בגרות בכימיה שאלון עיקרי 037381 - בחינה לדוגמה

5 יח"ל (55%) · שאלון 037381 · 14 שאלות · 3 שעות

בחינת הבגרות בכימיה, שאלון עיקרי, בחינה לדוגמה, כל 14 השאלות כמו בשאלון. לכל סעיף יש תשובה ופתרון מלא: ניסוח מאוזן עם מצבי צבירה, הנוסחה מדף הנוסחאות, הצבה ותוצאה עם יחידות, והסבר במונחים שהבוחן מצפה להם.

הוראות הבחינה (כמו בשאלון)

משך הבחינה: שלוש שעות.
מבנה השאלון ומפתח ההערכה: בשאלון זה שני פרקים.
פרק ראשון – שאלות 1-8: שאלות רב-ברירה (8 × 2.5 = 20 נקודות); שאלה 9: שאלת מאמר על קטע לא מוכר (אנסין), חובה לענות על כל הסעיפים (1 × 20 = 20 נקודות).
פרק שני – שאלות 10-14: חמש שאלות פתוחות; יש לבחור ולענות על שלוש מתוכן (3 × 20 = 60 נקודות).
סה"כ – 100 נקודות.
חומר עזר מותר בשימוש: מחשבון (כולל מחשבון גרפי).
הוראות מיוחדות: שאלות 1-8 הן שאלות רב-ברירה; לכל שאלה מוצגות ארבע תשובות, ויש לבחור את התשובה המתאימה ביותר ולסמן אותה בתשובון. בפרק הראשון יש לענות על תשע השאלות, ובפרק השני על שלוש מבין חמש השאלות.
זוהי בחינה לדוגמה שפרסם משרד החינוך (אפריל 2016) לקראת הבחינה הראשונה בתוכנית 70-30; כל שמונה שאלות הרב-ברירה נספרות (2.5 נקודות לכל אחת).

פרק ראשון

שאלה 1 · יסודות באותה שורה בטבלה המחזורית

רב-ברירה

ענה על תשע השאלות 1 - 9 (לכל שאלה מבין השאלות 1-8, 2.5 נקודות. לשאלה 9, 20 נקודות).
האותיות d , c , b , a מסמלות אטומים של ארבעה יסודות הנמצאים באותה שורה בטבלה המחזורית.
בטבלה שלפניך מוצג מספר אלקטרוני הערכיות באטומים אלה.
האטוםמספר אלקטרוני הערכיות
a1
b2
c6
d7
מהי הקביעה הנכונה?

האטום	מספר אלקטרוני הערכיות
a	1
b	2
c	6
d	7

א.
הרדיוס של אטום a גדול מהרדיוס של אטום b.
ב.
אטום b יכול להיקשר לאטום c בקשר קוולנטי כפול.
ג.
אנרגיית היינון של אטום c גבוהה מאנרגיית היינון של אטום d.
ד.
היערכות האלקטרונים באטום d היא 2,5.

◂ פתרון מלא לשאלה 1

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א – הרדיוס של אטום a גדול מהרדיוס של אטום b, כי לאטום a פחות פרוטונים באותו מספר רמות אנרגיה.

התשובה הנכונה: א.
היסודות נמצאים באותה שורה, ולכן לאטומים שלהם אותו מספר רמות אנרגיה (קליפות) מאוכלסות. לפי מספר אלקטרוני הערכיות: a בטור 1 (מתכת אלקלית), b בטור 2 (מתכת אלקלית עפרורית), c בטור 16, d בטור 17 (הלוגן).
- א – נכון. לאטום a ולאטום b אותו מספר רמות אנרגיה, אבל במרכז אטום b יש פרוטון אחד יותר (מטען גרעין גדול יותר). המשיכה של הגרעין לאלקטרונים חזקה יותר, ולכן הרדיוס של b קטן יותר. כלומר הרדיוס של a גדול מזה של b.
- ב – לא נכון. b הוא מתכת ו-c הוא אל-מתכת. בין אטום מתכת לאטום אל-מתכת נוצר קשר יוני (b מוסר 2 אלקטרונים ויוצר יון b2+\text{b}^{2+}b2+, c מקבל 2 אלקטרונים ויוצר יון c2−\text{c}^{2-}c2−), ולא קשר קוולנטי כפול.
- ג – לא נכון. לאטום d יש פרוטון אחד יותר מאשר לאטום c באותו מספר רמות אנרגיה, ולכן אלקטרוני הערכיות של d נמשכים חזק יותר לגרעין, ואנרגיית היינון של d גבוהה מזו של c.
- ד – לא נכון. לאטום d יש 7 אלקטרוני ערכיות, ולכן היערכות האלקטרונים שלו מסתיימת ב-7: 2,7 (אם השורה היא השנייה) או 2,8,7 (אם השורה היא השלישית). ההיערכות 2,5 מתאימה לאטום עם 5 אלקטרוני ערכיות.

שאלה 2 · אורך ואנרגיה של קשרים קוולנטיים

רב-ברירה

שימו לב: חלק מהשאלה לא במיקוד תשפ"ז

גורמים המשפיעים על אנרגיית קשר ועל אורך קשר אינם בתוכנית הבחינה לפי מיקוד 2027.

לפניך ארבעה היגדים הנוגעים לקשרים קוולנטיים.
מהו ההיגד הנכון?

א.
אורך הקשר $\text{C=C}$ שווה לאורך הקשר $\text{C=O}$ .
ב.
אורך הקשר $\text{C–H}$ שווה לאורך הקשר $\text{N–H}$ .
ג.
אנרגיית הקשר $\text{C=C}$ גדולה מאנרגיית הקשר $\text{C–C}$ .
ד.
אנרגיית הקשר $\text{C}\equiv\text{C}$ גדולה מאנרגיית הקשר $\text{C}\equiv\text{N}$ .

◂ פתרון מלא לשאלה 2

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – אנרגיית הקשר הכפול C=C\text{C=C}C=C גדולה מאנרגיית הקשר היחיד C–C\text{C–C}C–C.

התשובה הנכונה: ג.
- ג – נכון. בקשר כפול C=C\text{C=C}C=C יש שני זוגות אלקטרונים קושרים בין שני גרעיני הפחמן, ובקשר יחיד C–C\text{C–C}C–C זוג אחד. ככל שמספר זוגות האלקטרונים הקושרים בין אותם שני אטומים גדול יותר, המשיכה בין הגרעינים לאלקטרונים הקושרים חזקה יותר – הקשר קצר וחזק יותר, ונדרשת יותר אנרגיה לשבירתו.
- א – לא נכון. בשני הקשרים יש שני זוגות קושרים, אבל לאטום O מטען גרעין גדול יותר ורדיוס קטן יותר מאשר לאטום C, ולכן הקשר C=O\text{C=O}C=O קצר יותר מהקשר C=C\text{C=C}C=C.
- ב – לא נכון. אטום N קטן מאטום C (באותה שורה, יותר פרוטונים), ולכן הקשר N–H\text{N–H}N–H קצר מהקשר C–H\text{C–H}C–H.
- ד – לא נכון. בשני הקשרים יש שלושה זוגות קושרים, אבל אטום N קטן מאטום C ובעל מטען גרעין גדול יותר, ולכן הקשר C≡N\text{C}\equiv\text{N}C≡N קצר וחזק יותר מהקשר C≡C\text{C}\equiv\text{C}C≡C – אנרגיית הקשר C≡N\text{C}\equiv\text{N}C≡N היא הגדולה מבין השתיים.

שאלה 3 · תכונות מתאנאל

רב-ברירה

למולקולה של מתאנאל, CH2O\text{CH}_2\text{O}CH2​O , צורה מישורית משולשת.
לפניך ארבעה היגדים המתייחסים למתאנאל. איזה מבין ההיגדים אינו נכון?

א.
דרגת החמצון של אטום הפחמן במולקולה $\text{CH}_2\text{O}$ היא אפס.
ב.
במולקולה $\text{CH}_2\text{O}$ יש דו-קוטב קבוע.
ג.
בחומר $\text{CH}_2\text{O}_{(l)}$ יש קשרי מימן בין המולקולות.
ד.
לאטום החמצן במולקולה שני זוגות אלקטרונים לא קושרים ולאטום הפחמן אין זוג אלקטרונים לא קושרים.

◂ פתרון מלא לשאלה 3

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – בין מולקולות מתאנאל אין קשרי מימן, כי אין בהן אטום מימן הקשור לאטום O.

התשובה הנכונה (ההיגד שאינו נכון): ג.
נוסחת ייצוג אלקטרונית: אטום C במרכז, קשור בשני קשרים יחידים לשני אטומי H ובקשר כפול לאטום O; לאטום O שני זוגות אלקטרונים לא קושרים.
- ג – אינו נכון. קשר מימן נוצר כאשר במולקולה יש אטום H הקשור ישירות לאטום קטן ואלקטרושלילי מאוד (F, O או N). במתאנאל אטומי H קשורים לאטום C (קשר C–H\text{C–H}C–H כמעט לא קוטבי), ולכן אין בו מימן "חשוף" חלקית שיכול ליצור קשר מימן עם זוג אלקטרונים לא קושר של אטום O במולקולה שכנה. בין המולקולות פועלים קשרי ואן דר ואלס, הכוללים משיכה בין דו-קטבים קבועים.
- א – נכון. סכום דרגות החמצון במולקולה הוא 0: 2⋅(+1)+x+(−2)=02\cdot(+1) + x + (-2) = 02⋅(+1)+x+(−2)=0, ולכן x=0x = 0x=0.
- ב – נכון. הקשר C=O\text{C=O}C=O קוטבי (הפרש אלקטרושליליות 3.5−2.5=1.03.5-2.5=1.03.5−2.5=1.0), והמולקולה אינה סימטרית – מצד אחד אטום O ומצד שני שני אטומי H; מרכז המטען החיובי אינו מתלכד עם מרכז המטען השלילי, ולכן יש דו-קוטב קבוע.
- ד – נכון. לאטום O 6 אלקטרוני ערכיות; 2 משתתפים בקשר הכפול ו-4 נותרים כשני זוגות לא קושרים. לאטום C 4 אלקטרוני ערכיות, וכולם משתתפים בקשרים (2 קשרי C–H\text{C–H}C–H וקשר כפול C=O\text{C=O}C=O).

שאלה 4 · כושר חיזור יחסי של מתכות

רב-ברירה

שימו לב: חלק מהשאלה לא במיקוד תשפ"ז

כושר חיזור יחסי של מתכות ותגובות מתכת עם יוני מתכת אינם בתוכנית הבחינה לפי מיקוד 2027.

נתונות שלוש מתכות המדורגות לפי הכושר היחסי שלהן לחזר.
Cd(s)>Ni(s)>Ag(s)\text{Cd}_{(s)} > \text{Ni}_{(s)} > \text{Ag}_{(s)}Cd(s)​>Ni(s)​>Ag(s)​
בטבלה שלפניך מידע על שלושה ניסויים, c - a , שבוצעו במעבדה.
בכל ניסוי טבלו פס מתכת בתמיסה מימית שהכילה יוני מתכת.
יוני המתכת המתכתAg(s)\text{Ag}_{(s)}Ag(s)​Ni(s)\text{Ni}_{(s)}Ni(s)​Cd(s)\text{Cd}_{(s)}Cd(s)​
Ag(aq)+\text{Ag}^{+}_{(aq)}Ag(aq)+​ac
Ni(aq)2+\text{Ni}^{2+}_{(aq)}Ni(aq)2+​
Cd(aq)2+\text{Cd}^{2+}_{(aq)}Cd(aq)2+​b
באיזה/באילו מהניסויים התרחשה תגובה?

יוני המתכת המתכת	$\text{Ag}_{(s)}$	$\text{Ni}_{(s)}$	$\text{Cd}_{(s)}$
$\text{Ag}^{+}_{(aq)}$	a		c
$\text{Ni}^{2+}_{(aq)}$
$\text{Cd}^{2+}_{(aq)}$		b

א.
a ו- b בלבד.
ב.
b ו- c בלבד.
ג.
b בלבד.
ד.
c בלבד.

◂ פתרון מלא לשאלה 4

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – c בלבד.

התשובה הנכונה: ד.
תגובה מתרחשת כאשר המתכת חזקה יותר כמחזר מהמתכת שיוניה בתמיסה: המתכת מוסרת אלקטרונים ליוני המתכת החלשה יותר.
- ניסוי a: Ag(s)\text{Ag}_{(s)}Ag(s)​ בתמיסת Ag(aq)+\text{Ag}^{+}_{(aq)}Ag(aq)+​ – אותה מתכת ואותם יונים, אין תגובה.
- ניסוי b: Ni(s)\text{Ni}_{(s)}Ni(s)​ בתמיסת Cd(aq)2+\text{Cd}^{2+}_{(aq)}Cd(aq)2+​ – כושר החיזור של Ni קטן מזה של Cd, ולכן Ni אינו יכול לחזר את יוני Cd2+\text{Cd}^{2+}Cd2+. אין תגובה.
- ניסוי c: Cd(s)\text{Cd}_{(s)}Cd(s)​ בתמיסת Ag(aq)+\text{Ag}^{+}_{(aq)}Ag(aq)+​ – Cd מחזר חזק יותר מ-Ag, ולכן מתרחשת תגובה:
Cd(s)+2Ag(aq)+→Cd(aq)2++2Ag(s)\text{Cd}_{(s)} + 2\text{Ag}^{+}_{(aq)} \rightarrow \text{Cd}^{2+}_{(aq)} + 2\text{Ag}_{(s)}Cd(s)​+2Ag(aq)+​→Cd(aq)2+​+2Ag(s)​
לכן תגובה התרחשה רק בניסוי c.
א, ב – לא נכונות כי כוללות את b (וגם את a); ג – לא נכונה כי ב-b אין תגובה.

שאלה 5 · השוואת ΔH לפי מצבי צבירה

רב-ברירה

לפניך ניסוחים של שלוש תגובות אנדותרמיות:
(1)I2(s)+Br2(l)→2IBr(s)ΔH10(1)\quad \text{I}_{2(s)} + \text{Br}_{2(l)} \rightarrow 2\text{IBr}_{(s)} \qquad \Delta H^0_1(1)I2(s)​+Br2(l)​→2IBr(s)​ΔH10​
(2)I2(s)+Br2(l)→2IBr(l)ΔH20(2)\quad \text{I}_{2(s)} + \text{Br}_{2(l)} \rightarrow 2\text{IBr}_{(l)} \qquad \Delta H^0_2(2)I2(s)​+Br2(l)​→2IBr(l)​ΔH20​
(3)I2(s)+Br2(l)→2IBr(g)ΔH30(3)\quad \text{I}_{2(s)} + \text{Br}_{2(l)} \rightarrow 2\text{IBr}_{(g)} \qquad \Delta H^0_3(3)I2(s)​+Br2(l)​→2IBr(g)​ΔH30​
מהו הסדר הנכון של ערכי ΔH0\Delta H^0ΔH0 על-פי גודלם?

א.
$\Delta H^0_3 > \Delta H^0_2 > \Delta H^0_1$
ב.
$\Delta H^0_2 > \Delta H^0_1 > \Delta H^0_3$
ג.
$\Delta H^0_1 > \Delta H^0_3 > \Delta H^0_2$
ד.
$\Delta H^0_1 > \Delta H^0_2 > \Delta H^0_3$

◂ פתרון מלא לשאלה 5

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א – ΔH30>ΔH20>ΔH10\Delta H^0_3 > \Delta H^0_2 > \Delta H^0_1ΔH30​>ΔH20​>ΔH10​

התשובה הנכונה: א.
בשלוש התגובות המגיבים זהים (אותה אנתלפיה), וההבדל הוא רק במצב הצבירה של התוצר IBr\text{IBr}IBr.
ΔH=Hתוצרים−Hמגיבים\Delta H = H_{\text{תוצרים}} - H_{\text{מגיבים}}ΔH=Hתוצרים​−Hמגיבים​, ולכן ככל שאנתלפיית התוצר גבוהה יותר, ΔH\Delta HΔH גדול יותר.
מעבר ממוצק לנוזל (התכה) ומנוזל לגז (רתיחה) דורשים השקעת אנרגיה להחלשה/פירוק של הכוחות בין המולקולות, ולכן:
H(2IBr(g))>H(2IBr(l))>H(2IBr(s))H(2\text{IBr}_{(g)}) > H(2\text{IBr}_{(l)}) > H(2\text{IBr}_{(s)})H(2IBr(g)​)>H(2IBr(l)​)>H(2IBr(s)​).
מכאן: ΔH30>ΔH20>ΔH10\Delta H^0_3 > \Delta H^0_2 > \Delta H^0_1ΔH30​>ΔH20​>ΔH10​ (כל הערכים חיוביים, והגדול ביותר בתגובה שבה נוצר גז).
ב, ג, ד – לא נכונות, כי בכל אחת מהן הסדר אינו תואם את סדר האנתלפיה של מצבי הצבירה (גז > נוזל > מוצק). בפרט ד הפוכה לגמרי.

שאלה 6 · מספר המולים של חלקיקים מומסים

רב-ברירה

לכל אחד משלושה כלים הכניסו 1 מול חומר, והוסיפו מים עד שהתקבלה תמיסה בנפח 1 ליטר.
בדיאגרמה שלפניך מוצג מספר המולים הכולל של חלקיקי החומר המומס
בכל אחת משלוש התמיסות a, b ו- c:
באיזו מהשורות 1-4 החומרים המומסים בתמיסות a , b ו- c מוצגים בהתאם לדיאגרמה?
abc
א.NaNO3\text{NaNO}_3NaNO3​Na2SO4\text{Na}_2\text{SO}_4Na2​SO4​CH3OH\text{CH}_3\text{OH}CH3​OH
ב.NaNO3\text{NaNO}_3NaNO3​CH3OH\text{CH}_3\text{OH}CH3​OHNa2SO4\text{Na}_2\text{SO}_4Na2​SO4​
ג.CH3OH\text{CH}_3\text{OH}CH3​OHNa2SO4\text{Na}_2\text{SO}_4Na2​SO4​NaNO3\text{NaNO}_3NaNO3​
ד.Na2SO4\text{Na}_2\text{SO}_4Na2​SO4​NaNO3\text{NaNO}_3NaNO3​CH3OH\text{CH}_3\text{OH}CH3​OH

	a	b	c
א.	$\text{NaNO}_3$	$\text{Na}_2\text{SO}_4$	$\text{CH}_3\text{OH}$
ב.	$\text{NaNO}_3$	$\text{CH}_3\text{OH}$	$\text{Na}_2\text{SO}_4$
ג.	$\text{CH}_3\text{OH}$	$\text{Na}_2\text{SO}_4$	$\text{NaNO}_3$
ד.	$\text{Na}_2\text{SO}_4$	$\text{NaNO}_3$	$\text{CH}_3\text{OH}$

א.
a – $\text{NaNO}_3$ , b – $\text{Na}_2\text{SO}_4$ , c – $\text{CH}_3\text{OH}$
ב.
a – $\text{NaNO}_3$ , b – $\text{CH}_3\text{OH}$ , c – $\text{Na}_2\text{SO}_4$
ג.
a – $\text{CH}_3\text{OH}$ , b – $\text{Na}_2\text{SO}_4$ , c – $\text{NaNO}_3$
ד.
a – $\text{Na}_2\text{SO}_4$ , b – $\text{NaNO}_3$ , c – $\text{CH}_3\text{OH}$

◂ פתרון מלא לשאלה 6

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א – a: NaNO3\text{NaNO}_3NaNO3​ (2 מול יונים), b: Na2SO4\text{Na}_2\text{SO}_4Na2​SO4​ (3 מול יונים), c: CH3OH\text{CH}_3\text{OH}CH3​OH (1 מול מולקולות).

התשובה הנכונה: א.
נרשום את תהליך ההמסה של 1 מול מכל חומר ונספור את מולי החלקיקים המומסים:
- NaNO3(s)→Na(aq)++NO3−(aq)\text{NaNO}_{3(s)} \rightarrow \text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}NaNO3(s)​→Na(aq)+​+NO3−​(aq)​ : מ-1 מול מוצק מתקבלים 2 מול יונים.
- Na2SO4(s)→2Na(aq)++SO42−(aq)\text{Na}_2\text{SO}_{4(s)} \rightarrow 2\text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{SO}_4^{2-}{}_{(aq)}Na2​SO4(s)​→2Na(aq)+​+SO42−​(aq)​ : מ-1 מול מוצק מתקבלים 3 מול יונים.
- CH3OH(l)→CH3OH(aq)\text{CH}_3\text{OH}_{(l)} \rightarrow \text{CH}_3\text{OH}_{(aq)}CH3​OH(l)​→CH3​OH(aq)​ : חומר מולקולרי שאינו מתפרק ליונים – 1 מול מולקולות.
לפי הדיאגרמה: בתמיסה a – 2 מול, בתמיסה b – 3 מול, בתמיסה c – 1 מול. לכן a היא NaNO3\text{NaNO}_3NaNO3​, b היא Na2SO4\text{Na}_2\text{SO}_4Na2​SO4​, c היא CH3OH\text{CH}_3\text{OH}CH3​OH – שורה א.
ב – לא נכונה: CH3OH\text{CH}_3\text{OH}CH3​OH נותן 1 מול ולא 3. ג – לא נכונה: CH3OH\text{CH}_3\text{OH}CH3​OH נותן 1 מול ולא 2. ד – לא נכונה: Na2SO4\text{Na}_2\text{SO}_4Na2​SO4​ נותן 3 מול ולא 2.

שאלה 7 · ריכוז יוני הידרוקסיד ו-pH

רב-ברירה

נתונות ארבע תמיסות מימיות: D , C , B , A .
התמיסהנפח התמיסה (מ"ל)ריכוז התמיסה (M)
AKOH(aq)\text{KOH}_{(aq)}KOH(aq)​1500.3
BKOH(aq)\text{KOH}_{(aq)}KOH(aq)​3000.2
CBa(OH)2(aq)\text{Ba(OH)}_{2(aq)}Ba(OH)2(aq)​750.2
DBa(OH)2(aq)\text{Ba(OH)}_{2(aq)}Ba(OH)2(aq)​1500.1
מהי הקביעה הנכונה?

	התמיסה	נפח התמיסה (מ"ל)	ריכוז התמיסה (M)
A	$\text{KOH}_{(aq)}$	150	0.3
B	$\text{KOH}_{(aq)}$	300	0.2
C	$\text{Ba(OH)}_{2(aq)}$	75	0.2
D	$\text{Ba(OH)}_{2(aq)}$	150	0.1

א.
לכל התמיסות אותו pH .
ב.
ה- pH של תמיסה B הוא הגבוה ביותר.
ג.
הריכוז של יוני $\text{OH}^{-}_{(aq)}$ בתמיסה A הוא הגבוה ביותר.
ד.
תמיסה C היא התמיסה הבסיסית ביותר.

◂ פתרון מלא לשאלה 7

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – בתמיסה C ריכוז יוני OH−\text{OH}^-OH− הגבוה ביותר, 0.4 M0.4\ \text{M}0.4 M.

התשובה הנכונה: ד.
הבסיסיות (וה-pH) נקבעת לפי ריכוז יוני OH(aq)−\text{OH}^{-}_{(aq)}OH(aq)−​ ולא לפי נפח התמיסה.
KOH(s)→K(aq)++OH(aq)−\text{KOH}_{(s)} \rightarrow \text{K}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}KOH(s)​→K(aq)+​+OH(aq)−​ ⟸ [OH−]=[KOH][\text{OH}^-] = [\text{KOH}][OH−]=[KOH]
Ba(OH)2(s)→Ba(aq)2++2OH(aq)−\text{Ba(OH)}_{2(s)} \rightarrow \text{Ba}^{2+}_{(aq)} + 2\text{OH}^{-}_{(aq)}Ba(OH)2(s)​→Ba(aq)2+​+2OH(aq)−​ ⟸ [OH−]=2⋅[Ba(OH)2][\text{OH}^-] = 2\cdot[\text{Ba(OH)}_2][OH−]=2⋅[Ba(OH)2​]
תמיסה[OH−][\text{OH}^-][OH−]
A0.3 M0.3\ \text{M}0.3 M
B0.2 M0.2\ \text{M}0.2 M
C2⋅0.2 M=0.4 M2\cdot 0.2\ \text{M} = 0.4\ \text{M}2⋅0.2 M=0.4 M
D2⋅0.1 M=0.2 M2\cdot 0.1\ \text{M} = 0.2\ \text{M}2⋅0.1 M=0.2 M
ריכוז OH−\text{OH}^-OH− הגבוה ביותר בתמיסה C, ולכן היא הבסיסית ביותר (ה-pH שלה הגבוה ביותר).
•א – לא נכון: הריכוזים שונים, ולכן ה-pH שונה.
•ב – לא נכון: ב-B הריכוז 0.2 M0.2\ \text{M}0.2 M בלבד; הנפח הגדול אינו משפיע על ה-pH.
•ג – לא נכון: ב-C הריכוז (0.4 M0.4\ \text{M}0.4 M) גבוה מזה שב-A (0.3 M0.3\ \text{M}0.3 M).
טעות נפוצה: להתייחס לנפח התמיסה או לשכוח שכל יחידת Ba(OH)2\text{Ba(OH)}_2Ba(OH)2​ משחררת שני יוני OH−\text{OH}^-OH−.

תמיסה	$[\text{OH}^-]$
A	$0.3\ \text{M}$
B	$0.2\ \text{M}$
C	$2\cdot 0.2\ \text{M} = 0.4\ \text{M}$
D	$2\cdot 0.1\ \text{M} = 0.2\ \text{M}$

שאלה 8 · תפקיד המים ושינויי pH

רב-ברירה

לפניך ניסוחים של שלוש תגובות (1) - (3):
(1)Na(s)+H2O(l)→Na(aq)++12H2(g)+OH(aq)−(1)\quad \text{Na}_{(s)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow \text{Na}^{+}_{(aq)} + \tfrac{1}{2}\text{H}_{2(g)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}(1)Na(s)​+H2​O(l)​→Na(aq)+​+21​H2(g)​+OH(aq)−​
(2)K2CO3(s)+H2O(l)→2K(aq)++HCO3−(aq)+OH(aq)−(2)\quad \text{K}_2\text{CO}_{3(s)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow 2\text{K}^{+}_{(aq)} + \text{HCO}_3^{-}{}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}(2)K2​CO3(s)​+H2​O(l)​→2K(aq)+​+HCO3−​(aq)​+OH(aq)−​
(3)CO2(g)+Ca(aq)2++2OH(aq)−→CaCO3(s)+H2O(l)(3)\quad \text{CO}_{2(g)} + \text{Ca}^{2+}_{(aq)} + 2\text{OH}^{-}_{(aq)} \rightarrow \text{CaCO}_{3(s)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)}(3)CO2(g)​+Ca(aq)2+​+2OH(aq)−​→CaCO3(s)​+H2​O(l)​
מהי הקביעה הנכונה?

א.
בתגובה (1) מגיב $\text{H}_2\text{O}_{(l)}$ כחומצה.
ב.
בתגובה (2) מגיב $\text{H}_2\text{O}_{(l)}$ כבסיס.
ג.
כאשר מכניסים למים $\text{K}_2\text{CO}_{3(s)}$ מתקבלת תמיסה שה- pH שלה קטן מ- 7 .
ד.
כאשר מזרימים $\text{CO}_{2(g)}$ לתוך תמיסת סידן הידרוקסידי, $\text{Ca(OH)}_{2(aq)}$ , ה- pH של התמיסה יורד.

◂ פתרון מלא לשאלה 8

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – בתגובה (3) יוני OH−\text{OH}^-OH− נצרכים, ריכוזם קטן וה-pH יורד.

התשובה הנכונה: ד.
- ד – נכון. בהזרמת CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ לתמיסת Ca(OH)2(aq)\text{Ca(OH)}_{2(aq)}Ca(OH)2(aq)​ מתרחשת תגובה (3): יוני OH(aq)−\text{OH}^{-}_{(aq)}OH(aq)−​ נצרכים ונוצרים מוצק CaCO3\text{CaCO}_3CaCO3​ ומים. ריכוז יוני OH−\text{OH}^-OH− בתמיסה קטן, התמיסה פחות בסיסית, ולכן ה-pH יורד.
- א – לא נכון. תגובה (1) היא תגובת חמצון-חיזור: Na מוסר אלקטרון (דרגת חמצון 0→+10 \rightarrow +10→+1), והמימן במים מקבל אלקטרונים (דרגת חמצון +1→0+1 \rightarrow 0+1→0 ב-H2\text{H}_2H2​). המים מגיבים כמחמצן, לא כחומצה – לא מתרחשת העברת פרוטון לבסיס.
- ב – לא נכון. בתגובה (2) יון CO32−\text{CO}_3^{2-}CO32−​ מקבל פרוטון ממולקולת מים והופך ל-HCO3−\text{HCO}_3^-HCO3−​; מולקולת המים מוסרת פרוטון והופכת ל-OH−\text{OH}^-OH−. מי שמוסר פרוטון הוא חומצה, ולכן המים מגיבים כחומצה ולא כבסיס.
- ג – לא נכון. לפי תגובה (2), המסת K2CO3\text{K}_2\text{CO}_3K2​CO3​ במים יוצרת יוני OH(aq)−\text{OH}^{-}_{(aq)}OH(aq)−​, ולכן התמיסה בסיסית וה-pH שלה גדול מ-7 (בטמפרטורת החדר).

שאלה 9 · שמן חמניות – לא רק לטיגון

שאלת מאמר

שימו לב: חלק מהשאלה לא במיקוד תשפ"ז

סעיף ד (הרכב חומצות שומן רוויות ובלתי רוויות והסבר טמפרטורת ההתכה של שמן) שייך לפרק כימיה של מזון, שאינו בתוכנית הבחינה לפי מיקוד 2027.

ניתוח קטע מאמר מדעי – חובה (מבוסס על בגרות תשס"ח שאלה 2)
קרא את הקטע שלפניך, וענה על כל הסעיפים א-ה שאחריו.
שמן חמניות – לא רק לטיגון
מכוניות הן הצרכניות העיקריות של דלק נוזלי. הדלק הנוזלי מופק מנפט גולמי שנוצר באדמה במשך מיליוני שנים, והניצול המהיר של הנפט הגולמי גורם לכך שכמותו בטבע הולכת ופוחתת.
הדלק הנוזלי הוא תערובת של פחמימנים המכילה בין היתר אוקטאן, C8H18(l)\text{C}_8\text{H}_{18(l)}C8​H18(l)​ . הפחמימנים מגיבים עם החמצן שבאוויר במנוע שריפה של מכונית. לפניך דוגמא לתגובה כזו:
C8H18(l)+12.5O2(g)→הצתה8CO2(g)+9H2O(l)ΔH0<0\text{C}_8\text{H}_{18(l)} + 12.5\text{O}_{2(g)} \xrightarrow{\text{הצתה}} 8\text{CO}_{2(g)} + 9\text{H}_2\text{O}_{(l)} \qquad \Delta H^0 < 0C8​H18(l)​+12.5O2(g)​הצתה​8CO2(g)​+9H2​O(l)​ΔH0<0
האנרגיה הנפלטת בתגובה כזו מנוצלת להנעת המכונית.
בגלל הטמפרטורה הגבוהה בעת שריפת הדלק, החנקן והחמצן שמקורם באוויר מגיבים ביניהם, ונוצרות תחמוצות חנקן הגורמות לזיהום אוויר.
בשל סיבות אלה, בעשורים האחרונים מחפשים תחליפים למנוע שריפה. אחד החליפים הוא מתקן מיוחד הנקרא תא דלק. בתא דלק מתרחשת תגובה בין החמצן שבאוויר, O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​, ובין מימן, H2(g)\text{H}_{2(g)}H2(g)​, המוזרם לתא הדלק. התגובה מנוצלת להפקת אנרגיה חשמלית להנעת מכונית. בשיטה זו לא נוצרות תחמוצות חנקן, אך יש לשיטה חסרונות, שאחד מהם הוא הצורך להתקין במכונית מכלים גדולים לאחסון המימן.
מדענים בריטים גילו לאחרונה שאפשר להפיק מימן עבור תא דלק ישירות במנוע המכונית על ידי הזרמת קיטור (אדי מים בלחץ) מעל שמן חמניות.
שמן חמניות נפוץ בשימוש ביתי ותעשייתי לצורכי בישול ואפיה. זה חומר זמין, שאפשר להפיקו בכמויות גדולות ביותר. החוקרים מעריכים כי בעתיד, במקום בשמן חמניות טהור אפשר יהיה להשתמש בשמנים שונים, הנוצרים כתוצרי לוואי בתעשיית המזון וכיום אין להם שימוש.
שמן חמניות מורכב ממספר חומצות שומן עיקריות:
שם החומצהפלמיטיתסטאריתאיקוסנואיתאולאיתלינולאיתלינולנית
רישום מקוצרC16:0C18:0C20:0C18:1ω9cisC18:2ω6cis,cisC18:3ω3cis,cis,cis
אחוז משקלי (%)74.50.518.767.50.8
(מעובד על פי: http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/3601130.stm)

שם החומצה	פלמיטית	סטארית	איקוסנואית	אולאית	לינולאית	לינולנית
רישום מקוצר	C16:0	C18:0	C20:0	C18:1ω9cis	C18:2ω6cis,cis	C18:3ω3cis,cis,cis
אחוז משקלי (%)	7	4.5	0.5	18.7	67.5	0.8

א.

על פי המידע שבקטע:

(i)

ציין שני חסרונות לשימוש בדלק המופק מנפט גולמי

(ii)

מהו היתרון של ייצור מימן ישירות במנוע המכונית?

ב.

(i)

מדוע יש צורך בהצתה בתגובה של אוקטאן הרשומה בקטע?

(ii)

הסבר מדוע התרחשות התגובה של אוקטאן הרשומה בקטע גורמת לחימום המנוע.

ג.

שמן חמניות מכיל חומצות שומן שהן חומצות קרבוקסיליות.
לפניך תגובה של חומצת שומן, חומצה לינולאית, עם קיטור:
C18H32O2(l)+34H2O(l)→50H2(g)+18CO2(g)ΔH0>0\text{C}_{18}\text{H}_{32}\text{O}_{2(l)} + 34\text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow 50\text{H}_{2(g)} + 18\text{CO}_{2(g)} \qquad \Delta H^0 > 0C18​H32​O2(l)​+34H2​O(l)​→50H2(g)​+18CO2(g)​ΔH0>0
תגובה זו אינה מנוצלת ישירות להנעת המכונית, שלא כמו התגובה הרשומה בקטע. הסבר מדוע.

ד.

(i)

על פי הטבלה של הרכב חומצות השומן העיקריות בשמן חמניות המופיעה בקטע, קבע מהו אחוז חומצות השומן הרוויות בשמן חמניות ומהו אחוז חומצות השומן הלא רוויות בשמן חמניות.
פרט את חישוביך.

(ii)

הסבר מדוע שמן חמניות הוא נוזל בטמפרטורת החדר.

◂ פתרון מלא לשאלה 9

סעיף א

(i)

תשובה:

1. מקור מתכלה: הנפט נוצר במשך מיליוני שנים, וכמותו בטבע הולכת ופוחתת. 2. זיהום אוויר: בשריפת הדלק נוצרות תחמוצות חנקן.

לפי הפסקה הראשונה של הקטע: הנפט הגולמי נוצר באדמה במשך מיליוני שנים, והניצול המהיר שלו גורם לכך שכמותו בטבע הולכת ופוחתת – זהו משאב מתכלה.
לפי הפסקה השלישית (אחרי ניסוח התגובה): בגלל הטמפרטורה הגבוהה בעת שריפת הדלק, החנקן והחמצן מהאוויר מגיבים ביניהם ונוצרות תחמוצות חנקן הגורמות לזיהום אוויר.

(ii)

תשובה:

אין צורך להתקין במכונית מכלים גדולים לאחסון מימן.

לפי הפסקה הרביעית, אחד החסרונות של תא דלק הוא הצורך להתקין במכונית מכלים גדולים לאחסון המימן. אם המימן מיוצר ישירות במנוע המכונית (פסקה חמישית – הזרמת קיטור מעל שמן חמניות), המימן נוצר בזמן הנסיעה לפי הצורך, ואין צורך לאחסן כמות גדולה של מימן במכלים גדולים.

סעיף ב

(i)

תשובה:

ההצתה מספקת את אנרגיית השפעול – האנרגיה ההתחלתית הדרושה כדי שהתגובה תתחיל.

גם תגובה אקסותרמית זקוקה בתחילתה להשקעת אנרגיה – אנרגיית שפעול – כדי לשבור/להחליש קשרים במגיבים (קשרים בין האטומים במולקולות C8H18\text{C}_8\text{H}_{18}C8​H18​ ו-O2\text{O}_2O2​) ולהגיע למצב המעבר. בטמפרטורת החדר כמעט לאף מולקולה אין די אנרגיה לכך, ולכן התגובה אינה מתחילה מעצמה (קצבה זניח).
ההצתה (ניצוץ) מספקת את האנרגיה ההתחלתית הזו. לאחר שהתגובה החלה, האנרגיה הנפלטת ממנה מספקת את אנרגיית השפעול לשאר המולקולות, והתגובה נמשכת.

(ii)

תשובה:

התגובה אקסותרמית (ΔH0<0\Delta H^0 < 0ΔH0<0): האנתלפיה של התוצרים נמוכה מזו של המגיבים, וההפרש נפלט לסביבה כחום.

לפי הקטע, לתגובה ΔH0<0\Delta H^0 < 0ΔH0<0, כלומר זו תגובה אקסותרמית.
בתגובה נשברים קשרים במגיבים (דורש אנרגיה) ונוצרים קשרים בתוצרים CO2\text{CO}_2CO2​ ו-H2O\text{H}_2\text{O}H2​O (משחרר אנרגיה). האנרגיה המשתחררת ביצירת הקשרים בתוצרים גדולה מהאנרגיה הנדרשת לשבירת הקשרים במגיבים, ולכן האנתלפיה של התוצרים נמוכה מזו של המגיבים.
ההפרש באנרגיה נפלט לסביבה בצורת חום – חלקו מנוצל להנעה, וחלקו מחמם את המנוע.

סעיף ג

תשובה:

התגובה אנדותרמית (ΔH0>0\Delta H^0>0ΔH0>0) – היא קולטת אנרגיה ואינה פולטת אנרגיה שאפשר לנצל להנעה; היא משמשת להפקת מימן לתא הדלק.

בתגובה של חומצה לינולאית עם קיטור ΔH0>0\Delta H^0 > 0ΔH0>0, כלומר זו תגובה אנדותרמית: האנתלפיה של התוצרים גבוהה מזו של המגיבים, והתגובה קולטת אנרגיה מהסביבה (יש לספק לה אנרגיה, למשל חום) ואינה פולטת אנרגיה.
לכן אי אפשר לנצל את האנרגיה של תגובה זו להנעת המכונית, בניגוד לתגובת השריפה של אוקטאן, שהיא אקסותרמית (ΔH0<0\Delta H^0 < 0ΔH0<0) ופולטת אנרגיה.
תפקידה של תגובה זו הוא להפיק מימן, H2(g)\text{H}_{2(g)}H2(g)​; המימן מוזרם לתא הדלק, ושם התגובה שלו עם החמצן שבאוויר (תגובה הפולטת אנרגיה) היא שמנוצלת להפקת אנרגיה חשמלית להנעת המכונית (פסקאות 4–5 בקטע).

סעיף ד

(i)

תשובה:

רוויות – 12.0% ; לא רוויות – 87.0%

ברישום המקוצר, המספר שאחרי הנקודתיים הוא מספר הקשרים הכפולים בשרשרת. חומצת שומן רוויה – 0 קשרים כפולים; לא רוויה – קשר כפול אחד או יותר.
רוויות (C16:0, C18:0, C20:0) – פלמיטית, סטארית, איקוסנואית:
7%+4.5%+0.5%=12.0%7\% + 4.5\% + 0.5\% = 12.0\%7%+4.5%+0.5%=12.0%
לא רוויות (C18:1, C18:2, C18:3) – אולאית, לינולאית, לינולנית:
18.7%+67.5%+0.8%=87.0%18.7\% + 67.5\% + 0.8\% = 87.0\%18.7%+67.5%+0.8%=87.0%
(יחד 99.0%99.0\%99.0% – יתר האחוז שייך לרכיבים אחרים שלא מופיעים בטבלה של חומצות השומן העיקריות.)

(ii)

תשובה:

רוב חומצות השומן בשמן (87%) אינן רוויות, עם קשרים כפולים במבנה cis, ולכן הכוחות בין המולקולות חלשים וטמפרטורת ההתכה נמוכה מטמפרטורת החדר.

קביעה: טמפרטורת ההתכה של שמן חמניות נמוכה מטמפרטורת החדר, ולכן הוא נוזל.
הסבר: לפי סעיף ד i, כ-87% מחומצות השומן בשמן חמניות אינן רוויות, ורובן (לינולאית, 67.5%) עם שני קשרים כפולים. כל הקשרים הכפולים במבנה cis, ולכן בכל קשר כפול השרשרת הפחמימנית מתכופפת.
בגלל הכיפופים, השרשראות (של חומצות השומן ושל הטריגליצרידים המכילים אותן) אינן יכולות להיארז צפוף זו ליד זו, שטח המגע בין המולקולות קטן, וכוחות ואן דר ואלס ביניהן חלשים יחסית. נדרשת מעט אנרגיה כדי להתגבר עליהם, ולכן טמפרטורת ההתכה נמוכה, והשמן נוזל בטמפרטורת החדר.
לשם השוואה, בחומצות שומן רוויות השרשראות ישרות, נארזות צפוף, ולכן טמפרטורת ההתכה שלהן גבוהה יותר (שומנים רוויים מוצקים בטמפרטורת החדר).

פרק שני (60 נקודות)

ענה על שלוש מהשאלות 10 – 14 (לכל שאלה – 20 נקודות).

שאלה 10 · תירוקסין ויוד

שאלה פתוחה

שימו לב: חלק מהשאלה לא במיקוד תשפ"ז

סעיף ב ii עוסק בפליטת קרינה רדיואקטיבית (α או β) – רדיואקטיביות אינה בתוכנית הבחינה לפי מיקוד 2027. סעיף ג ii דורש תיאור ברמה מיקרוסקופית של תמיסה של חומר מולקולרי – לפי מיקוד 2027 לא יידרש תיאור כזה.

מבנה האטום ותכונות חומרים (מבוסס על בגרות תשע"ד שאלה 3)
תירוקסין הוא חומר שנמצא בגוף ונקרא הורמון. חומר זה מופרש על ידי בלוטת התריס, ותפקידו לווסת קצב חילוף חומרים בגוף.

א.

לפניך ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של תירוקסין.
במולקולה של תירוקסין יש 4 אטומי חמצן, O , בשלוש קבוצות פונקציונליות שונות.
רשום את הנוסחה של כל אחת מן הקבוצות הפונקציונליות האלה, וציין את השם של כל קבוצה.

ב.

ברפואה מאבחנים בעיות בפעילות של בלוטת התריס באמצעות יוד רדיואקטיבי.

(i)

בטבלה שלפניך מידע חלקי על שני איזוטופים רדיואקטיביים של יוד, I .
העתק את הטבלה למחברת הבחינה והשלם אותה.
סימול האיזוטופמספר אטומימספר מסהמספר פרוטוניםמספר אלקטרוניםמספר נויטרונים
131I^{131}\text{I}131I
70

(ii)

איזוטופ 131I^{131}\text{I}131I פולט קרינה רדיואקטיבית והופך ל- 131Xe^{131}\text{Xe}131Xe .
מהו סוג הקרינה הרדיואקטיבית הנפלטת, α או β ? נמק.

ג.

בתנאי החדר היסוד יוד, I2(s)\text{I}_{2(s)}I2(s)​ , הוא מוצק שצבעו סגול אפור.
בניסוי שבוצע במעבדה הכניסו לכל אחת משתי מבחנות (1)-(2) גבישים של I2(s)\text{I}_{2(s)}I2(s)​ .
למבחנה (1) הוסיפו 1-פרופאנול, C3H7OH(l)\text{C}_3\text{H}_7\text{OH}_{(l)}C3​H7​OH(l)​ .
למבחנה (2) הוסיפו מים, H2O(l)\text{H}_2\text{O}_{(l)}H2​O(l)​ .
רק באחת משתי המבחנות התקבלה תערובת הומוגנית.

(i)

קבע באיזו מבחנה, (1) או (2), התקבלה התערובת ההומוגנית.

(ii)

תאר ברמה מיקרוסקופית את התערובת ההומוגנית שהתקבלה.

(iii)

נסח את התהליך לקבלת התערובת ההומוגנית.

ד.

בטבלה שלפניך מוצגים נתונים על 1-פרופאנול ואצטון.
החומרהנוסחה המולקולריתנוסחת המבנהטמפרטורת רתיחה (oC^{o}\text{C}oC)
1-פרופאנולC3H8O\text{C}_3\text{H}_8\text{O}C3​H8​OCH3–CH2–CH2–OH\text{CH}_3\text{–CH}_2\text{–CH}_2\text{–OH}CH3​–CH2​–CH2​–OH97
אצטוןC3H6O\text{C}_3\text{H}_6\text{O}C3​H6​O?57
נתונות שתי נוסחאות מבנה, A ו- B .
קבע איזו מהנוסחאות, A או B , היא נוסחת המבנה של אצטון.
הסבר מדוע פסלת את הנוסחה האחרת.

החומר	הנוסחה המולקולרית	נוסחת המבנה	טמפרטורת רתיחה ( $^{o}\text{C}$ )
1-פרופאנול	$\text{C}_3\text{H}_8\text{O}$	$\text{CH}_3\text{–CH}_2\text{–CH}_2\text{–OH}$	97
אצטון	$\text{C}_3\text{H}_6\text{O}$	?	57

◂ פתרון מלא לשאלה 10

סעיף א

תשובה:

−COOH-\text{COOH}−COOH – קבוצה קרבוקסילית; −OH-\text{OH}−OH – קבוצה הידרוקסילית; −O−-\text{O}-−O− – קבוצת אתר.

ארבעת אטומי החמצן נמצאים בשלוש קבוצות:
נוסחת הקבוצהשם הקבוצהמיקום במולקולה
−COOH-\text{COOH}−COOH (אטום C הקשור בקשר כפול ל-O ובקשר יחיד ל-OH)קבוצה קרבוקסילית (חומצה קרבוקסילית) – מכילה 2 אטומי Oבקצה הימני העליון
−OH-\text{OH}−OHקבוצה הידרוקסיליתקשורה לטבעת השמאלית
−O−-\text{O}-−O− (אטום O הקשור לשני אטומי פחמן)קבוצת אתר (קשר אתרי)מחברת בין שתי הטבעות
סה"כ: 2+1+1=42 + 1 + 1 = 42+1+1=4 אטומי חמצן. (קבוצת −NH2-\text{NH}_2−NH2​, קבוצה אמינית, אינה מכילה חמצן.)

נוסחת הקבוצה	שם הקבוצה	מיקום במולקולה
$-\text{COOH}$ (אטום C הקשור בקשר כפול ל-O ובקשר יחיד ל-OH)	קבוצה קרבוקסילית (חומצה קרבוקסילית) – מכילה 2 אטומי O	בקצה הימני העליון
$-\text{OH}$	קבוצה הידרוקסילית	קשורה לטבעת השמאלית
$-\text{O}-$ (אטום O הקשור לשני אטומי פחמן)	קבוצת אתר (קשר אתרי)	מחברת בין שתי הטבעות

סעיף ב

(i)

תשובה:

ראו הטבלה המלאה בפתרון.

לכל איזוטופי היוד אותו מספר אטומי – מספר הפרוטונים של יוד לפי הטבלה המחזורית: Z=53Z = 53Z=53. באטום ניטרלי מספר האלקטרונים שווה למספר הפרוטונים.
מספר הנויטרונים = מספר מסה – מספר אטומי.
- 131I^{131}\text{I}131I: n=131−53=78n = 131 - 53 = 78n=131−53=78
•האיזוטופ השני: מספר מסה = 53+70=12353 + 70 = 12353+70=123 ⟸ 123I^{123}\text{I}123I
סימול האיזוטופמספר אטומימספר מסהמספר פרוטוניםמספר אלקטרוניםמספר נויטרונים
131I^{131}\text{I}131I53131535378
123I^{123}\text{I}123I53123535370

סימול האיזוטופ	מספר אטומי	מספר מסה	מספר פרוטונים	מספר אלקטרונים	מספר נויטרונים
$^{131}\text{I}$	53	131	53	53	78
$^{123}\text{I}$	53	123	53	53	70

(ii)

תשובה:

קרינת β.

קרינת β.
נימוק: מספר המסה לא השתנה (131 → 131), ואילו המספר האטומי גדל ב-1 (יוד 53 → קסנון 54).
בפליטת β נויטרון בגרעין הופך לפרוטון ואלקטרון, והאלקטרון נפלט: מספר הפרוטונים גדל ב-1 ומספר המסה נשאר ללא שינוי:
53131I→ 54131Xe+ −1 0e^{131}_{53}\text{I} \rightarrow\ ^{131}_{54}\text{Xe} + \ ^{\ 0}_{-1}\text{e}53131​I→ 54131​Xe+ −1 0​e
בפליטת α (גרעין הליום, 24He^{4}_{2}\text{He}24​He) מספר המסה היה קטן ב-4 והמספר האטומי היה קטן ב-2 – וזה לא המצב כאן.

סעיף ג

(i)

תשובה:

במבחנה (1) – עם 1-פרופאנול.

במבחנה (1).
I2\text{I}_2I2​ הוא חומר מולקולרי לא קוטבי (שני אטומים זהים); בין מולקולותיו פועלים קשרי ואן דר ואלס בלבד (ענן אלקטרונים גדול).
•במים פועלים בין המולקולות קשרי מימן חזקים ורבים. מולקולות I2\text{I}_2I2​ אינן יכולות ליצור קשרי מימן עם מולקולות מים, ולכן אין "תמורה" אנרגטית לפירוק קשרי המימן בין מולקולות המים – היוד כמעט אינו מתמוסס במים.
•ב-1-פרופאנול יש חלק פחמימני לא קוטבי (C3H7−\text{C}_3\text{H}_7-C3​H7​−) יחסית גדול. בין מולקולות I2\text{I}_2I2​ לחלק הפחמימני של מולקולות הפרופאנול נוצרים קשרי ואן דר ואלס משמעותיים, ולכן היוד מתמוסס בפרופאנול ומתקבלת תערובת הומוגנית (תמיסה).

(ii)

תשובה:

מולקולות I2\text{I}_2I2​ בודדות מפוזרות באופן אחיד בין מולקולות C3H7OH\text{C}_3\text{H}_7\text{OH}C3​H7​OH; בין מולקולות היוד למולקולות הפרופאנול פועלים קשרי ואן דר ואלס.

בתמיסה מולקולות I2\text{I}_2I2​ בודדות (לא נשבר הקשר הקוולנטי I–I\text{I–I}I–I) מפוזרות באופן אחיד בין מולקולות 1-פרופאנול, C3H7OH\text{C}_3\text{H}_7\text{OH}C3​H7​OH.
כל מולקולת I2\text{I}_2I2​ מוקפת במולקולות פרופאנול, ובין מולקולות היוד למולקולות הפרופאנול (בעיקר לחלק הפחמימני שלהן) פועלים קשרי ואן דר ואלס. בין מולקולות הפרופאנול עצמן פועלים קשרי מימן וקשרי ואן דר ואלס. החלקיקים נמצאים בתנועה מתמדת.

(iii)

תשובה:

I2(s)→C3H7OH(l)I2(C3H7OH)\text{I}_{2(s)} \xrightarrow{\text{C}_3\text{H}_7\text{OH}_{(l)}} \text{I}_{2(\text{C}_3\text{H}_7\text{OH})}I2(s)​C3​H7​OH(l)​​I2(C3​H7​OH)​

תהליך המסה (ללא תגובה כימית – מולקולות I2\text{I}_2I2​ נשארות שלמות):
I2(s)→C3H7OH(l)I2(C3H7OH)\text{I}_{2(s)} \xrightarrow{\text{C}_3\text{H}_7\text{OH}_{(l)}} \text{I}_{2(\text{C}_3\text{H}_7\text{OH})}I2(s)​C3​H7​OH(l)​​I2(C3​H7​OH)​
המצב (C3H7OH)(\text{C}_3\text{H}_7\text{OH})(C3​H7​OH) מציין שהיוד נמצא בתמיסה שהממס שלה הוא 1-פרופאנול (בדומה ל-(aq) בתמיסה מימית).
טעות נפוצה: לרשום (aq) – הממס כאן אינו מים.

סעיף ד

תשובה:

B. נוסחה A נפסלה כי יש בה קבוצת OH: בין מולקולותיה היו קשרי מימן, וטמפרטורת הרתיחה שלה הייתה קרובה ל-97°C ולא 57°C.

נוסחת המבנה של אצטון היא B.
שתי הנוסחאות מתאימות לנוסחה המולקולרית C3H6O\text{C}_3\text{H}_6\text{O}C3​H6​O, ולכן ההכרעה לפי טמפרטורת הרתיחה.
פסילת A: במולקולה A יש קבוצה הידרוקסילית −OH-\text{OH}−OH (אטום H הקשור לאטום O), בדומה ל-1-פרופאנול. לכן בין מולקולות A היו פועלים קשרי מימן (בנוסף לקשרי ואן דר ואלס). גודל ענני האלקטרונים של A ושל 1-פרופאנול כמעט זהה (מולקולות כמעט באותו גודל – הבדל של 2 אטומי מימן בלבד), ולכן היינו מצפים שטמפרטורת הרתיחה של A תהיה קרובה לזו של 1-פרופאנול (כ-97oC97^{o}\text{C}97oC).
התאמת B: טמפרטורת הרתיחה של אצטון, 57oC57^{o}\text{C}57oC, נמוכה בהרבה – מכאן שבין מולקולות אצטון אין קשרי מימן. במולקולה B אין אטום H הקשור לאטום O (כל אטומי H קשורים לאטומי C), ולכן בין מולקולותיה פועלים רק קשרי ואן דר ואלס (כולל משיכה בין דו-קטבים קבועים, בגלל הקשר הקוטבי C=O\text{C=O}C=O), שהם חלשים מקשרי מימן. דרושה פחות אנרגיה כדי להפריד בין המולקולות – טמפרטורת רתיחה נמוכה יותר.

שאלה 11 · יהלום וגרפיט

שאלה פתוחה

שימו לב: חלק מהשאלה לא במיקוד תשפ"ז

סעיף א i דורש תיאור מבנה הגרפיט ברמה מיקרוסקופית – לפי מיקוד 2027 לא יידרש תיאור ברמה מיקרוסקופית של חומרים אטומריים (הסבר תכונות לפי המבנה, כמו בסעיף א ii, נשאר בתוכנית).

מבנה וקישור ואנרגיה (מבוסס על בגרות תשס"ח שאלה 6)
יהלום וגרפיט הם שתי צורות גבישיות שונות של היסוד פחמן, C(s)\text{C}_{(s)}C(s)​.

א.

(i)

תאר את מבנה הגרפיט, C(s)\text{C}_{(s)}C(s)​, ברמה מיקרוסקופית.

(ii)

הסבר מדוע יהלום, C(s)\text{C}_{(s)}C(s)​, אינו מוליך חשמל. בתשובתך התייחס למבנה החומר.

ב.

בשרֵפה של כל אחד משני החומרים מתקבל אותו תוצר, פחמן דו-חמצני, CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ .
לפניך ניסוחים של תגובות שרפה של גרפיט ושל יהלום:
(1)Cגרפיט(s)+O2(g)→CO2(g)ΔH(1)o=−393.5 kJ(1)\quad \text{C}_{\text{גרפיט}(s)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{CO}_{2(g)} \qquad \Delta H^{o}_{(1)} = -393.5\ \text{kJ}(1)Cגרפיט(s)​+O2(g)​→CO2(g)​ΔH(1)o​=−393.5 kJ
(2)Cיהלום(s)+O2(g)→CO2(g)ΔH(2)o=−395.4 kJ(2)\quad \text{C}_{\text{יהלום}(s)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{CO}_{2(g)} \qquad \Delta H^{o}_{(2)} = -395.4\ \text{kJ}(2)Cיהלום(s)​+O2(g)​→CO2(g)​ΔH(2)o​=−395.4 kJ
בגרף שלפניך מוצגת אנתלפיה של המגיבים בתגובה (1).

(i)

העתק למחברתך את הגרף והצג בו באופן סכמתי:
•את האנתלפיה של התוצר 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 התגובה של הפיכת גרפיט ליהלום:
(3)Cגרפיט(s)→Cיהלום(s)ΔH(3)o(3)\quad \text{C}_{\text{גרפיט}(s)} \rightarrow \text{C}_{\text{יהלום}(s)} \qquad \Delta H^{o}_{(3)}(3)Cגרפיט(s)​→Cיהלום(s)​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.

מדענים מפתחים שיטה לייצור יהלום ממתאן, CH4(g)\text{CH}_{4(g)}CH4(g)​, בטמפרטורה של כ- 600oC600^{o}\text{C}600oC, על פי התגובה:
(4)CH4(g)→Cיהלום(s)+2H2(g)(4)\quad \text{CH}_{4(g)} \rightarrow \text{C}_{\text{יהלום}(s)} + 2\text{H}_{2(g)}(4)CH4(g)​→Cיהלום(s)​+2H2(g)​
בגרף שלפניך מוצגות באופן סכמתי שתי עקומות:
בעקומה I מוצגת השתנות האנתלפיה במהלך תגובה (4).
בעקומה II (קו מרוסק) מוצגת השתנות האנתלפיה במהלך התגובה שבה יכול להיווצר גרפיט ממתאן.

(i)

הסבר מדוע בשיטה זו מתקבל יהלום ולא גרפיט.

(ii)

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

◂ פתרון מלא לשאלה 11

סעיף א

(i)

תשובה:

סריג אטומי שכבתי: משושים של אטומי C, כל אטום קשור קוולנטית ל-3 שכנים; אלקטרונים חופשיים לאורך השכבה; כוחות ואן דר ואלס בין השכבות.

גרפיט הוא סריג אטומי (קוולנטי) בנוי שכבות:
•בכל שכבה כל אטום פחמן קשור בקשרים קוולנטיים ל-3 אטומי פחמן שכנים, באותו מישור. האטומים יוצרים רשת של משושים – שכבה מישורית ענקית.
•כל אטום פחמן משתמש ב-3 מתוך 4 אלקטרוני הערכיות שלו לקשרים אלה; אלקטרון הערכיות הרביעי אינו מקומי – הוא חופשי לנוע לאורך השכבה (משותף לכל אטומי השכבה).
•השכבות מונחות זו מעל זו, ובין השכבות פועלים כוחות ואן דר ואלס חלשים יחסית.

(ii)

תשובה:

ביהלום כל אטום C קשור קוולנטית ל-4 אטומי C, וכל אלקטרוני הערכיות מעורבים בקשרים מקומיים – אין חלקיקים טעונים חופשיים לנוע.

יהלום אינו מוליך חשמל כי אין בו חלקיקים טעונים חופשיים לנוע.
יהלום הוא סריג אטומי תלת-ממדי: כל אטום פחמן קשור בקשרים קוולנטיים ל-4 אטומי פחמן אחרים (במבנה מרחבי טטראדרי). כל 4 אלקטרוני הערכיות של כל אטום משתתפים בקשרים הקוולנטיים ונמצאים בין שני אטומים מסוימים (אלקטרונים מקומיים). אין בסריג אלקטרונים חופשיים (בניגוד לגרפיט) ואין יונים, ולכן כאשר מפעילים מתח חשמלי אין חלקיקים טעונים שיכולים לנוע ולהעביר זרם.

סעיף ב

(i)

תשובה:

קו CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ נמוך בהרבה מרמת Cגרפיט+O2\text{C}_{\text{גרפיט}} + \text{O}_2Cגרפיט​+O2​; קו Cיהלום+O2\text{C}_{\text{יהלום}} + \text{O}_2Cיהלום​+O2​ מעט מעל רמת Cגרפיט+O2\text{C}_{\text{גרפיט}} + \text{O}_2Cגרפיט​+O2​.

- התוצר CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ – אותו תוצר בשתי התגובות, ולכן קו אחד. שתי התגובות אקסותרמיות, ולכן הקו נמצא מתחת לרמת המגיבים: 393.5 kJ393.5\ \text{kJ}393.5 kJ מתחת לרמת Cגרפיט(s)+O2(g)\text{C}_{\text{גרפיט}(s)} + \text{O}_{2(g)}Cגרפיט(s)​+O2(g)​.
- המגיבים בתגובה (2), Cיהלום(s)+O2(g)\text{C}_{\text{יהלום}(s)} + \text{O}_{2(g)}Cיהלום(s)​+O2(g)​ – בשרפת יהלום נפלטת יותר אנרגיה (395.4 kJ395.4\ \text{kJ}395.4 kJ) מאשר בשרפת גרפיט (393.5 kJ393.5\ \text{kJ}393.5 kJ) לאותו תוצר, ולכן רמת המגיבים בתגובה (2) גבוהה מרמת המגיבים בתגובה (1), בהפרש קטן:
395.4 kJ−393.5 kJ=1.9 kJ395.4\ \text{kJ} - 393.5\ \text{kJ} = 1.9\ \text{kJ}395.4 kJ−393.5 kJ=1.9 kJ
(התרשים סכמתי – ההפרש של 1.9 kJ1.9\ \text{kJ}1.9 kJ מוגדל כדי שיהיה נראה.)

(ii)

תשובה:

שני חצים כלפי מטה: ΔH(1)o\Delta H^{o}_{(1)}ΔH(1)o​ מרמת גרפיט+חמצן לרמת CO2\text{CO}_2CO2​, ו-ΔH(2)o\Delta H^{o}_{(2)}ΔH(2)o​ מרמת יהלום+חמצן לרמת CO2\text{CO}_2CO2​.

ΔH=Hתוצרים−Hמגיבים\Delta H = H_{\text{תוצרים}} - H_{\text{מגיבים}}ΔH=Hתוצרים​−Hמגיבים​, ולכן החץ מתחיל ברמת המגיבים ומסתיים ברמת התוצרים:
- ΔH(1)o=−393.5 kJ\Delta H^{o}_{(1)} = -393.5\ \text{kJ}ΔH(1)o​=−393.5 kJ: חץ כלפי מטה מהקו Cגרפיט(s)+O2(g)\text{C}_{\text{גרפיט}(s)} + \text{O}_{2(g)}Cגרפיט(s)​+O2(g)​ אל הקו CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​.
- ΔH(2)o=−395.4 kJ\Delta H^{o}_{(2)} = -395.4\ \text{kJ}ΔH(2)o​=−395.4 kJ: חץ כלפי מטה מהקו Cיהלום(s)+O2(g)\text{C}_{\text{יהלום}(s)} + \text{O}_{2(g)}Cיהלום(s)​+O2(g)​ אל הקו CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ – מעט ארוך יותר מהחץ הראשון.
(ראו התרשים בתת-סעיף i.)

סעיף ג

(i)

תשובה:

חץ קצר כלפי מעלה מרמת Cגרפיט(s)+O2(g)\text{C}_{\text{גרפיט}(s)} + \text{O}_{2(g)}Cגרפיט(s)​+O2(g)​ לרמת Cיהלום(s)+O2(g)\text{C}_{\text{יהלום}(s)} + \text{O}_{2(g)}Cיהלום(s)​+O2(g)​.

בתגובה (3) המגיב הוא גרפיט והתוצר הוא יהלום. בגרף, O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ מופיע בשתי הרמות ואינו משתנה, ולכן ההפרש בין הרמה Cגרפיט(s)+O2(g)\text{C}_{\text{גרפיט}(s)} + \text{O}_{2(g)}Cגרפיט(s)​+O2(g)​ לרמה Cיהלום(s)+O2(g)\text{C}_{\text{יהלום}(s)} + \text{O}_{2(g)}Cיהלום(s)​+O2(g)​ הוא ΔH(3)o\Delta H^{o}_{(3)}ΔH(3)o​.
מסמנים חץ קצר כלפי מעלה מהקו של גרפיט+חמצן אל הקו של יהלום+חמצן (החץ האדום בתרשים שבסעיף ב).

(ii)

תשובה:

ΔH(3)o=+1.9 kJ\Delta H^{o}_{(3)} = +1.9\ \text{kJ}ΔH(3)o​=+1.9 kJ

לפי חוק הס: נכתוב את תגובה (1) כפי שהיא, ואת תגובה (2) בכיוון ההפוך (סימן ΔH\Delta HΔH מתהפך):
Cגרפיט(s)+O2(g)→CO2(g)ΔH(1)o=−393.5 kJ\text{C}_{\text{גרפיט}(s)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{CO}_{2(g)} \qquad \Delta H^{o}_{(1)} = -393.5\ \text{kJ}Cגרפיט(s)​+O2(g)​→CO2(g)​ΔH(1)o​=−393.5 kJ
CO2(g)→Cיהלום(s)+O2(g)−ΔH(2)o=+395.4 kJ\text{CO}_{2(g)} \rightarrow \text{C}_{\text{יהלום}(s)} + \text{O}_{2(g)} \qquad -\Delta H^{o}_{(2)} = +395.4\ \text{kJ}CO2(g)​→Cיהלום(s)​+O2(g)​−ΔH(2)o​=+395.4 kJ
חיבור שתי התגובות (מצמצמים O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ ו-CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​) נותן את תגובה (3):
ΔH(3)o=ΔH(1)o−ΔH(2)o=−393.5 kJ−(−395.4 kJ)=+1.9 kJ\Delta H^{o}_{(3)} = \Delta H^{o}_{(1)} - \Delta H^{o}_{(2)} = -393.5\ \text{kJ} - (-395.4\ \text{kJ}) = +1.9\ \text{kJ}ΔH(3)o​=ΔH(1)o​−ΔH(2)o​=−393.5 kJ−(−395.4 kJ)=+1.9 kJ
התגובה אנדותרמית: האנתלפיה של יהלום גבוהה ב-1.9 kJ1.9\ \text{kJ}1.9 kJ (למול) מזו של גרפיט.

סעיף ד

(i)

תשובה:

אנרגיית השפעול של התגובה ליצירת יהלום (עקומה I) נמוכה מזו של התגובה ליצירת גרפיט (עקומה II), ולכן קצב יצירת היהלום גבוה בהרבה.

לפי הגרף, אנרגיית השפעול של תגובה (4), שבה נוצר יהלום (עקומה I – ההפרש בין שיא העקומה לרמת CH4(g)\text{CH}_{4(g)}CH4(g)​), נמוכה בהרבה מאנרגיית השפעול של התגובה שבה נוצר גרפיט (עקומה II).
ככל שאנרגיית השפעול נמוכה יותר, חלק גדול יותר מהמולקולות בעלות אנרגיה מספקת להגיב באותה טמפרטורה, ולכן קצב התגובה גבוה יותר. בטמפרטורה של 600oC600^{o}\text{C}600oC תגובה (4) מהירה בהרבה מהתגובה ליצירת גרפיט, ולכן מתקבל בעיקר יהלום – אף שגרפיט הוא התוצר בעל האנתלפיה הנמוכה יותר.
טעות נפוצה: לנמק לפי יציבות התוצר (גובה רמת התוצרים) – הקובע כאן הוא אנרגיית השפעול, כלומר הקצב.

(ii)

תשובה:

אקסותרמית (לפי הגרף).

לפי הגרף, תגובה (4) היא אקסותרמית.
נימוק: בגרף, רמת האנתלפיה של התוצרים Cיהלום(s)+2H2(g)\text{C}_{\text{יהלום}(s)} + 2\text{H}_{2(g)}Cיהלום(s)​+2H2(g)​ נמוכה מרמת האנתלפיה של המגיב CH4(g)\text{CH}_{4(g)}CH4(g)​. לכן ΔH=Hתוצרים−Hמגיבים<0\Delta H = H_{\text{תוצרים}} - H_{\text{מגיבים}} < 0ΔH=Hתוצרים​−Hמגיבים​<0 – במהלך התגובה נפלטת אנרגיה לסביבה.
הערה: התשובה נקבעת לפי הגרף המודפס בשאלה, שבו רמת התוצרים נמוכה מרמת המתאן. במציאות תגובה (4) היא אנדותרמית: אנתלפיית ההיווצרות של מתאן שלילית (כ-−75 kJ/mol-75\ \text{kJ/mol}−75 kJ/mol), ולכן פירוק מתאן ליסודותיו קולט כ-75 kJ75\ \text{kJ}75 kJ למול (וליצירת יהלום מעט יותר). הגרף בשאלה סכמתי, ונועד בעיקר להשוואת אנרגיות השפעול בסעיף ד i.

שאלה 12 · גזים, תחמוצות חנקן וקצב תגובה

שאלה פתוחה

שימו לב: חלק מהשאלה לא במיקוד תשפ"ז

סעיף ג דורש הסבר של השפעת הטמפרטורה והריכוז על קצב התגובה בעזרת תורת ההתנגשויות – לפי מיקוד 2027 התלמידים יציינו את הגורמים המשפיעים על הקצב ולא יידרשו להסביר אותם לפי תורת ההתנגשויות.

סטויכיומטריה - מצב גז וקצב תגובות (מבוסס על שאלה 5 בגרות תשע"ב, ושאלה 2 ג' בגרות השלמה תשע"ג)
השאלה עוסקת בגזים: חנקן, חמצן ותחמוצות חנקן.

א.

(i)

שני כלים סגורים, שהנפחים שלהם שווים וקבועים, הוחזקו בטמפרטורה קבועה.
הכלי הראשון מכיל 1 גרם חמצן, O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ , והכלי השני מכיל 1 גרם חנקן, N2(g)\text{N}_{2(g)}N2(g)​ .
קבע אם הלחץ בכלי השני גדול מהלחץ בכלי הראשון, קטן ממנו או שווה לו. נמק את קביעתך.

(ii)

מחממים את הכלי המכיל חנקן.
איזה מהגרפים IV-I שלפניך הוא תיאור סכמתי נכון של הלחץ בכלי במהלך החימום כתלות בזמן?
נמק את קביעתך.

ב.

בתנאים מתאימים, תחמוצת החנקן NO(g)\text{NO}_{(g)}NO(g)​ מגיבה עם O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ ומתקבלת תחמוצת אחרת של חנקן, NO2(g)\text{NO}_{2(g)}NO2(g)​.

(i)

נסח ואזן את התגובה.

(ii)

ביצעו את התגובה בתוך מזרק, כשהטמפרטורה והלחץ נשמרו קבועים.
קבע אם במהלך התגובה נפח המזרק גדל, קטן או לא השתנה. נמק את קביעתך.

ג.

התייחס לתגובה שניסחת בסעיף ב i.

(i)

קבע איזה מבין ההיגדים a או b , מסביר נכון מדוע קצב התגובה בטמפרטורה של 3000C300^{0}\text{C}3000C גבוה מקצב התגובה בטמפרטורה 300K300\text{K}300K .
a. טמפרטורה של 3000C300^{0}\text{C}3000C גבוהה מטמפרטורה של 300K300\text{K}300K לכן יש יותר סיכוי להתנגשויות פוריות בין המולקולות.
b. בטמפרטורה של 3000C300^{0}\text{C}3000C אנרגיית השפעול הדרושה להתרחשות התגובה נמוכה יותר.

(ii)

כאשר מבצעים את התגובה בכלי שנפחו 1 ליטר קצב התגובה הישירה גבוה מקצב התגובה הישירה של התגובה בכלי שנפחו 2 ליטר. שני הכלים נמצאים באותה טמפרטורה. הסבר עובדה זו בעזרת תורת ההתנגשויות.

ד.

1.38 גרם NO2(g)\text{NO}_{2(g)}NO2(g)​ מגיבים עם כמות מספקת של מים על פי התגובה:
3NO2(g)+3H2O(l)→2H3O(aq)++2NO3−(aq)+NO(g)3\text{NO}_{2(g)} + 3\text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow 2\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + 2\text{NO}_3^{-}{}_{(aq)} + \text{NO}_{(g)}3NO2(g)​+3H2​O(l)​→2H3​O(aq)+​+2NO3−​(aq)​+NO(g)​
חשב את הנפח של NO(g)\text{NO}_{(g)}NO(g)​ שהתקבל בתגובה, אם נתון שנפח מולרי של גז בתנאי התגובה הוא 25 ליטר.
פרט את חישוביך.

◂ פתרון מלא לשאלה 12

סעיף א

(i)

תשובה:

גדול – בכלי השני יש יותר מולקולות גז (0.0357 מול לעומת 0.0313 מול).

הלחץ בכלי השני (חנקן) גדול מהלחץ בכלי הראשון.
נחשב את מספר המולים בכל כלי, n=mMn = \frac{m}{M}n=Mm​:
- M(O2)=2⋅16.0=32.0 gmolM(\text{O}_2) = 2\cdot 16.0 = 32.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(O2​)=2⋅16.0=32.0 molg​ ⟸ n(O2)=1 g32.0 g/mol=0.0313 moln(\text{O}_2) = \frac{1\ \text{g}}{32.0\ \text{g/mol}} = 0.0313\ \text{mol}n(O2​)=32.0 g/mol1 g​=0.0313 mol
- M(N2)=2⋅14.0=28.0 gmolM(\text{N}_2) = 2\cdot 14.0 = 28.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(N2​)=2⋅14.0=28.0 molg​ ⟸ n(N2)=1 g28.0 g/mol=0.0357 moln(\text{N}_2) = \frac{1\ \text{g}}{28.0\ \text{g/mol}} = 0.0357\ \text{mol}n(N2​)=28.0 g/mol1 g​=0.0357 mol
לאותה מסה, המסה המולרית של N2\text{N}_2N2​ קטנה יותר, ולכן בכלי השני יש יותר מולים – יותר מולקולות גז.
באותו נפח ובאותה טמפרטורה, הלחץ של גז עומד ביחס ישר למספר המולקולות (P=nRTVP = \frac{nRT}{V}P=VnRT​): יותר מולקולות ⟸ יותר התנגשויות בדפנות הכלי ביחידת זמן ⟸ לחץ גבוה יותר.

(ii)

תשובה:

גרף III.

גרף III.
נימוק:
•בתחילת החימום (זמן 0) יש בכלי גז, ולכן הלחץ אינו אפס – נפסל גרף I, שמתחיל באפס.
•במהלך החימום הטמפרטורה עולה, והמולקולות נעות מהר יותר (האנרגיה הקינטית הממוצעת שלהן גדלה). הן מתנגשות בדפנות הכלי בתדירות גבוהה יותר ובעוצמה רבה יותר, ומספר המולקולות והנפח קבועים – לכן הלחץ עולה (P=nRTVP = \frac{nRT}{V}P=VnRT​, n ו-V קבועים). נפסלים גרף II (לחץ יורד) וגרף IV (לחץ קבוע).
גרף III מתאר לחץ התחלתי שונה מאפס ועלייה בלחץ במהלך החימום.

סעיף ב

(i)

תשובה:

2NO(g)+O2(g)→2NO2(g)2\text{NO}_{(g)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{NO}_{2(g)}2NO(g)​+O2(g)​→2NO2(g)​

2NO(g)+O2(g)→2NO2(g)2\text{NO}_{(g)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{NO}_{2(g)}2NO(g)​+O2(g)​→2NO2(g)​
בדיקה: אטומי N – 2 בכל צד; אטומי O – 2+2=42 + 2 = 42+2=4 משמאל, 2⋅2=42\cdot 2 = 42⋅2=4 מימין.

(ii)

תשובה:

נפח המזרק קטן.

נפח המזרק קטן.
נימוק: לפי ניסוח התגובה, מכל 3 מול גז מגיבים (2 mol NO+1 mol O22\ \text{mol}\ \text{NO} + 1\ \text{mol}\ \text{O}_22 mol NO+1 mol O2​) נוצרים 2 מול גז תוצר (NO2\text{NO}_2NO2​). מספר מולקולות הגז במזרק קטן במהלך התגובה.
בטמפרטורה ובלחץ קבועים, נפח הגז עומד ביחס ישר למספר המולים שלו (V=nRTPV = \frac{nRT}{P}V=PnRT​; לפי עקרון אבוגדרו – באותם תנאים, נפח שווה ⟸ מספר מולקולות שווה). לכן כאשר מספר המולים קטן, הנפח קטן – הבוכנה של המזרק נדחפת פנימה.

סעיף ג

(i)

תשובה:

היגד a.

היגד a נכון.
300oC=300+273=573 K300^{o}\text{C} = 300 + 273 = 573\ \text{K}300oC=300+273=573 K, כלומר זו טמפרטורה גבוהה מ-300 K300\ \text{K}300 K (27oC27^{o}\text{C}27oC).
בטמפרטורה גבוהה יותר המולקולות נעות מהר יותר והאנרגיה הקינטית הממוצעת שלהן גבוהה יותר. לכן יש יותר התנגשויות ביחידת זמן, וחלק גדול יותר מההתנגשויות הן בעלות אנרגיה השווה לאנרגיית השפעול או גדולה ממנה – יותר התנגשויות פוריות ביחידת זמן, והקצב גבוה יותר.
היגד b שגוי: אנרגיית השפעול היא תכונה של התגובה (של מסלול התגובה) ואינה משתנה עם הטמפרטורה. (אנרגיית שפעול נמוכה יותר מתקבלת בנוכחות זרז, לא בחימום.)

(ii)

תשובה:

בכלי הקטן ריכוז המגיבים גבוה יותר, ולכן מספר ההתנגשויות ביחידת זמן, וגם מספר ההתנגשויות הפוריות, גדול יותר.

כשאותה כמות של מגיבים (NO\text{NO}NO ו-O2\text{O}_2O2​) נמצאת בכלי של 1 ליטר במקום בכלי של 2 ליטר, ריכוז המגיבים (C=nVC = \frac{n}{V}C=Vn​) גדול פי 2 – יש יותר מולקולות בכל יחידת נפח.
לפי תורת ההתנגשויות, תגובה מתרחשת כאשר מולקולות המגיבים מתנגשות בכיוון מתאים ובאנרגיה השווה לאנרגיית השפעול או גדולה ממנה (התנגשות פורייה). כאשר המולקולות צפופות יותר, הן מתנגשות זו בזו בתדירות גבוהה יותר – יותר התנגשויות ביחידת זמן.
מאחר שהטמפרטורה זהה, החלק היחסי של ההתנגשויות הפוריות זהה בשני הכלים; לכן בכלי הקטן מספר ההתנגשויות הפוריות ביחידת זמן גדול יותר, וקצב התגובה גבוה יותר.

סעיף ד

תשובה:

V(NO)=0.25 LV(\text{NO}) = 0.25\ \text{L}V(NO)=0.25 L

1. מספר המולים של NO2\text{NO}_2NO2​:
M(NO2)=14.0+2⋅16.0=46.0 gmolM(\text{NO}_2) = 14.0 + 2\cdot 16.0 = 46.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(NO2​)=14.0+2⋅16.0=46.0 molg​
n(NO2)=mM=1.38 g46.0 g/mol=0.0300 moln(\text{NO}_2) = \frac{m}{M} = \frac{1.38\ \text{g}}{46.0\ \text{g/mol}} = 0.0300\ \text{mol}n(NO2​)=Mm​=46.0 g/mol1.38 g​=0.0300 mol
2. יחס מולים לפי הניסוח: NO2:NO=3:1\text{NO}_2 : \text{NO} = 3 : 1NO2​:NO=3:1
n(NO)=0.0300 mol3=0.0100 moln(\text{NO}) = \frac{0.0300\ \text{mol}}{3} = 0.0100\ \text{mol}n(NO)=30.0300 mol​=0.0100 mol
3. נפח הגז: V=n⋅VmV = n \cdot V_mV=n⋅Vm​
V(NO)=0.0100 mol⋅25 Lmol=0.250 LV(\text{NO}) = 0.0100\ \text{mol} \cdot 25\ \frac{\text{L}}{\text{mol}} = 0.250\ \text{L}V(NO)=0.0100 mol⋅25 molL​=0.250 L
נפח ה-NO(g)\text{NO}_{(g)}NO(g)​ שהתקבל: 0.25 L0.25\ \text{L}0.25 L (250 מ"ל).

שאלה 13 · ייצור חומצה חנקתית ותגובותיה

שאלה פתוחה

חמצון חיזור וחומצות ובסיסים (מבוסס על בגרות תשע"ג שאלה 7)
חומצה חנקתית, HNO3(l)\text{HNO}_{3(l)}HNO3(l)​ , משמשת בין היתר לייצור דשנים וחומרי נפץ.
בתעשייה בכימית מפיקים HNO3(l)\text{HNO}_{3(l)}HNO3(l)​ מאמוניה, NH3(g)\text{NH}_{3(g)}NH3(g)​ . בתהליך הייצור של HNO3(l)\text{HNO}_{3(l)}HNO3(l)​ יש שלושה שלבים.
בכל שלב מתרחשת אחת מן התגובות (1)-(3).
(1)4NH3(g)+5O2(g)→4NO(g)+6H2O(g)(1)\quad 4\text{NH}_{3(g)} + 5\text{O}_{2(g)} \rightarrow 4\text{NO}_{(g)} + 6\text{H}_2\text{O}_{(g)}(1)4NH3(g)​+5O2(g)​→4NO(g)​+6H2​O(g)​
(2)2NO(g)+O2(g)→2NO2(g)(2)\quad 2\text{NO}_{(g)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{NO}_{2(g)}(2)2NO(g)​+O2(g)​→2NO2(g)​
(3)4NO2(g)+O2(g)+2H2O(l)→4HNO3(l)(3)\quad 4\text{NO}_{2(g)} + \text{O}_{2(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow 4\text{HNO}_{3(l)}(3)4NO2(g)​+O2(g)​+2H2​O(l)​→4HNO3(l)​

א.

(i)

העתק את הטבלה שלפניך למחברת הבחינה.
דרגת החמצון של אטומי N+5+4+2−3
תרכובת החנקן
קבע את דרגת החמצון של אטומי N בכל אחת מתרכובות החנקן שבתגובות (1) - (3), והשלם את הטבלה בהתאם.

דרגת החמצון של אטומי N	+5	+4	+2	−3
תרכובת החנקן

(ii)

מבין תרכובות החנקן המופיעות בתגובות (1) , (2) , (3), ציין את התרכובות שיכולות להגיב כמחמצן. נמק.

ב.

קבע עבור כל אחד מן ההיגדים c , b , a שלפניך אם הוא נכון או לא נכון. נמק כל קביעה.
a. בתגובה (1) הגז NH3(g)\text{NH}_{3(g)}NH3(g)​ פועל כמחזר.
b. בתגובה (2) עוברים 2 מול אלקטרונים.
c. בתגובה (3) החומצה HNO3(l)\text{HNO}_{3(l)}HNO3(l)​ פועלת כמחמצן.

ג.

תמיסת HNO3(aq)\text{HNO}_{3(aq)}HNO3(aq)​ מגיבה עם ברזל, Fe(s)\text{Fe}_{(s)}Fe(s)​ , ועם נחושת, Cu(s)\text{Cu}_{(s)}Cu(s)​ , על פי תגובות (4) - (5).
(4)Fe(s)+2H3O(aq)++2NO3−(aq)→Fe(aq)2++2NO3−(aq)+2H2O(l)+H2(g)(4)\quad \text{Fe}_{(s)} + 2\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + 2\text{NO}_3^{-}{}_{(aq)} \rightarrow \text{Fe}^{2+}_{(aq)} + 2\text{NO}_3^{-}{}_{(aq)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(l)} + \text{H}_{2(g)}(4)Fe(s)​+2H3​O(aq)+​+2NO3−​(aq)​→Fe(aq)2+​+2NO3−​(aq)​+2H2​O(l)​+H2(g)​
(5)3Cu(s)+8H3O(aq)++8NO3−(aq)→3Cu(aq)2++6NO3−(aq)+12H2O(l)+2NO(g)(5)\quad 3\text{Cu}_{(s)} + 8\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + 8\text{NO}_3^{-}{}_{(aq)} \rightarrow 3\text{Cu}^{2+}_{(aq)} + 6\text{NO}_3^{-}{}_{(aq)} + 12\text{H}_2\text{O}_{(l)} + 2\text{NO}_{(g)}(5)3Cu(s)​+8H3​O(aq)+​+8NO3−​(aq)​→3Cu(aq)2+​+6NO3−​(aq)​+12H2​O(l)​+2NO(g)​
קבע אם במהלך כל אחת מן התגובות (4) ו- (5) ה- pH של התמיסה עלה, ירד או לא השתנה. נמק.

ד.

הכניסו 10 גרם אשלגן מימן פחמתי, KHCO3(s)\text{KHCO}_{3(s)}KHCO3(s)​ , לתוך 120 מ"ל תמיסת HNO3(aq)\text{HNO}_{3(aq)}HNO3(aq)​ בריכוז 1M.
לפניך ניסוח התגובה שהתרחשה.
HCO3−(aq)+H3O(aq)+→2H2O(l)+CO2(g)\text{HCO}_3^{-}{}_{(aq)} + \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(l)} + \text{CO}_{2(g)}HCO3−​(aq)​+H3​O(aq)+​→2H2​O(l)​+CO2(g)​
קבע אם בתום התגובה ה- pH של התמיסה שהתקבלה היה גדול מ- 7 , קטן מ- 7 , או שווה ל- 7.
פרט את חישוביך, והסבר.

◂ פתרון מלא לשאלה 13

סעיף א

(i)

תשובה:

ראו הטבלה בפתרון.

דרגת החמצון של H היא +1+1+1 ושל O היא −2-2−2; סכום דרגות החמצון במולקולה הוא 0:
- NH3\text{NH}_3NH3​: x+3⋅(+1)=0x + 3\cdot(+1) = 0x+3⋅(+1)=0 ⟸ x=−3x = -3x=−3
- NO\text{NO}NO: x+(−2)=0x + (-2) = 0x+(−2)=0 ⟸ x=+2x = +2x=+2
- NO2\text{NO}_2NO2​: x+2⋅(−2)=0x + 2\cdot(-2) = 0x+2⋅(−2)=0 ⟸ x=+4x = +4x=+4
- HNO3\text{HNO}_3HNO3​: (+1)+x+3⋅(−2)=0(+1) + x + 3\cdot(-2) = 0(+1)+x+3⋅(−2)=0 ⟸ x=+5x = +5x=+5
דרגת החמצון של אטומי N+5+4+2−3
תרכובת החנקןHNO3\text{HNO}_3HNO3​NO2\text{NO}_2NO2​NO\text{NO}NONH3\text{NH}_3NH3​

דרגת החמצון של אטומי N	+5	+4	+2	−3
תרכובת החנקן	$\text{HNO}_3$	$\text{NO}_2$	$\text{NO}$	$\text{NH}_3$

(ii)

תשובה:

NO\text{NO}NO, NO2\text{NO}_2NO2​, HNO3\text{HNO}_3HNO3​.

התרכובות שיכולות להגיב כמחמצן: NO\text{NO}NO, NO2\text{NO}_2NO2​ ו-HNO3\text{HNO}_3HNO3​.
נימוק: מחמצן מקבל אלקטרונים, כלומר דרגת החמצון של אחד מאטומיו יורדת. דרגת החמצון הנמוכה ביותר האפשרית לאטום N היא −3-3−3 (לאטום N 5 אלקטרוני ערכיות, והוא יכול לקבל לכל היותר 3 אלקטרונים כדי להשלים אוקטט).
•ב-NO\text{NO}NO (+2+2+2), ב-NO2\text{NO}_2NO2​ (+4+4+4) וב-HNO3\text{HNO}_3HNO3​ (+5+5+5) דרגת החמצון של N גבוהה מ-−3-3−3, ולכן היא יכולה לרדת – אטום N יכול לקבל אלקטרונים, והתרכובות יכולות להגיב כמחמצן.
•ב-NH3\text{NH}_3NH3​ דרגת החמצון של N היא −3-3−3, הנמוכה ביותר; היא אינה יכולה לרדת, ולכן NH3\text{NH}_3NH3​ אינה יכולה להגיב כמחמצן (רק כמחזר).

סעיף ב

תשובה:

a – נכון; b – לא נכון (עוברים 4 מול אלקטרונים); c – לא נכון (HNO3\text{HNO}_3HNO3​ הוא תוצר; המחמצן הוא O2\text{O}_2O2​).

a – נכון. בתגובה (1) דרגת החמצון של N עולה מ-−3-3−3 (ב-NH3\text{NH}_3NH3​) ל-+2+2+2 (ב-NO\text{NO}NO): כל אטום N מוסר 5 אלקטרונים. חומר שמוסר אלקטרונים פועל כמחזר.
b – לא נכון. בתגובה (2) דרגת החמצון של N עולה מ-+2+2+2 (ב-NO\text{NO}NO) ל-+4+4+4 (ב-NO2\text{NO}_2NO2​): כל אטום N מוסר 2 אלקטרונים. לפי הניסוח מגיבים 2 מול NO\text{NO}NO, ולכן עוברים:
2 mol NO⋅2 mol e−mol NO=4 mol e−2\ \text{mol NO} \cdot 2\ \frac{\text{mol e}^-}{\text{mol NO}} = 4\ \text{mol e}^-2 mol NO⋅2 mol NOmol e−​=4 mol e−
בדיקה דרך המחמצן: 1 מול O2\text{O}_2O2​ – 2 מול אטומי O, כל אחד יורד מ-0 ל-−2-2−2 ומקבל 2 אלקטרונים ⟸ 4 mol e−4\ \text{mol e}^-4 mol e−. לכן עוברים 4 מול אלקטרונים ולא 2.
c – לא נכון. בתגובה (3) HNO3\text{HNO}_3HNO3​ הוא תוצר ולא מגיב, ולכן אינו פועל בה כמחמצן או כמחזר. בתגובה זו המחמצן הוא O2\text{O}_2O2​ (דרגת החמצון של O יורדת מ-0 ל-−2-2−2), והמחזר הוא NO2\text{NO}_2NO2​ (N עולה מ-+4+4+4 ל-+5+5+5).

סעיף ג

תשובה:

בשתי התגובות ה-pH עלה, כי יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+ נצרכים וריכוזם בתמיסה קטן.

בשתי התגובות ה-pH של התמיסה עלה.
- תגובה (4): יוני H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}H3​O(aq)+​ הם מגיבים (2 מול לכל מול Fe) והופכים למים ולמימן; הם אינם נוצרים מחדש. לכן ריכוז יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+ בתמיסה קטן, התמיסה פחות חומצית, וה-pH עולה.
- תגובה (5): גם כאן יוני H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}H3​O(aq)+​ נצרכים (8 מול לכל 3 מול Cu) והופכים למים, ואינם מופיעים בצד התוצרים. ריכוז יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+ קטן ⟸ ה-pH עולה.
(יוני NO3−\text{NO}_3^-NO3−​ אינם משפיעים על ה-pH.)

סעיף ד

תשובה:

pH קטן מ-7: יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+ בעודף – נותרים 0.0201 mol0.0201\ \text{mol}0.0201 mol.

1. מולים של HCO3−\text{HCO}_3^-HCO3−​:
M(KHCO3)=39.1+1.0+12.0+3⋅16.0=100.1 gmolM(\text{KHCO}_3) = 39.1 + 1.0 + 12.0 + 3\cdot 16.0 = 100.1\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(KHCO3​)=39.1+1.0+12.0+3⋅16.0=100.1 molg​
n(KHCO3)=mM=10 g100.1 g/mol=0.0999 moln(\text{KHCO}_3) = \frac{m}{M} = \frac{10\ \text{g}}{100.1\ \text{g/mol}} = 0.0999\ \text{mol}n(KHCO3​)=Mm​=100.1 g/mol10 g​=0.0999 mol
KHCO3(s)→K(aq)++HCO3−(aq)\text{KHCO}_{3(s)} \rightarrow \text{K}^{+}_{(aq)} + \text{HCO}_3^{-}{}_{(aq)}KHCO3(s)​→K(aq)+​+HCO3−​(aq)​ ⟸ n(HCO3−)=0.0999 moln(\text{HCO}_3^-) = 0.0999\ \text{mol}n(HCO3−​)=0.0999 mol
2. מולים של H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+: HNO3\text{HNO}_3HNO3​ חומצה חזקה, ולכן [H3O+]=1 M[\text{H}_3\text{O}^+] = 1\ \text{M}[H3​O+]=1 M:
n(H3O+)=C⋅V=1 molL⋅0.120 L=0.120 moln(\text{H}_3\text{O}^+) = C \cdot V = 1\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 0.120\ \text{L} = 0.120\ \text{mol}n(H3​O+)=C⋅V=1 Lmol​⋅0.120 L=0.120 mol
3. מגיב מגביל: לפי הניסוח, היחס HCO3−:H3O+=1:1\text{HCO}_3^- : \text{H}_3\text{O}^+ = 1:1HCO3−​:H3​O+=1:1. נדרשים 0.0999 mol0.0999\ \text{mol}0.0999 mol של H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+ ויש 0.120 mol0.120\ \text{mol}0.120 mol – לכן HCO3−\text{HCO}_3^-HCO3−​ הוא המגיב המגביל, ו-H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+ בעודף:
n(H3O+)נותר=0.120 mol−0.0999 mol=0.0201 moln(\text{H}_3\text{O}^+)_{\text{נותר}} = 0.120\ \text{mol} - 0.0999\ \text{mol} = 0.0201\ \text{mol}n(H3​O+)נותר​=0.120 mol−0.0999 mol=0.0201 mol
4. מסקנה: בתום התגובה נותרים בתמיסה יוני H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}H3​O(aq)+​ בעודף, והתמיסה חומצית – ה-pH קטן מ-7. (שאר החלקיקים בתמיסה – K+\text{K}^+K+, NO3−\text{NO}_3^-NO3−​, H2O\text{H}_2\text{O}H2​O – אינם משנים זאת; CO2\text{CO}_2CO2​ שנוצר משתחרר כגז.)

שאלה 14 · שמן זית

שאלה פתוחה

שימו לב: חלק מהשאלה לא במיקוד תשפ"ז

השאלה כולה מפרק כימיה של מזון (חומצות שומן, טריגליצרידים, ויטמינים, אחוז חומציות בשמן), שאינו בתוכנית הבחינה לפי מיקוד 2027.

כימיה של מזון (מבוסס על בגרות תשע"ד שאלה 8)
שמן זית הוא אחד משמני המאכל הנפוצים בעולם ובמיוחד באזור הים התיכון.
מרבית חומצות השומן שבשמן זית נמצאות בטריגליצרידים, ומקצתן מצויות כחומצות שומן חופשיות.
בטבלה שלפניך מוצגות חומצות השומן העיקריות המצויות בשמן שמן זית.
חומצת השומןרישום מקוצר של חומצת שומן
פלמיטיתC16:0
סטאריתC18:0
אולאיתC18:1ω9cis
לינולאיתC18:2ω6cis,cis

חומצת השומן	רישום מקוצר של חומצת שומן
פלמיטית	C16:0
סטארית	C18:0
אולאית	C18:1ω9cis
לינולאית	C18:2ω6cis,cis

א.

טמפרטורת ההיתוך של חומצה לינולאית נמוכה מטמפרטורת ההיתוך של חומצה אולאית. הסבר מדוע.

ב.

לפניך ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של טריגליצריד המצוי בשמן זית.
היעזר בנתונים שבטבלה וקבע מאילו חומצות שומן מורכב הטריגליצריד הזה.

ג.

שמן זית מכיל גם ויטמינים. לפניך שתי נוסחאות מבנה II-I , של ויטמינים.
קבע איזו מהנוסחאות, I או II , מתאימה לוויטמין המצוי בשמן זית. נמק.

ד.

לקחו דגימה של 20 גרם שמן זית והמיסו אותה בכוהל מתאים.
לתמיסה זו הוסיפו תמיסת אשלגן הידרוקסידי, KOH(aq)\text{KOH}_{(aq)}KOH(aq)​ .
חומצות השומן החופשיות בשמן הזית הגיבו על פי התגובה:
R–COOH(כוהל)+OH(aq)−→R–COO−(כוהל)+H2O(l)\text{R–COOH}_{(\text{כוהל})} + \text{OH}^{-}_{(aq)} \rightarrow \text{R–COO}^{-}{}_{(\text{כוהל})} + \text{H}_2\text{O}_{(l)}R–COOH(כוהל)​+OH(aq)−​→R–COO−(כוהל)​+H2​O(l)​
R מסמל את השרשרת הפחמימנית במולקולה של חומצת שומן.
נדרשו 8.5 מ"ל תמיסת KOH(aq)\text{KOH}_{(aq)}KOH(aq)​ בריכוז 0.1M לסתירה מלאה של חומצות השומן החופשיות בדגימת השמן.

(i)

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

(ii)

הנח כי חומצת השומן החופשית העיקרית בשמן הזית היא חומצה אולאית.
המסה המולרית של חומצה אולאית היא 282 גרם למול.
חשב את המסה של החומצה האולאית בדגימה. פרט את חישוביך.

(iii)

אחד המדדים לאיכות של שמן זית הוא אחוז החומציות. מחשבים את אחוז החומציות על פי הנוסחה:
אחוז החומציות=מסת חומצה אולאית בדגימה (גרם)מסת הדגימה (גרם)⋅100%\text{אחוז החומציות} = \frac{\text{מסת חומצה אולאית בדגימה (גרם)}}{\text{מסת הדגימה (גרם)}} \cdot 100\%אחוז החומציות=מסת הדגימה (גרם)מסת חומצה אולאית בדגימה (גרם)​⋅100%
על פי התקן הישראלי, אחוז החומציות המרבי בשמן זית באיכות גבוהה (כתית מעולה) היא 0.8% .
קבע אם שמן הזית שבדגימה הוא שמן באיכות גבוהה. פרט את חישוביך ונמק.

◂ פתרון מלא לשאלה 14

סעיף א

תשובה:

בחומצה לינולאית שני קשרים כפולים cis (באולאית אחד) – יותר כיפופים, אריזה פחות צפופה, כוחות ואן דר ואלס חלשים יותר.

לשתי החומצות שרשרת של 18 אטומי פחמן (ענן אלקטרונים בגודל דומה), וההבדל הוא במספר הקשרים הכפולים: באולאית קשר כפול אחד (C18:1) ובלינולאית שניים (C18:2), כולם במבנה cis.
כל קשר כפול cis יוצר כיפוף בשרשרת הפחמימנית. בחומצה לינולאית יש שני כיפופים, ולכן המולקולות אינן יכולות להיארז צפוף זו ליד זו כמו מולקולות החומצה האולאית; שטח המגע בין המולקולות קטן יותר, וכוחות ואן דר ואלס ביניהן חלשים יותר.
נדרשת פחות אנרגיה להתגבר על הכוחות בין המולקולות, ולכן טמפרטורת ההיתוך של חומצה לינולאית נמוכה יותר.

סעיף ב

תשובה:

חומצה פלמיטית, חומצה אולאית וחומצה לינולאית.

סופרים בכל שרשרת את אטומי הפחמן (כולל אטום הפחמן של קבוצת C=O\text{C=O}C=O) ואת הקשרים הכפולים:
- שרשרת עליונה: 16 אטומי פחמן, ללא קשרים כפולים ⟸ C16:0 – חומצה פלמיטית.
- שרשרת אמצעית: 18 אטומי פחמן, קשר כפול אחד (cis) בין פחמן 9 לפחמן 10 (מספור מצד הקרבוניל), כלומר 9 פחמנים מקצה השרשרת – ω9 ⟸ C18:1ω9cis – חומצה אולאית.
- שרשרת תחתונה: 18 אטומי פחמן, שני קשרים כפולים cis (בין פחמנים 9–10 ו-12–13); הקשר הכפול הקרוב לקצה נמצא 6 פחמנים מהקצה – ω6 ⟸ C18:2ω6cis,cis – חומצה לינולאית.
לכן הטריגליצריד בנוי מגליצרול ומשלוש חומצות שומן: פלמיטית, אולאית ולינולאית.

סעיף ג

תשובה:

נוסחה II – ויטמין המסיס בשומן: רובו שרשרת פחמימנית לא קוטבית ארוכה.

נוסחה II.
נימוק: ויטמין המצוי בשמן חייב להיות מסיס בשומן. שמן בנוי בעיקר מטריגליצרידים בעלי שרשראות פחמימניות ארוכות ולא קוטביות, ובינן פועלים קשרי ואן דר ואלס.
- ויטמין II בנוי ברובו משרשרת פחמימנית ארוכה ומטבעות – חלק לא קוטבי גדול – ויש בו רק שני אטומי O (בקבוצות C=O\text{C=O}C=O) ואין בו קבוצות היכולות ליצור קשרי מימן עם מים. בינו ובין מולקולות השמן נוצרים קשרי ואן דר ואלס חזקים יחסית (ענני אלקטרונים גדולים), ולכן הוא מתמוסס בשמן.
- ויטמין I מולקולה קטנה יחסית עם קבוצות קוטביות רבות: שתי קבוצות −OH-\text{OH}−OH, קבוצה קרבוקסילית −COOH-\text{COOH}−COOH וקבוצת N–H\text{N–H}N–H (אמידית). קבוצות אלה יוצרות קשרי מימן עם מולקולות מים, ולכן ויטמין I מסיס במים ולא בשמן.

סעיף ד

(i)

תשובה:

n(OH−)=8.5⋅10−4 moln(\text{OH}^-) = 8.5\cdot 10^{-4}\ \text{mol}n(OH−)=8.5⋅10−4 mol

KOH\text{KOH}KOH בסיס חזק: KOH(s)→K(aq)++OH(aq)−\text{KOH}_{(s)} \rightarrow \text{K}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}KOH(s)​→K(aq)+​+OH(aq)−​, ולכן [OH−]=0.1 M[\text{OH}^-] = 0.1\ \text{M}[OH−]=0.1 M.
n(OH−)=C⋅V=0.1 molL⋅0.0085 L=8.5⋅10−4 moln(\text{OH}^-) = C \cdot V = 0.1\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 0.0085\ \text{L} = 8.5\cdot 10^{-4}\ \text{mol}n(OH−)=C⋅V=0.1 Lmol​⋅0.0085 L=8.5⋅10−4 mol

(ii)

תשובה:

m=0.240 gm = 0.240\ \text{g}m=0.240 g

לפי ניסוח התגובה, היחס R–COOH:OH−=1:1\text{R–COOH} : \text{OH}^- = 1:1R–COOH:OH−=1:1:
n(חומצה אולאית)=n(OH−)=8.5⋅10−4 moln(\text{חומצה אולאית}) = n(\text{OH}^-) = 8.5\cdot 10^{-4}\ \text{mol}n(חומצה אולאית)=n(OH−)=8.5⋅10−4 mol
m=n⋅M=8.5⋅10−4 mol⋅282 gmol=0.240 gm = n \cdot M = 8.5\cdot 10^{-4}\ \text{mol} \cdot 282\ \frac{\text{g}}{\text{mol}} = 0.240\ \text{g}m=n⋅M=8.5⋅10−4 mol⋅282 molg​=0.240 g

(iii)

תשובה:

לא. אחוז החומציות 1.20%, גבוה מ-0.8%.

אחוז החומציות=0.240 g20 g⋅100%=1.20%\text{אחוז החומציות} = \frac{0.240\ \text{g}}{20\ \text{g}} \cdot 100\% = 1.20\%אחוז החומציות=20 g0.240 g​⋅100%=1.20%
השמן שבדגימה אינו שמן באיכות גבוהה, כי אחוז החומציות שלו (1.20%1.20\%1.20%) גבוה מהערך המרבי המותר לשמן באיכות גבוהה (0.8%0.8\%0.8%).

טבלת התשובות

שאלה	סעיף	תשובה
1	-	א – הרדיוס של אטום a גדול מהרדיוס של אטום b, כי לאטום a פחות פרוטונים באותו מספר רמות אנרגיה.
2	-	ג – אנרגיית הקשר הכפול $\text{C=C}$ גדולה מאנרגיית הקשר היחיד $\text{C–C}$ .
3	-	ג – בין מולקולות מתאנאל אין קשרי מימן, כי אין בהן אטום מימן הקשור לאטום O.
4	-	ד – c בלבד.
5	-	א – $\Delta H^0_3 > \Delta H^0_2 > \Delta H^0_1$
6	-	א – a: $\text{NaNO}_3$ (2 מול יונים), b: $\text{Na}_2\text{SO}_4$ (3 מול יונים), c: $\text{CH}_3\text{OH}$ (1 מול מולקולות).
7	-	ד – בתמיסה C ריכוז יוני $\text{OH}^-$ הגבוה ביותר, $0.4\ \text{M}$ .
8	-	ד – בתגובה (3) יוני $\text{OH}^-$ נצרכים, ריכוזם קטן וה-pH יורד.
9	א i	1. מקור מתכלה: הנפט נוצר במשך מיליוני שנים, וכמותו בטבע הולכת ופוחתת. 2. זיהום אוויר: בשריפת הדלק נוצרות תחמוצות חנקן.
	א ii	אין צורך להתקין במכונית מכלים גדולים לאחסון מימן.
	ב i	ההצתה מספקת את אנרגיית השפעול – האנרגיה ההתחלתית הדרושה כדי שהתגובה תתחיל.
	ב ii	התגובה אקסותרמית ( $\Delta H^0 < 0$ ): האנתלפיה של התוצרים נמוכה מזו של המגיבים, וההפרש נפלט לסביבה כחום.
	ג	התגובה אנדותרמית ( $\Delta H^0>0$ ) – היא קולטת אנרגיה ואינה פולטת אנרגיה שאפשר לנצל להנעה; היא משמשת להפקת מימן לתא הדלק.
	ד i	רוויות – 12.0% ; לא רוויות – 87.0%
	ד ii	רוב חומצות השומן בשמן (87%) אינן רוויות, עם קשרים כפולים במבנה cis, ולכן הכוחות בין המולקולות חלשים וטמפרטורת ההתכה נמוכה מטמפרטורת החדר.
10	א	$-\text{COOH}$ – קבוצה קרבוקסילית; $-\text{OH}$ – קבוצה הידרוקסילית; $-\text{O}-$ – קבוצת אתר.
	ב i	ראו הטבלה המלאה בפתרון.
	ב ii	קרינת β.
	ג i	במבחנה (1) – עם 1-פרופאנול.
	ג ii	מולקולות $\text{I}_2$ בודדות מפוזרות באופן אחיד בין מולקולות $\text{C}_3\text{H}_7\text{OH}$ ; בין מולקולות היוד למולקולות הפרופאנול פועלים קשרי ואן דר ואלס.
	ג iii	$\text{I}_{2(s)} \xrightarrow{\text{C}_3\text{H}_7\text{OH}_{(l)}} \text{I}_{2(\text{C}_3\text{H}_7\text{OH})}$
	ד	B. נוסחה A נפסלה כי יש בה קבוצת OH: בין מולקולותיה היו קשרי מימן, וטמפרטורת הרתיחה שלה הייתה קרובה ל-97°C ולא 57°C.
11	א i	סריג אטומי שכבתי: משושים של אטומי C, כל אטום קשור קוולנטית ל-3 שכנים; אלקטרונים חופשיים לאורך השכבה; כוחות ואן דר ואלס בין השכבות.
	א ii	ביהלום כל אטום C קשור קוולנטית ל-4 אטומי C, וכל אלקטרוני הערכיות מעורבים בקשרים מקומיים – אין חלקיקים טעונים חופשיים לנוע.
	ב i	קו $\text{CO}_{2(g)}$ נמוך בהרבה מרמת $\text{C}_{\text{גרפיט}} + \text{O}_2$ ; קו $\text{C}_{\text{יהלום}} + \text{O}_2$ מעט מעל רמת $\text{C}_{\text{גרפיט}} + \text{O}_2$ .
	ב ii	שני חצים כלפי מטה: $\Delta H^{o}_{(1)}$ מרמת גרפיט+חמצן לרמת $\text{CO}_2$ , ו- $\Delta H^{o}_{(2)}$ מרמת יהלום+חמצן לרמת $\text{CO}_2$ .
	ג i	חץ קצר כלפי מעלה מרמת $\text{C}_{\text{גרפיט}(s)} + \text{O}_{2(g)}$ לרמת $\text{C}_{\text{יהלום}(s)} + \text{O}_{2(g)}$ .
	ג ii	$\Delta H^{o}_{(3)} = +1.9\ \text{kJ}$
	ד i	אנרגיית השפעול של התגובה ליצירת יהלום (עקומה I) נמוכה מזו של התגובה ליצירת גרפיט (עקומה II), ולכן קצב יצירת היהלום גבוה בהרבה.
	ד ii	אקסותרמית (לפי הגרף).
12	א i	גדול – בכלי השני יש יותר מולקולות גז (0.0357 מול לעומת 0.0313 מול).
	א ii	גרף III.
	ב i	$2\text{NO}_{(g)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{NO}_{2(g)}$
	ב ii	נפח המזרק קטן.
	ג i	היגד a.
	ג ii	בכלי הקטן ריכוז המגיבים גבוה יותר, ולכן מספר ההתנגשויות ביחידת זמן, וגם מספר ההתנגשויות הפוריות, גדול יותר.
	ד	$V(\text{NO}) = 0.25\ \text{L}$
13	א i	ראו הטבלה בפתרון.
	א ii	$\text{NO}$ , $\text{NO}_2$ , $\text{HNO}_3$ .
	ב	a – נכון; b – לא נכון (עוברים 4 מול אלקטרונים); c – לא נכון ( $\text{HNO}_3$ הוא תוצר; המחמצן הוא $\text{O}_2$ ).
	ג	בשתי התגובות ה-pH עלה, כי יוני $\text{H}_3\text{O}^+$ נצרכים וריכוזם בתמיסה קטן.
	ד	pH קטן מ-7: יוני $\text{H}_3\text{O}^+$ בעודף – נותרים $0.0201\ \text{mol}$ .
14	א	בחומצה לינולאית שני קשרים כפולים cis (באולאית אחד) – יותר כיפופים, אריזה פחות צפופה, כוחות ואן דר ואלס חלשים יותר.
	ב	חומצה פלמיטית, חומצה אולאית וחומצה לינולאית.
	ג	נוסחה II – ויטמין המסיס בשומן: רובו שרשרת פחמימנית לא קוטבית ארוכה.
	ד i	$n(\text{OH}^-) = 8.5\cdot 10^{-4}\ \text{mol}$
	ד ii	$m = 0.240\ \text{g}$
	ד iii	לא. אחוז החומציות 1.20%, גבוה מ-0.8%.

פרק ראשון

שאלה 1 · יסודות באותה שורה בטבלה המחזורית

התשובה הנכונה: א.

שאלה 2 · אורך ואנרגיה של קשרים קוולנטיים

התשובה הנכונה: ג.

שאלה 3 · תכונות מתאנאל

התשובה הנכונה (ההיגד שאינו נכון): ג.

שאלה 4 · כושר חיזור יחסי של מתכות

התשובה הנכונה: ד.

שאלה 5 · השוואת ΔH לפי מצבי צבירה

התשובה הנכונה: א.

שאלה 6 · מספר המולים של חלקיקים מומסים

התשובה הנכונה: א.

שאלה 7 · ריכוז יוני הידרוקסיד ו-pH

התשובה הנכונה: ד.

שאלה 8 · תפקיד המים ושינויי pH

התשובה הנכונה: ד.

שאלה 9 · שמן חמניות – לא רק לטיגון

שמן חמניות – לא רק לטיגון

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

פרק שני (60 נקודות)

שאלה 10 · תירוקסין ויוד

הסבר מדוע פסלת את הנוסחה האחרת.

סעיף א

סעיף ב

קרינת β.

סעיף ג

במבחנה (1).

סעיף ד

נוסחת המבנה של אצטון היא B.

שאלה 11 · יהלום וגרפיט

סעיף א

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

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

לפי הגרף, תגובה (4) היא אקסותרמית.

שאלה 12 · גזים, תחמוצות חנקן וקצב תגובה

נמק את קביעתך.

סעיף א

הלחץ בכלי השני (חנקן) גדול מהלחץ בכלי הראשון.

גרף III.

סעיף ב

נפח המזרק קטן.

סעיף ג

היגד a נכון.

סעיף ד

1. מספר המולים של NO2\text{NO}_2NO2​:

שאלה 13 · ייצור חומצה חנקתית ותגובותיה

סעיף א

התרכובות שיכולות להגיב כמחמצן: NO\text{NO}NO, NO2\text{NO}_2NO2​ ו-HNO3\text{HNO}_3HNO3​.

סעיף ב

סעיף ג

בשתי התגובות ה-pH של התמיסה עלה.

סעיף ד

1. מולים של HCO3−\text{HCO}_3^-HCO3−​:

שאלה 14 · שמן זית

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

נוסחה II.

סעיף ד

רוצים להשלים את חוויית הלמידה?

כל האתר במבט אחד

1. מספר המולים של $\text{NO}_2$ :

התרכובות שיכולות להגיב כמחמצן: $\text{NO}$ , $\text{NO}_2$ ו- $\text{HNO}_3$ .

1. מולים של $\text{HCO}_3^-$ :