מתכונת 7 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 · ייצוג אלקטרוני של אשלגן גופרי

רב-ברירה

איזו נוסחת ייצוג אלקטרונית מייצגת נכון את חלקיקי התרכובת אשלגן גופרי, K2S(s)\text{K}_2\text{S}_{(s)}K2​S(s)​ ?

◂ פתרון מלא לשאלה 1

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – שני יוני K+\text{K}^{+}K+ ללא אלקטרוני ערכיות ויון S2−\text{S}^{2-}S2− אחד עם 8 אלקטרונים ברמה החיצונית.

K2S\text{K}_2\text{S}K2​S היא תרכובת יונית (הפרש אלקטרושליליות 2.5−0.8=1.72.5-0.8=1.72.5−0.8=1.7; מתכת עם אל־מתכת). לאשלגן (הערכה 2,8,8,1) אלקטרון ערכיות אחד: כל אטום K מוסר אותו ונוצר יון K+\text{K}^{+}K+ שאין לו אלקטרונים ברמה החיצונית שבייצוג. לגופרית (2,8,6) שישה אלקטרוני ערכיות: אטום S מקבל שני אלקטרונים ונוצר יון S2−\text{S}^{2-}S2− עם 8 אלקטרונים (4 זוגות) ברמה החיצונית.
כדי שסכום המטענים יהיה אפס, על כל יון S2−\text{S}^{2-}S2− יש שני יוני K+\text{K}^{+}K+: 2⋅(+1)+(−2)=02\cdot(+1)+(-2)=02⋅(+1)+(−2)=0. הייצוג הנכון: [K]+ [: ⁣S..¨ ⁣:]2− [K]+[\text{K}]^{+}\ [:\!\ddot{\underset{..}{\text{S}}}\!:]^{2-}\ [\text{K}]^{+}[K]+ [:..S​¨​:]2− [K]+ – תשובה ג.
- א – שגויה: מוצגים אטומים ניטרליים (K עם אלקטרון אחד, S עם 6) ולא יונים.
- ב – שגויה: היונים מיוצגים נכון, אך יש רק יון K+\text{K}^{+}K+ אחד ליון S2−\text{S}^{2-}S2− – סכום המטענים אינו אפס.
- ד – שגויה: מוצגת "מולקולה" עם קשרים קוולנטיים בין K ל־S, אך K2S\text{K}_2\text{S}K2​S בנוי מסריג יוני ולא ממולקולות.

שאלה 2 · דירוג אנרגיית יינון ראשונה של מתכות

רב-ברירה

מדרגים שלושה אטומים, Na\text{Na}Na , Mg\text{Mg}Mg ו־ K\text{K}K , על פי אנרגיית היינון הראשונה שלהם.
מהו הדירוג הנכון?

א.
$\text{K} > \text{Na} > \text{Mg}$
ב.
$\text{Mg} > \text{Na} > \text{K}$
ג.
$\text{Na} > \text{Mg} > \text{K}$
ד.
$\text{Mg} > \text{K} > \text{Na}$

◂ פתרון מלא לשאלה 2

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – Mg>Na>K\text{Mg} > \text{Na} > \text{K}Mg>Na>K

אנרגיית יינון ראשונה היא האנרגיה הדרושה להוצאת אלקטרון אחד מאטום בודד במצב גז. הגורמים המשפיעים עליה: מטען הגרעין (מספר הפרוטונים) ומספר רמות האנרגיה המאוכלסות (המרחק של אלקטרוני הערכיות מהגרעין).
- Mg ו־Na – באותו מחזור (מחזור 3): אלקטרוני הערכיות באותה רמת אנרגיה (רמה שלישית). מטען הגרעין של Mg (12) גדול מזה של Na (11) ⇐ אנרגיית היינון של Mg גבוהה יותר.
- Na ו־K – באותו טור (מתכות אלקליות): ל־K (הערכה 2,8,8,1) ארבע רמות מאוכלסות ול־Na (2,8,1) שלוש ⇐ אלקטרון הערכיות של K רחוק יותר מהגרעין ⇐ אנרגיית היינון של K נמוכה יותר.
הדירוג: Mg>Na>K\text{Mg} > \text{Na} > \text{K}Mg>Na>K – תשובה ב.
א – שגוי: זהו הדירוג ההפוך. ג – שגוי: באותו מחזור אנרגיית היינון של Mg (מטען גרעין גדול יותר) גבוהה מזו של Na. ד – שגוי: אנרגיית היינון של K אינה גבוהה מזו של Na – יש לו רמת אנרגיה מאוכלסת נוספת.
טעות נפוצה: לחשוב שאטום גדול יותר (עם יותר פרוטונים) תמיד מחזיק את אלקטרוני הערכיות חזק יותר – בתוך טור משפיע בעיקר מספר רמות האנרגיה.

שאלה 3 · תכונות זרחן תלת־כלורי

רב-ברירה

למולקולה של זרחן תלת־כלורי, PCl3\text{PCl}_3PCl3​ , צורה של פירמידה משולשת.
לפניך ארבעה היגדים המתייחסים לזרחן תלת־כלורי. איזה מבין ההיגדים אינו נכון?

א.
דרגת החמצון של אטום הזרחן במולקולה $\text{PCl}_3$ היא $+3$ .
ב.
במולקולה $\text{PCl}_3$ יש דו־קוטב קבוע.
ג.
בחומר $\text{PCl}_{3(l)}$ יש קשרי מימן בין המולקולות.
ד.
לאטום הזרחן במולקולה זוג אלקטרונים לא קושר אחד, ולכל אטום כלור שלושה זוגות אלקטרונים לא קושרים.

◂ פתרון מלא לשאלה 3

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – במולקולה PCl3\text{PCl}_3PCl3​ אין אטומי מימן, ולכן אין בין המולקולות קשרי מימן.

התשובה הנכונה (ההיגד שאינו נכון): ג.
נוסחת ייצוג אלקטרונית: אטום P במרכז, קשור בשלושה קשרים יחידים לשלושה אטומי Cl. לאטום P 5 אלקטרוני ערכיות: 3 משתתפים בקשרים ו־2 נותרים כזוג לא קושר. לכל אטום Cl 7 אלקטרוני ערכיות: אחד בקשר ו־6 נותרים כשלושה זוגות לא קושרים.
- ג – אינו נכון. קשר מימן נוצר רק כאשר במולקולה יש אטום H הקשור ישירות לאטום F, O או N. במולקולה PCl3\text{PCl}_3PCl3​ אין כלל אטומי מימן, ולכן בין המולקולות פועלות אינטראקציות ואן דר ואלס בלבד (כולל משיכה בין דו־קטבים קבועים).
- א – נכון. האלקטרושליליות של Cl (3.0) גבוהה מזו של P (2.1), ולכן לכל אטום Cl דרגת חמצון −1-1−1. סכום דרגות החמצון במולקולה הוא 0: x+3⋅(−1)=0x + 3\cdot(-1) = 0x+3⋅(−1)=0, ולכן x=+3x = +3x=+3.
- ב – נכון. הקשרים P–Cl\text{P–Cl}P–Cl קוטביים (הפרש אלקטרושליליות 3.0−2.1=0.93.0-2.1=0.93.0−2.1=0.9), והמולקולה פירמידה משולשת – אינה סימטרית: מרכז המטען החלקי השלילי (בצד אטומי Cl) אינו מתלכד עם מרכז המטען החלקי החיובי (אטום P), ולכן למולקולה דו־קוטב קבוע.
- ד – נכון. כפי שהוסבר בנוסחת הייצוג האלקטרונית: לאטום P זוג לא קושר אחד, ולכל אטום Cl שלושה זוגות לא קושרים.

שאלה 4 · משוואת הגזים: לחץ של מסות שוות של גזים

רב-ברירה

נתונים שני מכלים סגורים, A ו־ B , שנפח כל אחד מהם הוא 2.0 ליטר.
במכל A יש 3.2 גרם גז חמצן, O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ .
במכל B יש 3.2 גרם גז מתאן, CH4(g)\text{CH}_{4(g)}CH4(g)​ .
הטמפרטורה בשני המכלים היא 25∘C25^{\circ}\text{C}25∘C .
מהי הקביעה הנכונה?

א.
הלחץ בשני המכלים שווה, כי המסות של הגזים שוות.
ב.
הלחץ במכל A כפול מן הלחץ במכל B.
ג.
הלחץ במכל B כפול מן הלחץ במכל A.
ד.
מספר המולקולות במכל A שווה למספר המולקולות במכל B.

◂ פתרון מלא לשאלה 4

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – במכל B יש 0.20 mol גז ובמכל A יש 0.10 mol גז, באותם נפח וטמפרטורה – הלחץ ב־B כפול.

התשובה הנכונה: ג.
מספר המולים של כל גז, לפי n=mMn=\frac{m}{M}n=Mm​:
n(O2)=3.2 g32.0 gmol=0.10 moln(CH4)=3.2 g16.0 gmol=0.20 moln(\text{O}_2)=\frac{3.2\ \text{g}}{32.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}}=0.10\ \text{mol}\qquad n(\text{CH}_4)=\frac{3.2\ \text{g}}{16.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}}=0.20\ \text{mol}n(O2​)=32.0 molg​3.2 g​=0.10 moln(CH4​)=16.0 molg​3.2 g​=0.20 mol
לפי משוואת הגזים P=nRTVP=\frac{nRT}{V}P=VnRT​; הנפח והטמפרטורה שווים בשני המכלים, ולכן הלחץ עומד ביחס ישר למספר המולים. במכל B יש פי 2 מולים, ולכן הלחץ בו כפול.
חישוב (לא נדרש לבחירת התשובה), T=25+273=298 KT=25+273=298\ \text{K}T=25+273=298 K:
PA=0.10 mol⋅0.082 atm⋅Lmol⋅K⋅298 K2.0 L=1.22 atmPB=0.20 mol⋅0.082 atm⋅Lmol⋅K⋅298 K2.0 L=2.44 atmP_A=\frac{0.10\ \text{mol}\cdot 0.082\ \frac{\text{atm}\cdot\text{L}}{\text{mol}\cdot\text{K}}\cdot 298\ \text{K}}{2.0\ \text{L}}=1.22\ \text{atm}\qquad P_B=\frac{0.20\ \text{mol}\cdot 0.082\ \frac{\text{atm}\cdot\text{L}}{\text{mol}\cdot\text{K}}\cdot 298\ \text{K}}{2.0\ \text{L}}=2.44\ \text{atm}PA​=2.0 L0.10 mol⋅0.082 mol⋅Katm⋅L​⋅298 K​=1.22 atmPB​=2.0 L0.20 mol⋅0.082 mol⋅Katm⋅L​⋅298 K​=2.44 atm
- א – לא נכון. הלחץ של גז תלוי במספר החלקיקים (המולים) ולא במסה. מסות שוות של גזים שונים מכילות מספר מולים שונה, כי המסות המולריות שונות.
- ב – לא נכון. זה הפוך: במכל A יש פחות מולים, ולכן הלחץ בו קטן יותר.
- ד – לא נכון. מספר המולקולות N=n⋅NAN=n\cdot N_AN=n⋅NA​; במכל B יש פי 2 מולים, ולכן פי 2 מולקולות.
טעות נפוצה: לחשוב שמסות שוות של גזים מכילות מספר שווה של מולקולות.

שאלה 5 · סתירה מלאה של חומצה גופרתית בבסיס

רב-ברירה

ערבבו 100100100 מ"ל תמיסת חומצה גופרתית, H2SO4(aq)\text{H}_2\text{SO}_{4(aq)}H2​SO4(aq)​ , בריכוז 0.1M0.1\text{M}0.1M , עם 200200200 מ"ל תמיסה מימית של בסיס.
התרחשה תגובת סתירה מלאה. בתום התגובה נמדד ה־ pH\text{pH}pH , ונמצא כי pH=7\text{pH} = 7pH=7 .
איזו מן התמיסות א–ד שלפניכם היא התמיסה המימית של הבסיס?

א.
תמיסת $\text{KOH}_{(aq)}$ בריכוז $0.1\text{M}$
ב.
תמיסת $\text{KOH}_{(aq)}$ בריכוז $0.05\text{M}$
ג.
תמיסת $\text{Ba(OH)}_{2(aq)}$ בריכוז $0.1\text{M}$
ד.
תמיסת $\text{Ba(OH)}_{2(aq)}$ בריכוז $0.025\text{M}$

◂ פתרון מלא לשאלה 5

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א – 0.020.020.02 מול OH−\text{OH}^{-}OH− ב־200200200 מ"ל תמיסת KOH\text{KOH}KOH 0.1M0.1\text{M}0.1M סותרים בדיוק 0.020.020.02 מול H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+.

תשובה א נכונה. ב־pH=7\text{pH}=7pH=7 מספר המולים של יוני OH−\text{OH}^{-}OH− שווה בדיוק למספר המולים של יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ שמסרה החומצה:
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)​ (יחס מולים 1:11:11:1).
n(H2SO4)=C⋅V=0.1 molL⋅0.100 L=0.01 moln(\text{H}_2\text{SO}_4) = C\cdot V = 0.1\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot 0.100\ \text{L} = 0.01\ \text{mol}n(H2​SO4​)=C⋅V=0.1 Lmol​⋅0.100 L=0.01 mol
חומצה גופרתית היא דו־פרוטית: H2SO4(ℓ)+2H2O(ℓ)→2H3O(aq)++SO42−(aq)\text{H}_2\text{SO}_{4(\ell)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow 2\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{SO}_4^{2-}{}_{(aq)}H2​SO4(ℓ)​+2H2​O(ℓ)​→2H3​O(aq)+​+SO42−​(aq)​, ולכן n(H3O+)=2⋅0.01 mol=0.02 moln(\text{H}_3\text{O}^{+}) = 2\cdot 0.01\ \text{mol} = 0.02\ \text{mol}n(H3​O+)=2⋅0.01 mol=0.02 mol.
נדרשים 0.02 mol0.02\ \text{mol}0.02 mol של OH−\text{OH}^{-}OH− ב־0.200 L0.200\ \text{L}0.200 L תמיסת בסיס:
- א. KOH\text{KOH}KOH 0.1M0.1\text{M}0.1M: n(OH−)=0.1 molL⋅0.200 L=0.02 moln(\text{OH}^{-}) = 0.1\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot 0.200\ \text{L} = 0.02\ \text{mol}n(OH−)=0.1 Lmol​⋅0.200 L=0.02 mol – שווה בדיוק. ✔
- ב. KOH\text{KOH}KOH 0.05M0.05\text{M}0.05M: 0.05 molL⋅0.200 L=0.01 mol0.05\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot 0.200\ \text{L} = 0.01\ \text{mol}0.05 Lmol​⋅0.200 L=0.01 mol – חסר בסיס, נשארת חומצה בעודף, pH<7\text{pH}<7pH<7 (טעות של התעלמות מכך שהחומצה דו־פרוטית).
- ג. Ba(OH)2\text{Ba(OH)}_2Ba(OH)2​ 0.1M0.1\text{M}0.1M: 2⋅0.1 molL⋅0.200 L=0.04 mol2\cdot 0.1\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot 0.200\ \text{L} = 0.04\ \text{mol}2⋅0.1 Lmol​⋅0.200 L=0.04 mol – עודף בסיס, pH>7\text{pH}>7pH>7.
- ד. Ba(OH)2\text{Ba(OH)}_2Ba(OH)2​ 0.025M0.025\text{M}0.025M: 2⋅0.025 molL⋅0.200 L=0.01 mol2\cdot 0.025\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot 0.200\ \text{L} = 0.01\ \text{mol}2⋅0.025 Lmol​⋅0.200 L=0.01 mol – חסר בסיס, pH<7\text{pH}<7pH<7.
טעות נפוצה: לשכוח שכל מולקולת H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4H2​SO4​ מוסרת שני פרוטונים, או לשכוח להמיר מ"ל לליטר.

שאלה 6 · השוואת מספר אטומים בדגימות – כולל גז לפי משוואת הגזים

רב-ברירה

ההיגדים א-ד מתארים מדגמים שונים של חומרים.
איזה מבין המדגמים המתוארים מכיל את מספר האטומים הכולל הגדול ביותר?

א.
4.4 גרם פחמן דו־חמצני, $\text{CO}_{2(g)}$ .
ב.
6.4 גרם גופרית דו־חמצנית, $\text{SO}_{2(g)}$ .
ג.
0.05 מול מולקולות פרופאן, $\text{C}_3\text{H}_{8(g)}$ .
ד.
2.46 ליטר מתאן, $\text{CH}_{4(g)}$ , בלחץ של 1 אטמוספרה ובטמפרטורה של $27^\circ\text{C}$ .

◂ פתרון מלא לשאלה 6

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – 0.05 מול פרופאן (0.55 מול אטומים)

מספר האטומים יחסי למספר מולי האטומים. נחשב לכל מדגם את מספר מולי האטומים:
א. M(CO2)=12.0+2⋅16.0=44.0 gmolM(\text{CO}_2)=12.0+2\cdot 16.0=44.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(CO2​)=12.0+2⋅16.0=44.0 molg​; n=mM=4.4 g44.0 g/mol=0.10 moln=\frac{m}{M}=\frac{4.4\ \text{g}}{44.0\ \text{g/mol}}=0.10\ \text{mol}n=Mm​=44.0 g/mol4.4 g​=0.10 mol מולקולות; בכל מולקולה 3 אטומים: 3⋅0.10 mol=0.30 mol3\cdot 0.10\ \text{mol}=0.30\ \text{mol}3⋅0.10 mol=0.30 mol אטומים.
ב. M(SO2)=32.1+2⋅16.0=64.1 gmolM(\text{SO}_2)=32.1+2\cdot 16.0=64.1\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(SO2​)=32.1+2⋅16.0=64.1 molg​; n=6.4 g64.1 g/mol=0.0998 moln=\frac{6.4\ \text{g}}{64.1\ \text{g/mol}}=0.0998\ \text{mol}n=64.1 g/mol6.4 g​=0.0998 mol; בכל מולקולה 3 אטומים: 0.30 mol0.30\ \text{mol}0.30 mol אטומים.
ג. בכל מולקולת C3H8\text{C}_3\text{H}_8C3​H8​ יש 3+8=113+8=113+8=11 אטומים: 11⋅0.05 mol=0.55 mol11\cdot 0.05\ \text{mol}=0.55\ \text{mol}11⋅0.05 mol=0.55 mol אטומים.
ד. T=27+273=300 KT=27+273=300\ \text{K}T=27+273=300 K; לפי PV=nRTPV=nRTPV=nRT:
n=PVRT=1 atm⋅2.46 L0.082 atm⋅Lmol⋅K⋅300 K=0.10 moln=\frac{PV}{RT}=\frac{1\ \text{atm}\cdot 2.46\ \text{L}}{0.082\ \frac{\text{atm}\cdot\text{L}}{\text{mol}\cdot\text{K}}\cdot 300\ \text{K}}=0.10\ \text{mol}n=RTPV​=0.082 mol⋅Katm⋅L​⋅300 K1 atm⋅2.46 L​=0.10 mol מולקולות; בכל מולקולת CH4\text{CH}_4CH4​ 5 אטומים: 5⋅0.10 mol=0.50 mol5\cdot 0.10\ \text{mol}=0.50\ \text{mol}5⋅0.10 mol=0.50 mol אטומים.
המספר הגדול ביותר – במדגם ג: 0.55 mol⋅6.02×1023 1mol=3.3×10230.55\ \text{mol}\cdot 6.02\times 10^{23}\ \frac{1}{\text{mol}}=3.3\times 10^{23}0.55 mol⋅6.02×1023 mol1​=3.3×1023 אטומים.
טעות נפוצה: להשוות את מספר מולי המולקולות (שבו מדגמים א, ב, ד גדולים מ־ג) במקום את מספר מולי האטומים.

שאלה 7 · דרגות חמצון של כלור בתרכובותיו

רב-ברירה

נתונות נוסחאות של כמה חומרים המכילים אטומי כלור:
HCℓ\text{HC}\ellHCℓ , Cℓ2\text{C}\ell_2Cℓ2​ , HCℓO\text{HC}\ell\text{O}HCℓO , CℓO2\text{C}\ell\text{O}_2CℓO2​ , NaCℓO3\text{NaC}\ell\text{O}_3NaCℓO3​ , HCℓO4\text{HC}\ell\text{O}_4HCℓO4​
מהו ההיגד הנכון?

א.
במולקולה $\text{HC}\ell$ אטום הכלור יכול לעבור תהליך חיזור בלבד.
ב.
במולקולה $\text{HC}\ell\text{O}_4$ אטום הכלור יכול לעבור תהליך חמצון בלבד.
ג.
בתגובה $\text{C}\ell_{2(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow \text{HC}\ell_{(aq)} + \text{HC}\ell\text{O}_{(aq)}$ חלק מאטומי הכלור עוברים תהליך חמצון וחלק עוברים תהליך חיזור.
ד.
כאשר נוצרות מולקולות $\text{C}\ell\text{O}_2$ מן החומר $\text{NaC}\ell\text{O}_3$ , אטומי הכלור עוברים תהליך חמצון.

◂ פתרון מלא לשאלה 7

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – הכלור עובר מדרגה 0 ב־Cℓ2\text{C}\ell_2Cℓ2​ ל־−1 ב־HCl (חיזור) ול־+1 ב־HClO (חמצון).

תשובה: ג.
דרגות החמצון של Cl (לפי H = +1, O = −2, Na = +1, סכום דרגות החמצון בתרכובת = 0):
חומרHCℓ\text{HC}\ellHCℓCℓ2\text{C}\ell_2Cℓ2​HCℓO\text{HC}\ell\text{O}HCℓOCℓO2\text{C}\ell\text{O}_2CℓO2​NaCℓO3\text{NaC}\ell\text{O}_3NaCℓO3​HCℓO4\text{HC}\ell\text{O}_4HCℓO4​
דרגת החמצון של Cl−10+1+4+5+7
לאטום כלור 7 אלקטרוני ערכיות, ולכן דרגת החמצון המרבית שלו +7, והמזערית −1.
- ג – נכון: בתגובה (הניסוח מאוזן: 2 אטומי Cl, 2 אטומי H ואטום O אחד בכל צד) אטום Cl אחד עובר מדרגה 0 לדרגה −1 ב־HCl – מקבל אלקטרון, חיזור; ואטום Cl אחר עובר מדרגה 0 לדרגה +1 ב־HClO – מוסר אלקטרון, חמצון.
- א – לא נכון: ב־HCl הכלור בדרגה −1, המזערית – הוא אינו יכול לקבל אלקטרונים נוספים, ולכן יכול לעבור חמצון בלבד.
- ב – לא נכון: ב־HCℓO4\text{HC}\ell\text{O}_4HCℓO4​ הכלור בדרגה +7, המרבית – הוא יכול לעבור חיזור בלבד.
- ד – לא נכון: במעבר מ־NaCℓO3\text{NaC}\ell\text{O}_3NaCℓO3​ (+5) ל־CℓO2\text{C}\ell\text{O}_2CℓO2​ (+4) דרגת החמצון יורדת – זהו תהליך חיזור.

חומר	$\text{HC}\ell$	$\text{C}\ell_2$	$\text{HC}\ell\text{O}$	$\text{C}\ell\text{O}_2$	$\text{NaC}\ell\text{O}_3$	$\text{HC}\ell\text{O}_4$
דרגת החמצון של Cl	−1	0	+1	+4	+5	+7

שאלה 8 · דיאגרמת אנתלפיה לתגובה אנדותרמית – יצירת חנקן חד־חמצני

רב-ברירה

בטמפרטורה הגבוהה שבמנועי כלי רכב מגיבים חנקן וחמצן שבאוויר. נתון ניסוח התגובה:
N2(g)+O2(g)→2NO(g)ΔH0=+180 kJ\text{N}_{2(g)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{NO}_{(g)}\qquad \Delta H^{0} = +180\ \text{kJ}N2(g)​+O2(g)​→2NO(g)​ΔH0=+180 kJ
איזה מן הגרפים I-IV הוא הנכון?

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

◂ פתרון מלא לשאלה 8

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג — גרף III.

הדיאגרמה צריכה להציג בדיוק את המגיבים והתוצרים שבניסוח (כולל המקדמים ומצבי הצבירה) ואת ΔH\Delta HΔH בכיוון הנכון:
- ΔH=+180 kJ\Delta H = +180\ \text{kJ}ΔH=+180 kJ: התגובה אנדותרמית — רמת האנתלפיה של התוצרים (2NO(g)2\text{NO}_{(g)}2NO(g)​) גבוהה מזו של המגיבים (N2(g)+O2(g)\text{N}_{2(g)} + \text{O}_{2(g)}N2(g)​+O2(g)​), והחץ מכוון מהמגיבים כלפי מעלה אל התוצרים.
גרף III מקיים את כל התנאים. תשובה ג נכונה.
•גרף I: התוצרים נמוכים מהמגיבים ו־ΔH=−180 kJ\Delta H = -180\ \text{kJ}ΔH=−180 kJ — מתאר תגובה אקסותרמית.
•גרף II: המגיבים מוצגים ברמה הגבוהה והתוצרים ברמה הנמוכה, אך החץ מצויר מהתוצרים אל המגיבים — הדיאגרמה אינה מתאימה לכיוון התגובה; אנתלפיית התוצרים בו נמוכה מאנתלפיית המגיבים, בסתירה ל־ΔH>0\Delta H>0ΔH>0.
•גרף IV: התוצר הוא NO(g)\text{NO}_{(g)}NO(g)​ (מול אחד) — לפי הניסוח נוצרים 2 מול NO עבור ΔH=+180 kJ\Delta H = +180\ \text{kJ}ΔH=+180 kJ.
טעות נפוצה: להתעלם מהמקדמים — ΔH0\Delta H^0ΔH0 מתייחס לכמויות שבניסוח.

שאלה 9 · גשם חומצי והרחקת גופרית מגזי הפליטה

שאלת מאמר26 נקודות

ניתוח קטע ממאמר מדעי – חובה
קראו את הקטע שלפניכם, וענו על הסעיפים שאחריו לפי ההנחיות (שאלת חובה – 26 נקודות).
גשם חומצי ותחנות כוח פחמיות
פחם הוא דלק מוצק שמשמש בתחנות כוח רבות בעולם להפקת חשמל. הפחם מורכב בעיקר
מפחמן, אך יש בו גם כמויות קטנות של גופרית. בשרֵפת הפחם משתחררת אנרגייה רבה,
ובעזרתה מחממים מים ומפיקים קיטור, שמניע את הטורבינות של מחוללי החשמל.
בזמן השרֵפה גם הגופרית שבפחם מגיבה עם החמצן שבאוויר, ונוצר הגז גופרית דו־חמצנית,
SO2(g)\text{SO}_{2(g)}SO2(g)​ , שנפלט מן הארובה יחד עם שאר גזי הפליטה. גופרית דו־חמצנית היא גז רעיל
בעל ריח חריף, ובריכוזים גבוהים היא פוגעת בדרכי הנשימה. גם הרי געש פולטים גופרית
דו־חמצנית לאטמוספרה, אך באזורים מתועשים רוב הפליטה נובעת משרֵפת דלקים.
מי גשם טבעיים הם חומציים מעט, משום שהפחמן הדו־חמצני שבאוויר מתמוסס בהם, וה־pH
שלהם הוא כ־5.6. גופרית דו־חמצנית שנפלטה לאוויר מגיבה עם אדי המים ועם טיפות הגשם
ויוצרת חומצה גופריתית, H2SO3(aq)\text{H}_2\text{SO}_{3(aq)}H2​SO3(aq)​ . נוסף על כך, באוויר הגופרית הדו־חמצנית מגיבה
לאט עם חמצן, ונוצרת גופרית תלת־חמצנית, SO3(g)\text{SO}_{3(g)}SO3(g)​ , שמגיבה עם מים ויוצרת חומצה
גופרתית, H2SO4(aq)\text{H}_2\text{SO}_{4(aq)}H2​SO4(aq)​ . גם תחמוצות חנקן, הנפלטות ממכוניות ומתחנות כוח, יוצרות
חומצות במי הגשם. גשם המכיל חומצות אלה נקרא "גשם חומצי", וה־pH שלו נמוך מ־5.6.
גשם חומצי מחמיץ אגמים ופוגע בדגים ובעצים, וגורם לבלייה של פסלים ומבנים העשויים
משיש ומאבן גיר, שהמרכיב העיקרי שלהם הוא סידן פחמתי, CaCO3(s)\text{CaCO}_{3(s)}CaCO3(s)​ .
כדי לצמצם את פליטת הגופרית הדו־חמצנית, מותקנים בתחנות כוח רבות מתקנים להרחקת
גופרית מגזי הפליטה. במתקנים אלה מרססים על גזי הפליטה תרחיף של אבן גיר טחונה
במים, ומזרימים לתוכו אוויר. הגופרית הדו־חמצנית מגיבה עם הסידן הפחמתי ועם החמצן
שבאוויר, ונוצרים סידן גופרתי, CaSO4(s)\text{CaSO}_{4(s)}CaSO4(s)​ , ופחמן דו־חמצני, CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ . מתקנים כאלה
מרחיקים את רוב הגופרית הדו־חמצנית מגזי הפליטה.
הסידן הגופרתי מתגבש עם מולקולות מים, ומתקבל גבס, CaSO4⋅2H2O(s)\text{CaSO}_4\cdot 2\text{H}_2\text{O}_{(s)}CaSO4​⋅2H2​O(s)​ , שמשמש לייצור
לוחות גבס לבנייה. בייצור הלוחות מחממים את הגבס כדי לסלק ממנו חלק מן המים:
CaSO4⋅2H2O(s)→CaSO4⋅12H2O(s)+32H2O(g)\text{CaSO}_4\cdot 2\text{H}_2\text{O}_{(s)} \rightarrow \text{CaSO}_4\cdot \frac{1}{2}\text{H}_2\text{O}_{(s)} + \frac{3}{2}\text{H}_2\text{O}_{(g)}CaSO4​⋅2H2​O(s)​→CaSO4​⋅21​H2​O(s)​+23​H2​O(g)​ . תהליך זה דורש השקעת אנרגייה.
כאשר מערבבים את האבקה המתקבלת עם מים, היא קולטת שוב מים ומתקשה, ובמהלך
ההתקשות התערובת מתחממת.
גופרית דו־חמצנית משמשת גם חומר גלם בתעשייה לייצור חומצה גופרתית. בשלב מרכזי
בייצור, הגופרית הדו־חמצנית מגיבה עם חמצן ונוצרת גופרית תלת־חמצנית. תגובה זו
משחררת חום, אך בלי זרז היא איטית מאוד. לכן מעבירים את תערובת הגזים על פני זרז
מוצק, ונדיום חמצני, V2O5(s)\text{V}_2\text{O}_{5(s)}V2​O5(s)​ , והתגובה מתרחשת במהירות.
בעשורים האחרונים פחתה מאוד תופעת הגשם החומצי באירופה ובצפון אמריקה, בזכות
מתקני הרחקת הגופרית ובזכות מעבר לדלקים דלי גופרית.

א.

האם התקשות האבקה המתקבלת מחימום הגבס, לאחר שמערבבים אותה עם מים, היא תהליך אנדותרמי? נמקו על פי הקטע.

ב.

מהו התוצר האפשרי בשרֵפת היסוד גופרית, S(s)\text{S}_{(s)}S(s)​ : גופרית דו־חמצנית, SO2\text{SO}_2SO2​ , מימן גופרי, H2S\text{H}_2\text{S}H2​S , או פחמן דו־גופרי, CS2\text{CS}_2CS2​ ? נמקו את בחירתכם.

ג.

נסחו ואזנו את התגובה המתרחשת במתקנים להרחקת גופרית מגזי הפליטה (שורות 16–19). רשמו את התוצר המוצק כ־ CaSO4(s)\text{CaSO}_{4(s)}CaSO4(s)​ .

ד.

קבעו את המחמצן ואת המחזר בתגובה שניסחתם בסעיף ג. נמקו את קביעתכם.

ה.

קבעו את סימנו של ΔH0\Delta\text{H}^0ΔH0 עבור התהליך המתרחש בעת חימום הגבס בייצור לוחות הגבס. נמקו על פי הקטע.

ו.

לפניכם שני גרפים: I ו־ II . בכל גרף מתוארת האנטלפייה (ציר אנכי, H) כפונקציה של התקדמות התגובה (ציר אופקי) עבור התגובה בין גופרית דו־חמצנית לחמצן ליצירת גופרית תלת־חמצנית. הקו הרציף מתאר את התגובה ללא זרז, והקו המקווקו – את התגובה עם זרז. R – מגיבים, P ו־ P' – תוצרים.
קבעו מהו הגרף שמתאר באופן נכון את השפעת הזרז ונדיום חמצני על התגובה. נמקו את קביעתכם.

ז.

יש לבחור אחד מן הסעיפים ז או ח.
במתקן להרחקת גופרית של תחנת כוח הורחק מגזי הפליטה 1 טון של גופרית דו־חמצנית, SO2(g)\text{SO}_{2(g)}SO2(g)​ , בתגובה שניסחתם בסעיף ג.
האם מסת הסידן הפחמתי, CaCO3(s)\text{CaCO}_{3(s)}CaCO3(s)​ , שהגיב בתהליך גדולה מ־ 1 טון או קטנה מ־ 1 טון?
פרטו את חישוביכם או נמקו באופן מילולי.
נתון: 1 טון =1×106=1\times 10^{6}=1×106 גרם

ח.

יש לבחור אחד מן הסעיפים ז או ח.
גופרית דו־חמצנית, SO2\text{SO}_{2}SO2​ , רותחת בטמפרטורה של −10∘C-10^{\circ}\text{C}−10∘C בלחץ אטמוספרי.
נתון: למולקולת SO2\text{SO}_{2}SO2​ מבנה זוויתי.
האם טמפרטורת הרתיחה של חמצן, O2\text{O}_2O2​ , באותם תנאים גבוהה מ־ −10∘C-10^{\circ}\text{C}−10∘C או נמוכה מ־ −10∘C-10^{\circ}\text{C}−10∘C ?
נמקו את תשובתכם. התייחסו לכוחות הפועלים בין המולקולות של כל אחד מן החומרים במצב צבירה נוזלי.

◂ פתרון מלא לשאלה 9

סעיף א

תשובה:

לא. זה תהליך אקסותרמי – לפי הקטע התערובת מתחממת בזמן ההתקשות.

לא – ההתקשות היא תהליך אקסותרמי.
לפי שורות 24–25 בקטע, כאשר מערבבים את האבקה עם מים "היא קולטת שוב מים ומתקשה, ובמהלך ההתקשות התערובת מתחממת". התחממות התערובת מראה שבתהליך משתחררת אנרגייה לסביבה (לתערובת עצמה ולכלי). בתהליך שבו משתחררת אנרגייה, האנטלפיה של התוצרים נמוכה מן האנטלפיה של המגיבים (ΔH<0\Delta H<0ΔH<0) – זהו תהליך אקסותרמי ולא אנדותרמי.

סעיף ב

תשובה:

גופרית דו־חמצנית, SO2\text{SO}_2SO2​.

התוצר הוא גופרית דו־חמצנית, SO2\text{SO}_2SO2​.
שרֵפה היא תגובה עם חמצן (לפי שורה 4, הגופרית "מגיבה עם החמצן שבאוויר"). המגיבים הם גופרית וחמצן, ולכן הם מכילים רק אטומי S ואטומי O. בתגובה כימית האטומים נשמרים – לא נוצרים אטומים של יסוד שלא היה במגיבים. לכן לא ייתכן שייווצר H2S\text{H}_2\text{S}H2​S (מכיל מימן) או CS2\text{CS}_2CS2​ (מכיל פחמן). התוצר האפשרי הוא SO2\text{SO}_2SO2​:
S(s)+O2(g)→SO2(g)\text{S}_{(s)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{SO}_{2(g)}S(s)​+O2(g)​→SO2(g)​

סעיף ג

תשובה:

2CaCO3(s)+2SO2(g)+O2(g)→2CaSO4(s)+2CO2(g)2\text{CaCO}_{3(s)} + 2\text{SO}_{2(g)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{CaSO}_{4(s)} + 2\text{CO}_{2(g)}2CaCO3(s)​+2SO2(g)​+O2(g)​→2CaSO4(s)​+2CO2(g)​

לפי שורות 18–19: גופרית דו־חמצנית, SO2(g)\text{SO}_{2(g)}SO2(g)​, מגיבה עם סידן פחמתי, CaCO3(s)\text{CaCO}_{3(s)}CaCO3(s)​, ועם חמצן, O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​, ונוצרים סידן גופרתי, CaSO4(s)\text{CaSO}_{4(s)}CaSO4(s)​, ופחמן דו־חמצני, CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​.
2CaCO3(s)+2SO2(g)+O2(g)→2CaSO4(s)+2CO2(g)2\text{CaCO}_{3(s)} + 2\text{SO}_{2(g)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{CaSO}_{4(s)} + 2\text{CO}_{2(g)}2CaCO3(s)​+2SO2(g)​+O2(g)​→2CaSO4(s)​+2CO2(g)​
בדיקת איזון: Ca: 2 = 2; C: 2 = 2; S: 2 = 2; O: 2⋅3+2⋅2+2=122\cdot 3+2\cdot 2+2=122⋅3+2⋅2+2=12 = 2⋅4+2⋅2=122\cdot 4+2\cdot 2=122⋅4+2⋅2=12.
(אפשר גם לנסח עם מקדמים חצאיים: CaCO3(s)+SO2(g)+12O2(g)→CaSO4(s)+CO2(g)\text{CaCO}_{3(s)} + \text{SO}_{2(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{CaSO}_{4(s)} + \text{CO}_{2(g)}CaCO3(s)​+SO2(g)​+21​O2(g)​→CaSO4(s)​+CO2(g)​.)

סעיף ד

תשובה:

המחזר: SO2\text{SO}_2SO2​; המחמצן: O2\text{O}_2O2​.

נקבע את דרגות החמצון:
•גופרית: ב־ SO2\text{SO}_2SO2​ דרגת החמצון היא +4+4+4 (כל O הוא −2-2−2). ב־ CaSO4\text{CaSO}_4CaSO4​ (Ca הוא +2+2+2, כל O הוא −2-2−2): +2+x+4⋅(−2)=0+2+x+4\cdot(-2)=0+2+x+4⋅(−2)=0, ולכן x=+6x=+6x=+6. דרגת החמצון של הגופרית עלתה מ־ +4+4+4 ל־ +6+6+6 – הגופרית מסרה אלקטרונים, כלומר עברה חמצון.
•חמצן: ב־ O2\text{O}_2O2​ (יסוד) דרגת החמצון היא 0, ובתוצרים היא −2-2−2. דרגת החמצון ירדה – החמצן קלט אלקטרונים, כלומר עבר חיזור.
•דרגות החמצון של Ca (+2+2+2), של C (+4+4+4 ב־ CaCO3\text{CaCO}_3CaCO3​ וב־ CO2\text{CO}_2CO2​) ושל החמצן שב־ CaCO3\text{CaCO}_3CaCO3​ וב־ SO2\text{SO}_2SO2​ (−2-2−2) אינן משתנות.
המחזר הוא SO2(g)\text{SO}_{2(g)}SO2(g)​ – החומר שמוסר אלקטרונים (מכיל את הגופרית שדרגת חמצונה עלתה).
המחמצן הוא O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ – החומר שקולט אלקטרונים (דרגת החמצון של אטומיו ירדה מ־ 0 ל־ −2-2−2).

סעיף ה

תשובה:

ΔH0>0\Delta H^0>0ΔH0>0 (חיובי) – התהליך אנדותרמי.

ΔH0\Delta H^0ΔH0 חיובי.
לפי שורות 22–23, בייצור לוחות הגבס מחממים את הגבס כדי לסלק ממנו חלק מן המים: CaSO4⋅2H2O(s)→CaSO4⋅12H2O(s)+32H2O(g)\text{CaSO}_4\cdot 2\text{H}_2\text{O}_{(s)} \rightarrow \text{CaSO}_4\cdot \frac{1}{2}\text{H}_2\text{O}_{(s)} + \frac{3}{2}\text{H}_2\text{O}_{(g)}CaSO4​⋅2H2​O(s)​→CaSO4​⋅21​H2​O(s)​+23​H2​O(g)​, ו"תהליך זה דורש השקעת אנרגייה". תהליך שבו המערכת קולטת אנרגייה מן הסביבה הוא תהליך אנדותרמי: אנטלפיית התוצרים גבוהה מאנטלפיית המגיבים, ולכן ΔH0>0\Delta H^0>0ΔH0>0.
(זהו התהליך ההפוך, בקירוב, להתקשות האבקה עם מים – שלפי שורות 24–25 משחררת חום.)

סעיף ו

תשובה:

גרף II – הזרז מוריד את אנרגיית השפעול ואינו משנה את אנטלפיית התוצרים ואת ΔH0\Delta H^0ΔH0.

גרף II נכון.
לפי שורות 27–29, בלי זרז התגובה "איטית מאוד", ועל פני הזרז המוצק V2O5\text{V}_2\text{O}_5V2​O5​ "התגובה מתרחשת במהירות". זרז מאפשר מסלול תגובה חלופי שבו אנרגיית השפעול נמוכה יותר, ולכן התגובה מהירה יותר. הזרז אינו משנה את המגיבים ואת התוצרים, ולכן אינו משנה את האנטלפיה שלהם ואת ΔH0\Delta H^0ΔH0 של התגובה.
•בגרף II – לשני המסלולים אותה רמת אנטלפיה של מגיבים (R) ושל תוצרים (P), והמסלול עם זרז (מקווקו) עובר דרך שיא נמוך יותר – נכון.
•בגרף I – המסלול עם הזרז מסתיים ברמת אנטלפיה אחרת של תוצרים (P'), כלומר הזרז משנה כביכול את ΔH0\Delta H^0ΔH0 – וזה שגוי.
(בשני הגרפים התגובה אקסותרמית, בהתאם לשורות 27–28: "תגובה זו משחררת חום".)

סעיף ז

תשובה:

גדולה מ־ 1 טון: הגיבו כ־ 1.561.561.56 טון CaCO3\text{CaCO}_3CaCO3​.

גדולה מ־ 1 טון.
לפי הניסוח מסעיף ג: 2CaCO3(s)+2SO2(g)+O2(g)→2CaSO4(s)+2CO2(g)2\text{CaCO}_{3(s)} + 2\text{SO}_{2(g)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{CaSO}_{4(s)} + 2\text{CO}_{2(g)}2CaCO3(s)​+2SO2(g)​+O2(g)​→2CaSO4(s)​+2CO2(g)​ – יחס המולים CaCO3:SO2=2:2=1:1\text{CaCO}_3 : \text{SO}_2 = 2:2 = 1:1CaCO3​:SO2​=2:2=1:1.
חישוב:
Mw SO2=32.1+2⋅16.0=64.1 grmolM_{w\,\text{SO}_2}=32.1+2\cdot 16.0=64.1\ \frac{\text{gr}}{\text{mol}}MwSO2​​=32.1+2⋅16.0=64.1 molgr​ , Mw CaCO3=40.1+12.0+3⋅16.0=100.1 grmolM_{w\,\text{CaCO}_3}=40.1+12.0+3\cdot 16.0=100.1\ \frac{\text{gr}}{\text{mol}}MwCaCO3​​=40.1+12.0+3⋅16.0=100.1 molgr​
nSO2=mMw=1×106 gr64.1 grmol=1.56×104 moln_{\text{SO}_2}=\frac{m}{M_w}=\frac{1\times 10^{6}\ \text{gr}}{64.1\ \frac{\text{gr}}{\text{mol}}}=1.56\times 10^{4}\ \text{mol}nSO2​​=Mw​m​=64.1 molgr​1×106 gr​=1.56×104 mol
nCaCO3=nSO2=1.56×104 moln_{\text{CaCO}_3}=n_{\text{SO}_2}=1.56\times 10^{4}\ \text{mol}nCaCO3​​=nSO2​​=1.56×104 mol
mCaCO3=n⋅Mw=1.56×104 mol⋅100.1 grmol=1.56×106 gr=1.56 טוןm_{\text{CaCO}_3}=n\cdot M_w=1.56\times 10^{4}\ \text{mol}\cdot 100.1\ \frac{\text{gr}}{\text{mol}}=1.56\times 10^{6}\ \text{gr}=1.56\ \text{טון}mCaCO3​​=n⋅Mw​=1.56×104 mol⋅100.1 molgr​=1.56×106 gr=1.56 טון
נימוק מילולי: לכל מולקולת SO2\text{SO}_2SO2​ שמורחקת מגיבה יחידת CaCO3\text{CaCO}_3CaCO3​ אחת (מספר המולים שווה), אבל המסה המולרית של CaCO3\text{CaCO}_3CaCO3​ (100.1 grmol100.1\ \frac{\text{gr}}{\text{mol}}100.1 molgr​) גדולה מזו של SO2\text{SO}_2SO2​ (64.1 grmol64.1\ \frac{\text{gr}}{\text{mol}}64.1 molgr​). לכן מסת הסידן הפחמתי שהגיב גדולה ממסת הגופרית הדו־חמצנית, כלומר גדולה מ־ 1 טון.

סעיף ח

תשובה:

נמוכה מ־ −10∘C-10^{\circ}\text{C}−10∘C – בין מולקולות O2\text{O}_2O2​ (לא קוטביות, ענן אלקטרונים קטן) פועלות אינטראקציות ואן דר ואלס חלשות יותר מאלה שבין מולקולות SO2\text{SO}_2SO2​.

טמפרטורת הרתיחה של חמצן נמוכה מ־ −10∘C-10^{\circ}\text{C}−10∘C (בפועל כ־ −183∘C-183^{\circ}\text{C}−183∘C).
•שני החומרים מולקולריים, ובין המולקולות שלהם פועלות אינטראקציות ואן דר ואלס (אין בהם אטומי H, ולכן אין קשרי מימן).
•מולקולת O2\text{O}_2O2​ בנויה משני אטומים זהים – הקשר לא קוטבי והמולקולה לא קוטבית. מולקולת SO2\text{SO}_2SO2​ קוטבית: הקשרים S–O קוטביים (אלקטרושליליות 2.52.52.5 לעומת 3.53.53.5) והמבנה הגאומטרי שלה זוויתי (נתון), ולכן מרכזי המטען החיובי והשלילי אינם מתלכדים.
•במולקולת O2\text{O}_2O2​ יש 2⋅8=162\cdot 8=162⋅8=16 אלקטרונים, ובמולקולת SO2\text{SO}_2SO2​ יש 16+2⋅8=3216+2\cdot 8=3216+2⋅8=32 אלקטרונים – ענן האלקטרונים של SO2\text{SO}_2SO2​ גדול יותר.
•שני הגורמים – גודל ענן האלקטרונים וקוטביות המולקולה – גורמים לכך שאינטראקציות ואן דר ואלס בין מולקולות SO2\text{SO}_2SO2​ חזקות יותר מאלה שבין מולקולות O2\text{O}_2O2​.
•כדי להרתיח נוזל יש להשקיע אנרגייה כדי להתגבר על הכוחות שבין המולקולות; ככל שהכוחות חלשים יותר, נדרשת פחות אנרגייה וטמפרטורת הרתיחה נמוכה יותר. לכן טמפרטורת הרתיחה של O2\text{O}_2O2​ נמוכה מזו של SO2\text{SO}_2SO2​.

פרק שני

שאלה 10 · חומרים המכילים פחמן – סוגי חומרים, מבנה האטום וגזים

שאלה פתוחה25 נקודות

מבנה האטום, מבנה וקישור
לפניכם נוסחאות של חמישה חומרים, שבכל אחד מהם יש אטומי פחמן.
מצבי הצבירה של החומרים אינם נתונים ולכן מסומן (?) ליד כל אחד מהם.
I. יהלום, C(?)\text{C}_{(?)}C(?)​
II. CO(?)\text{CO}_{(?)}CO(?)​
III. K2CO3(?)\text{K}_2\text{CO}_{3(?)}K2​CO3(?)​
IV. CH4(?)\text{CH}_{4(?)}CH4(?)​
V. CaCO3(?)\text{CaCO}_{3(?)}CaCO3(?)​

א.

(1)

רשמו עבור כל אחד מן החומרים את סוג החומר: אטומרי, יוני או מולקולרי.

(2)

בטמפרטורת החדר שניים מן החומרים הנתונים הם במצב צבירה גז ושאר החומרים במצב צבירה מוצק.
קבעו אילו מן החומרים הנתונים הם במצב צבירה מוצק בטמפרטורת החדר. נמקו את קביעותיכם.
בנימוקים התייחסו לסוג הקשרים בין החלקיקים בכל חומר.

(3)

רשמו את נוסחאות כל החומרים, כולל מצב הצבירה.

ב.

החומר CO(?)\text{CO}_{(?)}CO(?)​ נוצר בשריפה לא מלאה של דלקים, למשל כאשר גז מתאן, CH4(?)\text{CH}_{4(?)}CH4(?)​ , נשרף בתנור או בדוד שאין בו די אוויר. בתגובה נוצרים CO(?)\text{CO}_{(?)}CO(?)​ ואדי מים, H2O(g)\text{H}_2\text{O}_{(g)}H2​O(g)​ .

(1)

נסחו ואזנו את תגובת השריפה הלא מלאה של CH4(?)\text{CH}_{4(?)}CH4(?)​ בחמצן, שבה נוצרים CO(?)\text{CO}_{(?)}CO(?)​ ואדי מים. הקפידו לרשום מצבי צבירה.

(2)

קבעו עבור כל אחד מן החומרים המשתתפים בתגובה אם הוא יסוד או תרכובת, ואם יש בו אטומי פחמן.

ג.

החומר K2CO3(?)\text{K}_2\text{CO}_{3(?)}K2​CO3(?)​ משמש בתעשיית הזכוכית ובייצור סבון.

(1)

רשמו בשפת הכימאים את הסימול של החלקיקים המרכיבים את החומר K2CO3(?)\text{K}_2\text{CO}_{3(?)}K2​CO3(?)​ .

(2)

מספר המסה של אחד מן האיזוטופים של אשלגן, K , הוא 41 .
כמה פרוטונים, כמה נייטרונים וכמה אלקטרונים יש בחלקיק אשלגן 41 בחומר K2CO3(?)\text{K}_2\text{CO}_{3(?)}K2​CO3(?)​ ?

ד.

בחימום חזק מתפרק CaCO3(s)\text{CaCO}_{3(s)}CaCO3(s)​ (אבן גיר) לסידן חמצני, CaO(s)\text{CaO}_{(s)}CaO(s)​ , ולפחמן דו־חמצני, CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ :
CaCO3(s)→CaO(s)+CO2(g)\text{CaCO}_{3(s)} \rightarrow \text{CaO}_{(s)} + \text{CO}_{2(g)}CaCO3(s)​→CaO(s)​+CO2(g)​
החומר CaO(s)\text{CaO}_{(s)}CaO(s)​ הוא חומר יוני, המשמש בייצור מלט.

(1)

רשמו את נוסחאות ייצוג האלקטרונים של החלקיקים המרכיבים את החומר CaO(s)\text{CaO}_{(s)}CaO(s)​ .

(2)

רשמו את היערכות האלקטרונים של כל אחד מן החלקיקים שרשמתם בתת־סעיף ד(1).

ה.

בכבשן לייצור סיד מפרקים CaCO3(s)\text{CaCO}_{3(s)}CaCO3(s)​ בחימום, על פי הניסוח שבסעיף ד.
בכבשן הטמפרטורה היא 850 ∘C850\ ^\circ\text{C}850 ∘C והלחץ הוא 750 mmHg750\ \text{mmHg}750 mmHg .
מהו נפח הפחמן הדו־חמצני שנוצר כאשר מתפרקים 150 גרם CaCO3(s)\text{CaCO}_{3(s)}CaCO3(s)​ בתנאים אלה? 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​ ; 1 atm=760 mmHg1\ \text{atm}=760\ \text{mmHg}1 atm=760 mmHg

◂ פתרון מלא לשאלה 10

סעיף א

(1)

תשובה:

I יהלום – אטומרי; II CO – מולקולרי; III K2CO3\text{K}_2\text{CO}_3K2​CO3​ – יוני; IV CH4\text{CH}_4CH4​ – מולקולרי; V CaCO3\text{CaCO}_3CaCO3​ – יוני.

- I. יהלום, C – חומר אטומרי: כל אטום פחמן קשור בקשרים קוולנטיים לארבעה אטומי פחמן שכנים, ברשת תלת־ממדית ענקית ללא מולקולות נפרדות.
- II. CO – חומר מולקולרי: תרכובת של שתי אל־מתכות (C ו־O), בנויה ממולקולות נפרדות.
- III. K2CO3\text{K}_2\text{CO}_3K2​CO3​ – חומר יוני: תרכובת של מתכת (K) עם אל־מתכות; בנוי מיוני K+\text{K}^{+}K+ ומיונים רב־אטומיים CO32−\text{CO}_3^{2-}CO32−​.
- IV. CH4\text{CH}_4CH4​ – חומר מולקולרי: תרכובת של אל־מתכות, בנויה ממולקולות נפרדות.
- V. CaCO3\text{CaCO}_3CaCO3​ – חומר יוני: בנוי מיוני Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+ ומיוני CO32−\text{CO}_3^{2-}CO32−​.
טעות נפוצה: לקבוע ש־K2CO3\text{K}_2\text{CO}_3K2​CO3​ מולקולרי משום שהיון CO32−\text{CO}_3^{2-}CO32−​ בנוי מאטומים הקשורים בקשרים קוולנטיים – החומר כולו בנוי מיונים, ולכן הוא יוני.

(2)

תשובה:

מוצקים: יהלום, K2CO3\text{K}_2\text{CO}_3K2​CO3​, CaCO3\text{CaCO}_3CaCO3​ (קשרים קוולנטיים / יוניים חזקים בכל הסריג); CO ו־CH4\text{CH}_4CH4​ גזים (כוחות בין־מולקולריים חלשים).

החומרים המוצקים: יהלום, K2CO3\text{K}_2\text{CO}_3K2​CO3​, CaCO3\text{CaCO}_3CaCO3​.
- יהלום (אטומרי): בין אטומי הפחמן פועלים קשרים קוולנטיים חזקים לאורך כל הסריג. כדי להתיך את החומר יש לפרק קשרים קוולנטיים רבים, ולכן טמפרטורת ההיתוך גבוהה מאוד – מוצק.
- K2CO3\text{K}_2\text{CO}_3K2​CO3​ ו־CaCO3\text{CaCO}_3CaCO3​ (יוניים): בין היונים החיוביים לשליליים פועלים קשרים יוניים – משיכה חשמלית חזקה בין יונים בעלי מטענים מנוגדים בכל כיווני הסריג. דרושה אנרגיה רבה כדי להרחיק את היונים זה מזה, ולכן החומרים מוצקים בטמפרטורת החדר.
- CO ו־CH4\text{CH}_4CH4​ (מולקולריים): הקשרים הקוולנטיים נמצאים רק בתוך המולקולות; בין המולקולות פועלים כוחות בין־מולקולריים חלשים (ואן דר ואלס, ובין מולקולות CO גם משיכה דו־קוטב–דו־קוטב חלשה). נדרשת אנרגיה מעטה כדי להרחיק את המולקולות זו מזו, ולכן בטמפרטורת החדר הם גזים.

(3)

תשובה:

C(s)\text{C}_{(s)}C(s)​, CO(g)\text{CO}_{(g)}CO(g)​, K2CO3(s)\text{K}_2\text{CO}_{3(s)}K2​CO3(s)​, CH4(g)\text{CH}_{4(g)}CH4(g)​, CaCO3(s)\text{CaCO}_{3(s)}CaCO3(s)​

I. C(s)\text{C}_{(s)}C(s)​  II. CO(g)\text{CO}_{(g)}CO(g)​  III. K2CO3(s)\text{K}_2\text{CO}_{3(s)}K2​CO3(s)​  IV. CH4(g)\text{CH}_{4(g)}CH4(g)​  V. CaCO3(s)\text{CaCO}_{3(s)}CaCO3(s)​ (לפי הקביעות בתת־סעיף א(2)).

סעיף ב

(1)

תשובה:

2CH4(g)+3O2(g)→2CO(g)+4H2O(g)2\text{CH}_{4(g)} + 3\text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{CO}_{(g)} + 4\text{H}_2\text{O}_{(g)}2CH4(g)​+3O2(g)​→2CO(g)​+4H2​O(g)​

2CH4(g)+3O2(g)→2CO(g)+4H2O(g)2\text{CH}_{4(g)} + 3\text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{CO}_{(g)} + 4\text{H}_2\text{O}_{(g)}2CH4(g)​+3O2(g)​→2CO(g)​+4H2​O(g)​
איזון: C: 2 = 2; H: 2⋅4=82\cdot4=82⋅4=8 באגף שמאל, 4⋅2=84\cdot2=84⋅2=8 באגף ימין; O: 3⋅2=63\cdot2=63⋅2=6 באגף שמאל, 2⋅1+4⋅1=62\cdot1+4\cdot1=62⋅1+4⋅1=6 באגף ימין.
מצבי צבירה: מתאן ו־CO – גזים (סעיף א); חמצן מן האוויר – גז; המים נוצרים כאדים.

(2)

תשובה:

O2\text{O}_2O2​ – יסוד, ללא פחמן; CH4\text{CH}_4CH4​ ו־CO – תרכובות המכילות פחמן; H2O\text{H}_2\text{O}H2​O – תרכובת ללא פחמן.

יסוד הוא חומר הבנוי מסוג אחד של אטומים; תרכובת בנויה משני סוגי אטומים או יותר.
- CH4\text{CH}_4CH4​ – תרכובת (C ו־H), מכילה פחמן.
- O2\text{O}_2O2​ – יסוד (רק אטומי חמצן), אינו מכיל פחמן.
•CO – תרכובת (C ו־O), מכילה פחמן.
- H2O\text{H}_2\text{O}H2​O – תרכובת (H ו־O), אינה מכילה פחמן.

סעיף ג

(1)

תשובה:

K+\text{K}^{+}K+ ו־CO32−\text{CO}_3^{2-}CO32−​

החומר יוני. אשלגן נמצא בטור 1 (אלקטרון ערכיות אחד) ומוסר אותו – יון K+\text{K}^{+}K+. היון השלילי הוא היון הרב־אטומי פחמה, CO32−\text{CO}_3^{2-}CO32−​. היחס 2:1 מנטרל את המטען: 2⋅(+1)+(−2)=02\cdot(+1)+(-2)=02⋅(+1)+(−2)=0.

(2)

תשובה:

19 פרוטונים, 22 נייטרונים, 18 אלקטרונים.

החלקיק בחומר הוא היון 41K+^{41}\text{K}^{+}41K+.
- פרוטונים: המספר האטומי של K (מהטבלה המחזורית) הוא 19 → 19 פרוטונים.
- נייטרונים: מספר מסה − מספר פרוטונים =41−19==41-19==41−19= 22 נייטרונים.
- אלקטרונים: לאטום נייטרלי 19 אלקטרונים; היון K+\text{K}^{+}K+ מסר אלקטרון אחד → 19−1=19-1=19−1= 18 אלקטרונים.
טעות נפוצה: לרשום 19 אלקטרונים – ולשכוח שבחומר היוני אשלגן נמצא כיון חיובי.

סעיף ד

(1)

תשובה:

[Ca]2+[\text{Ca}]^{2+}[Ca]2+ ו־[O]2−[\text{O}]^{2-}[O]2− עם שמונה אלקטרונים (ארבעה זוגות) סביב O.

החומר בנוי מיוני Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+ ויוני O2−\text{O}^{2-}O2−:
- יון סידן: אטום Ca (טור 2) מסר את שני אלקטרוני הערכיות שלו, ולכן ברמה החיצונית לא נותרו אלקטרונים לסמן: [Ca]2+[\text{Ca}]^{2+}[Ca]2+ (סמל היסוד בתוך סוגריים מרובעים, ללא נקודות, והמטען מחוץ לסוגריים).
- יון תחמוצת: לאטום O שישה אלקטרוני ערכיות, והוא קיבל שניים – סביב הסמל O מסמנים שמונה אלקטרונים בארבעה זוגות, בתוך סוגריים מרובעים, והמטען 2−2-2− מחוץ לסוגריים: [ : ⁣O..¨ ⁣: ]2−[\,:\!\ddot{\underset{..}{\text{O}}}\!:\,]^{2-}[:..O​¨​:]2−.

(2)

תשובה:

Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+: 2,8,8; O2−\text{O}^{2-}O2−: 2,8

- Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+: לאטום Ca (מספר אטומי 20) היערכות 2,8,8,2; היון מסר 2 אלקטרונים → 18 אלקטרונים: 2,8,8 (כמו הגז האציל ארגון).
- O2−\text{O}^{2-}O2−: לאטום O (מספר אטומי 8) היערכות 2,6; היון קיבל 2 אלקטרונים → 10 אלקטרונים: 2,8 (כמו הגז האציל ניאון).

סעיף ה

תשובה:

VCO2≈140 LV_{\text{CO}_2}\approx 140\ \text{L}VCO2​​≈140 L (139.8 ליטר)

מספר המולים של CaCO3\text{CaCO}_3CaCO3​:
MCaCO3=40.1+12.0+3⋅16.0=100.1 gmolM_{\text{CaCO}_3}=40.1+12.0+3\cdot16.0=100.1\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}MCaCO3​​=40.1+12.0+3⋅16.0=100.1 molg​
nCaCO3=mM=150 g100.1 gmol=1.50 moln_{\text{CaCO}_3}=\frac{m}{M}=\frac{150\ \text{g}}{100.1\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}}=1.50\ \text{mol}nCaCO3​​=Mm​=100.1 molg​150 g​=1.50 mol
יחס מולים CaCO3:CO2=1:1\text{CaCO}_3:\text{CO}_2=1:1CaCO3​:CO2​=1:1 → nCO2=1.50 moln_{\text{CO}_2}=1.50\ \text{mol}nCO2​​=1.50 mol
המרת יחידות:
T=850 ∘C+273=1123 KP=750 mmHg760 mmHgatm=0.987 atmT=850\ ^\circ\text{C}+273=1123\ \text{K}\qquad P=\frac{750\ \text{mmHg}}{760\ \frac{\text{mmHg}}{\text{atm}}}=0.987\ \text{atm}T=850 ∘C+273=1123 KP=760 atmmmHg​750 mmHg​=0.987 atm
הנפח לפי PV=nRTPV=nRTPV=nRT:
V=nRTP=1.50 mol⋅0.082 atm⋅Lmol⋅K⋅1123 K0.987 atm=139.8 L≈140 LV=\frac{nRT}{P}=\frac{1.50\ \text{mol}\cdot0.082\ \frac{\text{atm}\cdot\text{L}}{\text{mol}\cdot\text{K}}\cdot1123\ \text{K}}{0.987\ \text{atm}}=139.8\ \text{L}\approx140\ \text{L}V=PnRT​=0.987 atm1.50 mol⋅0.082 mol⋅Katm⋅L​⋅1123 K​=139.8 L≈140 L
תשובה: נפח הפחמן הדו־חמצני הוא כ־140 L140\ \text{L}140 L.
טעות נפוצה: להציב את הלחץ ב־mmHg (750) ישירות בנוסחה, כשהקבוע R נתון ביחידות של atm – או להציב טמפרטורה במעלות צלזיוס.

שאלה 11 · צורן דו-חמצני: קוורץ וזכוכית

שאלה פתוחה25 נקודות

מבנה וקישור ואנרגיה
צורן דו-חמצני, SiO2(s)\text{SiO}_{2(s)}SiO2(s)​ , נמצא בטבע בעיקר כגבישי קוורץ (חול, למשל, מכיל בעיקר קוורץ). מ-SiO2\text{SiO}_{2}SiO2​ מייצרים גם זכוכית סיליקה, שבה החומר אינו גבישי. בשאלה נסמן את שתי הצורות כך: קוורץ – SiO2(quartz)\text{SiO}_{2(\text{quartz})}SiO2(quartz)​ , זכוכית סיליקה – SiO2(glass)\text{SiO}_{2(\text{glass})}SiO2(glass)​ .

א.

(i)

טמפרטורת ההיתוך של SiO2(s)\text{SiO}_{2(s)}SiO2(s)​ היא כ-1700oC1700^{o}\text{C}1700oC .
הסבר מדוע טמפרטורת ההיתוך של SiO2(s)\text{SiO}_{2(s)}SiO2(s)​ גבוהה מאוד. בתשובתך התייחס למבנה החומר ולסוג הקשרים בו.

(ii)

הסבר מדוע קוורץ, SiO2(quartz)\text{SiO}_{2(\text{quartz})}SiO2(quartz)​ , אינו מוליך חשמל. בתשובתך התייחס למבנה החומר.

ב.

מימן פלואורי גזי, HF(g)\text{HF}_{(g)}HF(g)​ , מגיב עם צורן דו-חמצני (משתמשים בו, למשל, לחריטה על זכוכית). בתגובה של כל אחת משתי הצורות של SiO2\text{SiO}_2SiO2​ מתקבלים אותם תוצרים.
לפניך ניסוחי התגובות:
(1)SiO2(quartz)+4HF(g)→SiF4(g)+2H2O(g)ΔH(1)o=−94.7 kJ(1)\quad \text{SiO}_{2(\text{quartz})} + 4\text{HF}_{(g)} \rightarrow \text{SiF}_{4(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(g)} \qquad \Delta H^{o}_{(1)} = -94.7\ \text{kJ}(1)SiO2(quartz)​+4HF(g)​→SiF4(g)​+2H2​O(g)​ΔH(1)o​=−94.7 kJ
(2)SiO2(glass)+4HF(g)→SiF4(g)+2H2O(g)ΔH(2)o=−101.9 kJ(2)\quad \text{SiO}_{2(\text{glass})} + 4\text{HF}_{(g)} \rightarrow \text{SiF}_{4(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(g)} \qquad \Delta H^{o}_{(2)} = -101.9\ \text{kJ}(2)SiO2(glass)​+4HF(g)​→SiF4(g)​+2H2​O(g)​ΔH(2)o​=−101.9 kJ
בגרף שלפניך מוצגת האנתלפיה של המגיבים בתגובה (1).

(i)

העתק למחברתך את הגרף והצג בו באופן סכמתי:
•את האנתלפיה של התוצרים בתגובות (1) ו- (2).
•את האנתלפיה של המגיבים בתגובה (2).

(ii)

בגרף שהעתקת למחברתך, סמן בחצים את ΔH(1)o\Delta H^{o}_{(1)}ΔH(1)o​ ואת ΔH(2)o\Delta H^{o}_{(2)}ΔH(2)o​ .

ג.

לפניך ניסוח התהליך של הפיכת קוורץ לזכוכית סיליקה:
(3)SiO2(quartz)→SiO2(glass)ΔH(3)o(3)\quad \text{SiO}_{2(\text{quartz})} \rightarrow \text{SiO}_{2(\text{glass})} \qquad \Delta H^{o}_{(3)}(3)SiO2(quartz)​→SiO2(glass)​ΔH(3)o​

(i)

בגרף שהעתקת למחברתך, סמן בחץ את ΔH(3)o\Delta H^{o}_{(3)}ΔH(3)o​ .

(ii)

חשב את הערך של ΔH(3)o\Delta H^{o}_{(3)}ΔH(3)o​. פרט את חישוביך.

ד.

צורן טטרה-כלורי, SiCl4\text{SiCl}_{4}SiCl4​ , הוא חומר גלם לייצור צורן דו-חמצני טהור מאוד (למשל לסיבים אופטיים). אדי SiCl4(g)\text{SiCl}_{4(g)}SiCl4(g)​ יכולים להגיב עם אדי מים או עם חמצן:
(4)SiCl4(g)+2H2O(g)→SiO2(s)+4HCl(g)(4)\quad \text{SiCl}_{4(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(g)} \rightarrow \text{SiO}_{2(s)} + 4\text{HCl}_{(g)}(4)SiCl4(g)​+2H2​O(g)​→SiO2(s)​+4HCl(g)​
(5)SiCl4(g)+O2(g)→SiO2(s)+2Cl2(g)(5)\quad \text{SiCl}_{4(g)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{SiO}_{2(s)} + 2\text{Cl}_{2(g)}(5)SiCl4(g)​+O2(g)​→SiO2(s)​+2Cl2(g)​
בגרפים שלפניך מוצגת באופן סכמתי השתנות האנתלפיה במהלך תגובה (4) (גרף I) ובמהלך תגובה (5) (גרף II).
כאשר אדי SiCl4\text{SiCl}_{4}SiCl4​ משתחררים לאוויר לח בטמפרטורת החדר, נוצר מהר SiO2(s)\text{SiO}_{2(s)}SiO2(s)​ , והוא נוצר בתגובה (4) בלבד. תגובה (5) מתרחשת רק בטמפרטורות גבוהות מאוד.

(i)

הסבר מדוע בטמפרטורת החדר SiO2(s)\text{SiO}_{2(s)}SiO2(s)​ נוצר בתגובה (4) ולא בתגובה (5). היעזר בגרפים.

(ii)

קבע אם תגובה (4) היא אנדותרמית או אקסותרמית. נמק.

◂ פתרון מלא לשאלה 11

סעיף א

(i)

תשובה:

SiO2\text{SiO}_2SiO2​ הוא סריג אטומי (קוולנטי) – בהיתוך יש לשבור קשרים קוולנטיים חזקים רבים, ולכך דרושה אנרגיה רבה מאוד.

SiO2(s)\text{SiO}_{2(s)}SiO2(s)​ הוא סריג אטומי (קוולנטי) תלת-ממדי ענק: כל אטום צורן קשור בקשרים קוולנטיים ל-4 אטומי חמצן, וכל אטום חמצן קשור ל-2 אטומי צורן. אין בחומר מולקולות נפרדות – כל הגביש הוא רשת אחת של קשרים קוולנטיים.
כדי להתיך את החומר יש לשבור חלק ניכר מן הקשרים הקוולנטיים בין האטומים. קשרים קוולנטיים חזקים מאוד (חזקים בהרבה מקשרים בין מולקולות), ובסריג יש מספר עצום שלהם – לכן נדרשת אנרגיה רבה מאוד, וטמפרטורת ההיתוך גבוהה מאוד.
טעות נפוצה: לייחס את טמפרטורת ההיתוך הגבוהה לכוחות בין מולקולות של SiO2\text{SiO}_2SiO2​ – אין ב-SiO2(s)\text{SiO}_{2(s)}SiO2(s)​ מולקולות.

(ii)

תשובה:

אין בו חלקיקים טעונים חופשיים לנוע: כל אלקטרוני הערכיות בקשרים קוולנטיים מקומיים, ואין יונים.

קוורץ אינו מוליך חשמל כי אין בו חלקיקים טעונים חופשיים לנוע.
בסריג האטומי של קוורץ כל אלקטרוני הערכיות של אטומי Si ו-O מעורבים בקשרים קוולנטיים או נמצאים בזוגות לא קושרים, והם מקומיים – שייכים לאטום מסוים או לקשר מסוים בין שני אטומים. אין בסריג אלקטרונים חופשיים (כמו במתכת או בגרפיט), וגם אין בו יונים. לכן כשמפעילים מתח חשמלי אין חלקיקים טעונים שיכולים לנוע ולהעביר זרם.

סעיף ב

(i)

תשובה:

קו אחד של התוצרים SiF4(g)+2H2O(g)\text{SiF}_{4(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(g)}SiF4(g)​+2H2​O(g)​ מתחת לרמת המגיבים של (1); קו SiO2(glass)+4HF(g)\text{SiO}_{2(\text{glass})} + 4\text{HF}_{(g)}SiO2(glass)​+4HF(g)​ מעט מעל רמת המגיבים של (1).

- התוצרים – זהים בשתי התגובות, ולכן קו אחד. שתי התגובות אקסותרמיות (ΔH<0\Delta H < 0ΔH<0), ולכן הקו נמצא מתחת לרמת המגיבים: 94.7 kJ94.7\ \text{kJ}94.7 kJ מתחת לרמת SiO2(quartz)+4HF(g)\text{SiO}_{2(\text{quartz})} + 4\text{HF}_{(g)}SiO2(quartz)​+4HF(g)​.
- המגיבים בתגובה (2) – בתגובה (2) נפלטת יותר אנרגיה (101.9 kJ101.9\ \text{kJ}101.9 kJ) מאשר בתגובה (1) (94.7 kJ94.7\ \text{kJ}94.7 kJ), והתוצרים זהים. לכן רמת המגיבים בתגובה (2) גבוהה מרמת המגיבים בתגובה (1), בהפרש:
101.9 kJ−94.7 kJ=7.2 kJ101.9\ \text{kJ} - 94.7\ \text{kJ} = 7.2\ \text{kJ}101.9 kJ−94.7 kJ=7.2 kJ
(התרשים סכמתי – ההפרש של 7.2 kJ7.2\ \text{kJ}7.2 kJ מוגדל כדי שיהיה נראה.)

(ii)

תשובה:

שני חצים כלפי מטה: מרמת המגיבים של כל תגובה לרמת התוצרים המשותפת.

ΔH=Hתוצרים−Hמגיבים\Delta H = H_{\text{תוצרים}} - H_{\text{מגיבים}}ΔH=Hתוצרים​−Hמגיבים​, ולכן כל חץ מתחיל ברמת המגיבים ומסתיים ברמת התוצרים:
- ΔH(1)o=−94.7 kJ\Delta H^{o}_{(1)} = -94.7\ \text{kJ}ΔH(1)o​=−94.7 kJ: חץ כלפי מטה מהקו SiO2(quartz)+4HF(g)\text{SiO}_{2(\text{quartz})} + 4\text{HF}_{(g)}SiO2(quartz)​+4HF(g)​ אל הקו SiF4(g)+2H2O(g)\text{SiF}_{4(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(g)}SiF4(g)​+2H2​O(g)​.
- ΔH(2)o=−101.9 kJ\Delta H^{o}_{(2)} = -101.9\ \text{kJ}ΔH(2)o​=−101.9 kJ: חץ כלפי מטה מהקו SiO2(glass)+4HF(g)\text{SiO}_{2(\text{glass})} + 4\text{HF}_{(g)}SiO2(glass)​+4HF(g)​ אל אותו קו תוצרים – מעט ארוך יותר.
(ראו התרשים בתת-סעיף i.)

סעיף ג

(i)

תשובה:

חץ קצר כלפי מעלה מרמת SiO2(quartz)+4HF(g)\text{SiO}_{2(\text{quartz})} + 4\text{HF}_{(g)}SiO2(quartz)​+4HF(g)​ לרמת SiO2(glass)+4HF(g)\text{SiO}_{2(\text{glass})} + 4\text{HF}_{(g)}SiO2(glass)​+4HF(g)​.

בגרף 4HF(g)4\text{HF}_{(g)}4HF(g)​ מופיע בשתי רמות המגיבים ואינו משתנה, ולכן ההפרש בין הרמה SiO2(quartz)+4HF(g)\text{SiO}_{2(\text{quartz})} + 4\text{HF}_{(g)}SiO2(quartz)​+4HF(g)​ לרמה SiO2(glass)+4HF(g)\text{SiO}_{2(\text{glass})} + 4\text{HF}_{(g)}SiO2(glass)​+4HF(g)​ הוא ΔH(3)o\Delta H^{o}_{(3)}ΔH(3)o​.
מסמנים חץ קצר כלפי מעלה, מרמת הקוורץ (המגיב בתהליך 3) אל רמת הזכוכית (התוצר) – החץ האדום בתרשים שבסעיף ב.

(ii)

תשובה:

ΔH(3)o=+7.2 kJ\Delta H^{o}_{(3)} = +7.2\ \text{kJ}ΔH(3)o​=+7.2 kJ

לפי חוק הס: רושמים את תגובה (1) כפי שהיא, ואת תגובה (2) בכיוון ההפוך (סימן ΔH\Delta HΔH מתהפך):
SiO2(quartz)+4HF(g)→SiF4(g)+2H2O(g)ΔH(1)o=−94.7 kJ\text{SiO}_{2(\text{quartz})} + 4\text{HF}_{(g)} \rightarrow \text{SiF}_{4(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(g)} \qquad \Delta H^{o}_{(1)} = -94.7\ \text{kJ}SiO2(quartz)​+4HF(g)​→SiF4(g)​+2H2​O(g)​ΔH(1)o​=−94.7 kJ
SiF4(g)+2H2O(g)→SiO2(glass)+4HF(g)−ΔH(2)o=+101.9 kJ\text{SiF}_{4(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(g)} \rightarrow \text{SiO}_{2(\text{glass})} + 4\text{HF}_{(g)} \qquad -\Delta H^{o}_{(2)} = +101.9\ \text{kJ}SiF4(g)​+2H2​O(g)​→SiO2(glass)​+4HF(g)​−ΔH(2)o​=+101.9 kJ
בחיבור שתי התגובות מצטמצמים 4HF(g)4\text{HF}_{(g)}4HF(g)​, SiF4(g)\text{SiF}_{4(g)}SiF4(g)​ ו-2H2O(g)2\text{H}_2\text{O}_{(g)}2H2​O(g)​, ומתקבל תהליך (3):
ΔH(3)o=ΔH(1)o−ΔH(2)o=−94.7 kJ−(−101.9 kJ)=+7.2 kJ\Delta H^{o}_{(3)} = \Delta H^{o}_{(1)} - \Delta H^{o}_{(2)} = -94.7\ \text{kJ} - (-101.9\ \text{kJ}) = +7.2\ \text{kJ}ΔH(3)o​=ΔH(1)o​−ΔH(2)o​=−94.7 kJ−(−101.9 kJ)=+7.2 kJ
התהליך אנדותרמי: האנתלפיה של זכוכית סיליקה גבוהה ב-7.2 kJ7.2\ \text{kJ}7.2 kJ (למול SiO2\text{SiO}_2SiO2​) מזו של קוורץ.

סעיף ד

(i)

תשובה:

אנרגיית השפעול של תגובה (4) (גרף I) נמוכה בהרבה מזו של תגובה (5) (גרף II), ולכן קצב תגובה (4) בטמפרטורת החדר גבוה בהרבה.

לפי הגרפים, אנרגיית השפעול של תגובה (4) – ההפרש בין שיא העקומה I לרמת המגיבים SiCl4(g)+2H2O(g)\text{SiCl}_{4(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(g)}SiCl4(g)​+2H2​O(g)​ – נמוכה בהרבה מאנרגיית השפעול של תגובה (5) (גרף II).
אנרגיית השפעול היא גורם המשפיע על קצב התגובה: ככל שהיא נמוכה יותר, הקצב באותה טמפרטורה גבוה יותר. בטמפרטורת החדר קצב תגובה (4) גבוה, ואילו קצב תגובה (5) זניח – ולכן SiO2\text{SiO}_2SiO2​ נוצר בתגובה (4). רק בטמפרטורה גבוהה מאוד קצב תגובה (5) נעשה משמעותי.
טעות נפוצה: לנמק לפי ΔH\Delta HΔH (גובה רמת התוצרים) – תגובה (5) אף אקסותרמית יותר; הקובע כאן הוא אנרגיית השפעול, כלומר הקצב.

(ii)

תשובה:

אקסותרמית.

תגובה (4) אקסותרמית.
נימוק: בגרף I רמת האנתלפיה של התוצרים SiO2(s)+4HCl(g)\text{SiO}_{2(s)} + 4\text{HCl}_{(g)}SiO2(s)​+4HCl(g)​ נמוכה מרמת האנתלפיה של המגיבים SiCl4(g)+2H2O(g)\text{SiCl}_{4(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(g)}SiCl4(g)​+2H2​O(g)​. לכן ΔH=Hתוצרים−Hמגיבים<0\Delta H = H_{\text{תוצרים}} - H_{\text{מגיבים}} < 0ΔH=Hתוצרים​−Hמגיבים​<0 – במהלך התגובה נפלטת אנרגיה לסביבה.

שאלה 12 · בסיסים חזקים: חלקיקים בתמיסה, סתירה וערבוב תמיסות

שאלה פתוחה25 נקודות

חומצות ובסיסים
לפניכם 3 כוסות כימיות שכל אחת מהן מכילה תמיסה אחרת.
(כוס 1: 100 מ"ל 0.01M NaOH(aq)0.01\text{M}\ \text{NaOH}_{(aq)}0.01M NaOH(aq)​ ; כוס 2: 100 מ"ל 0.01M KOH(aq)0.01\text{M}\ \text{KOH}_{(aq)}0.01M KOH(aq)​ ; כוס 3: 100 מ"ל 0.005M Ba(OH)2(aq)0.005\text{M}\ \text{Ba(OH)}_{2(aq)}0.005M Ba(OH)2(aq)​)
בכל אחת מן התמיסות טבלו נייר לקמוס ורוד וגם נייר לקמוס כחול. כמו כן, בדקו בכל אחת מן התמיסות את ערך ה־ pH ואת המוליכות החשמלית.
בכל אחת מן הכוסות נמצא כי:
• הצבע של שני ניירות הלקמוס בתמיסה הוא כחול.
• ערך ה־ pH של התמיסה הוא 12 .
• התמיסה מוליכה חשמל.
נתון: בטבלה שלפניכם מצוין הצבע של ניירות לקמוס שנטבלו בתמיסות שונות.
בתמיסה חומציתבתמיסה ניטרליתבתמיסה בסיסית
נייר לקמוס ורודאין שינויאין שינוימשנה גוון לכחול
נייר לקמוס כחולמשנה גוון לוורודאין שינויאין שינוי

	בתמיסה חומצית	בתמיסה ניטרלית	בתמיסה בסיסית
נייר לקמוס ורוד	אין שינוי	אין שינוי	משנה גוון לכחול
נייר לקמוס כחול	משנה גוון לוורוד	אין שינוי	אין שינוי

א.

(i)

ציינו את כל סוגי החלקיקים שנמצאים בכל אחת מן התמיסות בכוסות 1–3.

(ii)

מדוע כל אחת מן התמיסות מוליכה חשמל?

(iii)

מדוע ערך ה־ pH זהה בכל הכוסות?

ב.

לכל אחת מן הכוסות הוסיפו תמיסת מימן כלורי, HCℓ(aq)\text{HC}\ell_{(aq)}HCℓ(aq)​ , בנפחים ובריכוזים שונים, כמפורט לפניכם.
לכוס 1 – הוסיפו 50 מ"ל תמיסת HCℓ(aq)\text{HC}\ell_{(aq)}HCℓ(aq)​ בריכוז 0.01M0.01\text{M}0.01M .
לכוס 2 – הוסיפו 100 מ"ל תמיסת HCℓ(aq)\text{HC}\ell_{(aq)}HCℓ(aq)​ בריכוז 0.02M0.02\text{M}0.02M .
לכוס 3 – הוסיפו 50 מ"ל תמיסת HCℓ(aq)\text{HC}\ell_{(aq)}HCℓ(aq)​ בריכוז 0.02M0.02\text{M}0.02M .
לאחר ההוספה, התקבלה תמיסה צלולה בכל אחת מן הכוסות.
בכל אחת מן הכוסות טבלו נייר לקמוס כחול.

(i)

רשמו ניסוח נטו של התגובה שהתרחשה בכל אחת מן הכוסות.

(ii)

באיזו מן הכוסות נראה שינוי בצבע של נייר הלקמוס? פרטו את חישוביכם.

(iii)

קבעו אם ה־ pH היה קטן מ־ 7 , שווה ל־ 7 או גדול מ־ 7 בכל אחת מן הכוסות לאחר ההוספה של תמיסת מימן כלורי.

ג.

נערכו שני ניסויים

(i)

ניסוי 1
מדדו את ה־ pH של 100 מ"ל תמיסת KOH(aq)\text{KOH}_{(aq)}KOH(aq)​ בריכוז 0.10M0.10\text{M}0.10M .
לתמיסה זו הוסיפו 100 מ"ל תמיסת Ba(OH)2(aq)\text{Ba(OH)}_{2(aq)}Ba(OH)2(aq)​ בריכוז 0.05M0.05\text{M}0.05M וערבבו את שתי התמיסות.
בתום הערבוב בדקו שוב את ה־ pH .
קבעו אם בתום הערבוב ה־ pH גבוה מן ה־ pH ההתחלתי, נמוך ממנו או שווה לו. נמקו או פרטו את חישוביכם.

(ii)

ניסוי 2
מדדו את ה־ pH של 100 מ"ל תמיסת NaOH(aq)\text{NaOH}_{(aq)}NaOH(aq)​ בריכוז 0.10M0.10\text{M}0.10M .
לתמיסה זו הוסיפו 50 מ"ל תמיסת KOH(aq)\text{KOH}_{(aq)}KOH(aq)​ בריכוז 0.30M0.30\text{M}0.30M וערבבו את שתי התמיסות.
בתום הערבוב בדקו שוב את ה־ pH .
קבעו אם בתום הערבוב ה־ pH גבוה מן ה־ pH ההתחלתי, נמוך ממנו או שווה לו. נמקו או פרטו את חישוביכם.

◂ פתרון מלא לשאלה 12

סעיף א

(i)

תשובה:

כוס 1: Na+\text{Na}^{+}Na+, OH−\text{OH}^{-}OH−, H2O\text{H}_2\text{O}H2​O; כוס 2: K+\text{K}^{+}K+, OH−\text{OH}^{-}OH−, H2O\text{H}_2\text{O}H2​O; כוס 3: Ba2+\text{Ba}^{2+}Ba2+, OH−\text{OH}^{-}OH−, H2O\text{H}_2\text{O}H2​O.

שלושת הבסיסים הם תרכובות יוניות (הידרוקסידים של מתכות). בהמסה במים היונים נפרדים זה מזה ומתמיימים:
•כוס 1: NaOH(s)→H2ONa(aq)++OH(aq)−\text{NaOH}_{(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}NaOH(s)​H2​O​Na(aq)+​+OH(aq)−​ ⇐ החלקיקים: יוני Na(aq)+\text{Na}^{+}_{(aq)}Na(aq)+​, יוני OH(aq)−\text{OH}^{-}_{(aq)}OH(aq)−​ ומולקולות H2O\text{H}_2\text{O}H2​O.
•כוס 2: KOH(s)→H2OK(aq)++OH(aq)−\text{KOH}_{(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{K}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}KOH(s)​H2​O​K(aq)+​+OH(aq)−​ ⇐ יוני K(aq)+\text{K}^{+}_{(aq)}K(aq)+​, יוני OH(aq)−\text{OH}^{-}_{(aq)}OH(aq)−​ ומולקולות H2O\text{H}_2\text{O}H2​O.
•כוס 3: 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)−​ ⇐ יוני Ba(aq)2+\text{Ba}^{2+}_{(aq)}Ba(aq)2+​, יוני OH(aq)−\text{OH}^{-}_{(aq)}OH(aq)−​ ומולקולות H2O\text{H}_2\text{O}H2​O.
טעות נפוצה: לציין "מולקולות NaOH" בתמיסה – הבסיס הוא חומר יוני, ובתמיסה יש רק יונים ממוימים ומולקולות מים.

(ii)

תשובה:

בכל תמיסה יש יונים ניידים (יוני מתכת ממוימים ויוני OH−\text{OH}^{-}OH−).

הולכה חשמלית בתמיסה מחייבת חלקיקים טעונים ניידים. בכל אחת מן התמיסות יש יונים חיוביים ממוימים (Na+\text{Na}^{+}Na+, K+\text{K}^{+}K+ או Ba2+\text{Ba}^{2+}Ba2+) ויוני הידרוקסיד ממוימים OH−\text{OH}^{-}OH−, שנעים בחופשיות בתמיסה. כאשר מחברים את התמיסה למקור מתח, היונים החיוביים נעים לעבר הקוטב השלילי והיונים השליליים לעבר הקוטב החיובי – זורם זרם חשמלי.

(iii)

תשובה:

בכל הכוסות ריכוז יוני OH−\text{OH}^{-}OH− זהה: 0.01 molL0.01\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}0.01 Lmol​ (ב־Ba(OH)2\text{Ba(OH)}_2Ba(OH)2​ – שני יוני OH−\text{OH}^{-}OH− ליחידה, 2⋅0.005=0.012 \cdot 0.005 = 0.012⋅0.005=0.01).

ערך ה־pH של תמיסה בסיסית נקבע לפי ריכוז יוני OH−\text{OH}^{-}OH− בתמיסה.
•כוסות 1 ו־2: כל יחידת NaOH\text{NaOH}NaOH או KOH\text{KOH}KOH משחררת יון OH−\text{OH}^{-}OH− אחד ⇐ [OH−]=0.01 molL[\text{OH}^{-}] = 0.01\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}[OH−]=0.01 Lmol​.
•כוס 3: כל יחידת Ba(OH)2\text{Ba(OH)}_2Ba(OH)2​ משחררת שני יוני OH−\text{OH}^{-}OH− ⇐ [OH−]=2⋅0.005 molL=0.01 molL[\text{OH}^{-}] = 2 \cdot 0.005\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} = 0.01\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}[OH−]=2⋅0.005 Lmol​=0.01 Lmol​.
ריכוז יוני OH−\text{OH}^{-}OH− זהה בשלוש התמיסות, ולכן ערך ה־pH זהה (12).
טעות נפוצה: לחשוב שה־pH בכוס 3 נמוך יותר משום שריכוז הבסיס בה קטן פי 2 – יש להתחשב במספר יוני OH−\text{OH}^{-}OH− ביחידת הבסיס.

סעיף ב

(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)​

מימן כלורי הוא חומצה חזקה: HCℓ(g)+H2O(ℓ)→H3O(aq)++Cℓ(aq)−\text{HC}\ell_{(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{C}\ell^{-}_{(aq)}HCℓ(g)​+H2​O(ℓ)​→H3​O(aq)+​+Cℓ(aq)−​.
בכל כוס מתרחשת תגובת סתירה בין יוני ההידרוניום ליוני ההידרוקסיד. היונים Na+\text{Na}^{+}Na+, K+\text{K}^{+}K+, Ba2+\text{Ba}^{2+}Ba2+ ו־Cℓ−\text{C}\ell^{-}Cℓ− אינם משתתפים בתגובה (יוני צופה), ולכן הניסוח נטו זהה בשלוש הכוסות:
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:

רק בכוס 2 (נשאר עודף H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ – התמיסה חומצית, והלקמוס הכחול הופך לוורוד).

נייר לקמוס כחול משנה גוון לוורוד רק בתמיסה חומצית, כלומר רק אם בתום התגובה נשאר עודף של H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+.
מספר מולי OH−\text{OH}^{-}OH− בכל כוס לפני ההוספה (זהה בשלוש הכוסות):
nOH−=C⋅V=0.01 molL⋅0.100 L=1.0×10−3 moln_{\text{OH}^-} = C \cdot V = 0.01\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 0.100\ \text{L} = 1.0 \times 10^{-3}\ \text{mol}nOH−​=C⋅V=0.01 Lmol​⋅0.100 L=1.0×10−3 mol
(בכוס 3: 2⋅0.005 molL⋅0.100 L=1.0×10−3 mol2 \cdot 0.005\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 0.100\ \text{L} = 1.0 \times 10^{-3}\ \text{mol}2⋅0.005 Lmol​⋅0.100 L=1.0×10−3 mol)
מספר מולי H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ שהוספו (HCℓ חומצה חזקה, יחס 1:1):
•כוס 1: 0.01 molL⋅0.050 L=5.0×10−4 mol0.01\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 0.050\ \text{L} = 5.0 \times 10^{-4}\ \text{mol}0.01 Lmol​⋅0.050 L=5.0×10−4 mol ⇐ H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ הוא הגורם המגביל; נשאר עודף OH−\text{OH}^{-}OH−: 1.0×10−3−5.0×10−4=5.0×10−4 mol1.0 \times 10^{-3} - 5.0 \times 10^{-4} = 5.0 \times 10^{-4}\ \text{mol}1.0×10−3−5.0×10−4=5.0×10−4 mol – תמיסה בסיסית.
•כוס 2: 0.02 molL⋅0.100 L=2.0×10−3 mol0.02\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 0.100\ \text{L} = 2.0 \times 10^{-3}\ \text{mol}0.02 Lmol​⋅0.100 L=2.0×10−3 mol ⇐ OH−\text{OH}^{-}OH− הוא הגורם המגביל; נשאר עודף H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+: 2.0×10−3−1.0×10−3=1.0×10−3 mol2.0 \times 10^{-3} - 1.0 \times 10^{-3} = 1.0 \times 10^{-3}\ \text{mol}2.0×10−3−1.0×10−3=1.0×10−3 mol – תמיסה חומצית.
•כוס 3: 0.02 molL⋅0.050 L=1.0×10−3 mol0.02\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 0.050\ \text{L} = 1.0 \times 10^{-3}\ \text{mol}0.02 Lmol​⋅0.050 L=1.0×10−3 mol ⇐ שווה למספר מולי OH−\text{OH}^{-}OH− – סתירה מלאה, תמיסה ניטרלית.
לפי הטבלה, נייר לקמוס כחול משנה גוון לוורוד רק בתמיסה חומצית ⇐ שינוי צבע רק בכוס 2.
טעות נפוצה: לשכוח שב־Ba(OH)2\text{Ba(OH)}_2Ba(OH)2​ יש שני יוני OH−\text{OH}^{-}OH− ליחידה ולקבוע שבכוס 3 נשאר עודף חומצה.

(iii)

תשובה:

כוס 1: pH > 7 ; כוס 2: pH < 7 ; כוס 3: pH = 7

לפי החישוב בתת־סעיף ii:
- כוס 1: נשאר עודף OH−\text{OH}^{-}OH− ⇐ תמיסה בסיסית ⇐ pH>7\text{pH} > 7pH>7.
- כוס 2: נשאר עודף H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ ⇐ תמיסה חומצית ⇐ pH<7\text{pH} < 7pH<7.
- כוס 3: סתירה מלאה; בתמיסה נשארו רק יוני צופה (Ba2+\text{Ba}^{2+}Ba2+, Cℓ−\text{C}\ell^{-}Cℓ−) ומים ⇐ תמיסה ניטרלית ⇐ pH=7\text{pH} = 7pH=7.

סעיף ג

(i)

תשובה:

שווה ל־pH ההתחלתי: [OH−][\text{OH}^{-}][OH−] נשאר 0.10 molL0.10\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}0.10 Lmol​.

לפני הערבוב: KOH\text{KOH}KOH בסיס חזק, יון OH−\text{OH}^{-}OH− אחד ליחידה ⇐ [OH−]=0.10 molL[\text{OH}^{-}] = 0.10\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}[OH−]=0.10 Lmol​
nOH−(KOH)=0.10 molL⋅0.100 L=0.010 moln_{\text{OH}^-}(\text{KOH}) = 0.10\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 0.100\ \text{L} = 0.010\ \text{mol}nOH−​(KOH)=0.10 Lmol​⋅0.100 L=0.010 mol
Ba(OH)2\text{Ba(OH)}_2Ba(OH)2​: שני יוני OH−\text{OH}^{-}OH− ליחידה ⇐ [OH−]=2⋅0.05 molL=0.10 molL[\text{OH}^{-}] = 2 \cdot 0.05\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} = 0.10\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}[OH−]=2⋅0.05 Lmol​=0.10 Lmol​
nOH−(Ba(OH)2)=0.10 molL⋅0.100 L=0.010 moln_{\text{OH}^-}(\text{Ba(OH)}_2) = 0.10\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 0.100\ \text{L} = 0.010\ \text{mol}nOH−​(Ba(OH)2​)=0.10 Lmol​⋅0.100 L=0.010 mol
אחרי הערבוב: [OH−]=0.010 mol+0.010 mol0.200 L=0.10 molL[\text{OH}^{-}] = \frac{0.010\ \text{mol} + 0.010\ \text{mol}}{0.200\ \text{L}} = 0.10\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}[OH−]=0.200 L0.010 mol+0.010 mol​=0.10 Lmol​
ריכוז יוני OH−\text{OH}^{-}OH− לא השתנה, ולכן ה־pH שווה ל־pH ההתחלתי.
נימוק במילים: ריכוז יוני OH−\text{OH}^{-}OH− בתמיסה שהוספה זהה לריכוזם בתמיסה ההתחלתית, ולכן הערבוב אינו משנה את ריכוז יוני OH−\text{OH}^{-}OH−.
טעות נפוצה: לקבוע שה־pH יורד משום שריכוז Ba(OH)2\text{Ba(OH)}_2Ba(OH)2​ (0.05M0.05\text{M}0.05M) נמוך מריכוז KOH\text{KOH}KOH (0.10M0.10\text{M}0.10M).

(ii)

תשובה:

גבוה מן ה־pH ההתחלתי: [OH−][\text{OH}^{-}][OH−] עלה מ־0.100.100.10 ל־0.17 molL0.17\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}0.17 Lmol​.

לפני הערבוב: [OH−]=0.10 molL[\text{OH}^{-}] = 0.10\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}[OH−]=0.10 Lmol​
nOH−(NaOH)=0.10 molL⋅0.100 L=0.010 moln_{\text{OH}^-}(\text{NaOH}) = 0.10\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 0.100\ \text{L} = 0.010\ \text{mol}nOH−​(NaOH)=0.10 Lmol​⋅0.100 L=0.010 mol
nOH−(KOH)=0.30 molL⋅0.050 L=0.015 moln_{\text{OH}^-}(\text{KOH}) = 0.30\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 0.050\ \text{L} = 0.015\ \text{mol}nOH−​(KOH)=0.30 Lmol​⋅0.050 L=0.015 mol
אחרי הערבוב: הנפח הכולל V=0.100 L+0.050 L=0.150 LV = 0.100\ \text{L} + 0.050\ \text{L} = 0.150\ \text{L}V=0.100 L+0.050 L=0.150 L
[OH−]=0.010 mol+0.015 mol0.150 L=0.167 molL≈0.17 molL[\text{OH}^{-}] = \frac{0.010\ \text{mol} + 0.015\ \text{mol}}{0.150\ \text{L}} = 0.167\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \approx 0.17\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}[OH−]=0.150 L0.010 mol+0.015 mol​=0.167 Lmol​≈0.17 Lmol​
ריכוז יוני OH−\text{OH}^{-}OH− עלה מ־0.100.100.10 ל־0.17 molL0.17\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}0.17 Lmol​ ⇐ התמיסה בסיסית יותר ⇐ ה־pH גבוה מן ה־pH ההתחלתי.
נימוק במילים: ריכוז יוני OH−\text{OH}^{-}OH− בתמיסה שהוספה (0.30 molL0.30\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}0.30 Lmol​) גבוה מריכוזם בתמיסה ההתחלתית, ולכן הערבוב מגדיל את ריכוז יוני OH−\text{OH}^{-}OH−.

שאלה 13 · ברום ויוני ברומט – חמצון-חיזור וסטויכיומטריה

שאלה פתוחה25 נקודות

חמצון-חיזור וסטויכיומטריה
השאלה עוסקת בתגובות שבהן נוצר או מגיב ברום, Br2\text{Br}_{2}Br2​ .
בישראל מפיקים ברום מתרכובות ברום המומסות במי ים המלח.

א.

ברום נוצר בתגובה בין יוני ברומט, BrO3−(aq)\text{BrO}_3^{-}{}_{(aq)}BrO3−​(aq)​ , לבין יוני ברומיד, Br(aq)−\text{Br}^{-}_{(aq)}Br(aq)−​ , בסביבה חומצית, על פי תגובה (1):
(1) BrO3−(aq)+5Br(aq)−+6H3O(aq)+→3Br2(aq)+9H2O(l)\text{BrO}_3^{-}{}_{(aq)} + 5\text{Br}^{-}_{(aq)} + 6\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} \rightarrow 3\text{Br}_{2(aq)} + 9\text{H}_2\text{O}_{(l)}BrO3−​(aq)​+5Br(aq)−​+6H3​O(aq)+​→3Br2(aq)​+9H2​O(l)​

(i)

ציין את דרגת החמצון של אטומי Br בכל אחד משלושת סוגי החלקיקים שבהם אטומים אלה מופיעים בתגובה (1).

(ii)

חשב את המסה של אשלגן ברומט, KBrO3(s)\text{KBrO}_{3(s)}KBrO3(s)​ , הדרושה לקבלת 250 מ"ל תמיסה המכילה Br2(aq)\text{Br}_{2(aq)}Br2(aq)​ בריכוז 0.060M .
הנח שיוני Br(aq)−\text{Br}^{-}_{(aq)}Br(aq)−​ ויוני H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}H3​O(aq)+​ נמצאים בעודף. פרט את חישוביך.

ב.

סעיף ב הוא רשות
כמה מול אלקטרונים עוברים בתגובה (1) , שבה מגיב 1 מול יוני BrO3−(aq)\text{BrO}_3^{-}{}_{(aq)}BrO3−​(aq)​ ?
פרט את חישוביך.

ג.

בתמיסה בסיסית ברום מגיב עם יוני הידרוקסיד, OH(aq)−\text{OH}^{-}_{(aq)}OH(aq)−​ , על פי תגובה (2):
(2) 3Br2(aq)+6OH(aq)−→5Br(aq)−+BrO3−(aq)+3H2O(l)3\text{Br}_{2(aq)} + 6\text{OH}^{-}_{(aq)} \rightarrow 5\text{Br}^{-}_{(aq)} + \text{BrO}_3^{-}{}_{(aq)} + 3\text{H}_2\text{O}_{(l)}3Br2(aq)​+6OH(aq)−​→5Br(aq)−​+BrO3−​(aq)​+3H2​O(l)​
בתגובה זו חלק ממולקולות Br2\text{Br}_{2}Br2​ עוברות חמצון, וחלק מהן עוברות חיזור.
קבע מהו תוצר החמצון של Br2\text{Br}_{2}Br2​ . נמק.

ד.

תמיסה מימית של ברום ("מי ברום") משמשת במעבדה. כדי לקבוע את ריכוז הברום בתמיסה מגיבים אותה עם יוני יודיד, I(aq)−\text{I}^{-}_{(aq)}I(aq)−​ :
Br2(aq)+2I(aq)−→2Br(aq)−+I2(aq)\text{Br}_{2(aq)} + 2\text{I}^{-}_{(aq)} \rightarrow 2\text{Br}^{-}_{(aq)} + \text{I}_{2(aq)}Br2(aq)​+2I(aq)−​→2Br(aq)−​+I2(aq)​
1 מול Br2(aq)\text{Br}_{2(aq)}Br2(aq)​ מגיב עם 2 מול יוני I(aq)−\text{I}^{-}_{(aq)}I(aq)−​ .
10.0 מ"ל מי ברום הגיבו בשלמות עם 15.0 מ"ל תמיסת KI(aq)\text{KI}_{(aq)}KI(aq)​ בריכוז 0.0400M .
חשב את הריכוז של Br2(aq)\text{Br}_{2(aq)}Br2(aq)​ בתמיסה. פרט את חישוביך.

ה.

במעבדה של בית הספר משתמשים במי ברום בריכוז 0.0100M לזיהוי קשר כפול בין אטומי פחמן.

(i)

התמיסה שאת ריכוזה חישבת בסעיף ד אינה מתאימה לשימוש זה.
איזו פעולה צריך לבצע במעבדה כדי להכין ממנה תמיסה מתאימה?

(ii)

מהו הנפח של מי ברום בריכוז 0.0100M שאפשר להכין מ־ 1 ליטר של התמיסה שאת ריכוזה חישבת בסעיף ד? נמק.

◂ פתרון מלא לשאלה 13

סעיף א

(i)

תשובה:

BrO3−\text{BrO}_3^{-}BrO3−​: +5+5+5; Br−\text{Br}^{-}Br−: −1-1−1; Br2\text{Br}_2Br2​: 0.

•ב־BrO3−\text{BrO}_3^{-}BrO3−​: סכום דרגות החמצון שווה למטען היון: x+3(−2)=−1⇒x=+5x + 3(-2) = -1 \Rightarrow x = +5x+3(−2)=−1⇒x=+5.
•ב־Br−\text{Br}^{-}Br− (יון חד־אטומי): דרגת החמצון שווה למטען: −1-1−1.
•ב־Br2\text{Br}_2Br2​ (יסוד): 0.

(ii)

תשובה:

0.835 g0.835\ \text{g}0.835 g של KBrO3\text{KBrO}_3KBrO3​.

מספר המולים של Br2\text{Br}_2Br2​ (n=C⋅Vn = C \cdot Vn=C⋅V):
n(Br2)=0.060 molL⋅0.250 L=0.0150 moln(\text{Br}_2) = 0.060\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 0.250\ \text{L} = 0.0150\ \text{mol}n(Br2​)=0.060 Lmol​⋅0.250 L=0.0150 mol
לפי תגובה (1), יחס המולים BrO3−:Br2=1:3\text{BrO}_3^{-} : \text{Br}_2 = 1 : 3BrO3−​:Br2​=1:3; כל יחידת KBrO3\text{KBrO}_3KBrO3​ מספקת יון BrO3−\text{BrO}_3^{-}BrO3−​ אחד:
n(KBrO3)=n(BrO3−)=0.0150 mol3=5.00×10−3 moln(\text{KBrO}_3) = n(\text{BrO}_3^{-}) = \frac{0.0150\ \text{mol}}{3} = 5.00 \times 10^{-3}\ \text{mol}n(KBrO3​)=n(BrO3−​)=30.0150 mol​=5.00×10−3 mol
מסה מולרית: M(KBrO3)=39.1+79.9+3⋅16.0=167.0 gmolM(\text{KBrO}_3) = 39.1 + 79.9 + 3\cdot 16.0 = 167.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(KBrO3​)=39.1+79.9+3⋅16.0=167.0 molg​
m=n⋅M=5.00×10−3 mol⋅167.0 gmol=0.835 gm = n \cdot M = 5.00 \times 10^{-3}\ \text{mol} \cdot 167.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}} = 0.835\ \text{g}m=n⋅M=5.00×10−3 mol⋅167.0 molg​=0.835 g

סעיף ב

תשובה:

5 מול אלקטרונים.

- חיזור: אטום Br ביון BrO3−\text{BrO}_3^{-}BrO3−​ יורד מ־+5+5+5 ל־0 – קולט 5 אלקטרונים. 1 מול יוני BrO3−\text{BrO}_3^{-}BrO3−​ קולט 1⋅5=51 \cdot 5 = 51⋅5=5 מול אלקטרונים.
- בדיקה (חמצון): כל יון Br−\text{Br}^{-}Br− עולה מ־−1-1−1 ל־0 – מוסר אלקטרון אחד. לפי תגובה (1) מגיבים 5 מול יוני Br−\text{Br}^{-}Br− עם 1 מול יוני BrO3−\text{BrO}_3^{-}BrO3−​, והם מוסרים 5⋅1=55 \cdot 1 = 55⋅1=5 מול אלקטרונים.
בתגובה שבה מגיב 1 מול יוני BrO3−\text{BrO}_3^{-}BrO3−​ עוברים 5 מול אלקטרונים.

סעיף ג

תשובה:

יוני BrO3−(aq)\text{BrO}_3^{-}{}_{(aq)}BrO3−​(aq)​ – דרגת החמצון של Br עולה מ־0 ל־+5+5+5.

תוצר החמצון הוא יוני BrO3−\text{BrO}_3^{-}BrO3−​.
חמצון הוא מסירת אלקטרונים, המתבטאת בעלייה בדרגת החמצון.
•Br ב־Br2\text{Br}_2Br2​: 0.
•Br ב־BrO3−\text{BrO}_3^{-}BrO3−​: +5+5+5 – עלייה בדרגת החמצון ⇐ חמצון.
•Br ב־Br−\text{Br}^{-}Br−: −1-1−1 – ירידה בדרגת החמצון ⇐ חיזור (תוצר החיזור).
לכן תוצר החמצון של Br2\text{Br}_2Br2​ הוא BrO3−\text{BrO}_3^{-}BrO3−​.

סעיף ד

תשובה:

0.0300 M0.0300\ \text{M}0.0300 M

מספר המולים של יוני I−\text{I}^{-}I− שהגיבו (n=C⋅Vn = C \cdot Vn=C⋅V; כל יחידת KI\text{KI}KI משחררת יון I−\text{I}^{-}I− אחד):
n(I−)=0.0400 molL⋅0.0150 L=6.00×10−4 moln(\text{I}^{-}) = 0.0400\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 0.0150\ \text{L} = 6.00 \times 10^{-4}\ \text{mol}n(I−)=0.0400 Lmol​⋅0.0150 L=6.00×10−4 mol
יחס המולים Br2:I−=1:2\text{Br}_2 : \text{I}^{-} = 1 : 2Br2​:I−=1:2:
n(Br2)=6.00×10−4 mol2=3.00×10−4 moln(\text{Br}_2) = \frac{6.00 \times 10^{-4}\ \text{mol}}{2} = 3.00 \times 10^{-4}\ \text{mol}n(Br2​)=26.00×10−4 mol​=3.00×10−4 mol
ריכוז ה־Br2\text{Br}_2Br2​ (C=nVC = \frac{n}{V}C=Vn​, V=10.0 mL=0.0100 LV = 10.0\ \text{mL} = 0.0100\ \text{L}V=10.0 mL=0.0100 L):
C(Br2)=3.00×10−4 mol0.0100 L=0.0300 molL=0.0300 MC(\text{Br}_2) = \frac{3.00 \times 10^{-4}\ \text{mol}}{0.0100\ \text{L}} = 0.0300\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} = 0.0300\ \text{M}C(Br2​)=0.0100 L3.00×10−4 mol​=0.0300 Lmol​=0.0300 M
טעות נפוצה: להציב את הנפח במיליליטר במקום בליטר, או להכפיל ב־2 במקום לחלק ב־2.

סעיף ה

(i)

תשובה:

יש למהול אותה – להוסיף לה מים מזוקקים עד שהריכוז יקטן ל־0.0100 M0.0100\ \text{M}0.0100 M.

ריכוז התמיסה מסעיף ד הוא 0.0300 M0.0300\ \text{M}0.0300 M – גבוה מ־0.0100 M0.0100\ \text{M}0.0100 M הדרוש. יש למהול את התמיסה: להוסיף לה מים מזוקקים. מספר המולים של Br2\text{Br}_2Br2​ נשאר קבוע, הנפח גדל, ולכן לפי C=nVC = \frac{n}{V}C=Vn​ הריכוז קטן. יש להגדיל את הנפח פי 3.

(ii)

תשובה:

3.00 L3.00\ \text{L}3.00 L

במיהול מספר המולים של Br2\text{Br}_2Br2​ אינו משתנה:
n(Br2)=0.0300 molL⋅1.00 L=0.0300 moln(\text{Br}_2) = 0.0300\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 1.00\ \text{L} = 0.0300\ \text{mol}n(Br2​)=0.0300 Lmol​⋅1.00 L=0.0300 mol
הנפח שבו ריכוז זה הוא 0.0100 M0.0100\ \text{M}0.0100 M:
V=nC=0.0300 mol0.0100 molL=3.00 LV = \frac{n}{C} = \frac{0.0300\ \text{mol}}{0.0100\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}} = 3.00\ \text{L}V=Cn​=0.0100 Lmol​0.0300 mol​=3.00 L
אפשר להכין 3.00 L3.00\ \text{L}3.00 L מי ברום בריכוז 0.0100 M0.0100\ \text{M}0.0100 M (מוסיפים 2.00 L2.00\ \text{L}2.00 L מים ל־1 ליטר התמיסה).

שאלה 14 · חומרים יוניים – טמפרטורת היתוך, מסיסות וחישובים

שאלה פתוחה25 נקודות

חומרים יוניים, חישובים
ענה על הסעיפים ג, ד, ה, ו, ועל אחד מן הסעיפים א או ב.
השאלה עוסקת בחומרים יוניים ובתכונותיהם.

א.

סעיף א הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ב.
טמפרטורת ההיתוך של סידן פלואורי, CaF2(s)\text{CaF}_{2(s)}CaF2(s)​ , היא 1418∘C1418^\circ\text{C}1418∘C . לחומרים יוניים טמפרטורות היתוך גבוהות.
הסבר ברמה מיקרוסקופית מדוע לחומר יוני טמפרטורת היתוך גבוהה.

ב.

סעיף ב הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף א.
אשלגן חנקתי, KNO3(s)\text{KNO}_{3(s)}KNO3(s)​ , מתמוסס היטב במים.
הסבר ברמה מיקרוסקופית מדוע אשלגן חנקתי מתמוסס במים.

ג.

לפניך ארבעה ניסוחים (1)-(4).
(1)MgCl2(s)→H2O(l)Mg(aq)2++2Cl(aq)−(1)\quad \text{MgCl}_{2(s)}\xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}}\text{Mg}^{2+}_{(aq)}+2\text{Cl}^{-}_{(aq)}(1)MgCl2(s)​H2​O(l)​​Mg(aq)2+​+2Cl(aq)−​
(2)Mg(l)2++2Cl(l)−⟶MgCl2(s)(2)\quad \text{Mg}^{2+}_{(l)}+2\text{Cl}^{-}_{(l)}\longrightarrow\text{MgCl}_{2(s)}(2)Mg(l)2+​+2Cl(l)−​⟶MgCl2(s)​
(3)MgCl2(s)→ Δ Mg(l)2++2Cl(l)−(3)\quad \text{MgCl}_{2(s)}\xrightarrow{\ \Delta\ }\text{Mg}^{2+}_{(l)}+2\text{Cl}^{-}_{(l)}(3)MgCl2(s)​ Δ ​Mg(l)2+​+2Cl(l)−​
(4)MgCl2(l)⟶Mg(l)+Cl2(g)(4)\quad \text{MgCl}_{2(l)}\longrightarrow\text{Mg}_{(l)}+\text{Cl}_{2(g)}(4)MgCl2(l)​⟶Mg(l)​+Cl2(g)​

(i)

קבע איזה מן הניסוחים (1)-(4) מסמל תהליך היתוך של מגנזיום כלורי, MgCl2(s)\text{MgCl}_{2(s)}MgCl2(s)​ .

(ii)

קבע איזה מן הניסוחים (1)-(4) מסמל תהליך התמצקות של מגנזיום כלורי מותך.

ד.

המיסו 32.8 גרם נתרן זרחתי, Na3PO4(s)\text{Na}_3\text{PO}_{4(s)}Na3​PO4(s)​ , במים והתקבלה תמיסה בנפח 1 ליטר.
מהו מספר המולים הכולל של היונים בתמיסה? פרט את חישוביך.

ה.

סידן זרחני הוא מוצק יוני הבנוי מיוני סידן ומיוני זרחן חד־אטומיים. הוא משמש, למשל, באבוקות סימון ימיות.

(i)

רשום את הנוסחה האמפירית של סידן זרחני.

(ii)

סידן זרחני מגיב עם מים ויוצר סידן הידרוקסידי, Ca(OH)2(s)\text{Ca(OH)}_{2(s)}Ca(OH)2(s)​ , ופוספין, PH3(g)\text{PH}_{3(g)}PH3(g)​ .
נסח ואזן את התגובה.

(iii)

מהי המסה של סידן הידרוקסידי, Ca(OH)2(s)\text{Ca(OH)}_{2(s)}Ca(OH)2(s)​ , שנוצרת כאשר 4.0 ק"ג סידן זרחני מגיבים עם מים? פרט את חישוביך.
נתון: 1 ק"ג = 1000 גרם.

ו.

סידן כלורי, CaCl2(s)\text{CaCl}_{2(s)}CaCl2(s)​ , מפוזר על דרכי עפר כדי להפחית אבק.
הכינו 40 ליטר תמיסה של סידן כלורי, שבה ריכוז יוני הכלוריד, Cl(aq)−\text{Cl}^{-}_{(aq)}Cl(aq)−​ , הוא 0.050M .
מהי מסת הסידן הכלורי, CaCl2(s)\text{CaCl}_{2(s)}CaCl2(s)​ , שהומסה במים? פרט את חישוביך.

◂ פתרון מלא לשאלה 14

סעיף א

תשובה:

בסריג יוני כל יון מוקף ביונים בעלי מטען מנוגד ונמשך אליהם בכוחות חשמליים חזקים (קשר יוני) בכל הכיוונים; כדי להרחיק את היונים זה מזה ולהתיך את הסריג נדרשת אנרגייה רבה.

•חומר יוני (כמו CaF2\text{CaF}_2CaF2​) בנוי מסריג של יונים חיוביים (Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+) ויונים שליליים (F−\text{F}^-F−).
•כל יון בסריג מוקף ביונים בעלי מטען מנוגד ונמשך אליהם בכוחות משיכה חשמליים חזקים – קשר יוני – הפועלים בכל הכיוונים, לאורך כל הסריג.
•בהיתוך יש להחליש את המשיכה בין היונים כדי שיוכלו לנוע זה ביחס לזה. מאחר שהקשר היוני חזק, נדרשת לשם כך אנרגייה רבה – כלומר טמפרטורה גבוהה.
לכן לחומרים יוניים טמפרטורות היתוך גבוהות.

סעיף ב

תשובה:

מולקולות המים הקוטביות נמשכות אל היונים: הצד השלילי (אטום O) אל יוני K+\text{K}^+K+ והצד החיובי (אטומי H) אל יוני NO3−\text{NO}_3^-NO3−​. היונים מוקפים מולקולות מים (ממוימים), והמשיכה הזאת מאפשרת לפרק את הסריג.

•אשלגן חנקתי בנוי מסריג יוני של יוני K+\text{K}^+K+ ויוני NO3−\text{NO}_3^-NO3−​.
•מולקולות מים קוטביות: על אטום ה־O מטען חלקי שלילי ועל אטומי ה־H מטען חלקי חיובי.
•כאשר מכניסים את המוצק למים, מולקולות המים נמשכות אל היונים שבפני הסריג: הצד השלילי של מולקולת המים (אטום O) פונה ליוני K+\text{K}^+K+, והצד החיובי (אטומי H) פונה ליוני NO3−\text{NO}_3^-NO3−​.
•היונים מתנתקים מן הסריג ומוקפים מולקולות מים – יונים ממוימים, K(aq)+\text{K}^{+}_{(aq)}K(aq)+​ ו־NO3(aq)−\text{NO}^{-}_{3(aq)}NO3(aq)−​. המשיכה בין היונים למולקולות המים מפצה על פירוק הקשר היוני ועל פירוק חלק מקשרי המימן שבין מולקולות המים.
לכן אשלגן חנקתי מתמוסס היטב במים: KNO3(s)→H2O(l)K(aq)++NO3(aq)−\text{KNO}_{3(s)}\xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}}\text{K}^{+}_{(aq)}+\text{NO}^{-}_{3(aq)}KNO3(s)​H2​O(l)​​K(aq)+​+NO3(aq)−​.

סעיף ג

(i)

תשובה:

ניסוח (3).

ניסוח (3). בהיתוך מחממים (Δ\DeltaΔ) את החומר היוני המוצק, הסריג מתפרק, והיונים עוברים למצב נוזל: Mg(l)2+\text{Mg}^{2+}_{(l)}Mg(l)2+​ ו־Cl(l)−\text{Cl}^{-}_{(l)}Cl(l)−​. לא נוצרים חומרים חדשים.
ניסוח (1) הוא המסה במים, ניסוח (2) הוא התמצקות (התהליך ההפוך להיתוך), וניסוח (4) הוא פירוק לחומרים חדשים – יסודות.

(ii)

תשובה:

ניסוח (2).

ניסוח (2). בהתמצקות (בקירור) היונים הניידים שבנוזל, Mg(l)2+\text{Mg}^{2+}_{(l)}Mg(l)2+​ ו־Cl(l)−\text{Cl}^{-}_{(l)}Cl(l)−​, מסתדרים בסריג יוני ונוצר המוצק MgCl2(s)\text{MgCl}_{2(s)}MgCl2(s)​. זהו התהליך ההפוך לניסוח (3).
•ניסוח (4) אינו התמצקות – נוצרים בו חומרים חדשים (מגנזיום וכלור), כלומר זהו פירוק כימי.
•ניסוח (1) מתאר המסה במים – היונים עוברים לתמיסה מימית, (aq)(aq)(aq).

סעיף ד

תשובה:

0.800 mol0.800\ \text{mol}0.800 mol יונים

מסה מולרית:
MNa3PO4=3⋅23.0+31.0+4⋅16.0=164.0 gmolM_{\text{Na}_3\text{PO}_4}=3\cdot23.0+31.0+4\cdot16.0=164.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}MNa3​PO4​​=3⋅23.0+31.0+4⋅16.0=164.0 molg​
מספר המולים של נתרן זרחתי:
n=mM=32.8 g164.0 gmol=0.200 moln=\frac{m}{M}=\frac{32.8\ \text{g}}{164.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}}=0.200\ \text{mol}n=Mm​=164.0 molg​32.8 g​=0.200 mol
תגובת ההמסה:
Na3PO4(s)→H2O(l)3Na(aq)++PO4(aq)3−\text{Na}_3\text{PO}_{4(s)}\xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}}3\text{Na}^{+}_{(aq)}+\text{PO}^{3-}_{4(aq)}Na3​PO4(s)​H2​O(l)​​3Na(aq)+​+PO4(aq)3−​
מכל מול נתרן זרחתי נוצרים 4 מול יונים (3 מול יוני נתרן ו־1 מול יוני זרחה):
nיונים=4⋅0.200 mol=0.800 moln_{\text{יונים}}=4\cdot0.200\ \text{mol}=0.800\ \text{mol}nיונים​=4⋅0.200 mol=0.800 mol
תשובה: בתמיסה יש 0.800 mol0.800\ \text{mol}0.800 mol יונים.
טעות נפוצה: לספור את יון הזרחה כחמישה חלקיקים (P ו־4 O) – זהו יון רב־אטומי אחד.

סעיף ה

(i)

תשובה:

Ca3P2\text{Ca}_3\text{P}_2Ca3​P2​

סידן נמצא בטור 2 של הטבלה המחזורית (שני אלקטרוני ערכיות) ויוצר יון Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+. זרחן נמצא בטור 15 (חמישה אלקטרוני ערכיות) ויוצר יון P3−\text{P}^{3-}P3−. התרכובת ניטרלית חשמלית: 3⋅(+2)+2⋅(−3)=03\cdot(+2)+2\cdot(-3)=03⋅(+2)+2⋅(−3)=0, ולכן היחס הוא 3:23:23:2 – Ca3P2\text{Ca}_3\text{P}_2Ca3​P2​.

(ii)

תשובה:

Ca3P2(s)+6H2O(l)→3Ca(OH)2(s)+2PH3(g)\text{Ca}_3\text{P}_{2(s)}+6\text{H}_2\text{O}_{(l)}\rightarrow3\text{Ca(OH)}_{2(s)}+2\text{PH}_{3(g)}Ca3​P2(s)​+6H2​O(l)​→3Ca(OH)2(s)​+2PH3(g)​

Ca3P2(s)+6H2O(l)→3Ca(OH)2(s)+2PH3(g)\text{Ca}_3\text{P}_{2(s)}+6\text{H}_2\text{O}_{(l)}\rightarrow3\text{Ca(OH)}_{2(s)}+2\text{PH}_{3(g)}Ca3​P2(s)​+6H2​O(l)​→3Ca(OH)2(s)​+2PH3(g)​
איזון: Ca – 3 משמאל, 3 מימין; P – 2 משמאל, 2 מימין; O – 6 משמאל, 6 (ב־3Ca(OH)23\text{Ca(OH)}_23Ca(OH)2​) מימין; H – 12 משמאל, 3⋅2+2⋅3=123\cdot2+2\cdot3=123⋅2+2⋅3=12 מימין.

(iii)

תשובה:

m≈4.88×103 g≈4.88m\approx 4.88\times 10^{3}\ \text{g}\approx 4.88m≈4.88×103 g≈4.88 ק"ג

מולי סידן זרחני: MCa3P2=3⋅40.1+2⋅31.0=182.3 gmolM_{\text{Ca}_3\text{P}_2}=3\cdot40.1+2\cdot31.0=182.3\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}MCa3​P2​​=3⋅40.1+2⋅31.0=182.3 molg​
nCa3P2=mM=4000 g182.3 gmol=21.9 moln_{\text{Ca}_3\text{P}_2}=\frac{m}{M}=\frac{4000\ \text{g}}{182.3\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}}=21.9\ \text{mol}nCa3​P2​​=Mm​=182.3 molg​4000 g​=21.9 mol
יחס מולים לפי הניסוח: Ca3P2:Ca(OH)2=1:3\text{Ca}_3\text{P}_2:\text{Ca(OH)}_2=1:3Ca3​P2​:Ca(OH)2​=1:3:
nCa(OH)2=3⋅21.9 mol=65.8 moln_{\text{Ca(OH)}_2}=3\cdot21.9\ \text{mol}=65.8\ \text{mol}nCa(OH)2​​=3⋅21.9 mol=65.8 mol
מסה: MCa(OH)2=40.1+2⋅(16.0+1.0)=74.1 gmolM_{\text{Ca(OH)}_2}=40.1+2\cdot(16.0+1.0)=74.1\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}MCa(OH)2​​=40.1+2⋅(16.0+1.0)=74.1 molg​
m=n⋅M=65.8 mol⋅74.1 gmol=4.88×103 gm=n\cdot M=65.8\ \text{mol}\cdot74.1\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}=4.88\times10^{3}\ \text{g}m=n⋅M=65.8 mol⋅74.1 molg​=4.88×103 g
תשובה: נוצרים כ־4.88×103 g4.88\times10^{3}\ \text{g}4.88×103 g (כ־4.88 ק"ג) סידן הידרוקסידי.

סעיף ו

תשובה:

m≈111 gm\approx 111\ \text{g}m≈111 g

מולי יוני הכלוריד:
nCl−=C⋅V=0.050 molL⋅40 L=2.0 moln_{\text{Cl}^-}=C\cdot V=0.050\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot40\ \text{L}=2.0\ \text{mol}nCl−​=C⋅V=0.050 Lmol​⋅40 L=2.0 mol
תגובת ההמסה: 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)−​ – מכל מול CaCl2\text{CaCl}_2CaCl2​ נוצרים 2 מול יוני Cl−\text{Cl}^-Cl−:
nCaCl2=2.0 mol2=1.0 moln_{\text{CaCl}_2}=\frac{2.0\ \text{mol}}{2}=1.0\ \text{mol}nCaCl2​​=22.0 mol​=1.0 mol
מסה: MCaCl2=40.1+2⋅35.5=111.1 gmolM_{\text{CaCl}_2}=40.1+2\cdot35.5=111.1\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}MCaCl2​​=40.1+2⋅35.5=111.1 molg​
m=n⋅M=1.0 mol⋅111.1 gmol=111 gm=n\cdot M=1.0\ \text{mol}\cdot111.1\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}=111\ \text{g}m=n⋅M=1.0 mol⋅111.1 molg​=111 g
תשובה: הומסו כ־111 g111\ \text{g}111 g סידן כלורי.
טעות נפוצה: להשוות את מספר המולים של CaCl2\text{CaCl}_2CaCl2​ למספר המולים של יוני הכלוריד (2.0 mol2.0\ \text{mol}2.0 mol) ולקבל 222 g222\ \text{g}222 g.

טבלת התשובות

שאלה	סעיף	תשובה
1	-	ג – שני יוני $\text{K}^{+}$ ללא אלקטרוני ערכיות ויון $\text{S}^{2-}$ אחד עם 8 אלקטרונים ברמה החיצונית.
2	-	ב – $\text{Mg} > \text{Na} > \text{K}$
3	-	ג – במולקולה $\text{PCl}_3$ אין אטומי מימן, ולכן אין בין המולקולות קשרי מימן.
4	-	ג – במכל B יש 0.20 mol גז ובמכל A יש 0.10 mol גז, באותם נפח וטמפרטורה – הלחץ ב־B כפול.
5	-	א – $0.02$ מול $\text{OH}^{-}$ ב־ $200$ מ"ל תמיסת $\text{KOH}$ $0.1\text{M}$ סותרים בדיוק $0.02$ מול $\text{H}_3\text{O}^{+}$ .
6	-	ג – 0.05 מול פרופאן (0.55 מול אטומים)
7	-	ג – הכלור עובר מדרגה 0 ב־ $\text{C}\ell_2$ ל־−1 ב־HCl (חיזור) ול־+1 ב־HClO (חמצון).
8	-	ג — גרף III.
9	א	לא. זה תהליך אקסותרמי – לפי הקטע התערובת מתחממת בזמן ההתקשות.
	ב	גופרית דו־חמצנית, $\text{SO}_2$ .
	ג	$2\text{CaCO}_{3(s)} + 2\text{SO}_{2(g)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{CaSO}_{4(s)} + 2\text{CO}_{2(g)}$
	ד	המחזר: $\text{SO}_2$ ; המחמצן: $\text{O}_2$ .
	ה	$\Delta H^0>0$ (חיובי) – התהליך אנדותרמי.
	ו	גרף II – הזרז מוריד את אנרגיית השפעול ואינו משנה את אנטלפיית התוצרים ואת $\Delta H^0$ .
	ז	גדולה מ־ 1 טון: הגיבו כ־ $1.56$ טון $\text{CaCO}_3$ .
	ח	נמוכה מ־ $-10^{\circ}\text{C}$ – בין מולקולות $\text{O}_2$ (לא קוטביות, ענן אלקטרונים קטן) פועלות אינטראקציות ואן דר ואלס חלשות יותר מאלה שבין מולקולות $\text{SO}_2$ .
10	א 1	I יהלום – אטומרי; II CO – מולקולרי; III $\text{K}_2\text{CO}_3$ – יוני; IV $\text{CH}_4$ – מולקולרי; V $\text{CaCO}_3$ – יוני.
	א 2	מוצקים: יהלום, $\text{K}_2\text{CO}_3$ , $\text{CaCO}_3$ (קשרים קוולנטיים / יוניים חזקים בכל הסריג); CO ו־ $\text{CH}_4$ גזים (כוחות בין־מולקולריים חלשים).
	א 3	$\text{C}_{(s)}$ , $\text{CO}_{(g)}$ , $\text{K}_2\text{CO}_{3(s)}$ , $\text{CH}_{4(g)}$ , $\text{CaCO}_{3(s)}$
	ב 1	$2\text{CH}_{4(g)} + 3\text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{CO}_{(g)} + 4\text{H}_2\text{O}_{(g)}$
	ב 2	$\text{O}_2$ – יסוד, ללא פחמן; $\text{CH}_4$ ו־CO – תרכובות המכילות פחמן; $\text{H}_2\text{O}$ – תרכובת ללא פחמן.
	ג 1	$\text{K}^{+}$ ו־ $\text{CO}_3^{2-}$
	ג 2	19 פרוטונים, 22 נייטרונים, 18 אלקטרונים.
	ד 1	$[\text{Ca}]^{2+}$ ו־ $[\text{O}]^{2-}$ עם שמונה אלקטרונים (ארבעה זוגות) סביב O.
	ד 2	$\text{Ca}^{2+}$ : 2,8,8; $\text{O}^{2-}$ : 2,8
	ה	$V_{\text{CO}_2}\approx 140\ \text{L}$ (139.8 ליטר)
11	א i	$\text{SiO}_2$ הוא סריג אטומי (קוולנטי) – בהיתוך יש לשבור קשרים קוולנטיים חזקים רבים, ולכך דרושה אנרגיה רבה מאוד.
	א ii	אין בו חלקיקים טעונים חופשיים לנוע: כל אלקטרוני הערכיות בקשרים קוולנטיים מקומיים, ואין יונים.
	ב i	קו אחד של התוצרים $\text{SiF}_{4(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(g)}$ מתחת לרמת המגיבים של (1); קו $\text{SiO}_{2(\text{glass})} + 4\text{HF}_{(g)}$ מעט מעל רמת המגיבים של (1).
	ב ii	שני חצים כלפי מטה: מרמת המגיבים של כל תגובה לרמת התוצרים המשותפת.
	ג i	חץ קצר כלפי מעלה מרמת $\text{SiO}_{2(\text{quartz})} + 4\text{HF}_{(g)}$ לרמת $\text{SiO}_{2(\text{glass})} + 4\text{HF}_{(g)}$ .
	ג ii	$\Delta H^{o}_{(3)} = +7.2\ \text{kJ}$
	ד i	אנרגיית השפעול של תגובה (4) (גרף I) נמוכה בהרבה מזו של תגובה (5) (גרף II), ולכן קצב תגובה (4) בטמפרטורת החדר גבוה בהרבה.
	ד ii	אקסותרמית.
12	א i	כוס 1: $\text{Na}^{+}$ , $\text{OH}^{-}$ , $\text{H}_2\text{O}$ ; כוס 2: $\text{K}^{+}$ , $\text{OH}^{-}$ , $\text{H}_2\text{O}$ ; כוס 3: $\text{Ba}^{2+}$ , $\text{OH}^{-}$ , $\text{H}_2\text{O}$ .
	א ii	בכל תמיסה יש יונים ניידים (יוני מתכת ממוימים ויוני $\text{OH}^{-}$ ).
	א iii	בכל הכוסות ריכוז יוני $\text{OH}^{-}$ זהה: $0.01\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}$ (ב־ $\text{Ba(OH)}_2$ – שני יוני $\text{OH}^{-}$ ליחידה, $2 \cdot 0.005 = 0.01$ ).
	ב i	$\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}$
	ב ii	רק בכוס 2 (נשאר עודף $\text{H}_3\text{O}^{+}$ – התמיסה חומצית, והלקמוס הכחול הופך לוורוד).
	ב iii	כוס 1: pH > 7 ; כוס 2: pH < 7 ; כוס 3: pH = 7
	ג i	שווה ל־pH ההתחלתי: $[\text{OH}^{-}]$ נשאר $0.10\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}$ .
	ג ii	גבוה מן ה־pH ההתחלתי: $[\text{OH}^{-}]$ עלה מ־ $0.10$ ל־ $0.17\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}$ .
13	א i	$\text{BrO}_3^{-}$ : $+5$ ; $\text{Br}^{-}$ : $-1$ ; $\text{Br}_2$ : 0.
	א ii	$0.835\ \text{g}$ של $\text{KBrO}_3$ .
	ב	5 מול אלקטרונים.
	ג	יוני $\text{BrO}_3^{-}{}_{(aq)}$ – דרגת החמצון של Br עולה מ־0 ל־ $+5$ .
	ד	$0.0300\ \text{M}$
	ה i	יש למהול אותה – להוסיף לה מים מזוקקים עד שהריכוז יקטן ל־ $0.0100\ \text{M}$ .
	ה ii	$3.00\ \text{L}$
14	א	בסריג יוני כל יון מוקף ביונים בעלי מטען מנוגד ונמשך אליהם בכוחות חשמליים חזקים (קשר יוני) בכל הכיוונים; כדי להרחיק את היונים זה מזה ולהתיך את הסריג נדרשת אנרגייה רבה.
	ב	מולקולות המים הקוטביות נמשכות אל היונים: הצד השלילי (אטום O) אל יוני $\text{K}^+$ והצד החיובי (אטומי H) אל יוני $\text{NO}_3^-$ . היונים מוקפים מולקולות מים (ממוימים), והמשיכה הזאת מאפשרת לפרק את הסריג.
	ג i	ניסוח (3).
	ג ii	ניסוח (2).
	ד	$0.800\ \text{mol}$ יונים
	ה i	$\text{Ca}_3\text{P}_2$
	ה ii	$\text{Ca}_3\text{P}_{2(s)}+6\text{H}_2\text{O}_{(l)}\rightarrow3\text{Ca(OH)}_{2(s)}+2\text{PH}_{3(g)}$
	ה iii	$m\approx 4.88\times 10^{3}\ \text{g}\approx 4.88$ ק"ג
	ו	$m\approx 111\ \text{g}$

פרק ראשון

שאלה 1 · ייצוג אלקטרוני של אשלגן גופרי

שאלה 2 · דירוג אנרגיית יינון ראשונה של מתכות

שאלה 3 · תכונות זרחן תלת־כלורי

התשובה הנכונה (ההיגד שאינו נכון): ג.

שאלה 4 · משוואת הגזים: לחץ של מסות שוות של גזים

התשובה הנכונה: ג.

שאלה 5 · סתירה מלאה של חומצה גופרתית בבסיס

שאלה 6 · השוואת מספר אטומים בדגימות – כולל גז לפי משוואת הגזים

שאלה 7 · דרגות חמצון של כלור בתרכובותיו

תשובה: ג.

שאלה 8 · דיאגרמת אנתלפיה לתגובה אנדותרמית – יצירת חנקן חד־חמצני

שאלה 9 · גשם חומצי והרחקת גופרית מגזי הפליטה

ניתוח קטע ממאמר מדעי – חובה

גשם חומצי ותחנות כוח פחמיות

יש לבחור אחד מן הסעיפים ז או ח.

יש לבחור אחד מן הסעיפים ז או ח.

סעיף א

לא – ההתקשות היא תהליך אקסותרמי.

סעיף ב

התוצר הוא גופרית דו־חמצנית, SO2\text{SO}_2SO2​.

סעיף ג

סעיף ד

סעיף ה

ΔH0\Delta H^0ΔH0 חיובי.

סעיף ו

גרף II נכון.

סעיף ז

גדולה מ־ 1 טון.

חישוב:

סעיף ח

פרק שני

שאלה 10 · חומרים המכילים פחמן – סוגי חומרים, מבנה האטום וגזים

מבנה האטום, מבנה וקישור

סעיף א

החומרים המוצקים: יהלום, K2CO3\text{K}_2\text{CO}_3K2​CO3​, CaCO3\text{CaCO}_3CaCO3​.

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

סעיף ה

מספר המולים של CaCO3\text{CaCO}_3CaCO3​:

המרת יחידות:

הנפח לפי PV=nRTPV=nRTPV=nRT:

תשובה: נפח הפחמן הדו־חמצני הוא כ־140 L140\ \text{L}140 L.

שאלה 11 · צורן דו-חמצני: קוורץ וזכוכית

מבנה וקישור ואנרגיה

סעיף א

קוורץ אינו מוליך חשמל כי אין בו חלקיקים טעונים חופשיים לנוע.

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

תגובה (4) אקסותרמית.

שאלה 12 · בסיסים חזקים: חלקיקים בתמיסה, סתירה וערבוב תמיסות

חומצות ובסיסים

נערכו שני ניסויים

ניסוי 1

ניסוי 2

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

שאלה 13 · ברום ויוני ברומט – חמצון-חיזור וסטויכיומטריה

חמצון-חיזור וסטויכיומטריה

סעיף ב הוא רשות

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

תוצר החמצון הוא יוני BrO3−\text{BrO}_3^{-}BrO3−​.

סעיף ד

סעיף ה

שאלה 14 · חומרים יוניים – טמפרטורת היתוך, מסיסות וחישובים

חומרים יוניים, חישובים

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

סעיף א הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ב.

סעיף ב הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף א.

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

מסה מולרית:

מספר המולים של נתרן זרחתי:

התוצר הוא גופרית דו־חמצנית, $\text{SO}_2$ .

$\Delta H^0$ חיובי.

החומרים המוצקים: יהלום, $\text{K}_2\text{CO}_3$ , $\text{CaCO}_3$ .

מספר המולים של $\text{CaCO}_3$ :

הנפח לפי $PV=nRT$ :

תשובה: נפח הפחמן הדו־חמצני הוא כ־ $140\ \text{L}$ .

תוצר החמצון הוא יוני $\text{BrO}_3^{-}$ .

תשובה: בתמיסה יש $0.800\ \text{mol}$ יונים.

תשובה: נוצרים כ־ $4.88\times10^{3}\ \text{g}$ (כ־4.88 ק"ג) סידן הידרוקסידי.

תשובה: הומסו כ־ $111\ \text{g}$ סידן כלורי.