בגרות בכימיה שאלון עיקרי 037381 - קיץ 2020

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

בחינת הבגרות בכימיה, שאלון עיקרי, קיץ 2020, 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 — חובה — 40 נקודות
פרק שני — 60 נקודות
סך הכול — 100 נקודות
חומר עזר מותר בשימוש: (1) מחשבון (כולל מחשבון גרפי). (2) דפי נוסחאות ונתונים (מצורפים): הטבלה המחזורית, טבלת אלקטרושליליות, נוסחאות לחישובים, קבוצות פונקציונליות.
הוראות מיוחדות:
(1) שים לב: בפרק הראשון יש תשע שאלות חובה. בכל אחת מן השאלות 1-8 מוצגות ארבע תשובות, ומהן עליך לבחור בתשובה הנכונה (לכל שאלה — 2.5 נקודות). את התשובות הנכונות עליך לסמן בתשובון שבסוף מחברת הבחינה (עמוד 19). בשאלה 9 (ניתוח קטע ממאמר מדעי — 20 נקודות) יש לענות על כל הסעיפים.
(2) בפרק השני יש חמש שאלות (10-14). עליך לענות על שלוש מהן (לכל שאלה — 20 נקודות).
הנחיות מיוחדות לשנה זו: בשאלון זה לא הודפסה הקלה בשאלות הבחירה (כל שמונה השאלות 1-8 נספרות, 2.5 נקודות לכל אחת); היקף החומר לבחינה צומצם באמצעות המיקוד של אותה שנה.

פרק ראשון

שאלה 1 · ייצוג אלקטרוני של תרכובת יונית

רב-ברירה

איזו נוסחת ייצוג אלקטרונית מייצגת נכון את חלקיקי התרכובת CaCl2(s)\text{CaCl}_{2(s)}CaCl2(s)​ ?

◂ פתרון מלא לשאלה 1

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א – יוני Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+ ללא אלקטרוני ערכיות, ויוני Cl−\text{Cl}^{-}Cl− עם 8 אלקטרונים ברמה החיצונית.

CaCl2\text{CaCl}_2CaCl2​ היא תרכובת יונית: סידן (מתכת, 2 אלקטרוני ערכיות) מוסר את שני אלקטרוני הערכיות שלו, ונוצר יון Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+ שאין לו אלקטרונים ברמה החיצונית שבייצוג. כל אטום כלור (7 אלקטרוני ערכיות) מקבל אלקטרון אחד, ונוצר יון Cl−\text{Cl}^{-}Cl− עם 8 אלקטרונים ברמה החיצונית (4 זוגות). הייצוג הנכון: [Ca]2+[\text{Ca}]^{2+}[Ca]2+ וגם [: ⁣Cl..¨ ⁣:]−[:\!\ddot{\underset{..}{\text{Cl}}}\!:]^{-}[:..Cl​¨​:]−, כלומר תשובה א.
- ב – שגויה: ליון הסידן נשארו 2 אלקטרונים ול"יון" הכלור יש רק 7 אלקטרונים וללא מטען שלילי – זה לא תואם יונים.
- ג – שגויה: מוצגים אטומים ניטרליים (Ca עם 2 אלקטרוני ערכיות, Cl עם 7) ולא יונים; בתרכובת היונית החלקיקים הם יונים.
- ד – שגויה: מוצגת "מולקולה" עם קשרים קוולנטיים (זוגות אלקטרונים משותפים) בין Ca ל-Cl, אך CaCl2\text{CaCl}_2CaCl2​ בנוי מסריג יוני ולא ממולקולות.

שאלה 2 · אנרגיית יינון ראשונה

רב-ברירה

אנרגיית היינון הראשונה של אטום חמצן, O , גבוהה מאנרגיית היינון הראשונה של אטום גופרית, S .
מהו הגורם לכך?

א.
באטום חמצן יש פחות רמות אנרגייה מאוכלסות באלקטרונים משיש באטום גופרית.
ב.
האלקטרושליליות של אטום חמצן גבוהה יותר מן האלקטרושליליות של אטום גופרית.
ג.
מספר הפרוטונים באטום חמצן קטן ממספר הפרוטונים באטום גופרית.
ד.
בטבלה המחזורית, חמצן ממוקם מעל גופרית.

◂ פתרון מלא לשאלה 2

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א

חמצן וגופרית נמצאים באותו טור (טור 6), ולשניהם 6 אלקטרוני ערכיות. לחמצן (מבנה אלקטרוני 2,6) יש 2 רמות אנרגייה מאוכלסות, ולגופרית (2,8,6) יש 3. לכן אלקטרון הערכיות בחמצן נמצא קרוב יותר לגרעין, ובנוסף רמות פנימיות מעטות יותר מפרידות בינו לבין הגרעין. משיכת הגרעין לאלקטרון החיצוני חזקה יותר, ולכן נדרשת יותר אנרגייה כדי לתלוש אותו – אנרגיית היינון של O גבוהה יותר. תשובה א.
- ב – שגויה: אלקטרושליליות היא מדד למשיכת אלקטרוני קשר באטומים קשורים; גם היא נובעת מאותו גורם (מספר הרמות), אך אינה הגורם לאנרגיית היינון.
- ג – שגויה: מספר פרוטונים קטן יותר כשלעצמו היה מקטין את המשיכה; זה אינו מסביר אנרגיית יינון גבוהה יותר.
- ד – שגויה: המיקום בטבלה הוא תיאור ולא הסבר; הגורם הוא מספר רמות האנרגייה המאוכלסות.

שאלה 3 · קוטביות קשרים ומולקולות

רב-ברירה

נתונות הנוסחאות המולקולריות של ארבע מולקולות: CH4\text{CH}_4CH4​ , CCl4\text{CCl}_4CCl4​ , CH2FCl\text{CH}_2\text{FCl}CH2​FCl , CF4\text{CF}_4CF4​ .
לכל המולקולות מבנה מרחבי של טטראדר.
לפניך ארבעה היגדים, א-ד, הנוגעים לקשרים הקוולנטיים במולקולה ולקוטביות המולקולה.
מהו ההיגד הנכון?

א.
במולקולה $\text{CF}_4$ כל הקשרים הקוולנטיים לא קוטביים והמולקולה לא קוטבית.
ב.
במולקולה $\text{CH}_4$ כל הקשרים הקוולנטיים לא קוטביים והמולקולה קוטבית.
ג.
במולקולה $\text{CCl}_4$ כל הקשרים הקוולנטיים קוטביים והמולקולה לא קוטבית.
ד.
במולקולה $\text{CH}_2\text{FCl}$ כל הקשרים הקוולנטיים קוטביים והמולקולה לא קוטבית.

◂ פתרון מלא לשאלה 3

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג

לפי טבלת האלקטרושליליות: C 2.5, Cl 3.0, F 4.0, H 2.1.
ב-CCl4\text{CCl}_4CCl4​ ההפרש באלקטרושליליות בין C ל-Cl הוא 0.5, ולכן כל קשר C–Cl קוטבי. ארבעת הקשרים זהים ומסודרים סימטרית בטטראדר, כך שמרכז המטען החלקי החיובי (על C) ומרכז המטענים החלקיים השליליים (על אטומי Cl) מתלכדים – המולקולה לא קוטבית. תשובה ג.
- א – שגויה: הקשרים C–F קוטביים מאוד (הפרש 1.5); המולקולה אכן לא קוטבית בגלל הסימטרייה.
- ב – שגויה: CH4\text{CH}_4CH4​ היא מולקולה סימטרית ולכן לא קוטבית.
- ד – שגויה: ב-CH2FCl\text{CH}_2\text{FCl}CH2​FCl ארבעת האטומים סביב C שונים (H, H, F, Cl), אין סימטרייה של מטענים, ולכן המולקולה קוטבית.

שאלה 4 · גזים – מספר מולים ונפח

רב-ברירה

בכלי A יש 22 גרם של גז פחמן דו־חמצני CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ .
בכלי B יש 22 גרם של גז פרופאן C3H8(g)\text{C}_3\text{H}_{8(g)}C3​H8(g)​ .
הטמפרטורה בשני הכלים זהה, אך הלחץ בכלי A קטן מן הלחץ בכלי B .
מהי הקביעה הנכונה?

א.
מספר המולים של הגז בכלי A גדול ממספר המולים של הגז בכלי B .
ב.
מספר המולים של הגז בכלי A קטן ממספר המולים של הגז בכלי B .
ג.
נפח כלי A קטן מנפח כלי B .
ד.
נפח כלי A גדול מנפח כלי B .

◂ פתרון מלא לשאלה 4

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד

מסות מולריות: MCO2=12.0+2⋅16.0=44.0 g/molM_{\text{CO}_2} = 12.0 + 2\cdot 16.0 = 44.0\ \text{g/mol}MCO2​​=12.0+2⋅16.0=44.0 g/mol, MC3H8=3⋅12.0+8⋅1.0=44.0 g/molM_{\text{C}_3\text{H}_8} = 3\cdot 12.0 + 8\cdot 1.0 = 44.0\ \text{g/mol}MC3​H8​​=3⋅12.0+8⋅1.0=44.0 g/mol.
n=mM:nCO2=22 g44.0 g/mol=0.5 mol,nC3H8=22 g44.0 g/mol=0.5 moln = \frac{m}{M}:\quad n_{\text{CO}_2} = \frac{22\ \text{g}}{44.0\ \text{g/mol}} = 0.5\ \text{mol},\qquad n_{\text{C}_3\text{H}_8} = \frac{22\ \text{g}}{44.0\ \text{g/mol}} = 0.5\ \text{mol}n=Mm​:nCO2​​=44.0 g/mol22 g​=0.5 mol,nC3​H8​​=44.0 g/mol22 g​=0.5 mol
מספר המולים בשני הכלים שווה (לכן א ו-ב שגויות).
לפי PV=nRTPV = nRTPV=nRT, כאשר nnn ו-TTT שווים, המכפלה PVPVPV שווה. הלחץ בכלי A קטן יותר, ולכן הנפח של כלי A גדול יותר: באותה טמפרטורה, אותו מספר חלקיקים בנפח גדול יותר מתנגש בדפנות בתדירות נמוכה יותר – לחץ קטן יותר. תשובה ד (ו-ג שגויה).

שאלה 5 · ריכוז יונים לאחר ערבוב תמיסות

רב-ברירה

לכוס כימית המכילה 400 מ"ל תמיסת אשלגן ברומי, KBr(aq)\text{KBr}_{(aq)}KBr(aq)​ , בריכוז 0.2M , הוסיפו 400 מ"ל תמיסת מגנזיום ברומי, MgBr2(aq)\text{MgBr}_{2(aq)}MgBr2(aq)​ , בריכוז 0.1M , וערבבו את שתי התמיסות.
לפניך ארבעה היגדים I-IV , המתייחסים לנתונים בכוס לאחר הערבוב.
I. מספר המולים של יוני ברומיד, Br(aq)−\text{Br}^{-}_{(aq)}Br(aq)−​ , בכוס הוא 0.12 מול.
II. מספר המולים של יוני ברומיד, Br(aq)−\text{Br}^{-}_{(aq)}Br(aq)−​ , בכוס הוא 0.16 מול.
III. ריכוז יוני ברומיד, Br(aq)−\text{Br}^{-}_{(aq)}Br(aq)−​ , בכוס הוא 0.3M .
IV. ריכוז יוני ברומיד, Br(aq)−\text{Br}^{-}_{(aq)}Br(aq)−​ , בכוס הוא 0.2M .
מה הם שני ההיגדים הנכונים?

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

◂ פתרון מלא לשאלה 5

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג (II ו-IV)

KBr(s)→K(aq)++Br(aq)−\text{KBr}_{(s)} \rightarrow \text{K}^{+}_{(aq)} + \text{Br}^{-}_{(aq)}KBr(s)​→K(aq)+​+Br(aq)−​: מכל מול KBr מתקבל מול אחד של Br−\text{Br}^{-}Br−.
nBr−=C⋅V=0.2 mol/L⋅0.400 L=0.08 moln_{\text{Br}^-} = C\cdot V = 0.2\ \text{mol/L}\cdot 0.400\ \text{L} = 0.08\ \text{mol}nBr−​=C⋅V=0.2 mol/L⋅0.400 L=0.08 mol
MgBr2(s)→Mg(aq)2++2Br(aq)−\text{MgBr}_{2(s)} \rightarrow \text{Mg}^{2+}_{(aq)} + 2\text{Br}^{-}_{(aq)}MgBr2(s)​→Mg(aq)2+​+2Br(aq)−​: מכל מול MgBr2\text{MgBr}_2MgBr2​ מתקבלים 2 מול Br−\text{Br}^{-}Br−.
nBr−=2⋅0.1 mol/L⋅0.400 L=0.08 moln_{\text{Br}^-} = 2\cdot 0.1\ \text{mol/L}\cdot 0.400\ \text{L} = 0.08\ \text{mol}nBr−​=2⋅0.1 mol/L⋅0.400 L=0.08 mol
סך הכול: 0.08+0.08=0.16 mol0.08 + 0.08 = 0.16\ \text{mol}0.08+0.08=0.16 mol – היגד II נכון (I שגוי).
נפח התמיסה לאחר הערבוב: 0.400+0.400=0.800 L0.400 + 0.400 = 0.800\ \text{L}0.400+0.400=0.800 L.
CBr−=nV=0.16 mol0.800 L=0.2 MC_{\text{Br}^-} = \frac{n}{V} = \frac{0.16\ \text{mol}}{0.800\ \text{L}} = 0.2\ \text{M}CBr−​=Vn​=0.800 L0.16 mol​=0.2 M
היגד IV נכון (III שגוי). תשובה ג.
טעות נפוצה: לחבר את הריכוזים (0.2+0.10.2+0.10.2+0.1) או לשכוח שמ-MgBr2\text{MgBr}_2MgBr2​ מתקבלים שני יוני ברומיד ליחידת נוסחה.

שאלה 6 · כושר חיזור יחסי של מתכות

רב-ברירה

שימו לב: חלק מהשאלה לא במיקוד תשפ"ז

כושר חיזור יחסי של מתכות (טור אלקטרוכימי, מתכת–יון מתכת) אינו בתוכנית המיקוד 2027.

נתונות שלוש מתכות, אבץ Zn(s)\text{Zn}_{(s)}Zn(s)​ , בדיל Sn(s)\text{Sn}_{(s)}Sn(s)​ , נחושת Cu(s)\text{Cu}_{(s)}Cu(s)​ , המדורגות על פי כושרן היחסי לחזר:
Zn(s)>Sn(s)>Cu(s)\text{Zn}_{(s)} > \text{Sn}_{(s)} > \text{Cu}_{(s)}Zn(s)​>Sn(s)​>Cu(s)​
בשלושה כלים נפרדים A , B , C , נתונות שלוש תמיסות המכילות, בין השאר, את היונים של המתכות.
בכל אחד מן הכלים יש תמיסה אחרת, כפי שמוצג בטבלה.
כלי Aכלי Bכלי C
יונים חיוביים בתמיסהיוני אבץ Zn(aq)2+\text{Zn}^{2+}_{(aq)}Zn(aq)2+​יוני בדיל Sn(aq)2+\text{Sn}^{2+}_{(aq)}Sn(aq)2+​יוני נחושת Cu(aq)2+\text{Cu}^{2+}_{(aq)}Cu(aq)2+​
הכניסו אחת מן המתכות, אבץ Zn(s)\text{Zn}_{(s)}Zn(s)​ , בדיל Sn(s)\text{Sn}_{(s)}Sn(s)​ , או נחושת Cu(s)\text{Cu}_{(s)}Cu(s)​ לאחד מן הכלים A , B , או C .
התרחשה תגובה ובה התקבלה, בין השאר, המתכת בדיל Sn(s)\text{Sn}_{(s)}Sn(s)​ .
מהי המתכת ומהי התמיסה שהגיבו?

	כלי A	כלי B	כלי C
יונים חיוביים בתמיסה	יוני אבץ $\text{Zn}^{2+}_{(aq)}$	יוני בדיל $\text{Sn}^{2+}_{(aq)}$	יוני נחושת $\text{Cu}^{2+}_{(aq)}$

א.
המתכת נחושת, $\text{Cu}_{(s)}$ , הגיבה עם התמיסה שבכלי B .
ב.
המתכת אבץ, $\text{Zn}_{(s)}$ , הגיבה עם התמיסה שבכלי C .
ג.
המתכת נחושת, $\text{Cu}_{(s)}$ , הגיבה עם התמיסה שבכלי A .
ד.
המתכת אבץ, $\text{Zn}_{(s)}$ , הגיבה עם התמיסה שבכלי B .

◂ פתרון מלא לשאלה 6

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד

כדי שתתקבל מתכת בדיל, יוני Sn2+\text{Sn}^{2+}Sn2+ צריכים לקבל אלקטרונים (להתחזר). לכן התמיסה היא זו שבכלי B, והמתכת שהוכנסה צריכה להיות מחזר חזק יותר מבדיל – לפי הדירוג רק אבץ:
Zn(s)+Sn(aq)2+→Zn(aq)2++Sn(s)\text{Zn}_{(s)} + \text{Sn}^{2+}_{(aq)} \rightarrow \text{Zn}^{2+}_{(aq)} + \text{Sn}_{(s)}Zn(s)​+Sn(aq)2+​→Zn(aq)2+​+Sn(s)​
תשובה ד.
- א – שגויה: נחושת היא מחזר חלש מבדיל, ולכן אינה מחזרת את Sn2+\text{Sn}^{2+}Sn2+.
- ב – שגויה: אבץ מגיב עם Cu2+\text{Cu}^{2+}Cu2+, אך מתקבלת נחושת ולא בדיל.
- ג – שגויה: בכלי A אין יוני בדיל, ונחושת גם אינה מחזרת את Zn2+\text{Zn}^{2+}Zn2+.

שאלה 7 · תגובת מתיל אמין עם מים

רב-ברירה

לפניך ניסוח תגובה של מתיל אמין, CH3NH2(g)\text{CH}_3\text{NH}_{2(g)}CH3​NH2(g)​, עם מים.
CH3NH2(g)+H2O(ℓ)→CH3NH3(aq)++OH(aq)−\text{CH}_3\text{NH}_{2(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow \text{CH}_3\text{NH}^{+}_{3(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}CH3​NH2(g)​+H2​O(ℓ)​→CH3​NH3(aq)+​+OH(aq)−​
מהי הקביעה הנכונה?

א.
בתגובה הנתונה המים, $\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}$ , מגיבים כבסיס.
ב.
בתגובה הנתונה מתיל אמין, $\text{CH}_3\text{NH}_{2(g)}$ , מגיב כבסיס .
ג.
בתום התגובה מתקבלת תמיסה חומצית ( $\text{pH} < 7$ ).
ד.
בתגובה מתרחש מעבר אלקטרונים ממולקולות מתיל אמין, $\text{CH}_3\text{NH}_2$ , למולקולות המים.

◂ פתרון מלא לשאלה 7

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב

בתגובה עובר יון מימן (פרוטון, H+\text{H}^{+}H+) ממולקולת מים למולקולת מתיל אמין: מתיל אמין מקבל פרוטון ונהפך ל-CH3NH3+\text{CH}_3\text{NH}_3^{+}CH3​NH3+​, ולכן הוא מגיב כבסיס. תשובה ב.
- א – שגויה: המים מוסרים פרוטון (ונהפכים ל-OH−\text{OH}^{-}OH−), ולכן הם מגיבים כחומצה.
- ג – שגויה: בתגובה נוצרים יוני OH(aq)−\text{OH}^{-}_{(aq)}OH(aq)−​, לכן התמיסה בסיסית (pH>7\text{pH} > 7pH>7).
- ד – שגויה: זו תגובת חומצה-בסיס – עובר פרוטון ולא אלקטרונים; אין שינוי בדרגות החמצון.

שאלה 8 · דיאגרמת אנתלפייה – אנתלפיית אידוי

רב-ברירה

לפניך דיאגרמה של שינויי אנתלפייה.
מהו הערך של אנתלפיית האידוי של ברום?

א.
$10\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}$
ב.
$30\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}$
ג.
$40\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}$
ד.
$223\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}$

◂ פתרון מלא לשאלה 8

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – 30 kJ/mol30\ \text{kJ/mol}30 kJ/mol

אידוי הוא מעבר מנוזל לגז: Br2(ℓ)→Br2(g)\text{Br}_{2(\ell)} \rightarrow \text{Br}_{2(g)}Br2(ℓ)​→Br2(g)​. בדיאגרמה, החץ מהמפלס Br2(ℓ)\text{Br}_{2(\ell)}Br2(ℓ)​ למפלס Br2(g)\text{Br}_{2(g)}Br2(g)​ מסומן 30, ולכן ΔHאידוי=+30 kJ/mol\Delta H_{\text{אידוי}} = +30\ \text{kJ/mol}ΔHאידוי​=+30 kJ/mol. תשובה ב.
- א – 10 הוא אנתלפיית ההיתוך (Br2(s)→Br2(ℓ)\text{Br}_{2(s)} \rightarrow \text{Br}_{2(\ell)}Br2(s)​→Br2(ℓ)​).
- ג – 40 הוא סכום ההיתוך והאידוי, כלומר אנתלפיית ההמראה (Br2(s)→Br2(g)\text{Br}_{2(s)} \rightarrow \text{Br}_{2(g)}Br2(s)​→Br2(g)​).
- ד – 223 הוא המעבר מ-Br2(ℓ)\text{Br}_{2(\ell)}Br2(ℓ)​ לאטומים בודדים 2Br(g)2\text{Br}_{(g)}2Br(g)​ (אידוי + פירוק הקשר), ולא אידוי.

שאלה 9 · צעד קטן על הירח, צעד גדול לכימיה

שאלת מאמר

שימו לב: חלק מהשאלה לא במיקוד תשפ"ז

סעיף ה עוסק בהתפרקות רדיואקטיבית (קרינת ביתא), שאינה בתוכנית המיקוד 2027.

ניתוח קטע ממאמר מדעי — חובה
קרא את הקטע שלפניך, וענה על כל הסעיפים א-ה שאחריו (שאלת חובה — 20 נקודות).
צעד קטן על הירח, צעד גדול לכימיה
הפעם הראשונה שבה נחתו אסטרונאוטים על הירח וחזרו לכדור הארץ בשלום, הייתה בתאריך 20 ביולי, 1969 במשימת אפולו 11. מאז היו עוד חמש נחיתות מאוישות על פני הירח במשימת אפולו. סוכנות החלל האמריקנית נאס"א (NASA) הודיעה על כוונתה להנחית שוב אסטרונאוטים על הירח בשנת 2024.
כדי להמריא מן הירח חזרה לכדור הארץ, יש להתגבר על כוח המשיכה של הירח. במנוע החללית משתמשים בדלקים הִיפֶּרגוֹלִים. דלקים היפרגולים הם דלקים נוזליים שמגיבים ביניהם בטמפרטורת החדר במגע בלבד ללא צורך בחימום או מתן ניצוץ להתחלת התגובה.
בפרויקט אפולו היו הדלקים ההיפרגולים תערובת נוזלית של הידרזין, N2H4(ℓ)\text{N}_2\text{H}_{4(\ell)}N2​H4(ℓ)​ , ומתיל הידרזין, NH(CH3)NH2(ℓ)\text{NH(CH}_3\text{)NH}_{2(\ell)}NH(CH3​)NH2(ℓ)​ , שאוחסנה במְכָל אחד ו־ N2O4(ℓ)\text{N}_2\text{O}_{4(\ell)}N2​O4(ℓ)​ , שנשמר בלחץ גבוה, במְכָל אחר. כאשר הנוזלים באו במגע זה עם זה, התרחשה תגובה באופן מיידי שיצרה זרם של גז לוהט בלחץ גבוה והוא גרם להמראת החללית מפני הירח. כאשר המריאה החללית, נפלטו גיצים ונוצרה להבה על כַּן השיגור שנשאר על אדמת הירח.
מקור: https://www.youtube.com/watch?v=sj6a0Wrrh1g
בעת השהות על הירח, האסטרונאוטים לקחו דגימות קרקע והן שימשו ומשמשות עד היום לחקר הרכבו, גילו ואופן היווצרותו. החומרים המרכיבים את אדמת הירח שונים מן החומרים הנפוצים על פני כדור הארץ. לדוגמה, על פני כדור הארץ, יוני Fe2+\text{Fe}^{2+}Fe2+ עוברים חמצון על ידי החמצן שבאוויר והופכים ליוני Fe3+\text{Fe}^{3+}Fe3+ . תהליך זה אינו מתרחש כלל בירח, ולכן אין באדמת הירח תרכובות המכילות יוני Fe3+\text{Fe}^{3+}Fe3+ אלא תרכובות המכילות יוני Fe2+\text{Fe}^{2+}Fe2+ בלבד.
בדגימות הקרקע שלקחו האסטרונאוטים מן הירח, נמצאו גם תרכובות שהכילו את האיזוטופ הנדיר 74182W^{182}_{74}\text{W}74182​W . האיזוטופ 74182W^{182}_{74}\text{W}74182​W נוצר על פני הירח בתהליכי התפרקות רדיואקטיבית של האיזוטופ 72182Hf^{182}_{72}\text{Hf}72182​Hf . מן המידע שהיה למדענים על האיזוטופ 74182W^{182}_{74}\text{W}74182​W , הם הסיקו כי הירח נוצר כ־ 60 מיליון שנה אחרי היווצרות מערכת השמש.
מדינות רבות בעולם מתכננות משימות לחקר הירח. אף על פי שכיום הצטבר מידע רב בנוגע לכימיה של הירח, עדיין צפויים גילויים חדשים בעניין זה גם בעתיד.
מקור: https://www.chemistryworld.com/2128.tag

א.

אחד המרכיבים של הדלק ההיפרגולי הוא תערובת נוזלית של הידרזין ומתיל הידרזין.
רשום ייצוג מלא של נוסחת מבנה למולקולת הידרזין, N2H4\text{N}_2\text{H}_4N2​H4​ , וייצוג מלא של נוסחת המבנה למולקולת מתיל הידרזין, NH(CH3)NH2\text{NH(CH}_3\text{)NH}_2NH(CH3​)NH2​ .

ב.

על פי הקטע, כאשר הנוזלים N2H4(ℓ)\text{N}_2\text{H}_{4(\ell)}N2​H4(ℓ)​ , NH(CH3)NH2(ℓ)\text{NH(CH}_3\text{)NH}_{2(\ell)}NH(CH3​)NH2(ℓ)​ ו־ N2O4(ℓ)\text{N}_2\text{O}_{4(\ell)}N2​O4(ℓ)​ באים במגע זה עם זה, מתרחשת תגובה באופן מיידי.
לפניך שני היגדים i ו־ ii המתייחסים לתגובה שהתרחשה. קבע בעבור כל אחד מהם אם הוא נכון או לא נכון.
נמק כל אחת מן הקביעות, על פי הכתוב בקטע.

(i)

עבור התגובה שהתרחשה ΔH0<0\Delta H^0 < 0ΔH0<0 .

(ii)

אנרגיית השפעול של התגובה שהתרחשה גבוהה.

ג.

בתגובה של N2O4(ℓ)\text{N}_2\text{O}_{4(\ell)}N2​O4(ℓ)​ עם N2H4(ℓ)\text{N}_2\text{H}_{4(\ell)}N2​H4(ℓ)​ נוצרים H2O(g)\text{H}_2\text{O}_{(g)}H2​O(g)​ ו־ N2(g)\text{N}_{2(g)}N2(g)​ .

(i)

נסח ואזן את התגובה.

(ii)

בתגובה זו, מגיבים בשלמות 10 ק"ג N2H4(ℓ)\text{N}_2\text{H}_{4(\ell)}N2​H4(ℓ)​ . מהו מספר המולים הכולל של גזים הנפלטים בתגובה?
פרט את חישוביך.

ד.

איזו מתרכובות הברזל עשויה להימצא על פני הירח: FeS(s)\text{FeS}_{(s)}FeS(s)​ , או Fe2S3(s)\text{Fe}_2\text{S}_{3(s)}Fe2​S3(s)​ ?
נמק על פי הכתוב בקטע.

ה.

האיזוטופ 74182W^{182}_{74}\text{W}74182​W נוצר מן האיזוטופ 72182Hf^{182}_{72}\text{Hf}72182​Hf בשני שלבים עוקבים של התפרקות רדיואקטיבית — שלב 1 ושלב 2 .
האיזוטופ A הוא תוצר בשלב 1 ומגיב בשלב 2 .
1.72182Hf→A+קרינה רדיואקטיבית מסוג ביתא1.\quad ^{182}_{72}\text{Hf} \rightarrow \text{A} + \text{קרינה רדיואקטיבית מסוג ביתא}1.72182​Hf→A+קרינה רדיואקטיבית מסוג ביתא
2.A→ 74182W+קרינה רדיואקטיבית מסוג ______2.\quad \text{A} \rightarrow\ ^{182}_{74}\text{W} + \text{קרינה רדיואקטיבית מסוג \_\_\_\_\_\_}2.A→ 74182​W+קרינה רדיואקטיבית מסוג ______

(i)

מהו המספר האטומי של האיזוטופ A ?

(ii)

מהו מספר המסה של האיזוטופ A ?

(iii)

מהו סמל היסוד A ?

(iv)

מהו סוג הקרינה הרדיואקטיבית הנפלטת בשלב 2 ?

◂ פתרון מלא לשאלה 9

סעיף א

תשובה:

הידרזין: H2N¨–N¨H2\text{H}_2\ddot{\text{N}}–\ddot{\text{N}}\text{H}_2H2​N¨–N¨H2​; מתיל הידרזין: H3C–N¨H–N¨H2\text{H}_3\text{C}–\ddot{\text{N}}\text{H}–\ddot{\text{N}}\text{H}_2H3​C–N¨H–N¨H2​ (על כל אטום N זוג אלקטרונים לא קושר).

בייצוג מלא מסמנים כל קשר בקו וכל זוג אלקטרונים לא קושר בשתי נקודות. לחנקן 5 אלקטרוני ערכיות: הוא יוצר 3 קשרים ונשאר לו זוג אלקטרונים לא קושר אחד. לפחמן 4 קשרים, למימן קשר אחד.
הידרזין, N2H4\text{N}_2\text{H}_4N2​H4​: קשר יחיד N–N; כל אטום N קשור לשני אטומי H ונושא זוג אלקטרונים לא קושר אחד.
מתיל הידרזין, NH(CH3)NH2\text{NH(CH}_3\text{)NH}_2NH(CH3​)NH2​: שרשרת C–N–N. אטום הפחמן קשור לשלושה אטומי H ולאטום N הראשון; אטום N הראשון קשור ל-C, לאטום H אחד ולאטום N השני, ונושא זוג לא קושר; אטום N השני קשור לשני אטומי H ונושא זוג לא קושר.
בדיקה: בכל אטום N יש 3 זוגות קושרים + זוג לא קושר = 8 אלקטרונים (אוקטט); לכל H – 2 אלקטרונים.

סעיף ב

(i)

תשובה:

נכון – התגובה אקסותרמית.

ההיגד נכון. לפי הפסקה השלישית בקטע, בתגובה נוצר "זרם של גז לוהט בלחץ גבוה", ובעת ההמראה "נפלטו גיצים ונוצרה להבה". התוצרים חמים מאוד – התגובה משחררת אנרגייה (חום) לסביבה, כלומר היא אקסותרמית: אנתלפיית התוצרים נמוכה מאנתלפיית המגיבים, ולכן ΔH0<0\Delta H^0 < 0ΔH0<0.

(ii)

תשובה:

לא נכון – אנרגיית השפעול נמוכה.

ההיגד לא נכון. לפי הפסקה השנייה, הדלקים ההיפרגוליים "מגיבים ביניהם בטמפרטורת החדר במגע בלבד ללא צורך בחימום או מתן ניצוץ להתחלת התגובה", ולפי הפסקה השלישית התגובה התרחשה "באופן מיידי". אין צורך להשקיע אנרגייה כדי להתחיל את התגובה – כבר בטמפרטורת החדר לחלק גדול מההתנגשויות יש אנרגייה מספקת. לכן אנרגיית השפעול נמוכה ולא גבוהה.

סעיף ג

(i)

תשובה:

2N2H4(ℓ)+N2O4(ℓ)→3N2(g)+4H2O(g)2\text{N}_2\text{H}_{4(\ell)} + \text{N}_2\text{O}_{4(\ell)} \rightarrow 3\text{N}_{2(g)} + 4\text{H}_2\text{O}_{(g)}2N2​H4(ℓ)​+N2​O4(ℓ)​→3N2(g)​+4H2​O(g)​

2N2H4(ℓ)+N2O4(ℓ)→3N2(g)+4H2O(g)2\text{N}_2\text{H}_{4(\ell)} + \text{N}_2\text{O}_{4(\ell)} \rightarrow 3\text{N}_{2(g)} + 4\text{H}_2\text{O}_{(g)}2N2​H4(ℓ)​+N2​O4(ℓ)​→3N2(g)​+4H2​O(g)​
בדיקת איזון: חנקן – משמאל 2⋅2+2=62\cdot 2 + 2 = 62⋅2+2=6, מימין 3⋅2=63\cdot 2 = 63⋅2=6; מימן – משמאל 2⋅4=82\cdot 4 = 82⋅4=8, מימין 4⋅2=84\cdot 2 = 84⋅2=8; חמצן – משמאל 4, מימין 4.
(זו תגובת חמצון-חיזור: N בהידרזין בדרגת חמצון −2-2−2 מתחמצן ל-0, ו-N ב-N2O4\text{N}_2\text{O}_4N2​O4​ בדרגת חמצון +4+4+4 מתחזר ל-0; 444 אטומי N מוסרים 4⋅2=84\cdot 2 = 84⋅2=8 אלקטרונים ו-2 אטומי N מקבלים 2⋅4=82\cdot 4 = 82⋅4=8 אלקטרונים.)

(ii)

תשובה:

1.09⋅1031.09\cdot 10^{3}1.09⋅103 מול גזים (1093.75 מול)

MN2H4=2⋅14.0+4⋅1.0=32.0 g/molM_{\text{N}_2\text{H}_4} = 2\cdot 14.0 + 4\cdot 1.0 = 32.0\ \text{g/mol}MN2​H4​​=2⋅14.0+4⋅1.0=32.0 g/mol
nN2H4=mM=10⋅103 g32.0 g/mol=312.5 moln_{\text{N}_2\text{H}_4} = \frac{m}{M} = \frac{10\cdot 10^{3}\ \text{g}}{32.0\ \text{g/mol}} = 312.5\ \text{mol}nN2​H4​​=Mm​=32.0 g/mol10⋅103 g​=312.5 mol
לפי יחס המולים בתגובה המאוזנת N2H4:N2:H2O=2:3:4\text{N}_2\text{H}_4 : \text{N}_2 : \text{H}_2\text{O} = 2 : 3 : 4N2​H4​:N2​:H2​O=2:3:4:
nN2=312.5 mol⋅32=468.75 moln_{\text{N}_2} = 312.5\ \text{mol}\cdot \frac{3}{2} = 468.75\ \text{mol}nN2​​=312.5 mol⋅23​=468.75 mol
nH2O=312.5 mol⋅42=625 moln_{\text{H}_2\text{O}} = 312.5\ \text{mol}\cdot \frac{4}{2} = 625\ \text{mol}nH2​O​=312.5 mol⋅24​=625 mol
nגזים=468.75 mol+625 mol=1093.75 mol≈1.09⋅103 moln_{\text{גזים}} = 468.75\ \text{mol} + 625\ \text{mol} = 1093.75\ \text{mol} \approx 1.09\cdot 10^{3}\ \text{mol}nגזים​=468.75 mol+625 mol=1093.75 mol≈1.09⋅103 mol
המים נוצרים במצב גז (H2O(g)\text{H}_2\text{O}_{(g)}H2​O(g)​), ולכן הם נכללים במספר המולים הכולל של הגזים.
טעות נפוצה: לחשב רק את מולי החנקן, או לשכוח להמיר קילוגרמים לגרמים.

סעיף ד

תשובה:

FeS(s)\text{FeS}_{(s)}FeS(s)​

FeS(s)\text{FeS}_{(s)}FeS(s)​. לפי הפסקה הרביעית בקטע, על הירח לא מתרחש חמצון של יוני Fe2+\text{Fe}^{2+}Fe2+ ליוני Fe3+\text{Fe}^{3+}Fe3+, ולכן באדמת הירח יש רק תרכובות המכילות יוני Fe2+\text{Fe}^{2+}Fe2+.
מטען יון הגופרית (סולפיד) הוא S2−\text{S}^{2-}S2−.
•ב-FeS\text{FeS}FeS: יחס 1:1, ולכן מטען יון הברזל +2+2+2 – יוני Fe2+\text{Fe}^{2+}Fe2+.
•ב-Fe2S3\text{Fe}_2\text{S}_3Fe2​S3​: מטען שלילי כולל 3⋅(−2)=−63\cdot(-2) = -63⋅(−2)=−6 מתחלק בין 2 יוני ברזל, ולכן כל יון הוא Fe3+\text{Fe}^{3+}Fe3+ – תרכובת שאינה יכולה להימצא על הירח.

סעיף ה

(i)

תשובה:

73

בפליטת קרינת ביתא נפלט אלקטרון (−1 0e^{\ 0}_{-1}\text{e}−1 0​e) מהגרעין: נויטרון הופך לפרוטון, ולכן המספר האטומי עולה ב-1 ומספר המסה אינו משתנה.
72182Hf→ 73182A+ −1 0e^{182}_{72}\text{Hf} \rightarrow\ ^{182}_{73}\text{A} +\ ^{\ 0}_{-1}\text{e}72182​Hf→ 73182​A+ −1 0​e
איזון מספרים אטומיים: 72=73+(−1)72 = 73 + (-1)72=73+(−1). המספר האטומי של A הוא 73.

(ii)

תשובה:

182

איזון מספרי מסה: 182=182+0182 = 182 + 0182=182+0. מספר המסה של A הוא 182 (בקרינת ביתא מספר המסה אינו משתנה).

(iii)

תשובה:

Ta (טנטל)

לפי הטבלה המחזורית, היסוד שמספרו האטומי 73 הוא טנטל, Ta: 73182Ta^{182}_{73}\text{Ta}73182​Ta.

(iv)

תשובה:

קרינת ביתא

73182Ta→ 74182W+ −1 0e^{182}_{73}\text{Ta} \rightarrow\ ^{182}_{74}\text{W} +\ ^{\ 0}_{-1}\text{e}73182​Ta→ 74182​W+ −1 0​e
המספר האטומי עלה ב-1 (מ-73 ל-74) ומספר המסה לא השתנה (182), ולכן החלקיק הנפלט הוא −1 0e^{\ 0}_{-1}\text{e}−1 0​e – קרינת ביתא.

פרק שני

שאלה 10 · שני כוהלים – מבנה, תכונות ומסיסות

שאלה פתוחה

מושגי יסוד ומבנה וקישור
השאלה דנה במבנה ובתכונות של שני חומרים מולקולריים A ו־ B הנמצאים בשני כלים נפרדים.
לפניך טבלה שבה נתונים על שני החומרים:
החומרטמפרטורת היתוך (∘C^{\circ}\text{C}∘C)טמפרטורת רתיחה (∘C^{\circ}\text{C}∘C)
A−45-45−45157
B−114-114−11478

החומר	טמפרטורת היתוך ( $^{\circ}\text{C}$ )	טמפרטורת רתיחה ( $^{\circ}\text{C}$ )
A	$-45$	157
B	$-114$	78

א.

מהו מצב הצבירה של כל אחד מן החומרים A ו־ B בטמפרטורת החדר ( 25∘C25^{\circ}\text{C}25∘C )? נמק.

ב.

לפניך שני איורים המתארים באופן חלקי את המבנה המיקרוסקופי של שני החומרים A ו־ B בטמפרטורת החדר.

(i)

לפניך ארבעה היגדים a-d . בנוגע לכל אחד מהם, ציין אם הוא נכון או לא נכון.
a. המולקולות של שני החומרים מורכבות מאותם סוגים של אטומים.
b. הקבוצה הפונקציונלית של מולקולות חומר A שונה מן הקבוצה הפונקציונלית של מולקולות חומר B .
c. מספר אטומי הפחמן במולקולות חומר A שונה ממספר אטומי הפחמן במולקולות חומר B .
d. בשני החומרים A ו־ B אופני התנועה של המולקולות הם מסוג תנודה (ויברציה) בלבד.

(ii)

בהתבסס על האינטראקציות הפועלות בין המולקולות, קבע באיזה מן האיורים, איור 1 או איור 2, מתואר המבנה המיקרוסקופי של חומר A . נמק.

ג.

לכל אחד מן הכלים שבהם נמצאים החומרים A ו־ B, הוסיפו נפח זהה של מים וערבבו. באיורים 3 ו־ 4 מתואר המבנה המיקרוסקופי של תערובת כל אחד מן החומרים עם מים לאחר הערבוב.

(i)

קבע באיזה מן האיורים, איור 3 או איור 4 , מתוארת תמיסה באופן מיקרוסקופי? נמק את קביעתך.

(ii)

נסח את תגובת ההמסה במים של החומר המתאים לאיור שבחרת בתת־סעיף ג i .

(iii)

הסבר מדוע החומר האחר לא התמוסס במים. בתשובתך התבסס על האינטראקציות בין החלקיקים.

(iv)

מהו ההבדל המאקרוסקופי בין שתי התערובות המתוארות באיורים 3 ו־ 4?

◂ פתרון מלא לשאלה 10

סעיף א

תשובה:

שני החומרים נוזלים.

שני החומרים, A ו-B, נמצאים במצב צבירה נוזל בטמפרטורת החדר.
נימוק: חומר נמצא במצב נוזל בטמפרטורות שבין טמפרטורת ההיתוך לטמפרטורת הרתיחה שלו.
•חומר A: −45∘C<25∘C<157∘C-45^{\circ}\text{C} < 25^{\circ}\text{C} < 157^{\circ}\text{C}−45∘C<25∘C<157∘C – הטמפרטורה גבוהה מטמפרטורת ההיתוך ונמוכה מטמפרטורת הרתיחה – נוזל.
•חומר B: −114∘C<25∘C<78∘C-114^{\circ}\text{C} < 25^{\circ}\text{C} < 78^{\circ}\text{C}−114∘C<25∘C<78∘C – נוזל.

סעיף ב

(i)

תשובה:

a – נכון; b – לא נכון; c – נכון; d – לא נכון.

לפי האיורים, באיור 1 מולקולות CH3CH2OH\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}CH3​CH2​OH (2 אטומי פחמן) ובאיור 2 מולקולות CH3(CH2)5OH\text{CH}_3(\text{CH}_2)_5\text{OH}CH3​(CH2​)5​OH (6 אטומי פחמן), כלומר שני כוהלים.
- a – נכון: בשני האיורים המולקולות בנויות מאטומי פחמן, חמצן ומימן בלבד.
- b – לא נכון: בשני החומרים הקבוצה הפונקציונלית היא אותה קבוצה – הידרוקסיל, –OH (שניהם כוהלים).
- c – נכון: במולקולות של איור 1 יש 2 אטומי פחמן ובמולקולות של איור 2 יש 6 אטומי פחמן, ולכן מספר אטומי הפחמן שונה.
- d – לא נכון: שני החומרים נוזלים בטמפרטורת החדר (סעיף א). בנוזל המולקולות נעות בכל אופני התנועה: מעבר ממקום למקום, סיבוב ותנודה. תנודה בלבד מאפיינת מוצק.

(ii)

תשובה:

איור 2.

איור 2.
בשני החומרים פועלות בין המולקולות אינטראקציות ואן דר ואלס וקשרי מימן (בין קבוצות ה-OH). לשני החומרים קבוצת –OH אחת במולקולה, ולכן קשרי המימן דומים.
המולקולות באיור 2 ארוכות יותר (6 אטומי פחמן לעומת 2) – ענן האלקטרונים שלהן גדול יותר ושטח המגע בין המולקולות גדול יותר, ולכן אינטראקציות ואן דר ואלס ביניהן חזקות יותר. סך האינטראקציות בין המולקולות באיור 2 חזק יותר, ונדרשת אנרגייה רבה יותר כדי להתגבר עליהן ברתיחה – טמפרטורת הרתיחה גבוהה יותר.
לחומר A טמפרטורת רתיחה גבוהה יותר (157∘C157^{\circ}\text{C}157∘C לעומת 78∘C78^{\circ}\text{C}78∘C), ולכן הוא מתואר באיור 2.

סעיף ג

(i)

תשובה:

איור 3.

איור 3.
תמיסה היא תערובת הומוגנית: חלקיקי המומס מפוזרים באופן אחיד בין חלקיקי הממס. באיור 3 מולקולות הכוהל (בעלות 2 אטומי פחמן, חומר B) ומולקולות המים מעורבבות ומפוזרות באופן אחיד זו בין זו. באיור 4, לעומת זאת, מולקולות הכוהל הארוכות (חומר A) מקובצות בחלק העליון ומולקולות המים בחלק התחתון – אין פיזור אחיד, ולכן זו אינה תמיסה.

(ii)

תשובה:

C2H5OH(ℓ)→H2OC2H5OH(aq)\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(\ell)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(aq)}C2​H5​OH(ℓ)​H2​O​C2​H5​OH(aq)​

החומר באיור 3 הוא חומר B, אתנול (2 אטומי פחמן). כוהל הוא חומר מולקולרי, ובהמסה המולקולות נשארות שלמות (אינן מתפרקות ליונים) ומוקפות במולקולות מים:
CH3CH2OH(ℓ)→H2O(ℓ)CH3CH2OH(aq)\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}_{(\ell)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}} \text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}_{(aq)}CH3​CH2​OH(ℓ)​H2​O(ℓ)​​CH3​CH2​OH(aq)​
טעות נפוצה: לכתוב פירוק ליונים (OH−\text{OH}^{-}OH−) – כוהל אינו בסיס ואינו מתפרק ליונים במים.

(iii)

תשובה:

לחומר A שרשרת פחמימנית ארוכה ולא קוטבית; האינטראקציות שנוצרות עם המים אינן מפצות על קשרי המימן בין מולקולות המים ועל האינטראקציות בין מולקולות A שיש לפרק.

החומר האחר הוא A (6 אטומי פחמן).
כדי שחומר יתמוסס, יש להתגבר על האינטראקציות בין מולקולות המומס ועל קשרי המימן בין מולקולות המים, וליצור במקומן אינטראקציות בין מולקולות המומס למולקולות המים.
•במולקולת A יש קבוצת –OH אחת היכולה ליצור קשרי מימן עם מים, אך רוב המולקולה היא שרשרת פחמימנית ארוכה ולא קוטבית (6 אטומי פחמן).
•בין מולקולות A פועלות אינטראקציות ואן דר ואלס חזקות יחסית (ענן אלקטרונים גדול) וקשרי מימן.
•החלק הפחמימני הגדול אינו יוצר קשרי מימן עם מולקולות המים, ובינו לבין המים נוצרות רק אינטראקציות ואן דר ואלס חלשות. לכן האינטראקציות החדשות שנוצרות בין A למים אינן מפצות על פירוק קשרי המימן הרבים בין מולקולות המים ועל פירוק האינטראקציות בין מולקולות A.
לכן A כמעט אינו מתמוסס במים. באתנול (B), לעומת זאת, החלק הפחמימני קצר, וקשרי המימן בין קבוצת ה-OH למים מפצים על האינטראקציות שמתפרקות.

(iv)

תשובה:

באיור 3 תערובת הומוגנית – נוזל אחיד וצלול (פאזה אחת); באיור 4 תערובת הטרוגנית – שתי שכבות נוזל נפרדות.

בעין (ברמה המאקרוסקופית):
•התערובת של איור 3 (אתנול ומים) היא הומוגנית – נראית כנוזל אחיד וצלול, פאזה אחת.
•התערובת של איור 4 (חומר A ומים) היא הטרוגנית – נראות שתי שכבות נוזל נפרדות (שתי פאזות) וגבול ביניהן.

שאלה 11 · ברום ותרכובותיו – חמצון-חיזור וחישובים

שאלה פתוחה

חמצון-חיזור וסטויכיומטריה
ישראל היא אחת היצרניות הגדולות ביותר בעולם של היסוד ברום, Br2(ℓ)\text{Br}_{2(\ell)}Br2(ℓ)​ ותרכובותיו.
לפניך תגובה (1) שבה ברום מגיב עם מים ליצירת תמיסת HBrO(aq)\text{HBrO}_{(aq)}HBrO(aq)​ , שיכולה לשמש לחיטוי והלבנה.
(1)Br2(ℓ)+H2O(ℓ)→HBrO(aq)+HBr(g)(1)\quad \text{Br}_{2(\ell)} + \text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow \text{HBrO}_{(aq)} + \text{HBr}_{(g)}(1)Br2(ℓ)​+H2​O(ℓ)​→HBrO(aq)​+HBr(g)​

א.

(i)

קבע אם Br2(ℓ)\text{Br}_{2(\ell)}Br2(ℓ)​ מגיב בתגובה (1) רק כמחמצן, רק כמחזר או גם כמחמצן וגם כמחזר. נמק את קביעתך.

(ii)

לתמיסה של HBrO(aq)\text{HBrO}_{(aq)}HBrO(aq)​ הכניסו חומר מחזר. התרחשה תגובה.
קבע אילו יונים יימצאו בתמיסה בתום התגובה: יוני Br(aq)−\text{Br}^{-}_{(aq)}Br(aq)−​ או יוני BrO3(aq)−\text{BrO}^{-}_{3(aq)}BrO3(aq)−​ . נמק את קביעתך.

ב.

לפניך תגובה (2) שבה נוצרים יוני BrO3(aq)−\text{BrO}^{-}_{3(aq)}BrO3(aq)−​ .
(2)3BrO(aq)−→2Br(aq)−+BrO3(aq)−(2)\quad 3\text{BrO}^{-}_{(aq)} \rightarrow 2\text{Br}^{-}_{(aq)} + \text{BrO}^{-}_{3(aq)}(2)3BrO(aq)−​→2Br(aq)−​+BrO3(aq)−​

(i)

כמה מול אלקטרונים עברו בתגובה שבה נוצר 1 מול יוני BrO3(aq)−\text{BrO}^{-}_{3(aq)}BrO3(aq)−​ ? נמק.

(ii)

יוני BrO3(aq)−\text{BrO}^{-}_{3(aq)}BrO3(aq)−​ הם רעילים. הריכוז המירבי המותר של BrO3(aq)−\text{BrO}^{-}_{3(aq)}BrO3(aq)−​ במים הוא 0.01 מיקרוגרם לליטר.
נתון: 1 מיקרוגרם =1×10−6= 1\times 10^{-6}=1×10−6 גרם.
מהו המספר המירבי המותר של יוני BrO3(aq)−\text{BrO}^{-}_{3(aq)}BrO3(aq)−​ ב־ 1 ליטר מים? פרט את חישוביך.
נתון: במול אחד של חלקיקים יש 6.02×10236.02\times 10^{23}6.02×1023 חלקיקים.

ג.

היסוד ברום הוא רעיל ומסוכן ולכן נשמר במְכלי אחסון סגורים. במקרה של דליפה מגיבים את אדי הברום עם אמוניה, NH3(g)\text{NH}_{3(g)}NH3(g)​. מתרחשת תגובה (3).
(3)3Br2(g)+8NH3(g)→N2(g)+6NH4Br(s)(3)\quad 3\text{Br}_{2(g)} + 8\text{NH}_{3(g)} \rightarrow \text{N}_{2(g)} + 6\text{NH}_4\text{Br}_{(s)}(3)3Br2(g)​+8NH3(g)​→N2(g)​+6NH4​Br(s)​

(i)

קבע אם בתגובה (3), NH3(g)\text{NH}_{3(g)}NH3(g)​ מגיב כמחמצן בלבד, כמחזר בלבד או גם כמחמצן וגם כמחזר.

(ii)

כמה קילוגרם NH4Br(s)\text{NH}_4\text{Br}_{(s)}NH4​Br(s)​ נוצרים כאשר מגיבים 8.0 ק"ג של אדי ברום עם אמוניה? פרט את חישוביך.

(iii)

מהו נפח גז החנקן, N2(g)\text{N}_{2(g)}N2(g)​ , בתנאי STP הנוצר כאשר מגיבים 8.0 ק"ג אדי ברום עם אמוניה?
פרט את חישוביך.
נתון: נפח מולרי של גז בתנאי STP הוא 22.4 ליטר.

◂ פתרון מלא לשאלה 11

סעיף א

(i)

תשובה:

גם כמחמצן וגם כמחזר.

Br2\text{Br}_2Br2​ מגיב גם כמחמצן וגם כמחזר.
דרגות החמצון של ברום:
•ב-Br2\text{Br}_2Br2​ (יסוד): 0.
•ב-HBrO\text{HBrO}HBrO: H הוא +1+1+1, O הוא −2-2−2, לכן +1+x+(−2)=0⇒x=+1+1 + x + (-2) = 0 \Rightarrow x = +1+1+x+(−2)=0⇒x=+1.
•ב-HBr\text{HBr}HBr: H הוא +1+1+1, לכן Br הוא −1-1−1.
אטום Br אחד עולה בדרגת החמצון מ-0 ל-+1+1+1 (מוסר אלקטרון – מתחמצן), ולכן Br2\text{Br}_2Br2​ משמש כמחזר; אטום Br השני יורד מ-0 ל-−1-1−1 (מקבל אלקטרון – מתחזר), ולכן Br2\text{Br}_2Br2​ משמש גם כמחמצן.

(ii)

תשובה:

יוני Br(aq)−\text{Br}^{-}_{(aq)}Br(aq)−​.

יוני Br(aq)−\text{Br}^{-}_{(aq)}Br(aq)−​.
המחזר מוסר אלקטרונים, ולכן HBrO\text{HBrO}HBrO מקבל אלקטרונים ומשמש כמחמצן – דרגת החמצון של הברום יורדת.
דרגת החמצון של Br ב-HBrO\text{HBrO}HBrO היא +1+1+1; ב-Br−\text{Br}^{-}Br− היא −1-1−1 (ירידה – חיזור); ב-BrO3−\text{BrO}_3^{-}BrO3−​ היא x+3(−2)=−1⇒x=+5x + 3(-2) = -1 \Rightarrow x = +5x+3(−2)=−1⇒x=+5 (עלייה – חמצון).
רק המעבר ל-Br−\text{Br}^{-}Br− מתאים לחיזור, ולכן בתמיסה יימצאו יוני Br(aq)−\text{Br}^{-}_{(aq)}Br(aq)−​.

סעיף ב

(i)

תשובה:

4 מול אלקטרונים.

דרגות החמצון של Br: ב-BrO−\text{BrO}^{-}BrO−: x+(−2)=−1⇒x=+1x + (-2) = -1 \Rightarrow x = +1x+(−2)=−1⇒x=+1; ב-Br−\text{Br}^{-}Br−: −1-1−1; ב-BrO3−\text{BrO}_3^{-}BrO3−​: +5+5+5.
•חמצון: אטום Br אחד עובר מ-+1+1+1 ל-+5+5+5 – מוסר 5−1=45 - 1 = 45−1=4 אלקטרונים. על כל 1 מול BrO3−\text{BrO}_3^{-}BrO3−​ שנוצר מוסרים 4 מול אלקטרונים.
•בדיקה (חיזור): 2 אטומי Br עוברים מ-+1+1+1 ל-−1-1−1 – כל אחד מקבל 2 אלקטרונים, סך הכול 2⋅2=42\cdot 2 = 42⋅2=4 מול אלקטרונים.
מספר האלקטרונים שנמסרו שווה למספר שהתקבלו: עברו 4 מול אלקטרונים.

(ii)

תשובה:

4.71⋅10134.71\cdot 10^{13}4.71⋅1013 יונים

מסה ב-1 ליטר: m=0.01 μg=0.01⋅10−6 g=1⋅10−8 gm = 0.01\ \mu\text{g} = 0.01\cdot 10^{-6}\ \text{g} = 1\cdot 10^{-8}\ \text{g}m=0.01 μg=0.01⋅10−6 g=1⋅10−8 g.
מסה מולרית: MBrO3−=79.9+3⋅16.0=127.9 g/molM_{\text{BrO}_3^-} = 79.9 + 3\cdot 16.0 = 127.9\ \text{g/mol}MBrO3−​​=79.9+3⋅16.0=127.9 g/mol.
n=mM=1⋅10−8 g127.9 g/mol=7.82⋅10−11 moln = \frac{m}{M} = \frac{1\cdot 10^{-8}\ \text{g}}{127.9\ \text{g/mol}} = 7.82\cdot 10^{-11}\ \text{mol}n=Mm​=127.9 g/mol1⋅10−8 g​=7.82⋅10−11 mol
N=n⋅NA=7.82⋅10−11 mol⋅6.02⋅1023 יוניםmol=4.71⋅1013 יוניםN = n\cdot N_A = 7.82\cdot 10^{-11}\ \text{mol}\cdot 6.02\cdot 10^{23}\ \frac{\text{יונים}}{\text{mol}} = 4.71\cdot 10^{13}\ \text{יונים}N=n⋅NA​=7.82⋅10−11 mol⋅6.02⋅1023 molיונים​=4.71⋅1013 יונים
המספר המירבי המותר: 4.71⋅10134.71\cdot 10^{13}4.71⋅1013 יוני BrO3−\text{BrO}_3^{-}BrO3−​ בליטר מים.

סעיף ג

(i)

תשובה:

כמחזר בלבד.

כמחזר בלבד.
דרגת החמצון של N ב-NH3\text{NH}_3NH3​: x+3(+1)=0⇒x=−3x + 3(+1) = 0 \Rightarrow x = -3x+3(+1)=0⇒x=−3.
- 2 מתוך 8 אטומי N עוברים ל-N2\text{N}_2N2​ (דרגת חמצון 0): עלייה מ-−3-3−3 ל-0 – חמצון.
- 6 האטומים האחרים עוברים ל-NH4+\text{NH}_4^{+}NH4+​: x+4(+1)=+1⇒x=−3x + 4(+1) = +1 \Rightarrow x = -3x+4(+1)=+1⇒x=−3 – ללא שינוי.
דרגת החמצון של המימן (+1+1+1) אינה משתנה. אין אף אטום ב-NH3\text{NH}_3NH3​ שדרגת החמצון שלו יורדת, ולכן NH3\text{NH}_3NH3​ מגיב כמחזר בלבד (המחמצן הוא Br2\text{Br}_2Br2​, שעובר מ-0 ל-−1-1−1).

(ii)

תשובה:

9.8 ק"ג

MBr2=2⋅79.9=159.8 g/molM_{\text{Br}_2} = 2\cdot 79.9 = 159.8\ \text{g/mol}MBr2​​=2⋅79.9=159.8 g/mol
nBr2=mM=8.0⋅103 g159.8 g/mol=50.1 moln_{\text{Br}_2} = \frac{m}{M} = \frac{8.0\cdot 10^{3}\ \text{g}}{159.8\ \text{g/mol}} = 50.1\ \text{mol}nBr2​​=Mm​=159.8 g/mol8.0⋅103 g​=50.1 mol
יחס מולים לפי תגובה (3): Br2:NH4Br=3:6=1:2\text{Br}_2 : \text{NH}_4\text{Br} = 3 : 6 = 1 : 2Br2​:NH4​Br=3:6=1:2
nNH4Br=2⋅50.1 mol=100.1 moln_{\text{NH}_4\text{Br}} = 2\cdot 50.1\ \text{mol} = 100.1\ \text{mol}nNH4​Br​=2⋅50.1 mol=100.1 mol
MNH4Br=14.0+4⋅1.0+79.9=97.9 g/molM_{\text{NH}_4\text{Br}} = 14.0 + 4\cdot 1.0 + 79.9 = 97.9\ \text{g/mol}MNH4​Br​=14.0+4⋅1.0+79.9=97.9 g/mol
m=n⋅M=100.1 mol⋅97.9 g/mol=9.80⋅103 g=9.8 kgm = n\cdot M = 100.1\ \text{mol}\cdot 97.9\ \text{g/mol} = 9.80\cdot 10^{3}\ \text{g} = 9.8\ \text{kg}m=n⋅M=100.1 mol⋅97.9 g/mol=9.80⋅103 g=9.8 kg

(iii)

תשובה:

3.7⋅1023.7\cdot 10^{2}3.7⋅102 ליטר (374 ליטר)

יחס מולים: Br2:N2=3:1\text{Br}_2 : \text{N}_2 = 3 : 1Br2​:N2​=3:1
nN2=50.1 mol3=16.7 moln_{\text{N}_2} = \frac{50.1\ \text{mol}}{3} = 16.7\ \text{mol}nN2​​=350.1 mol​=16.7 mol
V=n⋅VM=16.7 mol⋅22.4 Lmol=374 LV = n\cdot V_M = 16.7\ \text{mol}\cdot 22.4\ \frac{\text{L}}{\text{mol}} = 374\ \text{L}V=n⋅VM​=16.7 mol⋅22.4 molL​=374 L
נוצרים כ-3.7⋅1023.7\cdot 10^{2}3.7⋅102 ליטר (374 ליטר) גז חנקן בתנאי STP.

שאלה 12 · חומצות שומן חיוניות וויטמינים באצות

שאלה פתוחה

שימו לב: חלק מהשאלה לא במיקוד תשפ"ז

כל השאלה עוסקת בכימיה של מזון (חומצות שומן, רישום מקוצר, ויטמינים, נוגדי חמצון ודרגות חמצון של פחמן בתרכובת אורגנית), שהוצאה מתוכנית המיקוד 2027.

כימיה של מזון
אצות עשירות ברכיבים תזונתיים רבים. הן מכילות את כל אבות המזון, ויטמינים ומינרלים רבים.
בטבלה שלפניך מוצגים נתונים של שתי חומצות שומן חיוניות שיש באצות:
שם חומצת השומןחומצה ארכידונית (ARA)חומצה אייקוספנטנואית (EPA)
טמפרטורת היתוך (∘C^{\circ}\text{C}∘C)−49-49−49−54-54−54
ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של המולקולה(ראו איור)------------------
רישום מקוצר של חומצת השומן------------------C20: 5ω3 cis cis cis cis cis
ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של ARA:

שם חומצת השומן	חומצה ארכידונית (ARA)	חומצה אייקוספנטנואית (EPA)
טמפרטורת היתוך ( $^{\circ}\text{C}$ )	$-49$	$-54$
ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של המולקולה	(ראו איור)	------------------
רישום מקוצר של חומצת השומן	------------------	C20: 5ω3 cis cis cis cis cis

א.

(i)

מה הן חומצות שומן חיוניות?

(ii)

כתוב רישום מקוצר של חומצת השומן ARA .

(iii)

רשום ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של מולקולת חומצת השומן EPA .

ב.

טמפרטורת ההיתוך של חומצה סטיארית (St) , C18:0 , היא 69.6∘C69.6^{\circ}\text{C}69.6∘C .
לחומצה סטיארית טמפרטורת היתוך גבוהה הרבה יותר מטמפרטורות ההיתוך של חומצות השומן הנתונות, ARA ו־ EPA .
הסבר קביעה זו. בתשובתך התבסס על האינטראקציות הפועלות בין המולקולות.

ג.

כאשר מייצרים תוסף מזון מאצות, רצוי להוסיף נוגדי חמצון כדי למנוע את חמצון חומצות השומן החיוניות שיש באצות ולשמור עליהן לאורך זמן.
נתונות נוסחאות מבנה מקוצרות של הוויטמינים C ו־ E הפועלים כנוגדי חמצון (אנטיאוקסידנטים):
אטום הפחמן המסומן ב־ ✱ בנוסחת המבנה המקוצרת של ויטמין C משתתף בתהליך שבו הוויטמין משמש נוגד חמצון.

(i)

מהי דרגת החמצון של אטום הפחמן המסומן ב־ ✱ בנוסחת המבנה המקוצרת של ויטמין C ?

(ii)

מבין ההיגדים a-c שלפניך, ציין מה הם ההיגדים המתאימים לתיאור פעילותו של ויטמין C כנוגד חמצון.
a. דרגת החמצון של אטום הפחמן המסומן ב־ ✱ עולה.
b. ויטמין C מגיב כמחמצן בתהליכי חמצון-חיזור.
c. ויטמין C מונע תהליכי חמצון בלתי רצויים של חומרים.

(iii)

קבע איזה ויטמין, C או E , מתאים פחות לשמש נוגד חמצון שמתמוסס בתערובת של חומצות השומן הנתונות. הסבר את קביעתך.

ד.

אחד המינרלים החשובים שיש באצות הוא התרכובת KI . תרכובת זו היא מקור ליוני יודיד I−\text{I}^{-}I− .
לפי הוראות משרד הבריאות, הצריכה היומית המומלצת של יוד היא 150 מיקרוגרם יוני יודיד.
דפי אצות "נורי" משמשים להכנת סושי ומאכלים אחרים. בדף אצת "נורי", שמשקלו 2.5 גרם, יש 45 מיקרוגרם יוני יודיד.
קבע אם מנת מרק שהוכנה מ־ 10 גרם דפי אצות "נורי" מכילה בדיוק את כמות יוני היודיד המומלצת ליום, יותר מן הכמות המומלצת או פחות ממנה. פרט את חישוביך והסבר.

◂ פתרון מלא לשאלה 12

סעיף א

(i)

תשובה:

חומצות שומן שהגוף אינו מסוגל לייצר ולכן חייבים לקבל אותן מן המזון.

חומצות שומן חיוניות הן חומצות שומן הנחוצות לגוף, אך הגוף אינו מסוגל לייצר אותן (לסנתז אותן) בעצמו, ולכן חייבים לקבל אותן מן המזון. דוגמאות: חומצות שומן מסוג אומגה 3 ואומגה 6.

(ii)

תשובה:

C20: 4ω6 cis cis cis cis

ספירה בנוסחה המקוצרת של ARA:
•מספר אטומי הפחמן: 20 (כולל פחמן הקבוצה הקרבוקסילית).
•מספר הקשרים הכפולים: 4, וכולם במבנה cis.
•מיקום הקשר הכפול הראשון מקצה ה-CH3\text{CH}_3CH3​ (קצה אומגה): מספרים מן הפחמן של קבוצת המתיל (פחמן 1 מצד זה); הקשר הכפול הקרוב מתחיל בפחמן מס' 6 – ω6.
רישום מקוצר: C20: 4ω6 cis cis cis cis

(iii)

תשובה:

שרשרת של 20 אטומי פחמן עם 5 קשרים כפולים cis בין פחמנים 5-6, 8-9, 11-12, 14-15, 17-18 (מספור מצד הקבוצה הקרבוקסילית).

לפי הרישום C20: 5ω3 cis cis cis cis cis: 20 אטומי פחמן, 5 קשרים כפולים במבנה cis, והקשר הכפול הראשון מצד קבוצת המתיל מתחיל בפחמן השלישי מקצה זה.
בחומצות שומן חיוניות הקשרים הכפולים מופרדים זה מזה בקבוצת CH2\text{CH}_2CH2​ אחת. לכן, בספירה מקצה המתיל, הקשרים הכפולים נמצאים בין הפחמנים 3-4, 6-7, 9-10, 12-13, 15-16; בספירה מצד הקבוצה הקרבוקסילית: 5-6, 8-9, 11-12, 14-15, 17-18.
נוסחה מקוצרת (משמאל לימין):
HOOC–CH2–CH2–CH2–CH=CH–CH2–CH=CH–CH2–CH=CH–CH2–CH=CH–CH2–CH=CH–CH2–CH3\text{HOOC–CH}_2\text{–CH}_2\text{–CH}_2\text{–CH=CH–CH}_2\text{–CH=CH–CH}_2\text{–CH=CH–CH}_2\text{–CH=CH–CH}_2\text{–CH=CH–CH}_2\text{–CH}_3HOOC–CH2​–CH2​–CH2​–CH=CH–CH2​–CH=CH–CH2​–CH=CH–CH2​–CH=CH–CH2​–CH=CH–CH2​–CH3​
בייצוג המקוצר (קווים): מציירים כמו במבנה של ARA – קבוצה קרבוקסילית (C=O ו-OH) בקצה, שלושה קטעי קו של CH2\text{CH}_2CH2​ ואחריהם ארבעה קשרים כפולים cis המופרדים כל אחד בפחמן אחד – ונוסף קשר כפול cis חמישי אחרי ה-CH2\text{CH}_2CH2​ הבא; אחריו נשארים רק שני פחמנים (קבוצת CH2\text{CH}_2CH2​ וקבוצת CH3\text{CH}_3CH3​) עד קצה השרשרת. בכל קשר כפול שני המשכי השרשרת נמצאים באותו צד של הקשר (cis).

סעיף ב

תשובה:

בחומצה הסטיארית השרשרת רוויה וישרה, המולקולות נארזות בצפיפות ונוצרות ביניהן אינטראקציות ואן דר ואלס חזקות; ב-ARA ו-EPA הקשרים הכפולים cis יוצרים כיפופים, האריזה רופפת ואינטראקציות ואן דר ואלס חלשות יותר.

בכל שלוש חומצות השומן פועלים בין המולקולות קשרי מימן (בין הקבוצות הקרבוקסיליות) ואינטראקציות ואן דר ואלס בין השרשראות הפחמימניות. ההבדל נובע מאינטראקציות ואן דר ואלס:
- חומצה סטיארית (C18:0) היא חומצת שומן רוויה – אין בה קשרים כפולים, והשרשרת שלה ישרה (זיגזג רגיל). המולקולות יכולות להיארז בצפיפות זו לצד זו, שטח המגע ביניהן גדול, ואינטראקציות ואן דר ואלס ביניהן חזקות.
•ב-ARA וב-EPA יש 4 ו-5 קשרים כפולים במבנה cis; כל קשר כפול cis יוצר כיפוף בשרשרת. המולקולות אינן יכולות להיארז בצפיפות, שטח המגע בין השרשראות קטן, ואינטראקציות ואן דר ואלס ביניהן חלשות יותר – אף שהשרשרת שלהן ארוכה יותר (20 אטומי פחמן לעומת 18).
לכן נדרשת אנרגייה רבה יותר כדי להתגבר על האינטראקציות בין מולקולות החומצה הסטיארית, וטמפרטורת ההיתוך שלה גבוהה בהרבה.

סעיף ג

(i)

תשובה:

+1+1+1

אטום הפחמן המסומן קשור ב:
•קשר כפול לאטום פחמן (בטבעת) – אין הפרש אלקטרושליליות, תרומה 0.
•קשר יחיד לאטום הפחמן של הקבוצה C=O – תרומה 0.
•קשר יחיד לאטום חמצן של קבוצת OH – חמצן אלקטרושלילי יותר (3.5 לעומת 2.5), ולכן הפחמן "מאבד" את זוג אלקטרוני הקשר – תרומה +1+1+1.
אין לו קשר לאטום מימן. דרגת החמצון: 0+0+1=+10 + 0 + 1 = +10+0+1=+1.

(ii)

תשובה:

a ו-c.

נוגד חמצון מגיב בעצמו עם המחמצן (למשל חמצן) במקום החומר שעליו רוצים להגן – כלומר הוא מחזר ועובר בעצמו חמצון.
- a – מתאים: ויטמין C מתחמצן; קבוצת ה-OH שעל הפחמן המסומן הופכת לקבוצה C=O, ודרגת החמצון של הפחמן עולה (מ-+1+1+1 ל-+2+2+2).
- b – לא מתאים: ויטמין C מגיב כמחזר ולא כמחמצן.
- c – מתאים: זה בדיוק תפקידו של נוגד חמצון – הוא מגיב ראשון עם המחמצן ומונע את חמצונם של חומרים אחרים (כאן, חומצות השומן).

(iii)

תשובה:

ויטמין C.

ויטמין C מתאים פחות.
במולקולת ויטמין C יש מספר רב של קבוצות OH ביחס לגודלה (4 קבוצות OH על שלד של 6 אטומי פחמן), והיא יוצרת קשרי מימן רבים – זהו חומר קוטבי המתמוסס היטב במים ולא בשומנים.
חומצות השומן הן בעיקרן שרשראות פחמימניות ארוכות ולא קוטביות, ובין מולקולותיהן פועלות בעיקר אינטראקציות ואן דר ואלס. ויטמין C אינו יכול ליצור אינטראקציות מתאימות עם השרשראות הארוכות שיפצו על פירוק קשרי המימן בין מולקולותיו, ולכן אינו מתמוסס בתערובת חומצות השומן.
לעומתו, בוויטמין E יש קבוצת OH אחת בלבד ושרשרת פחמימנית ארוכה ולא קוטבית; הוא יוצר אינטראקציות ואן דר ואלס עם שרשראות חומצות השומן ומתמוסס בהן היטב.

סעיף ד

תשובה:

יותר מן הכמות המומלצת (180 מיקרוגרם לעומת 150).

ב-2.5 גרם אצות יש 45 מיקרוגרם יוני יודיד. ב-10 גרם:
mI−=10 g⋅45 μg2.5 g=180 μgm_{\text{I}^-} = 10\ \text{g}\cdot \frac{45\ \mu\text{g}}{2.5\ \text{g}} = 180\ \mu\text{g}mI−​=10 g⋅2.5 g45 μg​=180 μg
(10 גרם הם 4 דפים של 2.5 גרם: 4⋅45 μg=180 μg4\cdot 45\ \mu\text{g} = 180\ \mu\text{g}4⋅45 μg=180 μg.)
180 μg>150 μg180\ \mu\text{g} > 150\ \mu\text{g}180 μg>150 μg, ולכן מנת המרק מכילה יותר מן הכמות היומית המומלצת (ב-30 μg30\ \mu\text{g}30 μg).

שאלה 13 · תמיסת נתרן הידרוקסידי – ריכוז, סתירה ושיקוע

שאלה פתוחה

חומצות ובסיסים
בניסוי שערכו תלמידים במעבדה, הם סימנו כוס באות A והמיסו בה 3.6 גרם נתרן הידרוקסידי מוצק, NaOH(s)\text{NaOH}_{(s)}NaOH(s)​ , במים.
בכוס A התקבלה תמיסה בנפח של 600 מ"ל.

א.

(i)

נסח את תהליך ההמסה שהתרחש בעת הכנת התמיסה בכוס A .

(ii)

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

ב.

התלמידים חילקו את התמיסה שבכוס A באופן שווה לשלוש כוסות כימיות I , II , III . בכל כוס 200 מ"ל תמיסה, כפי שמתואר באיור 1.

(i)

לפניך ארבעה היגדים a-d , המתייחסים לתמיסות בכוסות I , II , III, כפי שמתואר באיור 1.
ציין מה הם ההיגדים הנכונים מן ההיגדים a-d .
a. מספר המולים של המומס בכל אחת מן הכוסות קטן ממספר המולים של המומס בתמיסה שהייתה בכוס A .
b. מספר המולים של המומס בכל אחת מן הכוסות שווה למספר המולים של המומס בתמיסה שהייתה בכוס A .
c. ריכוז התמיסה בכל אחת מן הכוסות קטן מריכוז התמיסה שהייתה בכוס A .
d. ריכוז התמיסה בכל אחת מן הכוסות שווה לריכוז התמיסה שהייתה בכוס A .

(ii)

חשב את מספר המולים של המומס בכל אחת מן הכוסות I , II , III . פרט את חישוביך.

ג.

התלמידים הוסיפו לכל אחת מן הכוסות I , II , III תמיסות שונות זו מזו.
לכוס I הוסיפו התלמידים נפח מסוים של תמיסה של חומצת מימן כלורי, HCl(aq)\text{HCl}_{(aq)}HCl(aq)​ , בריכוז 0.2M , וערבבו היטב. התרחשה תגובה.
בתום התגובה ערך ה־ pH היה 7 .

(i)

נסח ניסוח נטו לתגובה שהתרחשה.

(ii)

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

(iii)

לכוס II הוסיפו התלמידים 150 מ"ל תמיסת חומצה גופרתית, H2SO4(aq)\text{H}_2\text{SO}_{4(aq)}H2​SO4(aq)​ , בריכוז 0.2M , וערבבו היטב.
התרחשה תגובה.
קבע אם בתום התגובה, ה־ pH בכוס II היה חומצי, בסיסי או ניטרלי.
פרט את חישוביך או נמק באופן מילולי.

ד.

לכוס III הוסיפו התלמידים 80 מ"ל תמיסת אלומיניום כלורי, AlCl3(aq)\text{AlCl}_{3(aq)}AlCl3(aq)​ . צבע התמיסה נהפך ללבן עכור.
לפניך ניסוח נטו לתגובה שהתרחשה.
Al(aq)3++3OH(aq)−→Al(OH)3(s)\text{Al}^{3+}_{(aq)} + 3\text{OH}^{-}_{(aq)} \rightarrow \text{Al(OH)}_{3(s)}Al(aq)3+​+3OH(aq)−​→Al(OH)3(s)​
כל המגיבים הגיבו בשלמות.
חשב את ריכוז תמיסת AlCl3(aq)\text{AlCl}_{3(aq)}AlCl3(aq)​ שהוסיפו לכוס III .

◂ פתרון מלא לשאלה 13

סעיף א

(i)

תשובה:

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)−​

NaOH\text{NaOH}NaOH הוא חומר יוני; בהמסה במים היונים נפרדים זה מזה ומוקפים במולקולות מים:
NaOH(s)→H2O(ℓ)Na(aq)++OH(aq)−\text{NaOH}_{(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}} \text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}NaOH(s)​H2​O(ℓ)​​Na(aq)+​+OH(aq)−​

(ii)

תשובה:

גדול מ-7.

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

סעיף ב

(i)

תשובה:

a ו-d.

- a – נכון: כל כוס קיבלה שליש מהתמיסה, ולכן גם שליש ממספר מולי המומס.
- b – לא נכון (ראו a).
- c – לא נכון: חלוקת תמיסה לכמה כלים אינה משנה את הריכוז – גם המומס וגם הנפח קטנים באותו יחס (13\frac{1}{3}31​).
- d – נכון: C=n/3V/3=nVC = \frac{n/3}{V/3} = \frac{n}{V}C=V/3n/3​=Vn​ – הריכוז בכל כוס שווה לריכוז שבכוס A (0.15 M0.15\ \text{M}0.15 M, ראו תת-סעיף ii).

(ii)

תשובה:

0.03 מול

MNaOH=23.0+16.0+1.0=40.0 g/molM_{\text{NaOH}} = 23.0 + 16.0 + 1.0 = 40.0\ \text{g/mol}MNaOH​=23.0+16.0+1.0=40.0 g/mol
nNaOH=mM=3.6 g40.0 g/mol=0.09 mol(בכוס A)n_{\text{NaOH}} = \frac{m}{M} = \frac{3.6\ \text{g}}{40.0\ \text{g/mol}} = 0.09\ \text{mol}\quad(\text{בכוס A})nNaOH​=Mm​=40.0 g/mol3.6 g​=0.09 mol(בכוס A)
התמיסה חולקה באופן שווה לשלוש כוסות:
nבכל כוס=0.09 mol3=0.03 moln_{\text{בכל כוס}} = \frac{0.09\ \text{mol}}{3} = 0.03\ \text{mol}nבכל כוס​=30.09 mol​=0.03 mol
(דרך נוספת: CA=0.09 mol0.600 L=0.15 MC_A = \frac{0.09\ \text{mol}}{0.600\ \text{L}} = 0.15\ \text{M}CA​=0.600 L0.09 mol​=0.15 M, ובכל כוס n=0.15 mol/L⋅0.200 L=0.03 moln = 0.15\ \text{mol/L}\cdot 0.200\ \text{L} = 0.03\ \text{mol}n=0.15 mol/L⋅0.200 L=0.03 mol.)

סעיף ג

(i)

תשובה:

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

תגובת סתירה בין יוני ההידרוניום מתמיסת החומצה ליוני ההידרוקסיד מתמיסת הבסיס (יוני Na+\text{Na}^{+}Na+ ו-Cl−\text{Cl}^{-}Cl− הם יוני צופה ואינם נכללים בניסוח הנטו):
H3O(aq)++OH(aq)−→2H2O(ℓ)\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}H3​O(aq)+​+OH(aq)−​→2H2​O(ℓ)​

(ii)

תשובה:

150 מ"ל (0.15 ליטר)

pH=7\text{pH} = 7pH=7 בתום התגובה – התמיסה ניטרלית, כלומר כל יוני ה-OH−\text{OH}^{-}OH− הגיבו עם כמות שקולה בדיוק של יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+.
בכוס I: nOH−=0.03 moln_{\text{OH}^-} = 0.03\ \text{mol}nOH−​=0.03 mol. לפי יחס 1:1 בתגובה: nH3O+=0.03 moln_{\text{H}_3\text{O}^+} = 0.03\ \text{mol}nH3​O+​=0.03 mol.
HCl היא חומצה חד-פרוטית: HCl(g)+H2O(ℓ)→H3O(aq)++Cl(aq)−\text{HCl}_{(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{Cl}^{-}_{(aq)}HCl(g)​+H2​O(ℓ)​→H3​O(aq)+​+Cl(aq)−​, ולכן nHCl=0.03 moln_{\text{HCl}} = 0.03\ \text{mol}nHCl​=0.03 mol.
V=nC=0.03 mol0.2 mol/L=0.15 L=150 mLV = \frac{n}{C} = \frac{0.03\ \text{mol}}{0.2\ \text{mol/L}} = 0.15\ \text{L} = 150\ \text{mL}V=Cn​=0.2 mol/L0.03 mol​=0.15 L=150 mL

(iii)

תשובה:

חומצי.

חומצי (pH<7\text{pH} < 7pH<7).
nH2SO4=C⋅V=0.2 mol/L⋅0.150 L=0.03 moln_{\text{H}_2\text{SO}_4} = C\cdot V = 0.2\ \text{mol/L}\cdot 0.150\ \text{L} = 0.03\ \text{mol}nH2​SO4​​=C⋅V=0.2 mol/L⋅0.150 L=0.03 mol
H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4H2​SO4​ היא חומצה דו-פרוטית – מכל מולקולה מתקבלים 2 יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+:
nH3O+=2⋅0.03 mol=0.06 moln_{\text{H}_3\text{O}^+} = 2\cdot 0.03\ \text{mol} = 0.06\ \text{mol}nH3​O+​=2⋅0.03 mol=0.06 mol
בכוס II: nOH−=0.03 moln_{\text{OH}^-} = 0.03\ \text{mol}nOH−​=0.03 mol. יחס התגובה 1:1, ולכן נשאר עודף:
0.06 mol−0.03 mol=0.03 mol H3O+0.06\ \text{mol} - 0.03\ \text{mol} = 0.03\ \text{mol}\ \text{H}_3\text{O}^{+}0.06 mol−0.03 mol=0.03 mol H3​O+
בתמיסה נשארו יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ בעודף – התמיסה חומצית.
נימוק מילולי: נפח וריכוז תמיסת החומצה הגופרתית שווים לאלה של תמיסת HCl בכוס I (שבה התקבלה בדיוק סתירה), אך החומצה הגופרתית דו-פרוטית ומספקת פי 2 יוני הידרוניום – ולכן יש עודף חומצה.

סעיף ד

תשובה:

0.125 M

בכוס III: nOH−=0.03 moln_{\text{OH}^-} = 0.03\ \text{mol}nOH−​=0.03 mol. כל המגיבים הגיבו בשלמות, ולפי יחס המולים Al3+:OH−=1:3\text{Al}^{3+} : \text{OH}^{-} = 1 : 3Al3+:OH−=1:3:
nAl3+=0.03 mol3=0.01 moln_{\text{Al}^{3+}} = \frac{0.03\ \text{mol}}{3} = 0.01\ \text{mol}nAl3+​=30.03 mol​=0.01 mol
AlCl3(s)→Al(aq)3++3Cl(aq)−\text{AlCl}_{3(s)} \rightarrow \text{Al}^{3+}_{(aq)} + 3\text{Cl}^{-}_{(aq)}AlCl3(s)​→Al(aq)3+​+3Cl(aq)−​, לכן nAlCl3=nAl3+=0.01 moln_{\text{AlCl}_3} = n_{\text{Al}^{3+}} = 0.01\ \text{mol}nAlCl3​​=nAl3+​=0.01 mol.
C=nV=0.01 mol0.080 L=0.125 MC = \frac{n}{V} = \frac{0.01\ \text{mol}}{0.080\ \text{L}} = 0.125\ \text{M}C=Vn​=0.080 L0.01 mol​=0.125 M
ריכוז תמיסת AlCl3\text{AlCl}_3AlCl3​ הוא 0.125 M0.125\ \text{M}0.125 M.

שאלה 14 · פחמן דו-חמצני ופחמן דו-גופרי – מבנה ואנרגטיקה

שאלה פתוחה

שימו לב: חלק מהשאלה לא במיקוד תשפ"ז

סעיף ב ii (הגורמים המשפיעים על אנתלפיית הקשר) וסעיף ד (חישוב ΔH מאנתלפיות קשר) אינם בתוכנית המיקוד 2027.

מבנה וקישור, אנרגייה
שאלה זו עוסקת בחומרים פחמן דו־חמצני, CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ , ופחמן דו־גופרי, CS2(ℓ)\text{CS}_{2(\ell)}CS2(ℓ)​ .

א.

(i)

הסבר מדוע, בטמפרטורת החדר, פחמן דו־גופרי הוא נוזל ואילו פחמן דו־חמצני הוא גז.

(ii)

בתנאים מתאימים, פחמן דו־חמצני מתמוסס בפחמן דו־גופרי.
הסבר מדוע פחמן דו־חמצני, CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ , מתמוסס בפחמן דו־גופרי, CS2(ℓ)\text{CS}_{2(\ell)}CS2(ℓ)​ .

(iii)

נסח את תהליך ההמסה של פחמן דו־חמצני בפחמן דו־גופרי.

ב.

(i)

סרטט את נוסחת הייצוג האלקטרונית של מולקולת CO2\text{CO}_2CO2​ ואת נוסחת הייצוג האלקטרונית של מולקולת CS2\text{CS}_2CS2​ .

(ii)

בטבלה שלפניך נתונים ערכי אנתלפיית הקשר של שני סוגי הקשרים המופיעים במולקולות CO2\text{CO}_2CO2​ ו־ CS2\text{CS}_2CS2​ .
התאם לכל ערך את סוג הקשר המתאים. ציין את שני הגורמים להבדל בין אנתלפיות הקשר.
אנתלפיית הקשר kJmol\frac{\text{kJ}}{\text{mol}}molkJ​ (קג'אול למול)הקשר
803
573

אנתלפיית הקשר $\frac{\text{kJ}}{\text{mol}}$ (קג'אול למול)	הקשר
803
573

ג.

אנתלפיית האידוי של פחמן דו־גופרי היא 27.6 kJmol27.6\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}27.6 molkJ​ .

(i)

נסח את התגובה של אידוי פחמן דו־גופרי ורשום את ערכו וסימנו של ΔH0\Delta H^0ΔH0 לתגובה.

(ii)

נתון ניסוח התגובה של שְׂרֵפת פחמן דו־גופרי נוזלי (1) וכן שינוי האנתלפייה המלווה את התגובה.
(1)CS2(ℓ)+3O2(g)→CO2(g)+2SO2(g)ΔH10=−1076.1 kJmol(1)\quad \text{CS}_{2(\ell)} + 3\text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{CO}_{2(g)} + 2\text{SO}_{2(g)}\qquad \Delta H_1^0 = -1076.1\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}(1)CS2(ℓ)​+3O2(g)​→CO2(g)​+2SO2(g)​ΔH10​=−1076.1 molkJ​
נתון ניסוח התגובה של שְׂרֵפת פחמן דו־גופרי גז (2).
(2)CS2(g)+3O2(g)→CO2(g)+2SO2(g)ΔH20=?(2)\quad \text{CS}_{2(g)} + 3\text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{CO}_{2(g)} + 2\text{SO}_{2(g)}\qquad \Delta H_2^0 = ?(2)CS2(g)​+3O2(g)​→CO2(g)​+2SO2(g)​ΔH20​=?
חשב את הערך של ΔH20\Delta H_2^0ΔH20​ . פרט את חישוביך.

ד.

בכל מולקולה של גופרית דו־חמצנית, SO2\text{SO}_2SO2​ , אטום הגופרית קשור לשני אטומי חמצן.
נסמן כל אחד מן הקשרים ב־ S–O .
נתון: אנתלפיית הקשר של O=O היא 497 kJmol497\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}497 molkJ​ .
חשב את ערכה של אנתלפיית הקשר S–O במולקולת SO2\text{SO}_2SO2​ .
היעזר בנתונים שבשאלה, ובתשובותיך בסעיפים הקודמים. פרט את חישוביך.

◂ פתרון מלא לשאלה 14

סעיף א

(i)

תשובה:

ענן האלקטרונים של CS2\text{CS}_2CS2​ גדול יותר, ולכן אינטראקציות ואן דר ואלס בין מולקולותיו חזקות יותר.

שני החומרים מולקולריים, ומולקולותיהם קוויות וסימטריות – לא קוטביות. לכן בין המולקולות בשני החומרים פועלות אינטראקציות ואן דר ואלס בלבד.
אטום גופרית גדול מאטום חמצן ויש בו יותר אלקטרונים (16 לעומת 8), ולכן ענן האלקטרונים של מולקולת CS2\text{CS}_2CS2​ (38 אלקטרונים) גדול מזה של CO2\text{CO}_2CO2​ (22 אלקטרונים). ככל שענן האלקטרונים גדול יותר, הוא מתקטב בקלות רבה יותר ואינטראקציות ואן דר ואלס חזקות יותר.
לכן האינטראקציות בין מולקולות CS2\text{CS}_2CS2​ חזקות יותר: בטמפרטורת החדר אין די אנרגייה כדי להתגבר עליהן לגמרי ו-CS2\text{CS}_2CS2​ נוזל (טמפרטורת הרתיחה שלו גבוהה מטמפרטורת החדר), ואילו האינטראקציות החלשות בין מולקולות CO2\text{CO}_2CO2​ מתגברות כבר בטמפרטורה נמוכה בהרבה, ולכן CO2\text{CO}_2CO2​ גז.

(ii)

תשובה:

שני החומרים לא קוטביים; האינטראקציות ואן דר ואלס שנוצרות ביניהם מפצות על אלה שמתפרקות.

שני החומרים בנויים ממולקולות לא קוטביות, ובכל אחד מהם פועלות בין המולקולות אינטראקציות ואן דר ואלס בלבד.
בהמסה יש להתגבר על האינטראקציות ואן דר ואלס בין מולקולות CO2\text{CO}_2CO2​ ובין מולקולות CS2\text{CS}_2CS2​, ונוצרות במקומן אינטראקציות ואן דר ואלס בין מולקולות CO2\text{CO}_2CO2​ למולקולות CS2\text{CS}_2CS2​. אלה אינטראקציות מאותו סוג ובחוזק דומה, ולכן הן מפצות על האינטראקציות שהתפרקו ומולקולות CO2\text{CO}_2CO2​ יכולות להתפזר בין מולקולות CS2\text{CS}_2CS2​ ("דומה ממיס דומה").

(iii)

תשובה:

CO2(g)→CS2(ℓ)CO2(CS2)\text{CO}_{2(g)} \xrightarrow{\text{CS}_{2(\ell)}} \text{CO}_{2(\text{CS}_2)}CO2(g)​CS2(ℓ)​​CO2(CS2​)​

CO2(g)→CS2(ℓ)CO2(CS2)\text{CO}_{2(g)} \xrightarrow{\text{CS}_{2(\ell)}} \text{CO}_{2(\text{CS}_2)}CO2(g)​CS2(ℓ)​​CO2(CS2​)​
המולקולות של CO2\text{CO}_2CO2​ אינן מתפרקות; הן עוברות ממצב גז למצב מומס, מוקפות במולקולות הממס CS2\text{CS}_2CS2​. (הכיתוב (CS2)(\text{CS}_2)(CS2​) במקום (aq)(aq)(aq) מציין שהממס הוא פחמן דו-גופרי ולא מים.)

סעיף ב

(i)

תשובה:

O¨ ⁣= ⁣C ⁣= ⁣O¨\ddot{\text{O}}\!=\!\text{C}\!=\!\ddot{\text{O}}O¨=C=O¨ ו-S¨ ⁣= ⁣C ⁣= ⁣S¨\ddot{\text{S}}\!=\!\text{C}\!=\!\ddot{\text{S}}S¨=C=S¨, עם שני זוגות לא קושרים על כל אטום O ו-S.

לפחמן 4 אלקטרוני ערכיות, ולחמצן ולגופרית 6 כל אחד (אותו טור). אטום הפחמן במרכז, וכל אטום קצה קשור אליו בקשר כפול (שני זוגות אלקטרונים משותפים). לכל אטום O (או S) נשארים שני זוגות אלקטרונים לא קושרים. לפחמן אין זוגות לא קושרים. כך לכל אטום יש אוקטט (8 אלקטרונים). המולקולה קווית.
סך אלקטרוני הערכיות: 4+2⋅6=164 + 2\cdot 6 = 164+2⋅6=16 בכל אחת מהמולקולות.

(ii)

תשובה:

803 – C=O; 573 – C=S. גורמים: אורך הקשר (רדיוס אטום O קטן מזה של S) וקוטביות הקשר (הפרש אלקטרושליליות גדול יותר ב-C=O).

אנתלפיית הקשר (kJ/mol)הקשר
803C=O
573C=S
שני הגורמים לכך שהקשר C=O חזק יותר:
1. אורך הקשר (גודל האטומים): לאטום חמצן 2 רמות אנרגייה מאוכלסות ולגופרית 3, ולכן רדיוס אטום O קטן יותר. הקשר C=O קצר יותר – זוגות האלקטרונים המשותפים קרובים יותר לגרעיני שני האטומים, המשיכה ביניהם חזקה יותר, והקשר חזק יותר.
2. קוטביות הקשר: הפרש האלקטרושליליות בקשר C=O הוא 3.5−2.5=1.03.5 - 2.5 = 1.03.5−2.5=1.0, ואילו בקשר C=S הוא 2.5−2.5=02.5 - 2.5 = 02.5−2.5=0. בקשר C=O הקוטבי נוצרים מטענים חלקיים (δ+\delta^{+}δ+ על C ו-δ−\delta^{-}δ− על O), והמשיכה החשמלית ביניהם מוסיפה לחוזק הקשר.

אנתלפיית הקשר (kJ/mol)	הקשר
803	C=O
573	C=S

סעיף ג

(i)

תשובה:

CS2(ℓ)→CS2(g)ΔH0=+27.6 kJ\text{CS}_{2(\ell)} \rightarrow \text{CS}_{2(g)}\qquad \Delta H^0 = +27.6\ \text{kJ}CS2(ℓ)​→CS2(g)​ΔH0=+27.6 kJ

CS2(ℓ)→CS2(g)ΔH0=+27.6 kJ\text{CS}_{2(\ell)} \rightarrow \text{CS}_{2(g)}\qquad \Delta H^0 = +27.6\ \text{kJ}CS2(ℓ)​→CS2(g)​ΔH0=+27.6 kJ
אידוי הוא תהליך אנדותרמי – יש להשקיע אנרגייה כדי להתגבר על האינטראקציות בין המולקולות בנוזל – ולכן הסימן חיובי.

(ii)

תשובה:

ΔH20=−1103.7 kJ\Delta H_2^0 = -1103.7\ \text{kJ}ΔH20​=−1103.7 kJ

לפי חוק הס: נהפוך את תגובת האידוי ונחבר אותה לתגובה (1):
CS2(g)→CS2(ℓ)ΔH0=−27.6 kJ\text{CS}_{2(g)} \rightarrow \text{CS}_{2(\ell)}\qquad \Delta H^0 = -27.6\ \text{kJ}CS2(g)​→CS2(ℓ)​ΔH0=−27.6 kJ
CS2(ℓ)+3O2(g)→CO2(g)+2SO2(g)ΔH10=−1076.1 kJ\text{CS}_{2(\ell)} + 3\text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{CO}_{2(g)} + 2\text{SO}_{2(g)}\qquad \Delta H_1^0 = -1076.1\ \text{kJ}CS2(ℓ)​+3O2(g)​→CO2(g)​+2SO2(g)​ΔH10​=−1076.1 kJ
סכום: CS2(g)+3O2(g)→CO2(g)+2SO2(g)\text{CS}_{2(g)} + 3\text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{CO}_{2(g)} + 2\text{SO}_{2(g)}CS2(g)​+3O2(g)​→CO2(g)​+2SO2(g)​
ΔH20=−27.6 kJ+(−1076.1 kJ)=−1103.7 kJ\Delta H_2^0 = -27.6\ \text{kJ} + (-1076.1\ \text{kJ}) = -1103.7\ \text{kJ}ΔH20​=−27.6 kJ+(−1076.1 kJ)=−1103.7 kJ
הגיוני: CS2(g)\text{CS}_{2(g)}CS2(g)​ נמצא ברמת אנתלפייה גבוהה יותר מ-CS2(ℓ)\text{CS}_{2(\ell)}CS2(ℓ)​, ולכן בשרפתו משתחררת יותר אנרגייה.

סעיף ד

תשובה:

533.7 kJ/mol533.7\ \text{kJ/mol}533.7 kJ/mol (כ-534 kJ/mol534\ \text{kJ/mol}534 kJ/mol)

נשתמש בתגובה (2), שבה כל החומרים במצב גז (רק אז אפשר לחשב ΔH\Delta HΔH מאנתלפיות קשר):
CS2(g)+3O2(g)→CO2(g)+2SO2(g)ΔH20=−1103.7 kJ\text{CS}_{2(g)} + 3\text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{CO}_{2(g)} + 2\text{SO}_{2(g)}\qquad \Delta H_2^0 = -1103.7\ \text{kJ}CS2(g)​+3O2(g)​→CO2(g)​+2SO2(g)​ΔH20​=−1103.7 kJ
ΔH=∑Eקשרים שנשברים−∑Eקשרים שנוצרים\Delta H = \sum E_{\text{קשרים שנשברים}} - \sum E_{\text{קשרים שנוצרים}}ΔH=∑Eקשרים שנשברים​−∑Eקשרים שנוצרים​
קשרים שנשברים: 2 קשרי C=S (סעיף ב: 573) ו-3 קשרי O=O:
2⋅573 kJ+3⋅497 kJ=2637 kJ2\cdot 573\ \text{kJ} + 3\cdot 497\ \text{kJ} = 2637\ \text{kJ}2⋅573 kJ+3⋅497 kJ=2637 kJ
קשרים שנוצרים: 2 קשרי C=O (803) ו-4 קשרי S–O (2 בכל אחת מ-2 מולקולות SO2\text{SO}_2SO2​):
2⋅803 kJ+4⋅ES–O=1606 kJ+4ES–O2\cdot 803\ \text{kJ} + 4\cdot E_{\text{S–O}} = 1606\ \text{kJ} + 4E_{\text{S–O}}2⋅803 kJ+4⋅ES–O​=1606 kJ+4ES–O​
הצבה:
−1103.7 kJ=2637 kJ−(1606 kJ+4ES–O)-1103.7\ \text{kJ} = 2637\ \text{kJ} - (1606\ \text{kJ} + 4E_{\text{S–O}})−1103.7 kJ=2637 kJ−(1606 kJ+4ES–O​)
4ES–O=2637 kJ−1606 kJ+1103.7 kJ=2134.7 kJ4E_{\text{S–O}} = 2637\ \text{kJ} - 1606\ \text{kJ} + 1103.7\ \text{kJ} = 2134.7\ \text{kJ}4ES–O​=2637 kJ−1606 kJ+1103.7 kJ=2134.7 kJ
ES–O=2134.7 kJ4 mol=533.7 kJmolE_{\text{S–O}} = \frac{2134.7\ \text{kJ}}{4\ \text{mol}} = 533.7\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}ES–O​=4 mol2134.7 kJ​=533.7 molkJ​
טעות נפוצה: להשתמש ב-ΔH10\Delta H_1^0ΔH10​ (עם CS2\text{CS}_2CS2​ נוזל) – אנתלפיות קשר מתייחסות לחומרים במצב גז, ולכן יש להשתמש ב-ΔH20\Delta H_2^0ΔH20​ מסעיף ג.

טבלת התשובות

שאלה	סעיף	תשובה
1	-	א – יוני $\text{Ca}^{2+}$ ללא אלקטרוני ערכיות, ויוני $\text{Cl}^{-}$ עם 8 אלקטרונים ברמה החיצונית.
2	-	א
3	-	ג
4	-	ד
5	-	ג (II ו-IV)
6	-	ד
7	-	ב
8	-	ב – $30\ \text{kJ/mol}$
9	א	הידרזין: $\text{H}_2\ddot{\text{N}}–\ddot{\text{N}}\text{H}_2$ ; מתיל הידרזין: $\text{H}_3\text{C}–\ddot{\text{N}}\text{H}–\ddot{\text{N}}\text{H}_2$ (על כל אטום N זוג אלקטרונים לא קושר).
	ב i	נכון – התגובה אקסותרמית.
	ב ii	לא נכון – אנרגיית השפעול נמוכה.
	ג i	$2\text{N}_2\text{H}_{4(\ell)} + \text{N}_2\text{O}_{4(\ell)} \rightarrow 3\text{N}_{2(g)} + 4\text{H}_2\text{O}_{(g)}$
	ג ii	$1.09\cdot 10^{3}$ מול גזים (1093.75 מול)
	ד	$\text{FeS}_{(s)}$
	ה i	73
	ה ii	182
	ה iii	Ta (טנטל)
	ה iv	קרינת ביתא
10	א	שני החומרים נוזלים.
	ב i	a – נכון; b – לא נכון; c – נכון; d – לא נכון.
	ב ii	איור 2.
	ג i	איור 3.
	ג ii	$\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(\ell)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(aq)}$
	ג iii	לחומר A שרשרת פחמימנית ארוכה ולא קוטבית; האינטראקציות שנוצרות עם המים אינן מפצות על קשרי המימן בין מולקולות המים ועל האינטראקציות בין מולקולות A שיש לפרק.
	ג iv	באיור 3 תערובת הומוגנית – נוזל אחיד וצלול (פאזה אחת); באיור 4 תערובת הטרוגנית – שתי שכבות נוזל נפרדות.
11	א i	גם כמחמצן וגם כמחזר.
	א ii	יוני $\text{Br}^{-}_{(aq)}$ .
	ב i	4 מול אלקטרונים.
	ב ii	$4.71\cdot 10^{13}$ יונים
	ג i	כמחזר בלבד.
	ג ii	9.8 ק"ג
	ג iii	$3.7\cdot 10^{2}$ ליטר (374 ליטר)
12	א i	חומצות שומן שהגוף אינו מסוגל לייצר ולכן חייבים לקבל אותן מן המזון.
	א ii	C20: 4ω6 cis cis cis cis
	א iii	שרשרת של 20 אטומי פחמן עם 5 קשרים כפולים cis בין פחמנים 5-6, 8-9, 11-12, 14-15, 17-18 (מספור מצד הקבוצה הקרבוקסילית).
	ב	בחומצה הסטיארית השרשרת רוויה וישרה, המולקולות נארזות בצפיפות ונוצרות ביניהן אינטראקציות ואן דר ואלס חזקות; ב-ARA ו-EPA הקשרים הכפולים cis יוצרים כיפופים, האריזה רופפת ואינטראקציות ואן דר ואלס חלשות יותר.
	ג i	$+1$
	ג ii	a ו-c.
	ג iii	ויטמין C.
	ד	יותר מן הכמות המומלצת (180 מיקרוגרם לעומת 150).
13	א i	$\text{NaOH}_{(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}$
	א ii	גדול מ-7.
	ב i	a ו-d.
	ב ii	0.03 מול
	ג i	$\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}$
	ג ii	150 מ"ל (0.15 ליטר)
	ג iii	חומצי.
	ד	0.125 M
14	א i	ענן האלקטרונים של $\text{CS}_2$ גדול יותר, ולכן אינטראקציות ואן דר ואלס בין מולקולותיו חזקות יותר.
	א ii	שני החומרים לא קוטביים; האינטראקציות ואן דר ואלס שנוצרות ביניהם מפצות על אלה שמתפרקות.
	א iii	$\text{CO}_{2(g)} \xrightarrow{\text{CS}_{2(\ell)}} \text{CO}_{2(\text{CS}_2)}$
	ב i	$\ddot{\text{O}}\!=\!\text{C}\!=\!\ddot{\text{O}}$ ו- $\ddot{\text{S}}\!=\!\text{C}\!=\!\ddot{\text{S}}$ , עם שני זוגות לא קושרים על כל אטום O ו-S.
	ב ii	803 – C=O; 573 – C=S. גורמים: אורך הקשר (רדיוס אטום O קטן מזה של S) וקוטביות הקשר (הפרש אלקטרושליליות גדול יותר ב-C=O).
	ג i	$\text{CS}_{2(\ell)} \rightarrow \text{CS}_{2(g)}\qquad \Delta H^0 = +27.6\ \text{kJ}$
	ג ii	$\Delta H_2^0 = -1103.7\ \text{kJ}$
	ד	$533.7\ \text{kJ/mol}$ (כ- $534\ \text{kJ/mol}$ )

צעד קטן על הירח, צעד גדול לכימיה

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

סעיף ה

מושגי יסוד ומבנה וקישור

סעיף א

סעיף ב

איור 2.

סעיף ג

איור 3.

חמצון-חיזור וסטויכיומטריה

סעיף א

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

יוני $\text{Br}^{-}_{(aq)}$ .

סעיף ב

סעיף ג

כמחזר בלבד.

כימיה של מזון

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

ויטמין C מתאים פחות.

סעיף ד

חומצות ובסיסים

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

חומצי ( $\text{pH} < 7$ ).

סעיף ד

מבנה וקישור, אנרגייה

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

פרק ראשון

שאלה 1 · ייצוג אלקטרוני של תרכובת יונית

שאלה 2 · אנרגיית יינון ראשונה

שאלה 3 · קוטביות קשרים ומולקולות

שאלה 4 · גזים – מספר מולים ונפח

שאלה 5 · ריכוז יונים לאחר ערבוב תמיסות

שאלה 6 · כושר חיזור יחסי של מתכות

שאלה 7 · תגובת מתיל אמין עם מים

שאלה 8 · דיאגרמת אנתלפייה – אנתלפיית אידוי

שאלה 9 · צעד קטן על הירח, צעד גדול לכימיה

צעד קטן על הירח, צעד גדול לכימיה

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

סעיף ה

פרק שני

שאלה 10 · שני כוהלים – מבנה, תכונות ומסיסות

מושגי יסוד ומבנה וקישור

סעיף א

סעיף ב

איור 2.

סעיף ג

איור 3.

שאלה 11 · ברום ותרכובותיו – חמצון-חיזור וחישובים

חמצון-חיזור וסטויכיומטריה

סעיף א

Br2\text{Br}_2Br2​ מגיב גם כמחמצן וגם כמחזר.

יוני Br(aq)−\text{Br}^{-}_{(aq)}Br(aq)−​.

סעיף ב

סעיף ג

כמחזר בלבד.

שאלה 12 · חומצות שומן חיוניות וויטמינים באצות

כימיה של מזון

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

ויטמין C מתאים פחות.

סעיף ד

שאלה 13 · תמיסת נתרן הידרוקסידי – ריכוז, סתירה ושיקוע

חומצות ובסיסים

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

חומצי (pH<7\text{pH} < 7pH<7).

סעיף ד

שאלה 14 · פחמן דו-חמצני ופחמן דו-גופרי – מבנה ואנרגטיקה

מבנה וקישור, אנרגייה

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

רוצים להשלים את חוויית הלמידה?

כל האתר במבט אחד

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

יוני $\text{Br}^{-}_{(aq)}$ .

חומצי ( $\text{pH} < 7$ ).