בגרות בכימיה שאלון עיקרי 037381 - קיץ 2021 מועד מיוחד

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

בחינת הבגרות בכימיה, שאלון עיקרי, קיץ 2021 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)

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.
שים לב: בבחינה זו יש הנחיות מיוחדות. יש לענות על השאלות על פי הנחיות אלה.
הנחיות מיוחדות לשנה זו: בפרק הראשון 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, 20 נקודות) היא חובה: עונים על הסעיפים א, ב, ד, ה, ז ועל אחד מן הסעיפים ג או ו. בפרק השני עונים על שלוש מן השאלות 10-14 (20 נקודות לכל שאלה), ובכל שאלה יש זוג סעיפי בחירה — עונים על כל סעיפי החובה ועל אחד משני סעיפי הבחירה, כמפורט בראש כל שאלה.

פרק ראשון

שאלה 1 · נוסחה של תרכובת יונית מייצוג אלקטרונים

רב-ברירה

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).
לפני שתענה, קרא את כל התשובות המוצעות.
האותיות a , b , c הן סמלים שרירותיים המייצגים שלושה יסודות בטבלה המחזורית.
לפניך נוסחאות ייצוג אלקטרוניות של אטומי היסודות a , b , c .
בין שניים מן היסודות האלה יכולה להתקיים תגובה שבה תתקבל תרכובת יונית.
מהי הנוסחה האמפירית הנכונה של תרכובת זו?

א.
$\text{a}_5\text{b}_2$
ב.
$\text{a}_2\text{b}_3$
ג.
$\text{ac}$
ד.
$\text{ac}_3$

◂ פתרון מלא לשאלה 1

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג — ac: היון a2+\text{a}^{2+}a2+ והיון c2−\text{c}^{2-}c2− מתאחדים ביחס 1:1.

ספירת אלקטרוני הערכיות לפי הייצוג:
•לאטום a יש 2 אלקטרוני ערכיות — זהו מתכת מטור 2; הוא מוסר 2 אלקטרונים ויוצר יון a2+\text{a}^{2+}a2+.
•לאטום b יש 5 אלקטרוני ערכיות (טור 15) — אל־מתכת; הוא קולט 3 אלקטרונים ויוצר יון b3−\text{b}^{3-}b3−.
•לאטום c יש 6 אלקטרוני ערכיות (טור 16) — אל־מתכת; הוא קולט 2 אלקטרונים ויוצר יון c2−\text{c}^{2-}c2−.
תרכובת יונית נוצרת בין מתכת לאל־מתכת, כלומר בין a לבין b או בין a לבין c. התרכובת חייבת להיות ניטרלית חשמלית:
•a עם c: a2+\text{a}^{2+}a2+ ו־c2−\text{c}^{2-}c2− ביחס 1:1 ← הנוסחה האמפירית ac\text{ac}ac. תשובה ג נכונה.
•a עם b: a2+\text{a}^{2+}a2+ ו־b3−\text{b}^{3-}b3− ביחס 3:2 ← a3b2\text{a}_3\text{b}_2a3​b2​ (לא מופיעה בתשובות).
מדוע האחרות שגויות:
•א. a5b2\text{a}_5\text{b}_2a5​b2​: מטען כולל 5(+2)+2(−3)=+4≠05(+2)+2(-3)=+4\neq 05(+2)+2(−3)=+4=0.
•ב. a2b3\text{a}_2\text{b}_3a2​b3​: מטען כולל 2(+2)+3(−3)=−5≠02(+2)+3(-3)=-5\neq 02(+2)+3(−3)=−5=0 (היחס הפוך מהנכון).
•ד. ac3\text{ac}_3ac3​: מטען כולל +2+3(−2)=−4≠0+2+3(-2)=-4\neq 0+2+3(−2)=−4=0.

שאלה 2 · יסודות עוקבים ונוסחת תרכובת

רב-ברירה

האותיות a , b , c , d הן סמלים שרירותיים, המייצגים ארבעה יסודות בעלי מספרים אטומיים עוקבים במערכה המחזורית. לאטום של יסוד c יש אלקטרון ערכיות אחד.
N מסמל אטום חנקן.
מהי הנוסחה הנכונה?

א.
$\text{a}_3\text{c}_2$
ב.
$\text{b}_3\text{N}_2$
ג.
$\text{da}$
ד.
$\text{d}_3\text{N}_2$

◂ פתרון מלא לשאלה 2

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד — d3N2\text{d}_3\text{N}_2d3​N2​: d מטור 2 יוצר d2+\text{d}^{2+}d2+, וחנקן יוצר N3−\text{N}^{3-}N3−.

זיהוי מיקום היסודות: ל־c יש אלקטרון ערכיות אחד, ולכן c מתכת אלקלית (טור 1). המספרים האטומיים עוקבים, לכן:
•b (מספר אטומי קטן ב־1 מ־c) הוא גז אציל (טור 18), עם רמה חיצונית מלאה;
•a (קטן ב־2) הוא הלוגן (טור 17), בעל 7 אלקטרוני ערכיות, יוצר יון a−\text{a}^{-}a−;
•d (גדול ב־1 מ־c) נמצא בטור 2, בעל 2 אלקטרוני ערכיות, יוצר יון d2+\text{d}^{2+}d2+.
חנקן (טור 15, 5 אלקטרוני ערכיות) יוצר עם מתכת יון N3−\text{N}^{3-}N3−. בתרכובת של d עם חנקן: 3(+2)+2(−3)=03(+2)+2(-3)=03(+2)+2(−3)=0 ← d3N2\text{d}_3\text{N}_2d3​N2​ (כמו Mg3N2\text{Mg}_3\text{N}_2Mg3​N2​). תשובה ד נכונה.
מדוע האחרות שגויות:
•א. c יוצר c+\text{c}^{+}c+ ו־a יוצר a−\text{a}^{-}a−, לכן הנוסחה היא ca\text{ca}ca ולא a3c2\text{a}_3\text{c}_2a3​c2​.
•ב. b הוא גז אציל — רמת הערכיות שלו מלאה, והוא אינו יוצר תרכובות.
•ג. d2+\text{d}^{2+}d2+ עם a−\text{a}^{-}a− מתאחדים ביחס 1:2 — da2\text{da}_2da2​, ולא da\text{da}da.

שאלה 3 · מימן ציאני: דרגות חמצון, קוטביות וכוחות

רב-ברירה

מימן ציאני, HCN(g)\text{HCN}_{(g)}HCN(g)​ , הוא אחד מן הגזים הרעילים המצויים בעשן של סיגריה בוערת.
למולקולה HCN צורה קווית.
בטבלה שלפניך נתונים ערכי האלקטרושליליות של אטומֵי חנקן, פחמן ומימן:
האטוםNCH
האלקטרושליליות3.02.52.1
מהי הקביעה הנכונה?

האטום	N	C	H
האלקטרושליליות	3.0	2.5	2.1

א.
דרגת החמצון של אטום הפחמן במולקולה HCN היא $(0)$ .
ב.
דרגת החמצון של אטום הפחמן במולקולה HCN היא $(+2)$ .
ג.
במולקולה HCN אין דו־קוטב קבוע.
ד.
במצב נוזל, בין המולקולות של $\text{HCN}_{(l)}$ יש קשרי מימן.

◂ פתרון מלא לשאלה 3

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב — דרגת החמצון של הפחמן היא +2+2+2.

נוסחת המבנה: H−C≡N\text{H}-\text{C}\equiv\text{N}H−C≡N (קשר יחיד C–H וקשר משולש C≡N).
דרגת החמצון של C: בכל קשר מייחסים את זוג האלקטרונים לאטום האלקטרושלילי יותר.
•בקשר C–H: הפחמן (2.5) אלקטרושלילי מהמימן (2.1), ולכן הפחמן "מקבל" את זוג הקשר: תרומה של −1-1−1.
•בקשר המשולש C≡N: החנקן (3.0) אלקטרושלילי מהפחמן, ולכן שלושת זוגות הקשר מיוחסים לחנקן: תרומה של +3+3+3.
•סך הכול: −1+3=+2-1+3=+2−1+3=+2. תשובה ב נכונה (ותשובה א שגויה).
בדיקה: H הוא +1+1+1, N הוא −3-3−3, ולכן (+1)+x+(−3)=0⇒x=+2(+1)+x+(-3)=0 \Rightarrow x=+2(+1)+x+(−3)=0⇒x=+2.
ג שגויה: שני הקשרים קוטביים, והדו־קטבים שלהם מכוונים שניהם לכיוון החנקן (המטען החלקי השלילי על N, החיובי על H). במולקולה קווית לא־סימטרית (H בצד אחד ו־N בצד השני) הם אינם מבטלים זה את זה, ולכן ל־HCN יש דו־קוטב קבוע.
ד שגויה: קשרי מימן נוצרים כאשר אטום מימן קשור לאטום F, O או N. ב־HCN המימן קשור לפחמן, ולכן בין מולקולות HCN אין קשרי מימן (יש אינטראקציות דו־קוטב–דו־קוטב ואינטראקציות ואן דר ואלס).

שאלה 4 · השוואת בסיסיות תמיסות הידרוקסיד

רב-ברירה

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

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

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

◂ פתרון מלא לשאלה 4

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

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

הבסיסיות (וה־pH) נקבעת לפי ריכוז יוני OH(aq)−\text{OH}^{-}_{(aq)}OH(aq)−​, ולא לפי נפח התמיסה.
תהליכי ההמסה:
KOH(s)→K(aq)++OH(aq)−\text{KOH}_{(s)} \rightarrow \text{K}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}KOH(s)​→K(aq)+​+OH(aq)−​ (יחס 1:1)
Ba(OH)2(s)→Ba(aq)2++2OH(aq)−\text{Ba(OH)}_{2(s)} \rightarrow \text{Ba}^{2+}_{(aq)} + 2\text{OH}^{-}_{(aq)}Ba(OH)2(s)​→Ba(aq)2+​+2OH(aq)−​ (יחס 1:2)
תמיסה[OH−][\text{OH}^{-}][OH−]
A0.3 M×1=0.3 M0.3\ \text{M}\times 1 = 0.3\ \text{M}0.3 M×1=0.3 M
B0.2 M×1=0.2 M0.2\ \text{M}\times 1 = 0.2\ \text{M}0.2 M×1=0.2 M
C0.2 M×2=0.4 M0.2\ \text{M}\times 2 = 0.4\ \text{M}0.2 M×2=0.4 M
D0.1 M×2=0.2 M0.1\ \text{M}\times 2 = 0.2\ \text{M}0.1 M×2=0.2 M
בתמיסה C ריכוז יוני OH−\text{OH}^{-}OH− הגבוה ביותר, ולכן היא הבסיסית ביותר (ה־pH שלה הגבוה ביותר). תשובה ד נכונה.
•א שגויה: הריכוזים של OH−\text{OH}^{-}OH− שונים, ולכן ה־pH שונה.
•ב שגויה: ב־B הריכוז 0.2 M — מן הנמוכים (הנפח הגדול אינו משנה את הריכוז).
•ג שגויה: ב־A הריכוז 0.3 M, נמוך מ־0.4 M שב־C.
טעות נפוצה: להתייחס לריכוז הבסיס ולא לריכוז יוני OH−\text{OH}^{-}OH− (שוכחים שב־Ba(OH)2\text{Ba(OH)}_2Ba(OH)2​ יש שני יוני OH−\text{OH}^{-}OH− ליחידה), או להתחשב בנפח.

תמיסה	$[\text{OH}^{-}]$
A	$0.3\ \text{M}\times 1 = 0.3\ \text{M}$
B	$0.2\ \text{M}\times 1 = 0.2\ \text{M}$
C	$0.2\ \text{M}\times 2 = 0.4\ \text{M}$
D	$0.1\ \text{M}\times 2 = 0.2\ \text{M}$

שאלה 5 · מספר אטומי חמצן הנקלטים בנשימה

רב-ברירה

בזמן מנוחה גוף האדם קולט מן הרֵיאות במשך דקה 2.6 גרם חמצן, O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ .
נתון: במול אחד של חלקיקים יש 6.02⋅10236.02\cdot 10^{23}6.02⋅1023 חלקיקים.
מהו המספר של אטומי חמצן שגוף האדם קולט בדקה?

א.
$\dfrac{6.02\cdot 10^{23}}{0.081}$
ב.
$\dfrac{6.02\cdot 10^{23}}{0.162}$
ג.
$6.02\cdot 10^{23}\cdot 0.081$
ד.
$6.02\cdot 10^{23}\cdot 0.162$

◂ פתרון מלא לשאלה 5

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד — 6.02⋅1023⋅0.1626.02\cdot10^{23}\cdot 0.1626.02⋅1023⋅0.162 אטומים.

מספר המולים של מולקולות O2\text{O}_2O2​:
M(O2)=2×16.0=32.0 g/molM(\text{O}_2)=2\times 16.0=32.0\ \text{g/mol}M(O2​)=2×16.0=32.0 g/mol
n=mM=2.6 g32.0 g/mol=0.081 moln=\dfrac{m}{M}=\dfrac{2.6\ \text{g}}{32.0\ \text{g/mol}}=0.081\ \text{mol}n=Mm​=32.0 g/mol2.6 g​=0.081 mol מולקולות O2\text{O}_2O2​
מספר המולים של אטומי O: בכל מולקולה O2\text{O}_2O2​ יש 2 אטומים:
n(O)=2×0.081 mol=0.162 moln(\text{O})=2\times 0.081\ \text{mol}=0.162\ \text{mol}n(O)=2×0.081 mol=0.162 mol אטומים
מספר האטומים: N=n⋅NA=0.162 mol⋅6.02⋅1023 atomsmol=6.02⋅1023⋅0.162≈9.8⋅1022N=n\cdot N_A=0.162\ \text{mol}\cdot 6.02\cdot 10^{23}\ \frac{\text{atoms}}{\text{mol}}=6.02\cdot 10^{23}\cdot 0.162\approx 9.8\cdot 10^{22}N=n⋅NA​=0.162 mol⋅6.02⋅1023 molatoms​=6.02⋅1023⋅0.162≈9.8⋅1022 אטומים. תשובה ד נכונה.
•ג שגויה: זהו מספר המולקולות O2\text{O}_2O2​ ולא מספר האטומים.
•א, ב שגויות: מספר החלקיקים מתקבל ממכפלת מספר המולים במספר אבוגדרו, ולא מחילוק.
טעות נפוצה: לשכוח שבכל מולקולת חמצן יש שני אטומים.

שאלה 6 · מספר מולי חלקיקים מומסים בתמיסות

רב-ברירה

לכל אחד משלושה כלים הכניסו 1 מול חומר, והוסיפו מים עד שהתקבלה תמיסה בנפח 1 ליטר.
בדיאגרמה שלפניך מוצג מספר המולים הכולל של חלקיקי החומר המומס בכל אחת משלוש התמיסות a , b ו־ c :
באיזו מן השורות א-ד החומרים המומסים בתמיסות a , b ו־ c מוצגים בהתאם לדיאגרמה?

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

◂ פתרון מלא לשאלה 6

התשובה הנכונה: א

תשובה:

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

נרשום את תהליכי ההמסה של 1 מול מכל חומר:
- \text{NaNO}_{3(s)} \rightarrow \text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{NO}_3^{-}_{(aq)} ← 2 מול יונים.
- \text{Na}_2\text{SO}_{4(s)} \rightarrow 2\text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{SO}_4^{2-}_{(aq)} ← 3 מול יונים.
- CH3OH(l)→CH3OH(aq)\text{CH}_3\text{OH}_{(l)} \rightarrow \text{CH}_3\text{OH}_{(aq)}CH3​OH(l)​→CH3​OH(aq)​ ← חומר מולקולרי, המולקולות אינן מתפרקות ליונים: 1 מול מולקולות.
לפי הדיאגרמה: בתמיסה a — 2 מול חלקיקים (NaNO3\text{NaNO}_3NaNO3​), בתמיסה b — 3 מול (Na2SO4\text{Na}_2\text{SO}_4Na2​SO4​), בתמיסה c — 1 מול (CH3OH\text{CH}_3\text{OH}CH3​OH). תשובה א נכונה.
•ב: ב־a יהיה רק 1 מול (CH3OH\text{CH}_3\text{OH}CH3​OH) וב־c 2 מול — הפוך מהדיאגרמה.
•ג: ב־b יהיה 1 מול וב־c 3 מול — אינו מתאים.
•ד: ב־a יהיו 3 מול וב־b 2 מול — אינו מתאים.

שאלה 7 · חמצון-חיזור בתגובת OF2 עם מים

רב-ברירה

בתעשיית האלקטרוניקה משתמשים בתמיסה מימית של מימן פלואורי HF(aq)\text{HF}_{(aq)}HF(aq)​ בתהליך הכנת שבבים.
תמיסת HF(aq)\text{HF}_{(aq)}HF(aq)​ מתקבלת על פי התגובה:
OF2(g)+H2O(l)→2HF(aq)+O2(g)\text{OF}_{2(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow 2\text{HF}_{(aq)} + \text{O}_{2(g)}OF2(g)​+H2​O(l)​→2HF(aq)​+O2(g)​
מהי הקביעה הנכונה בנוגע לתגובה זו?

א.
אטומי F במולקולות של $\text{OF}_{2(g)}$ הם המחמצן.
ב.
אטומי O במולקולות של $\text{OF}_{2(g)}$ הם המחמצן.
ג.
אטומי O במולקולות של $\text{H}_2\text{O}_{(l)}$ עוברים חיזור.
ד.
אטומי H במולקולות של $\text{H}_2\text{O}_{(l)}$ עוברים חיזור.

◂ פתרון מלא לשאלה 7

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב — דרגת החמצון של O ב־OF2\text{OF}_2OF2​ יורדת מ־+2+2+2 ל־0, ולכן הוא המחמצן.

דרגות חמצון (F הוא היסוד האלקטרושלילי ביותר, ולכן תמיד −1-1−1):
האטוםבמגיביםבתוצריםשינוי
O ב־OF2\text{OF}_2OF2​+2+2+20 (ב־O2\text{O}_2O2​)ירידה — חיזור
F ב־OF2\text{OF}_2OF2​−1-1−1−1-1−1 (ב־HF)אין
O ב־H2O\text{H}_2\text{O}H2​O−2-2−20 (ב־O2\text{O}_2O2​)עלייה — חמצון
H ב־H2O\text{H}_2\text{O}H2​O+1+1+1+1+1+1 (ב־HF)אין
אטומי O ב־OF2\text{OF}_2OF2​ קולטים אלקטרונים (עוברים חיזור), ולכן הם המחמצן. תשובה ב נכונה. (אטומי O במים מוסרים אלקטרונים — הם המחזר.)
•א שגויה: דרגת החמצון של F אינה משתנה.
•ג שגויה: אטומי O במים עוברים חמצון (−2→0-2 \rightarrow 0−2→0), לא חיזור.
•ד שגויה: דרגת החמצון של H אינה משתנה.
בדיקת איזון: מגיבים — O: 2, F: 2, H: 2; תוצרים — O: 2, F: 2, H: 2. אלקטרונים: O ב־OF2\text{OF}_2OF2​ קולט 2, O במים מוסר 2.

האטום	במגיבים	בתוצרים	שינוי
O ב־ $\text{OF}_2$	$+2$	0 (ב־ $\text{O}_2$ )	ירידה — חיזור
F ב־ $\text{OF}_2$	$-1$	$-1$ (ב־HF)	אין
O ב־ $\text{H}_2\text{O}$	$-2$	0 (ב־ $\text{O}_2$ )	עלייה — חמצון
H ב־ $\text{H}_2\text{O}$	$+1$	$+1$ (ב־HF)	אין

שאלה 8 · דיאגרמת אנתלפיה לתגובת יצירת אמוניה

רב-ברירה

נתון ניסוח התגובה: N2(g)+3H2(g)→2NH3(g)ΔH0=−92 kJ\text{N}_{2(g)} + 3\text{H}_{2(g)} \rightarrow 2\text{NH}_{3(g)}\qquad \Delta H^{0} = -92\ \text{kJ}N2(g)​+3H2(g)​→2NH3(g)​ΔH0=−92 kJ
איזה מן הגרפים I-IV הוא הנכון?

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

◂ פתרון מלא לשאלה 8

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א — גרף I.

הדיאגרמה צריכה להציג בדיוק את המגיבים והתוצרים שבניסוח, במצבי הצבירה שבניסוח, ואת ערך ΔH\Delta HΔH בכיוון הנכון:
•מגיבים: N2(g)+3H2(g)\text{N}_{2(g)} + 3\text{H}_{2(g)}N2(g)​+3H2(g)​ (מולקולות, לא אטומים בודדים).
•תוצרים: 2NH3(g)2\text{NH}_{3(g)}2NH3(g)​ (גז).
- ΔH=−92 kJ\Delta H = -92\ \text{kJ}ΔH=−92 kJ: התגובה אקסותרמית — רמת האנתלפיה של התוצרים נמוכה מזו של המגיבים, החץ מכוון כלפי מטה.
גרף I מקיים את כל התנאים. תשובה א נכונה.
•גרף II: הרמה העליונה היא 2N(g)+6H(g)2\text{N}_{(g)} + 6\text{H}_{(g)}2N(g)​+6H(g)​ — אטומים בודדים, ולא המגיבים שבניסוח.
•גרף III: החץ כלפי מעלה ו־+92 kJ+92\ \text{kJ}+92 kJ (תגובה אנדותרמית), והתוצר בו נוזל.
•גרף IV: מגיבים כאטומים בודדים ותוצר במצב נוזל — שונים מהניסוח.

שאלה 9 · "דלק ירוק" מאצות — ביוקונברסיה

שאלת מאמר

שימו לב: חלק מהשאלה לא במיקוד תשפ"ז

סעיף ו (סעיף בחירה) — רישום מקוצר של חומצת שומן: כימיה של מזון, מחוץ לתוכנית 2027. שאר הסעיפים בתוכנית.

ניתוח קטע ממאמר מדעי — חובה
קרא את הקטע שלפניך, וענה על הסעיפים א-ז שאחריו לפי ההנחיות (שאלת חובה — 20 נקודות).
"דלק ירוק" מאצות
בשְׂרֵפָה של דלקים כמו נפט ופחם נפלט פחמן דו־חמצני, CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ . יש מדענים הסבורים כי עלייה בריכוז של CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ באטמוספרה גורמת, בין השאר, לשינויי אקלים ולעלייה בחומציות של מי הים. CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ מגיב עם מים, H2O(l)\text{H}_2\text{O}_{(l)}H2​O(l)​ , על פי התגובה:
CO2(g)+2H2O(l)→H3O(aq)++HCO3−(aq)\text{CO}_{2(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{HCO}_3^{-}{}_{(aq)}CO2(g)​+2H2​O(l)​→H3​O(aq)+​+HCO3−​(aq)​
מדענים מנסים למצוא דרכים לצמצום הכמות של CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ הנפלטת לאטמוספרה. אחת הדרכים היא גידול אצות זעירות הקולטות CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ ומנצלות אותו ליצירת תרכובות פחמן. שיטה זו מכונה ביוקונברסיה.
בספרד פועל מתקן ניסיוני שמזרימים בו CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ שנפלט מארובות של מפעל מלט, לתוך צינורות זכוכית המכילים מים ואצות זעירות. בהשפעתה של קרינת השמש האצות מתרבות במהירות, ומפיקים מהן תערובת של תרכובות פחמן הדומה בתכונות הבעֵרה שלה לנפט. תערובת זו היא "דלק ירוק", מכיוון שבעת שְׂרֵפָתה לא נפלטים לאוויר חומרים מזהמים כמו אלה הנפלטים בשרפת נפט או פחם. התערובת נוצרת במתקן הניסיוני בתוך 48 שעות, לעומת הנפט בטבע שהיווצרותו נמשכת מיליוני שנים.
גם בישראל הוקם מתקן הפועל בשיטת הביוקונברסיה. המתקן נמצא באשקלון, ליד תחנת הכוח להפקת חשמל המופעלת על ידי שרפת פחם, C(s)\text{C}_{(s)}C(s)​ .
במתקן זה מזרימים את ה־CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ שנוצר בשרפת הפחם לתוך בריכות מי ים שבהן אצות זעירות. האצות קולטות CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ ומתרבות במהירות. מאצות אלה מפיקים חומצות שומן מסוג אומגה 3, ומהן מכינים תוסף תזונה.
בישראל מקווים שבעתיד יהיה אפשר לייצר בשיטת הביוקונברסיה גם "דלק ירוק".
(מעובד על פי: מרלן גרינפטר, "פתרון למחסור בנפט ולבעיית שינוי האקלים", אפוק טיימס ישראל, מאי 2011)
---
ענה על הסעיפים א, ב, ד, ה, ז, ועל אחד מן הסעיפים ג או ו.
הנח שבתחנות הכוח בישראל המופעלות על ידי פחם נשרפים בכל שעה 1620 טון פחם, C(s)\text{C}_{(s)}C(s)​ , בחמצן, O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ , שבאוויר.

א.

נסח את תגובת השרפה של פחם.

ב.

ב־ 1 טון יש 1,000,000 גרם (1×1061\times 10^{6}1×106 גרם).
כמה מול פחם נשרף בכל שעה בתחנות הכוח האלה? פרט את חישוביך.

ג.

סעיף ג הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ו.
מהי המסה של CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ שנפלטת לאטמוספרה בכל שעה מתחנות הכוח האלה? פרט את חישוביך.

ד.

על פי המידע שבקטע, ציין שני יתרונות לשימוש בשיטת הביוקונברסיה.

ה.

לשתי בריכות, שהכילו אותו נפח של מי ים, הזרימו CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ באותו קצב.
רק באחת מן הבריכות היו אצות. שאר התנאים היו זהים.
איזה מן הגרפים I-III שלפניך מתאר את שינוי ה־ pH של מי הים עם הזמן, בכל אחת מן הבריכות? נמק.

ו.

סעיף ו הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ג.
במולקולה של אחת מחומצות השומן מסוג אומגה 3 המופקות מאצות יש 20 אטומי פחמן ו־ 5 קשרים כפולים, כולם במבנה ציס.
כתוב רישום מקוצר לחומצת שומן זו.

ז.

באחד השלבים בתהליך הפקת חומצות השומן מן האצות משתמשים בממס.
איזה מן הממסים — מים, H2O(l)\text{H}_2\text{O}_{(l)}H2​O(l)​ , או הקסאן, C6H14(l)\text{C}_6\text{H}_{14(l)}C6​H14(l)​ — מתאים להמסת חומצות השומן? הסבר.

◂ פתרון מלא לשאלה 9

סעיף א

תשובה:

C(s)+O2(g)→CO2(g)\text{C}_{(s)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{CO}_{2(g)}C(s)​+O2(g)​→CO2(g)​

בשרפה (שריפה מלאה) הפחם מגיב עם חמצן מהאוויר ונוצר פחמן דו־חמצני (כמתואר בפסקה הראשונה ובפסקה על המתקן באשקלון):
C(s)+O2(g)→CO2(g)\text{C}_{(s)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{CO}_{2(g)}C(s)​+O2(g)​→CO2(g)​
בדיקת איזון: C — 1 בכל צד; O — 2 בכל צד.

סעיף ב

תשובה:

1.35×108 mol1.35\times 10^{8}\ \text{mol}1.35×108 mol פחם בשעה.

המרת מסה לגרמים:
m=1620 ton×1×106 gton=1.62×109 gm = 1620\ \text{ton} \times 1\times10^{6}\ \frac{\text{g}}{\text{ton}} = 1.62\times 10^{9}\ \text{g}m=1620 ton×1×106 tong​=1.62×109 g
מספר המולים: M(C)=12.0 g/molM(\text{C}) = 12.0\ \text{g/mol}M(C)=12.0 g/mol
n=mM=1.62×109 g12.0 g/mol=1.35×108 moln=\frac{m}{M}=\frac{1.62\times10^{9}\ \text{g}}{12.0\ \text{g/mol}}=1.35\times10^{8}\ \text{mol}n=Mm​=12.0 g/mol1.62×109 g​=1.35×108 mol
בכל שעה נשרפים 1.35×1081.35\times 10^{8}1.35×108 מול פחם.

סעיף ג

תשובה:

5.94×109 g5.94\times10^{9}\ \text{g}5.94×109 g = 5940 טון CO2\text{CO}_2CO2​ בשעה.

יחס מולים לפי הניסוח C(s)+O2(g)→CO2(g)\text{C}_{(s)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{CO}_{2(g)}C(s)​+O2(g)​→CO2(g)​: 1 מול C ← 1 מול CO2\text{CO}_2CO2​.
n(CO2)=n(C)=1.35×108 moln(\text{CO}_2)=n(\text{C})=1.35\times10^{8}\ \text{mol}n(CO2​)=n(C)=1.35×108 mol
מסה: M(CO2)=12.0+2×16.0=44.0 g/molM(\text{CO}_2)=12.0+2\times16.0=44.0\ \text{g/mol}M(CO2​)=12.0+2×16.0=44.0 g/mol
m=n⋅M=1.35×108 mol×44.0 gmol=5.94×109 gm=n\cdot M=1.35\times10^{8}\ \text{mol}\times 44.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}=5.94\times10^{9}\ \text{g}m=n⋅M=1.35×108 mol×44.0 molg​=5.94×109 g
כלומר 5.94×109 g÷1×106 gton=5940 ton5.94\times10^{9}\ \text{g} \div 1\times10^{6}\ \frac{\text{g}}{\text{ton}} = 5940\ \text{ton}5.94×109 g÷1×106 tong​=5940 ton CO2\text{CO}_2CO2​ בכל שעה.

סעיף ד

תשובה:

למשל: מצמצמת את פליטת CO2\text{CO}_2CO2​ לאטמוספרה; מאפשרת לייצר במהירות "דלק ירוק" שבשרפתו לא נפלטים מזהמים (וגם חומצות שומן אומגה 3 לתוסף תזונה).

יתרונות לפי הקטע (די בשניים):
צמצום הכמות של CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ הנפלטת לאטמוספרה — האצות קולטות את ה־CO2\text{CO}_2CO2​ שנפלט מארובות המפעל או מתחנת הכוח ומנצלות אותו ליצירת תרכובות פחמן (פסקה שנייה ופסקה רביעית). כך פוחתת הסכנה לשינויי אקלים ולעלייה בחומציות מי הים.
הפקת "דלק ירוק" — תערובת תרכובות פחמן הדומה בתכונות הבערה לנפט, שבשרפתה לא נפלטים חומרים מזהמים כמו בשרפת נפט או פחם (פסקה שלישית).
מהירות — התערובת נוצרת בתוך 48 שעות, לעומת מיליוני שנים להיווצרות נפט בטבע (פסקה שלישית).
הפקת חומצות שומן מסוג אומגה 3 שמהן מכינים תוסף תזונה (פסקה רביעית).

סעיף ה

תשובה:

גרף I: בבריכה עם אצות ה־pH נשאר קבוע, ובבריכה ללא אצות ה־pH יורד.

גרף I.
נימוק: לפי הקטע (פסקה ראשונה), CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ מגיב עם מים ונוצרים יוני הידרוניום:
CO2(g)+2H2O(l)→H3O(aq)++HCO3−(aq)\text{CO}_{2(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{HCO}_3^{-}{}_{(aq)}CO2(g)​+2H2​O(l)​→H3​O(aq)+​+HCO3−​(aq)​
- בבריכה ללא אצות ה־CO2\text{CO}_2CO2​ המוזרם מצטבר ומגיב עם המים, ריכוז יוני H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}H3​O(aq)+​ עולה עם הזמן, ולכן ה־pH יורד (קו מקווקו יורד).
- בבריכה עם אצות האצות קולטות את ה־CO2\text{CO}_2CO2​ ומנצלות אותו ליצירת תרכובות פחמן (פסקה שנייה ורביעית), ולכן כמעט אינו מגיב עם המים, ריכוז H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ כמעט אינו משתנה וה־pH נשאר קבוע (קו מלא אופקי).
•גרף II שגוי: בו ה־pH ללא אצות עולה — הוספת CO2\text{CO}_2CO2​ אינה יכולה להפוך את המים לבסיסיים יותר.
•גרף III שגוי: בו דווקא בבריכה עם האצות ה־pH יורד, ובבריכה ללא אצות קבוע — הפוך מהצפוי.

סעיף ו

תשובה:

C20:5ω3, cis, cis, cis, cis, cis\text{C}20:5\omega3,\ \text{cis, cis, cis, cis, cis}C20:5ω3, cis, cis, cis, cis, cis

ברישום המקוצר של חומצת שומן כותבים: C, מספר אטומי הפחמן, נקודתיים, מספר הקשרים הכפולים; אחר כך ω\omegaω ומיקום הקשר הכפול הראשון כשסופרים מקצה המתיל (CH3\text{CH}_3CH3​); ולבסוף מבנה כל קשר כפול (cis/trans).
- 20 אטומי פחמן, 5 קשרים כפולים ← C20:5
- "אומגה 3" ← הקשר הכפול הראשון מתחיל באטום הפחמן השלישי מקצה המתיל ← ω3\omega3ω3
•כל חמשת הקשרים הכפולים במבנה ציס.
C20:5ω3, cis, cis, cis, cis, cis\text{C}20:5\omega3,\ \text{cis, cis, cis, cis, cis}C20:5ω3, cis, cis, cis, cis, cis

סעיף ז

תשובה:

הקסאן.

הקסאן מתאים יותר.
הסבר: מולקולת חומצת שומן בנויה משרשרת פחמימנית ארוכה (כ־20 אטומי פחמן) שאינה קוטבית, ומקבוצה קוטבית אחת בלבד (קבוצת הקרבוקסיל COOH). לכן חלק הארי של המולקולה אינו קוטבי, והאינטראקציות העיקריות בין מולקולות חומצת השומן הן אינטראקציות ואן דר ואלס.
- הקסאן הוא חומר לא קוטבי; בין מולקולותיו יש אינטראקציות ואן דר ואלס. בין מולקולות הקסאן למולקולות חומצת השומן נוצרות אינטראקציות ואן דר ואלס משמעותיות לאורך השרשרת הארוכה, בדומה לאלה שהיו בכל חומר בנפרד — ולכן חומצות השומן מתמוססות בהקסאן.
- במים יש קשרי מימן רבים בין המולקולות. השרשרת הפחמימנית הארוכה אינה יכולה ליצור קשרי מימן עם המים; קבוצת COOH אחת אינה מספיקה כדי לפצות על ניתוק קשרי המימן בין מולקולות המים, ולכן חומצות שומן ארוכות כמעט אינן מתמוססות במים.

פרק שני

שאלה 10 · חומצות שומן בחלב אם ובשמן דקל

שאלה פתוחה

שימו לב: חלק מהשאלה לא במיקוד תשפ"ז

כל השאלה בפרק כימיה של מזון (חומצות שומן, ציס/טרנס, הידרוגנציה) — מחוץ לתוכנית 2027.

פרק שני (60 נקודות)
ענה על שלוש מן השאלות 10-14 לפי ההנחיות בכל שאלה (לכל שאלה — 20 נקודות).
כימיה של מזון
ענה על הסעיפים א, ג, ד, ועל אחד מן הסעיפים ב או ה.
חלב אֵם הוא המזון הטבעי הבסיסי של תינוק בחודשי חייו הראשונים.
בטבלה שלפניך מוצגות חומצות השומן העיקריות המרכיבות טריגליצרידים בחלב אם.
חומצת השומןסמלרישום מקוצר של חומצת השומן
חומצה פלמיטיתPC16:0
חומצה אולאיתOC18:1ω9, cis
חומצה לינולאיתLC18:2ω6, cis, cis

חומצת השומן	סמל	רישום מקוצר של חומצת השומן
חומצה פלמיטית	P	C16:0
חומצה אולאית	O	C18:1ω9, cis
חומצה לינולאית	L	C18:2ω6, cis, cis

א.

חומצה וַאקְסֵנית (vaccenic acid) היא חומצת שומן המצויה בחלב אם בכמות קטנה.
לפניך ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של מולקולת חומצה ואקסנית:

(i)

כתוב רישום מקוצר של חומצת שומן זו.

(ii)

קבע איזו מחומצות השומן שבטבלה היא איזומר של חומצה ואקסנית. נמק את קביעתך.

ב.

סעיף ב הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ה.
טמפרטורת ההיתוך של חומצה ואקסנית גבוהה מטמפרטורת ההיתוך של האיזומר שציינת בתת־סעיף א ii .
הסבר מדוע.

ג.

שמן דקל משמש בין השאר בייצור תרכובות מזון לתינוקות והן משמשות תחליף לחלב אם.
בטבלה שלפניך מוצגות חומצות השומן העיקריות המרכיבות טריגליצרידים המצויים בשמן דקל.
חומצת השומןסמלאחוז
חומצה פלמיטיתP44%
חומצה אולאיתO37%

חומצת השומן	סמל	אחוז
חומצה פלמיטית	P	44%
חומצה אולאית	O	37%

(i)

כתוב ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של חומצה פלמיטית ושל חומצה אולאית.

(ii)

בשמן דקל יש אחוז קטן של חומצה מיריסטית: C14:0 .
טמפרטורת ההיתוך של חומצה מיריסטית היא 54∘C54^{\circ}\text{C}54∘C .
קבע אם טמפרטורת ההיתוך של חומצה פלמיטית גבוהה מ־ 54∘C54^{\circ}\text{C}54∘C או נמוכה ממנה. נמק את קביעתך.

ד.

כתוב ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של תוצר ההידרוגנציה של חומצה אולאית.

ה.

סעיף ה הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ב.
שמן דקל עשיר בבֶּטָא־קָרוֹטֶן.
לפניך ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של מולקולת בטא־קרוטן.
הסבר מדוע המסיסות של בטא־קרוטן בשמן דקל גבוהה.

◂ פתרון מלא לשאלה 10

סעיף א

(i)

תשובה:

C18:1ω7, trans

ספירת אטומי הפחמן בנוסחה: אטום הפחמן של קבוצת הקרבוקסיל (COOH) הוא C1; בשרשרת יש בסך הכול 18 אטומי פחמן וקשר כפול אחד ← C18:1.
מיקום הקשר הכפול מקצה המתיל: מקצה ה־CH3\text{CH}_3CH3​ (משמאל) סופרים 7 אטומי פחמן עד לאטום הראשון של הקשר הכפול ← ω7\omega7ω7 (מצד הקרבוקסיל זהו הקשר שבין C11 ל־C12).
שני אטומי המימן שעל פחמני הקשר הכפול נמצאים בצדדים מנוגדים של הקשר ← מבנה טרנס.
רישום מקוצר: C18:1ω7, trans

(ii)

תשובה:

החומצה האולאית (O).

החומצה האולאית (C18:1ω9, cis) היא איזומר של החומצה הוואקסנית.
איזומרים הם חומרים בעלי אותה נוסחה מולקולרית ונוסחת מבנה שונה.
•לשתיהן 18 אטומי פחמן וקשר כפול אחד, ולכן לשתיהן אותה נוסחה מולקולרית: C18H34O2\text{C}_{18}\text{H}_{34}\text{O}_2C18​H34​O2​.
•המבנה שונה: בחומצה האולאית הקשר הכפול במיקום ω9\omega9ω9 ובמבנה ציס, ובחומצה הוואקסנית — במיקום ω7\omega7ω7 ובמבנה טרנס.
•החומצה הפלמיטית (C16H32O2\text{C}_{16}\text{H}_{32}\text{O}_2C16​H32​O2​) והחומצה הלינולאית (C18H32O2\text{C}_{18}\text{H}_{32}\text{O}_2C18​H32​O2​) הן בעלות נוסחה מולקולרית שונה, ולכן אינן איזומרים שלה.

סעיף ב

תשובה:

הקשר הכפול בחומצה הוואקסנית במבנה טרנס — המולקולות ישרות ונארזות בצפיפות, ולכן האינטראקציות ואן דר ואלס ביניהן חזקות יותר מאשר בחומצה האולאית (ציס, מולקולה מכופפת).

שתי החומצות הן איזומרים עם ענן אלקטרונים בגודל זהה; ההבדל הוא במבנה הקשר הכפול:
•בחומצה הוואקסנית הקשר הכפול במבנה טרנס — השרשרת כמעט ישרה (דומה לשרשרת של חומצת שומן רוויה). המולקולות יכולות להתקרב זו לזו ולהיארז בצפיפות, שטח המגע ביניהן גדול, ולכן האינטראקציות ואן דר ואלס בין המולקולות חזקות יחסית.
•בחומצה האולאית הקשר הכפול במבנה ציס — בשרשרת יש "כיפוף". המולקולות אינן יכולות להיארז בצפיפות, שטח המגע ביניהן קטן יותר, והאינטראקציות ואן דר ואלס חלשות יותר.
כדי להתיך את החומצה הוואקסנית יש להשקיע יותר אנרגיה להחלשת האינטראקציות בין המולקולות, ולכן טמפרטורת ההיתוך שלה גבוהה יותר.

סעיף ג

(i)

תשובה:

ראו האיור: פלמיטית — שרשרת זיגזג רוויה של 16 פחמנים; אולאית — 18 פחמנים עם קשר כפול ציס בין C9 ל־C10.

חומצה פלמיטית (C16:0): CH3(CH2)14COOH\text{CH}_3(\text{CH}_2)_{14}\text{COOH}CH3​(CH2​)14​COOH — שרשרת זיגזג של 16 אטומי פחמן, כולם בקשרים יחידים; בקצה אחד קבוצת COOH (C1 עם קשר כפול לאטום O ועם קבוצת OH).
חומצה אולאית (C18:1ω9, cis): CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH\text{CH}_3(\text{CH}_2)_7\text{CH}=\text{CH}(\text{CH}_2)_7\text{COOH}CH3​(CH2​)7​CH=CH(CH2​)7​COOH — שרשרת של 18 אטומי פחמן; קשר כפול אחד בין C9 ל־C10 (תשיעי מקצה המתיל, וגם תשיעי מצד הקרבוקסיל), במבנה ציס: שני המימנים שעל פחמני הקשר הכפול באותו צד, והשרשרת "מתכופפת" במקום הקשר.

(ii)

תשובה:

גבוהה מ־54∘C54^{\circ}\text{C}54∘C.

טמפרטורת ההיתוך של החומצה הפלמיטית גבוהה מ־54∘C54^{\circ}\text{C}54∘C.
שתי החומצות רוויות (אין קשרים כפולים), ולכן השרשראות ישרות ושתיהן נארזות בצורה דומה. לחומצה הפלמיטית (C16:0) שרשרת ארוכה יותר מזו של החומצה המיריסטית (C14:0), ולכן ענן האלקטרונים של מולקולותיה גדול יותר ושטח המגע בין המולקולות גדול יותר. לכן האינטראקציות ואן דר ואלס בין מולקולות החומצה הפלמיטית חזקות יותר, ונדרשת יותר אנרגיה כדי להתיך אותה — טמפרטורת ההיתוך שלה גבוהה יותר (בפועל כ־63∘C63^{\circ}\text{C}63∘C).

סעיף ד

תשובה:

חומצה סטארית, C18:0: שרשרת רוויה של 18 פחמנים — CH3(CH2)16COOH\text{CH}_3(\text{CH}_2)_{16}\text{COOH}CH3​(CH2​)16​COOH.

בהידרוגנציה מוסיפים מולקולת מימן לקשר הכפול, והוא הופך לקשר יחיד:
C17H33COOH+H2→C17H35COOH\text{C}_{17}\text{H}_{33}\text{COOH} + \text{H}_2 \rightarrow \text{C}_{17}\text{H}_{35}\text{COOH}C17​H33​COOH+H2​→C17​H35​COOH
התוצר הוא חומצה רוויה בעלת 18 אטומי פחמן — חומצה סטארית, C18:0, CH3(CH2)16COOH\text{CH}_3(\text{CH}_2)_{16}\text{COOH}CH3​(CH2​)16​COOH.
ייצוג מקוצר: שרשרת זיגזג של 18 אטומי פחמן בקשרים יחידים בלבד, ובקצה קבוצת COOH:

סעיף ה

תשובה:

גם בטא־קרוטן וגם מולקולות השמן (טריגליצרידים) אינם קוטביים ברובם; בין מולקולותיהם נוצרות אינטראקציות ואן דר ואלס דומות לאלה שבכל חומר בנפרד, ולכן בטא־קרוטן מתמוסס היטב בשמן.

- בטא־קרוטן הוא פחמימן — המולקולה בנויה מאטומי פחמן ומימן בלבד, ואין בה קשרים קוטביים משמעותיים (הפרש האלקטרושליליות בין C ל־H קטן). לכן הוא חומר לא קוטבי, ובין מולקולותיו יש אינטראקציות ואן דר ואלס (חזקות יחסית בגלל ענן האלקטרונים הגדול).
- שמן דקל מורכב בעיקר מטריגליצרידים — מולקולות גדולות שרובן שרשראות פחמימניות ארוכות לא קוטביות (חומצה פלמיטית ואולאית); גם ביניהן האינטראקציות העיקריות הן ואן דר ואלס.
בעת ההמסה נוצרות בין מולקולות הבטא־קרוטן למולקולות השמן אינטראקציות ואן דר ואלס חזקות, הדומות לאלה שהיו בכל חומר בנפרד ("דומה ממיס דומה"), ולכן המסיסות של בטא־קרוטן בשמן דקל גבוהה.

שאלה 11 · אתילן גליקול ובוטאן

שאלה פתוחה

מבנה וקישור
ענה על הסעיפים א, ב, ג, ד, ה, ועל אחד מן הסעיפים ו או ז.
בטבלה שלפניך מוצגים נתונים על אתילן גליקול ועל בוטאן.
החומרייצוג מקוצר של נוסחת מבנהטמפרטורת היתוך (∘C^{\circ}\text{C}∘C)טמפרטורת רתיחה (∘C^{\circ}\text{C}∘C)אחד השימושים בחומר
אתילן גליקולHO–CH₂–CH₂–OH (באיור)−13-13−13197חומר מונע קיפאון (אנטי־פריז) במערכת קירור של רכב
בוטאןשרשרת של 4 פחמנים (באיור)−138-138−1380גז למילוי מצתים

החומר	ייצוג מקוצר של נוסחת מבנה	טמפרטורת היתוך ( $^{\circ}\text{C}$ )	טמפרטורת רתיחה ( $^{\circ}\text{C}$ )	אחד השימושים בחומר
אתילן גליקול	HO–CH₂–CH₂–OH (באיור)	$-13$	197	חומר מונע קיפאון (אנטי־פריז) במערכת קירור של רכב
בוטאן	שרשרת של 4 פחמנים (באיור)	$-138$	0	גז למילוי מצתים

א.

רשום נוסחת ייצוג אלקטרונית למולקולה של אתילן גליקול.

ב.

רשום נוסחאות מולקולריות של אתילן גליקול ושל בוטאן.

ג.

הסבר את ההבדל בטמפרטורת הרתיחה של שני החומרים שבטבלה.

ד.

ציין שני הבדלים ברמה המיקרוסקופית בין אתילן גליקול בטמפרטורה של −25∘C-25^{\circ}\text{C}−25∘C לבין אתילן גליקול בטמפרטורה של 250∘C250^{\circ}\text{C}250∘C .

ה.

אתילן גליקול מתמוסס היטב במים. נסח את תהליך ההמסה במים של אתילן גליקול.

ו.

סעיף ו הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ז.
אתילן גליקול הוא חומר למניעת קיפאון, כי כאשר מוסיפים אותו למים נוצרת תמיסה שטמפרטורת הקיפאון שלה נמוכה מ־ 0∘C0^{\circ}\text{C}0∘C .
בוטאן אינו מתאים לשמש חומר למניעת קיפאון. הסבר מדוע.

ז.

סעיף ז הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ו.
אתילן אוקסיד הוא חומר מוצא לקבלת אתילן גליקול.
לפניך נוסחת מבנה של אתילן אוקסיד:
בתנאי החדר אתילן אוקסיד הוא גז. הסבר עובדה זו.

◂ פתרון מלא לשאלה 11

סעיף א

תשובה:

H–O–CH₂–CH₂–O–H, ולכל אטום חמצן שני זוגות אלקטרונים לא קושרים (ראו האיור).

במולקולה HOCH2CH2OH\text{HOCH}_2\text{CH}_2\text{OH}HOCH2​CH2​OH:
•שני אטומי פחמן קשורים זה לזה בקשר יחיד; לכל פחמן קשורים עוד שני אטומי מימן ואטום חמצן אחד (4 קשרים לכל פחמן).
•כל אטום חמצן קשור לפחמן ולמימן ויש לו שני זוגות אלקטרונים לא קושרים (אוקטט).
•לכל אטום מימן קשר יחיד אחד.

סעיף ב

תשובה:

אתילן גליקול: C2H6O2\text{C}_2\text{H}_6\text{O}_2C2​H6​O2​ ; בוטאן: C4H10\text{C}_4\text{H}_{10}C4​H10​

•אתילן גליקול, HOCH2CH2OH\text{HOCH}_2\text{CH}_2\text{OH}HOCH2​CH2​OH: 2 אטומי C, 6 אטומי H (4 על הפחמנים + 2 בקבוצות OH), 2 אטומי O ← C2H6O2\text{C}_2\text{H}_6\text{O}_2C2​H6​O2​.
•בוטאן, CH3CH2CH2CH3\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_3CH3​CH2​CH2​CH3​: 4 אטומי C ו־10 אטומי H ← C4H10\text{C}_4\text{H}_{10}C4​H10​.

סעיף ג

תשובה:

לאתילן גליקול טמפרטורת רתיחה גבוהה יותר בגלל קשרי מימן בין מולקולותיו; בין מולקולות בוטאן יש רק אינטראקציות ואן דר ואלס, וגודל ענני האלקטרונים זהה.

טמפרטורת הרתיחה של אתילן גליקול (197°C) גבוהה בהרבה מזו של בוטאן (0°C).
שני החומרים מולקולריים; ברתיחה מחלישים את האינטראקציות בין המולקולות.
- ענני האלקטרונים בגודל דומה: במולקולת C2H6O2\text{C}_2\text{H}_6\text{O}_2C2​H6​O2​ יש 2⋅6+6⋅1+2⋅8=342\cdot6+6\cdot1+2\cdot8=342⋅6+6⋅1+2⋅8=34 אלקטרונים, ובמולקולת C4H10\text{C}_4\text{H}_{10}C4​H10​ — 4⋅6+10⋅1=344\cdot6+10\cdot1=344⋅6+10⋅1=34 אלקטרונים. לכן האינטראקציות ואן דר ואלס בשני החומרים בסדר גודל דומה.
- אתילן גליקול: במולקולה שתי קבוצות OH — אטום מימן הקשור לאטום חמצן אלקטרושלילי, ולחמצן זוגות אלקטרונים לא קושרים. לכן בין המולקולות נוצרים קשרי מימן (בנוסף לאינטראקציות ואן דר ואלס), ולכל מולקולה שני מוקדים ליצירתם.
- בוטאן: מולקולה לא קוטבית; בין המולקולות יש רק אינטראקציות ואן דר ואלס.
קשרי מימן חזקים בהרבה מאינטראקציות ואן דר ואלס, ולכן יש להשקיע יותר אנרגיה כדי להפריד בין מולקולות אתילן גליקול — טמפרטורת הרתיחה שלו גבוהה יותר.

סעיף ד

תשובה:

ב־−25∘C-25^{\circ}\text{C}−25∘C מוצק: מולקולות צפופות, מסודרות ורוטטות במקומן; ב־250∘C250^{\circ}\text{C}250∘C גז: מולקולות רחוקות זו מזו, בלי סדר, נעות בחופשיות ובמהירות.

ב־−25∘C-25^{\circ}\text{C}−25∘C (נמוך מטמפרטורת ההיתוך, −13∘C-13^{\circ}\text{C}−13∘C) אתילן גליקול מוצק; ב־250∘C250^{\circ}\text{C}250∘C (גבוה מטמפרטורת הרתיחה, 197∘C197^{\circ}\text{C}197∘C) הוא גז.
הבדלים (די בשניים):
1. מרחק בין המולקולות: במוצק המולקולות צפופות וקרובות זו לזו; בגז המרחקים ביניהן גדולים מאוד ביחס לגודלן.
2. סדר: במוצק המולקולות מסודרות בסריג מולקולרי (מבנה מסודר); בגז הן מפוזרות באקראי, בלי סדר.
3. תנועה: במוצק המולקולות רק רוטטות סביב מקום קבוע; בגז הן נעות בחופשיות ובמהירות גבוהה בכל הכיוונים.
4. אינטראקציות: במוצק יש קשרי מימן ואינטראקציות ואן דר ואלס בין המולקולות; בגז כמעט אין אינטראקציות בין המולקולות.

סעיף ה

תשובה:

C2H6O2(l)→C2H6O2(aq)\text{C}_2\text{H}_6\text{O}_{2(l)} \rightarrow \text{C}_2\text{H}_6\text{O}_{2(aq)}C2​H6​O2(l)​→C2​H6​O2(aq)​

אתילן גליקול הוא חומר מולקולרי; בהמסה המולקולות נשארות שלמות (אינן מתפרקות ליונים) ומוקפות מולקולות מים, שאיתן הן יוצרות קשרי מימן:
C2H6O2(l)→H2O(l)C2H6O2(aq)\text{C}_2\text{H}_6\text{O}_{2(l)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}} \text{C}_2\text{H}_6\text{O}_{2(aq)}C2​H6​O2(l)​H2​O(l)​​C2​H6​O2(aq)​
(אפשר גם לכתוב: HOCH2CH2OH(l)→HOCH2CH2OH(aq)\text{HOCH}_2\text{CH}_2\text{OH}_{(l)} \rightarrow \text{HOCH}_2\text{CH}_2\text{OH}_{(aq)}HOCH2​CH2​OH(l)​→HOCH2​CH2​OH(aq)​.)

סעיף ו

תשובה:

בוטאן אינו מתמוסס במים, ולכן אינו יוצר עם המים תמיסה.

בוטאן אינו מתמוסס במים, ולכן לא נוצרת תמיסה שטמפרטורת הקיפאון שלה נמוכה.
•בין מולקולות המים יש קשרי מימן חזקים.
•בוטאן הוא חומר לא קוטבי; אין בו אטום מימן הקשור ל־O/N/F ואין לו זוגות אלקטרונים לא קושרים, ולכן אינו יכול ליצור קשרי מימן עם מולקולות המים. בין מולקולות בוטאן למולקולות מים יכולות להיווצר רק אינטראקציות ואן דר ואלס חלשות.
•ההמסה הייתה מחייבת ניתוק קשרי מימן בין מולקולות המים בלי שייווצרו במקומם אינטראקציות חזקות דומות — לכן בוטאן כמעט אינו מתמוסס במים (שני החומרים נפרדים), ואינו יכול להוריד את טמפרטורת הקיפאון של המים.
(בנוסף, בטמפרטורת החדר בוטאן הוא גז — טמפרטורת הרתיחה שלו 0°C — והוא היה מתנדף ממערכת הקירור.)

סעיף ז

תשובה:

בין מולקולות אתילן אוקסיד אין קשרי מימן (אין H הקשור לחמצן), ויש רק אינטראקציות דו־קוטב–דו־קוטב ואן דר ואלס חלשות יחסית (ענן אלקטרונים קטן) — לכן טמפרטורת הרתיחה נמוכה מטמפרטורת החדר.

אתילן אוקסיד (C2H4O\text{C}_2\text{H}_4\text{O}C2​H4​O) הוא חומר מולקולרי. כדי שיהיה גז בתנאי החדר, טמפרטורת הרתיחה שלו צריכה להיות נמוכה מטמפרטורת החדר — כלומר האינטראקציות בין מולקולותיו חלשות.
•במולקולה אטומי המימן קשורים לאטומי פחמן בלבד ואין קבוצת OH, ולכן בין מולקולות אתילן אוקסיד אין קשרי מימן (בניגוד לאתילן גליקול, שיש בו שתי קבוצות OH).
•המולקולה קוטבית (קשרי C–O קוטביים, והחמצן בצד אחד של המולקולה), ולכן בין המולקולות יש אינטראקציות דו־קוטב–דו־קוטב וואן דר ואלס.
•ענן האלקטרונים של המולקולה קטן (2⋅6+4⋅1+8=242\cdot6+4\cdot1+8=242⋅6+4⋅1+8=24 אלקטרונים), ולכן האינטראקציות ואן דר ואלס חלשות.
האינטראקציות בין המולקולות חלשות, ודרושה אנרגיה מעטה כדי להפריד ביניהן — טמפרטורת הרתיחה נמוכה מטמפרטורת החדר (בפועל כ־11∘C11^{\circ}\text{C}11∘C), ולכן בתנאי החדר אתילן אוקסיד הוא גז.

שאלה 12 · חומצות ובסיסים בשימוש ביתי

שאלה פתוחה

חומצות ובסיסים
ענה על הסעיפים א, ב, ד, ה, ועל אחד מן הסעיפים ג או ו.
חלק מן החומרים שבשימוש ביתי הם חומצות ובסיסים.
במעבדה הֵכינו תמיסות מימיות של חמישה חומרים לשימוש ביתי.
בטבלה שלפניך מידע על החומרים ועל התמיסות שהוכנו מהם.
החומרחומצה לשימוש ביתיחומץ תפוחיםמלח בישולסודה לשתייהחלב מגנזיה
השימושהסרת אבניתתיבול מאכליםתיבול מאכליםאפייהטיפול בצרבת
pH של התמיסה2.24.07.08.49.8
גוון התמיסה בנוכחות אינדיקטור "מי כרוב אדום"אדוםורודכחולכחול־ירוקירוק־צהוב

החומר	חומצה לשימוש ביתי	חומץ תפוחים	מלח בישול	סודה לשתייה	חלב מגנזיה
השימוש	הסרת אבנית	תיבול מאכלים	תיבול מאכלים	אפייה	טיפול בצרבת
pH של התמיסה	2.2	4.0	7.0	8.4	9.8
גוון התמיסה בנוכחות אינדיקטור "מי כרוב אדום"	אדום	ורוד	כחול	כחול־ירוק	ירוק־צהוב

א.

באיזו מן התמיסות החומציות שבטבלה ריכוז יוני הידרוניום, H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}H3​O(aq)+​ , הוא הגבוה ביותר? נמק.

ב.

ערבבו שתיים מן התמיסות המימיות של החומרים שבטבלה. התרחשה תגובה (1) :
(1)H3O(aq)++OH(aq)−→2H2O(l)(1)\quad \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(l)}(1)H3​O(aq)+​+OH(aq)−​→2H2​O(l)​
ציין שתי תמיסות המגיבות זו עם זו על פי תגובה (1).

ג.

סעיף ג הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ו.
לאחר ערבוב שתי התמיסות שציינת בסעיף ב הוסיפו לתמיסה שהתקבלה כמה טיפות של האינדיקטור, וערבבו.
התקבל גוון ורוד.
הסבר מדוע התקבל גוון ורוד.

ד.

סידן פחמתי, CaCO3(s)\text{CaCO}_{3(s)}CaCO3(s)​ , הוא המרכיב העיקרי של אבנית המצטברת בחדרי אמבטיה.
להסרת האבנית אפשר להשתמש בחומצה לשימוש ביתי, שהיא תמיסה מימית של חומצת מימן כלורי, HCl(aq)\text{HCl}_{(aq)}HCl(aq)​ .
תמיסת HCl(aq)\text{HCl}_{(aq)}HCl(aq)​ מגיבה עם CaCO3(s)\text{CaCO}_{3(s)}CaCO3(s)​ על פי תגובה (2) :
(2)CaCO3(s)+2H3O(aq)+→Ca(aq)2++3H2O(l)+CO2(g)(2)\quad \text{CaCO}_{3(s)} + 2\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} \rightarrow \text{Ca}^{2+}_{(aq)} + 3\text{H}_2\text{O}_{(l)} + \text{CO}_{2(g)}(2)CaCO3(s)​+2H3​O(aq)+​→Ca(aq)2+​+3H2​O(l)​+CO2(g)​
חשב את המסה של CaCO3(s)\text{CaCO}_{3(s)}CaCO3(s)​ שאפשר להסיר באמצעות 240 מ"ל תמיסת HCl(aq)\text{HCl}_{(aq)}HCl(aq)​ בריכוז 0.3M .
פרט את חישוביך.

ה.

במעבדה הכינו תמיסות מימיות של שלושה חומרים: חומצה חנקתית, HNO3(l)\text{HNO}_{3(l)}HNO3(l)​ , אשלגן חנקתי, KNO3(s)\text{KNO}_{3(s)}KNO3(s)​ , ואמוניה, NH3(g)\text{NH}_{3(g)}NH3(g)​ . כל תמיסה הוכנה בכלי נפרד.
נסח את התהליך שהתרחש כאשר הכינו כל אחת משלוש התמיסות.

ו.

סעיף ו הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ג.
לכל אחת משלוש התמיסות הוסיפו כמה טיפות של האינדיקטור.
קבע באיזו מן התמיסות התקבל גוון כחול־ירוק. נמק את קביעתך.

◂ פתרון מלא לשאלה 12

סעיף א

תשובה:

בתמיסת החומצה לשימוש ביתי (pH = 2.2).

בתמיסת החומצה לשימוש ביתי.
התמיסות החומציות הן אלה שה־pH שלהן נמוך מ־7: החומצה לשימוש ביתי (pH 2.2) וחומץ התפוחים (pH 4.0). ככל שריכוז יוני H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}H3​O(aq)+​ בתמיסה גבוה יותר, ה־pH נמוך יותר. ה־pH של תמיסת החומצה לשימוש ביתי הוא הנמוך ביותר, ולכן ריכוז יוני ההידרוניום בה הגבוה ביותר.

סעיף ב

תשובה:

תמיסת החומצה לשימוש ביתי ותמיסת חלב המגנזיה.

בתגובה (1) מגיבים יוני הידרוניום עם יוני הידרוקסיד, לכן דרושות תמיסה חומצית (מכילה H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}H3​O(aq)+​) ותמיסה בסיסית שהבסיס בה הוא הידרוקסיד (מכילה OH−\text{OH}^{-}OH−).
•תמיסה חומצית: החומצה לשימוש ביתי (pH 2.2, ריכוז H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ גבוה; לפי סעיף ד זו תמיסת HCl).
•תמיסה בסיסית: חלב מגנזיה (pH 9.8) — תרחיף של מגנזיום הידרוקסיד, Mg(OH)2\text{Mg(OH)}_2Mg(OH)2​, המכיל יוני OH−\text{OH}^{-}OH−.
(גם חומץ התפוחים, שהוא חומצי, מכיל יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ ויכול להגיב עם חלב המגנזיה. סודה לשתייה, NaHCO3\text{NaHCO}_3NaHCO3​, היא בסיסית, אך התגובה שלה עם חומצה היא עם יוני HCO3−\text{HCO}_3^{-}HCO3−​ ולא לפי תגובה (1).)

סעיף ג

תשובה:

הגוון הוורוד מעיד על תמיסה חומצית (pH ≈ 4) — כמות יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ הייתה גדולה מכמות יוני OH−\text{OH}^{-}OH−, ולאחר התגובה נותר עודף של יוני הידרוניום.

לפי הטבלה, באינדיקטור "מי כרוב אדום" הגוון הוורוד מתקבל בתמיסה חומצית (pH של כ־4, כמו חומץ תפוחים). בתמיסה ניטרלית היה מתקבל גוון כחול (כמו במלח בישול).
לכן לאחר הערבוב התמיסה חומצית: מספר המולים של יוני H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}H3​O(aq)+​ שהיו בתמיסת החומצה היה גדול ממספר המולים של יוני OH−\text{OH}^{-}OH− שהיו בחלב המגנזיה. לפי תגובה (1) יוני ההידרוניום ויוני ההידרוקסיד מגיבים ביחס 1:1; כל יוני OH−\text{OH}^{-}OH− הגיבו, ונשאר עודף של יוני H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}H3​O(aq)+​ בתמיסה, ולכן ה־pH נמוך מ־7 והגוון ורוד.

סעיף ד

תשובה:

3.60 g3.60\ \text{g}3.60 g CaCO3\text{CaCO}_3CaCO3​

מספר המולים של יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+: HCl היא חומצה חזקה; בתמיסה 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)−​, ולכן [H3O+]=0.3 M[\text{H}_3\text{O}^{+}] = 0.3\ \text{M}[H3​O+]=0.3 M.
V=240 mL=0.240 LV = 240\ \text{mL} = 0.240\ \text{L}V=240 mL=0.240 L
n(H3O+)=C⋅V=0.3 molL×0.240 L=0.072 moln(\text{H}_3\text{O}^{+}) = C\cdot V = 0.3\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \times 0.240\ \text{L} = 0.072\ \text{mol}n(H3​O+)=C⋅V=0.3 Lmol​×0.240 L=0.072 mol
יחס מולים לפי תגובה (2): n(CaCO3):n(H3O+)=1:2n(\text{CaCO}_3) : n(\text{H}_3\text{O}^{+}) = 1:2n(CaCO3​):n(H3​O+)=1:2
n(CaCO3)=0.072 mol2=0.036 moln(\text{CaCO}_3) = \frac{0.072\ \text{mol}}{2} = 0.036\ \text{mol}n(CaCO3​)=20.072 mol​=0.036 mol
מסה: M(CaCO3)=40.1+12.0+3×16.0=100.1 g/molM(\text{CaCO}_3) = 40.1 + 12.0 + 3\times16.0 = 100.1\ \text{g/mol}M(CaCO3​)=40.1+12.0+3×16.0=100.1 g/mol
m=n⋅M=0.036 mol×100.1 gmol=3.60 gm = n\cdot M = 0.036\ \text{mol}\times 100.1\ \frac{\text{g}}{\text{mol}} = 3.60\ \text{g}m=n⋅M=0.036 mol×100.1 molg​=3.60 g
אפשר להסיר 3.60 g3.60\ \text{g}3.60 g (כ־3.6 גרם) סידן פחמתי.

סעיף ה

תשובה:

HNO3(l)+H2O(l)→H3O(aq)++NO3−(aq)\text{HNO}_{3(l)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}HNO3(l)​+H2​O(l)​→H3​O(aq)+​+NO3−​(aq)​ ; KNO3(s)→K(aq)++NO3−(aq)\text{KNO}_{3(s)} \rightarrow \text{K}^{+}_{(aq)} + \text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}KNO3(s)​→K(aq)+​+NO3−​(aq)​ ; NH3(g)+H2O(l)→NH4+(aq)+OH(aq)−\text{NH}_{3(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow \text{NH}_4^{+}{}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}NH3(g)​+H2​O(l)​→NH4+​(aq)​+OH(aq)−​

- חומצה חנקתית — חומר מולקולרי, חומצה; מגיבה עם המים (מוסרת יון H+\text{H}^{+}H+ למולקולת מים) ונוצרים יוני הידרוניום:
HNO3(l)+H2O(l)→H3O(aq)++NO3−(aq)\text{HNO}_{3(l)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}HNO3(l)​+H2​O(l)​→H3​O(aq)+​+NO3−​(aq)​
- אשלגן חנקתי — חומר יוני; בהמסה היונים מתפרקים מהסריג ועוברים הידרציה (אין תגובה עם המים):
KNO3(s)→H2O(l)K(aq)++NO3−(aq)\text{KNO}_{3(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}} \text{K}^{+}_{(aq)} + \text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}KNO3(s)​H2​O(l)​​K(aq)+​+NO3−​(aq)​
- אמוניה — בסיס; מולקולות האמוניה מקבלות יון H+\text{H}^{+}H+ ממולקולות מים ונוצרים יוני הידרוקסיד:
NH3(g)+H2O(l)→NH4+(aq)+OH(aq)−\text{NH}_{3(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow \text{NH}_4^{+}{}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}NH3(g)​+H2​O(l)​→NH4+​(aq)​+OH(aq)−​
(התגובה מתרחשת רק בחלק מהמולקולות; אפשר לסמן גם ⇌\rightleftharpoons⇌.)
בדיקת איזון (אטומים ומטען) — כל שלושת הניסוחים מאוזנים.

סעיף ו

תשובה:

בתמיסת האמוניה.

בתמיסת האמוניה.
לפי הטבלה, גוון כחול־ירוק מתקבל בתמיסה בסיסית (pH 8.4, כמו תמיסת סודה לשתייה).
•בתמיסת האמוניה נוצרים יוני OH(aq)−\text{OH}^{-}_{(aq)}OH(aq)−​ (סעיף ה), ולכן היא בסיסית (pH>7\text{pH}>7pH>7) — זו התמיסה היחידה מבין השלוש שבה יכול להתקבל הגוון הכחול־ירוק.
•תמיסת החומצה החנקתית חומצית (נוצרים יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+) — הגוון יהיה אדום או ורוד.
•תמיסת האשלגן החנקתי ניטרלית (pH 7; היונים אינם מגיבים עם המים) — הגוון יהיה כחול, כמו בתמיסת מלח הבישול.

שאלה 13 · תמיסה פיזיולוגית — חישובי ריכוז

שאלה פתוחה

חישובים
ענה על הסעיפים א, ב, ג, ד, ו, ועל אחד מן הסעיפים ה או ז.
הטיפול באדם במצב של התייבשות הוא באמצעות תמיסה פיזיולוגית המוחדרת לווריד.
תמיסה פיזיולוגית היא תמיסה מימית של נתרן כלורי, NaCl(aq)\text{NaCl}_{(aq)}NaCl(aq)​ , המכילה 9 גרם מומס ב־ 1 ליטר.

א.

נסח את תהליך ההמסה במים של NaCl(s)\text{NaCl}_{(s)}NaCl(s)​ .

ב.

מהו הריכוז המולרי של נתרן כלורי בתמיסה הפיזיולוגית? פרט את חישוביך.

ג.

מהו מספר המולים הכולל של חלקיקי החומר המומס ב־1 ליטר של תמיסה פיזיולוגית? נמק.

ד.

נתונה תמיסת NaCl(aq)\text{NaCl}_{(aq)}NaCl(aq)​ שריכוזה אינו ידוע. כדי לקבוע את הריכוז המולרי של התמיסה לקחו ממנה דגימה בנפח של 20 מ"ל והוסיפו לה תמיסת עופרת חנקתית, Pb(NO3)2(aq)\text{Pb(NO}_3)_{2(aq)}Pb(NO3​)2(aq)​ , בריכוז 0.05M.
התרחשה התגובה:
Pb(aq)2++2Cl(aq)−→PbCl2(s)\text{Pb}^{2+}_{(aq)} + 2\text{Cl}^{-}_{(aq)} \rightarrow \text{PbCl}_{2(s)}Pb(aq)2+​+2Cl(aq)−​→PbCl2(s)​
נדרשו 12 מ"ל מתמיסת Pb(NO3)2(aq)\text{Pb(NO}_3)_{2(aq)}Pb(NO3​)2(aq)​ כדי שתגיב עם כל יוני Cl(aq)−\text{Cl}^{-}_{(aq)}Cl(aq)−​ שבדגימה.
חשב את מספר המולים של יוני Cl(aq)−\text{Cl}^{-}_{(aq)}Cl(aq)−​ בדגימה. פרט את חישוביך.

ה.

סעיף ה הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ז.
קבע אם ריכוז התמיסה שנבדקה מתאים לטיפול במצב של התייבשות. פרט את חישוביך, ונמק את קביעתך.

ו.

לעיתים תמיסות המוחדרות לווריד מכילות גלוקוז, נוסף לנתרן כלורי.
נסח את תהליך ההמסה במים של גלוקוז, C6H12O6(s)\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_{6(s)}C6​H12​O6(s)​ .

ז.

סעיף ז הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ה.
הכינו 1 ליטר של תמיסה על ידי המסת NaCl(s)\text{NaCl}_{(s)}NaCl(s)​ ו־ C6H12O6(s)\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_{6(s)}C6​H12​O6(s)​ במים.
הריכוז המולרי של יוני Cl(aq)−\text{Cl}^{-}_{(aq)}Cl(aq)−​ בתמיסה זו הוא 0.03M .
מספר המולים הכולל של חלקיקי שני החומרים המומסים הוא 0.282 מול.
כמה גרם גלוקוז, C6H12O6(s)\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_{6(s)}C6​H12​O6(s)​ , המיסו במים כדי לקבל 1 ליטר של תמיסה זו? פרט את חישוביך.

◂ פתרון מלא לשאלה 13

סעיף א

תשובה:

NaCl(s)→Na(aq)++Cl(aq)−\text{NaCl}_{(s)} \rightarrow \text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{Cl}^{-}_{(aq)}NaCl(s)​→Na(aq)+​+Cl(aq)−​

נתרן כלורי הוא חומר יוני. בהמסה במים היונים מתפרקים מהסריג היוני ומוקפים מולקולות מים (הידרציה):
NaCl(s)→H2O(l)Na(aq)++Cl(aq)−\text{NaCl}_{(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}} \text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{Cl}^{-}_{(aq)}NaCl(s)​H2​O(l)​​Na(aq)+​+Cl(aq)−​

סעיף ב

תשובה:

0.154 M0.154\ \text{M}0.154 M

M(NaCl)=23.0+35.5=58.5 g/molM(\text{NaCl}) = 23.0 + 35.5 = 58.5\ \text{g/mol}M(NaCl)=23.0+35.5=58.5 g/mol
n=mM=9 g58.5 g/mol=0.154 moln = \frac{m}{M} = \frac{9\ \text{g}}{58.5\ \text{g/mol}} = 0.154\ \text{mol}n=Mm​=58.5 g/mol9 g​=0.154 mol
C=nV=0.154 mol1 L=0.154 MC = \frac{n}{V} = \frac{0.154\ \text{mol}}{1\ \text{L}} = 0.154\ \text{M}C=Vn​=1 L0.154 mol​=0.154 M

סעיף ג

תשובה:

0.308 mol0.308\ \text{mol}0.308 mol יונים

לפי תהליך ההמסה (סעיף א), מכל מול NaCl\text{NaCl}NaCl מתקבלים מול אחד של יוני Na(aq)+\text{Na}^{+}_{(aq)}Na(aq)+​ ומול אחד של יוני Cl(aq)−\text{Cl}^{-}_{(aq)}Cl(aq)−​ — סך הכול 2 מול חלקיקים.
ב־1 ליטר תמיסה מומסים 0.154 mol0.154\ \text{mol}0.154 mol NaCl\text{NaCl}NaCl (סעיף ב), ולכן:
n(Na+)=0.154 moln(\text{Na}^{+}) = 0.154\ \text{mol}n(Na+)=0.154 mol, n(Cl−)=0.154 moln(\text{Cl}^{-}) = 0.154\ \text{mol}n(Cl−)=0.154 mol
ntotal=2×0.154 mol=0.308 moln_{\text{total}} = 2\times 0.154\ \text{mol} = 0.308\ \text{mol}ntotal​=2×0.154 mol=0.308 mol
טעות נפוצה: לענות 0.154 מול — בתמיסה אין "מולקולות NaCl" אלא יונים נפרדים.

סעיף ד

תשובה:

1.2×10−3 mol1.2\times10^{-3}\ \text{mol}1.2×10−3 mol יוני Cl−\text{Cl}^{-}Cl−

מולים של Pb2+\text{Pb}^{2+}Pb2+: Pb(NO3)2(s)→Pb(aq)2++2NO3−(aq)\text{Pb(NO}_3)_{2(s)} \rightarrow \text{Pb}^{2+}_{(aq)} + 2\text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}Pb(NO3​)2(s)​→Pb(aq)2+​+2NO3−​(aq)​, לכן [Pb2+]=0.05 M[\text{Pb}^{2+}] = 0.05\ \text{M}[Pb2+]=0.05 M.
V=12 mL=0.012 LV = 12\ \text{mL} = 0.012\ \text{L}V=12 mL=0.012 L
n(Pb2+)=C⋅V=0.05 molL×0.012 L=6×10−4 moln(\text{Pb}^{2+}) = C\cdot V = 0.05\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\times 0.012\ \text{L} = 6\times10^{-4}\ \text{mol}n(Pb2+)=C⋅V=0.05 Lmol​×0.012 L=6×10−4 mol
יחס מולים לפי התגובה: n(Pb2+):n(Cl−)=1:2n(\text{Pb}^{2+}) : n(\text{Cl}^{-}) = 1:2n(Pb2+):n(Cl−)=1:2
n(Cl−)=2×6×10−4 mol=1.2×10−3 moln(\text{Cl}^{-}) = 2\times 6\times10^{-4}\ \text{mol} = 1.2\times10^{-3}\ \text{mol}n(Cl−)=2×6×10−4 mol=1.2×10−3 mol

סעיף ה

תשובה:

לא מתאים: ריכוז ה־NaCl בתמיסה שנבדקה הוא 0.06 M0.06\ \text{M}0.06 M, נמוך מ־0.154 M0.154\ \text{M}0.154 M של תמיסה פיזיולוגית.

ריכוז התמיסה שנבדקה:
NaCl→Na++Cl−\text{NaCl} \rightarrow \text{Na}^{+} + \text{Cl}^{-}NaCl→Na++Cl− ביחס 1:1, לכן n(NaCl)=n(Cl−)=1.2×10−3 moln(\text{NaCl}) = n(\text{Cl}^{-}) = 1.2\times10^{-3}\ \text{mol}n(NaCl)=n(Cl−)=1.2×10−3 mol בדגימה.
V=20 mL=0.020 LV = 20\ \text{mL} = 0.020\ \text{L}V=20 mL=0.020 L
C=nV=1.2×10−3 mol0.020 L=0.06 MC = \frac{n}{V} = \frac{1.2\times10^{-3}\ \text{mol}}{0.020\ \text{L}} = 0.06\ \text{M}C=Vn​=0.020 L1.2×10−3 mol​=0.06 M
השוואה: ריכוז התמיסה הפיזיולוגית הוא 0.154 M0.154\ \text{M}0.154 M (סעיף ב). התמיסה שנבדקה מהולה יותר (0.06 M<0.154 M0.06\ \text{M} < 0.154\ \text{M}0.06 M<0.154 M), ולכן אינה מתאימה לטיפול במצב של התייבשות — לטיפול נדרשת תמיסה בריכוז של התמיסה הפיזיולוגית.

סעיף ו

תשובה:

C6H12O6(s)→C6H12O6(aq)\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_{6(s)} \rightarrow \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_{6(aq)}C6​H12​O6(s)​→C6​H12​O6(aq)​

גלוקוז הוא חומר מולקולרי; בהמסה המולקולות נפרדות זו מזו ומוקפות מולקולות מים, אך אינן מתפרקות ליונים:
C6H12O6(s)→H2O(l)C6H12O6(aq)\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_{6(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}} \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_{6(aq)}C6​H12​O6(s)​H2​O(l)​​C6​H12​O6(aq)​

סעיף ז

תשובה:

40.0 g40.0\ \text{g}40.0 g גלוקוז

חלקיקים שמקורם ב־NaCl:
n(Cl−)=C⋅V=0.03 molL×1 L=0.03 moln(\text{Cl}^{-}) = C\cdot V = 0.03\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\times 1\ \text{L} = 0.03\ \text{mol}n(Cl−)=C⋅V=0.03 Lmol​×1 L=0.03 mol
לפי NaCl(s)→Na(aq)++Cl(aq)−\text{NaCl}_{(s)} \rightarrow \text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{Cl}^{-}_{(aq)}NaCl(s)​→Na(aq)+​+Cl(aq)−​: n(Na+)=n(Cl−)=0.03 moln(\text{Na}^{+}) = n(\text{Cl}^{-}) = 0.03\ \text{mol}n(Na+)=n(Cl−)=0.03 mol
סך יונים: 0.03 mol+0.03 mol=0.06 mol0.03\ \text{mol} + 0.03\ \text{mol} = 0.06\ \text{mol}0.03 mol+0.03 mol=0.06 mol
מולקולות גלוקוז (אינן מתפרקות — כל מול גלוקוז = מול חלקיקים אחד):
n(C6H12O6)=0.282 mol−0.06 mol=0.222 moln(\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6) = 0.282\ \text{mol} - 0.06\ \text{mol} = 0.222\ \text{mol}n(C6​H12​O6​)=0.282 mol−0.06 mol=0.222 mol
מסה: M(C6H12O6)=6×12.0+12×1.0+6×16.0=180.0 g/molM(\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6) = 6\times12.0 + 12\times1.0 + 6\times16.0 = 180.0\ \text{g/mol}M(C6​H12​O6​)=6×12.0+12×1.0+6×16.0=180.0 g/mol
m=n⋅M=0.222 mol×180.0 gmol=40.0 gm = n\cdot M = 0.222\ \text{mol}\times 180.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}} = 40.0\ \text{g}m=n⋅M=0.222 mol×180.0 molg​=40.0 g

שאלה 14 · איזוטופים, ייצוג אלקטרוני ותרכובות חנקן

שאלה פתוחה

מבנה האטום, מבנה וקישור, חמצון-חיזור
ענה על הסעיפים ג, ד, ה, ו, ז, ועל אחד מן הסעיפים א או ב.
בטבלה שלפניך מוצגים נתונים על חמישה אטומים שסומנו שרירותית באותיות a , b , c , f , g .
האטוםabcfg
מספר מסה1414151718
מספר נויטרונים78899

האטום	a	b	c	f	g
מספר מסה	14	14	15	17	18
מספר נויטרונים	7	8	8	9	9

א.

סעיף א הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ב.
קבע לאיזה מן האטומים שבטבלה המטען הגרעיני הקטן ביותר. נמק את קביעתך.

ב.

סעיף ב הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף א.
קבע אילו מן האטומים שבטבלה הם איזוטופים של חנקן, N . נמק את קביעתך.

ג.

רשום את היערכות האלקטרונים ברמות אנרגיה באטומים c , f , g .

ד.

לפניך נוסחאות של ארבע מולקולות המכילות חנקן:
NH3 ,  NF3 ,  FNO ,  HONH2\text{NH}_3\ ,\ \ \text{NF}_3\ ,\ \ \text{FNO}\ ,\ \ \text{HONH}_2NH3​ ,  NF3​ ,  FNO ,  HONH2​
רשום נוסחת ייצוג אלקטרונית לכל אחת מן המולקולות הנתונות.

ה.

טמפרטורת הרתיחה של אמוניה, NH3(l)\text{NH}_{3(l)}NH3(l)​ , גבוהה מטמפרטורת הרתיחה של חנקן תלת־פלואורי, NF3(l)\text{NF}_{3(l)}NF3(l)​ .
הסבר מדוע.

ו.

חומצה חנקתית, HNO3(l)\text{HNO}_{3(l)}HNO3(l)​ , משמשת, בין השאר, לייצור דשנים וחומרי נפץ.
בתעשייה הכימית מפיקים HNO3(l)\text{HNO}_{3(l)}HNO3(l)​ מאמוניה, NH3(g)\text{NH}_{3(g)}NH3(g)​ . בתהליך הייצור של HNO3(l)\text{HNO}_{3(l)}HNO3(l)​ יש שלושה שלבים.
בכל שלב מתרחשת אחת מן התגובות (1)-(3).
(1)4NH3(g)+5O2(g)→4NO(g)+6H2O(g)(1)\quad 4\text{NH}_{3(g)} + 5\text{O}_{2(g)} \rightarrow 4\text{NO}_{(g)} + 6\text{H}_2\text{O}_{(g)}(1)4NH3(g)​+5O2(g)​→4NO(g)​+6H2​O(g)​
(2)2NO(g)+O2(g)→2NO2(g)(2)\quad 2\text{NO}_{(g)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{NO}_{2(g)}(2)2NO(g)​+O2(g)​→2NO2(g)​
(3)4NO2(g)+O2(g)+2H2O(l)→4HNO3(l)(3)\quad 4\text{NO}_{2(g)} + \text{O}_{2(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow 4\text{HNO}_{3(l)}(3)4NO2(g)​+O2(g)​+2H2​O(l)​→4HNO3(l)​
מבין תרכובות החנקן המופיעות בתגובות (1), (2), (3), ציין את התרכובות שיכולות להגיב כמחמצן. נמק.

ז.

קבע עבור כל אחד מן ההיגדים i-ii שלפניך אם הוא נכון או לא נכון. נמק כל קביעה.

(i)

בתגובה (1) הגז NH3(g)\text{NH}_{3(g)}NH3(g)​ פועל כמחזר.

(ii)

בתגובה (3) החומצה HNO3(l)\text{HNO}_{3(l)}HNO3(l)​ פועלת כמחמצן.

◂ פתרון מלא לשאלה 14

סעיף א

תשובה:

לאטום b (6 פרוטונים).

מספר הפרוטונים (המספר האטומי) = מספר המסה − מספר הנויטרונים:
האטוםabcfg
מספר פרוטונים14−7=714-7=714−7=714−8=614-8=614−8=615−8=715-8=715−8=717−9=817-9=817−9=818−9=918-9=918−9=9
היסודNCNOF
לאטום b המטען הגרעיני הקטן ביותר. המטען הגרעיני נקבע לפי מספר הפרוטונים בגרעין (הנויטרונים אינם טעונים). לאטום b יש 6 פרוטונים — המספר הקטן ביותר בטבלה — ולכן המטען הגרעיני שלו +6+6+6, הקטן ביותר.
טעות נפוצה: לבחור לפי מספר המסה הקטן (a ו־b שווים) או לפי מספר הנויטרונים.

האטום	a	b	c	f	g
מספר פרוטונים	$14-7=7$	$14-8=6$	$15-8=7$	$17-9=8$	$18-9=9$
היסוד	N	C	N	O	F

סעיף ב

תשובה:

a ו־c.

מספר הפרוטונים (המספר האטומי) = מספר המסה − מספר הנויטרונים:
האטוםabcfg
מספר פרוטונים14−7=714-7=714−7=714−8=614-8=614−8=615−8=715-8=715−8=717−9=817-9=817−9=818−9=918-9=918−9=9
היסודNCNOF
האטומים a ו־c הם איזוטופים של חנקן. איזוטופים של יסוד הם אטומים בעלי אותו מספר פרוטונים (אותו מספר אטומי) ומספר נויטרונים שונה. לחנקן מספר אטומי 7. לאטום a ולאטום c יש 7 פרוטונים, אך מספר נויטרונים שונה (7 ו־8), ולכן הם 14N^{14}\text{N}14N ו־15N^{15}\text{N}15N.

האטום	a	b	c	f	g
מספר פרוטונים	$14-7=7$	$14-8=6$	$15-8=7$	$17-9=8$	$18-9=9$
היסוד	N	C	N	O	F

סעיף ג

תשובה:

c: 2,5 ; f: 2,6 ; g: 2,7

באטום ניטרלי מספר האלקטרונים שווה למספר הפרוטונים (חישוב בסעיף א):
•c — 7 אלקטרונים: 2,5
•f — 8 אלקטרונים: 2,6
•g — 9 אלקטרונים: 2,7

סעיף ד

תשובה:

ראו האיור: בכל מולקולה לחנקן שלושה קשרים וזוג לא קושר אחד; ב־FNO קשר כפול N=O.

כללים: לחנקן 5 אלקטרוני ערכיות — יוצר 3 קשרים ונשאר לו זוג לא קושר אחד; לחמצן 6 — 2 קשרים ושני זוגות לא קושרים; לפלואור 7 — קשר אחד ושלושה זוגות לא קושרים; למימן קשר אחד.
- NH3\text{NH}_3NH3​: N במרכז, קשור בקשרים יחידים לשלושה אטומי H; על N זוג אלקטרונים לא קושר אחד. (8 אלקטרוני ערכיות)
- NF3\text{NF}_3NF3​: N במרכז, קשור בקשרים יחידים לשלושה אטומי F; על N זוג לא קושר אחד, ועל כל F שלושה זוגות לא קושרים. (26 אלקטרוני ערכיות)
- FNO\text{FNO}FNO: שלד F–N=O: קשר יחיד F–N וקשר כפול N=O; על F שלושה זוגות לא קושרים, על N זוג אחד, על O שני זוגות. (18 אלקטרוני ערכיות)
- HONH2\text{HONH}_2HONH2​: שלד H–O–N(H)–H: חמצן קשור ל־H ול־N ועליו שני זוגות לא קושרים; חנקן קשור ל־O ולשני אטומי H ועליו זוג לא קושר אחד. (14 אלקטרוני ערכיות)

סעיף ה

תשובה:

בין מולקולות NH3\text{NH}_3NH3​ יש קשרי מימן; בין מולקולות NF3\text{NF}_3NF3​ אין קשרי מימן אלא רק דו־קוטב–דו־קוטב ואן דר ואלס. קשרי המימן חזקים יותר.

שני החומרים מולקולריים; ברתיחה מחלישים את האינטראקציות בין המולקולות.
- אמוניה: אטומי המימן קשורים לאטום חנקן — אטום קטן ואלקטרושלילי מאוד — ועל החנקן זוג אלקטרונים לא קושר. לכן בין מולקולות NH3\text{NH}_3NH3​ נוצרים קשרי מימן (בנוסף לאינטראקציות ואן דר ואלס).
- חנקן תלת־פלואורי: במולקולה אין אטומי מימן, ולכן אין קשרי מימן בין המולקולות. המולקולה קוטבית (פירמידה משולשת), ובין המולקולות יש אינטראקציות דו־קוטב–דו־קוטב וואן דר ואלס. אמנם ענן האלקטרונים של NF3\text{NF}_3NF3​ (34 אלקטרונים) גדול מזה של NH3\text{NH}_3NH3​ (10 אלקטרונים), ולכן האינטראקציות ואן דר ואלס בו חזקות יותר — אך השפעה זו קטנה משפעת קשרי המימן.
קשרי המימן בין מולקולות האמוניה חזקים יותר מהאינטראקציות בין מולקולות NF3\text{NF}_3NF3​, ולכן נדרשת יותר אנרגיה להפרדת מולקולות האמוניה, וטמפרטורת הרתיחה שלה גבוהה יותר.

סעיף ו

תשובה:

NO\text{NO}NO , NO2\text{NO}_2NO2​ , HNO3\text{HNO}_3HNO3​ (לא NH3\text{NH}_3NH3​).

דרגות החמצון של החנקן בתרכובות:
התרכובתNH3\text{NH}_3NH3​NO\text{NO}NONO2\text{NO}_2NO2​HNO3\text{HNO}_3HNO3​
דרגת החמצון של N−3-3−3+2+2+2+4+4+4+5+5+5
(חישוב, למשל ב־HNO3\text{HNO}_3HNO3​: (+1)+x+3(−2)=0⇒x=+5(+1) + x + 3(-2) = 0 \Rightarrow x = +5(+1)+x+3(−2)=0⇒x=+5.)
מחמצן הוא חומר שקולט אלקטרונים — דרגת החמצון של אחד מאטומיו יורדת. דרגת החמצון הנמוכה ביותר של חנקן היא −3-3−3 (8 אלקטרונים ברמה החיצונית).
- NO\text{NO}NO, NO2\text{NO}_2NO2​, HNO3\text{HNO}_3HNO3​ יכולות להגיב כמחמצן: דרגת החמצון של N בהן (+2+2+2, +4+4+4, +5+5+5) גבוהה מ־−3-3−3, ולכן החנקן יכול לקלוט אלקטרונים ודרגת החמצון שלו יכולה לרדת.
- NH3\text{NH}_3NH3​ אינה יכולה להגיב כמחמצן (מבחינת החנקן): דרגת החמצון של N בה היא −3-3−3, הנמוכה ביותר האפשרית, ולכן היא יכולה רק למסור אלקטרונים (מחזר).

התרכובת	$\text{NH}_3$	$\text{NO}$	$\text{NO}_2$	$\text{HNO}_3$
דרגת החמצון של N	$-3$	$+2$	$+4$	$+5$

סעיף ז

(i)

תשובה:

נכון.

נכון. בתגובה (1) דרגת החמצון של N עולה מ־−3-3−3 ב־NH3\text{NH}_3NH3​ ל־+2+2+2 ב־NO\text{NO}NO: כל אטום חנקן מוסר 5 אלקטרונים (עובר חמצון). חומר שמוסר אלקטרונים הוא המחזר. (המחמצן הוא O2\text{O}_2O2​: דרגת החמצון של O יורדת מ־0 ל־−2-2−2.)

(ii)

תשובה:

לא נכון.

לא נכון. בתגובה (3) החומצה HNO3\text{HNO}_3HNO3​ היא תוצר ולא מגיב, ולכן אינה פועלת בתגובה זו כמחמצן או כמחזר. בתגובה (3) המחמצן הוא O2\text{O}_2O2​ (O: 0→−20 \rightarrow -20→−2), והמחזר הוא NO2\text{NO}_2NO2​ (N: +4→+5+4 \rightarrow +5+4→+5).

טבלת התשובות

שאלה	סעיף	תשובה
1	-	ג — ac: היון $\text{a}^{2+}$ והיון $\text{c}^{2-}$ מתאחדים ביחס 1:1.
2	-	ד — $\text{d}_3\text{N}_2$ : d מטור 2 יוצר $\text{d}^{2+}$ , וחנקן יוצר $\text{N}^{3-}$ .
3	-	ב — דרגת החמצון של הפחמן היא $+2$ .
4	-	ד — בתמיסה C ריכוז יוני $\text{OH}^{-}$ הגבוה ביותר: $0.4\ \text{M}$ .
5	-	ד — $6.02\cdot10^{23}\cdot 0.162$ אטומים.
6	-	א — a: $\text{NaNO}_3$ (2 מול), b: $\text{Na}_2\text{SO}_4$ (3 מול), c: $\text{CH}_3\text{OH}$ (1 מול).
7	-	ב — דרגת החמצון של O ב־ $\text{OF}_2$ יורדת מ־ $+2$ ל־0, ולכן הוא המחמצן.
8	-	א — גרף I.
9	א	$\text{C}_{(s)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{CO}_{2(g)}$
	ב	$1.35\times 10^{8}\ \text{mol}$ פחם בשעה.
	ג	$5.94\times10^{9}\ \text{g}$ = 5940 טון $\text{CO}_2$ בשעה.
	ד	למשל: מצמצמת את פליטת $\text{CO}_2$ לאטמוספרה; מאפשרת לייצר במהירות "דלק ירוק" שבשרפתו לא נפלטים מזהמים (וגם חומצות שומן אומגה 3 לתוסף תזונה).
	ה	גרף I: בבריכה עם אצות ה־pH נשאר קבוע, ובבריכה ללא אצות ה־pH יורד.
	ו	$\text{C}20:5\omega3,\ \text{cis, cis, cis, cis, cis}$
	ז	הקסאן.
10	א i	C18:1ω7, trans
	א ii	החומצה האולאית (O).
	ב	הקשר הכפול בחומצה הוואקסנית במבנה טרנס — המולקולות ישרות ונארזות בצפיפות, ולכן האינטראקציות ואן דר ואלס ביניהן חזקות יותר מאשר בחומצה האולאית (ציס, מולקולה מכופפת).
	ג i	ראו האיור: פלמיטית — שרשרת זיגזג רוויה של 16 פחמנים; אולאית — 18 פחמנים עם קשר כפול ציס בין C9 ל־C10.
	ג ii	גבוהה מ־ $54^{\circ}\text{C}$ .
	ד	חומצה סטארית, C18:0: שרשרת רוויה של 18 פחמנים — $\text{CH}_3(\text{CH}_2)_{16}\text{COOH}$ .
	ה	גם בטא־קרוטן וגם מולקולות השמן (טריגליצרידים) אינם קוטביים ברובם; בין מולקולותיהם נוצרות אינטראקציות ואן דר ואלס דומות לאלה שבכל חומר בנפרד, ולכן בטא־קרוטן מתמוסס היטב בשמן.
11	א	H–O–CH₂–CH₂–O–H, ולכל אטום חמצן שני זוגות אלקטרונים לא קושרים (ראו האיור).
	ב	אתילן גליקול: $\text{C}_2\text{H}_6\text{O}_2$ ; בוטאן: $\text{C}_4\text{H}_{10}$
	ג	לאתילן גליקול טמפרטורת רתיחה גבוהה יותר בגלל קשרי מימן בין מולקולותיו; בין מולקולות בוטאן יש רק אינטראקציות ואן דר ואלס, וגודל ענני האלקטרונים זהה.
	ד	ב־ $-25^{\circ}\text{C}$ מוצק: מולקולות צפופות, מסודרות ורוטטות במקומן; ב־ $250^{\circ}\text{C}$ גז: מולקולות רחוקות זו מזו, בלי סדר, נעות בחופשיות ובמהירות.
	ה	$\text{C}_2\text{H}_6\text{O}_{2(l)} \rightarrow \text{C}_2\text{H}_6\text{O}_{2(aq)}$
	ו	בוטאן אינו מתמוסס במים, ולכן אינו יוצר עם המים תמיסה.
	ז	בין מולקולות אתילן אוקסיד אין קשרי מימן (אין H הקשור לחמצן), ויש רק אינטראקציות דו־קוטב–דו־קוטב ואן דר ואלס חלשות יחסית (ענן אלקטרונים קטן) — לכן טמפרטורת הרתיחה נמוכה מטמפרטורת החדר.
12	א	בתמיסת החומצה לשימוש ביתי (pH = 2.2).
	ב	תמיסת החומצה לשימוש ביתי ותמיסת חלב המגנזיה.
	ג	הגוון הוורוד מעיד על תמיסה חומצית (pH ≈ 4) — כמות יוני $\text{H}_3\text{O}^{+}$ הייתה גדולה מכמות יוני $\text{OH}^{-}$ , ולאחר התגובה נותר עודף של יוני הידרוניום.
	ד	$3.60\ \text{g}$ $\text{CaCO}_3$
	ה	$\text{HNO}_{3(l)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}$ ; $\text{KNO}_{3(s)} \rightarrow \text{K}^{+}_{(aq)} + \text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}$ ; $\text{NH}_{3(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow \text{NH}_4^{+}{}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}$
	ו	בתמיסת האמוניה.
13	א	$\text{NaCl}_{(s)} \rightarrow \text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{Cl}^{-}_{(aq)}$
	ב	$0.154\ \text{M}$
	ג	$0.308\ \text{mol}$ יונים
	ד	$1.2\times10^{-3}\ \text{mol}$ יוני $\text{Cl}^{-}$
	ה	לא מתאים: ריכוז ה־NaCl בתמיסה שנבדקה הוא $0.06\ \text{M}$ , נמוך מ־ $0.154\ \text{M}$ של תמיסה פיזיולוגית.
	ו	$\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_{6(s)} \rightarrow \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_{6(aq)}$
	ז	$40.0\ \text{g}$ גלוקוז
14	א	לאטום b (6 פרוטונים).
	ב	a ו־c.
	ג	c: 2,5 ; f: 2,6 ; g: 2,7
	ד	ראו האיור: בכל מולקולה לחנקן שלושה קשרים וזוג לא קושר אחד; ב־FNO קשר כפול N=O.
	ה	בין מולקולות $\text{NH}_3$ יש קשרי מימן; בין מולקולות $\text{NF}_3$ אין קשרי מימן אלא רק דו־קוטב–דו־קוטב ואן דר ואלס. קשרי המימן חזקים יותר.
	ו	$\text{NO}$ , $\text{NO}_2$ , $\text{HNO}_3$ (לא $\text{NH}_3$ ).
	ז i	נכון.
	ז ii	לא נכון.

הוראות מיוחדות:

שים לב: בבחינה זו יש הנחיות מיוחדות. יש לענות על השאלות על פי הנחיות אלה.

פרק ראשון

שאלה 1 · נוסחה של תרכובת יונית מייצוג אלקטרונים

ענה על כל השאלות 1-8.

לפני שתענה, קרא את כל התשובות המוצעות.

ספירת אלקטרוני הערכיות לפי הייצוג:

מדוע האחרות שגויות:

שאלה 2 · יסודות עוקבים ונוסחת תרכובת

מדוע האחרות שגויות:

שאלה 3 · מימן ציאני: דרגות חמצון, קוטביות וכוחות

שאלה 4 · השוואת בסיסיות תמיסות הידרוקסיד

שאלה 5 · מספר אטומי חמצן הנקלטים בנשימה

מספר המולים של מולקולות O2\text{O}_2O2​:

שאלה 6 · מספר מולי חלקיקים מומסים בתמיסות

שאלה 7 · חמצון-חיזור בתגובת OF2 עם מים

שאלה 8 · דיאגרמת אנתלפיה לתגובת יצירת אמוניה

שאלה 9 · "דלק ירוק" מאצות — ביוקונברסיה

ניתוח קטע ממאמר מדעי — חובה

"דלק ירוק" מאצות

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

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

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

סעיף א

סעיף ב

המרת מסה לגרמים:

סעיף ג

סעיף ד

סעיף ה

גרף I.

סעיף ו

סעיף ז

הקסאן מתאים יותר.

פרק שני

שאלה 10 · חומצות שומן בחלב אם ובשמן דקל

פרק שני (60 נקודות)

כימיה של מזון

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

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

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

סעיף א

החומצה האולאית (C18:1ω9, cis) היא איזומר של החומצה הוואקסנית.

סעיף ב

סעיף ג

טמפרטורת ההיתוך של החומצה הפלמיטית גבוהה מ־54∘C54^{\circ}\text{C}54∘C.

סעיף ד

סעיף ה

שאלה 11 · אתילן גליקול ובוטאן

מבנה וקישור

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

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

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

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

טמפרטורת הרתיחה של אתילן גליקול (197°C) גבוהה בהרבה מזו של בוטאן (0°C).

סעיף ד

סעיף ה

סעיף ו

בוטאן אינו מתמוסס במים, ולכן לא נוצרת תמיסה שטמפרטורת הקיפאון שלה נמוכה.

סעיף ז

שאלה 12 · חומצות ובסיסים בשימוש ביתי

חומצות ובסיסים

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

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

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

סעיף א

בתמיסת החומצה לשימוש ביתי.

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

סעיף ה

סעיף ו

בתמיסת האמוניה.

שאלה 13 · תמיסה פיזיולוגית — חישובי ריכוז

חישובים

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

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

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

סעיף א

מספר המולים של מולקולות $\text{O}_2$ :

טמפרטורת ההיתוך של החומצה הפלמיטית גבוהה מ־ $54^{\circ}\text{C}$ .