בגרות בכימיה שאלון עיקרי 037381 - קיץ 2021

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

בחינת הבגרות בכימיה, שאלון עיקרי, קיץ 2021, 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 — 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) בפרק הראשון יש תשע שאלות. 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 הסעיפים לפי ההנחיות. (2) בפרק השני יש חמש שאלות. עליך לענות על שלוש מהן לפי ההנחיות בכל שאלה.
פרק ראשון (40 נקודות): ענה על כל השאלות 1-8. אם תענה נכון על שש שאלות לפחות, תקבל את מלוא 20 הנקודות (לכל שאלה — 3133\frac{1}{3}331​ נקודות). שאלה 9 (ניתוח קטע ממאמר מדעי) היא שאלת חובה — 20 נקודות.
פרק שני (60 נקודות): ענה על שלוש מן השאלות 10-14 לפי ההנחיות בכל שאלה (לכל שאלה — 20 נקודות).
הנחיות מיוחדות לשנה זו: בשנת תשפ"א (2021) הוקלו כללי המענה: בשאלות 1-8 די בשש תשובות נכונות (מתוך שמונה) לקבלת מלוא 20 הנקודות. בשאלה 9 ובכל אחת מן השאלות 10-14 יש סעיפי חובה וזוג סעיפי בחירה – עונים על אחד בלבד מכל זוג ("סעיף ... הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ...").

פרק ראשון

שאלה 1 · היערכות אלקטרונים של יון

רב-ברירה

מהי היערכות האלקטרונים של היון 12Mg2+_{12}\text{Mg}^{2+}12​Mg2+ ?

א.
2 , 8
ב.
2 , 6
ג.
2 , 8 , 2
ד.
2 , 8 , 4

◂ פתרון מלא לשאלה 1

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א – 2,8

לאטום מגנזיום 12 פרוטונים, ובאטום הנייטרלי 12 אלקטרונים: היערכות 2,8,2.
היון Mg2+\text{Mg}^{2+}Mg2+ נוצר כאשר האטום מוסר את שני אלקטרוני הערכיות שלו (מהרמה החיצונית), ולכן נותרים בו 12−2=1012-2=1012−2=10 אלקטרונים בהיערכות 2,8.
•ב (2,6) – 8 אלקטרונים בלבד; זו היערכות של אטום חמצן ולא של היון.
•ג (2,8,2) – זו היערכות האטום הנייטרלי Mg, לא היון.
•ד (2,8,4) – 14 אלקטרונים (היערכות של אטום סיליקון); ליון חיובי Mg2+\text{Mg}^{2+}Mg2+ יש פחות אלקטרונים מלאטום Mg (12), לא יותר.

שאלה 2 · זיהוי יסוד לפי מספר מסה ונויטרונים

רב-ברירה

מסמלים יסוד בסימול שרירותי A .
מספר המסה של אחד מאטומי היסוד A הוא 87 .
מספר הנויטרונים באטום זה הוא 49 .
מהו היון המתאים לאטום היסוד A ?

א.
$\text{A}^{2+}$
ב.
$\text{A}^{2-}$
ג.
$\text{A}^{+}$
ד.
$\text{A}^{3+}$

◂ פתרון מלא לשאלה 2

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א – A2+\text{A}^{2+}A2+

מספר הפרוטונים = מספר המסה − מספר הנויטרונים: 87−49=3887-49=3887−49=38.
היסוד שמספרו האטומי 38 הוא סטרונציום (Sr), הנמצא בטור 2 של הטבלה המחזורית (מתכת אלקלית עפרורית). בהיערכות האלקטרונים שלו 2 אלקטרוני ערכיות, והוא מוסר אותם ויוצר יון A2+\text{A}^{2+}A2+.
•ב – יון שלילי דו-מטעני נוצר מאל-מתכות בטור 6, לא ממתכת בטור 2.
•ג – יון חד-מטעני חיובי מתאים למתכות בטור 1 (למשל Rb, שמספרו האטומי 37).
•ד – יון תלת-מטעני חיובי מתאים ליסודות בטור 3 (למשל Al).
טעות נפוצה: לחשב 49 כמספר הפרוטונים או לבחור יסוד לפי מספר המסה 87 (Rb/Sr) בלי לחשב את המספר האטומי.

שאלה 3 · קוטביות מולקולות לפי מבנה מרחבי

רב-ברירה

בטבלה שלפניך מוצג מידע על המבנה המרחבי של ארבע מולקולות.
המולקולהCF4\text{CF}_4CF4​CH2Cl2\text{CH}_2\text{Cl}_2CH2​Cl2​C2F2\text{C}_2\text{F}_2C2​F2​HCN\text{HCN}HCN
המבנה המרחבי של המולקולהטטראדרטטראדרקוויתקווית
לפניך ארבעה צמדים של מולקולות. באיזה צמד שתי המולקולות הנתונות הן קוטביות?

המולקולה	$\text{CF}_4$	$\text{CH}_2\text{Cl}_2$	$\text{C}_2\text{F}_2$	$\text{HCN}$
המבנה המרחבי של המולקולה	טטראדר	טטראדר	קווית	קווית

א.
$\text{HCN}$ ו־ $\text{C}_2\text{F}_2$
ב.
$\text{HCN}$ ו־ $\text{CH}_2\text{Cl}_2$
ג.
$\text{CF}_4$ ו־ $\text{C}_2\text{F}_2$
ד.
$\text{CF}_4$ ו־ $\text{CH}_2\text{Cl}_2$

◂ פתרון מלא לשאלה 3

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – HCN\text{HCN}HCN ו־ CH2Cl2\text{CH}_2\text{Cl}_2CH2​Cl2​

מולקולה קוטבית היא מולקולה שבה פיזור המטען אינו סימטרי, כלומר מרכז המטען החלקי החיובי אינו מתלכד עם מרכז המטען החלקי השלילי.
- CF4\text{CF}_4CF4​ – ארבעה קשרים קוטביים C–F זהים בטטראדר סימטרי: הקוטביות מתקזזת, המולקולה אינה קוטבית.
- CH2Cl2\text{CH}_2\text{Cl}_2CH2​Cl2​ – טטראדר, אבל עם שני סוגי קשרים שונים (C–H ו־C–Cl, הפרש אלקטרושליליות שונה): פיזור המטען אינו סימטרי, המולקולה קוטבית.
- C2F2\text{C}_2\text{F}_2C2​F2​ – מבנה קווי סימטרי F–C≡C–F: שני הקשרים הקוטביים C–F מנוגדים בכיוונם ומתקזזים, המולקולה אינה קוטבית.
- HCN\text{HCN}HCN – מבנה קווי H–C≡N, אך הקצוות שונים (N אלקטרושלילי מ־H): המולקולה קוטבית.
לכן רק בצמד ב שתי המולקולות קוטביות. בצמדים א, ג, ד יש לפחות מולקולה אחת לא קוטבית (C2F2\text{C}_2\text{F}_2C2​F2​ או CF4\text{CF}_4CF4​).

שאלה 4 · תרכובת יונית מיסודות טור 1 וטור 6

רב-ברירה

האותיות X ו־ Y הן סמלים שרירותיים המייצגים שני יסודות הנמצאים בשורה השנייה או בשורה השלישית של הטבלה המחזורית.
היסוד X נמצא בטור 1 של הטבלה המחזורית.
היסוד Y נמצא בטור 6 של הטבלה המחזורית.
בתגובה בין היסודות X ו־ Y התקבלה תרכובת המתמוססת במים.
מבין ההיגדים א-ד, מהו ההיגד הנכון בנוגע לתרכובת זו?

א.
מצב הצבירה של התרכובת בטמפרטורת החדר הוא גז.
ב.
נוסחת התרכובת היא $\text{XY}_{2(s)}$ .
ג.
התמיסה המימית של התרכובת מוליכה חשמל.
ד.
בטמפרטורת החדר, התרכובת מורכבת ממולקולות שנוסחתן המולקולרית היא $\text{X}_2\text{Y}$ .

◂ פתרון מלא לשאלה 4

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – התמיסה המימית מוליכה חשמל

X הוא מתכת אלקלית (Li או Na) ו־Y הוא אל-מתכת מטור 6 (O או S). מתכת ואל-מתכת יוצרות תרכובת יונית: X מוסר אלקטרון אחד ויוצר X+\text{X}^{+}X+, Y קולט שני אלקטרונים ויוצר Y2−\text{Y}^{2-}Y2−; הנוסחה האמפירית X2Y\text{X}_2\text{Y}X2​Y (למשל Na2O\text{Na}_2\text{O}Na2​O).
בהמסה במים הסריג היוני מתפרק ונוצרים יונים מוקפי מים הנעים בתמיסה; יונים ניידים הם נושאי מטען, ולכן התמיסה מוליכה חשמל – היגד ג נכון.
•א – תרכובת יונית היא מוצק בטמפרטורת החדר (סריג יוני עם משיכות חזקות בין היונים), לא גז.
•ב – יחס היונים הוא 2:1 (X2Y\text{X}_2\text{Y}X2​Y), לא XY2\text{XY}_2XY2​.
•ד – תרכובת יונית אינה בנויה ממולקולות אלא מסריג של יונים; X2Y\text{X}_2\text{Y}X2​Y היא נוסחה אמפירית ולא מולקולרית.

שאלה 5 · תופעות המוסברות רק בכוחות ואן דר ואלס

רב-ברירה

לפניך טבלה ובה נתונים על שלושה חומרים.
שם החומרמצב צבירה בטמפרטורת החדר
2-פרופאנולנוזל
אצטוןנוזל
אוקטאןנוזל
לפניך ארבעה היגדים I-IV המתארים תופעות. כל ההיגדים נכונים.
I. טמפרטורת הרתיחה של 2-פרופאנול גבוהה מזו של אצטון.
II. טמפרטורת הרתיחה של אוקטאן גבוהה מזו של 2-פרופאנול.
III. 2-פרופאנול מתמוסס באוקטאן.
IV. אצטון מתמוסס במים.
אֵילו מן ההיגדים מתארים תופעות שאפשר להסביר על ידי אינטראקציות ואן־דר־ואלס בלבד?

שם החומר	מצב צבירה בטמפרטורת החדר
2-פרופאנול	נוזל
אצטון	נוזל
אוקטאן	נוזל

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

◂ פתרון מלא לשאלה 5

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – היגדים II ו־III

- I – ההבדל נובע מכך שבין מולקולות 2-פרופאנול (קבוצת O–H) נוצרים קשרי מימן, ובין מולקולות אצטון אין קשרי מימן (אין אטום H הקשור לאטום O). ענני האלקטרונים כמעט שווים בגודלם, כך שוואן דר ואלס אינו מסביר את ההבדל. ← לא בלבד ואן דר ואלס.
- II – אוקטאן (C8H18\text{C}_8\text{H}_{18}C8​H18​) הוא פחמימן שבין מולקולותיו פועלות רק אינטראקציות ואן דר ואלס, אך ענן האלקטרונים שלו גדול בהרבה (66 אלקטרונים לעומת 34 ב־2-פרופאנול) ושטח הפנים של המולקולה הארוכה גדול, ולכן ואן דר ואלס בין מולקולותיו חזקים מסך הכוחות בין מולקולות 2-פרופאנול. ← מוסבר בוואן דר ואלס בלבד.
- III – 2-פרופאנול מתמוסס באוקטאן: נוצרות אינטראקציות ואן דר ואלס בין החלק הפחמימני של 2-פרופאנול לבין מולקולות האוקטאן (אוקטאן אינו יכול ליצור קשרי מימן). ← ואן דר ואלס בלבד.
- IV – אצטון מתמוסס במים בזכות קשרי מימן בין אטום ה־O של האצטון לאטומי H של מולקולות המים. ← לא בלבד ואן דר ואלס.
לכן התשובה ב. אפשרויות א, ג, ד כוללות את I או את IV, שהסברם מחייב קשרי מימן.

שאלה 6 · השוואת מספר אטומים בדגימות

רב-ברירה

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

א.
2.56 גרם גופרית, $\text{S}_{8(s)}$ .
ב.
0.2 מול מולקולות פחמן דו־חמצני, $\text{CO}_{2(g)}$ .
ג.
1.6 גרם מתאן, $\text{CH}_{4(g)}$ .
ד.
0.1 מול מולקולות הקסאן, $\text{C}_6\text{H}_{14(l)}$ .

◂ פתרון מלא לשאלה 6

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – 0.1 מול הקסאן (2.0 מול אטומים)

נחשב לכל מדגם את מספר מולי האטומים (מספר האטומים יחסי למספר המולים):
א. 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​; n=mM=2.56 g256.8 g/mol=0.00997 moln=\frac{m}{M}=\frac{2.56\ \text{g}}{256.8\ \text{g/mol}}=0.00997\ \text{mol}n=Mm​=256.8 g/mol2.56 g​=0.00997 mol מולקולות; בכל מולקולה 8 אטומים: 8⋅0.00997=0.0798 mol8\cdot 0.00997=0.0798\ \text{mol}8⋅0.00997=0.0798 mol אטומים.
ב. בכל מולקולת CO2\text{CO}_2CO2​ שלושה אטומים: 3⋅0.2 mol=0.6 mol3\cdot 0.2\ \text{mol}=0.6\ \text{mol}3⋅0.2 mol=0.6 mol אטומים.
ג. M(CH4)=12.0+4⋅1.0=16.0 gmolM(\text{CH}_4)=12.0+4\cdot 1.0=16.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(CH4​)=12.0+4⋅1.0=16.0 molg​; n=1.6 g16.0 g/mol=0.1 moln=\frac{1.6\ \text{g}}{16.0\ \text{g/mol}}=0.1\ \text{mol}n=16.0 g/mol1.6 g​=0.1 mol; בכל מולקולה 5 אטומים: 0.5 mol0.5\ \text{mol}0.5 mol אטומים.
ד. בכל מולקולת C6H14\text{C}_6\text{H}_{14}C6​H14​ יש 6+14=206+14=206+14=20 אטומים: 20⋅0.1 mol=2.0 mol20\cdot 0.1\ \text{mol}=2.0\ \text{mol}20⋅0.1 mol=2.0 mol אטומים.
המספר הגדול ביותר – במדגם ד: 2.0 mol⋅6.02×1023 1mol=1.2×10242.0\ \text{mol}\cdot 6.02\times 10^{23}\ \frac{1}{\text{mol}}=1.2\times 10^{24}2.0 mol⋅6.02×1023 mol1​=1.2×1024 אטומים.

שאלה 7 · נפח בסיס הדרוש לסתירת חומצות

רב-ברירה

בארבעה ניסויים נפרדים הוסיפו תמיסת NaOH(aq)\text{NaOH}_{(aq)}NaOH(aq)​ בריכוז 0.1M לארבע תמיסות של חומצות שונות.
לאיזו תמיסה מבין התמיסות א-ד יש להוסיף את הנפח הגדול ביותר של תמיסת NaOH(aq)\text{NaOH}_{(aq)}NaOH(aq)​ כדי להגיע לסתירה מלאה של תמיסת החומצה?

א.
10 מ"ל תמיסת $\text{HCl}_{(aq)}$ בריכוז 0.1M .
ב.
10 מ"ל תמיסת $\text{HNO}_{3(aq)}$ בריכוז 0.2M .
ג.
10 מ"ל תמיסת $\text{H}_2\text{SO}_{4(aq)}$ בריכוז 0.2M .
ד.
10 מ"ל תמיסת $\text{HBr}_{(aq)}$ בריכוז 0.3M .

◂ פתרון מלא לשאלה 7

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4H2​SO4​ (40 מ"ל)

בסתירה מלאה: 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)​, כלומר n(OH−)=n(H3O+)n(\text{OH}^-)=n(\text{H}_3\text{O}^+)n(OH−)=n(H3​O+). ככל שבתמיסת החומצה יש יותר מולים של יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+ (שיכולים להיווצר), יש להוסיף נפח גדול יותר של NaOH\text{NaOH}NaOH.
n(H3O+)=C⋅V⋅(מספר יוני H3O+ ממולקולה)n(\text{H}_3\text{O}^+)=C\cdot V\cdot(\text{מספר יוני H}_3\text{O}^+\text{ ממולקולה})n(H3​O+)=C⋅V⋅(מספר יוני H3​O+ ממולקולה):
•א: 0.1 M⋅0.010 L=0.001 mol0.1\ \text{M}\cdot 0.010\ \text{L}=0.001\ \text{mol}0.1 M⋅0.010 L=0.001 mol ← V(NaOH)=0.001 mol0.1 mol/L=0.010 L=10 mLV(\text{NaOH})=\frac{0.001\ \text{mol}}{0.1\ \text{mol/L}}=0.010\ \text{L}=10\ \text{mL}V(NaOH)=0.1 mol/L0.001 mol​=0.010 L=10 mL
•ב: 0.2 M⋅0.010 L=0.002 mol0.2\ \text{M}\cdot 0.010\ \text{L}=0.002\ \text{mol}0.2 M⋅0.010 L=0.002 mol ← 20 mL20\ \text{mL}20 mL
•ג: H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4H2​SO4​ היא חומצה דו-פרוטית: 2⋅0.2 M⋅0.010 L=0.004 mol2\cdot 0.2\ \text{M}\cdot 0.010\ \text{L}=0.004\ \text{mol}2⋅0.2 M⋅0.010 L=0.004 mol ← 40 mL40\ \text{mL}40 mL
•ד: 0.3 M⋅0.010 L=0.003 mol0.3\ \text{M}\cdot 0.010\ \text{L}=0.003\ \text{mol}0.3 M⋅0.010 L=0.003 mol ← 30 mL30\ \text{mL}30 mL
הנפח הגדול ביותר – בתמיסה ג.
טעות נפוצה: לבחור ב־ד (הריכוז הגבוה ביותר) בלי להתחשב בכך ש־H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4H2​SO4​ מוסרת שני פרוטונים.

שאלה 8 · דרגות חמצון של כלור – רק חיזור

רב-ברירה

התרכובות א-ד מכילות אטומי כלור.
באיזו תרכובת אטומי הכלור יוכלו לעבור רק תהליך חיזור?

א.
$\text{HCl}_{(g)}$
ב.
$\text{HClO}_{(g)}$
ג.
$\text{HClO}_{4(g)}$
ד.
$\text{ClF}_{(g)}$

◂ פתרון מלא לשאלה 8

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – HClO4\text{HClO}_4HClO4​ (דרגת חמצון +7)

אטום יכול לעבור רק חיזור (קליטת אלקטרונים, ירידה בדרגת החמצון) כאשר הוא נמצא בדרגת החמצון המרבית האפשרית לו. לכלור (7 אלקטרוני ערכיות) דרגת החמצון המרבית היא +7 והמזערית −1.
•א: HCl\text{HCl}HCl – H: +1, לכן Cl: −1 (המזערית) – יכול לעבור רק חמצון.
•ב: HClO\text{HClO}HClO – H: +1, O: −2, לכן Cl: +1 – יכול לעבור גם חמצון וגם חיזור.
•ג: HClO4\text{HClO}_4HClO4​ – +1+x+4(−2)=0+1+x+4(-2)=0+1+x+4(−2)=0 ← Cl: +7 (המרבית) – יכול לעבור רק חיזור.
•ד: ClF\text{ClF}ClF – F (אלקטרושלילי יותר) −1, לכן Cl: +1 – גם חמצון וגם חיזור.

שאלה 9 · מאמר: חומרי ניקוי ביתיים – אסור לערבב

שאלת מאמר

קרא את הקטע שלפניך, וענה על הסעיפים א-ח שאחריו לפי ההנחיות (שאלת חובה — 20 נקודות).
חומרי ניקוי ביתיים: כדאי לנקות, אסור לערבב!
התפשטות נגיף הקורונה בעולם גרמה לעלייה בשימוש בחומרי ניקוי וחיטוי כדי למנוע את הישרדות הנגיף על פני משטחים.
בשוק יש כמה סוגים של מוצרי ניקוי וחיטוי לשימוש ביתי:
אקונומיקה — שם מסחרי של תמיסה מימית של נתרן היפוכלוריט, NaOCl(aq)\text{NaOCl}_{(aq)}NaOCl(aq)​ . התמיסה מכילה גם HOCl(aq)\text{HOCl}_{(aq)}HOCl(aq)​ הנוצר בעת ההמסה במים של נתרן היפוכלוריט מוצק.
תמיסת אמוניה — מתקבלת על ידי המסת גז אמוניה, NH3(g)\text{NH}_{3(g)}NH3(g)​ , במים. התמיסה משמשת בדרך כלל לניקוי זכוכית, חרסינה ונירוסטה, ולהסרת שכבות שומן מתנורים.
סודה קאוסטית — שם מסחרי של נתרן הידרוקסידי מוצק, NaOH(s)\text{NaOH}_{(s)}NaOH(s)​ . תמיסה מימית של נתרן הידרוקסידי משמשת, בין השאר, להסרת שכבות שומן מתנורים.
תמיסת חומצה כלורית — מתקבלת מהמסת הגז מימן כלורי, HCl(g)\text{HCl}_{(g)}HCl(g)​ , במים. תמיסה זו משמשת בתרסיסים לניקוי חדרי אמבט.
תמיסות המכילות את הכוהל אתאנול, C2H5OH(aq)\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(aq)}C2​H5​OH(aq)​ , בריכוזים שונים משמשות לניקוי משטחים, בעיקר משטחי זכוכית. אחרי ניקוי המשטח, הכוהל מתנדף במהירות ובצורה אחידה בלי להשאיר סימנים על המשטח.
אם משתמשים בכל אחד מן החומרים האלה בנפרד ועל פי ההוראות, הם יכולים להיות יעילים (גם אם הם עצמם רעילים). אבל אם מערבבים חומרי ניקוי זה עם זה, לא רק שנוצר חומר שאינו יעיל, אלא שהערבוב עלול לגרום לפליטת רעלים מסוכנים.
לדוגמה:
•ערבוב של תמיסת אקונומיקה עם תרסיס לניקוי חדרי אמבט, גורם להיווצרות הגז הרעיל כלור, Cl2(g)\text{Cl}_{2(g)}Cl2(g)​ , לפי תגובה (1):
(1)HOCl(aq)+H3O(aq)++Cl(aq)−⟶Cl2(g)+2H2O(l)(1)\quad \text{HOCl}_{(aq)}+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}+\text{Cl}^{-}_{(aq)}\longrightarrow \text{Cl}_{2(g)}+2\text{H}_2\text{O}_{(l)}(1)HOCl(aq)​+H3​O(aq)+​+Cl(aq)−​⟶Cl2(g)​+2H2​O(l)​
•ערבוב של אקונומיקה עם תמיסת אמוניה עלול לגרום להיווצרות אמין כלורי, NH2Cl(g)\text{NH}_2\text{Cl}_{(g)}NH2​Cl(g)​ , שגורם לפגיעה בעיניים ובמערכת הנשימה.
•ערבוב של אקונומיקה עם אתאנול עלול לגרום להיווצרות החומר הרעיל כלורופורם, CHCl3(l)\text{CHCl}_{3(l)}CHCl3(l)​ .
•ערבוב של תרסיס לניקוי חדרי אמבט עם סודה קאוסטית אינו גורם להיווצרות חומרים מסוכנים, אולם בתגובה זו נפלטת אנרגייה. אם בתערובת שבה התרחשה התגובה נוכחים חומרים רעילים (מערבוב חומרי ניקוי אחרים), האנרגייה הנפלטת גורמת לתנועה מוגברת של מולקולות חומרים רעילים אלה ולהתפשטותם כגז לאוויר.
מה צריך לעשות אם מערבבים בטעות חומרי ניקוי זה עם זה?
יש לדלל מייד את התערובת על ידי הוספת הרבה מים בטמפרטורת החדר, לאוורר את החדר ולצאת ממנו. אסור לנסות לנטרל את התערובת באמצעות הוספת חומרים אחרים.
מעובד על פי: Bradley, David, Why is mixing cleaning chemicals such a bad idea? *Chemistry World*, 23 April 2020
ענה על הסעיפים א, ב, ג, ד, ז, ח, ועל אחד מן הסעיפים ה או ו.

א.

באקונומיקה של אחד היצרנים בארץ יש 30 גרם נתרן היפוכלוריט, NaOCl(s)\text{NaOCl}_{(s)}NaOCl(s)​ , ב־ 1 ליטר תמיסה.
מהו הריכוז המולרי של נתרן היפוכלוריט בתמיסת האקונומיקה? פרט את חישוביך.

ב.

כל חומרי החיטוי המוזכרים בקטע שקראת מתמוססים במים.
נסח את תהליכי ההמסה במים של אמוניה, NH3(g)\text{NH}_{3(g)}NH3(g)​ , נתרן הידרוקסידי, NaOH(s)\text{NaOH}_{(s)}NaOH(s)​ , ומימן כלורי, HCl(g)\text{HCl}_{(g)}HCl(g)​ .

ג.

ציין אם ה־ pH של כל אחת מן התמיסות המתקבלות בסעיף ב יהיה קטן, גדול, או שווה ל־ 7 .

ד.

התגובה המתרחשת בין תמיסת אקונומיקה ובין תרסיס לניקוי חדרי אמבט, תגובה (1), היא תגובת חמצון-חיזור.
(1)HOCl(aq)+H3O(aq)++Cl(aq)−⟶Cl2(g)+2H2O(l)(1)\quad \text{HOCl}_{(aq)}+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}+\text{Cl}^{-}_{(aq)}\longrightarrow \text{Cl}_{2(g)}+2\text{H}_2\text{O}_{(l)}(1)HOCl(aq)​+H3​O(aq)+​+Cl(aq)−​⟶Cl2(g)​+2H2​O(l)​
קבע מהו המחמצן ומהו המחזר בתגובה (1) .

ה.

סעיף ה הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ו.

(i)

טמפרטורת הרתיחה של אתאנול, C2H5OH(l)\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(l)}C2​H5​OH(l)​ , היא 78∘C78^\circ\text{C}78∘C ואילו טמפרטורת הרתיחה של אמוניה, NH3(l)\text{NH}_{3(l)}NH3(l)​ , היא −33∘C-33^\circ\text{C}−33∘C .
מדוע טמפרטורת הרתיחה של אתאנול גבוהה מטמפרטורת הרתיחה של אמוניה? בתשובתך התייחס לכל סוגי הכוחות הפועלים בין המולקולות בכל אחת משתי התרכובות.

(ii)

כלורופורם, CHCl3(l)\text{CHCl}_{3(l)}CHCl3(l)​ , מתמוסס היטב באתאנול.
נסח את תהליך ההמסה של כלורופורם באתאנול.

ו.

סעיף ו הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ה.
התבסס על הקטע וענה על התת־סעיפים i-ii :

(i)

רשום ניסוח נטו לתגובה המתרחשת בעת ערבוב תרסיס לניקוי חדרי אמבט עם תמיסת סודה קאוסטית.

(ii)

קבע מהו הסימן של ΔH0\Delta H^0ΔH0 עבור התגובה שניסחת בתת־סעיף i . נמק את קביעתך על פי הקטע.

ז.

לפניך ציטוט מן הקטע: "תמיסות המכילות את הכוהל אתאנול, C2H5OH(aq)\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(aq)}C2​H5​OH(aq)​ , בריכוזים שונים משמשות לניקוי משטחים, בעיקר משטחי זכוכית. אחרי ניקוי המשטח, הכוהל מתנדף במהירות ובצורה אחידה בלי להשאיר סימנים על המשטח".
נסח את התהליך המתואר בציטוט מן הקטע.

ח.

הסבר מדוע לאחר ערבוב חומרי ניקוי בטעות, צריך לדלל את התמיסה במים בטמפרטורת החדר ולא לדלל במים חמים.

◂ פתרון מלא לשאלה 9

סעיף א

תשובה:

C≈0.40 MC\approx 0.40\ \text{M}C≈0.40 M (0.403 mol/L0.403\ \text{mol/L}0.403 mol/L)

מסה מולרית: M(NaOCl)=23.0+16.0+35.5=74.5 gmolM(\text{NaOCl})=23.0+16.0+35.5=74.5\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(NaOCl)=23.0+16.0+35.5=74.5 molg​
מספר המולים: n=mM=30 g74.5 g/mol=0.403 moln=\frac{m}{M}=\frac{30\ \text{g}}{74.5\ \text{g/mol}}=0.403\ \text{mol}n=Mm​=74.5 g/mol30 g​=0.403 mol
ריכוז: C=nV=0.403 mol1 L=0.403 molL≈0.40 MC=\frac{n}{V}=\frac{0.403\ \text{mol}}{1\ \text{L}}=0.403\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\approx 0.40\ \text{M}C=Vn​=1 L0.403 mol​=0.403 Lmol​≈0.40 M

סעיף ב

תשובה:

NH3(g)→H2O(l)NH3(aq)\text{NH}_{3(g)}\xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}}\text{NH}_{3(aq)}NH3(g)​H2​O(l)​​NH3(aq)​ (ואז NH3(aq)+H2O(l)→NH4+(aq)+OH(aq)−\text{NH}_{3(aq)}+\text{H}_2\text{O}_{(l)}\rightarrow\text{NH}_4^{+}{}_{(aq)}+\text{OH}^{-}_{(aq)}NH3(aq)​+H2​O(l)​→NH4+​(aq)​+OH(aq)−​); NaOH(s)→H2O(l)Na(aq)++OH(aq)−\text{NaOH}_{(s)}\xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}}\text{Na}^{+}_{(aq)}+\text{OH}^{-}_{(aq)}NaOH(s)​H2​O(l)​​Na(aq)+​+OH(aq)−​; HCl(g)+H2O(l)→H3O(aq)++Cl(aq)−\text{HCl}_{(g)}+\text{H}_2\text{O}_{(l)}\rightarrow\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}+\text{Cl}^{-}_{(aq)}HCl(g)​+H2​O(l)​→H3​O(aq)+​+Cl(aq)−​

אמוניה – חומר מולקולרי; המולקולות מתפזרות בין מולקולות המים (נוצרים קשרי מימן עם המים):
NH3(g)→H2O(l)NH3(aq)\text{NH}_{3(g)}\xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}}\text{NH}_{3(aq)}NH3(g)​H2​O(l)​​NH3(aq)​
חלק מהמולקולות מגיבות עם המים כבסיס: 
NH3(aq)+H2O(l)→NH4+(aq)+OH(aq)−\text{NH}_{3(aq)}+\text{H}_2\text{O}_{(l)}\rightarrow\text{NH}_4^{+}{}_{(aq)}+\text{OH}^{-}_{(aq)}NH3(aq)​+H2​O(l)​→NH4+​(aq)​+OH(aq)−​
נתרן הידרוקסידי – מוצק יוני; בהמסה הסריג מתפרק והיונים מוקפים במולקולות מים:
NaOH(s)→H2O(l)Na(aq)++OH(aq)−\text{NaOH}_{(s)}\xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}}\text{Na}^{+}_{(aq)}+\text{OH}^{-}_{(aq)}NaOH(s)​H2​O(l)​​Na(aq)+​+OH(aq)−​
מימן כלורי – חומר מולקולרי שמגיב עם המים כחומצה (מוסר פרוטון למולקולת מים):
HCl(g)+H2O(l)→H3O(aq)++Cl(aq)−\text{HCl}_{(g)}+\text{H}_2\text{O}_{(l)}\rightarrow\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}+\text{Cl}^{-}_{(aq)}HCl(g)​+H2​O(l)​→H3​O(aq)+​+Cl(aq)−​

סעיף ג

תשובה:

תמיסת אמוניה: pH > 7; תמיסת NaOH: pH > 7; תמיסת HCl: pH < 7

•תמיסת אמוניה – בתגובת האמוניה עם המים נוצרים יוני OH(aq)−\text{OH}^-_{(aq)}OH(aq)−​, ולכן [OH−]>[H3O+][\text{OH}^-]>[\text{H}_3\text{O}^+][OH−]>[H3​O+] והתמיסה בסיסית: pH > 7.
•תמיסת נתרן הידרוקסידי – בהמסה משתחררים יוני OH(aq)−\text{OH}^-_{(aq)}OH(aq)−​: התמיסה בסיסית, pH > 7.
•תמיסת מימן כלורי (חומצה כלורית) – נוצרים יוני H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^+_{(aq)}H3​O(aq)+​: התמיסה חומצית, pH < 7.

סעיף ד

תשובה:

מחמצן: HOCl(aq)\text{HOCl}_{(aq)}HOCl(aq)​; מחזר: Cl(aq)−\text{Cl}^{-}_{(aq)}Cl(aq)−​

נקבע דרגות חמצון של הכלור:
•ב־HOCl\text{HOCl}HOCl: H = +1, O = −2 ← Cl = +1; ב־Cl2\text{Cl}_2Cl2​: 0. דרגת החמצון יורדת – הכלור שב־HOCl\text{HOCl}HOCl קולט אלקטרון (עובר חיזור), ולכן HOCl\text{HOCl}HOCl הוא המחמצן.
•ב־Cl−\text{Cl}^-Cl−: −1; ב־Cl2\text{Cl}_2Cl2​: 0. דרגת החמצון עולה – היון מוסר אלקטרון (עובר חמצון), ולכן Cl−\text{Cl}^-Cl− הוא המחזר.
דרגות החמצון של H (+1) ושל O (−2) אינן משתנות; H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+ אינו מחמצן ואינו מחזר.

סעיף ה

(i)

תשובה:

בשני החומרים פועלים קשרי מימן ואינטראקציות ואן דר ואלס; באתאנול ענן האלקטרונים גדול יותר (ואן דר ואלס חזקים יותר) וקשרי המימן (O–H···O) חזקים יותר, ולכן נדרשת יותר אנרגייה לרתיחה.

ברתיחה של חומר מולקולרי מתגברים על הכוחות בין המולקולות.
- אמוניה: בין המולקולות פועלים קשרי מימן (אטום H הקשור לאטום N, ליצירת קשר עם זוג אלקטרונים לא קושר על N של מולקולה שכנה) ואינטראקציות ואן דר ואלס. ענן האלקטרונים קטן (10 אלקטרונים).
- אתאנול: בין המולקולות פועלים קשרי מימן (דרך קבוצת O–H) ואינטראקציות ואן דר ואלס. ענן האלקטרונים גדול בהרבה (26 אלקטרונים) ושטח הפנים גדול יותר.
לכן: אינטראקציות ואן דר ואלס בין מולקולות אתאנול חזקות מאלה שבין מולקולות אמוניה (ענן אלקטרונים גדול יותר). בנוסף, O אלקטרושלילי יותר מ־N (3.5 לעומת 3.0), כך שהקשר O–H קוטבי יותר וקשרי המימן בין מולקולות אתאנול חזקים יותר.
סך הכוחות בין מולקולות אתאנול חזק יותר, נדרשת יותר אנרגייה כדי להפריד ביניהן, ולכן טמפרטורת הרתיחה של אתאנול גבוהה יותר.

(ii)

תשובה:

CHCl3(l)→C2H5OH(l)CHCl3(C2H5OH)\text{CHCl}_{3(l)}\xrightarrow{\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(l)}}\text{CHCl}_{3(\text{C}_2\text{H}_5\text{OH})}CHCl3(l)​C2​H5​OH(l)​​CHCl3(C2​H5​OH)​

כלורופורם הוא חומר מולקולרי; בהמסה המולקולות שלו מתפזרות בין מולקולות האתאנול (בלי להתפרק ליונים) ונוצרות אינטראקציות בין המולקולות (ואן דר ואלס, ודו-קוטב – כלורופורם קוטבי):
CHCl3(l)→C2H5OH(l)CHCl3(C2H5OH)\text{CHCl}_{3(l)}\xrightarrow{\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(l)}}\text{CHCl}_{3(\text{C}_2\text{H}_5\text{OH})}CHCl3(l)​C2​H5​OH(l)​​CHCl3(C2​H5​OH)​
הממס (אתאנול) רשום מעל החץ, ומצב הצבירה של התוצר מציין שהכלורופורם נמצא בתמיסה באתאנול.

סעיף ו

(i)

תשובה:

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

התרסיס הוא תמיסה חומצית (מכילה H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^+_{(aq)}H3​O(aq)+​ ו־Cl(aq)−\text{Cl}^-_{(aq)}Cl(aq)−​) ותמיסת הסודה הקאוסטית בסיסית (מכילה Na(aq)+\text{Na}^+_{(aq)}Na(aq)+​ ו־OH(aq)−\text{OH}^-_{(aq)}OH(aq)−​). מתרחשת תגובת סתירה; היונים Na+\text{Na}^+Na+ ו־Cl−\text{Cl}^-Cl− הם יונים צופים 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}_{(l)}H3​O(aq)+​+OH(aq)−​→2H2​O(l)​

(ii)

תשובה:

ΔH0<0\Delta H^0<0ΔH0<0 – לפי הקטע "בתגובה זו נפלטת אנרגייה"; התגובה אקסותרמית.

ΔH0<0\Delta H^0<0ΔH0<0. בקטע נכתב שבערבוב תרסיס לניקוי חדרי אמבט עם סודה קאוסטית "נפלטת אנרגייה". תגובה שבה נפלטת אנרגייה לסביבה היא תגובה אקסותרמית – האנתלפייה של התוצרים נמוכה מזו של המגיבים, ולכן שינוי האנתלפייה שלילי.

סעיף ז

תשובה:

C2H5OH(aq)→C2H5OH(g)\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(aq)}\rightarrow\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(g)}C2​H5​OH(aq)​→C2​H5​OH(g)​ (התנדפות האתאנול)

התהליך המתואר הוא התנדפות הכוהל – מעבר האתאנול מהתמיסה (מצב נוזלי) למצב גז; המולקולות נשארות שלמות ורק מתרחקות זו מזו ומהמים:
C2H5OH(aq)→C2H5OH(g)\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(aq)}\rightarrow\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(g)}C2​H5​OH(aq)​→C2​H5​OH(g)​
(ניסוח של התנדפות אתאנול נוזלי, C2H5OH(l)→C2H5OH(g)\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(l)}\rightarrow\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(g)}C2​H5​OH(l)​→C2​H5​OH(g)​, מתאר את אותו תהליך.)

סעיף ח

תשובה:

במים חמים הטמפרטורה עולה, האנרגייה הקינטית של המולקולות גדלה, והחומרים הרעילים מתנדפים ומתפשטים לאוויר מהר יותר (וגם התגובות היוצרות אותם מואצות).

דילול במים בטמפרטורת החדר מוריד את ריכוז החומרים בתערובת בלי להוסיף לה אנרגייה.
אם מדללים במים חמים, הטמפרטורה של התערובת עולה: המהירות הממוצעת (האנרגייה הקינטית) של המולקולות גדלה, וכך – בדומה למה שמתואר בקטע לגבי האנרגייה הנפלטת בתגובת הסתירה – גוברת תנועת מולקולות החומרים הרעילים (כגון Cl2\text{Cl}_2Cl2​, NH2Cl\text{NH}_2\text{Cl}NH2​Cl, CHCl3\text{CHCl}_3CHCl3​) ויותר מהן עוברות למצב גז ומתפשטות לאוויר החדר.
בנוסף, העלאת הטמפרטורה מגבירה את קצב התגובות שבהן נוצרים החומרים הרעילים, וגזים (כגון כלור) מתמוססים פחות במים חמים, כך שהם נפלטים מהתמיסה ביתר קלות.

פרק שני

שאלה 10 · שמן חוחובה וחומצות שומן

שאלה פתוחה

שימו לב: חלק מהשאלה לא במיקוד תשפ"ז

השאלה כולה עוסקת בכימיה של מזון (חומצות שומן, ייצוג מקוצר, cis/trans, הידרוגנציה, טריגליצרידים) – פרק שהוצא כולו מן המיקוד של 2027.

כימיה של מזון
ענה על הסעיפים א, ב, ג, ד, ו, ז, ועל אחד מן הסעיפים ה או ח.
שמן חוחובה מופק מזרעי שיח החוחובה ומשמש בעיקר להכנת מוצרים קוסמטיים. שמן החוחובה אינו מכיל טריגליצרידים.
חומצות השומן בשמן חוחובה מופיעות במבנה מיוחד, כמתואר בייצוג המקוצר לנוסחת המבנה של מולקולה (1).
לפניך ייצוג מקוצר לנוסחאות המבנה של שתי מולקולות המצויות בשמנים שונים:

א.

רשום את הקבוצות הפונקציונליות בכל אחת מן המולקולות (1) ו־ (2).

ב.

הרכב השמן בזרע החוחובה תלוי באזור הגידול שלו. הטבלה שלפניך מציגה את חומצות השומן העיקריות שמרכיבות את שמן החוחובה המופק מזרעי החוחובה מאזור מסוים במקסיקו.
חומצת השומןרישום מקוצר של חומצת השומןאחוז מכלל חומצות השומן
חומצה פָלמיטיתC16:08.1%
חומצה אוֹליאיתC18:1ω9cis19.7%
חומצה גוֹנדואיתC20:1ω9cis60.6%
חומצה אֶרוּסיתC22:1ω9cis10.1%
חומצות שומן אחרות1.5%
רשום ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של מולקולת חומצה גונדואית וייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של מולקולת חומצה פלמיטית.

חומצת השומן	רישום מקוצר של חומצת השומן	אחוז מכלל חומצות השומן
חומצה פָלמיטית	C16:0	8.1%
חומצה אוֹליאית	C18:1ω9cis	19.7%
חומצה גוֹנדואית	C20:1ω9cis	60.6%
חומצה אֶרוּסית	C22:1ω9cis	10.1%
חומצות שומן אחרות		1.5%

ג.

כמה מול חומצה גונדואית, C19H37COOH(l)\text{C}_{19}\text{H}_{37}\text{COOH}_{(l)}C19​H37​COOH(l)​ , אפשר להפיק מ־ 100 גרם חומצות שומן בשמן חוחובה?
היעזר בנתוני הטבלה.

ד.

שמן חוחובה מסוג אחר מכיל חומצה אֶלָאידית. חומצה אלאידית היא חומצת שומן אומגה 9 והיא איזומר של חומצה אוליאית.
רשום ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של מולקולת חומצה אלאידית.

ה.

סעיף ה הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ח.
טמפרטורת ההיתוך של חומצה אלאידית גבוהה מטמפרטורת ההיתוך של חומצה אוליאית. הסבר מדוע.

ו.

השמן שמופק מזרעים של שיחי חוחובה שגדלים בנגב, מכיל אחוז גבוה יותר של חומצות שומן רוויות. אחת מהן היא חומצה ארכידית.
נתון ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של מולקולת חומצה ארכידית:
כתוב רישום מקוצר של חומצה ארכידית.

ז.

אפשר לקבל חומצה ארכידית מאחת החומצות המוצגות בטבלה בתהליך הידרוגנציה.
קבע איזו חומצה מתאימה לקבלת חומצה ארכידית. הסבר את קביעתך.

ח.

סעיף ח הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ה.
אחת הדרכים להפקת שמן חוחובה היא הוספת הקסאן, C6H14(l)\text{C}_6\text{H}_{14(l)}C6​H14(l)​ , לזרעים גרוסים וניעורם.
שמן חוחובה מתמוסס היטב בהקסאן, C6H14(l)\text{C}_6\text{H}_{14(l)}C6​H14(l)​ . הסבר מדוע.

◂ פתרון מלא לשאלה 10

סעיף א

תשובה:

מולקולה (1): קבוצת אסטר אחת ושני קשרים כפולים C=C (אלקן). מולקולה (2): שלוש קבוצות אסטר.

- מולקולה (1): קבוצה פונקציונלית אסטר אחת, −COO−-\text{COO}-−COO− (אטום C הקשור בקשר כפול לאטום O ובקשר יחיד לאטום O נוסף הקשור לשרשרת פחמנית), וכן שני קשרים כפולים C=C (קבוצת אלקן), אחד בכל שרשרת.
- מולקולה (2): שלוש קבוצות אסטר (זהו טריגליצריד – טריאסטר של גליצרול ושלוש חומצות שומן רוויות); אין בה קשרים כפולים בין אטומי פחמן.

סעיף ב

תשובה:

חומצה גונדואית: שרשרת של 20 אטומי C עם קבוצת COOH, קשר כפול cis בין C11 ל־C12 (C9–C10 מצד ω). חומצה פלמיטית: שרשרת רוויה של 16 אטומי C עם קבוצת COOH.

חומצה גונדואית, C20:1ω9cis – 20 אטומי פחמן (כולל פחמן הקבוצה הקרבוקסילית), קשר כפול אחד. ω9: הקשר הכפול מתחיל באטום הפחמן התשיעי כשסופרים מקצה המתיל (קצה ω), כלומר בין אטומים 9 ו־10 מקצה ω = בין אטומים 11 ו־12 מצד הקבוצה הקרבוקסילית. cis: שני חלקי השרשרת נמצאים באותו צד של הקשר הכפול (השרשרת "מתכופפת").
חומצה פלמיטית, C16:0 – שרשרת רוויה (ללא קשרים כפולים) של 16 אטומי פחמן שבקצה אחד שלה קבוצה קרבוקסילית COOH:
בייצוג מקוצר כל קודקוד וכל קצה קו מייצגים אטום פחמן; אטומי המימן הקשורים לפחמן אינם נרשמים, אבל אטומי O ו־H של הקבוצה הקרבוקסילית נרשמים.

סעיף ג

תשובה:

n≈0.196 moln\approx 0.196\ \text{mol}n≈0.196 mol

לפי הטבלה, 60.6% מכלל חומצות השומן הן חומצה גונדואית:
m=100 g⋅60.6100=60.6 gm=100\ \text{g}\cdot\frac{60.6}{100}=60.6\ \text{g}m=100 g⋅10060.6​=60.6 g
נוסחה מולקולרית C20H38O2\text{C}_{20}\text{H}_{38}\text{O}_2C20​H38​O2​: M=20⋅12.0+38⋅1.0+2⋅16.0=310 gmolM=20\cdot 12.0+38\cdot 1.0+2\cdot 16.0=310\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M=20⋅12.0+38⋅1.0+2⋅16.0=310 molg​
n=mM=60.6 g310 g/mol=0.1955 mol≈0.196 moln=\frac{m}{M}=\frac{60.6\ \text{g}}{310\ \text{g/mol}}=0.1955\ \text{mol}\approx 0.196\ \text{mol}n=Mm​=310 g/mol60.6 g​=0.1955 mol≈0.196 mol

סעיף ד

תשובה:

C18:1ω9trans – שרשרת של 18 אטומי C עם COOH, קשר כפול trans בין C9 ל־C10.

חומצה אוליאית היא C18:1ω9cis. האיזומר שלה, שהוא גם חומצת אומגה 9, הוא האיזומר הגאומטרי trans: חומצה אלאידית היא C18:1ω9trans.
18 אטומי פחמן; הקשר הכפול בין אטומים 9 ו־10 מקצה ω (ובאותו מקום גם מצד הקבוצה הקרבוקסילית, כי 18−9=918-9=918−9=9); שני חלקי השרשרת נמצאים בצדדים מנוגדים של הקשר הכפול, ולכן השרשרת כמעט ישרה:

סעיף ה

תשובה:

בחומצה אלאידית (trans) השרשרת ישרה, המולקולות נארזות צפוף ושטח המגע ביניהן גדול – אינטראקציות ואן דר ואלס חזקות יותר; בחומצה אוליאית (cis) יש "כיפוף" שמונע אריזה צפופה.

לשתי החומצות אותה נוסחה מולקולרית (C18H34O2\text{C}_{18}\text{H}_{34}\text{O}_2C18​H34​O2​), כלומר ענני אלקטרונים שווים בגודלם, ואותה קבוצה קרבוקסילית (אותם קשרי מימן). ההבדל הוא בצורת המולקולה:
•בחומצה אלאידית (trans) השרשרת כמעט ישרה, ולכן המולקולות יכולות להיארז צפוף זו ליד זו ושטח המגע ביניהן גדול – אינטראקציות ואן דר ואלס חזקות יותר.
•בחומצה אוליאית (cis) יש "כיפוף" בשרשרת באזור הקשר הכפול, האריזה פחות צפופה ושטח המגע בין המולקולות קטן – אינטראקציות ואן דר ואלס חלשות יותר.
כדי להתיך את החומצה האלאידית יש להשקיע יותר אנרגייה, ולכן טמפרטורת ההיתוך שלה גבוהה יותר.

סעיף ו

תשובה:

C20:0

בשרשרת 20 אטומי פחמן (כולל פחמן הקבוצה הקרבוקסילית) ואין בה קשרים כפולים בין אטומי פחמן (חומצת שומן רוויה). לכן הרישום המקוצר הוא C20:0.

סעיף ז

תשובה:

חומצה גונדואית (C20:1ω9cis).

בהידרוגנציה מוסיפים מימן (H2\text{H}_2H2​) לקשר הכפול C=C, והוא הופך לקשר יחיד. מספר אטומי הפחמן בשרשרת אינו משתנה; רק מספר הקשרים הכפולים יורד.
חומצה ארכידית היא C20:0, ולכן יש להתחיל מחומצה בעלת 20 אטומי פחמן וקשר כפול – חומצה גונדואית, C20:1:
C19H37COOH+H2→C19H39COOH\text{C}_{19}\text{H}_{37}\text{COOH}+\text{H}_2\rightarrow\text{C}_{19}\text{H}_{39}\text{COOH}C19​H37​COOH+H2​→C19​H39​COOH
(חומצה פלמיטית כבר רוויה ויש לה 16 אטומי פחמן; אוליאית וארוסית הן בעלות 18 ו־22 אטומי פחמן.)

סעיף ח

תשובה:

מולקולות שמן החוחובה בנויות בעיקר משרשרות פחמימניות ארוכות לא קוטביות; גם הקסאן לא קוטבי. בין מולקולות השמן להקסאן נוצרות אינטראקציות ואן דר ואלס בדומה לאלה שבכל אחד מהחומרים לחוד, ולכן השמן מתמוסס.

מולקולות שמן החוחובה (כמו מולקולה (1)) מורכבות משתי שרשרות פחמימניות ארוכות ומקבוצת אסטר אחת בלבד, ולכן הן כמעט לא קוטביות; בין מולקולות השמן פועלות בעיקר אינטראקציות ואן דר ואלס.
גם הקסאן הוא פחמימן לא קוטבי שבין מולקולותיו פועלות אינטראקציות ואן דר ואלס בלבד.
בהמסה נוצרות אינטראקציות ואן דר ואלס בין מולקולות השמן למולקולות ההקסאן, הדומות בסוגן ובחוזקן לאינטראקציות שהיו בכל חומר לחוד ("דומה ממס דומה"), ולכן השמן מתמוסס היטב בהקסאן.

שאלה 11 · חומץ ביתי – חומצה אצטית

שאלה פתוחה

חומצות ובסיסים, מבנה וקישור
ענה על הסעיפים א, ג, ה, ועל אחד מן הסעיפים ב או ד.
חומץ הוא נוזל ביתי נפוץ שיש בכל מטבח.
הנוזל בעל הריח הייחודי משמש לא רק להכנת רטבים אלא גם לניקוי.
חומץ הוא תמיסה של חומצה אצטית, CH3COOH(l)\text{CH}_3\text{COOH}_{(l)}CH3​COOH(l)​ , במים.

א.

על בקבוק חומץ ביתי רשום "חומץ 5%" — כלומר ב־ 100 מ"ל תמיסה יש 5 גרם של חומצה אצטית.

(i)

חשב את הריכוז המולרי של החומצה האצטית בבקבוק החומץ. פרט את חישוביך.

(ii)

חומצה אצטית מגיבה עם מים על פי תגובה (1) :
(1)CH3COOH(l)+H2O(l)⟶CH3COO(aq)−+H3O(aq)+(1)\quad \text{CH}_3\text{COOH}_{(l)}+\text{H}_2\text{O}_{(l)}\longrightarrow\text{CH}_3\text{COO}^{-}_{(aq)}+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}(1)CH3​COOH(l)​+H2​O(l)​⟶CH3​COO(aq)−​+H3​O(aq)+​
קבע אם ה־ pH של תמיסת החומץ קטן מ־ 7, גדול מ־ 7 או שווה ל־ 7 . נמק את קביעתך.

ב.

סעיף ב הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ד.
כדי שהשימוש בחומץ הביתי יהיה בטיחותי לניקוי, מומלץ למהול אותו במים: מוסיפים 400 מ"ל מים (כשתי כוסות) ל־ 100 מ"ל חומץ (כחצי כוס).

(i)

חשב את הריכוז המולרי של החומצה האצטית בתמיסת החומץ המתקבלת לאחר המיהול.
פרט את חישוביך.

(ii)

קבע אם ה־ pH של תמיסת החומץ לאחר המיהול יהיה גבוה, נמוך או שווה ל־ pH של תמיסת החומץ לפני המיהול. הסבר את קביעתך.

ג.

כאשר מצב הצבירה של חומצה אצטית הוא גז, חלק ממולקולות החומצה האצטית יוצרות צמדים (דימרים). בכל צמד קשרי מימן מחברים בין המולקולות הבודדות.
קבע באיזה מן האיורים (1)-(3) שלפניך, קשרי המימן הנוצרים בצמד בין מולקולות החומצה האצטית מתוארים נכון. נמק את קביעתך.

ד.

סעיף ד הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ב.
נוהגים להשתמש בחומץ ביתי להסרת אבנית שמצטברת בקומקום.
נתונה תגובה (2) המתרחשת בין חומצה לבין סידן פחמתי, CaCO3(s)\text{CaCO}_{3(s)}CaCO3(s)​ , שהוא הרכיב העיקרי של אבנית:
(2)CaCO3(s)+2H3O(aq)+⟶CO2(g)+3H2O(l)+Ca(aq)2+(2)\quad \text{CaCO}_{3(s)}+2\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}\longrightarrow\text{CO}_{2(g)}+3\text{H}_2\text{O}_{(l)}+\text{Ca}^{2+}_{(aq)}(2)CaCO3(s)​+2H3​O(aq)+​⟶CO2(g)​+3H2​O(l)​+Ca(aq)2+​
אותה התגובה מתרחשת כאשר מטפטפים תמיסת HCl(aq)\text{HCl}_{(aq)}HCl(aq)​ על סלעים המכילים אבן גיר CaCO3(aq)\text{CaCO}_{3(aq)}CaCO3(aq)​ .
כך מזהים נוכחות של אבן גיר בסלעים.

(i)

לתמיסת HCl(aq)\text{HCl}_{(aq)}HCl(aq)​ בנפח 10 מ"ל ובריכוז 0.5M הוסיפו CaCO3(s)\text{CaCO}_{3(s)}CaCO3(s)​ . כל המגיבים הגיבו בשלמות על פי תגובה (2).
חשב מהי מסת הסידן הפחמתי שהגיב בתגובה זו. פרט את חישוביך.

(ii)

קבע אם ה־ pH של תמיסת HCl(aq)\text{HCl}_{(aq)}HCl(aq)​ במהלך התרחשות תגובה (2), ירד, עלה או לא השתנה.
נמק את קביעתך.

ה.

לתמיסת HCl(aq)\text{HCl}_{(aq)}HCl(aq)​ בנפח 12 מ"ל ובריכוז 0.5M הוסיפו 0.25 גרם סידן פחמתי CaCO3(s)\text{CaCO}_{3(s)}CaCO3(s)​ , והוא הגיב במלואו.
האם ה־ pH של התמיסה בתום התגובה גדול מ־ 7 , קטן מ־ 7 או שווה ל־ 7 ?
פרט את חישוביך או נמק במילים.

◂ פתרון מלא לשאלה 11

סעיף א

(i)

תשובה:

C≈0.83 MC\approx 0.83\ \text{M}C≈0.83 M

M(CH3COOH)=2⋅12.0+4⋅1.0+2⋅16.0=60.0 gmolM(\text{CH}_3\text{COOH})=2\cdot 12.0+4\cdot 1.0+2\cdot 16.0=60.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(CH3​COOH)=2⋅12.0+4⋅1.0+2⋅16.0=60.0 molg​
n=mM=5 g60.0 g/mol=0.0833 moln=\frac{m}{M}=\frac{5\ \text{g}}{60.0\ \text{g/mol}}=0.0833\ \text{mol}n=Mm​=60.0 g/mol5 g​=0.0833 mol
C=nV=0.0833 mol0.100 L=0.833 molL≈0.83 MC=\frac{n}{V}=\frac{0.0833\ \text{mol}}{0.100\ \text{L}}=0.833\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\approx 0.83\ \text{M}C=Vn​=0.100 L0.0833 mol​=0.833 Lmol​≈0.83 M

(ii)

תשובה:

pH < 7

pH < 7. לפי תגובה (1) החומצה האצטית מוסרת פרוטון למולקולות מים ונוצרים יוני H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^+_{(aq)}H3​O(aq)+​. בתמיסה [H3O+]>[OH−][\text{H}_3\text{O}^+]>[\text{OH}^-][H3​O+]>[OH−], כלומר התמיסה חומצית, ולכן ה־pH שלה קטן מ־7.

סעיף ב

(i)

תשובה:

C≈0.17 MC\approx 0.17\ \text{M}C≈0.17 M

במיהול מספר מולי החומצה אינו משתנה: n=0.0833 moln=0.0833\ \text{mol}n=0.0833 mol (מסעיף א).
נפח התמיסה לאחר המיהול: V=100 mL+400 mL=500 mL=0.500 LV=100\ \text{mL}+400\ \text{mL}=500\ \text{mL}=0.500\ \text{L}V=100 mL+400 mL=500 mL=0.500 L (בהנחה שהנפחים מצטרפים).
C=nV=0.0833 mol0.500 L=0.167 molL≈0.17 MC=\frac{n}{V}=\frac{0.0833\ \text{mol}}{0.500\ \text{L}}=0.167\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\approx 0.17\ \text{M}C=Vn​=0.500 L0.0833 mol​=0.167 Lmol​≈0.17 M
(לחלופין: C1V1=C2V2C_1V_1=C_2V_2C1​V1​=C2​V2​ ← C2=0.833 M⋅100 mL500 mL=0.167 MC_2=\frac{0.833\ \text{M}\cdot 100\ \text{mL}}{500\ \text{mL}}=0.167\ \text{M}C2​=500 mL0.833 M⋅100 mL​=0.167 M.)

(ii)

תשובה:

גבוה יותר (אך עדיין קטן מ־7).

ה־pH לאחר המיהול גבוה יותר. במיהול הנפח גדל פי 5 בעוד שמספר המולים של החומצה (ושל היונים שהיא יוצרת) כמעט אינו משתנה, ולכן ריכוז יוני H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^+_{(aq)}H3​O(aq)+​ בתמיסה קטן. ככל שריכוז יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+ קטן יותר, ה־pH גבוה יותר. התמיסה נשארת חומצית (pH < 7).

סעיף ג

תשובה:

איור (1).

איור (1). קשר מימן נוצר בין אטום מימן הקשור לאטום אלקטרושלילי מאוד (O) במולקולה אחת – הנושא מטען חלקי חיובי גדול – לבין זוג אלקטרונים לא קושר של אטום אלקטרושלילי (O) במולקולה השכנה. באיור (1) אטום H של קבוצת O–H של כל מולקולה פונה לאטום ה־O של הקבוצה C=O במולקולה השנייה – שני קשרי מימן O–H···O.
•באיור (2) מתוארת משיכה בין שני אטומי O (שניהם בעלי מטען חלקי שלילי) ובין שני אטומי H (שניהם בעלי מטען חלקי חיובי) – מטענים חלקיים זהים דוחים זה את זה, לכן זה שגוי.
•באיור (3) קשרי המימן מתוארים דרך אטומי H הקשורים לאטום פחמן. הקשר C–H כמעט לא קוטבי (הפרש אלקטרושליליות 0.4), ולכן מימן הקשור לפחמן אינו יוצר קשרי מימן.

סעיף ד

(i)

תשובה:

m(CaCO3)≈0.25 gm(\text{CaCO}_3)\approx 0.25\ \text{g}m(CaCO3​)≈0.25 g

n(H3O+)=n(HCl)=C⋅V=0.5 molL⋅0.010 L=0.005 moln(\text{H}_3\text{O}^+)=n(\text{HCl})=C\cdot V=0.5\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot 0.010\ \text{L}=0.005\ \text{mol}n(H3​O+)=n(HCl)=C⋅V=0.5 Lmol​⋅0.010 L=0.005 mol
לפי תגובה (2) יחס המולים CaCO3:H3O+=1:2\text{CaCO}_3:\text{H}_3\text{O}^+=1:2CaCO3​:H3​O+=1:2: n(CaCO3)=0.005 mol2=0.0025 moln(\text{CaCO}_3)=\frac{0.005\ \text{mol}}{2}=0.0025\ \text{mol}n(CaCO3​)=20.005 mol​=0.0025 mol
M(CaCO3)=40.1+12.0+3⋅16.0=100.1 gmolM(\text{CaCO}_3)=40.1+12.0+3\cdot 16.0=100.1\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(CaCO3​)=40.1+12.0+3⋅16.0=100.1 molg​
m=n⋅M=0.0025 mol⋅100.1 gmol=0.25 gm=n\cdot M=0.0025\ \text{mol}\cdot 100.1\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}=0.25\ \text{g}m=n⋅M=0.0025 mol⋅100.1 molg​=0.25 g
הערה: בגוף השאלה נרשם "אבן גיר CaCO3(aq)\text{CaCO}_{3(aq)}CaCO3(aq)​" – זו טעות דפוס. סידן פחמתי הוא מוצק קשה תמס, ומצב הצבירה הנכון הוא CaCO3(s)\text{CaCO}_{3(s)}CaCO3(s)​, כפי שהוא מופיע בתגובה (2) ובחישוב זה.

(ii)

תשובה:

ה־pH עלה.

ה־pH עלה. במהלך התגובה יוני H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^+_{(aq)}H3​O(aq)+​ נצרכים (הם מגיבים עם CaCO3\text{CaCO}_3CaCO3​), ולכן ריכוזם בתמיסה קטן. ירידה בריכוז יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+ פירושה עלייה ב־pH.

סעיף ה

תשובה:

pH < 7 – נשאר עודף של כ־0.001 mol יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+.

n(H3O+)התחלה=0.5 molL⋅0.012 L=0.006 moln(\text{H}_3\text{O}^+)_{\text{התחלה}}=0.5\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot 0.012\ \text{L}=0.006\ \text{mol}n(H3​O+)התחלה​=0.5 Lmol​⋅0.012 L=0.006 mol
n(CaCO3)=0.25 g100.1 g/mol=0.0025 moln(\text{CaCO}_3)=\frac{0.25\ \text{g}}{100.1\ \text{g/mol}}=0.0025\ \text{mol}n(CaCO3​)=100.1 g/mol0.25 g​=0.0025 mol; לפי תגובה (2) הוא צורך 2⋅0.0025 mol=0.005 mol2\cdot 0.0025\ \text{mol}=0.005\ \text{mol}2⋅0.0025 mol=0.005 mol של H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+.
נשאר: 0.006 mol−0.005 mol=0.001 mol0.006\ \text{mol}-0.005\ \text{mol}=0.001\ \text{mol}0.006 mol−0.005 mol=0.001 mol יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+ בעודף.
התמיסה בתום התגובה מכילה עודף של יוני H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^+_{(aq)}H3​O(aq)+​ ולכן היא חומצית: pH < 7.
נימוק במילים: לפי סעיף ד, 0.25 גרם סידן פחמתי מגיבים בדיוק עם 10 מ"ל תמיסת HCl בריכוז 0.5M. כאן יש 12 מ"ל מאותה תמיסה, כלומר עודף חומצה, ולכן התמיסה נשארת חומצית.

שאלה 12 · אמון חנקתי – פירוק, אנתלפייה ודשן

שאלה פתוחה

חמצון-חיזור, חישובים, אנרגייה
ענה על הסעיפים א, ב, ד, ו, ז, ועל אחד מן הסעיפים ג או ה.
השאלה עוסקת בתרכובת היונית אמון חנקתי, NH4NO3(s)\text{NH}_4\text{NO}_{3(s)}NH4​NO3(s)​ .
אמון חנקתי מוצק, NH4NO3(s)\text{NH}_4\text{NO}_{3(s)}NH4​NO3(s)​ , המוספג בתערובת נוזלית של פחמימנים, הוא חומר נפץ שמשמש לפיצוץ סלעים כדי לסלול דרכים באזורים הרריים. האמון החנקתי מתפרק בעת הפיצוץ.
נתונה תגובת הפירוק המלא של אמון חנקתי, NH4NO3(s)\text{NH}_4\text{NO}_{3(s)}NH4​NO3(s)​ :
(1)2NH4NO3(s)⟶2N2(g)+O2(g)+4H2O(g)(1)\quad 2\text{NH}_4\text{NO}_{3(s)}\longrightarrow 2\text{N}_{2(g)}+\text{O}_{2(g)}+4\text{H}_2\text{O}_{(g)}(1)2NH4​NO3(s)​⟶2N2(g)​+O2(g)​+4H2​O(g)​

א.

קבע אם תגובה (1) היא תגובת חמצון-חיזור. נמק את קביעתך.

ב.

הגרף שלפניך מתאר את הרכב האוויר בטמפרטורה של 25∘C25^\circ\text{C}25∘C ובלחות של 60% בלחץ 1 אטמוספרה.
תוצרי הפירוק המלא של אמון חנקתי אינם גורמים לזיהום אוויר. הסבר עובדה זו.

ג.

סעיף ג הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ה.
להלן נתוני ΔH0\Delta H^0ΔH0 לתגובות (2) ו־ (3) .
(2)N2(g)+2H2(g)+112O2(g)⟶NH4NO3(s)ΔH20=−365.6 kJ(2)\quad \text{N}_{2(g)}+2\text{H}_{2(g)}+1\tfrac{1}{2}\text{O}_{2(g)}\longrightarrow\text{NH}_4\text{NO}_{3(s)}\qquad \Delta H_2^0=-365.6\ \text{kJ}(2)N2(g)​+2H2(g)​+121​O2(g)​⟶NH4​NO3(s)​ΔH20​=−365.6 kJ
(3)H2(g)+12O2(g)⟶H2O(g)ΔH30=−241.8 kJ(3)\quad \text{H}_{2(g)}+\tfrac{1}{2}\text{O}_{2(g)}\longrightarrow\text{H}_2\text{O}_{(g)}\qquad \Delta H_3^0=-241.8\ \text{kJ}(3)H2(g)​+21​O2(g)​⟶H2​O(g)​ΔH30​=−241.8 kJ
חשב את ΔH10\Delta H_1^0ΔH10​ עבור תגובה (1) , שהיא תגובת הפירוק המלא של אמון חנקתי.

ד.

בפירוק חלקי של אמון חנקתי, NH4NO3(s)\text{NH}_4\text{NO}_{3(s)}NH4​NO3(s)​ , מתקבלות תרכובות חנקן שונות, כגון N2O(g)\text{N}_2\text{O}_{(g)}N2​O(g)​ ו־ NO2(g)\text{NO}_{2(g)}NO2(g)​ .
חשב את דרגות החמצון של אטומי החנקן בכל אחד מסוגי היונים המרכיבים את NH4NO3(s)\text{NH}_4\text{NO}_{3(s)}NH4​NO3(s)​ ובשתי תרכובות החנקן הנתונות.

ה.

סעיף ה הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ג.
התרכובת אמון חנקתי, NH4NO3(s)\text{NH}_4\text{NO}_{3(s)}NH4​NO3(s)​ , משמשת בעיקר דשן לגידולים חקלאיים.
אמון חנקתי, NH4NO3(s)\text{NH}_4\text{NO}_{3(s)}NH4​NO3(s)​ , נוצר בתגובה של חומצה חנקתית, HNO3(l)\text{HNO}_{3(l)}HNO3(l)​ , עם אמוניה גזית, NH3(g)\text{NH}_{3(g)}NH3(g)​ .
ניסוח התגובה הוא:
(4)NH3(g)+HNO3(l)⟶NH4NO3(s)(4)\quad \text{NH}_{3(g)}+\text{HNO}_{3(l)}\longrightarrow\text{NH}_4\text{NO}_{3(s)}(4)NH3(g)​+HNO3(l)​⟶NH4​NO3(s)​
חשב את מסת האמוניה, NH3(g)\text{NH}_{3(g)}NH3(g)​ , שנדרשת להכנת 1.0 ק"ג אמון חנקתי, NH4NO3(s)\text{NH}_4\text{NO}_{3(s)}NH4​NO3(s)​ , על פי תגובה (4) .
נתון: 1 ק"ג = 1000 גרם.

ו.

לדישון בעונת הקיץ, הדשן אמון חנקתי, NH4NO3(s)\text{NH}_4\text{NO}_{3(s)}NH4​NO3(s)​ , משווק בתמיסה מימית בריכוז 9.5M .
רשום ניסוח לתגובת ההמסה של אמון חנקתי, NH4NO3(s)\text{NH}_4\text{NO}_{3(s)}NH4​NO3(s)​ , במים.

ז.

לדישון בעונת החורף משתמשים בתמיסה בריכוז אחר — 7.9M .
איזו מן הפעולות a-c שלפניך יש לבצע בתמיסה לדישון בעונת הקיץ כדי שתתאים לדישון בעונת החורף?
הסבר את בחירתך.
a. הקטנת נפח התמיסה על ידי אידוי מים.
b. הגדלת נפח התמיסה על ידי הוספת מים.
c. הוספת אמון חנקתי מוצק, NH4NO3(s)\text{NH}_4\text{NO}_{3(s)}NH4​NO3(s)​ , לתמיסה.

◂ פתרון מלא לשאלה 12

סעיף א

תשובה:

כן – דרגות החמצון של N ושל O משתנות.

כן, זו תגובת חמצון-חיזור, כי יש אטומים שדרגת החמצון שלהם משתנה:
•N ביון NH4+\text{NH}_4^+NH4+​: x+4(+1)=+1x+4(+1)=+1x+4(+1)=+1 ← −3; ב־N2\text{N}_2N2​: 0 – עלייה בדרגת החמצון (חמצון).
•N ביון NO3−\text{NO}_3^-NO3−​: x+3(−2)=−1x+3(-2)=-1x+3(−2)=−1 ← +5; ב־N2\text{N}_2N2​: 0 – ירידה בדרגת החמצון (חיזור).
•O ב־NO3−\text{NO}_3^-NO3−​: −2; ב־O2\text{O}_2O2​: 0 – חמצון.
מאחר שבתגובה יש מעבר אלקטרונים (חלק מהאטומים מוסרים וחלק קולטים), זו תגובת חמצון-חיזור.

סעיף ב

תשובה:

התוצרים N2\text{N}_2N2​, O2\text{O}_2O2​ ו־H2O\text{H}_2\text{O}H2​O הם רכיבים טבעיים של האוויר (לפי הגרף).

תוצרי הפירוק המלא לפי תגובה (1) הם N2(g)\text{N}_{2(g)}N2(g)​, O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ ו־H2O(g)\text{H}_2\text{O}_{(g)}H2​O(g)​. לפי הגרף, אלה בדיוק הרכיבים העיקריים של האוויר: חנקן (76.63%), חמצן (20.56%) ואדי מים (1.86%). פליטתם לאוויר אינה מוסיפה לאוויר חומרים זרים או רעילים, ולכן הם אינם גורמים לזיהום אוויר.

סעיף ג

תשובה:

ΔH10=−236.0 kJ\Delta H_1^0=-236.0\ \text{kJ}ΔH10​=−236.0 kJ

לפי חוק הס נצרף את התגובות הנתונות כך שסכומן ייתן את תגובה (1):
•תגובה (2) הפוכה ומוכפלת ב־2: 2NH4NO3(s)→2N2(g)+4H2(g)+3O2(g)2\text{NH}_4\text{NO}_{3(s)}\rightarrow 2\text{N}_{2(g)}+4\text{H}_{2(g)}+3\text{O}_{2(g)}2NH4​NO3(s)​→2N2(g)​+4H2(g)​+3O2(g)​; ΔH=−2⋅(−365.6 kJ)=+731.2 kJ\Delta H=-2\cdot(-365.6\ \text{kJ})=+731.2\ \text{kJ}ΔH=−2⋅(−365.6 kJ)=+731.2 kJ
•תגובה (3) מוכפלת ב־4: 4H2(g)+2O2(g)→4H2O(g)4\text{H}_{2(g)}+2\text{O}_{2(g)}\rightarrow 4\text{H}_2\text{O}_{(g)}4H2(g)​+2O2(g)​→4H2​O(g)​; ΔH=4⋅(−241.8 kJ)=−967.2 kJ\Delta H=4\cdot(-241.8\ \text{kJ})=-967.2\ \text{kJ}ΔH=4⋅(−241.8 kJ)=−967.2 kJ
בחיבור מצטמצמים 4H24\text{H}_24H2​ ו־2O22\text{O}_22O2​ (נשאר O2\text{O}_2O2​ אחד בצד התוצרים):
2NH4NO3(s)→2N2(g)+O2(g)+4H2O(g)2\text{NH}_4\text{NO}_{3(s)}\rightarrow 2\text{N}_{2(g)}+\text{O}_{2(g)}+4\text{H}_2\text{O}_{(g)}2NH4​NO3(s)​→2N2(g)​+O2(g)​+4H2​O(g)​
ΔH10=+731.2 kJ+(−967.2 kJ)=−236.0 kJ\Delta H_1^0=+731.2\ \text{kJ}+(-967.2\ \text{kJ})=-236.0\ \text{kJ}ΔH10​=+731.2 kJ+(−967.2 kJ)=−236.0 kJ

סעיף ד

תשובה:

NH4+\text{NH}_4^+NH4+​: −3; NO3−\text{NO}_3^-NO3−​: +5; N2O\text{N}_2\text{O}N2​O: +1; NO2\text{NO}_2NO2​: +4

סכום דרגות החמצון שווה למטען החלקיק; H = +1, O = −2:
- NH4+\text{NH}_4^+NH4+​: x+4(+1)=+1x+4(+1)=+1x+4(+1)=+1 ← x=−3x=-3x=−3
- NO3−\text{NO}_3^-NO3−​: x+3(−2)=−1x+3(-2)=-1x+3(−2)=−1 ← x=+5x=+5x=+5
- N2O\text{N}_2\text{O}N2​O: 2x+(−2)=02x+(-2)=02x+(−2)=0 ← x=+1x=+1x=+1
- NO2\text{NO}_2NO2​: x+2(−2)=0x+2(-2)=0x+2(−2)=0 ← x=+4x=+4x=+4

סעיף ה

תשובה:

m(NH3)≈213 gm(\text{NH}_3)\approx 213\ \text{g}m(NH3​)≈213 g (212.5 g)

M(NH4NO3)=2⋅14.0+4⋅1.0+3⋅16.0=80.0 gmolM(\text{NH}_4\text{NO}_3)=2\cdot 14.0+4\cdot 1.0+3\cdot 16.0=80.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(NH4​NO3​)=2⋅14.0+4⋅1.0+3⋅16.0=80.0 molg​
n(NH4NO3)=mM=1000 g80.0 g/mol=12.5 moln(\text{NH}_4\text{NO}_3)=\frac{m}{M}=\frac{1000\ \text{g}}{80.0\ \text{g/mol}}=12.5\ \text{mol}n(NH4​NO3​)=Mm​=80.0 g/mol1000 g​=12.5 mol
לפי תגובה (4) יחס המולים NH3:NH4NO3=1:1\text{NH}_3:\text{NH}_4\text{NO}_3=1:1NH3​:NH4​NO3​=1:1 ← n(NH3)=12.5 moln(\text{NH}_3)=12.5\ \text{mol}n(NH3​)=12.5 mol
M(NH3)=14.0+3⋅1.0=17.0 gmolM(\text{NH}_3)=14.0+3\cdot 1.0=17.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(NH3​)=14.0+3⋅1.0=17.0 molg​
m(NH3)=n⋅M=12.5 mol⋅17.0 gmol=212.5 g≈213 gm(\text{NH}_3)=n\cdot M=12.5\ \text{mol}\cdot 17.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}=212.5\ \text{g}\approx 213\ \text{g}m(NH3​)=n⋅M=12.5 mol⋅17.0 molg​=212.5 g≈213 g (כ־0.21 ק"ג)

סעיף ו

תשובה:

NH4NO3(s)→H2O(l)NH4+(aq)+NO3−(aq)\text{NH}_4\text{NO}_{3(s)}\xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}}\text{NH}_4^{+}{}_{(aq)}+\text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}NH4​NO3(s)​H2​O(l)​​NH4+​(aq)​+NO3−​(aq)​

אמון חנקתי הוא מוצק יוני; בהמסה הסריג היוני מתפרק והיונים מוקפים במולקולות מים:
NH4NO3(s)→H2O(l)NH4+(aq)+NO3−(aq)\text{NH}_4\text{NO}_{3(s)}\xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}}\text{NH}_4^{+}{}_{(aq)}+\text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}NH4​NO3(s)​H2​O(l)​​NH4+​(aq)​+NO3−​(aq)​

סעיף ז

תשובה:

b – הוספת מים (מיהול).

יש להקטין את הריכוז מ־9.5M ל־7.9M. לפי C=nVC=\frac{n}{V}C=Vn​, כאשר מוסיפים מים מספר מולי האמון החנקתי אינו משתנה והנפח גדל – הריכוז קטן. לכן פעולה b.
פעולה a (אידוי מים) מקטינה את הנפח ולכן מגדילה את הריכוז; פעולה c (הוספת מומס) מגדילה את מספר המולים ולכן מגדילה את הריכוז.
(לדוגמה: ל־1 ליטר תמיסת קיץ יש להוסיף מים עד נפח של 9.5 M⋅1 L7.9 M=1.2 L\frac{9.5\ \text{M}\cdot 1\ \text{L}}{7.9\ \text{M}}=1.2\ \text{L}7.9 M9.5 M⋅1 L​=1.2 L.)

שאלה 13 · כהלים באלכוג'ל – מבנה, רתיחה ואנתלפייה

שאלה פתוחה

מבנה וקישור, אנרגייה
ענה על הסעיפים א, ב, ג, ד ועל אחד מן הסעיפים ה או ו.
אלכוג'ל הוא חומר שמשמש לחיטוי וניקוי הידיים כאשר מים וסבון אינם זמינים.
האלכוג'ל הוא תערובת נוזלית של סוגי כוהל שונים המומסים במים.
לפניך טבלה ובה נתונים על כהלים שאפשר למצוא באלכוג'ל.
שם הכוהלטמפרטורת רתיחה (∘C^\circ\text{C}∘C)
1אתאנול78
21-פרופאנול97
32-פרופאנול82
4גליצרול

	שם הכוהל	טמפרטורת רתיחה ( $^\circ\text{C}$ )
1	אתאנול	78
2	1-פרופאנול	97
3	2-פרופאנול	82
4	גליצרול

א.

(i)

רשום נוסחת ייצוג אלקטרונית לכל אחת ממולקולות הכוהל הרשומות בטבלה.

(ii)

אֵילו שני כהלים מבין הכהלים הנתונים בטבלה הם איזומרים? נמק.

ב.

הסבר מדוע טמפרטורת הרתיחה של 1-פרופאנול גבוהה מטמפרטורת הרתיחה של אתאנול.

ג.

איזה מבין ההיגדים (1)-(3) שלפניך מסביר את ההבדל בין טמפרטורת הרתיחה של 1-פרופאנול לבין טמפרטורת הרתיחה של 2-פרופאנול? נמק.
(1) שטח הפנים של מולקולת 1-פרופאנול גדול משטח הפנים של מולקולת 2-פרופאנול.
(2) מולקולת 1-פרופאנול היא קוטבית, וְאילו מולקולת 2-פרופאנול אינה קוטבית.
(3) גודל ענן האלקטרונים של מולקולת 1-פרופאנול שונה מגודל ענן האלקטרונים של מולקולת 2-פרופאנול.

ד.

קבע אם טמפרטורת הרתיחה של גליצרול גבוהה מטמפרטורת הרתיחה של 2-פרופאנול או נמוכה ממנה.
נמק את קביעתך.
בתשובתך התייחס לכל סוגי הכוחות הפועלים בין המולקולות בכל אחת משתי התרכובות.

ה.

סעיף ה הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ו.
אם נרטיב את כפות ידינו במים, נשפוך עליהן אלכוג'ל המכיל 70% אתאנול, C2H5OH(l)\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(l)}C2​H5​OH(l)​ ,
ונשפשף אותן מעט זו בזו, נרגיש שהידיים מתחממות.

(i)

האם בתהליך המתואר הידיים קולטות אנרגייה או פולטות אנרגייה? נמק.

(ii)

קבע איזו מן התגובות (1) או (2) היא התגובה הגורמת לתחושת ההתחממות בידיים.
נמק את קביעתך.
(1)C2H5OH(l)→H2O(l)C2H5OH(aq)ΔH0<0(1)\quad \text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(l)}\xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}}\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(aq)}\qquad \Delta H^0<0(1)C2​H5​OH(l)​H2​O(l)​​C2​H5​OH(aq)​ΔH0<0
(2)C2H5OH(l)⟶C2H5OH(g)ΔH0>0(2)\quad \text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(l)}\longrightarrow\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(g)}\qquad \Delta H^0>0(2)C2​H5​OH(l)​⟶C2​H5​OH(g)​ΔH0>0

(iii)

מהו השינוי שעובר האתאנול על פי התגובה שבחרת בתת־סעיף ii : אידוי, המסה במים, עיבוי או פירוק?

ו.

סעיף ו הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ה.
יש להימנע משימוש באלכוג'ל ליד מקור אש שכן החומר דליק ועלול לגרום לשרפה.
נתונות ארבע דיאגרמות של שינוי אנתלפייה.
מהי הדיאגרמה שמתארת בצורה הנכונה את שינוי האנתלפייה בתגובת השרפה של אתאנול?
נמק את בחירתך, והסבר מדוע פסלת כל אחת מן הדיאגרמות האחרות.

◂ פתרון מלא לשאלה 13

סעיף א

(i)

תשובה:

ראו איור: כל אטום C בארבעה קשרים יחידים, כל אטום O בשני קשרים יחידים ועם שני זוגות אלקטרונים לא קושרים.

בכל המולקולות: לכל אטום פחמן ארבעה קשרים קוולנטיים יחידים (ארבעה זוגות אלקטרונים קושרים), לכל אטום מימן קשר יחיד אחד, ולכל אטום חמצן שני קשרים יחידים (ל־C ול־H) ושני זוגות אלקטרונים לא קושרים.
1. אתאנול, CH3CH2OH\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}CH3​CH2​OH: שני אטומי C בשרשרת; על C השני קבוצת O–H.
2. 1-פרופאנול, CH3CH2CH2OH\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{OH}CH3​CH2​CH2​OH: שלושה אטומי C בשרשרת; קבוצת O–H על C קצה.
3. 2-פרופאנול, CH3CH(OH)CH3\text{CH}_3\text{CH(OH)CH}_3CH3​CH(OH)CH3​: שלושה אטומי C; קבוצת O–H על הפחמן האמצעי.
4. גליצרול, CH2(OH)CH(OH)CH2OH\text{CH}_2\text{(OH)CH(OH)CH}_2\text{OH}CH2​(OH)CH(OH)CH2​OH: שלושה אטומי C; קבוצת O–H על כל אחד מהם.
(הקווים מייצגים זוגות אלקטרונים קושרים; הנקודות – זוגות אלקטרונים לא קושרים.)

(ii)

תשובה:

1-פרופאנול ו־2-פרופאנול.

1-פרופאנול ו־2-פרופאנול הם איזומרים: לשניהם אותה נוסחה מולקולרית, C3H8O\text{C}_3\text{H}_8\text{O}C3​H8​O, אבל נוסחת המבנה שונה – קבוצת ההידרוקסיל קשורה לאטום פחמן קצה ב־1-פרופאנול ולאטום הפחמן האמצעי ב־2-פרופאנול.
(לאתאנול C2H6O\text{C}_2\text{H}_6\text{O}C2​H6​O ולגליצרול C3H8O3\text{C}_3\text{H}_8\text{O}_3C3​H8​O3​ נוסחאות מולקולריות שונות.)

סעיף ב

תשובה:

לשני הכהלים קבוצת OH אחת (קשרי מימן דומים), אך ענן האלקטרונים של 1-פרופאנול גדול יותר – אינטראקציות ואן דר ואלס חזקות יותר.

בין המולקולות של שני הכהלים פועלים קשרי מימן ואינטראקציות ואן דר ואלס.
- קשרי מימן: בכל אחת מהמולקולות יש קבוצת O–H אחת, ולכן מספר קשרי המימן וחוזקם דומים.
- ואן דר ואלס: במולקולת 1-פרופאנול יש אטום פחמן נוסף (C3H7OH\text{C}_3\text{H}_7\text{OH}C3​H7​OH, 34 אלקטרונים, לעומת C2H5OH\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}C2​H5​OH, 26 אלקטרונים) – ענן האלקטרונים גדול יותר ושטח הפנים גדול יותר, ולכן אינטראקציות ואן דר ואלס חזקות יותר.
סך הכוחות בין מולקולות 1-פרופאנול חזק יותר, נדרשת יותר אנרגייה כדי להפריד ביניהן, ולכן טמפרטורת הרתיחה גבוהה יותר (97°C לעומת 78°C).

סעיף ג

תשובה:

היגד (1).

היגד (1). שני הכהלים הם איזומרים: לשניהם אותו מספר אלקטרונים (ענן אלקטרונים שווה בגודלו) וקבוצת O–H אחת (קשרי מימן דומים). מולקולת 1-פרופאנול מוארכת (שרשרת לא מסועפת), ולכן שטח הפנים שלה ושטח המגע בין מולקולות שכנות גדולים יותר מאשר במולקולת 2-פרופאנול הדחוסה יותר. לכן אינטראקציות ואן דר ואלס בין מולקולות 1-פרופאנול חזקות יותר וטמפרטורת הרתיחה שלו גבוהה יותר (97°C לעומת 82°C).
•היגד (2) שגוי – שתי המולקולות קוטביות (בשתיהן קבוצת O–H קוטבית ומבנה לא סימטרי).
•היגד (3) שגוי – לאיזומרים אותה נוסחה מולקולרית ולכן אותו מספר אלקטרונים, וענני האלקטרונים שווים בגודלם.

סעיף ד

תשובה:

גבוהה יותר.

טמפרטורת הרתיחה של גליצרול גבוהה יותר.
בין המולקולות של שני החומרים פועלים קשרי מימן ואינטראקציות ואן דר ואלס.
- קשרי מימן: במולקולת גליצרול שלוש קבוצות O–H ובמולקולת 2-פרופאנול אחת בלבד, ולכן כל מולקולת גליצרול יוצרת יותר קשרי מימן עם מולקולות שכנות.
- ואן דר ואלס: ענן האלקטרונים של גליצרול (C3H8O3\text{C}_3\text{H}_8\text{O}_3C3​H8​O3​, 50 אלקטרונים) גדול מזה של 2-פרופאנול (C3H8O\text{C}_3\text{H}_8\text{O}C3​H8​O, 34 אלקטרונים), ולכן גם אינטראקציות ואן דר ואלס חזקות יותר.
סך הכוחות בין מולקולות גליצרול חזק בהרבה, נדרשת יותר אנרגייה להפרדתן, ולכן טמפרטורת הרתיחה של גליצרול גבוהה יותר.

סעיף ה

(i)

תשובה:

הידיים קולטות אנרגייה.

הידיים קולטות אנרגייה. הידיים מתחממות – הטמפרטורה שלהן עולה, ולכן אנרגייה עוברת אליהן מן התהליך המתרחש על פני העור (התהליך פולט אנרגייה והידיים, שהן הסביבה, קולטות אותה).

(ii)

תשובה:

תגובה (1).

תגובה (1). ל־(1) ΔH0<0\Delta H^0<0ΔH0<0 – זהו תהליך אקסותרמי שבו נפלטת אנרגייה לסביבה (הידיים), ולכן הידיים מתחממות. בתגובה (2) ΔH0>0\Delta H^0>0ΔH0>0 – תהליך אנדותרמי שקולט אנרגייה מהסביבה ולכן היה גורם לקירור הידיים, לא להתחממות.

(iii)

תשובה:

המסה במים.

לפי תגובה (1) האתאנול עובר המסה במים: C2H5OH(l)\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(l)}C2​H5​OH(l)​ הופך ל־C2H5OH(aq)\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(aq)}C2​H5​OH(aq)​ (המים רשומים מעל החץ כממס). המולקולות אינן מתפרקות ואינן עוברות למצב גז.

סעיף ו

תשובה:

דיאגרמה 1.

תגובת השרפה של אתאנול: C2H5OH(l)+3O2(g)→2CO2(g)+3H2O(g)\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(l)}+3\text{O}_{2(g)}\rightarrow 2\text{CO}_{2(g)}+3\text{H}_2\text{O}_{(g)}C2​H5​OH(l)​+3O2(g)​→2CO2(g)​+3H2​O(g)​.
דיאגרמה 1 נכונה: שרפה היא תגובה אקסותרמית (נפלטים חום ואור), ולכן אנתלפיית התוצרים (2CO2+3H2O2\text{CO}_2+3\text{H}_2\text{O}2CO2​+3H2​O) נמוכה מאנתלפיית המגיבים (C2H5OH+3O2\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}+3\text{O}_2C2​H5​OH+3O2​) ו־ΔH0<0\Delta H^0<0ΔH0<0 – החץ פונה כלפי מטה מהמגיבים לתוצרים.
- דיאגרמה 2 – אותם מגיבים ותוצרים, אבל מתוארת תגובה אנדותרמית (ΔH0>0\Delta H^0>0ΔH0>0, התוצרים גבוהים מהמגיבים) – שגוי עבור שרפה.
- דיאגרמה 3 – אינה מתארת שרפה אלא מעבר בין מצבי צבירה של אתאנול (אין חמצן ואין התוצרים CO2\text{CO}_2CO2​ ו־H2O\text{H}_2\text{O}H2​O); בנוסף היא שגויה כשלעצמה, כי אתאנול גזי נמצא באנתלפייה גבוהה מאתאנול נוזלי.
- דיאגרמה 4 – מתארת אידוי של אתאנול (תהליך פיזיקלי, C2H5OH(l)→C2H5OH(g)\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(l)}\rightarrow\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(g)}C2​H5​OH(l)​→C2​H5​OH(g)​), לא את תגובת השרפה.

שאלה 14 · חומרים יוניים – תכונות וחישובים

שאלה פתוחה

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

א.

סעיף א הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ב.
כל החומרים היוניים הם מוצקים בטמפרטורת החדר.
הסבר קביעה זו ברמה מיקרוסקופית.

ב.

סעיף ב הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף א.
חומר יוני אינו מוליך חשמל בטמפרטורת החדר.
הסבר קביעה זו ברמה מיקרוסקופית.

ג.

לפניך ארבעה ניסוחים (1)-(4).
(1)K(l)++I(l)−→ Δ KI(s)(1)\quad \text{K}^{+}_{(l)}+\text{I}^{-}_{(l)}\xrightarrow{\ \Delta\ }\text{KI}_{(s)}(1)K(l)+​+I(l)−​ Δ ​KI(s)​
(2)KI(s)→H2O(l)K(aq)++I(aq)−(2)\quad \text{KI}_{(s)}\xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}}\text{K}^{+}_{(aq)}+\text{I}^{-}_{(aq)}(2)KI(s)​H2​O(l)​​K(aq)+​+I(aq)−​
(3)KI(s)+H2O(l)⟶K(aq)++I(aq)−(3)\quad \text{KI}_{(s)}+\text{H}_2\text{O}_{(l)}\longrightarrow\text{K}^{+}_{(aq)}+\text{I}^{-}_{(aq)}(3)KI(s)​+H2​O(l)​⟶K(aq)+​+I(aq)−​
(4)KI(s)→ Δ K(l)++I(l)−(4)\quad \text{KI}_{(s)}\xrightarrow{\ \Delta\ }\text{K}^{+}_{(l)}+\text{I}^{-}_{(l)}(4)KI(s)​ Δ ​K(l)+​+I(l)−​

(i)

קבע איזה מן הניסוחים (1)-(4) מסמל תהליך היתוך של אשלגן יודי, KI(s)\text{KI}_{(s)}KI(s)​ .

(ii)

קבע איזה מן הניסוחים (1)-(4) מסמל תהליך המסה במים של אשלגן יודי, KI(s)\text{KI}_{(s)}KI(s)​ .

ד.

המיסו 16.6 גרם KI(s)\text{KI}_{(s)}KI(s)​ במים והתקבלה תמיסה בנפח 1 ליטר.
מהו מספר המולים הכולל של היונים בתמיסה? פרט את חישוביך.

ה.

אלומיניום גופרי הוא מוצק שמשמש בתעשייה הכימית ליצירת מימן גופרי, H2S(g)\text{H}_2\text{S}_{(g)}H2​S(g)​ .

(i)

רשום את הנוסחה האמפירית של אלומיניום גופרי.

(ii)

אלומיניום גופרי מגיב עם מים ויוצר אלומיניום הידרוקסידי, Al(OH)3(s)\text{Al(OH)}_{3(s)}Al(OH)3(s)​ , ומימן גופרי, H2S(g)\text{H}_2\text{S}_{(g)}H2​S(g)​ .
נסח ואזן את התגובה.

(iii)

מהי המסה של אלומיניום הידרוקסידי, Al(OH)3(s)\text{Al(OH)}_{3(s)}Al(OH)3(s)​ ,שנוצר כאשר 30 ק"ג אלומיניום גופרי מגיבים עם מים? פרט את חישוביך.
נתון: 1 ק"ג = 1000 גרם.

ו.

מגנזיום גופרתי, MgSO4(s)\text{MgSO}_{4(s)}MgSO4(s)​ , המכונה "מלח אנגלי", משמש, בין השאר, מלח אמבט להרגעה.
מילאו אמבט במים והמיסו בהם מגנזיום גופרתי. נפח התמיסה באמבט היה 220 ליטר וריכוז יוני המגנזיום, Mg(aq)2+\text{Mg}^{2+}_{(aq)}Mg(aq)2+​ , באמבט היה 0.022M .
מהי מסת המגנזיום הגופרתי, MgSO4(s)\text{MgSO}_{4(s)}MgSO4(s)​ , שהומסה במים? פרט את חישוביך.

◂ פתרון מלא לשאלה 14

סעיף א

תשובה:

בסריג יוני כל יון מוקף ביונים בעלי מטען מנוגד ונמשך אליהם בכוחות חשמליים חזקים (קשר יוני) בכל הכיוונים; כדי לפרק את הסריג נדרשת אנרגייה רבה, ולכן טמפרטורות ההיתוך גבוהות מטמפרטורת החדר.

חומר יוני בנוי מסריג של יונים חיוביים ושליליים המסודרים לסירוגין. כל יון מוקף ביונים בעלי מטען מנוגד ונמשך אליהם במשיכה חשמלית חזקה (קשר יוני) הפועלת בכל הכיוונים לאורך כל הסריג.
כדי להתיך את המוצק יש להחליש משיכות רבות וחזקות אלה, ולכך דרושה אנרגייה רבה – טמפרטורות ההיתוך של חומרים יוניים גבוהות בהרבה מטמפרטורת החדר. לכן בטמפרטורת החדר היונים נשארים במקומותיהם הקבועים בסריג, והחומר מוצק.

סעיף ב

תשובה:

בטמפרטורת החדר החומר היוני מוצק: היונים קשורים במקומות קבועים בסריג ואינם ניידים, ואין בו אלקטרונים חופשיים – אין נושאי מטען ניידים.

מוליכות חשמלית מחייבת חלקיקים טעונים ניידים. בטמפרטורת החדר חומר יוני הוא מוצק: היונים (החלקיקים הטעונים) מוחזקים במקומות קבועים בסריג היוני על ידי משיכות חשמליות חזקות ואינם יכולים לנוע ממקום למקום, ובחומר אין אלקטרונים חופשיים. לכן אין נושאי מטען ניידים, והחומר אינו מוליך חשמל. (בהיתוך או בהמסה במים היונים נעשים ניידים, ואז יש מוליכות.)

סעיף ג

(i)

תשובה:

ניסוח (4).

ניסוח (4): בחימום (Δ\DeltaΔ) הסריג היוני של המוצק מתפרק ליונים ניידים במצב נוזל, K(l)+\text{K}^+_{(l)}K(l)+​ ו־I(l)−\text{I}^-_{(l)}I(l)−​. ניסוח (1) מתאר את התהליך ההפוך (התמצקות), וניסוחים (2), (3) מתארים המסה במים.

(ii)

תשובה:

ניסוח (2).

ניסוח (2): המים הם הממס ולכן נרשמים מעל החץ, והתוצרים הם יונים מוקפי מים, K(aq)+\text{K}^+_{(aq)}K(aq)+​ ו־I(aq)−\text{I}^-_{(aq)}I(aq)−​. בניסוח (3) המים רשומים כמגיב, כאילו הם משתתפים בתגובה כימית ונצרכים בה – אך בהמסה המים אינם מגיבים, ובנוסף הניסוח אינו מאוזן (אטומי H ו־O מופיעים רק בצד המגיבים).

סעיף ד

תשובה:

0.2 mol0.2\ \text{mol}0.2 mol יונים

M(KI)=39.1+126.9=166.0 gmolM(\text{KI})=39.1+126.9=166.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(KI)=39.1+126.9=166.0 molg​
n(KI)=mM=16.6 g166.0 g/mol=0.1 moln(\text{KI})=\frac{m}{M}=\frac{16.6\ \text{g}}{166.0\ \text{g/mol}}=0.1\ \text{mol}n(KI)=Mm​=166.0 g/mol16.6 g​=0.1 mol
לפי ניסוח ההמסה KI(s)→H2OK(aq)++I(aq)−\text{KI}_{(s)}\xrightarrow{\text{H}_2\text{O}}\text{K}^+_{(aq)}+\text{I}^-_{(aq)}KI(s)​H2​O​K(aq)+​+I(aq)−​, ממול אחד של KI מתקבלים 2 מול יונים:
n(K+)=0.1 moln(\text{K}^+)=0.1\ \text{mol}n(K+)=0.1 mol, n(I−)=0.1 moln(\text{I}^-)=0.1\ \text{mol}n(I−)=0.1 mol ← nיונים=0.1 mol+0.1 mol=0.2 moln_{\text{יונים}}=0.1\ \text{mol}+0.1\ \text{mol}=0.2\ \text{mol}nיונים​=0.1 mol+0.1 mol=0.2 mol

סעיף ה

(i)

תשובה:

Al2S3\text{Al}_2\text{S}_3Al2​S3​

אלומיניום (טור 3) יוצר יון Al3+\text{Al}^{3+}Al3+; גופרית (טור 6) יוצרת יון S2−\text{S}^{2-}S2−. כדי שסכום המטענים יהיה אפס: 2⋅(+3)+3⋅(−2)=02\cdot(+3)+3\cdot(-2)=02⋅(+3)+3⋅(−2)=0, ולכן הנוסחה האמפירית היא Al2S3\text{Al}_2\text{S}_3Al2​S3​.

(ii)

תשובה:

Al2S3(s)+6H2O(l)→2Al(OH)3(s)+3H2S(g)\text{Al}_2\text{S}_{3(s)}+6\text{H}_2\text{O}_{(l)}\rightarrow 2\text{Al(OH)}_{3(s)}+3\text{H}_2\text{S}_{(g)}Al2​S3(s)​+6H2​O(l)​→2Al(OH)3(s)​+3H2​S(g)​

Al2S3(s)+6H2O(l)⟶2Al(OH)3(s)+3H2S(g)\text{Al}_2\text{S}_{3(s)}+6\text{H}_2\text{O}_{(l)}\longrightarrow 2\text{Al(OH)}_{3(s)}+3\text{H}_2\text{S}_{(g)}Al2​S3(s)​+6H2​O(l)​⟶2Al(OH)3(s)​+3H2​S(g)​
בדיקת איזון: Al: 2 = 2; S: 3 = 3; O: 6 = 2⋅3=62\cdot 3=62⋅3=6; H: 6⋅2=126\cdot 2=126⋅2=12 = 2⋅3+3⋅2=122\cdot 3+3\cdot 2=122⋅3+3⋅2=12.

(iii)

תשובה:

m≈3.11×104 g≈31.1m\approx 3.11\times 10^{4}\ \text{g}\approx 31.1m≈3.11×104 g≈31.1 ק"ג

m(Al2S3)=30⋅1000 g=30000 gm(\text{Al}_2\text{S}_3)=30\cdot 1000\ \text{g}=30000\ \text{g}m(Al2​S3​)=30⋅1000 g=30000 g
M(Al2S3)=2⋅27.0+3⋅32.1=150.3 gmolM(\text{Al}_2\text{S}_3)=2\cdot 27.0+3\cdot 32.1=150.3\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(Al2​S3​)=2⋅27.0+3⋅32.1=150.3 molg​
n(Al2S3)=30000 g150.3 g/mol=199.6 moln(\text{Al}_2\text{S}_3)=\frac{30000\ \text{g}}{150.3\ \text{g/mol}}=199.6\ \text{mol}n(Al2​S3​)=150.3 g/mol30000 g​=199.6 mol
לפי התגובה, יחס המולים Al2S3:Al(OH)3=1:2\text{Al}_2\text{S}_3:\text{Al(OH)}_3=1:2Al2​S3​:Al(OH)3​=1:2 ← n(Al(OH)3)=2⋅199.6 mol=399.2 moln(\text{Al(OH)}_3)=2\cdot 199.6\ \text{mol}=399.2\ \text{mol}n(Al(OH)3​)=2⋅199.6 mol=399.2 mol
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​
m=n⋅M=399.2 mol⋅78.0 gmol=31138 g≈3.11×104 gm=n\cdot M=399.2\ \text{mol}\cdot 78.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}=31138\ \text{g}\approx 3.11\times 10^{4}\ \text{g}m=n⋅M=399.2 mol⋅78.0 molg​=31138 g≈3.11×104 g, כלומר כ־31.1 ק"ג.

סעיף ו

תשובה:

m≈583 gm\approx 583\ \text{g}m≈583 g

n(Mg2+)=C⋅V=0.022 molL⋅220 L=4.84 moln(\text{Mg}^{2+})=C\cdot V=0.022\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot 220\ \text{L}=4.84\ \text{mol}n(Mg2+)=C⋅V=0.022 Lmol​⋅220 L=4.84 mol
לפי ניסוח ההמסה MgSO4(s)→H2OMg(aq)2++SO42−(aq)\text{MgSO}_{4(s)}\xrightarrow{\text{H}_2\text{O}}\text{Mg}^{2+}_{(aq)}+\text{SO}_4^{2-}{}_{(aq)}MgSO4(s)​H2​O​Mg(aq)2+​+SO42−​(aq)​, יחס המולים 1:11:11:1 ← n(MgSO4)=4.84 moln(\text{MgSO}_4)=4.84\ \text{mol}n(MgSO4​)=4.84 mol
M(MgSO4)=24.3+32.1+4⋅16.0=120.4 gmolM(\text{MgSO}_4)=24.3+32.1+4\cdot 16.0=120.4\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(MgSO4​)=24.3+32.1+4⋅16.0=120.4 molg​
m=n⋅M=4.84 mol⋅120.4 gmol=582.7 g≈583 gm=n\cdot M=4.84\ \text{mol}\cdot 120.4\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}=582.7\ \text{g}\approx 583\ \text{g}m=n⋅M=4.84 mol⋅120.4 molg​=582.7 g≈583 g

טבלת התשובות

שאלה	סעיף	תשובה
1	-	א – 2,8
2	-	א – $\text{A}^{2+}$
3	-	ב – $\text{HCN}$ ו־ $\text{CH}_2\text{Cl}_2$
4	-	ג – התמיסה המימית מוליכה חשמל
5	-	ב – היגדים II ו־III
6	-	ד – 0.1 מול הקסאן (2.0 מול אטומים)
7	-	ג – $\text{H}_2\text{SO}_4$ (40 מ"ל)
8	-	ג – $\text{HClO}_4$ (דרגת חמצון +7)
9	א	$C\approx 0.40\ \text{M}$ ( $0.403\ \text{mol/L}$ )
	ב	$\text{NH}_{3(g)}\xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}}\text{NH}_{3(aq)}$ (ואז $\text{NH}_{3(aq)}+\text{H}_2\text{O}_{(l)}\rightarrow\text{NH}_4^{+}{}_{(aq)}+\text{OH}^{-}_{(aq)}$ ); $\text{NaOH}_{(s)}\xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}}\text{Na}^{+}_{(aq)}+\text{OH}^{-}_{(aq)}$ ; $\text{HCl}_{(g)}+\text{H}_2\text{O}_{(l)}\rightarrow\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}+\text{Cl}^{-}_{(aq)}$
	ג	תמיסת אמוניה: pH > 7; תמיסת NaOH: pH > 7; תמיסת HCl: pH < 7
	ד	מחמצן: $\text{HOCl}_{(aq)}$ ; מחזר: $\text{Cl}^{-}_{(aq)}$
	ה i	בשני החומרים פועלים קשרי מימן ואינטראקציות ואן דר ואלס; באתאנול ענן האלקטרונים גדול יותר (ואן דר ואלס חזקים יותר) וקשרי המימן (O–H···O) חזקים יותר, ולכן נדרשת יותר אנרגייה לרתיחה.
	ה ii	$\text{CHCl}_{3(l)}\xrightarrow{\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(l)}}\text{CHCl}_{3(\text{C}_2\text{H}_5\text{OH})}$
	ו i	$\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}+\text{OH}^{-}_{(aq)}\rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(l)}$
	ו ii	$\Delta H^0<0$ – לפי הקטע "בתגובה זו נפלטת אנרגייה"; התגובה אקסותרמית.
	ז	$\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(aq)}\rightarrow\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(g)}$ (התנדפות האתאנול)
	ח	במים חמים הטמפרטורה עולה, האנרגייה הקינטית של המולקולות גדלה, והחומרים הרעילים מתנדפים ומתפשטים לאוויר מהר יותר (וגם התגובות היוצרות אותם מואצות).
10	א	מולקולה (1): קבוצת אסטר אחת ושני קשרים כפולים C=C (אלקן). מולקולה (2): שלוש קבוצות אסטר.
	ב	חומצה גונדואית: שרשרת של 20 אטומי C עם קבוצת COOH, קשר כפול cis בין C11 ל־C12 (C9–C10 מצד ω). חומצה פלמיטית: שרשרת רוויה של 16 אטומי C עם קבוצת COOH.
	ג	$n\approx 0.196\ \text{mol}$
	ד	C18:1ω9trans – שרשרת של 18 אטומי C עם COOH, קשר כפול trans בין C9 ל־C10.
	ה	בחומצה אלאידית (trans) השרשרת ישרה, המולקולות נארזות צפוף ושטח המגע ביניהן גדול – אינטראקציות ואן דר ואלס חזקות יותר; בחומצה אוליאית (cis) יש "כיפוף" שמונע אריזה צפופה.
	ו	C20:0
	ז	חומצה גונדואית (C20:1ω9cis).
	ח	מולקולות שמן החוחובה בנויות בעיקר משרשרות פחמימניות ארוכות לא קוטביות; גם הקסאן לא קוטבי. בין מולקולות השמן להקסאן נוצרות אינטראקציות ואן דר ואלס בדומה לאלה שבכל אחד מהחומרים לחוד, ולכן השמן מתמוסס.
11	א i	$C\approx 0.83\ \text{M}$
	א ii	pH < 7
	ב i	$C\approx 0.17\ \text{M}$
	ב ii	גבוה יותר (אך עדיין קטן מ־7).
	ג	איור (1).
	ד i	$m(\text{CaCO}_3)\approx 0.25\ \text{g}$
	ד ii	ה־pH עלה.
	ה	pH < 7 – נשאר עודף של כ־0.001 mol יוני $\text{H}_3\text{O}^+$ .
12	א	כן – דרגות החמצון של N ושל O משתנות.
	ב	התוצרים $\text{N}_2$ , $\text{O}_2$ ו־ $\text{H}_2\text{O}$ הם רכיבים טבעיים של האוויר (לפי הגרף).
	ג	$\Delta H_1^0=-236.0\ \text{kJ}$
	ד	$\text{NH}_4^+$ : −3; $\text{NO}_3^-$ : +5; $\text{N}_2\text{O}$ : +1; $\text{NO}_2$ : +4
	ה	$m(\text{NH}_3)\approx 213\ \text{g}$ (212.5 g)
	ו	$\text{NH}_4\text{NO}_{3(s)}\xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}}\text{NH}_4^{+}{}_{(aq)}+\text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}$
	ז	b – הוספת מים (מיהול).
13	א i	ראו איור: כל אטום C בארבעה קשרים יחידים, כל אטום O בשני קשרים יחידים ועם שני זוגות אלקטרונים לא קושרים.
	א ii	1-פרופאנול ו־2-פרופאנול.
	ב	לשני הכהלים קבוצת OH אחת (קשרי מימן דומים), אך ענן האלקטרונים של 1-פרופאנול גדול יותר – אינטראקציות ואן דר ואלס חזקות יותר.
	ג	היגד (1).
	ד	גבוהה יותר.
	ה i	הידיים קולטות אנרגייה.
	ה ii	תגובה (1).
	ה iii	המסה במים.
	ו	דיאגרמה 1.
14	א	בסריג יוני כל יון מוקף ביונים בעלי מטען מנוגד ונמשך אליהם בכוחות חשמליים חזקים (קשר יוני) בכל הכיוונים; כדי לפרק את הסריג נדרשת אנרגייה רבה, ולכן טמפרטורות ההיתוך גבוהות מטמפרטורת החדר.
	ב	בטמפרטורת החדר החומר היוני מוצק: היונים קשורים במקומות קבועים בסריג ואינם ניידים, ואין בו אלקטרונים חופשיים – אין נושאי מטען ניידים.
	ג i	ניסוח (4).
	ג ii	ניסוח (2).
	ד	$0.2\ \text{mol}$ יונים
	ה i	$\text{Al}_2\text{S}_3$
	ה ii	$\text{Al}_2\text{S}_{3(s)}+6\text{H}_2\text{O}_{(l)}\rightarrow 2\text{Al(OH)}_{3(s)}+3\text{H}_2\text{S}_{(g)}$
	ה iii	$m\approx 3.11\times 10^{4}\ \text{g}\approx 31.1$ ק"ג
	ו	$m\approx 583\ \text{g}$