בגרות בכימיה שאלון עיקרי 037381 - קיץ 2020 מועד מיוחד

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

בחינת הבגרות בכימיה, שאלון עיקרי, קיץ 2020 מועד מיוחד, 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)

מבנה השאלון ומפתח ההערכה: בשאלון זה שני פרקים.
פרק ראשון — חובה — 40 נקודות
פרק שני — 60 נקודות
סך הכול — 100 נקודות
משך הבחינה: שלוש שעות.
חומר עזר מותר בשימוש: (1) מחשבון (כולל מחשבון גרפי). (2) דפי נוסחאות ונתונים (מצורפים): הטבלה המחזורית, טבלת אלקטרושליליות, נוסחאות לחישובים, קבוצות פונקציונליות.
הוראות מיוחדות: שים לב: בבחינה זו יש הנחיות מיוחדות למענה על השאלות.
(1) בפרק הראשון יש תשע שאלות חובה. בכל אחת מן השאלות 1-8 מוצגות ארבע תשובות, ומהן עליך לבחור בתשובה הנכונה. את התשובות הנכונות עליך לסמן בתשובון שבסוף מחברת הבחינה (עמוד 19). בשאלה 9 יש לענות על כל הסעיפים.
(2) בפרק השני יש חמש שאלות. עליך לענות על שלוש מהן.
פרק ראשון (40 נקודות): ענה על שמונה השאלות 1-8 (לכל שאלה — 3.33 נקודות). אם תענה נכון על 6 שאלות לפחות, תקבל את מלוא 20 הנקודות. לכל שאלה מוצעות ארבע תשובות; בחר בתשובה הנכונה וסמן אותה בתשובון. שאלה 9 (ניתוח קטע ממאמר מדעי) — שאלת חובה, 20 נקודות; ענה על כל הסעיפים א-ד (בסעיף ד יש בחירה בין ד i לבין ד ii).
פרק שני (60 נקודות): ענה על שלוש מן השאלות 10-14 (לכל שאלה — 20 נקודות). בכל שאלה אחד מן הסעיפים הוא רשות. מותר לך לענות על סעיף הרשות, אך סך הנקודות שתוכל לצבור בכל שאלה לא יעלה על 20.
הנחיות מיוחדות לשנה זו: זהו מועד מיוחד (אוגוסט 2020) שנערך בתקופת הקורונה. די ב-6 תשובות נכונות מתוך 8 שאלות הבחירה המרובה כדי לקבל את מלוא 20 הנקודות של שאלות אלה, ובכל אחת מהשאלות בפרק השני אחד הסעיפים הוא סעיף רשות (סך הנקודות לשאלה לא יעלה על 20).

פרק ראשון

שאלה 1 · תהליך פליטה רדיואקטיבית שבו נוצר רדון

רב-ברירה

שימו לב: חלק מהשאלה לא במיקוד תשפ"ז

רדיואקטיביות (פליטת קרינת אלפא, בטא וגמא) אינה בתוכנית הבחינה לפי המיקוד של תשפ"ז.

ראדון, Rn(g)\text{Rn}_{(g)}Rn(g)​, הוא יסוד ממשפחת הגזים האצילים.
האיזוטופ 86222Rn{}^{222}_{86}\text{Rn}86222​Rn נוצר בתהליך פליטה של קרינה רדיואקטיבית.
מהו הניסוח הנכון של התהליך שבו נוצר האיזוטופ 86222Rn{}^{222}_{86}\text{Rn}86222​Rn ?

א.
${}^{218}_{84}\text{Po} \rightarrow {}^{222}_{86}\text{Rn} + \alpha$
ב.
${}^{223}_{86}\text{Rn} \rightarrow {}^{222}_{86}\text{Rn} + \beta$
ג.
${}^{226}_{88}\text{Ra} \rightarrow {}^{222}_{86}\text{Rn} + \beta$
ד.
${}^{226}_{88}\text{Ra} \rightarrow {}^{222}_{86}\text{Rn} + \alpha$

◂ פתרון מלא לשאלה 1

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – רדיום-226 פולט חלקיק אלפא והופך לרדון-222.

בתהליך רדיואקטיבי נשמרים סכום מספרי המסה וסכום המטענים (המספרים האטומיים) משני צדי החץ.
•חלקיק אלפא הוא גרעין הליום: 24α{}^{4}_{2}\alpha24​α (מספר מסה 4, מטען 2+).
•חלקיק בטא הוא אלקטרון: −10β{}^{0}_{-1}\beta−10​β (מספר מסה 0, מטען 1−).
ד – נכון: 88226Ra→86222Rn+24α{}^{226}_{88}\text{Ra} \rightarrow {}^{222}_{86}\text{Rn} + {}^{4}_{2}\alpha88226​Ra→86222​Rn+24​α. מספרי מסה: 226=222+4226 = 222 + 4226=222+4; מספרים אטומיים: 88=86+288 = 86 + 288=86+2. התהליך מאוזן.
א – שגוי: 218≠222+4218 \neq 222 + 4218=222+4 ו-84≠86+284 \neq 86 + 284=86+2; מפליטת אלפא מספר המסה והמספר האטומי קטנים, ואי אפשר לקבל מ-Po-218 גרעין כבד יותר.
ב – שגוי: פליטת בטא אינה משנה את מספר המסה (223≠222223 \neq 222223=222), ובפליטת בטא המספר האטומי גדל ב-1, כך שמ-Rn לא יתקבל Rn.
ג – שגוי: בפליטת בטא מספר המסה נשאר 226 ולא יורד ל-222, והמספר האטומי היה עולה ל-89 ולא יורד ל-86.

שאלה 2 · דירוג אנרגיית יינון

רב-ברירה

מדרגים שלושה אטומים על פי אנרגיית היינון שלהם.
מהו הדירוג הנכון?

א.
$\text{F} > \text{Ne} > \text{Cl}$
ב.
$\text{Ne} > \text{F} > \text{Cl}$
ג.
$\text{F} > \text{Cl} > \text{Ne}$
ד.
$\text{Ne} > \text{Cl} > \text{F}$

◂ פתרון מלא לשאלה 2

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – Ne>F>Cl\text{Ne} > \text{F} > \text{Cl}Ne>F>Cl

אנרגיית יינון (ראשונה) היא האנרגיה הדרושה להוצאת אלקטרון אחד מאטום בודד במצב גז. היא תלויה בכוח המשיכה בין הגרעין לאלקטרון החיצוני: ככל שמטען הגרעין גדול יותר ורמת האנרגיה של האלקטרון קרובה יותר לגרעין – אנרגיית היינון גבוהה יותר.
- Ne ו-F נמצאים באותה שורה (שורה 2): האלקטרונים החיצוניים נמצאים באותה רמת אנרגיה (רמה שנייה). ל-Ne יש 10 פרוטונים ול-F יש 9 פרוטונים, לכן ב-Ne המשיכה בין הגרעין לאלקטרונים החיצוניים חזקה יותר ⇐ אנרגיית היינון של Ne גבוהה מזו של F.
- F ו-Cl נמצאים באותו טור (טור 17): ב-Cl האלקטרונים החיצוניים נמצאים ברמה השלישית, רחוקים יותר מהגרעין (וממוסכים על ידי יותר רמות פנימיות), לכן המשיכה אליהם חלשה יותר ⇐ אנרגיית היינון של Cl נמוכה מזו של F.
לכן: Ne>F>Cl\text{Ne} > \text{F} > \text{Cl}Ne>F>Cl – תשובה ב.
•א שגוי – אנרגיית היינון של F אינה גבוהה מזו של Ne.
•ג ו-ד שגויים – Ne, הגז האציל, בעל אנרגיית היינון הגבוהה ביותר מבין השלושה, ו-Cl בעל הנמוכה ביותר.

שאלה 3 · דו-קוטב קבוע ומבנה מרחבי

רב-ברירה

בטבלה שלפניך מוצג מידע על המבנה המרחבי של ארבע מולקולות.
המולקולהBF3\text{BF}_3BF3​CH2O\text{CH}_2\text{O}CH2​OCS2\text{CS}_2CS2​HCN\text{HCN}HCN
המבנה המרחבי של המולקולהמישורית משולשתמישורית משולשתקוויתקווית
לאילו מבין המולקולות הנתונות יש דו־קוטב קבוע?

המולקולה	$\text{BF}_3$	$\text{CH}_2\text{O}$	$\text{CS}_2$	$\text{HCN}$
המבנה המרחבי של המולקולה	מישורית משולשת	מישורית משולשת	קווית	קווית

א.
$\text{CS}_2$ ו־ $\text{HCN}$
ב.
$\text{BF}_3$ ו־ $\text{CH}_2\text{O}$
ג.
$\text{CH}_2\text{O}$ ו־ $\text{HCN}$
ד.
$\text{BF}_3$ ו־ $\text{CS}_2$

◂ פתרון מלא לשאלה 3

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – CH2O\text{CH}_2\text{O}CH2​O ו-HCN\text{HCN}HCN

למולקולה יש דו-קוטב קבוע אם יש בה קשרים קוטביים והם אינם מקזזים זה את זה במרחב (פיזור המטען אינו סימטרי).
- BF3\text{BF}_3BF3​: שלושה קשרים B–F קוטביים זהים, מסודרים סימטרית במבנה מישורי משולש (זוויות של 120∘120^\circ120∘) ⇐ הקוטביות מתקזזת, אין דו-קוטב קבוע.
- CS2\text{CS}_2CS2​: שני קשרים C=S זהים במבנה קווי סימטרי (S=C=S) ⇐ מתקזזים, אין דו-קוטב קבוע. (גם הפרש האלקטרושליליות C–S הוא 0.)
- CH2O\text{CH}_2\text{O}CH2​O: סביב אטום הפחמן יש שני קשרי C–H וקשר כפול C=O שונים זה מזה; הקשר C=O קוטבי מאוד (O 3.5, C 2.5) ⇐ פיזור המטען אינו סימטרי, יש דו-קוטב קבוע (קצה החמצן שלילי חלקית).
- HCN\text{HCN}HCN: מבנה קווי H–C≡N, אך שני הקשרים שונים; הקשר C≡N קוטבי (N 3.0, C 2.5) ⇐ פיזור המטען אינו סימטרי, יש דו-קוטב קבוע.
לכן התשובה ג. האפשרויות א, ב ו-ד כוללות לפחות אחת מהמולקולות הסימטריות CS2\text{CS}_2CS2​ או BF3\text{BF}_3BF3​, שאין להן דו-קוטב קבוע.
טעות נפוצה: לקבוע שמולקולה קוטבית רק מפני שיש בה קשרים קוטביים, בלי להתחשב בסימטריה של המבנה המרחבי.

שאלה 4 · אינטראקציות בין מולקולות אצטון

רב-ברירה

לפניך ייצוג מלא לנוסחת המבנה של מולקולת אצטון.
לפניך ארבעה היגדים, I-IV:
I. במצב נוזל בין המולקולות של אצטון יש רק אינטראקציות ון־דר־ולס.
II. במצב נוזל בין המולקולות של אצטון יש גם אינטראקציות ון־דר־ולס וגם קשרי מימן.
III. בתמיסה מימית של אצטון יש קשרי מימן בין המולקולות של אצטון לבין המולקולות של מים.
IV. בתמיסה מימית של אצטון יש רק אינטראקציות ון־דר־ולס בין המולקולות של אצטון לבין המולקולות של מים.
מה הם ההיגדים הנכונים?

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

◂ פתרון מלא לשאלה 4

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א – היגדים I ו-III.

קשר מימן נוצר בין אטום מימן הקשור לאטום N, O או F במולקולה אחת, לבין זוג אלקטרונים לא קושר על אטום N, O או F במולקולה אחרת.
- I – נכון, II – שגוי: במולקולת אצטון כל אטומי המימן קשורים לאטומי פחמן ולא לאטום החמצן. לכן בין מולקולות אצטון לבין עצמן אין קשרי מימן – יש רק אינטראקציות ון-דר-ולס (כולל משיכה בין דו-קטבים קבועים, שכן המולקולה קוטבית בגלל הקשר C=O).
- III – נכון, IV – שגוי: באטום החמצן של אצטון יש זוגות אלקטרונים לא קושרים. אטום מימן של מולקולת מים (הקשור לחמצן) יכול ליצור איתם קשר מימן. לכן בתמיסה מימית יש קשרי מימן בין מולקולות אצטון למולקולות מים (וגם אינטראקציות ון-דר-ולס – כך שהמילה "רק" בהיגד IV הופכת אותו לשגוי).
ההיגדים הנכונים: I ו-III – תשובה א.
טעות נפוצה: לחשוב שכל מולקולה שיש בה אטום חמצן ואטומי מימן יוצרת קשרי מימן עם מולקולות זהות לה. נדרש אטום H הקשור ישירות ל-O, N או F.

שאלה 5 · מתאנל – דרגת חמצון, קוטביות וקשרי מימן

רב-ברירה

למולקולה של מתאנל, CH2O\text{CH}_2\text{O}CH2​O , צורה מישורית משולשת.
לפניך שלושה היגדים, I-III :
I. דרגת החמצון של אטום הפחמן במולקולה CH2O\text{CH}_2\text{O}CH2​O היא אפס.
II. במולקולה CH2O\text{CH}_2\text{O}CH2​O יש דו־קוטב קבוע.
III. בחומר CH2O(l)\text{CH}_2\text{O}_{(l)}CH2​O(l)​ יש קשרי מימן בין המולקולות.
מה הם ההיגדים הנכונים?

א.
I ו־ II בלבד.
ב.
I ו־ III בלבד.
ג.
II ו־ III בלבד.
ד.
I, II ו־ III .

◂ פתרון מלא לשאלה 5

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א – היגדים I ו-II בלבד.

היגד I – נכון. סכום דרגות החמצון במולקולה ניטרלית הוא 0. לפי טבלת האלקטרושליליות: O (3.5) > C (2.5) > H (2.1). לכן לכל אטום H דרגת חמצון +1+1+1 ולאטום O דרגת חמצון −2-2−2:
2⋅(+1)+x+(−2)=0⇒x=02\cdot(+1) + x + (-2) = 0 \Rightarrow x = 02⋅(+1)+x+(−2)=0⇒x=0
דרגת החמצון של הפחמן היא 0.
היגד II – נכון. במולקולה המישורית המשולשת שני קשרי C–H וקשר C=O שונים זה מזה, והקשר C=O קוטבי מאוד. פיזור המטען אינו סימטרי ⇐ למולקולה יש דו-קוטב קבוע.
היגד III – שגוי. במתאנל אטומי המימן קשורים לאטום הפחמן ולא לאטום החמצן, ולכן אין אטום H שיכול ליצור קשר מימן עם זוג אלקטרונים לא קושר של חמצן במולקולה שכנה. בין מולקולות מתאנל יש אינטראקציות ון-דר-ולס (כולל דו-קוטב–דו-קוטב) ולא קשרי מימן.
ההיגדים הנכונים: I ו-II בלבד – תשובה א. (ב, ג ו-ד כוללים את היגד III השגוי.)

שאלה 6 · כושר חיזור של מתכות

רב-ברירה

שימו לב: חלק מהשאלה לא במיקוד תשפ"ז

הכושר היחסי של מתכות לחזר (הטור האלקטרוכימי ותגובות מתכת–יוני מתכת) אינו בתוכנית הבחינה לפי המיקוד של תשפ"ז.

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

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

◂ פתרון מלא לשאלה 6

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – בניסויים b ו-c בלבד.

תגובה בין מתכת ליוני מתכת אחרת מתרחשת כאשר המתכת (המחזר) היא מחזר חזק יותר מהמתכת שיוניה בתמיסה. אז המתכת מוסרת אלקטרונים ליוני המתכת האחרת.
- a: Ag(s)\text{Ag}_{(s)}Ag(s)​ ביוני Ag(aq)+\text{Ag}^{+}_{(aq)}Ag(aq)+​ – זו אותה מתכת ויוניה; אין תגובה.
- b: Ni(s)\text{Ni}_{(s)}Ni(s)​ ביוני Pb(aq)2+\text{Pb}^{2+}_{(aq)}Pb(aq)2+​ – Ni מחזר חזק יותר מ-Pb ⇐ מתרחשת תגובה:
Ni(s)+Pb(aq)2+→Ni(aq)2++Pb(s)\text{Ni}_{(s)} + \text{Pb}^{2+}_{(aq)} \rightarrow \text{Ni}^{2+}_{(aq)} + \text{Pb}_{(s)}Ni(s)​+Pb(aq)2+​→Ni(aq)2+​+Pb(s)​
- c: Cd(s)\text{Cd}_{(s)}Cd(s)​ ביוני Ni(aq)2+\text{Ni}^{2+}_{(aq)}Ni(aq)2+​ – Cd מחזר חזק יותר מ-Ni ⇐ מתרחשת תגובה:
Cd(s)+Ni(aq)2+→Cd(aq)2++Ni(s)\text{Cd}_{(s)} + \text{Ni}^{2+}_{(aq)} \rightarrow \text{Cd}^{2+}_{(aq)} + \text{Ni}_{(s)}Cd(s)​+Ni(aq)2+​→Cd(aq)2+​+Ni(s)​
- d: Pb(s)\text{Pb}_{(s)}Pb(s)​ ביוני Cd(aq)2+\text{Cd}^{2+}_{(aq)}Cd(aq)2+​ – Pb מחזר חלש יותר מ-Cd ⇐ אין תגובה.
תגובה התרחשה רק בניסויים b ו-c – תשובה ד. (א ו-ב כוללים את a, ג כולל את d – שבהם אין תגובה.)

שאלה 7 · פירוק אמוניום פחמתי – יחסי נפחים

רב-ברירה

המוצק אמוניום פחמתי, (NH4)2CO3(s)\text{(NH}_4\text{)}_2\text{CO}_{3(s)}(NH4​)2​CO3(s)​ , מתפרק בחימום על פי התגובה:
(NH4)2CO3(s)→2NH3(g)+CO2(g)+H2O(g)\text{(NH}_4\text{)}_2\text{CO}_{3(s)} \rightarrow 2\text{NH}_{3(g)} + \text{CO}_{2(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(g)}(NH4​)2​CO3(s)​→2NH3(g)​+CO2(g)​+H2​O(g)​
חיממו דגימה של (NH4)2CO3(s)\text{(NH}_4\text{)}_2\text{CO}_{3(s)}(NH4​)2​CO3(s)​ .
הנפחים של הגזים שהתקבלו נמדדו בתנאים שווים של טמפרטורה ולחץ.
מהי הקביעה הנכונה בנוגע לתוצרים שהתקבלו בתגובה זו?

א.
מספר המולקולות של $\text{NH}_{3(g)}$ שווה למספר המולקולות של $\text{H}_2\text{O}_{(g)}$ .
ב.
הנפח של $\text{NH}_{3(g)}$ גדול פי 2 מן הנפח של $\text{CO}_{2(g)}$ .
ג.
הנפח של $\text{H}_2\text{O}_{(g)}$ שווה לנפח של $\text{(NH}_4\text{)}_2\text{CO}_{3(s)}$ .
ד.
המסה של $\text{H}_2\text{O}_{(g)}$ שווה למסה של $\text{CO}_{2(g)}$ .

◂ פתרון מלא לשאלה 7

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – לפי יחס המולים 2:1, נפח NH3\text{NH}_3NH3​ גדול פי 2 מנפח CO2\text{CO}_2CO2​.

לפי מקדמי התגובה, יחס המולים בין התוצרים הוא:
n(NH3):n(CO2):n(H2O)=2:1:1n(\text{NH}_3) : n(\text{CO}_2) : n(\text{H}_2\text{O}) = 2 : 1 : 1n(NH3​):n(CO2​):n(H2​O)=2:1:1
לפי חוק אבוגדרו, בתנאים שווים של טמפרטורה ולחץ נפחים שווים של גזים מכילים מספר שווה של מולקולות, ולכן יחס הנפחים של הגזים שווה ליחס המולים שלהם.
- ב – נכון: V(NH3)V(CO2)=n(NH3)n(CO2)=21\frac{V(\text{NH}_3)}{V(\text{CO}_2)} = \frac{n(\text{NH}_3)}{n(\text{CO}_2)} = \frac{2}{1}V(CO2​)V(NH3​)​=n(CO2​)n(NH3​)​=12​ – נפח NH3\text{NH}_3NH3​ גדול פי 2.
- א – שגוי: מספר המולקולות של NH3\text{NH}_3NH3​ גדול פי 2 ממספר המולקולות של H2O\text{H}_2\text{O}H2​O.
- ג – שגוי: (NH4)2CO3\text{(NH}_4\text{)}_2\text{CO}_3(NH4​)2​CO3​ הוא מוצק; חוק אבוגדרו (יחס נפחים = יחס מולים) חל רק על גזים. נפח של מוצק קטן מאוד בהשוואה לנפח של גז.
- ד – שגוי: מספר המולים שווה, אך המסות המולריות שונות: M(H2O)=18.0 gmolM(\text{H}_2\text{O}) = 18.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(H2​O)=18.0 molg​, M(CO2)=44.0 gmolM(\text{CO}_2) = 44.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(CO2​)=44.0 molg​, לכן m=n⋅Mm = n\cdot Mm=n⋅M של CO2\text{CO}_2CO2​ גדולה יותר.

שאלה 8 · השפעת מיהול על pH

רב-ברירה

הכינו 50 מ"ל של כל אחת מן התמיסות: Ca(OH)2(aq)\text{Ca(OH)}_{2(aq)}Ca(OH)2(aq)​ , HNO3(aq)\text{HNO}_{3(aq)}HNO3(aq)​ , Ca(NO3)2(aq)\text{Ca(NO}_3\text{)}_{2(aq)}Ca(NO3​)2(aq)​ ומדדו את ה־ pH שלהם.
לכל אחת מן התמיסות הוסיפו 50 מ"ל של מים.
איזו מן השורות המסומנות באותיות א-ד בטבלה שלפניך, מציגה נכון את השינוי שחל ב־ pH של כל אחת מן התמיסות?
Ca(OH)2(aq)\text{Ca(OH)}_{2(aq)}Ca(OH)2(aq)​HNO3(aq)\text{HNO}_{3(aq)}HNO3(aq)​Ca(NO3)2(aq)\text{Ca(NO}_3\text{)}_{2(aq)}Ca(NO3​)2(aq)​
אעלהירדירד
בירדעלהעלה
גירדעלהלא השתנה
דעלהירדלא השתנה

	$\text{Ca(OH)}_{2(aq)}$	$\text{HNO}_{3(aq)}$	$\text{Ca(NO}_3\text{)}_{2(aq)}$
א	עלה	ירד	ירד
ב	ירד	עלה	עלה
ג	ירד	עלה	לא השתנה
ד	עלה	ירד	לא השתנה

א.
$\text{Ca(OH)}_{2(aq)}$ : עלה; $\text{HNO}_{3(aq)}$ : ירד; $\text{Ca(NO}_3\text{)}_{2(aq)}$ : ירד
ב.
$\text{Ca(OH)}_{2(aq)}$ : ירד; $\text{HNO}_{3(aq)}$ : עלה; $\text{Ca(NO}_3\text{)}_{2(aq)}$ : עלה
ג.
$\text{Ca(OH)}_{2(aq)}$ : ירד; $\text{HNO}_{3(aq)}$ : עלה; $\text{Ca(NO}_3\text{)}_{2(aq)}$ : לא השתנה
ד.
$\text{Ca(OH)}_{2(aq)}$ : עלה; $\text{HNO}_{3(aq)}$ : ירד; $\text{Ca(NO}_3\text{)}_{2(aq)}$ : לא השתנה

◂ פתרון מלא לשאלה 8

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – ב-Ca(OH)2\text{Ca(OH)}_2Ca(OH)2​ ה-pH ירד, ב-HNO3\text{HNO}_3HNO3​ עלה, ב-Ca(NO3)2\text{Ca(NO}_3\text{)}_2Ca(NO3​)2​ לא השתנה.

הוספת 50 מ"ל מים ל-50 מ"ל תמיסה מכפילה את הנפח, ולכן ריכוז כל היונים בתמיסה קטן פי 2 (מספר המולים לא משתנה, C=nVC = \frac{n}{V}C=Vn​).
- Ca(OH)2(aq)\text{Ca(OH)}_{2(aq)}Ca(OH)2(aq)​ – תמיסה בסיסית (pH>7\text{pH} > 7pH>7). במיהול ריכוז יוני OH(aq)−\text{OH}^-_{(aq)}OH(aq)−​ קטן ⇐ התמיסה פחות בסיסית ⇐ ה-pH יורד (מתקרב ל-7).
- HNO3(aq)\text{HNO}_{3(aq)}HNO3(aq)​ – תמיסה חומצית (pH<7\text{pH} < 7pH<7). במיהול ריכוז יוני H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^+_{(aq)}H3​O(aq)+​ קטן ⇐ התמיסה פחות חומצית ⇐ ה-pH עולה (מתקרב ל-7).
- Ca(NO3)2(aq)\text{Ca(NO}_3\text{)}_{2(aq)}Ca(NO3​)2(aq)​ – תמיסת מלח ניטרלית: היונים Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+ ו-NO3−\text{NO}_3^-NO3−​ אינם מגיבים עם מים, וריכוזי H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+ ו-OH−\text{OH}^-OH− שווים (pH=7\text{pH} = 7pH=7 בטמפרטורת החדר). מיהול במים אינו משנה זאת ⇐ ה-pH לא משתנה.
השורה המתאימה היא ג. בשורות א ו-ד הכיוונים של החומצה והבסיס הפוכים; בשורות א ו-ב נקבע בטעות שה-pH של התמיסה הניטרלית משתנה.
טעות נפוצה: לחשוב שמיהול חומצה מוריד את ה-pH (מבלבלים בין "ריכוז החומצה יורד" לבין "pH יורד").

שאלה 9 · לשחות בתוך כימיה – חיטוי מי בריכה

שאלת מאמר

ניתוח קטע ממאמר מדעי — חובה
קרא את הקטע שלפניך, וענה על כל הסעיפים א-ד שאחריו (שאלת חובה — 20 נקודות).
לשחות בתוך כימיה
בריכות שחייה הן מקום לבילוי, להנאה ולפעילות גופנית. במים שבבריכות השחייה עלולים להתרבות חיידקים ולכן, כדי לשמור על בריאות המתרחצים, מים אלה עוברים חיטוי.
באחת משיטות החיטוי מוסיפים למי הבריכה תמיסה מימית מרוכזת של נתרן תת־כלוריתי, NaClO(aq)\text{NaClO}_{(aq)}NaClO(aq)​ .
בתמיסה זו יש יוני Na(aq)+\text{Na}^{+}_{(aq)}Na(aq)+​, יוני ClO(aq)−\text{ClO}^{-}_{(aq)}ClO(aq)−​ וכן מולקולות של חומצה תת־כלוריתית, HClO(aq)\text{HClO}_{(aq)}HClO(aq)​ .
החומר הפעיל הפוגע בחיידקים הוא HClO(aq)\text{HClO}_{(aq)}HClO(aq)​ . ככל שריכוז HClO(aq)\text{HClO}_{(aq)}HClO(aq)​ במי הבריכה גבוה יותר, החיטוי יעיל יותר. הריכוז של HClO(aq)\text{HClO}_{(aq)}HClO(aq)​ תלוי, בין השאר, ב־ pH .
הגרף שלפניך מתאר באופן סכמטי את השפעת ה־ pH על הריכוז של HClO(aq)\text{HClO}_{(aq)}HClO(aq)​ במי הבריכה.
בבריכות שחייה שומרים על תחום pH שבין 7.2 ל־ 7.4 . בערכי pH אחרים מי הבריכה גורמים לגירויים בעור ובעיניים.
לעיתים במי הבריכה יש חומצה אורית, C5H4N4O3(aq)\text{C}_5\text{H}_4\text{N}_4\text{O}_{3(aq)}C5​H4​N4​O3(aq)​ , תרכובת שמקורה בזיעה ובעיקר בשתן של המתרחצים. חומצה אורית מגיבה עם HClO(aq)\text{HClO}_{(aq)}HClO(aq)​ , ובעקבות זאת נוצרים, בין השאר, חנקן תלת־כלורי, NCl3(l)\text{NCl}_{3(l)}NCl3(l)​ , שהוא נוזל נדיף, והגז ציאנוגן כלורי, CNCl(g)\text{CNCl}_{(g)}CNCl(g)​ . חומרים אלה גורמים לגירויים בדרכי הנשימה, בעור ובעיניים, ואחראים לריח האופייני של בריכות השחייה, ריח המיוחס בטעות לעודף של חומר חיטוי במים.
למען בריאות המתרחצים חייבים לשמור בקפדנות על תחום ה־ pH , על ריכוז מתאים של החומר הפעיל ועל ריכוז נמוך של תוצרי התגובות של חומצה אורית. שמירה על כל אלה והתנהגות אחראית של המתרחצים יבטיחו הנאה מן השהות בבריכה.
מעובד על פי:
1. "Swimming pool urine combines with chlorine to pose health risks", Science Daily, April ,2014
2. http://www.pahlen.com/users-guide/ph-and-chlorine

א.

לפניך נוסחאות של מולקולות של שניים מן החומרים המוזכרים בקטע:
HClO\text{HClO}HClO , CNCl\text{CNCl}CNCl

(i)

רשום נוסחת ייצוג אלקטרונית לכל אחת מן המולקולות.

(ii)

קבע את דרגת החמצון של אטום כלור, Cl\text{Cl}Cl , בכל אחת מן המולקולות.

ב.

(i)

המולקולות של החומר הפעיל HClO(aq)\text{HClO}_{(aq)}HClO(aq)​ נוצרות בתגובה בין יוני ClO(aq)−\text{ClO}^{-}_{(aq)}ClO(aq)−​ לבין מולקולות H2O(l)\text{H}_2\text{O}_{(l)}H2​O(l)​ .
קבע אם תגובה זו היא תגובת חמצון-חיזור או תגובת חומצה-בסיס. נמק.

(ii)

קבע אם בתגובה שנוצר בה ציאנוגן כלורי, CNCl(g)\text{CNCl}_{(g)}CNCl(g)​ , החומר הפעיל HClO(aq)\text{HClO}_{(aq)}HClO(aq)​ הוא מחמצן או מחזר.
נמק.

ג.

הסבר מדוע בטמפרטורת החדר חנקן תלת־כלורי, NCl3(l)\text{NCl}_{3(l)}NCl3(l)​ , הוא במצב נוזל, ואילו ציאנוגן כלורי, CNCl(g)\text{CNCl}_{(g)}CNCl(g)​ ,
הוא במצב גז.

ד.

בסעיף זה יש בחירה: ענה על אחד מן התת־סעיפים ד i או ד ii .
i. על פי המידע שבקטע, קבע באיזה pH — 6.5 או 7.3 — החיטוי יעיל יותר. נמק.

ד.

ii. על פי המידע שבקטע, ציין שני גורמים שיכולים להוריד את ריכוז החומר הפעיל, HClO(aq)\text{HClO}_{(aq)}HClO(aq)​ , במי הבריכות.

◂ פתרון מלא לשאלה 9

סעיף א

(i)

תשובה:

H–O–Cl עם 2 זוגות לא קושרים על O ו-3 על Cl; N≡C–Cl עם זוג לא קושר אחד על N ו-3 על Cl.

בנוסחת ייצוג אלקטרונית מראים את כל אלקטרוני הערכיות: זוגות קושרים (קווים) וזוגות לא קושרים (נקודות), כך שלכל אטום (פרט ל-H) יש אוקטט.
HClO\text{HClO}HClO: אטום החמצן הוא האטום המרכזי (ערכיות 2), קשור לאטום H ולאטום Cl: H–O–Cl.
•על אטום O – שני זוגות אלקטרונים לא קושרים.
•על אטום Cl – שלושה זוגות אלקטרונים לא קושרים.
סה"כ אלקטרוני ערכיות: 1+6+7=141 + 6 + 7 = 141+6+7=14 (7 זוגות: 2 קושרים + 5 לא קושרים).
CNCl\text{CNCl}CNCl: אטום הפחמן הוא האטום המרכזי (ערכיות 4): קשר משולש לאטום N וקשר יחיד לאטום Cl: N≡C–Cl.
•על אטום N – זוג אלקטרונים לא קושר אחד.
•על אטום Cl – שלושה זוגות אלקטרונים לא קושרים.
•על אטום C – אין זוגות לא קושרים.
סה"כ אלקטרוני ערכיות: 4+5+7=164 + 5 + 7 = 164+5+7=16 (8 זוגות: 4 קושרים + 4 לא קושרים).

(ii)

תשובה:

ב-HClO\text{HClO}HClO: +1+1+1; ב-CNCl\text{CNCl}CNCl: −1-1−1.

דרגת החמצון נקבעת לפי האלקטרושליליות: אלקטרוני כל קשר משויכים לאטום האלקטרושלילי יותר.
ב-HClO\text{HClO}HClO: אטום Cl קשור רק לאטום O. האלקטרושליליות של O (3.5) גדולה מזו של Cl (3.0), לכן זוג האלקטרונים של הקשר O–Cl משויך לחמצן, ו-Cl "מאבד" אלקטרון אחד ⇐ דרגת החמצון של Cl היא +1+1+1.
(בדיקה: H +1+1+1, O −2-2−2, Cl xxx:  (+1)+(−2)+x=0⇒x=+1\ (+1) + (-2) + x = 0 \Rightarrow x = +1 (+1)+(−2)+x=0⇒x=+1.)
ב-CNCl\text{CNCl}CNCl: אטום Cl קשור לאטום C. האלקטרושליליות של Cl (3.0) גדולה מזו של C (2.5), לכן זוג האלקטרונים של הקשר C–Cl משויך לכלור, ו-Cl "מקבל" אלקטרון אחד ⇐ דרגת החמצון של Cl היא −1-1−1.

סעיף ב

(i)

תשובה:

תגובת חומצה-בסיס – עובר פרוטון ממולקולת מים ליון ClO−\text{ClO}^-ClO−, ודרגות החמצון אינן משתנות.

תגובת חומצה-בסיס.
ניסוח התגובה:
ClO(aq)−+H2O(l)⇌HClO(aq)+OH(aq)−\text{ClO}^{-}_{(aq)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightleftharpoons \text{HClO}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}ClO(aq)−​+H2​O(l)​⇌HClO(aq)​+OH(aq)−​
מולקולת המים מוסרת פרוטון (H+\text{H}^+H+) ליון ClO−\text{ClO}^-ClO−: המים מתפקדים כחומצה והיון ClO−\text{ClO}^-ClO− כבסיס (מקבל פרוטון). בתגובה עובר פרוטון ולא עוברים אלקטרונים: דרגות החמצון של כל האטומים נשארות ללא שינוי – Cl נשאר +1+1+1 (ב-ClO−\text{ClO}^-ClO− וב-HClO\text{HClO}HClO), O נשאר −2-2−2 ו-H נשאר +1+1+1. לכן זו אינה תגובת חמצון-חיזור.

(ii)

תשובה:

מחמצן – דרגת החמצון של Cl יורדת מ-+1+1+1 ב-HClO\text{HClO}HClO ל-−1-1−1 ב-CNCl\text{CNCl}CNCl.

HClO\text{HClO}HClO הוא מחמצן.
לפי הקטע, CNCl\text{CNCl}CNCl נוצר בתגובה בין חומצה אורית לבין HClO(aq)\text{HClO}_{(aq)}HClO(aq)​. לפי סעיף א ii, דרגת החמצון של Cl ב-HClO\text{HClO}HClO היא +1+1+1, וב-CNCl\text{CNCl}CNCl היא −1-1−1. דרגת החמצון של הכלור יורדת ⇐ אטומי הכלור (שמקורם ב-HClO\text{HClO}HClO) קולטים אלקטרונים (מתחזרים). חומר שקולט אלקטרונים מחומר אחר (כאן – מחומצה אורית) הוא מחמצן.

סעיף ג

תשובה:

ענן האלקטרונים של NCl3\text{NCl}_3NCl3​ (58 אלקטרונים) גדול בהרבה מזה של CNCl\text{CNCl}CNCl (30), ולכן אינטראקציות ון-דר-ולס בין מולקולותיו חזקות יותר ונקודת הרתיחה שלו גבוהה מטמפרטורת החדר.

שני החומרים מולקולריים. במעבר מנוזל לגז מתגברים על הכוחות בין המולקולות. ככל שהכוחות הבין-מולקולריים חזקים יותר, נקודת הרתיחה גבוהה יותר.
•בין המולקולות של שני החומרים אין קשרי מימן (אין אטום H) – יש רק אינטראקציות ון-דר-ולס.
•מספר האלקטרונים במולקולה: NCl3\text{NCl}_3NCl3​: 7+3⋅17=587 + 3\cdot 17 = 587+3⋅17=58 אלקטרונים; CNCl\text{CNCl}CNCl: 6+7+17=306 + 7 + 17 = 306+7+17=30 אלקטרונים. (מסות מולריות: 120.5 gmol120.5\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}120.5 molg​ לעומת 61.5 gmol61.5\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}61.5 molg​.)
•ענן האלקטרונים של מולקולת NCl3\text{NCl}_3NCl3​ גדול בהרבה ⇐ קל יותר לקטב אותו, ונוצרים דו-קטבים רגעיים חזקים יותר ⇐ אינטראקציות ון-דר-ולס בין מולקולות NCl3\text{NCl}_3NCl3​ חזקות יותר מאשר בין מולקולות CNCl\text{CNCl}CNCl.
•אמנם מולקולת CNCl\text{CNCl}CNCl קוטבית (מבנה קווי עם קשרים שונים), אך ההשפעה של גודל ענן האלקטרונים כאן גוברת.
לכן נדרשת יותר אנרגיה כדי להפריד בין מולקולות NCl3\text{NCl}_3NCl3​: נקודת הרתיחה שלו גבוהה מטמפרטורת החדר והוא נוזל, ואילו נקודת הרתיחה של CNCl\text{CNCl}CNCl נמוכה מטמפרטורת החדר והוא גז.

סעיף ד

תשובה:

ב-pH 6.5 – שם ריכוז HClO\text{HClO}HClO גבוה יותר.

החיטוי יעיל יותר ב-pH 6.5.
לפי הקטע, "ככל שריכוז HClO(aq)\text{HClO}_{(aq)}HClO(aq)​ במי הבריכה גבוה יותר, החיטוי יעיל יותר". לפי הגרף, ריכוז HClO(aq)\text{HClO}_{(aq)}HClO(aq)​ יורד ככל שה-pH עולה: ב-pH 6.5 הריכוז גבוה (קרוב לערך המרבי בגרף), ואילו ב-pH 7.3 הוא נמוך יותר בצורה ניכרת. לכן ב-pH 6.5 ריכוז החומר הפעיל גבוה יותר והחיטוי יעיל יותר.
(הערה: לפי הקטע שומרים בכל זאת על pH 7.2–7.4, כי בערכי pH אחרים המים גורמים לגירויים בעור ובעיניים.)

סעיף ד

תשובה:

1) עלייה ב-pH של מי הבריכה. 2) נוכחות חומצה אורית (מזיעה ושתן של מתרחצים) המגיבה עם HClO\text{HClO}HClO.

1. עלייה ב-pH של המים – לפי הקטע, ריכוז HClO(aq)\text{HClO}_{(aq)}HClO(aq)​ תלוי ב-pH, ולפי הגרף ככל שה-pH גבוה יותר ריכוז HClO(aq)\text{HClO}_{(aq)}HClO(aq)​ נמוך יותר.
2. נוכחות חומצה אורית במים – לפי הקטע, חומצה אורית שמקורה בזיעה ובשתן של המתרחצים מגיבה עם HClO(aq)\text{HClO}_{(aq)}HClO(aq)​ (ונוצרים NCl3\text{NCl}_3NCl3​ ו-CNCl\text{CNCl}CNCl), ולכן חלק מהחומר הפעיל נצרך וריכוזו יורד.

פרק שני

שאלה 10 · חומצות שומן רב-בלתי-רוויות באגוזים

שאלה פתוחה

שימו לב: חלק מהשאלה לא במיקוד תשפ"ז

השאלה כולה עוסקת בכימיה של מזון (חומצות שומן, רישום מקוצר, נקודות היתוך, נוגדי חמצון) – פרק שאינו בתוכנית הבחינה לפי המיקוד של תשפ"ז.

כימיה של מזון
מומחי תזונה ממליצים על אכילת אגוזים מדי יום, מכיוון שהם עשירים בין השאר בחומצות שומן רב־בלתי־רוויות המסייעות במניעת מחלות.

א.

לפניך ייצוג מקוצר לנוסחאות המבנה של שתי חומצות שומן, I ו־ II .

(i)

כתוב רישום מקוצר לכל אחת מחומצות השומן I ו־ II .

(ii)

נוסחאות I ו־ II הן ייצוג מקוצר לנוסחאות המבנה של שתי חומצות שומן המצויות באגוזים:
חומצה לינולאית וחומצה אלפא־לינולנית.
טמפרטורת ההיתוך של חומצה אלפא־לינולנית נמוכה מטמפרטורת ההיתוך של חומצה לינולאית.
קבע איזו מן הנוסחאות, I או II , היא ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של חומצה אלפא־לינולנית.
נמק את קביעתך.

ב.

סעיף ב הוא רשות
קבע עבור ההיגד שלפניך אם הוא נכון או לא נכון. נמק את קביעתך.
חומצה אלפא־לינולנית היא איזומר של חומצה לינולאית.

ג.

בטבלה שלפניך מוצג מידע על מסה של חומצות השומן העיקריות ב־ 100 גרם של אגוזים משלושה סוגים:
אגוזי ברזיל, אגוזי מלך ואגוזי אדמה (בוטנים).
סוג האגוזיםמסה של חומצות השומן (גרם): חומצה אלפא־לינולניתמסה של חומצות השומן (גרם): חומצה לינולאיתמסה של חומצות השומן (גרם): חומצה אולאית
אגוזי ברזיל0.0420.524.2
אגוזי מלך9.138.18.8
אגוזי אדמה (בוטנים)0.00315.724.0
הרישום המקוצר של חומצה אולאית הוא: C18:1ω9cis\text{C}18{:}1\omega9\text{cis}C18:1ω9cis .
איזה מבין שלושת סוגי האגוזים הוא העשיר ביותר בחומצות שומן רב־בלתי־רוויות?
פרט את חישוביך ונמק.

סוג האגוזים	מסה של חומצות השומן (גרם): חומצה אלפא־לינולנית	מסה של חומצות השומן (גרם): חומצה לינולאית	מסה של חומצות השומן (גרם): חומצה אולאית
אגוזי ברזיל	0.04	20.5	24.2
אגוזי מלך	9.1	38.1	8.8
אגוזי אדמה (בוטנים)	0.003	15.7	24.0

ד.

האגוזים עשירים גם בנוגדי חמצון (אנטיאוקסידנטים) כגון ויטמין E .
מבין ההיגדים (1)-(4) שלפניך, ציין מה הם ההיגדים המתאימים לתיאור פעילותו של ויטמין E כנוגד חמצון.
(1) ויטמין E מגיב כמחמצן בתהליכי חמצון-חיזור.
(2) ויטמין E מנטרל את פעילותם המזיקה של רדיקלים חופשיים.
(3) ויטמין E עובר חִמצון בתוך כדי פעילותו.
(4) ויטמין E מונע תהליכי חמצון בלתי רצויים בגוף.

◂ פתרון מלא לשאלה 10

סעיף א

(i)

תשובה:

I: C18:3ω3cis\text{C}18{:}3\omega3\text{cis}C18:3ω3cis; II: C18:2ω6cis\text{C}18{:}2\omega6\text{cis}C18:2ω6cis

ברישום המקוצר כותבים: C, מספר אטומי הפחמן בשרשרת, נקודתיים, מספר הקשרים הכפולים, ω\omegaω ומיקום הקשר הכפול הראשון כשסופרים מקצה המתיל (CH3\text{CH}_3CH3​) של השרשרת, ואת סוג האיזומר (cis/trans).
חומצה I: בשרשרת 18 אטומי פחמן (כולל פחמן הקבוצה הקרבוקסילית), 3 קשרים כפולים, כולם במבנה cis. סופרים מקצה המתיל: הפחמן של CH3\text{CH}_3CH3​ הוא 1, אחריו פחמן 2, והקשר הכפול הראשון מתחיל בפחמן 3 ⇐ ω3\omega3ω3.
רישום: C18:3ω3cis\text{C}18{:}3\omega3\text{cis}C18:3ω3cis
חומצה II: 18 אטומי פחמן, 2 קשרים כפולים במבנה cis. מקצה המתיל: אחרי ארבע קבוצות CH2\text{CH}_2CH2​/CH3\text{CH}_3CH3​ (פחמנים 1–5) הקשר הכפול הראשון מתחיל בפחמן 6 ⇐ ω6\omega6ω6.
רישום: C18:2ω6cis\text{C}18{:}2\omega6\text{cis}C18:2ω6cis

(ii)

תשובה:

נוסחה I – יש בה 3 קשרים כפולים cis (לעומת 2), ולכן אינטראקציות ון-דר-ולס חלשות יותר וטמפרטורת היתוך נמוכה יותר.

נוסחה I היא חומצה אלפא-לינולנית.
לשתי החומצות אותו מספר אטומי פחמן (18), ולכן ענני אלקטרונים בגודל דומה. ההבדל הוא במספר הקשרים הכפולים במבנה cis: בחומצה I – שלושה, בחומצה II – שניים.
כל קשר כפול cis יוצר "כיפוף" בשרשרת הפחמנים. ככל שיש יותר כיפופים, השרשראות נארזות פחות צפוף זו ליד זו, שטח המגע בין המולקולות קטן, ואינטראקציות ון-דר-ולס בין המולקולות חלשות יותר ⇐ נדרשת פחות אנרגיה להתגבר עליהן ⇐ טמפרטורת ההיתוך נמוכה יותר.
לכן החומצה בעלת טמפרטורת ההיתוך הנמוכה יותר (אלפא-לינולנית) היא זו שיש בה יותר קשרים כפולים cis – חומצה I.

סעיף ב

תשובה:

לא נכון – הנוסחאות המולקולריות שונות: C18H30O2\text{C}_{18}\text{H}_{30}\text{O}_2C18​H30​O2​ לעומת C18H32O2\text{C}_{18}\text{H}_{32}\text{O}_2C18​H32​O2​.

ההיגד לא נכון.
איזומרים הם חומרים בעלי אותה נוסחה מולקולרית ונוסחאות מבנה שונות.
לחומצת שומן רוויה בת 18 פחמנים הנוסחה C18H36O2\text{C}_{18}\text{H}_{36}\text{O}_2C18​H36​O2​; כל קשר כפול C=C מקטין את מספר אטומי המימן ב-2.
•חומצה אלפא-לינולנית (3 קשרים כפולים): C18H30O2\text{C}_{18}\text{H}_{30}\text{O}_2C18​H30​O2​
•חומצה לינולאית (2 קשרים כפולים): C18H32O2\text{C}_{18}\text{H}_{32}\text{O}_2C18​H32​O2​
הנוסחאות המולקולריות שונות (מספר אטומי מימן שונה), ולכן החומצות אינן איזומרים.

סעיף ג

תשובה:

אגוזי מלך – 47.2 גרם חומצות שומן רב-בלתי-רוויות ב-100 גרם.

חומצת שומן רב-בלתי-רוויה היא חומצת שומן שיש בה יותר מקשר כפול אחד בין אטומי פחמן.
•חומצה אולאית C18:1ω9cis\text{C}18{:}1\omega9\text{cis}C18:1ω9cis – קשר כפול אחד ⇐ חד-בלתי-רוויה, לא נכללת.
•חומצה לינולאית (2 קשרים כפולים) וחומצה אלפא-לינולנית (3 קשרים כפולים) – רב-בלתי-רוויות.
מסת חומצות השומן הרב-בלתי-רוויות ב-100 גרם אגוזים:
•אגוזי ברזיל: 0.04 g+20.5 g=20.54 g0.04\ \text{g} + 20.5\ \text{g} = 20.54\ \text{g}0.04 g+20.5 g=20.54 g
•אגוזי מלך: 9.1 g+38.1 g=47.2 g9.1\ \text{g} + 38.1\ \text{g} = 47.2\ \text{g}9.1 g+38.1 g=47.2 g
•אגוזי אדמה: 0.003 g+15.7 g=15.703 g≈15.7 g0.003\ \text{g} + 15.7\ \text{g} = 15.703\ \text{g} \approx 15.7\ \text{g}0.003 g+15.7 g=15.703 g≈15.7 g
אגוזי מלך הם העשירים ביותר בחומצות שומן רב-בלתי-רוויות (47.2 גרם ב-100 גרם).
טעות נפוצה: לכלול גם את החומצה האולאית בסכום – היא חד-בלתי-רוויה.

סעיף ד

תשובה:

ההיגדים (2), (3) ו-(4).

נוגד חמצון הוא חומר שמגיב במקום החומרים החיוניים (למשל חומצות שומן בלתי רוויות בקרומי התאים) עם מחמצנים ורדיקלים חופשיים, וכך מגן עליהם.
- (1) – לא מתאים: ויטמין E מגיב כמחזר – הוא מוסר אלקטרון (אטום מימן) לרדיקל החופשי, ולא קולט אלקטרונים.
- (2) – מתאים: ויטמין E מגיב עם רדיקלים חופשיים והופך אותם לחלקיקים יציבים, וכך מנטרל את פעילותם המזיקה.
- (3) – מתאים: מאחר שהוא מוסר אלקטרונים, ויטמין E עצמו עובר חמצון במהלך פעילותו (הוא "מוקרב" במקום החומרים החיוניים).
- (4) – מתאים: בכך שהוא מגיב במקומם, הוא מונע חמצון בלתי רצוי של מרכיבים חיוניים בגוף (כגון חומצות שומן בלתי רוויות).

שאלה 11 · תמיסות של חומצות ובסיסים ונוגד חומצה

שאלה פתוחה

חומצות ובסיסים וסטויכיומטריה
בטבלה שלפניך מוצגים נתונים על ארבע תמיסות מימיות (1)-(4) .
התמיסהנוסחת החומר שהוכנס למיםנפח התמיסה (מ"ל)ריכוז התמיסה (M)
(1)HBr(g)\text{HBr}_{(g)}HBr(g)​3000.03
(2)H2SO4(l)\text{H}_2\text{SO}_{4(l)}H2​SO4(l)​2000.02
(3)NaOH(s)\text{NaOH}_{(s)}NaOH(s)​3000.03
(4)HI(g)\text{HI}_{(g)}HI(g)​200?

התמיסה	נוסחת החומר שהוכנס למים	נפח התמיסה (מ"ל)	ריכוז התמיסה (M)
(1)	$\text{HBr}_{(g)}$	300	0.03
(2)	$\text{H}_2\text{SO}_{4(l)}$	200	0.02
(3)	$\text{NaOH}_{(s)}$	300	0.03
(4)	$\text{HI}_{(g)}$	200	?

א.

(i)

נסח את התהליך שמתרחש כאשר מכניסים למים כל אחד משלושת החומרים האלה:
HBr(g)\text{HBr}_{(g)}HBr(g)​ , H2SO4(l)\text{H}_2\text{SO}_{4(l)}H2​SO4(l)​ , NaOH(s)\text{NaOH}_{(s)}NaOH(s)​ .

(ii)

דרג את שלוש התמיסות (1)-(3) לפי ה־ pH , מהנמוך לגבוה.

ב.

סעיף ב הוא רשות
ה־ pH של תמיסה (4) שווה ל־ pH של תמיסה (2).
קבע מהו הריכוז של תמיסה (4). נמק.

ג.

(i)

ערבבו 200 מ"ל תמיסה (1) עם 100 מ"ל תמיסה (3) .
ציין את כל סוגי היונים בתמיסה שהתקבלה לאחר הערבוב. נמק.

(ii)

ל־ 100 מ"ל של תמיסה (1) הוסיפו תמיסת NaBr(aq)\text{NaBr}_{(aq)}NaBr(aq)​ .
ה־ pH של התמיסה שהתקבלה היה גבוה מן ה־ pH של תמיסה (1) . הסבר מדוע.

ד.

נוגדי חומצה משמשים תרופות הסותרות עודף חומציות בקיבה.
טבלייה אחת של נוגד חומצה מסוים מכילה 0.2 גרם מגנזיום הידרוקסידי, Mg(OH)2(s)\text{Mg(OH)}_{2(s)}Mg(OH)2(s)​ , ו־ 0.2 גרם אלומיניום הידרוקסידי, Al(OH)3(s)\text{Al(OH)}_{3(s)}Al(OH)3(s)​ .
כאשר נוגד חומצה זה בא במגע עם הסביבה החומצית שבקיבה מתרחשות התגובות (1) ו־ (2) :
(1) Mg(OH)2(s)+2H3O(aq)+→Mg(aq)2++4H2O(l)\text{Mg(OH)}_{2(s)} + 2\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} \rightarrow \text{Mg}^{2+}_{(aq)} + 4\text{H}_2\text{O}_{(l)}Mg(OH)2(s)​+2H3​O(aq)+​→Mg(aq)2+​+4H2​O(l)​
(2) Al(OH)3(s)+3H3O(aq)+→Al(aq)3++6H2O(l)\text{Al(OH)}_{3(s)} + 3\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} \rightarrow \text{Al}^{3+}_{(aq)} + 6\text{H}_2\text{O}_{(l)}Al(OH)3(s)​+3H3​O(aq)+​→Al(aq)3+​+6H2​O(l)​
חשב את המספר הכולל של מולים של יוני H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}H3​O(aq)+​ המגיבים עם טבלייה אחת של נוגד חומצה זה. פרט את חישובך.

◂ פתרון מלא לשאלה 11

סעיף א

(i)

תשובה:

HBr(g)+H2O(l)→H3O(aq)++Br(aq)−\text{HBr}_{(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{Br}^{-}_{(aq)}HBr(g)​+H2​O(l)​→H3​O(aq)+​+Br(aq)−​;
H2SO4(l)+2H2O(l)→2H3O(aq)++SO42−(aq)\text{H}_2\text{SO}_{4(l)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow 2\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{SO}_4^{2-}{}_{(aq)}H2​SO4(l)​+2H2​O(l)​→2H3​O(aq)+​+SO42−​(aq)​;
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)−​

HBr\text{HBr}HBr – חומצה חזקה: מולקולות HBr מוסרות פרוטון למולקולות מים (יינון):
HBr(g)+H2O(l)→H3O(aq)++Br(aq)−\text{HBr}_{(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{Br}^{-}_{(aq)}HBr(g)​+H2​O(l)​→H3​O(aq)+​+Br(aq)−​
H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4H2​SO4​ – חומצה דו-פרוטית; כל מולקולה מוסרת שני פרוטונים לשתי מולקולות מים:
H2SO4(l)+2H2O(l)→2H3O(aq)++SO42−(aq)\text{H}_2\text{SO}_{4(l)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow 2\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{SO}_4^{2-}{}_{(aq)}H2​SO4(l)​+2H2​O(l)​→2H3​O(aq)+​+SO42−​(aq)​
NaOH\text{NaOH}NaOH – מוצק יוני; בהמסה במים היונים נפרדים ועוטים מולקולות מים (התמוססות: הסריג היוני מתפרק ליונים, והיונים נעטפים במולקולות מים):
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)−​
כל הניסוחים מאוזנים במספר האטומים ובמטען.

(ii)

תשובה:

(2) < (1) < (3)

ה-pH נמוך יותר ככל שריכוז יוני H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^+_{(aq)}H3​O(aq)+​ גבוה יותר.
•תמיסה (1): HBr חד-פרוטית, כל מולקולה מוסרת פרוטון אחד: [H3O+]=0.03 M[\text{H}_3\text{O}^+] = 0.03\ \text{M}[H3​O+]=0.03 M.
•תמיסה (2): H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4H2​SO4​ דו-פרוטית: [H3O+]=2⋅0.02 M=0.04 M[\text{H}_3\text{O}^+] = 2 \cdot 0.02\ \text{M} = 0.04\ \text{M}[H3​O+]=2⋅0.02 M=0.04 M.
•תמיסה (3): NaOH – תמיסה בסיסית ([OH−]=0.03 M[\text{OH}^-] = 0.03\ \text{M}[OH−]=0.03 M), pH>7\text{pH} > 7pH>7.
בתמיסה (2) ריכוז H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+ הגבוה ביותר ⇐ ה-pH הנמוך ביותר; תמיסה (1) חומצית פחות; תמיסה (3) בסיסית ⇐ ה-pH הגבוה ביותר.
(לשם המחשה: pH(2)≈1.40\text{pH}(2) \approx 1.40pH(2)≈1.40, pH(1)≈1.52\text{pH}(1) \approx 1.52pH(1)≈1.52, pH(3)≈12.48\text{pH}(3) \approx 12.48pH(3)≈12.48.)
הדירוג מהנמוך לגבוה: (2) < (1) < (3).
טעות נפוצה: להשוות רק את ריכוזי החומצות (0.03 > 0.02) ולשכוח ש-H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4H2​SO4​ מוסרת שני פרוטונים.

סעיף ב

תשובה:

0.04 M

pH שווה ⇐ ריכוז יוני H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^+_{(aq)}H3​O(aq)+​ שווה בשתי התמיסות.
בתמיסה (2): [H3O+]=2⋅0.02 M=0.04 M[\text{H}_3\text{O}^+] = 2 \cdot 0.02\ \text{M} = 0.04\ \text{M}[H3​O+]=2⋅0.02 M=0.04 M.
HI היא חומצה חזקה חד-פרוטית: HI(g)+H2O(l)→H3O(aq)++I(aq)−\text{HI}_{(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{I}^{-}_{(aq)}HI(g)​+H2​O(l)​→H3​O(aq)+​+I(aq)−​, כלומר מכל מול HI מתקבל מול אחד של H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+. לכן:
C(HI)=[H3O+]=0.04 MC(\text{HI}) = [\text{H}_3\text{O}^+] = 0.04\ \text{M}C(HI)=[H3​O+]=0.04 M
(נפח התמיסה אינו משפיע על הריכוז ועל ה-pH.)

סעיף ג

(i)

תשובה:

H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^+_{(aq)}H3​O(aq)+​, Br(aq)−\text{Br}^-_{(aq)}Br(aq)−​, Na(aq)+\text{Na}^+_{(aq)}Na(aq)+​ (יוני OH−\text{OH}^-OH− – בריכוז זניח בלבד).

חישוב מספר המולים (n=C⋅Vn = C \cdot Vn=C⋅V):
- n(H3O+)=0.03 molL⋅0.200 L=0.006 moln(\text{H}_3\text{O}^+) = 0.03\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 0.200\ \text{L} = 0.006\ \text{mol}n(H3​O+)=0.03 Lmol​⋅0.200 L=0.006 mol, ובאותה כמות n(Br−)=0.006 moln(\text{Br}^-) = 0.006\ \text{mol}n(Br−)=0.006 mol.
- n(OH−)=0.03 molL⋅0.100 L=0.003 moln(\text{OH}^-) = 0.03\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 0.100\ \text{L} = 0.003\ \text{mol}n(OH−)=0.03 Lmol​⋅0.100 L=0.003 mol, ובאותה כמות n(Na+)=0.003 moln(\text{Na}^+) = 0.003\ \text{mol}n(Na+)=0.003 mol.
בערבוב מתרחשת תגובת סתירה:
H3O(aq)++OH(aq)−→2H2O(l)\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(l)}H3​O(aq)+​+OH(aq)−​→2H2​O(l)​
יחס המולים 1:1, ו-OH−\text{OH}^-OH− הוא המגיב המגביל: כל 0.003 mol0.003\ \text{mol}0.003 mol יוני OH−\text{OH}^-OH− מגיבים עם 0.003 mol0.003\ \text{mol}0.003 mol יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+, ונותרים בעודף:
n(H3O+)=0.006 mol−0.003 mol=0.003 moln(\text{H}_3\text{O}^+) = 0.006\ \text{mol} - 0.003\ \text{mol} = 0.003\ \text{mol}n(H3​O+)=0.006 mol−0.003 mol=0.003 mol
היונים Na+\text{Na}^+Na+ ו-Br−\text{Br}^-Br− אינם מגיבים (יוני צופה).
בתמיסה שהתקבלה יש יוני H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^+_{(aq)}H3​O(aq)+​, Br(aq)−\text{Br}^-_{(aq)}Br(aq)−​ ו-Na(aq)+\text{Na}^+_{(aq)}Na(aq)+​. (בנפח 0.300 L0.300\ \text{L}0.300 L: [H3O+]=0.01 M[\text{H}_3\text{O}^+] = 0.01\ \text{M}[H3​O+]=0.01 M, [Br−]=0.02 M[\text{Br}^-] = 0.02\ \text{M}[Br−]=0.02 M, [Na+]=0.01 M[\text{Na}^+] = 0.01\ \text{M}[Na+]=0.01 M; התמיסה חומצית, ויוני OH−\text{OH}^-OH− נמצאים בה בריכוז זניח בלבד.)

(ii)

תשובה:

תמיסת NaBr\text{NaBr}NaBr ניטרלית ואינה מגיבה עם H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+; הוספתה מגדילה את הנפח וממהלת – ריכוז H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+ קטן וה-pH עולה.

יוני Na(aq)+\text{Na}^+_{(aq)}Na(aq)+​ ו-Br(aq)−\text{Br}^-_{(aq)}Br(aq)−​ אינם מגיבים עם מים ואינם מגיבים עם יוני H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^+_{(aq)}H3​O(aq)+​, ולכן תמיסת NaBr היא תמיסה ניטרלית שאינה מוסיפה ואינה צורכת יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+.
מספר המולים של H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+ נשאר n=0.03 molL⋅0.100 L=0.003 moln = 0.03\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 0.100\ \text{L} = 0.003\ \text{mol}n=0.03 Lmol​⋅0.100 L=0.003 mol, אבל נפח התמיסה גדל. לפי C=nVC = \frac{n}{V}C=Vn​, ריכוז יוני H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^+_{(aq)}H3​O(aq)+​ קטן (מיהול) ⇐ התמיסה פחות חומצית ⇐ ה-pH גבוה יותר.

סעיף ד

תשובה:

1.46×10−2 mol1.46 \times 10^{-2}\ \text{mol}1.46×10−2 mol (כ-0.0146 מול) יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+.

מסות מולריות (לפי הטבלה המחזורית: Mg 24.3, Al 27.0, O 16.0, H 1.0):
- M(Mg(OH)2)=24.3+2⋅(16.0+1.0)=58.3 gmolM(\text{Mg(OH)}_2) = 24.3 + 2\cdot(16.0 + 1.0) = 58.3\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(Mg(OH)2​)=24.3+2⋅(16.0+1.0)=58.3 molg​
- M(Al(OH)3)=27.0+3⋅(16.0+1.0)=78.0 gmolM(\text{Al(OH)}_3) = 27.0 + 3\cdot(16.0 + 1.0) = 78.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(Al(OH)3​)=27.0+3⋅(16.0+1.0)=78.0 molg​
מספר המולים (n=mMn = \frac{m}{M}n=Mm​):
- n(Mg(OH)2)=0.2 g58.3 gmol=3.43×10−3 moln(\text{Mg(OH)}_2) = \frac{0.2\ \text{g}}{58.3\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}} = 3.43 \times 10^{-3}\ \text{mol}n(Mg(OH)2​)=58.3 molg​0.2 g​=3.43×10−3 mol
- n(Al(OH)3)=0.2 g78.0 gmol=2.56×10−3 moln(\text{Al(OH)}_3) = \frac{0.2\ \text{g}}{78.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}} = 2.56 \times 10^{-3}\ \text{mol}n(Al(OH)3​)=78.0 molg​0.2 g​=2.56×10−3 mol
מספר מולי H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+ לפי יחסי המולים בתגובות:
•תגובה (1), יחס 1:2:  n1(H3O+)=2⋅3.43×10−3 mol=6.86×10−3 mol\ n_1(\text{H}_3\text{O}^+) = 2 \cdot 3.43 \times 10^{-3}\ \text{mol} = 6.86 \times 10^{-3}\ \text{mol} n1​(H3​O+)=2⋅3.43×10−3 mol=6.86×10−3 mol
•תגובה (2), יחס 1:3:  n2(H3O+)=3⋅2.56×10−3 mol=7.69×10−3 mol\ n_2(\text{H}_3\text{O}^+) = 3 \cdot 2.56 \times 10^{-3}\ \text{mol} = 7.69 \times 10^{-3}\ \text{mol} n2​(H3​O+)=3⋅2.56×10−3 mol=7.69×10−3 mol
סה"כ:
n(H3O+)=6.86×10−3 mol+7.69×10−3 mol=1.46×10−2 moln(\text{H}_3\text{O}^+) = 6.86 \times 10^{-3}\ \text{mol} + 7.69 \times 10^{-3}\ \text{mol} = 1.46 \times 10^{-2}\ \text{mol}n(H3​O+)=6.86×10−3 mol+7.69×10−3 mol=1.46×10−2 mol

שאלה 12 · היסוד מימן ושימושיו

שאלה פתוחה

שימו לב: חלק מהשאלה לא במיקוד תשפ"ז

סעיף ב (סעיף רשות) עוסק בפליטת קרינה רדיואקטיבית (בטא) – רדיואקטיביות אינה בתוכנית הבחינה לפי המיקוד של תשפ"ז. שאר הסעיפים בתוך המיקוד.

חמצון-חיזור, מבנה האטום ותכונות חומרים
השאלה עוסקת ביסוד מימן ובאחדים משימושיו.

א.

ליסוד מימן שלושה איזוטופים טבעיים ולהם שמות שונים: מימן, H , דאוטריום, D ,
וטריטיום, T . הסימול של אטום מימן הוא 11H{}^{1}_{1}\text{H}11​H .
אטום D כבד פי 2 מאטום H , ואילו אטום T כבד פי 3 מאטום H .
רשום את הסימול של אטום D ושל אטום T .

ב.

סעיף ב הוא רשות
רק אחד משלושת האיזוטופים H , D ו־ T פולט קרינה רדיואקטיבית.
נסמן איזוטופ זה באות X .
לפניך ניסוח התהליך שבו איזוטופ X פולט קרינה רדיואקטיבית.
X→23He+β\text{X} \rightarrow {}^{3}_{2}\text{He} + \betaX→23​He+β
קבע מהו האיזוטופ של היסוד מימן המסומן באות X . נמק.

ג.

טמפרטורת הרתיחה, Tb\text{T}_\text{b}Tb​ , של מימן נוזלי, H2(l)\text{H}_{2(l)}H2(l)​ , היא נמוכה מאוד, Tb=20K\text{T}_\text{b} = 20\text{K}Tb​=20K .
הסבר מדוע.

ד.

משתמשים בגז מימן, H2(g)\text{H}_{2(g)}H2(g)​ , כדי למנוע פליטה לאוויר של תרכובות גופרית רעילות בעת שריפת חומרי דלק שמופקים מנפט גולמי.
בחומרי דלק אלה יש תרכובות גופרית, כגון פנטאן־תִּיוֹל, CH3(CH2)3CH2SH(l)\text{CH}_3\text{(CH}_2\text{)}_3\text{CH}_2\text{SH}_{(l)}CH3​(CH2​)3​CH2​SH(l)​ .
בתנאים מתאימים, מימן מגיב עם פנטאן־תִּיוֹל.
תוצרי התגובה הם מימן גופרי, H2S(g)\text{H}_2\text{S}_{(g)}H2​S(g)​ , ופנטאן, CH3(CH2)3CH3(l)\text{CH}_3\text{(CH}_2\text{)}_3\text{CH}_{3(l)}CH3​(CH2​)3​CH3(l)​ .

(i)

נסח ואזן את התגובה בין H2(g)\text{H}_{2(g)}H2(g)​ לבין CH3(CH2)3CH2SH(l)\text{CH}_3\text{(CH}_2\text{)}_3\text{CH}_2\text{SH}_{(l)}CH3​(CH2​)3​CH2​SH(l)​ .

(ii)

קבע אם בתגובה זו H2(g)\text{H}_{2(g)}H2(g)​ מגיב כמחמצן או כמחזר. נמק.

ה.

גז מימן, H2(g)\text{H}_{2(g)}H2(g)​ , יכול לשמש גם חומר דלק למכוניות.
אפשר להפיק H2(g)\text{H}_{2(g)}H2(g)​ בתגובה בין מגנזיום מימני, MgH2(s)\text{MgH}_{2(s)}MgH2(s)​ , לבין מים, H2O(l)\text{H}_2\text{O}_{(l)}H2​O(l)​ , על פי תגובה (1) :
(1) MgH2(s)+2H2O(l)→Mg(OH)2(s)+2H2(g)\text{MgH}_{2(s)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow \text{Mg(OH)}_{2(s)} + 2\text{H}_{2(g)}MgH2(s)​+2H2​O(l)​→Mg(OH)2(s)​+2H2(g)​

(i)

קבע אם בתגובה (1) יש מעבר של אלקטרונים. נמק.

(ii)

מדענים מציעים להשתמש ב־ MgH2(s)\text{MgH}_{2(s)}MgH2(s)​ כ"חומר אחסון" שממנו יופק מימן.
חשב את המסה של MgH2(s)\text{MgH}_{2(s)}MgH2(s)​ הדרושה לקבלת 10,000 ליטר H2(g)\text{H}_{2(g)}H2(g)​ .
פרט את חישוביך.
נתון: בתנאי התגובה הנפח של 1 מול גז הוא 25 ליטר.

◂ פתרון מלא לשאלה 12

סעיף א

תשובה:

12D{}^{2}_{1}\text{D}12​D (כלומר 12H{}^{2}_{1}\text{H}12​H) ו-13T{}^{3}_{1}\text{T}13​T (כלומר 13H{}^{3}_{1}\text{H}13​H).

איזוטופים של אותו יסוד הם אטומים בעלי אותו מספר פרוטונים (אותו מספר אטומי) ומספר נייטרונים שונה, ולכן מספר מסה שונה.
•המספר האטומי של כל איזוטופי המימן הוא 1.
•מסת אטום נקבעת כמעט כולה על ידי מספר הנוקליאונים (פרוטונים + נייטרונים). אטום H (A=1A = 1A=1) כבד פי 1; D כבד פי 2 ⇐ A=2A = 2A=2 (פרוטון ונייטרון); T כבד פי 3 ⇐ A=3A = 3A=3 (פרוטון ושני נייטרונים).
12D13T{}^{2}_{1}\text{D} \qquad {}^{3}_{1}\text{T}12​D13​T
(אפשר לכתוב גם 12H{}^{2}_{1}\text{H}12​H ו-13H{}^{3}_{1}\text{H}13​H.)

סעיף ב

תשובה:

X הוא טריטיום, 13T{}^{3}_{1}\text{T}13​T.

X הוא טריטיום, T.
חלקיק בטא הוא אלקטרון: −10β{}^{0}_{-1}\beta−10​β. בתהליך רדיואקטיבי נשמרים סכום מספרי המסה וסכום המספרים האטומיים (המטענים):
•מספר מסה: A=3+0=3A = 3 + 0 = 3A=3+0=3
•מספר אטומי: Z=2+(−1)=1Z = 2 + (-1) = 1Z=2+(−1)=1
אטום בעל Z=1Z = 1Z=1 (מימן) ומספר מסה 3 הוא 13T{}^{3}_{1}\text{T}13​T – טריטיום:
13T→23He+−10β{}^{3}_{1}\text{T} \rightarrow {}^{3}_{2}\text{He} + {}^{0}_{-1}\beta13​T→23​He+−10​β

סעיף ג

תשובה:

בין מולקולות H2\text{H}_2H2​ הלא קוטביות יש רק אינטראקציות ון-דר-ולס חלשות מאוד, כי ענן האלקטרונים קטן מאוד (2 אלקטרונים).

מימן הוא חומר מולקולרי. ברתיחה מתגברים על הכוחות בין המולקולות (הקשר הקוולנטי H–H אינו נשבר).
•מולקולת H2\text{H}_2H2​ אינה קוטבית (שני אטומים זהים), ואין בה אטום H הקשור ל-N, O או F, לכן אין בין המולקולות קשרי מימן ואין משיכה בין דו-קטבים קבועים.
•בין המולקולות פועלות רק אינטראקציות ון-דר-ולס בין דו-קטבים רגעיים.
•במולקולת H2\text{H}_2H2​ יש רק 2 אלקטרונים – ענן האלקטרונים קטן מאוד וקשה לקטב אותו, ולכן הדו-קטבים הרגעיים חלשים מאוד.
אינטראקציות ון-דר-ולס חלשות מאוד ⇐ נדרשת אנרגיה קטנה מאוד כדי להפריד בין המולקולות ⇐ טמפרטורת הרתיחה נמוכה מאוד (20 K).

סעיף ד

(i)

תשובה:

CH3(CH2)3CH2SH(l)+H2(g)→CH3(CH2)3CH3(l)+H2S(g)\text{CH}_3\text{(CH}_2\text{)}_3\text{CH}_2\text{SH}_{(l)} + \text{H}_{2(g)} \rightarrow \text{CH}_3\text{(CH}_2\text{)}_3\text{CH}_{3(l)} + \text{H}_2\text{S}_{(g)}CH3​(CH2​)3​CH2​SH(l)​+H2(g)​→CH3​(CH2​)3​CH3(l)​+H2​S(g)​

CH3(CH2)3CH2SH(l)+H2(g)→CH3(CH2)3CH3(l)+H2S(g)\text{CH}_3\text{(CH}_2\text{)}_3\text{CH}_2\text{SH}_{(l)} + \text{H}_{2(g)} \rightarrow \text{CH}_3\text{(CH}_2\text{)}_3\text{CH}_{3(l)} + \text{H}_2\text{S}_{(g)}CH3​(CH2​)3​CH2​SH(l)​+H2(g)​→CH3​(CH2​)3​CH3(l)​+H2​S(g)​
בדיקת איזון: הנוסחה המולקולרית של פנטאן-תיול היא C5H12S\text{C}_5\text{H}_{12}\text{S}C5​H12​S ושל פנטאן C5H12\text{C}_5\text{H}_{12}C5​H12​.
•C: 5 בכל צד; S: 1 בכל צד.
•H: משמאל 12+2=1412 + 2 = 1412+2=14, מימין 12+2=1412 + 2 = 1412+2=14.
התגובה מאוזנת במקדמים 1:1:1:1.

(ii)

תשובה:

מחזר – דרגת החמצון של המימן עולה מ-0 ב-H2\text{H}_2H2​ ל-+1+1+1 בתוצרים.

H2\text{H}_2H2​ מגיב כמחזר.
•ב-H2\text{H}_2H2​ (יסוד) דרגת החמצון של המימן היא 0.
•בתוצרים, אטומי המימן שמקורם ב-H2\text{H}_2H2​ קשורים לאטום S (ב-H2S\text{H}_2\text{S}H2​S) או לאטום C (בפנטאן). האלקטרושליליות של S (2.5) ושל C (2.5) גדולה מזו של H (2.1), ולכן דרגת החמצון של המימן בתוצרים היא +1+1+1.
דרגת החמצון של המימן עולה מ-0 ל-+1+1+1 ⇐ אטומי המימן של H2\text{H}_2H2​ מוסרים אלקטרונים (מתחמצנים). חומר שמוסר אלקטרונים לחומר אחר הוא מחזר.

סעיף ה

(i)

תשובה:

כן – זו תגובת חמצון-חיזור: H ב-MgH2\text{MgH}_2MgH2​ עולה מ-−1-1−1 ל-0, ו-H במים יורד מ-+1+1+1 ל-0.

כן, בתגובה (1) יש מעבר של אלקטרונים.
דרגות חמצון:
•ב-MgH2\text{MgH}_2MgH2​ (תרכובת יונית של Mg2+\text{Mg}^{2+}Mg2+ ויוני הידריד H−\text{H}^-H−): Mg +2+2+2, H −1-1−1 (האלקטרושליליות של H, 2.1, גדולה מזו של Mg, 1.2).
•ב-H2O\text{H}_2\text{O}H2​O: H +1+1+1, O −2-2−2.
•ב-Mg(OH)2\text{Mg(OH)}_2Mg(OH)2​: Mg +2+2+2, O −2-2−2, H +1+1+1.
•ב-H2\text{H}_2H2​: H 0.
אטומי המימן של MgH2\text{MgH}_2MgH2​ עוברים מ-−1-1−1 ל-0 – מוסרים אלקטרונים (מתחמצנים); חלק מאטומי המימן של המים עוברים מ-+1+1+1 ל-0 – קולטים אלקטרונים (מתחזרים). שינוי בדרגות החמצון מעיד על מעבר אלקטרונים: יוני ההידריד מוסרים אלקטרונים לאטומי מימן של מולקולות המים. זו תגובת חמצון-חיזור.

(ii)

תשובה:

5260 g5260\ \text{g}5260 g (5.26 kg5.26\ \text{kg}5.26 kg) של MgH2\text{MgH}_2MgH2​.

מספר המולים של H2\text{H}_2H2​ (n=VVmn = \frac{V}{V_m}n=Vm​V​):
n(H2)=10,000 L25 Lmol=400 moln(\text{H}_2) = \frac{10{,}000\ \text{L}}{25\ \frac{\text{L}}{\text{mol}}} = 400\ \text{mol}n(H2​)=25 molL​10,000 L​=400 mol
לפי תגובה (1), יחס המולים MgH2:H2=1:2\text{MgH}_2 : \text{H}_2 = 1 : 2MgH2​:H2​=1:2:
n(MgH2)=400 mol2=200 moln(\text{MgH}_2) = \frac{400\ \text{mol}}{2} = 200\ \text{mol}n(MgH2​)=2400 mol​=200 mol
מסה מולרית: M(MgH2)=24.3+2⋅1.0=26.3 gmolM(\text{MgH}_2) = 24.3 + 2\cdot 1.0 = 26.3\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(MgH2​)=24.3+2⋅1.0=26.3 molg​
מסה (m=n⋅Mm = n \cdot Mm=n⋅M):
m(MgH2)=200 mol⋅26.3 gmol=5260 g=5.26 kgm(\text{MgH}_2) = 200\ \text{mol} \cdot 26.3\ \frac{\text{g}}{\text{mol}} = 5260\ \text{g} = 5.26\ \text{kg}m(MgH2​)=200 mol⋅26.3 molg​=5260 g=5.26 kg

שאלה 13 · יוני תיוסולפט – חמצון-חיזור וסטויכיומטריה

שאלה פתוחה

חמצון-חיזור וסטויכיומטריה
השאלה עוסקת בתגובות שבהן נוצרים או מגיבים יוני תיוסולפט, S2O32−(aq)\text{S}_2\text{O}_3^{2-}{}_{(aq)}S2​O32−​(aq)​ .
יונים אלה מצויים בטבע במי מעיינות חמים ובגייזרים.

א.

יוני S2O32−(aq)\text{S}_2\text{O}_3^{2-}{}_{(aq)}S2​O32−​(aq)​ נוצרים בתגובה בין יונים גופריתיים, SO32−(aq)\text{SO}_3^{2-}{}_{(aq)}SO32−​(aq)​ , לבין גופרית, S8(s)\text{S}_{8(s)}S8(s)​ , על פי תגובה (1):
(1) 8SO32−(aq)+S8(s)→8S2O32−(aq)8\text{SO}_3^{2-}{}_{(aq)} + \text{S}_{8(s)} \rightarrow 8\text{S}_2\text{O}_3^{2-}{}_{(aq)}8SO32−​(aq)​+S8(s)​→8S2​O32−​(aq)​

(i)

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

(ii)

חשב את המסה של S8(s)\text{S}_{8(s)}S8(s)​ הדרושה לקבלת 100 מ"ל תמיסה המכילה יוני S2O32−(aq)\text{S}_2\text{O}_3^{2-}{}_{(aq)}S2​O32−​(aq)​ בריכוז 0.16M .
פרט את חישוביך.

ב.

סעיף ב הוא רשות
כמה מול אלקטרונים עוברים בתגובה (1) , שבה מגיב 1 מול S8(s)\text{S}_{8(s)}S8(s)​ ?
פרט את חישוביך.

ג.

יוני S2O32−(aq)\text{S}_2\text{O}_3^{2-}{}_{(aq)}S2​O32−​(aq)​ מגיבים עם יוני הידרוניום, H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}H3​O(aq)+​ , על פי תגובה (2):
(2) S2O32−(aq)+2H3O(aq)+→18S8(s)+SO2(g)+3H2O(l)\text{S}_2\text{O}_3^{2-}{}_{(aq)} + 2\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} \rightarrow \frac{1}{8}\text{S}_{8(s)} + \text{SO}_{2(g)} + 3\text{H}_2\text{O}_{(l)}S2​O32−​(aq)​+2H3​O(aq)+​→81​S8(s)​+SO2(g)​+3H2​O(l)​
בתגובה זו חלק מיוני S2O32−(aq)\text{S}_2\text{O}_3^{2-}{}_{(aq)}S2​O32−​(aq)​ עוברים חמצון, וחלק מהם עוברים חיזור.
קבע מהו תוצר החמצון של יוני S2O32−(aq)\text{S}_2\text{O}_3^{2-}{}_{(aq)}S2​O32−​(aq)​ . נמק.

ד.

תמיסות המכילות יוני ClO(aq)−\text{ClO}^{-}_{(aq)}ClO(aq)−​ משמשות לחיטוי והלבנה.
1 מול יוני ClO(aq)−\text{ClO}^{-}_{(aq)}ClO(aq)−​ מגיבים עם 4 מול יוני S2O32−(aq)\text{S}_2\text{O}_3^{2-}{}_{(aq)}S2​O32−​(aq)​ .
10 מ"ל תמיסה המכילה יוני ClO(aq)−\text{ClO}^{-}_{(aq)}ClO(aq)−​ הגיבו בשלמות עם 22.3 מ"ל תמיסה המכילה יוני S2O32−(aq)\text{S}_2\text{O}_3^{2-}{}_{(aq)}S2​O32−​(aq)​
בריכוז 0.18M .
חשב את הריכוז של יוני ClO(aq)−\text{ClO}^{-}_{(aq)}ClO(aq)−​ בתמיסה. פרט את חישוביך.

ה.

תמיסות המכילות יוני ClO(aq)−\text{ClO}^{-}_{(aq)}ClO(aq)−​ בריכוז 0.4M משווקות בישראל בשם "אקונומיקה", והן מיועדות
לשימוש ביתי.

(i)

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

(ii)

מהו הנפח של תמיסת "אקונומיקה" שריכוזה 0.4M שאפשר להכין מ־ 1 ליטר של התמיסה שאת ריכוזה
חישבת בסעיף ד? נמק.

◂ פתרון מלא לשאלה 13

סעיף א

(i)

תשובה:

SO32−\text{SO}_3^{2-}SO32−​: +4+4+4; S8\text{S}_8S8​: 0; S2O32−\text{S}_2\text{O}_3^{2-}S2​O32−​: +2+2+2.

דרגת החמצון של O בתרכובות אלה היא −2-2−2, וסכום דרגות החמצון ביון שווה למטען היון.
- SO32−\text{SO}_3^{2-}SO32−​:  x+3⋅(−2)=−2⇒x=+4\ x + 3\cdot(-2) = -2 \Rightarrow x = +4 x+3⋅(−2)=−2⇒x=+4
- S8\text{S}_8S8​: יסוד ⇐ דרגת החמצון 0.
- S2O32−\text{S}_2\text{O}_3^{2-}S2​O32−​:  2x+3⋅(−2)=−2⇒2x=+4⇒x=+2\ 2x + 3\cdot(-2) = -2 \Rightarrow 2x = +4 \Rightarrow x = +2 2x+3⋅(−2)=−2⇒2x=+4⇒x=+2 (דרגת חמצון ממוצעת לאטום S).

(ii)

תשובה:

0.514 g0.514\ \text{g}0.514 g של S8\text{S}_8S8​.

מספר המולים של יוני תיוסולפט (n=C⋅Vn = C \cdot Vn=C⋅V):
n(S2O32−)=0.16 molL⋅0.100 L=0.016 moln(\text{S}_2\text{O}_3^{2-}) = 0.16\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 0.100\ \text{L} = 0.016\ \text{mol}n(S2​O32−​)=0.16 Lmol​⋅0.100 L=0.016 mol
לפי תגובה (1), יחס המולים S8:S2O32−=1:8\text{S}_8 : \text{S}_2\text{O}_3^{2-} = 1 : 8S8​:S2​O32−​=1:8:
n(S8)=0.016 mol8=0.002 moln(\text{S}_8) = \frac{0.016\ \text{mol}}{8} = 0.002\ \text{mol}n(S8​)=80.016 mol​=0.002 mol
מסה מולרית: M(S8)=8⋅32.1=256.8 gmolM(\text{S}_8) = 8 \cdot 32.1 = 256.8\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(S8​)=8⋅32.1=256.8 molg​
m(S8)=n⋅M=0.002 mol⋅256.8 gmol=0.514 gm(\text{S}_8) = n \cdot M = 0.002\ \text{mol} \cdot 256.8\ \frac{\text{g}}{\text{mol}} = 0.514\ \text{g}m(S8​)=n⋅M=0.002 mol⋅256.8 molg​=0.514 g

סעיף ב

תשובה:

16 מול אלקטרונים.

ב-1 מול S8\text{S}_8S8​ יש 8 מול אטומי S. כל אטום S עובר מדרגת חמצון 0 (ב-S8\text{S}_8S8​) לדרגת חמצון +2+2+2 (ב-S2O32−\text{S}_2\text{O}_3^{2-}S2​O32−​), כלומר מוסר 2 אלקטרונים:
n(e−)=8 mol⋅2=16 moln(e^-) = 8\ \text{mol} \cdot 2 = 16\ \text{mol}n(e−)=8 mol⋅2=16 mol
בדיקה מצד המחמצן: 8 מול יוני SO32−\text{SO}_3^{2-}SO32−​ מגיבים עם 1 מול S8\text{S}_8S8​; בכל יון אטום S עובר מ-+4+4+4 ל-+2+2+2 וקולט 2 אלקטרונים: 8 mol⋅2=16 mol8\ \text{mol} \cdot 2 = 16\ \text{mol}8 mol⋅2=16 mol – מספר האלקטרונים הנמסרים שווה למספר הנקלטים.
עוברים 16 מול אלקטרונים.

סעיף ג

תשובה:

SO2(g)\text{SO}_{2(g)}SO2(g)​ – דרגת החמצון של S עולה מ-+2+2+2 ל-+4+4+4.

תוצר החמצון הוא SO2(g)\text{SO}_{2(g)}SO2(g)​.
•ב-S2O32−\text{S}_2\text{O}_3^{2-}S2​O32−​ דרגת החמצון של S היא +2+2+2 (סעיף א i).
•ב-S8\text{S}_8S8​ דרגת החמצון של S היא 0 – ירידה ⇐ חיזור; S8\text{S}_8S8​ הוא תוצר החיזור.
•ב-SO2\text{SO}_2SO2​:  x+2⋅(−2)=0⇒x=+4\ x + 2\cdot(-2) = 0 \Rightarrow x = +4 x+2⋅(−2)=0⇒x=+4 – עלייה מ-+2+2+2 ל-+4+4+4 ⇐ אטומי S מוסרים אלקטרונים (חמצון).
התוצר שבו דרגת החמצון של S גבוהה יותר מאשר במגיב הוא תוצר החמצון: SO2\text{SO}_2SO2​.

סעיף ד

תשובה:

0.100 M0.100\ \text{M}0.100 M (כ-0.1 M).

מספר המולים של יוני תיוסולפט שהגיבו (n=C⋅Vn = C \cdot Vn=C⋅V):
n(S2O32−)=0.18 molL⋅0.0223 L=4.01×10−3 moln(\text{S}_2\text{O}_3^{2-}) = 0.18\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 0.0223\ \text{L} = 4.01 \times 10^{-3}\ \text{mol}n(S2​O32−​)=0.18 Lmol​⋅0.0223 L=4.01×10−3 mol
יחס המולים ClO−:S2O32−=1:4\text{ClO}^- : \text{S}_2\text{O}_3^{2-} = 1 : 4ClO−:S2​O32−​=1:4:
n(ClO−)=4.01×10−3 mol4=1.00×10−3 moln(\text{ClO}^-) = \frac{4.01 \times 10^{-3}\ \text{mol}}{4} = 1.00 \times 10^{-3}\ \text{mol}n(ClO−)=44.01×10−3 mol​=1.00×10−3 mol
ריכוז יוני ClO−\text{ClO}^-ClO− בתמיסה (C=nVC = \frac{n}{V}C=Vn​, V=10 mL=0.010 LV = 10\ \text{mL} = 0.010\ \text{L}V=10 mL=0.010 L):
C(ClO−)=1.00×10−3 mol0.010 L=0.100 molL=0.100 MC(\text{ClO}^-) = \frac{1.00 \times 10^{-3}\ \text{mol}}{0.010\ \text{L}} = 0.100\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} = 0.100\ \text{M}C(ClO−)=0.010 L1.00×10−3 mol​=0.100 Lmol​=0.100 M

סעיף ה

(i)

תשובה:

יש לרכז את התמיסה – לאדות ממנה חלק מהמים (הממס) עד שהריכוז יגיע ל-0.4 M.

ריכוז התמיסה מסעיף ד הוא 0.100 M0.100\ \text{M}0.100 M – נמוך מ-0.4 M0.4\ \text{M}0.4 M הדרוש. כדי להגדיל את הריכוז בלי להוסיף יוני ClO−\text{ClO}^-ClO− יש להקטין את נפח התמיסה – לאדות חלק מהמים (הממס). מספר מולי ClO−\text{ClO}^-ClO− נשאר קבוע, הנפח קטן, ולכן לפי C=nVC = \frac{n}{V}C=Vn​ הריכוז גדל. יש להמשיך עד שנפח התמיסה קטן פי 4 (מ-0.100 M0.100\ \text{M}0.100 M ל-0.4 M0.4\ \text{M}0.4 M).

(ii)

תשובה:

0.25 L0.25\ \text{L}0.25 L (250 מ"ל).

מספר המולים של ClO−\text{ClO}^-ClO− ב-1 ליטר של התמיסה מסעיף ד:
n(ClO−)=C⋅V=0.100 molL⋅1 L=0.100 moln(\text{ClO}^-) = C \cdot V = 0.100\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 1\ \text{L} = 0.100\ \text{mol}n(ClO−)=C⋅V=0.100 Lmol​⋅1 L=0.100 mol
בריכוז (אידוי מים) מספר המולים של ClO−\text{ClO}^-ClO− אינו משתנה, לכן הנפח של תמיסה בריכוז 0.4 M0.4\ \text{M}0.4 M:
V=nC=0.100 mol0.4 molL=0.25 L=250 mLV = \frac{n}{C} = \frac{0.100\ \text{mol}}{0.4\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}} = 0.25\ \text{L} = 250\ \text{mL}V=Cn​=0.4 Lmol​0.100 mol​=0.25 L=250 mL
(כלומר יש לאדות כ-0.75 L0.75\ \text{L}0.75 L מים מ-1 ליטר התמיסה.)

שאלה 14 · תגובת מימן עם חמצן וחוק הס

שאלה פתוחה

אנרגייה
תערובת של הגזים מימן, H2(g)\text{H}_{2(g)}H2(g)​ , וחמצן, O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ , נשמרת בכלי זכוכית סגור לאורך זמן, ללא שינוי. כאשר משקיעים אנרגייה על ידי הפעלת ניצוץ חשמלי בתערובת הגזים מתרחשת תגובה (1):
(1) H2(g)+12O2(g)→H2O(g)ΔH1∘=−241.8kJ\text{H}_{2(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{H}_2\text{O}_{(g)} \qquad \Delta H^\circ_1 = -241.8\text{kJ}H2(g)​+21​O2(g)​→H2​O(g)​ΔH1∘​=−241.8kJ

א.

איזו מן העקומות A או B שלפניך מציגה באופן סכמטי את השתנות האנתלפייה במהלך תגובה (1)? נמק.

ב.

איזה מבין ההיגדים I או II שלפניך הוא ההיגד הנכון?
הסבר את ההיגד שבחרת באמצעות תורת ההתנגשויות.
I. בעקבות השקעת אנרגייה על ידי הפעלת ניצוץ חשמלי קטנה אנרגיית השפעול של התגובה (1), והתגובה מתרחשת.
II. בעקבות השקעת אנרגייה על ידי הפעלת ניצוץ החשמלי גדלה האנרגייה הקינטית של מולקולות המגיבים בתגובה (1), והתגובה מתרחשת.

ג.

בתגובה (2) מקבלים מתערובת הגזים מימן וחמצן, מים במצב נוזל.
(2) H2(g)+12O2(g)→H2O(l)ΔH2∘\text{H}_{2(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{H}_2\text{O}_{(l)} \qquad \Delta H^\circ_2H2(g)​+21​O2(g)​→H2​O(l)​ΔH2∘​
לפניך שלושה ערכים של שינויי אנתלפייה: −197.7kJ-197.7\text{kJ}−197.7kJ , −241.8kJ-241.8\text{kJ}−241.8kJ , −285.9kJ-285.9\text{kJ}−285.9kJ
קבע איזה מבין הערכים האלה מתאים עבור ΔH2∘\Delta H^\circ_2ΔH2∘​ . נמק.

ד.

לפניך שתי תגובות (3) ו־ (4):
(3) C3H4(g)+4O2(g)→3CO2(g)+2H2O(g)ΔH3∘=−1848.8kJ\text{C}_3\text{H}_{4(g)} + 4\text{O}_{2(g)} \rightarrow 3\text{CO}_{2(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(g)} \qquad \Delta H^\circ_3 = -1848.8\text{kJ}C3​H4(g)​+4O2(g)​→3CO2(g)​+2H2​O(g)​ΔH3∘​=−1848.8kJ
(4) C3H8(g)+5O2(g)→3CO2(g)+4H2O(g)ΔH4∘=−2043.6kJ\text{C}_3\text{H}_{8(g)} + 5\text{O}_{2(g)} \rightarrow 3\text{CO}_{2(g)} + 4\text{H}_2\text{O}_{(g)} \qquad \Delta H^\circ_4 = -2043.6\text{kJ}C3​H8(g)​+5O2(g)​→3CO2(g)​+4H2​O(g)​ΔH4∘​=−2043.6kJ
מימן מגיב עם פרוֹפין, C3H4(g)\text{C}_3\text{H}_{4(g)}C3​H4(g)​ , לייצור פרופאן , C3H8(g)\text{C}_3\text{H}_{8(g)}C3​H8(g)​ , על פי תגובה (5):
(5) 2H2(g)+C3H4(g)→C3H8(g)ΔH5∘2\text{H}_{2(g)} + \text{C}_3\text{H}_{4(g)} \rightarrow \text{C}_3\text{H}_{8(g)} \qquad \Delta H^\circ_52H2(g)​+C3​H4(g)​→C3​H8(g)​ΔH5∘​
היעזר בתגובות המתאימות מבין תגובות (1)-(4) וחשב את הערך של ΔH5∘\Delta H^\circ_5ΔH5∘​ .
פרט את חישוביך.

ה.

סעיף ה הוא רשות
לפניך שני היגדים שגויים, I-II .
I. בתגובה (5), האנרגייה הנפלטת בעת יצירת הקשרים במולקולות התוצרים קטנה מן האנרגייה הנקלטת בעת ניתוק הקשרים במולקולות המגיבים.
II. כאשר מבצעים את תגובה (5) בכלי מבודד, הטמפרטורה בסביבת הכלי עולה.
בחר אחד מן ההיגדים השגויים ותקן אותו.

◂ פתרון מלא לשאלה 14

סעיף א

תשובה:

עקומה B – התגובה אקסותרמית (ΔH<0\Delta H < 0ΔH<0), ולכן אנתלפיית התוצרים נמוכה מאנתלפיית המגיבים.

עקומה B.
לתגובה (1) ΔH1∘=−241.8 kJ<0\Delta H^\circ_1 = -241.8\ \text{kJ} < 0ΔH1∘​=−241.8 kJ<0 – התגובה אקסותרמית. ΔH=Hתוצרים−Hמגיבים<0\Delta H = H_{\text{תוצרים}} - H_{\text{מגיבים}} < 0ΔH=Hתוצרים​−Hמגיבים​<0, ולכן אנתלפיית התוצרים נמוכה מאנתלפיית המגיבים.
בעקומה B רמת התוצרים נמוכה מרמת המגיבים, ובעקומה A היא גבוהה ממנה (תגובה אנדותרמית). לכן B מתאימה לתגובה (1).

סעיף ב

תשובה:

היגד II – הניצוץ מגדיל את האנרגיה הקינטית של המולקולות, כך שבהתנגשויות יש להן אנרגיה השווה לאנרגיית השפעול או גדולה ממנה – ההתנגשויות אפקטיביות.

היגד II נכון.
לפי תורת ההתנגשויות, תגובה מתרחשת כאשר חלקיקי המגיבים מתנגשים בהתנגשות אפקטיבית: בכיוון מתאים ובאנרגיה (קינטית) השווה לאנרגיית השפעול או גדולה ממנה.
•בטמפרטורת החדר כמעט לאף מולקולה של H2\text{H}_2H2​ ו-O2\text{O}_2O2​ אין אנרגיה קינטית מספקת – ההתנגשויות אינן אפקטיביות, ולכן התערובת נשמרת ללא שינוי לאורך זמן (אנרגיית השפעול גבוהה).
•הניצוץ החשמלי מעביר אנרגיה למולקולות שבאזור הניצוץ ומגדיל את האנרגיה הקינטית שלהן. כך יש מולקולות שאנרגיית ההתנגשות שלהן מגיעה לאנרגיית השפעול – מתרחשות התנגשויות אפקטיביות, והתגובה מתחילה.
•התגובה אקסותרמית: האנרגיה המשתחררת מגדילה את האנרגיה הקינטית של מולקולות נוספות, ולכן התגובה ממשיכה בכל התערובת.
היגד I שגוי: הניצוץ אינו משנה את אנרגיית השפעול – היא תכונה של מסלול התגובה. אנרגיית השפעול קטנה רק בנוכחות זרז.

סעיף ג

תשובה:

ΔH2∘=−285.9 kJ\Delta H^\circ_2 = -285.9\ \text{kJ}ΔH2∘​=−285.9 kJ

ΔH2∘=−285.9 kJ\Delta H^\circ_2 = -285.9\ \text{kJ}ΔH2∘​=−285.9 kJ.
המגיבים בתגובות (1) ו-(2) זהים. ההבדל הוא במצב הצבירה של התוצר: מים נוזליים לעומת אדי מים.
מעבר מגז לנוזל (עיבוי) הוא תהליך אקסותרמי – בעת היווצרות קשרי מימן ואינטראקציות ון-דר-ולס בין המולקולות משתחררת אנרגיה. לכן אנתלפיית H2O(l)\text{H}_2\text{O}_{(l)}H2​O(l)​ נמוכה מאנתלפיית H2O(g)\text{H}_2\text{O}_{(g)}H2​O(g)​, ובתגובה (2) משתחררת יותר אנרגיה מאשר בתגובה (1):
ΔH2∘<ΔH1∘=−241.8 kJ\Delta H^\circ_2 < \Delta H^\circ_1 = -241.8\ \text{kJ}ΔH2∘​<ΔH1∘​=−241.8 kJ
הערך היחיד השלילי יותר מ-−241.8 kJ-241.8\ \text{kJ}−241.8 kJ הוא −285.9 kJ-285.9\ \text{kJ}−285.9 kJ. (הערך −197.7 kJ-197.7\ \text{kJ}−197.7 kJ מתאים לשחרור של פחות אנרגיה – כלומר לתוצר בעל אנתלפיה גבוהה יותר, ולא לנוזל.)
טעות נפוצה: לחשוב ש"מים בנוזל יציבים יותר" ולכן משתחררת פחות אנרגיה – בפועל ההפך.

סעיף ד

תשובה:

ΔH5∘=−288.8 kJ\Delta H^\circ_5 = -288.8\ \text{kJ}ΔH5∘​=−288.8 kJ

לפי חוק הס, אפשר לקבל את תגובה (5) כצירוף של תגובות (1), (3) ו-(4) (כולן עם מים במצב גז):
•תגובה (1) כפול 2:  2H2(g)+O2(g)→2H2O(g)ΔH=2⋅(−241.8 kJ)=−483.6 kJ\ 2\text{H}_{2(g)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(g)} \qquad \Delta H = 2\cdot(-241.8\ \text{kJ}) = -483.6\ \text{kJ} 2H2(g)​+O2(g)​→2H2​O(g)​ΔH=2⋅(−241.8 kJ)=−483.6 kJ
•תגובה (3) כמות שהיא:  C3H4(g)+4O2(g)→3CO2(g)+2H2O(g)ΔH=−1848.8 kJ\ \text{C}_3\text{H}_{4(g)} + 4\text{O}_{2(g)} \rightarrow 3\text{CO}_{2(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(g)} \qquad \Delta H = -1848.8\ \text{kJ} C3​H4(g)​+4O2(g)​→3CO2(g)​+2H2​O(g)​ΔH=−1848.8 kJ
•תגובה (4) הפוכה:  3CO2(g)+4H2O(g)→C3H8(g)+5O2(g)ΔH=+2043.6 kJ\ 3\text{CO}_{2(g)} + 4\text{H}_2\text{O}_{(g)} \rightarrow \text{C}_3\text{H}_{8(g)} + 5\text{O}_{2(g)} \qquad \Delta H = +2043.6\ \text{kJ} 3CO2(g)​+4H2​O(g)​→C3​H8(g)​+5O2(g)​ΔH=+2043.6 kJ
בחיבור שלוש התגובות מצטמצמים 5O25\text{O}_25O2​, 3CO23\text{CO}_23CO2​ ו-4H2O4\text{H}_2\text{O}4H2​O משני הצדדים, ומתקבלת תגובה (5):
2H2(g)+C3H4(g)→C3H8(g)2\text{H}_{2(g)} + \text{C}_3\text{H}_{4(g)} \rightarrow \text{C}_3\text{H}_{8(g)}2H2(g)​+C3​H4(g)​→C3​H8(g)​
ΔH5∘=2ΔH1∘+ΔH3∘−ΔH4∘=−483.6 kJ+(−1848.8 kJ)+2043.6 kJ=−288.8 kJ\Delta H^\circ_5 = 2\Delta H^\circ_1 + \Delta H^\circ_3 - \Delta H^\circ_4 = -483.6\ \text{kJ} + (-1848.8\ \text{kJ}) + 2043.6\ \text{kJ} = -288.8\ \text{kJ}ΔH5∘​=2ΔH1∘​+ΔH3∘​−ΔH4∘​=−483.6 kJ+(−1848.8 kJ)+2043.6 kJ=−288.8 kJ
טעות נפוצה: להשתמש ב-ΔH2∘\Delta H^\circ_2ΔH2∘​ (מים נוזליים) במקום ב-ΔH1∘\Delta H^\circ_1ΔH1∘​ – בתגובות (3) ו-(4) המים במצב גז, ולכן יש להשתמש בתגובה (1).

סעיף ה

תשובה:

I מתוקן: האנרגיה הנפלטת ביצירת הקשרים בתוצרים גדולה מהאנרגיה הנקלטת בניתוק הקשרים במגיבים. II מתוקן: בכלי מבודד הטמפרטורה בתוך הכלי עולה (בסביבה – אינה משתנה).

לפי סעיף ד, ΔH5∘=−288.8 kJ<0\Delta H^\circ_5 = -288.8\ \text{kJ} < 0ΔH5∘​=−288.8 kJ<0 – תגובה (5) אקסותרמית. (מספיק לתקן אחד מן ההיגדים; שני התיקונים מוצגים.)
תיקון היגד I: בתגובה (5), האנרגיה הנפלטת בעת יצירת הקשרים במולקולות התוצרים גדולה מן האנרגיה הנקלטת בעת ניתוק הקשרים במולקולות המגיבים.
הסבר: בתגובה אקסותרמית משתחררת אנרגיה בסך הכול, כלומר האנרגיה שנפלטת ביצירת קשרים גדולה מזו שנקלטת בניתוק קשרים.
תיקון היגד II: כאשר מבצעים את תגובה (5) בכלי מבודד, הטמפרטורה בתוך הכלי עולה (והטמפרטורה בסביבת הכלי אינה משתנה).
הסבר: בכלי מבודד אין מעבר חום בין המערכת לסביבה. האנרגיה המשתחררת בתגובה האקסותרמית נשארת בתוך הכלי ומגדילה את האנרגיה הקינטית של החלקיקים שבו, ולכן הטמפרטורה בתוך הכלי עולה.

טבלת התשובות

שאלה	סעיף	תשובה
1	-	ד – רדיום-226 פולט חלקיק אלפא והופך לרדון-222.
2	-	ב – $\text{Ne} > \text{F} > \text{Cl}$
3	-	ג – $\text{CH}_2\text{O}$ ו- $\text{HCN}$
4	-	א – היגדים I ו-III.
5	-	א – היגדים I ו-II בלבד.
6	-	ד – בניסויים b ו-c בלבד.
7	-	ב – לפי יחס המולים 2:1, נפח $\text{NH}_3$ גדול פי 2 מנפח $\text{CO}_2$ .
8	-	ג – ב- $\text{Ca(OH)}_2$ ה-pH ירד, ב- $\text{HNO}_3$ עלה, ב- $\text{Ca(NO}_3\text{)}_2$ לא השתנה.
9	א i	H–O–Cl עם 2 זוגות לא קושרים על O ו-3 על Cl; N≡C–Cl עם זוג לא קושר אחד על N ו-3 על Cl.
	א ii	ב- $\text{HClO}$ : $+1$ ; ב- $\text{CNCl}$ : $-1$ .
	ב i	תגובת חומצה-בסיס – עובר פרוטון ממולקולת מים ליון $\text{ClO}^-$ , ודרגות החמצון אינן משתנות.
	ב ii	מחמצן – דרגת החמצון של Cl יורדת מ- $+1$ ב- $\text{HClO}$ ל- $-1$ ב- $\text{CNCl}$ .
	ג	ענן האלקטרונים של $\text{NCl}_3$ (58 אלקטרונים) גדול בהרבה מזה של $\text{CNCl}$ (30), ולכן אינטראקציות ון-דר-ולס בין מולקולותיו חזקות יותר ונקודת הרתיחה שלו גבוהה מטמפרטורת החדר.
	ד	ב-pH 6.5 – שם ריכוז $\text{HClO}$ גבוה יותר.
	ד	1) עלייה ב-pH של מי הבריכה. 2) נוכחות חומצה אורית (מזיעה ושתן של מתרחצים) המגיבה עם $\text{HClO}$ .
10	א i	I: $\text{C}18{:}3\omega3\text{cis}$ ; II: $\text{C}18{:}2\omega6\text{cis}$
	א ii	נוסחה I – יש בה 3 קשרים כפולים cis (לעומת 2), ולכן אינטראקציות ון-דר-ולס חלשות יותר וטמפרטורת היתוך נמוכה יותר.
	ב	לא נכון – הנוסחאות המולקולריות שונות: $\text{C}_{18}\text{H}_{30}\text{O}_2$ לעומת $\text{C}_{18}\text{H}_{32}\text{O}_2$ .
	ג	אגוזי מלך – 47.2 גרם חומצות שומן רב-בלתי-רוויות ב-100 גרם.
	ד	ההיגדים (2), (3) ו-(4).
11	א i	$\text{HBr}_{(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{Br}^{-}_{(aq)}$ ; $\text{H}_2\text{SO}_{4(l)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow 2\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{SO}_4^{2-}{}_{(aq)}$ ; $\text{NaOH}_{(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}$
	א ii	(2) < (1) < (3)
	ב	0.04 M
	ג i	$\text{H}_3\text{O}^+_{(aq)}$ , $\text{Br}^-_{(aq)}$ , $\text{Na}^+_{(aq)}$ (יוני $\text{OH}^-$ – בריכוז זניח בלבד).
	ג ii	תמיסת $\text{NaBr}$ ניטרלית ואינה מגיבה עם $\text{H}_3\text{O}^+$ ; הוספתה מגדילה את הנפח וממהלת – ריכוז $\text{H}_3\text{O}^+$ קטן וה-pH עולה.
	ד	$1.46 \times 10^{-2}\ \text{mol}$ (כ-0.0146 מול) יוני $\text{H}_3\text{O}^+$ .
12	א	${}^{2}_{1}\text{D}$ (כלומר ${}^{2}_{1}\text{H}$ ) ו- ${}^{3}_{1}\text{T}$ (כלומר ${}^{3}_{1}\text{H}$ ).
	ב	X הוא טריטיום, ${}^{3}_{1}\text{T}$ .
	ג	בין מולקולות $\text{H}_2$ הלא קוטביות יש רק אינטראקציות ון-דר-ולס חלשות מאוד, כי ענן האלקטרונים קטן מאוד (2 אלקטרונים).
	ד i	$\text{CH}_3\text{(CH}_2\text{)}_3\text{CH}_2\text{SH}_{(l)} + \text{H}_{2(g)} \rightarrow \text{CH}_3\text{(CH}_2\text{)}_3\text{CH}_{3(l)} + \text{H}_2\text{S}_{(g)}$
	ד ii	מחזר – דרגת החמצון של המימן עולה מ-0 ב- $\text{H}_2$ ל- $+1$ בתוצרים.
	ה i	כן – זו תגובת חמצון-חיזור: H ב- $\text{MgH}_2$ עולה מ- $-1$ ל-0, ו-H במים יורד מ- $+1$ ל-0.
	ה ii	$5260\ \text{g}$ ( $5.26\ \text{kg}$ ) של $\text{MgH}_2$ .
13	א i	$\text{SO}_3^{2-}$ : $+4$ ; $\text{S}_8$ : 0; $\text{S}_2\text{O}_3^{2-}$ : $+2$ .
	א ii	$0.514\ \text{g}$ של $\text{S}_8$ .
	ב	16 מול אלקטרונים.
	ג	$\text{SO}_{2(g)}$ – דרגת החמצון של S עולה מ- $+2$ ל- $+4$ .
	ד	$0.100\ \text{M}$ (כ-0.1 M).
	ה i	יש לרכז את התמיסה – לאדות ממנה חלק מהמים (הממס) עד שהריכוז יגיע ל-0.4 M.
	ה ii	$0.25\ \text{L}$ (250 מ"ל).
14	א	עקומה B – התגובה אקסותרמית ( $\Delta H < 0$ ), ולכן אנתלפיית התוצרים נמוכה מאנתלפיית המגיבים.
	ב	היגד II – הניצוץ מגדיל את האנרגיה הקינטית של המולקולות, כך שבהתנגשויות יש להן אנרגיה השווה לאנרגיית השפעול או גדולה ממנה – ההתנגשויות אפקטיביות.
	ג	$\Delta H^\circ_2 = -285.9\ \text{kJ}$
	ד	$\Delta H^\circ_5 = -288.8\ \text{kJ}$
	ה	I מתוקן: האנרגיה הנפלטת ביצירת הקשרים בתוצרים גדולה מהאנרגיה הנקלטת בניתוק הקשרים במגיבים. II מתוקן: בכלי מבודד הטמפרטורה בתוך הכלי עולה (בסביבה – אינה משתנה).

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

פרק ראשון

שאלה 1 · תהליך פליטה רדיואקטיבית שבו נוצר רדון

שאלה 2 · דירוג אנרגיית יינון

שאלה 3 · דו-קוטב קבוע ומבנה מרחבי

שאלה 4 · אינטראקציות בין מולקולות אצטון

שאלה 5 · מתאנל – דרגת חמצון, קוטביות וקשרי מימן

שאלה 6 · כושר חיזור של מתכות

שאלה 7 · פירוק אמוניום פחמתי – יחסי נפחים

שאלה 8 · השפעת מיהול על pH

שאלה 9 · לשחות בתוך כימיה – חיטוי מי בריכה

ניתוח קטע ממאמר מדעי — חובה

לשחות בתוך כימיה

סעיף א

סעיף ב

תגובת חומצה-בסיס.

HClO\text{HClO}HClO הוא מחמצן.

סעיף ג

סעיף ד

החיטוי יעיל יותר ב-pH 6.5.

סעיף ד

פרק שני

שאלה 10 · חומצות שומן רב-בלתי-רוויות באגוזים

כימיה של מזון

סעיף ב הוא רשות

סעיף א

נוסחה I היא חומצה אלפא-לינולנית.

סעיף ב

ההיגד לא נכון.

סעיף ג

סעיף ד

שאלה 11 · תמיסות של חומצות ובסיסים ונוגד חומצה

חומצות ובסיסים וסטויכיומטריה

סעיף ב הוא רשות

סעיף א

הדירוג מהנמוך לגבוה: (2) < (1) < (3).

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

שאלה 12 · היסוד מימן ושימושיו

חמצון-חיזור, מבנה האטום ותכונות חומרים

סעיף ב הוא רשות

סעיף א

סעיף ב

X הוא טריטיום, T.

סעיף ג

סעיף ד

H2\text{H}_2H2​ מגיב כמחזר.

סעיף ה

כן, בתגובה (1) יש מעבר של אלקטרונים.

שאלה 13 · יוני תיוסולפט – חמצון-חיזור וסטויכיומטריה

חמצון-חיזור וסטויכיומטריה

סעיף ב הוא רשות

סעיף א

סעיף ב

עוברים 16 מול אלקטרונים.

סעיף ג

תוצר החמצון הוא SO2(g)\text{SO}_{2(g)}SO2(g)​.

סעיף ד

סעיף ה

שאלה 14 · תגובת מימן עם חמצן וחוק הס

אנרגייה

סעיף ה הוא רשות

סעיף א

עקומה B.

סעיף ב

היגד II נכון.

סעיף ג

ΔH2∘=−285.9 kJ\Delta H^\circ_2 = -285.9\ \text{kJ}ΔH2∘​=−285.9 kJ.

סעיף ד

סעיף ה

רוצים להשלים את חוויית הלמידה?

כל האתר במבט אחד

$\text{HClO}$ הוא מחמצן.

$\text{H}_2$ מגיב כמחזר.

תוצר החמצון הוא $\text{SO}_{2(g)}$ .

$\Delta H^\circ_2 = -285.9\ \text{kJ}$ .