.0100 mol.
C=nV=0.0100 mol0.050 L=0.200 MC = \frac{n}{V} = \frac{0.0100\ \text{mol}}{0.050\ \text{L}} = 0.200\ \text{M}C=Vn​=0.050 L0.0100 mol​=0.200 M
ריכוז תמיסת Na2SO4\text{Na}_2\text{SO}_4Na2​SO4​ הוא 0.200 M0.200\ \text{M}0.200 M.
טעות נפוצה: לחשב לפי יוני OH−\text{OH}^{-}OH− (0.0200 מול) – בתגובת השיקוע משתתפים רק יוני Ba2+\text{Ba}^{2+}Ba2+.

שאלה 14 · חומצות קרבוקסיליות ומסיר אבנית

שאלה פתוחה25 נקודות

תרכובות פחמן, מבנה וקישור וחומצות
חומצות קרבוקסיליות נפוצות בטבע ובתעשייה. חומצה מתנואית (חומצה פורמית), למשל, היא מרכיב פעיל בתכשירים רבים להסרת אבנית ממכשירי חשמל ביתיים.
בטבלה שלפניך מוצגים נתונים על ארבע חומצות קרבוקסיליות.
החומצהנוסחת המבנהטמפרטורת רתיחה (oC^{o}\text{C}oC)
חומצה מתנואיתHCOOH\text{HCOOH}HCOOH101
חומצה אתנואיתCH3COOH\text{CH}_3\text{COOH}CH3​COOH118
חומצה בוטנואיתCH3CH2CH2COOH\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{COOH}CH3​CH2​CH2​COOH164
חומצה 2-מתילפרופנואית(CH3)2CHCOOH(\text{CH}_3)_2\text{CHCOOH}(CH3​)2​CHCOOH154

החומצה	נוסחת המבנה	טמפרטורת רתיחה ( $^{o}\text{C}$ )
חומצה מתנואית	$\text{HCOOH}$	101
חומצה אתנואית	$\text{CH}_3\text{COOH}$	118
חומצה בוטנואית	$\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{COOH}$	164
חומצה 2-מתילפרופנואית	$(\text{CH}_3)_2\text{CHCOOH}$	154

א.

לחומצה בוטנואית ולחומצה 2-מתילפרופנואית אותה נוסחה מולקולרית, C4H8O2\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2C4​H8​O2​ .
טמפרטורת הרתיחה של חומצה 2-מתילפרופנואית נמוכה מטמפרטורת הרתיחה של חומצה בוטנואית. הסבר מדוע.

ב.

לפניך ייצוגים מקוצרים של נוסחאות המבנה של שתיים מן החומצות שבטבלה, X ו- Y .
היעזר בנתונים שבטבלה וקבע איזו חומצה היא X ואיזו חומצה היא Y . נמק.

ג.

לפניך שתי נוסחאות מבנה, I ו- II , של חומצות קרבוקסיליות:
I. HCOOH\text{HCOOH}HCOOH
II. CH3CH2CH2CH2CH2COOH\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{COOH}CH3​CH2​CH2​CH2​CH2​COOH
אחת מן החומצות מתערבבת עם מים בכל יחס, והאחרת מתמוססת במים רק במידה מועטה.
קבע איזו מהנוסחאות, I או II , מתאימה לחומצה המתערבבת עם מים בכל יחס. נמק.

ד.

לקחו דגימה של 5.00 מ"ל מתכשיר להסרת אבנית, שהחומצה היחידה בו היא חומצה מתנואית.
לדגימה הוסיפו תמיסת נתרן הידרוקסידי, NaOH(aq)\text{NaOH}_{(aq)}NaOH(aq)​ . החומצה המתנואית הגיבה על פי התגובה:
HCOOH(aq)+OH(aq)−→HCOO−(aq)+H2O(l)\text{HCOOH}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)} \rightarrow \text{HCOO}^{-}{}_{(aq)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)}HCOOH(aq)​+OH(aq)−​→HCOO−(aq)​+H2​O(l)​
נדרשו 19.6 מ"ל תמיסת NaOH(aq)\text{NaOH}_{(aq)}NaOH(aq)​ בריכוז 1.00 M לסתירה מלאה של החומצה בדגימה.

(i)

מהו מספר המולים של יוני OH(aq)−\text{OH}^{-}_{(aq)}OH(aq)−​ שהגיבו? פרט את חישוביך.

(ii)

חשב את המסה של החומצה המתנואית בדגימה. פרט את חישוביך.

(iii)

את ריכוז החומצה בתכשיר מבטאים באחוזים, על פי הנוסחה:
ריכוז החומצה (%)=מסת החומצה בדגימה (גרם)נפח הדגימה (מ"ל)⋅100%\text{ריכוז החומצה (\%)} = \frac{\text{מסת החומצה בדגימה (גרם)}}{\text{נפח הדגימה (מ"ל)}} \cdot 100\%ריכוז החומצה (%)=נפח הדגימה (מ"ל)מסת החומצה בדגימה (גרם)​⋅100%
על התווית של התכשיר רשום שריכוז החומצה המתנואית בו הוא לפחות 20% .
קבע אם התכשיר שבדגימה עומד בנתון שעל התווית. פרט את חישוביך ונמק.

◂ פתרון מלא לשאלה 14

סעיף א

תשובה:

שתי החומצות יוצרות קשרי מימן דומים וענני האלקטרונים בגודל זהה; המולקולה המסועפת קומפקטית יותר – שטח המגע קטן, קשרי ואן דר ואלס חלשים יותר.

בשתי החומצות אותה קבוצה פונקציונלית, −COOH-\text{COOH}−COOH, ולכן בין המולקולות של כל אחת מהן פועלים קשרי מימן דומים. לשתיהן אותה נוסחה מולקולרית, ולכן גודל ענן האלקטרונים זהה.
ההבדל הוא בצורת המולקולה: בחומצה 2-מתילפרופנואית השרשרת מסועפת, והמולקולה קומפקטית יותר מהמולקולה הארוכה והלא מסועפת של החומצה הבוטנואית. לכן שטח הפנים (שטח המגע) בין המולקולות המסועפות קטן יותר, וקשרי ואן דר ואלס ביניהן חלשים יותר.
נדרשת פחות אנרגיה להפריד בין המולקולות, ולכן טמפרטורת הרתיחה של חומצה 2-מתילפרופנואית נמוכה יותר.

סעיף ב

תשובה:

X – חומצה בוטנואית; Y – חומצה 2-מתילפרופנואית.

בייצוג המקוצר כל קודקוד וכל קצה קו הם אטום פחמן (כולל אטום הפחמן של קבוצת −COOH-\text{COOH}−COOH), ואטומי המימן הקשורים לפחמן אינם מסומנים.
- X: 4 אטומי פחמן בשרשרת ישרה (לא מסועפת), שבקצה שלה קבוצה −COOH-\text{COOH}−COOH ⟸ CH3CH2CH2COOH\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{COOH}CH3​CH2​CH2​COOH – חומצה בוטנואית.
- Y: 4 אטומי פחמן; לאטום הפחמן השכן לקבוצת −COOH-\text{COOH}−COOH קשורות שתי קבוצות −CH3-\text{CH}_3−CH3​ (הסתעפות) ⟸ (CH3)2CHCOOH(\text{CH}_3)_2\text{CHCOOH}(CH3​)2​CHCOOH – חומצה 2-מתילפרופנואית.
שתיהן C4H8O2\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2C4​H8​O2​, וההבחנה ביניהן היא לפי ההסתעפות בשרשרת.

סעיף ג

תשובה:

נוסחה I – מולקולה קטנה שרובה קבוצה קוטבית היוצרת קשרי מימן עם מים.

נוסחה I (חומצה מתנואית).
נימוק: בשתי החומצות יש קבוצה −COOH-\text{COOH}−COOH, שיכולה ליצור קשרי מימן עם מולקולות מים.
- מולקולה I קטנה, וכמעט כולה קבוצה קוטבית – אין בה חלק פחמימני לא קוטבי. קשרי המימן שהיא יוצרת עם מולקולות המים מפצים על פירוק קשרי המימן בין מולקולות המים, ולכן היא מתערבבת עם מים בכל יחס.
- מולקולה II (חומצה הקסנואית) בעלת שרשרת פחמימנית ארוכה (C5H11−\text{C}_5\text{H}_{11}-C5​H11​−), שאינה קוטבית ואינה יוצרת קשרי מימן עם מים. בין החלק הזה למולקולות המים פועלים רק קשרי ואן דר ואלס חלשים, ולכן מסיסותה במים קטנה.

סעיף ד

(i)

תשובה:

n(OH−)=0.0196 moln(\text{OH}^-) = 0.0196\ \text{mol}n(OH−)=0.0196 mol

NaOH\text{NaOH}NaOH בסיס חזק: NaOH(s)→Na(aq)++OH(aq)−\text{NaOH}_{(s)} \rightarrow \text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}NaOH(s)​→Na(aq)+​+OH(aq)−​, ולכן [OH−]=1.00 M[\text{OH}^-] = 1.00\ \text{M}[OH−]=1.00 M.
n(OH−)=C⋅V=1.00 molL⋅0.0196 L=0.0196 moln(\text{OH}^-) = C \cdot V = 1.00\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 0.0196\ \text{L} = 0.0196\ \text{mol}n(OH−)=C⋅V=1.00 Lmol​⋅0.0196 L=0.0196 mol

(ii)

תשובה:

m=0.902 gm = 0.902\ \text{g}m=0.902 g

לפי ניסוח התגובה, היחס HCOOH:OH−=1:1\text{HCOOH} : \text{OH}^- = 1:1HCOOH:OH−=1:1:
n(HCOOH)=n(OH−)=0.0196 moln(\text{HCOOH}) = n(\text{OH}^-) = 0.0196\ \text{mol}n(HCOOH)=n(OH−)=0.0196 mol
M(HCOOH)=2⋅1.0+12.0+2⋅16.0=46.0 gmolM(\text{HCOOH}) = 2\cdot 1.0 + 12.0 + 2\cdot 16.0 = 46.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(HCOOH)=2⋅1.0+12.0+2⋅16.0=46.0 molg​
m=n⋅M=0.0196 mol⋅46.0 gmol=0.902 gm = n \cdot M = 0.0196\ \text{mol} \cdot 46.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}} = 0.902\ \text{g}m=n⋅M=0.0196 mol⋅46.0 molg​=0.902 g

(iii)

תשובה:

לא. ריכוז החומצה 18.0%, נמוך מ-20%.

ריכוז החומצה=0.902 g5.00 mL⋅100%=18.0%\text{ריכוז החומצה} = \frac{0.902\ \text{g}}{5.00\ \text{mL}} \cdot 100\% = 18.0\%ריכוז החומצה=5.00 mL0.902 g​⋅100%=18.0%
התכשיר אינו עומד בנתון שעל התווית, כי ריכוז החומצה המתנואית בו (18.0%18.0\%18.0%) נמוך מהריכוז המזערי הרשום (20%20\%20%).

טבלת התשובות

שאלה	סעיף	תשובה
1	-	א – ב־Y וב־Z יש 20 נויטרונים.
2	-	ד – בנוסחת הייצוג האלקטרונית O=C=O: שני קשרים כפולים, ולכל אטום O שני זוגות לא קושרים – בסך הכול 4.
3	-	ב
4	-	ד — בתמיסה B ריכוז יוני $\text{H}_3\text{O}^{+}$ הגבוה ביותר: $0.30\ \text{M}$ .
5	-	ד – היגדים III ו־IV
6	-	ד – a ו־c בלבד: דרגת החמצון של S ושל Fe יורדת.
7	-	א – $\Delta H^0_3=-187.8\ \text{kJ}$
8	-	ב – העלאת הטמפרטורה מגבירה את קצב התגובה.
9	א i	אקסותרמית.
	א ii	$\text{C}_4\text{H}_9\text{OH}_{(l)}+6\text{O}_{2(g)}\rightarrow 4\text{CO}_{2(g)}+5\text{H}_2\text{O}_{(l)}$
	ב i	ארבע מתוך: אצטון (C=O בין שני אטומי פחמן, קטון), בוטאנול (–OH, הידרוקסיל), אתאנול (–OH, הידרוקסיל), חומצה אתאנואית (–COOH, קרבוקסיל), חומצה בוטאנואית (–COOH, קרבוקסיל).
	ב ii	בין מולקולות אצטון אין קשרי מימן (רק ון־דר־ולס); בין מולקולות אתאנול ובין מולקולות בוטאנול יש קשרי מימן, אבל ענן האלקטרונים של בוטאנול גדול יותר ולכן אינטראקציות ון־דר־ולס ביניהן חזקות יותר.
	ג i	כמחזר – דרגת החמצון של המימן יורדת מ־ $(+1)$ ב־ $\text{H}^+$ ל־ $(0)$ ב־ $\text{H}_2$ , כלומר יוני המימן עוברים חיזור.
	ג ii	הטמפרטורה (שורות 12–13: בטמפרטורה נמוכה יותר התסיסה איטית יותר). הזרז מוריד את אנרגיית השפעול.
	ד	שניים מתוך: בשרפתו משתחררת כמות גדולה של אנרגייה; אפשר לערבב אותו עם בנזין; חומר הגלם שלו מתחדש (צמחים) ולא נפט ההולך ואוזל.
10	א	סריג מתכתי: יוני $\text{Mg}^{2+}$ בסידור קבוע בתוך "ים" של אלקטרונים ערכיים ניידים (שני אלקטרונים מכל אטום); האלקטרונים הניידים מאפשרים הולכת חשמל.
	ב	המים אינם מכבים את המגנזיום אלא מגיבים איתו: התגובה אקסותרמית ומוסיפה חום, ונוצר גז מימן דליק שמתלקח – השרפה מתעצמת ועלולה להתרחש התפוצצות.
	ג	$\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2$
	ד	מולקולה 1 בלבד.
	ה	בין מולקולות המים יש קשרי מימן רבים; בין מולקולות אתיל אצטט אין קשרי מימן (אין אטום מימן הקשור לאטום חמצן), יש רק אינטראקציות ואן דר ואלס ודו־קוטב–דו־קוטב, שבסך הכול חלשות יותר.
	ו i	בין מולקולות אתיל אצטט למולקולות המים נוצרים קשרי מימן (בין אטומי החמצן של אתיל אצטט לאטומי המימן של המים) ואינטראקציות דו־קוטב, הדומים בחוזקם לקשרים שנשברו.
	ו ii	$C = 0.500\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}$
	ז	$[\text{Mg}]^{2+}$ (ללא אלקטרונים ערכיים) ; $[\text{N}]^{3-}$ עם 8 אלקטרונים ערכיים (4 זוגות) סביב החנקן, בתוך סוגריים מרובעים.
11	א	1 – $\text{CH}_3(\text{CH}_2)_6\text{COOH}$ ; 2 – $\text{C}_8\text{H}_{16}\text{O}_2$ ; 3 – $\text{C}_3\text{H}_6\text{O}_2$ ; 4 – $\text{CH}_3(\text{CH}_2)_7\text{OH}$ ; 5 – $\text{C}_{10}\text{H}_{18}\text{O}_4$
	ב	חומצה דקאנדיאית.
	ג	לחומצה האוקטנואית; הגורם – סוג הקבוצה הפונקציונלית: מספר המוקדים ליצירת קשרי מימן.
	ד	לחומצה האוקטנואית; הגורם – אורך השרשרת הפחמנית (גודל ענן האלקטרונים).
	ה	החומצה הפרופנואית.
	ו i	החומצה האוקטנואית, החומצה הפרופנואית והחומצה הדקאנדיאית.
	ו ii	$\text{CH}_3(\text{CH}_2)_6\text{COO}^{-}$ , $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{COO}^{-}$ , $^{-}\text{OOC(CH}_2)_8\text{COO}^{-}$ , $\text{CH}_3(\text{CH}_2)_7\text{OH}$
	ו iii	4 מול
12	א 1	C < A < D < B
	א 2	A: $\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}$ , $\text{NO}^{-}_{3(aq)}$ ; B: $\text{K}^{+}_{(aq)}$ , $\text{OH}^{-}_{(aq)}$ ; C: $\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}$ , $\text{SO}^{2-}_{4(aq)}$ ; D: $\text{Na}^{+}_{(aq)}$ , $\text{OH}^{-}_{(aq)}$
	ב 1	$\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(l)}$
	ב 2	אקסותרמית – אנרגיה עברה מן המערכת לסביבה, ולכן הטמפרטורה עלתה.
	ב 3	$\Delta H^0=-57\ \text{kJ}$
	ב 4	ניטרלי (pH = 7) – מספר המולים של $\text{H}_3\text{O}^{+}$ ושל $\text{OH}^{-}$ שווה ( $0.1\ \text{mol}$ ).
	ג 1	$\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(l)}$
	ג 2	עלתה – זו אותה תגובת סתירה אקסותרמית; אנרגיה עוברת מן המערכת לסביבה.
	ג 3	לא – בניסוי 3 הגיבו רק $0.002\ \text{mol}$ יוני הידרוקסיד לעומת $0.1\ \text{mol}$ בניסוי 2, ולכן עברה כמות אנרגיה קטנה פי 50.
	ג 4	שווה ( $-57\ \text{kJ}$ ) – זו אותה תגובה באותו ניסוח.
	ג 5	חומצי – נשאר עודף של $0.198\ \text{mol}$ יוני $\text{H}_3\text{O}^{+}$ .
13	א i	$\text{Ba(OH)}_{2(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{Ba}^{2+}_{(aq)} + 2\text{OH}^{-}_{(aq)}$
	א ii	גדול מ־7.
	ב i	a ו־b.
	ב ii	$0.0200$ מול
	ג i	$\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}$
	ג ii	80 מ"ל (0.080 ליטר)
	ג iii	ניטרלי.
	ד	$0.200\ \text{M}$
14	א	שתי החומצות יוצרות קשרי מימן דומים וענני האלקטרונים בגודל זהה; המולקולה המסועפת קומפקטית יותר – שטח המגע קטן, קשרי ואן דר ואלס חלשים יותר.
	ב	X – חומצה בוטנואית; Y – חומצה 2-מתילפרופנואית.
	ג	נוסחה I – מולקולה קטנה שרובה קבוצה קוטבית היוצרת קשרי מימן עם מים.
	ד i	$n(\text{OH}^-) = 0.0196\ \text{mol}$
	ד ii	$m = 0.902\ \text{g}$
	ד iii	לא. ריכוז החומצה 18.0%, נמוך מ-20%.

פרק ראשון

שאלה 1 · הרכב חלקיקים: מספר מסה ומספר נויטרונים

התשובה הנכונה: א.

שאלה 2 · קשרים קוולנטיים – סדר וקוטביות

התשובה הנכונה: ד.

שאלה 3 · קוטביות קשרים ומולקולות – תרכובות של פחמן, צורן וחמצן

שאלה 4 · השוואת חומציות של תמיסות חומצה

שאלה 5 · תופעות המוסברות רק באינטראקציות ואן דר ואלס – יוד, טטרה־כלורו־מתאן ופרופנון

שאלה 6 · קביעת מחמצן לפי שינוי בדרגות החמצון

שאלה 7 · חוק הס – יצירת מימן על־חמצני

שאלה 8 · גורמים המשפיעים על קצב התגובה בין נתרן תיוסולפט לחומצה

למה האחרות שגויות:

שאלה 9 · תסיסת אצטון־בוטאנול־אתאנול

אצטון מחיידקים — תהליך התסיסה של חיים ויצמן

תרשים 1

סעיף א

תגובת השרפה של בוטאנול היא אקסותרמית.

סעיף ב

הכוחות בין המולקולות בכל ממס:

סעיף ג

החומר האחר מגיב כמחזר.

סעיף ד

פרק שני

שאלה 10 · כיבוי שרפות: מגנזיום, אתיל אצטט ומגנזיום חנקני

מבנה האטום, מבנה וקישור, חישובים

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

סעיף ה

סעיף ו

סעיף ז

שאלה 11 · חומצות קרבוקסיליות וכוהל: נוסחאות, טמפרטורות רתיחה ותגובה עם בסיס

תרכובות פחמן, מבנה וקישור

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

סעיף ה

סעיף ו

תשובה: 4 מול OH−\text{OH}^{-}OH−.

שאלה 12 · חומצה דו־פרוטית ובסיסים – pH ואנרגיה בתגובות סתירה

חומצות ובסיסים, אנרגייה

ניסוי 1

ניסוי 2

ניסוי 3

סעיף א

C < A < D < B

סעיף ב

ניטרלי (pH = 7).

סעיף ג

לא, בניסוי 3 עברה כמות אנרגיה קטנה יותר (פי 50).

בתחום החומצי.

שאלה 13 · תמיסת בריום הידרוקסידי – ריכוז, סתירה ושיקוע

חומצות ובסיסים

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

ניטרלי (pH=7\text{pH} = 7pH=7).

סעיף ד

שאלה 14 · חומצות קרבוקסיליות ומסיר אבנית

תרכובות פחמן, מבנה וקישור וחומצות

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

נוסחה I (חומצה מתנואית).

סעיף ד

רוצים להשלים את חוויית הלמידה?

כל האתר במבט אחד

תשובה: 4 מול $\text{OH}^{-}$ .

ניטרלי ( $\text{pH} = 7$ ).