בגרות בכימיה שאלון עיקרי 037381 - קיץ 2022

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

בחינת הבגרות בכימיה, שאלון עיקרי, קיץ 2022, 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 יש לבחור בתשובה הנכונה; את התשובות הנכונות יש לסמן בתשובון שבסוף מחברת הבחינה. בשאלה 9 יש לענות על הסעיפים לפי ההנחיות. (2) בפרק השני יש חמש שאלות. יש לענות על שלוש מהן.
פרק ראשון (40 נקודות): ענו על כל השאלות 1–8. אם תענו נכון על שש שאלות לפחות, תקבלו את מלוא 20 הנקודות (לכל שאלה – 3133\frac{1}{3}331​ נקודות). שאלה 9 – ניתוח קטע ממאמר מדעי – שאלת חובה, 20 נקודות; בשאלה 9 יש לבחור אחד מן הסעיפים ז או ח.
פרק שני (60 נקודות): ענו על שלוש מן השאלות 10–14 (לכל שאלה – 20 נקודות).
הנחיות מיוחדות לשנה זו: בשאלות 1–8 די ב־ 6 תשובות נכונות מתוך 8 כדי לקבל את מלוא 20 הנקודות; בשאלת המאמר יש סעיף בחירה אחד (ז או ח).

פרק ראשון

שאלה 1 · איזוטופים של נתרן

רב-ברירה

נתונים שניים מן האיזוטופים של נתרן: 22Na^{22}\text{Na}22Na ו־ 23Na^{23}\text{Na}23Na .
מהו ההיגד הנכון?

א.
המטען הגרעיני של האיזוטופ $^{23}\text{Na}$ גדול מן המטען הגרעיני של האיזוטופ $^{22}\text{Na}$ .
ב.
מספר הנויטרונים באיזוטופ $^{22}\text{Na}$ קטן ממספר הנויטרונים באיזוטופ $^{23}\text{Na}$ .
ג.
מספר האלקטרונים באיזוטופ $^{23}\text{Na}$ גדול ממספר האלקטרונים באיזוטופ $^{22}\text{Na}$ .
ד.
מספר הפרוטונים באיזוטופ $^{22}\text{Na}$ קטן ממספר הפרוטונים באיזוטופ $^{23}\text{Na}$ .

◂ פתרון מלא לשאלה 1

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – באיזוטופ 22Na^{22}\text{Na}22Na יש 11 נויטרונים ובאיזוטופ 23Na^{23}\text{Na}23Na יש 12 נויטרונים.

איזוטופים של אותו יסוד הם אטומים בעלי אותו מספר פרוטונים (אותו מספר אטומי) ומספר נויטרונים שונה, ולכן מספר מסה שונה.
מספר האטומי של נתרן הוא 11 (מהטבלה המחזורית), ולכן בשני האיזוטופים יש 11 פרוטונים.
מספר הנויטרונים = מספר המסה − מספר הפרוטונים:
•ב־ 22Na^{22}\text{Na}22Na: 22−11=1122-11=1122−11=11 נויטרונים.
•ב־ 23Na^{23}\text{Na}23Na: 23−11=1223-11=1223−11=12 נויטרונים.
לכן ב נכונה: מספר הנויטרונים ב־ 22Na^{22}\text{Na}22Na קטן ממספר הנויטרונים ב־ 23Na^{23}\text{Na}23Na.
- א שגויה: המטען הגרעיני נקבע לפי מספר הפרוטונים (הנויטרונים חסרי מטען), ולכן הוא זהה בשני האיזוטופים: +11+11+11.
- ג שגויה: באטומים ניטרליים מספר האלקטרונים שווה למספר הפרוטונים – 11 בשניהם.
- ד שגויה: מספר הפרוטונים זהה (11) בשני האיזוטופים.

שאלה 2 · נוסחאות ייצוג אלקטרונים של יונים

רב-ברירה

לפניכם נוסחאות ייצוג אלקטרונים I–V :
אֵילו מן הנוסחאות I–V מייצגות באופן נכון יונים חד־אטומיים?

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

◂ פתרון מלא לשאלה 2

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א – רק הנוסחאות I (Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+) ו־ II (Cl−\text{Cl}^{-}Cl−) נכונות.

בנוסחת ייצוג אלקטרונים של יון חד־אטומי רושמים את אלקטרוני הערכיות של היון (לא של האטום), בתוך סוגריים מרובעים, והמטען מחוץ לסוגריים.
- I – [Ca]2+[\text{Ca}]^{2+}[Ca]2+ נכונה. לאטום Ca (טור 2) יש 2 אלקטרוני ערכיות. ביצירת היון Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+ הוא מוסר את שניהם, ולכן אין אלקטרונים ברמה החיצונית שמוצגת – נכון לרשום את סמל היסוד בלבד.
- II – [Cl]−[\text{Cl}]^{-}[Cl]− נכונה. לאטום Cl (טור 7) יש 7 אלקטרוני ערכיות; היון Cl−\text{Cl}^{-}Cl− קלט אלקטרון אחד, ולכן יש לו 8 אלקטרונים (4 זוגות) ברמה החיצונית – כך מוצג בנוסחה.
- III – [Mg]2+[\text{Mg}]^{2+}[Mg]2+ שגויה. ליון Mg2+\text{Mg}^{2+}Mg2+ אין אלקטרוני ערכיות (האטום מסר את שני אלקטרוני הערכיות שלו), אבל בנוסחה מוצגים 2 אלקטרונים.
- IV – [F]−[\text{F}]^{-}[F]− שגויה. ליון F−\text{F}^{-}F− צריכים להיות 8 אלקטרונים ברמה החיצונית (7+17+17+1), אבל בנוסחה מוצגים רק 7.
- V – [O]2−[\text{O}]^{2-}[O]2− שגויה. ליון O2−\text{O}^{2-}O2− צריכים להיות 8 אלקטרונים (6+26+26+2), אבל בנוסחה מוצגים רק 6 (כמו באטום ניטרלי).
לכן רק I ו־ II נכונות – תשובה א. תשובות ב, ג, ד כוללות כל אחת לפחות נוסחה שגויה אחת (III, IV או V).

שאלה 3 · טמפרטורות רתיחה – קשרי מימן

רב-ברירה

לפניכם טבלה שבה נתונים על שני חומרים:
שם החומרטמפרטורת רתיחה (oC)(^{o}\text{C})(oC)
1–פנטאנול138
1–אמינו פנטאן104
טמפרטורת הרתיחה של 1–אמינו פנטאן נמוכה מטמפרטורת הרתיחה של 1–פנטאנול.
מהי הסיבה לכך?

שם החומר	טמפרטורת רתיחה $(^{o}\text{C})$
1–פנטאנול	138
1–אמינו פנטאן	104

א.
שטח הפנים של מולקולת 1–אמינו פנטאן קטן משטח הפנים של מולקולת 1–פנטאנול.
ב.
ענן האלקטרונים במולקולת 1–אמינו פנטאן קטן מענן האלקטרונים במולקולת 1–פנטאנול.
ג.
קשרי המימן הנוצרים בין המולקולות של 1–אמינו פנטאן חלשים יותר מקשרי המימן הנוצרים בין מולקולות 1–פנטאנול.
ד.
במולקולת 1–אמינו פנטאן יש פחות מוקדים אפשריים ליצירת קשרי מימן מאשר במולקולת 1–פנטאנול.

◂ פתרון מלא לשאלה 3

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – קשרי המימן בין מולקולות האמין חלשים יותר, כי הקשר N–H קוטבי פחות מהקשר O–H.

בשני החומרים יש בין המולקולות קשרי מימן ואינטראקציות ואן דר ואלס. שתי המולקולות בנויות משרשרת של 5 אטומי פחמן ושונות רק בקבוצה הפונקציונלית: −OH-\text{OH}−OH לעומת −NH2-\text{NH}_2−NH2​.
ג נכונה. האלקטרושליליות של חנקן (3.0) קטנה מזו של חמצן (3.5). לכן הקשר N–H (הפרש 0.9) קוטבי פחות מהקשר O–H (הפרש 1.4): המטען החלקי החיובי על אטום המימן והמטען החלקי השלילי על אטום החנקן קטנים יותר. משום כך קשרי המימן בין מולקולות 1–אמינו פנטאן חלשים יותר מקשרי המימן בין מולקולות 1–פנטאנול, נדרשת פחות אנרגייה כדי להפריד בין המולקולות, וטמפרטורת הרתיחה נמוכה יותר.
- א שגויה: שתי המולקולות בעלות שרשרת זהה של 5 פחמנים ושטח פנים כמעט זהה.
- ב שגויה: ענני האלקטרונים כמעט זהים (מולקולת האמין, C5H13N\text{C}_5\text{H}_{13}\text{N}C5​H13​N, מכילה 50 אלקטרונים ומולקולת הכוהל, C5H12O\text{C}_5\text{H}_{12}\text{O}C5​H12​O, מכילה 50 אלקטרונים), ולכן אינם מסבירים את ההבדל.
- ד שגויה: במולקולת האמין יש שני אטומי מימן הקשורים לחנקן וזוג אלקטרונים לא קושר אחד על החנקן, ובמולקולת הכוהל אטום מימן אחד הקשור לחמצן ושני זוגות לא קושרים – מספר המוקדים ליצירת קשרי מימן אינו קטן יותר באמין.

שאלה 4 · סטויכיומטריה – פירוק נחושת חנקתית

רב-ברירה

חיממו 1.125 גרם של המוצק נחושת חנקתית Cu(NO3)2(s)\text{Cu(NO}_3)_{2(s)}Cu(NO3​)2(s)​ (Mw=187.5 grmol)\left(\text{M}_\text{w}=187.5\ \frac{\text{gr}}{\text{mol}}\right)(Mw​=187.5 molgr​) .
במהלך החימום התרחשה התגובה:
Cu(NO3)2(s)→CuO(s)+2NO2(g)+12O2(g)\text{Cu(NO}_3)_{2(s)} \rightarrow \text{CuO}_{(s)} + 2\text{NO}_{2(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_{2(g)}Cu(NO3​)2(s)​→CuO(s)​+2NO2(g)​+21​O2(g)​
כל הנחושת החנקתית הגיבה.
מהו ההיגד הנכון המתייחס לתוצרי התגובה?

א.
נוצר 0.38 גרם של המוצק $\text{CuO}_{(s)}$ $\left(\text{M}_\text{w}=79.5\ \frac{\text{gr}}{\text{mol}}\right)$ .
ב.
נוצר 0.006 מול של $\text{NO}_{2(g)}$ .
ג.
נוצר 0.048 מול של מולקולות חמצן.
ד.
בתגובה נוצר 0.015 מול של גזים סך הכול.

◂ פתרון מלא לשאלה 4

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – נוצרו 0.0120.0120.012 מול NO2\text{NO}_2NO2​ ו־ 0.0030.0030.003 מול O2\text{O}_2O2​, סך הכול 0.0150.0150.015 מול גזים.

מספר המולים של נחושת חנקתית שהגיבה:
n=mMw=1.125 gr187.5 grmol=0.006 moln=\frac{m}{M_w}=\frac{1.125\ \text{gr}}{187.5\ \frac{\text{gr}}{\text{mol}}}=0.006\ \text{mol}n=Mw​m​=187.5 molgr​1.125 gr​=0.006 mol
לפי יחס המולים בניסוח 1:1:2:121:1:2:\frac{1}{2}1:1:2:21​:
- nCuO=0.006 moln_{\text{CuO}}=0.006\ \text{mol}nCuO​=0.006 mol, ולכן m=n⋅Mw=0.006 mol⋅79.5 grmol=0.477 grm=n\cdot M_w=0.006\ \text{mol}\cdot 79.5\ \frac{\text{gr}}{\text{mol}}=0.477\ \text{gr}m=n⋅Mw​=0.006 mol⋅79.5 molgr​=0.477 gr.
- nNO2=2⋅0.006 mol=0.012 moln_{\text{NO}_2}=2\cdot 0.006\ \text{mol}=0.012\ \text{mol}nNO2​​=2⋅0.006 mol=0.012 mol.
- nO2=12⋅0.006 mol=0.003 moln_{\text{O}_2}=\frac{1}{2}\cdot 0.006\ \text{mol}=0.003\ \text{mol}nO2​​=21​⋅0.006 mol=0.003 mol.
סך מולי הגזים: 0.012 mol+0.003 mol=0.015 mol0.012\ \text{mol}+0.003\ \text{mol}=0.015\ \text{mol}0.012 mol+0.003 mol=0.015 mol – תשובה ד.
- א שגויה: נוצר 0.477 gr0.477\ \text{gr}0.477 gr ולא 0.38 gr0.38\ \text{gr}0.38 gr של CuO.
- ב שגויה: נוצר 0.0120.0120.012 מול NO2\text{NO}_2NO2​ (פי 2 ממספר מולי המגיב), ולא 0.0060.0060.006 מול.
- ג שגויה: נוצר 0.0030.0030.003 מול מולקולות חמצן.

שאלה 5 · שימור מסה בתגובת שיקוע

רב-ברירה

נערך ניסוי שבו הונחו על מאזניים שני כלים: כלי A וכלי B .
בכלי A הייתה תמיסה של כסף חנקתי, AgNO3(aq)\text{AgNO}_{3(aq)}AgNO3(aq)​ , ובכלי B הייתה תמיסה של נתרן כלורי, NaCl(aq)\text{NaCl}_{(aq)}NaCl(aq)​ .
המסה הכוללת של החומרים והכלים שנמדדה במאזניים הייתה 16.0 גרם (ראו איור I) .
שָפכו את כל התמיסה שהייתה בכלי B לתמיסה שבכלי A ,
והניחו על המאזניים את כלי B הריק ואת כלי A שבו התרחשה תגובה (ראו איורים II ו־ III).
ניסוח התגובה הוא:
Ag(aq)++NO3(aq)−+Na(aq)++Cl(aq)−→AgCl(s)+Na(aq)++NO3(aq)−\text{Ag}^{+}_{(aq)} + \text{NO}^{-}_{3(aq)} + \text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{Cl}^{-}_{(aq)} \rightarrow \text{AgCl}_{(s)} + \text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{NO}^{-}_{3(aq)}Ag(aq)+​+NO3(aq)−​+Na(aq)+​+Cl(aq)−​→AgCl(s)​+Na(aq)+​+NO3(aq)−​
לפניכם איורים I–III , המתארים את שלושת השלבים בניסוי.
מהי המסה הכוללת שנמדדה במאזניים בתום התגובה (איור III)?

א.
מסה גדולה מ־ 16.0 גרם.
ב.
מסה קטנה מ־ 16.0 גרם.
ג.
מסה שווה ל־ 16.0 גרם.
ד.
אי אפשר לקבוע את המסה הכוללת ללא נתונים על ריכוז התמיסות והנפח שלהן.

◂ פתרון מלא לשאלה 5

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – המסה נשמרת: 16.0 גרם.

בתגובה כימית מתקיים חוק שימור המסה: האטומים אינם נוצרים ואינם נעלמים, הם רק מתארגנים מחדש.
בתגובה זו לא נוצר גז שיכול לצאת מהכלי – התוצר החדש הוא המוצק AgCl(s)\text{AgCl}_{(s)}AgCl(s)​ (משקע), ויוני Na+\text{Na}^{+}Na+ ו־ NO3−\text{NO}_3^{-}NO3−​ נשארים בתמיסה. גם כלי B הריק נשאר על המאזניים. לכן כל החומרים והכלים שנשקלו באיור I נמצאים על המאזניים גם באיור III, והמסה הכוללת שווה ל־ 16.0 גרם – תשובה ג.
- א שגויה: היווצרות משקע אינה מוסיפה מסה; המשקע בנוי מיונים שהיו בתמיסות.
- ב שגויה: מסה הייתה קטנה רק אילו חומר כלשהו (למשל גז) היה עוזב את המערכת, וזה לא קרה.
- ד שגויה: שימור המסה אינו תלוי בכמויות המגיבים; לא נדרשים נתוני ריכוז ונפח.
טעות נפוצה: לחשוב שהמשקע "כבד יותר" ולכן המסה עולה.

שאלה 6 · ריכוז יונים בתמיסה

רב-ברירה

הֵמיסו 2.96 גרם של מגנזיום חנקתי, Mg(NO3)2(s)\text{Mg(NO}_3)_{2(s)}Mg(NO3​)2(s)​ , בתוך 100 מ"ל תמיסת נתרן חנקתי, NaNO3(aq)\text{NaNO}_{3(aq)}NaNO3(aq)​ , שריכוזה 0.1M .
נתונה המסה המולרית של מגנזיום חנקתי: Mw Mg(NO3)2=148 grmol\text{M}_{\text{w}\,\text{Mg(NO}_3)_2}=148\ \frac{\text{gr}}{\text{mol}}MwMg(NO3​)2​​=148 molgr​
מהו ריכוז יוני NO3(aq)−\text{NO}^{-}_{3(aq)}NO3(aq)−​ בתמיסה לאחר ההמסה?

א.
0.5M
ב.
0.4M
ג.
0.3M
ד.
0.2M

◂ פתרון מלא לשאלה 6

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א – 0.5 M0.5\ \text{M}0.5 M

יוני חנקה מהמגנזיום החנקתי:
nMg(NO3)2=mMw=2.96 gr148 grmol=0.02 moln_{\text{Mg(NO}_3)_2}=\frac{m}{M_w}=\frac{2.96\ \text{gr}}{148\ \frac{\text{gr}}{\text{mol}}}=0.02\ \text{mol}nMg(NO3​)2​​=Mw​m​=148 molgr​2.96 gr​=0.02 mol
תהליך ההמסה: Mg(NO3)2(s)→H2OMg(aq)2++2NO3(aq)−\text{Mg(NO}_3)_{2(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{Mg}^{2+}_{(aq)} + 2\text{NO}^{-}_{3(aq)}Mg(NO3​)2(s)​H2​O​Mg(aq)2+​+2NO3(aq)−​, ולכן nNO3−=2⋅0.02 mol=0.04 moln_{\text{NO}_3^-}=2\cdot 0.02\ \text{mol}=0.04\ \text{mol}nNO3−​​=2⋅0.02 mol=0.04 mol.
יוני חנקה מהנתרן החנקתי שכבר היה בתמיסה:
NaNO3(s)→Na(aq)++NO3(aq)−\text{NaNO}_{3(s)} \rightarrow \text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{NO}^{-}_{3(aq)}NaNO3(s)​→Na(aq)+​+NO3(aq)−​, יחס 1:11:11:1:
n=C⋅V=0.1 molL⋅0.100 L=0.01 moln=C\cdot V=0.1\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot 0.100\ \text{L}=0.01\ \text{mol}n=C⋅V=0.1 Lmol​⋅0.100 L=0.01 mol
סך הכול: nNO3−=0.04 mol+0.01 mol=0.05 moln_{\text{NO}_3^-}=0.04\ \text{mol}+0.01\ \text{mol}=0.05\ \text{mol}nNO3−​​=0.04 mol+0.01 mol=0.05 mol. בהנחה שנפח התמיסה לא השתנה בהמסת המוצק (V=0.100 LV=0.100\ \text{L}V=0.100 L):
C=nV=0.05 mol0.100 L=0.5 MC=\frac{n}{V}=\frac{0.05\ \text{mol}}{0.100\ \text{L}}=0.5\ \text{M}C=Vn​=0.100 L0.05 mol​=0.5 M
תשובה א.
- ב (0.4M) מתקבלת אם שוכחים את יוני החנקה של NaNO3\text{NaNO}_3NaNO3​.
- ג (0.3M) מתקבלת אם שוכחים את המקדם 2 של יוני החנקה ב־ Mg(NO3)2\text{Mg(NO}_3)_2Mg(NO3​)2​ (0.02+0.01=0.03 mol0.02+0.01=0.03\ \text{mol}0.02+0.01=0.03 mol).
- ד (0.2M) מתקבלת אם מחשבים רק את ריכוז המגנזיום החנקתי (0.02 mol0.02\ \text{mol}0.02 mol ב־ 0.1 L0.1\ \text{L}0.1 L).

שאלה 7 · חוק הס

רב-ברירה

לפניכם ערכי ΔH0\Delta\text{H}^0ΔH0 עבור תגובות השרפה (1)–(2) :
(1) N2(g)+2O2(g)→2NO2(g)\text{N}_{2(g)} + 2\text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{NO}_{2(g)}N2(g)​+2O2(g)​→2NO2(g)​ ΔH10=+66.4kJ\qquad \Delta\text{H}^0_1=+66.4\text{kJ}ΔH10​=+66.4kJ
(2) 2NO(g)+O2(g)→2NO2(g)2\text{NO}_{(g)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{NO}_{2(g)}2NO(g)​+O2(g)​→2NO2(g)​ ΔH20=−114.4kJ\qquad \Delta\text{H}^0_2=-114.4\text{kJ}ΔH20​=−114.4kJ
לפניכם תגובה (3) :
(3) N2(g)+O2(g)→2NO(g)\text{N}_{2(g)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{NO}_{(g)}N2(g)​+O2(g)​→2NO(g)​ ΔH30= ?\qquad \Delta\text{H}^0_3=\ ?ΔH30​= ?
מהו ערכו של ΔH30\Delta\text{H}^0_3ΔH30​ עבור תגובה (3)?

א.
$-180.8\ \text{kJ}$
ב.
$+180.8\ \text{kJ}$
ג.
$-48.0\ \text{kJ}$
ד.
$+48.0\ \text{kJ}$

◂ פתרון מלא לשאלה 7

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – ΔH30=+180.8 kJ\Delta H^0_3=+180.8\ \text{kJ}ΔH30​=+180.8 kJ

לפי חוק הס, אם תגובה מתקבלת מצירוף של תגובות אחרות, שינוי האנטלפיה שלה הוא הצירוף המתאים של שינויי האנטלפיה שלהן.
משאירים את תגובה (1) כפי שהיא, והופכים את תגובה (2) (היפוך משנה את סימן ΔH\Delta HΔH):
N2(g)+2O2(g)→2NO2(g)ΔH10=+66.4 kJ\text{N}_{2(g)} + 2\text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{NO}_{2(g)} \qquad \Delta H^0_1=+66.4\ \text{kJ}N2(g)​+2O2(g)​→2NO2(g)​ΔH10​=+66.4 kJ
2NO2(g)→2NO(g)+O2(g)−ΔH20=+114.4 kJ2\text{NO}_{2(g)} \rightarrow 2\text{NO}_{(g)} + \text{O}_{2(g)} \qquad -\Delta H^0_2=+114.4\ \text{kJ}2NO2(g)​→2NO(g)​+O2(g)​−ΔH20​=+114.4 kJ
בחיבור מצמצמים 2NO2(g)2\text{NO}_{2(g)}2NO2(g)​ ומולקולת O2\text{O}_2O2​ אחת משני הצדדים ומתקבלת תגובה (3):
N2(g)+O2(g)→2NO(g)\text{N}_{2(g)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{NO}_{(g)}N2(g)​+O2(g)​→2NO(g)​
ΔH30=ΔH10−ΔH20=+66.4 kJ−(−114.4 kJ)=+180.8 kJ\Delta H^0_3=\Delta H^0_1-\Delta H^0_2=+66.4\ \text{kJ}-(-114.4\ \text{kJ})=+180.8\ \text{kJ}ΔH30​=ΔH10​−ΔH20​=+66.4 kJ−(−114.4 kJ)=+180.8 kJ
תשובה ב.
- א – סימן הפוך (התגובה אנדותרמית).
- ג ו־ ד (±48.0 kJ\pm 48.0\ \text{kJ}±48.0 kJ) מתקבלות אם מחברים את ΔH10\Delta H^0_1ΔH10​ ו־ ΔH20\Delta H^0_2ΔH20​ בלי להפוך את תגובה (2): 66.4+(−114.4)=−48.066.4+(-114.4)=-48.066.4+(−114.4)=−48.0.

שאלה 8 · תגובת חומצה–בסיס בין גזים

רב-ברירה

בניסוי עִרבבו שני גזים: אמוניה, NH3(g)\text{NH}_{3(g)}NH3(g)​ , ומימן כלורי, HCl(g)\text{HCl}_{(g)}HCl(g)​ . התרחשה תגובה.
התוצר שהתקבל הוא המוצק היוני אמון כלורי, NH4Cl(s)\text{NH}_4\text{Cl}_{(s)}NH4​Cl(s)​ .
ניסוח התגובה שהתרחשה הוא:
NH3(g)+HCl(g)→NH4Cl(s)\text{NH}_{3(g)} + \text{HCl}_{(g)} \rightarrow \text{NH}_4\text{Cl}_{(s)}NH3(g)​+HCl(g)​→NH4​Cl(s)​
מהי הקביעה הנכונה?

א.
בתגובה זו אמוניה, $\text{NH}_{3(g)}$ , הוא המחמצן.
ב.
בתגובה זו אמוניה, $\text{NH}_{3(g)}$ , הוא הבסיס.
ג.
בתגובה זו מימן כלורי, $\text{HCl}_{(g)}$ , הוא המחמצן.
ד.
בתגובה זו מימן כלורי, $\text{HCl}_{(g)}$ , הוא הבסיס.

◂ פתרון מלא לשאלה 8

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – אמוניה קולטת פרוטון ולכן היא הבסיס.

בתגובה עובר פרוטון (H+\text{H}^{+}H+) ממולקולת HCl למולקולת NH3\text{NH}_3NH3​: נוצרים היונים NH4+\text{NH}_4^{+}NH4+​ ו־ Cl−\text{Cl}^{-}Cl− שמרכיבים את הסריג היוני של NH4Cl(s)\text{NH}_4\text{Cl}_{(s)}NH4​Cl(s)​. זו תגובת חומצה–בסיס:
- HCl\text{HCl}HCl מוסר פרוטון – חומצה.
- NH3\text{NH}_3NH3​ קולט פרוטון (בעזרת זוג האלקטרונים הלא קושר שעל החנקן) – בסיס. לכן ב נכונה.
זו אינה תגובת חמצון־חיזור: דרגות החמצון לא משתנות (N נשאר −3-3−3, H נשאר +1+1+1, Cl נשאר −1-1−1). לכן א ו־ ג שגויות – אין בתגובה מחמצן ומחזר. ד שגויה – HCl הוא החומצה, לא הבסיס.

שאלה 9 · מימן – אחד הפתרונות לדלק עתידי

שאלת מאמר

ניתוח קטע ממאמר מדעי – חובה
9. קראו את הקטע שלפניכם, וענו על הסעיפים שאחריו לפי ההנחיות (שאלת חובה – 20 נקודות).
מימן – אחד הפתרונות לדלק עתידי
רוב המדענים סבורים כי יש קשר בין העלייה בטמפרטורת האטמוספרה במאה הנוכחית, ההתחממות הגלובלית, ובין שרֵפה של כמויות גדולות של דלקים המכילים בעיקר תרכובות פחמן (דלקים מאובנים). שרֵפת דלקים אלה גורמת לשחרור אנרגייה זמינה לשימוש. בתהליך השרֵפה נפלט לאטמוספרה פחמן דו־חמצני, CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​, שהוא גז חממה. גזי חממה לוכדים קרינה שמוחזרת מפני כדור הארץ וכך גורמים להתחממותו.
בוועידות האקלים שהאו"ם מכנס, נציגי המדינות דנים באפשרות לצמצם את פליטת הפחמן הדו־חמצני עד שנת 2050, כדי להאט את ההתחממות הגלובלית. אחת האפשרויות שנדונו היא להפיק אנרגייה באמצעות שרֵפה (תגובה עם חמצן, O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​) של גז המימן, H2(g)\text{H}_{2(g)}H2(g)​, במקום שרֵפה של דלקים המכילים תרכובות פחמן.
המימן אינו מופיע כיסוד על פני כדור הארץ, לכן יש צורך להפיקו מתרכובות שונות באמצעות תהליכים כימיים הדורשים השקעת אנרגייה.
נהוג לכנות את המימן המופק על פי שיטת ההפקה, למשל:
"מימן אפור": המימן הזול ביותר, ומופק בין השאר מגז טבעי. המרכיב העיקרי של גז טבעי הוא מתאן, CH4(g)\text{CH}_{4(g)}CH4(g)​. כאשר מתאן מגיב עם קיטור, H2O(g)\text{H}_2\text{O}_{(g)}H2​O(g)​, בלחץ גבוה, נוצרים הגזים פחמן דו־חמצני, CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​, שנפלט לאטמוספרה, ומימן, H2(g)\text{H}_{2(g)}H2(g)​, שנאסף למְכלי אחסון.
"מימן כחול": מימן המופק בתהליך זהה לתהליך הפקת "מימן אפור", אולם הגז CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ שנוצר בתהליך, אינו משתחרר לאטמוספרה, אלא נאסף אף הוא במהלך ההפקה. טכנולוגיות שונות לאיסוף וניצול של CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ נמצאות בפיתוח.
אחת הבעיות בתהליך ההפקה של "מימן אפור" ושל "מימן כחול" היא שהמתאן, CH4(g)\text{CH}_{4(g)}CH4(g)​, שגם הוא גז חממה, עלול להשתחרר לאטמוספרה.
"מימן ירוק": מימן המופק בתהליך של פירוק מים בעזרת חשמל בתנאים מתאימים. תוצרי הפירוק הם מימן וחמצן בלבד. לתהליך זה נדרשת השקעת אנרגייה המתקבלת מניצול מקורות אנרגייה מתחדשים כגון השמש והרוח.
אפשר להשתמש במימן כדלק כך ששרֵפת המימן תהיה מקור לאנרגייה בתעשייה ולהנעת כלי רכב גדולים.
השימוש במימן כדלק עתידי יוצר כמה בעיות:
– את המימן המופק במצב צבירה גזי צריך לאחסן במְכלים גדולים שעמידים בלחץ גבוה.
– אחסון המימן במצב צבירה נוזלי מחייב את קירורו לטמפרטורה נמוכה מאוד (20.3K), שבה הוא נהפך לנוזל.
– במהלך שרֵפת המימן באוויר מתרחשת תגובה נוספת בין החמצן, O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​, לבין החנקן, N2(g)\text{N}_{2(g)}N2(g)​, שבאוויר. בתגובה זו נוצר חנקן דו־חמצני, NO2(g)\text{NO}_{2(g)}NO2(g)​, שגם הוא גז חממה לא רצוי.
אפשר להשתמש במימן כדלק במכוניות שבהן מותקן רכיב מיוחד. ברכיב זה מתרחשת תגובת חמצון חיזור בין גז מימן ובין גז חמצן שמקורו באוויר. תגובה זו מתרחשת על שטח הפנים של זרז מוצק.
תעשיית המכוניות המונעות במימן מתפתחת ברחבי העולם, ומוקמות תחנות לתדלוק מהיר בגז מימן.
מכוניות המונעות במימן עשויות להתחרות במכוניות חשמליות הפועלות על סוללות נטענות ודורשות זמן רב לטעינה.
כיום רק חלק קטן מאוד מצריכת האנרגייה העולמית מבוסס על מימן. ייתכן שבשנים הקרובות עוד מדינות ישלבו את המימן כמקור אנרגייה.
מקור
Dewan Angela (2021). *Green hydrogen could be the fuel of the future. Here's why it's not yet a silver bullet*. CNN, August 31.

א.

האם שרֵפת דלקים המכילים תרכובות פחמן היא תגובה אנדותרמית? נמקו על פי הקטע.

ב.

מהו התוצר האפשרי בשרֵפת מימן: פחמן דו־חמצני, פחמן חד־חמצני או מים? נמקו את בחירתכם.

ג.

נסחו ואזנו את תהליך הפקת הגז "מימן אפור".

ד.

קבעו את המחמצן ואת המחזר בתגובה שניסחתם בסעיף ג. נמקו את קביעתכם.

ה.

קבעו את סימנו של ΔH0\Delta\text{H}^0ΔH0 עבור התגובה המתרחשת בעת הפקת "מימן ירוק". נמקו על פי הקטע.

ו.

לפניכם שני גרפים: I ו־ II . קבעו מהו הגרף שמתאר באופן נכון את השפעת הזרז על התגובה המתרחשת ברכיב שמותקן במכוניות המונעות במימן. נמקו את קביעתכם.

ז.

יש לבחור אחד מן הסעיפים ז או ח.
בתהליך הפקה של "מימן כחול", הגיב 1 טון מתאן, CH4(g)\text{CH}_{4(g)}CH4(g)​ .
בתהליך אספו את הפחמן הדו־חמצני, CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ , שנוצר.
האם מסת הפחמן הדו־חמצני שהתקבל בתגובה גדולה מ־ 1 טון או קטנה מ־ 1 טון?
פרטו את חישוביכם או נמקו באופן מילולי.
נתון: 1 טון =1×106=1\times 10^{6}=1×106 גרם

ח.

יש לבחור אחד מן הסעיפים ז או ח.
על פי הקטע, מימן משנה מצב צבירה מגז לנוזל בטמפרטורה של 20.3K בלחץ אטמוספרי.
האם טמפרטורת הרתיחה של חמצן באותם תנאים גבוהה מ־ 20.3K או נמוכה מ־ 20.3K ?
נמקו את תשובתכם. התייחסו לכוחות הפועלים בין המולקולות של כל אחד מן היסודות במצב צבירה נוזלי.

◂ פתרון מלא לשאלה 9

סעיף א

תשובה:

לא. זו תגובה אקסותרמית – לפי הקטע, השרֵפה משחררת אנרגייה.

לא – שרֵפת הדלקים היא תגובה אקסותרמית.
לפי הפסקה הראשונה בקטע: "שרֵפת דלקים אלה גורמת לשחרור אנרגייה זמינה לשימוש". בתגובה שבה משתחררת אנרגייה לסביבה, האנטלפיה של התוצרים נמוכה מהאנטלפיה של המגיבים (ΔH<0\Delta H<0ΔH<0) – זו תגובה אקסותרמית ולא אנדותרמית.

סעיף ב

תשובה:

מים, H2O\text{H}_2\text{O}H2​O.

התוצר הוא מים.
בשרֵפה המימן מגיב עם חמצן (לפי הקטע: "שרֵפה (תגובה עם חמצן, O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​) של גז המימן"). המגיבים מכילים רק אטומי מימן ואטומי חמצן. בתגובה כימית האטומים נשמרים – לא נוצרים אטומים של יסוד שלא היה במגיבים – ולכן לא ייתכן שייווצר תוצר המכיל פחמן (CO2\text{CO}_2CO2​ או CO). התוצר האפשרי הוא מים:
2H2(g)+O2(g)→2H2O2\text{H}_{2(g)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}2H2(g)​+O2(g)​→2H2​O

סעיף ג

תשובה:

CH4(g)+2H2O(g)→CO2(g)+4H2(g)\text{CH}_{4(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(g)} \rightarrow \text{CO}_{2(g)} + 4\text{H}_{2(g)}CH4(g)​+2H2​O(g)​→CO2(g)​+4H2(g)​

לפי הקטע ("מימן אפור"): מתאן, CH4(g)\text{CH}_{4(g)}CH4(g)​, מגיב עם קיטור, H2O(g)\text{H}_2\text{O}_{(g)}H2​O(g)​, ונוצרים פחמן דו־חמצני, CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​, ומימן, H2(g)\text{H}_{2(g)}H2(g)​.
CH4(g)+2H2O(g)→CO2(g)+4H2(g)\text{CH}_{4(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(g)} \rightarrow \text{CO}_{2(g)} + 4\text{H}_{2(g)}CH4(g)​+2H2​O(g)​→CO2(g)​+4H2(g)​
בדיקת איזון: C: 1 = 1; O: 2 = 2; H: 4+4=84+4=84+4=8 = 4⋅2=84\cdot 2=84⋅2=8.

סעיף ד

תשובה:

המחזר: CH4\text{CH}_4CH4​; המחמצן: H2O\text{H}_2\text{O}H2​O.

נקבע את דרגות החמצון:
•פחמן: ב־ CH4\text{CH}_4CH4​ דרגת החמצון היא −4-4−4 (כל H הוא +1+1+1), וב־ CO2\text{CO}_2CO2​ היא +4+4+4 (כל O הוא −2-2−2). דרגת החמצון של הפחמן עלתה – הפחמן מסר אלקטרונים (8 לכל אטום C), כלומר עבר חמצון.
•מימן: ב־ H2O\text{H}_2\text{O}H2​O דרגת החמצון היא +1+1+1, וב־ H2\text{H}_2H2​ היא 000. דרגת החמצון ירדה – המימן קלט אלקטרונים, כלומר עבר חיזור.
•דרגת החמצון של החמצן (−2-2−2) אינה משתנה. גם אטומי המימן של המתאן הופכים ל־ H2\text{H}_2H2​ (+1→0+1 \rightarrow 0+1→0), אבל אטום הפחמן מוסר 8 אלקטרונים ואטומי המימן של המתאן קולטים רק 4, כך שבסיכום מולקולת CH4\text{CH}_4CH4​ מוסרת אלקטרונים.
המחזר הוא CH4(g)\text{CH}_{4(g)}CH4(g)​ – החומר שמוסר אלקטרונים (מכיל את הפחמן שדרגת חמצונו עלתה).
המחמצן הוא H2O(g)\text{H}_2\text{O}_{(g)}H2​O(g)​ – החומר שקולט אלקטרונים (מכיל את המימן שדרגת חמצונו ירדה מ־ +1+1+1 ל־ 000).

סעיף ה

תשובה:

ΔH0>0\Delta H^0>0ΔH0>0 (חיובי) – התגובה אנדותרמית.

ΔH0\Delta H^0ΔH0 חיובי.
"מימן ירוק" מופק בפירוק מים בעזרת חשמל: 2H2O(ℓ)→2H2(g)+O2(g)2\text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow 2\text{H}_{2(g)} + \text{O}_{2(g)}2H2​O(ℓ)​→2H2(g)​+O2(g)​. לפי הקטע: "לתהליך זה נדרשת השקעת אנרגייה". תגובה שבה המערכת קולטת אנרגייה היא תגובה אנדותרמית – אנטלפיית התוצרים גבוהה מאנטלפיית המגיבים, ולכן ΔH0>0\Delta H^0>0ΔH0>0.
(זו גם התגובה ההפוכה לשרֵפת המימן, שהיא אקסותרמית.)

סעיף ו

תשובה:

גרף I – הזרז מוריד את אנרגיית השפעול ואינו משנה את ΔH0\Delta H^0ΔH0.

גרף I נכון.
לפי הקטע, התגובה ברכיב שבמכונית (בין מימן לחמצן) "מתרחשת על שטח הפנים של זרז מוצק". זרז מאפשר מסלול תגובה חלופי שבו אנרגיית השפעול נמוכה יותר, ולכן התגובה מהירה יותר. הזרז אינו משנה את האנטלפיה של המגיבים ושל התוצרים, ולכן ΔH0\Delta H^0ΔH0 זהה עם זרז ובלי זרז.
•בגרף I – העקומה הנמוכה (אנרגיית שפעול קטנה) מסומנת "עם זרז", והגבוהה "ללא זרז" – נכון.
•בגרף II – הסימון הפוך: אנרגיית השפעול "עם זרז" גדולה מזו "ללא זרז" – כלומר הזרז מגדיל את אנרגיית השפעול, וזה שגוי.
(בשני הגרפים ΔH0\Delta H^0ΔH0 זהה, ולכן ההבדל ביניהם הוא רק בסימון אנרגיות השפעול.)

סעיף ז

תשובה:

גדולה מ־ 1 טון: מתקבלים 2.752.752.75 טון CO2\text{CO}_2CO2​.

גדולה מ־ 1 טון.
לפי הניסוח מסעיף ג: CH4(g)+2H2O(g)→CO2(g)+4H2(g)\text{CH}_{4(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(g)} \rightarrow \text{CO}_{2(g)} + 4\text{H}_{2(g)}CH4(g)​+2H2​O(g)​→CO2(g)​+4H2(g)​ – יחס המולים CH4:CO2=1:1\text{CH}_4 : \text{CO}_2 = 1:1CH4​:CO2​=1:1.
חישוב:
Mw CH4=12.0+4⋅1.0=16.0 grmolM_{w\,\text{CH}_4}=12.0+4\cdot 1.0=16.0\ \frac{\text{gr}}{\text{mol}}MwCH4​​=12.0+4⋅1.0=16.0 molgr​ , Mw CO2=12.0+2⋅16.0=44.0 grmolM_{w\,\text{CO}_2}=12.0+2\cdot 16.0=44.0\ \frac{\text{gr}}{\text{mol}}MwCO2​​=12.0+2⋅16.0=44.0 molgr​
nCH4=mMw=1×106 gr16.0 grmol=62,500 moln_{\text{CH}_4}=\frac{m}{M_w}=\frac{1\times 10^{6}\ \text{gr}}{16.0\ \frac{\text{gr}}{\text{mol}}}=62{,}500\ \text{mol}nCH4​​=Mw​m​=16.0 molgr​1×106 gr​=62,500 mol
nCO2=nCH4=62,500 moln_{\text{CO}_2}=n_{\text{CH}_4}=62{,}500\ \text{mol}nCO2​​=nCH4​​=62,500 mol
mCO2=n⋅Mw=62,500 mol⋅44.0 grmol=2.75×106 gr=2.75 טוןm_{\text{CO}_2}=n\cdot M_w=62{,}500\ \text{mol}\cdot 44.0\ \frac{\text{gr}}{\text{mol}}=2.75\times 10^{6}\ \text{gr}=2.75\ \text{טון}mCO2​​=n⋅Mw​=62,500 mol⋅44.0 molgr​=2.75×106 gr=2.75 טון
נימוק מילולי: מכל מולקולת מתאן נוצרת מולקולת CO2\text{CO}_2CO2​ אחת (מספר המולים שווה), אבל המסה המולרית של CO2\text{CO}_2CO2​ (44.0 grmol44.0\ \frac{\text{gr}}{\text{mol}}44.0 molgr​) גדולה מזו של CH4\text{CH}_4CH4​ (16.0 grmol16.0\ \frac{\text{gr}}{\text{mol}}16.0 molgr​). לכן מסת ה־ CO2\text{CO}_2CO2​ גדולה ממסת המתאן שהגיב, כלומר גדולה מ־ 1 טון.

סעיף ח

תשובה:

גבוהה מ־ 20.3K – ענן האלקטרונים של O2\text{O}_2O2​ גדול יותר, ולכן כוחות ואן דר ואלס בין מולקולותיו חזקים יותר.

טמפרטורת הרתיחה של חמצן גבוהה מ־ 20.3K.
•גם H2\text{H}_2H2​ וגם O2\text{O}_2O2​ בנויים ממולקולות דו־אטומיות של אותו יסוד – הקשר בין האטומים קוולנטי לא קוטבי, והמולקולות לא קוטביות. לכן במצב נוזלי פועלות בין המולקולות של כל אחד מהם רק אינטראקציות ואן דר ואלס (בין דו־קטבים רגעיים ומושרים).
•במולקולת O2\text{O}_2O2​ יש 16 אלקטרונים ובמולקולת H2\text{H}_2H2​ רק 2 אלקטרונים. ענן האלקטרונים של O2\text{O}_2O2​ גדול בהרבה וקל יותר לקיטוב, ולכן נוצרים בו דו־קטבים רגעיים חזקים יותר – אינטראקציות ואן דר ואלס בין מולקולות O2\text{O}_2O2​ חזקות יותר מאלה שבין מולקולות H2\text{H}_2H2​.
•כדי להרתיח נוזל צריך להשקיע אנרגייה להתגברות על הכוחות שבין המולקולות. ככל שהכוחות חזקים יותר נדרשת יותר אנרגייה, וטמפרטורת הרתיחה גבוהה יותר. לכן טמפרטורת הרתיחה של חמצן גבוהה מזו של מימן (20.3K).

פרק שני

שאלה 10 · מעכבי בעירה

שאלה פתוחה

שימו לב: חלק מהשאלה לא במיקוד תשפ"ז

סעיף ג בלבד דורש להסביר כיצד גודל ענן האלקטרונים וקוטביות המולקולה משפיעים על חוזק הכוחות בין המולקולות – לפי מיקוד תשפ"ז התלמידים יידרשו לציין את הגורמים בלבד ולא להסביר אותם. שאר הסעיפים בתוך המיקוד.

מבנה וקישור, חישובים, אנרגייה
השאלה עוסקת בחומרים הנקראים מעכבי בעירה.
מטפים לשימוש ביתי מכילים גזים, אבקות או קצף שמעכבים בעירה.
בעבר השתמשו בגז שנוסחתו CBrF3(g)\text{CBrF}_{3(g)}CBrF3(g)​ .
היום מחליפה אותו תערובת של שלושה גזים: CHCl2CF3(g)\text{CHCl}_2\text{CF}_{3(g)}CHCl2​CF3(g)​ , CF4(g)\text{CF}_{4(g)}CF4(g)​ , Ar(g)\text{Ar}_{(g)}Ar(g)​ .

א.

רִשמו נוסחאות ייצוג אלקטרונים של המולקולות: CBrF3\text{CBrF}_3CBrF3​ , CHCl2CF3\text{CHCl}_2\text{CF}_3CHCl2​CF3​ ו־ CF4\text{CF}_4CF4​ .

ב.

לפניכם טבלה שבה מוצגות טמפרטורות הרתיחה של שני חומרים וצורת המולקולה של כל אחד מהם:
החומר (בטמפרטורת החדר)טמפרטורת רתיחה (oC)(^{o}\text{C})(oC)צורת המולקולה של החומר
CBrF3(g)\text{CBrF}_{3(g)}CBrF3(g)​−58-58−58טטראדר
CF4(g)\text{CF}_{4(g)}CF4(g)​−128-128−128טטראדר
ציינו שני גורמים להבדל בין טמפרטורות הרתיחה של שני החומרים.

החומר (בטמפרטורת החדר)	טמפרטורת רתיחה $(^{o}\text{C})$	צורת המולקולה של החומר
$\text{CBrF}_{3(g)}$	$-58$	טטראדר
$\text{CF}_{4(g)}$	$-128$	טטראדר

ג.

הסבירו כיצד כל אחד משני הגורמים שציינתם בסעיף ב משפיע על חוזק הכוחות הפועלים בין המולקולות.

ד.

אבקות שמשמשות לכיבוי שרֵפות גדולות הן בעיקר אלומיניום הידרוקסידי, Al(OH)3(s)\text{Al(OH)}_{3(s)}Al(OH)3(s)​ , ומגנזיום הידרוקסידי, Mg(OH)2(s)\text{Mg(OH)}_{2(s)}Mg(OH)2(s)​ . מטוסים מפזרים אבקות אלה מן האוויר על מקום השרֵפה יחד עם חומר שצבעו אדום.
התרכובת Al(OH)3(s)\text{Al(OH)}_{3(s)}Al(OH)3(s)​ מתפרקת בטמפרטורות גבוהות למוצק אלומיניום חמצני, Al2O3(s)\text{Al}_2\text{O}_{3(s)}Al2​O3(s)​ , ואדי מים.
התרכובת Mg(OH)2(s)\text{Mg(OH)}_{2(s)}Mg(OH)2(s)​ מתפרקת בטמפרטורות גבוהות למוצק מגנזיום חמצני, MgO(s)\text{MgO}_{(s)}MgO(s)​ , ואדי מים.
רִשמו ניסוח מאוזן לתגובת הפירוק של Al(OH)3(s)\text{Al(OH)}_{3(s)}Al(OH)3(s)​ .

ה.

רִשמו ניסוח מאוזן לתגובת הפירוק של Mg(OH)2(s)\text{Mg(OH)}_{2(s)}Mg(OH)2(s)​ .

ו.

בניסוי 1 חיממו 3.9 גרם של Al(OH)3(s)\text{Al(OH)}_{3(s)}Al(OH)3(s)​ . כל החומר התפרק.
מהו מספר המולים של אדי מים שהתקבלו בתגובה? פרטו את חישוביכם.

ז.

בניסוי 2 חיממו מסה נתונה של Mg(OH)2(s)\text{Mg(OH)}_{2(s)}Mg(OH)2(s)​ . כל החומר התפרק. מספר המולים של אדי מים שהתקבלו בתגובה היה זהה למספר המולים של אדי מים שחישבתם בסעיף ו.
האם מספר המולים של Mg(OH)2(s)\text{Mg(OH)}_{2(s)}Mg(OH)2(s)​ שהתפרק בניסוי 2 זהה למספר המולים של Al(OH)3(s)\text{Al(OH)}_{3(s)}Al(OH)3(s)​ שהתפרק בניסוי 1? פרטו את חישוביכם או נמקו באופן מילולי.

ח.

שתי תגובות הפירוק של Mg(OH)2(s)\text{Mg(OH)}_{2(s)}Mg(OH)2(s)​ ושל Al(OH)3(s)\text{Al(OH)}_{3(s)}Al(OH)3(s)​ תורמות להורדת הטמפרטורה של הסביבה באזור הבעירה. האם תגובות הפירוק הן אנדותרמיות או אקסותרמיות? הסבירו את תשובתכם.

◂ פתרון מלא לשאלה 10

סעיף א

תשובה:

בכל מולקולה כל אטומי הפחמן יוצרים 4 קשרים יחידים; לכל אטום הלוגן 3 זוגות לא קושרים; ל־ H אין זוגות לא קושרים.

בכל המולקולות אטום פחמן יוצר 4 קשרים קוולנטיים יחידים (אין לו זוגות לא קושרים), כל אטום הלוגן (F, Cl, Br) יוצר קשר אחד ונושא 3 זוגות אלקטרונים לא קושרים, ואטום H יוצר קשר אחד.
CBrF3\text{CBrF}_3CBrF3​ (32 אלקטרוני ערכיות: 4 זוגות קושרים + 12 זוגות לא קושרים): אטום C במרכז, קשור בקשר יחיד לאטום Br ולשלושה אטומי F; סביב Br וסביב כל F – 3 זוגות לא קושרים.
       :F:
        |
  :Br — C — F:
        |
       :F:
(על כל אטום הלוגן יש בסך הכול 3 זוגות לא קושרים – שניים מעליו/מתחתיו ואחד בצד החיצוני.)
CHCl2CF3\text{CHCl}_2\text{CF}_3CHCl2​CF3​ (44 אלקטרוני ערכיות: 7 זוגות קושרים + 15 זוגות לא קושרים): שני אטומי פחמן קשורים זה לזה בקשר יחיד. פחמן אחד קשור ל־ H ולשני אטומי Cl, והפחמן השני קשור לשלושה אטומי F. לכל Cl ולכל F – 3 זוגות לא קושרים.
       H    :F:
       |     |
  :Cl— C  —  C —F:
       |     |
      :Cl:  :F:
CF4\text{CF}_4CF4​ (32 אלקטרוני ערכיות: 4 זוגות קושרים + 12 זוגות לא קושרים): אטום C במרכז קשור בקשרים יחידים לארבעה אטומי F; לכל F – 3 זוגות לא קושרים.
       :F:
        |
  :F — C — F:
        |
       :F:
טעות נפוצה: לשכוח את הזוגות הלא קושרים על אטומי ההלוגן.

סעיף ב

תשובה:

(1) גודל ענן האלקטרונים – גדול יותר ב־ CBrF3\text{CBrF}_3CBrF3​; (2) קוטביות המולקולה – CBrF3\text{CBrF}_3CBrF3​ קוטבית ו־ CF4\text{CF}_4CF4​ לא קוטבית.

טמפרטורת הרתיחה של CBrF3\text{CBrF}_3CBrF3​ (−58oC-58^{o}\text{C}−58oC) גבוהה מזו של CF4\text{CF}_4CF4​ (−128oC-128^{o}\text{C}−128oC). שני גורמים:
1. גודל ענן האלקטרונים של המולקולה – במולקולת CBrF3\text{CBrF}_3CBrF3​ יש 68 אלקטרונים (6+35+3⋅96+35+3\cdot 96+35+3⋅9) ובמולקולת CF4\text{CF}_4CF4​ יש 42 אלקטרונים (6+4⋅96+4\cdot 96+4⋅9), כלומר ענן האלקטרונים של CBrF3\text{CBrF}_3CBrF3​ גדול יותר.
2. קוטביות המולקולה – מולקולת CBrF3\text{CBrF}_3CBrF3​ קוטבית, ומולקולת CF4\text{CF}_4CF4​ אינה קוטבית.

סעיף ג

תשובה:

ענן אלקטרונים גדול – ואן דר ואלס חזקות יותר; מולקולה קוטבית – נוספות אינטראקציות דו־קוטב–דו־קוטב. לכן הכוחות בין מולקולות CBrF3\text{CBrF}_3CBrF3​ חזקים יותר.

גורם 1 – גודל ענן האלקטרונים: בין מולקולות של שני החומרים פועלות אינטראקציות ואן דר ואלס. ככל שענן האלקטרונים גדול יותר הוא קל יותר לקיטוב, נוצרים דו־קטבים רגעיים ומושרים חזקים יותר, ולכן אינטראקציות ואן דר ואלס חזקות יותר. ענן האלקטרונים של CBrF3\text{CBrF}_3CBrF3​ גדול יותר (אטום Br במקום אטום F), ולכן אינטראקציות ואן דר ואלס בין מולקולותיו חזקות יותר.
גורם 2 – קוטביות: בשתי המולקולות מבנה טטראדרי. ב־ CF4\text{CF}_4CF4​ ארבעת הקשרים C–F זהים (הפרש אלקטרושליליות 4.0−2.5=1.54.0-2.5=1.54.0−2.5=1.5) ומסודרים באופן סימטרי, ולכן הדו־קטבים של הקשרים מבטלים זה את זה – המולקולה לא קוטבית ופועלות בין המולקולות רק אינטראקציות ואן דר ואלס. ב־ CBrF3\text{CBrF}_3CBrF3​ הקשר C–Br (הפרש 2.8−2.5=0.32.8-2.5=0.32.8−2.5=0.3) קוטבי הרבה פחות מהקשרים C–F, ולכן פיזור המטען אינו סימטרי – המולקולה קוטבית (דו־קוטב קבוע). בין מולקולות קוטביות פועלות, בנוסף לאינטראקציות ואן דר ואלס בין דו־קטבים רגעיים, גם אינטראקציות דו־קוטב–דו־קוטב (בין דו־קטבים קבועים), ולכן הכוחות בין המולקולות חזקים יותר.
שני הגורמים פועלים באותו כיוון: הכוחות בין מולקולות CBrF3\text{CBrF}_3CBrF3​ חזקים יותר, נדרשת יותר אנרגייה כדי להפריד ביניהן, ולכן טמפרטורת הרתיחה שלו גבוהה יותר.

סעיף ד

תשובה:

2Al(OH)3(s)→Al2O3(s)+3H2O(g)2\text{Al(OH)}_{3(s)} \rightarrow \text{Al}_2\text{O}_{3(s)} + 3\text{H}_2\text{O}_{(g)}2Al(OH)3(s)​→Al2​O3(s)​+3H2​O(g)​

2Al(OH)3(s)→Al2O3(s)+3H2O(g)2\text{Al(OH)}_{3(s)} \rightarrow \text{Al}_2\text{O}_{3(s)} + 3\text{H}_2\text{O}_{(g)}2Al(OH)3(s)​→Al2​O3(s)​+3H2​O(g)​
בדיקה: Al: 2 = 2; O: 2⋅3=62\cdot 3=62⋅3=6 = 3+3=63+3=63+3=6; H: 2⋅3=62\cdot 3=62⋅3=6 = 3⋅2=63\cdot 2=63⋅2=6. המים נוצרים כאדים (מצב גזי) כי הפירוק מתרחש בטמפרטורה גבוהה.

סעיף ה

תשובה:

Mg(OH)2(s)→MgO(s)+H2O(g)\text{Mg(OH)}_{2(s)} \rightarrow \text{MgO}_{(s)} + \text{H}_2\text{O}_{(g)}Mg(OH)2(s)​→MgO(s)​+H2​O(g)​

Mg(OH)2(s)→MgO(s)+H2O(g)\text{Mg(OH)}_{2(s)} \rightarrow \text{MgO}_{(s)} + \text{H}_2\text{O}_{(g)}Mg(OH)2(s)​→MgO(s)​+H2​O(g)​
בדיקה: Mg: 1 = 1; O: 2 = 1+11+11+1; H: 2 = 2.

סעיף ו

תשובה:

0.075 mol0.075\ \text{mol}0.075 mol של H2O(g)\text{H}_2\text{O}_{(g)}H2​O(g)​

המסה המולרית (לפי הטבלה המחזורית):
Mw Al(OH)3=27.0+3⋅(16.0+1.0)=78.0 grmolM_{w\,\text{Al(OH)}_3}=27.0+3\cdot(16.0+1.0)=78.0\ \frac{\text{gr}}{\text{mol}}MwAl(OH)3​​=27.0+3⋅(16.0+1.0)=78.0 molgr​
nAl(OH)3=mMw=3.9 gr78.0 grmol=0.05 moln_{\text{Al(OH)}_3}=\frac{m}{M_w}=\frac{3.9\ \text{gr}}{78.0\ \frac{\text{gr}}{\text{mol}}}=0.05\ \text{mol}nAl(OH)3​​=Mw​m​=78.0 molgr​3.9 gr​=0.05 mol
לפי הניסוח בסעיף ד, יחס המולים Al(OH)3:H2O=2:3\text{Al(OH)}_3 : \text{H}_2\text{O} = 2:3Al(OH)3​:H2​O=2:3:
nH2O=32⋅0.05 mol=0.075 moln_{\text{H}_2\text{O}}=\frac{3}{2}\cdot 0.05\ \text{mol}=0.075\ \text{mol}nH2​O​=23​⋅0.05 mol=0.075 mol

סעיף ז

תשובה:

לא. התפרקו 0.075 mol0.075\ \text{mol}0.075 mol של Mg(OH)2\text{Mg(OH)}_2Mg(OH)2​ לעומת 0.05 mol0.05\ \text{mol}0.05 mol של Al(OH)3\text{Al(OH)}_3Al(OH)3​.

לא – מספר המולים אינו זהה.
לפי הניסוח בסעיף ה, היחס Mg(OH)2:H2O=1:1\text{Mg(OH)}_2 : \text{H}_2\text{O} = 1:1Mg(OH)2​:H2​O=1:1, ולכן כדי לקבל 0.075 mol0.075\ \text{mol}0.075 mol אדי מים התפרקו 0.075 mol0.075\ \text{mol}0.075 mol של Mg(OH)2\text{Mg(OH)}_2Mg(OH)2​.
בניסוי 1 התפרקו רק 0.05 mol0.05\ \text{mol}0.05 mol של Al(OH)3\text{Al(OH)}_3Al(OH)3​.
נימוק מילולי: מכל מול Al(OH)3\text{Al(OH)}_3Al(OH)3​ מתקבלים 1.5 מול מים, ואילו מכל מול Mg(OH)2\text{Mg(OH)}_2Mg(OH)2​ מתקבל רק מול מים אחד (יש בו פחות קבוצות OH). לכן כדי לקבל אותה כמות מים צריך יותר מולים של Mg(OH)2\text{Mg(OH)}_2Mg(OH)2​.

סעיף ח

תשובה:

אנדותרמיות – הן קולטות אנרגייה (חום) מהסביבה ולכן הסביבה מתקררת.

התגובות אנדותרמיות.
התגובות גורמות לירידת הטמפרטורה של הסביבה. המשמעות היא שבמהלך התגובות עוברת אנרגייה (חום) מהסביבה אל המערכת (החומרים המגיבים). תגובה שבה המערכת קולטת אנרגייה מהסביבה היא תגובה אנדותרמית: אנטלפיית התוצרים גבוהה מאנטלפיית המגיבים, ΔH>0\Delta H>0ΔH>0.

שאלה 11 · אתאנול ואשלגן כלורי – מבנה והמסה

שאלה פתוחה

מבנה וקישור, אנרגייה
השאלה עוסקת בשני חומרים: אתאנול, C2H5OH(ℓ)\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(\ell)}C2​H5​OH(ℓ)​ , ואשלגן כלורי, KCl(s)\text{KCl}_{(s)}KCl(s)​ .
לפניכם שישה איורים, 1–6, המתארים באופן חלקי מבנים מיקרוסקופיים שונים:

א.

קבעו מהו האיור המתאר את המבנה המיקרוסקופי של C2H5OH(ℓ)\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(\ell)}C2​H5​OH(ℓ)​ בטמפרטורת החדר, וקבעו מהו האיור המתאר את המבנה המיקרוסקופי של KCl(s)\text{KCl}_{(s)}KCl(s)​ בטמפרטורת החדר.

ב.

לכלי אחד שבתוכו מים הוסיפו אשלגן כלורי, ולכלי אחר שבתוכו מים הוסיפו אתאנול. שני החומרים מתמוססים היטב במים.
מהמַסת KCl(s)\text{KCl}_{(s)}KCl(s)​ התקבלה תמיסה 1 ומהמַסת C2H5OH(ℓ)\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(\ell)}C2​H5​OH(ℓ)​ התקבלה תמיסה 2.
נסחו את תהליך ההמסה במים של KCl(s)\text{KCl}_{(s)}KCl(s)​ .

ג.

נסחו את תהליך ההמסה במים של C2H5OH(ℓ)\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(\ell)}C2​H5​OH(ℓ)​ .

ד.

איזו מן התמיסות, תמיסה 1 או תמיסה 2, מוליכה חשמל? הסבירו מדוע התמיסה שבחרתם מוליכה חשמל.

ה.

נערך ניסוי שבו הֵמיסו 0.2 מול KCl(s)\text{KCl}_{(s)}KCl(s)​ ב־ 200 מ"ל מים בכלי לא מבודד. לפני ההמסה נמדדה טמפרטורת מים התחלתית של 22oC22^{o}\text{C}22oC .
לפניכם גרף 1, המתאר את שינוי טמפרטורת המים בזמן ההמסה ואחריה.
לפניכם שתי דיאגרמות אנרגייה, a ו־ b .
איזו מבין הדיאגרמות, a או b , מתארת נכון את שינוי האנרגייה בתהליך ההמסה במים של KCl(s)\text{KCl}_{(s)}KCl(s)​ ? נמקו את בחירתכם ובססו אותה על גרף 1.

ו.

מָזגו את החומר ציקלוהקסאן, C6H12(ℓ)\text{C}_6\text{H}_{12(\ell)}C6​H12(ℓ)​ , לשני כלים: לכלי אחד הוסיפו KCl(s)\text{KCl}_{(s)}KCl(s)​ ולכלי השני הוסיפו C2H5OH(ℓ)\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(\ell)}C2​H5​OH(ℓ)​ . עִרבבו את החומרים בכל אחד מן הכלים.
רק אחד מן החומרים התמוסס בציקלוהקסאן. התקבלה תמיסה שאינה מוליכה חשמל.
איזה חומר מבין שני החומרים התמוסס? נמקו מדוע.

ז.

נסחו את תהליך ההמסה בציקלוהקסאן.

◂ פתרון מלא לשאלה 11

סעיף א

תשובה:

C2H5OH(ℓ)\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(\ell)}C2​H5​OH(ℓ)​ – איור 3; KCl(s)\text{KCl}_{(s)}KCl(s)​ – איור 6.

C2H5OH(ℓ)\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(\ell)}C2​H5​OH(ℓ)​ – איור 3: אתאנול הוא חומר מולקולרי. באיור 3 מוצגות רק מולקולות אתאנול שלמות (2 אטומי C, אטום O ו־ 6 אטומי H בכל מולקולה), קרובות זו לזו ובסידור לא מסודר – כמו בנוזל.
•איור 1 מתאר תערובת של מולקולות אתאנול ומולקולות מים (תמיסה של אתאנול במים).
•איור 2 מתאר אטומים נפרדים – לא מולקולות – ולכן אינו מתאר אתאנול.
KCl(s)\text{KCl}_{(s)}KCl(s)​ – איור 6: אשלגן כלורי הוא חומר יוני. במצב מוצק הוא בנוי מסריג של יונים חיוביים K+\text{K}^{+}K+ ויונים שליליים Cl−\text{Cl}^{-}Cl− המסודרים לסירוגין ובצפיפות.
•איור 4 מתאר יונים מופרדים בין מולקולות מים – תמיסה מימית של KCl.
•איור 5 מתאר אטומים ניטרליים K ו־ Cl, לא יונים, ולכן שגוי.

סעיף ב

תשובה:

KCl(s)→H2O(ℓ)K(aq)++Cl(aq)−\text{KCl}_{(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}} \text{K}^{+}_{(aq)} + \text{Cl}^{-}_{(aq)}KCl(s)​H2​O(ℓ)​​K(aq)+​+Cl(aq)−​

KCl(s)→H2O(ℓ)K(aq)++Cl(aq)−\text{KCl}_{(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}} \text{K}^{+}_{(aq)} + \text{Cl}^{-}_{(aq)}KCl(s)​H2​O(ℓ)​​K(aq)+​+Cl(aq)−​
בהמסה מתפרק הסריג היוני, והיונים מופרדים זה מזה ומוקפים מולקולות מים (מיוּמים).

סעיף ג

תשובה:

C2H5OH(ℓ)→H2O(ℓ)C2H5OH(aq)\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(\ell)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}} \text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(aq)}C2​H5​OH(ℓ)​H2​O(ℓ)​​C2​H5​OH(aq)​

C2H5OH(ℓ)→H2O(ℓ)C2H5OH(aq)\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(\ell)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}} \text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(aq)}C2​H5​OH(ℓ)​H2​O(ℓ)​​C2​H5​OH(aq)​
אתאנול מתמוסס כמולקולות שלמות (אינו מתפרק ליונים); בין מולקולות האתאנול למולקולות המים נוצרים קשרי מימן.
טעות נפוצה: לרשום פירוק של אתאנול ליונים (OH−\text{OH}^{-}OH−) – אתאנול אינו בסיס ואינו תרכובת יונית.

סעיף ד

תשובה:

תמיסה 1 (KCl) – יש בה יונים ניידים.

תמיסה 1 מוליכה חשמל.
הולכה חשמלית בתמיסה מחייבת חלקיקים טעונים ניידים. בתמיסה 1 נמצאים יוני K(aq)+\text{K}^{+}_{(aq)}K(aq)+​ ו־ Cl(aq)−\text{Cl}^{-}_{(aq)}Cl(aq)−​ שנעים בחופשיות בין מולקולות המים; כשמחברים מקור מתח, היונים החיוביים נעים לעבר הקוטב השלילי והיונים השליליים לעבר הקוטב החיובי – ולכן התמיסה מוליכה.
בתמיסה 2 יש רק מולקולות ניטרליות (אתאנול ומים), ללא יונים ניידים, ולכן היא אינה מוליכה.

סעיף ה

תשובה:

דיאגרמה b (ΔH0>0\Delta H^0>0ΔH0>0) – לפי גרף 1 הטמפרטורה ירדה מ־ 22oC22^{o}\text{C}22oC לכ־ 19oC19^{o}\text{C}19oC, כלומר ההמסה אנדותרמית.

דיאגרמה b.
לפי גרף 1, מיד עם תחילת ההמסה טמפרטורת המים ירדה מ־ 22oC22^{o}\text{C}22oC לכ־ 19oC19^{o}\text{C}19oC. ירידת הטמפרטורה מעידה שבתהליך ההמסה המערכת קלטה אנרגייה (חום) מהמים שמסביב – התהליך אנדותרמי. בתהליך אנדותרמי אנטלפיית התוצרים (K(aq)+\text{K}^{+}_{(aq)}K(aq)+​, Cl(aq)−\text{Cl}^{-}_{(aq)}Cl(aq)−​) גבוהה מאנטלפיית המגיבים, ΔH0>0\Delta H^0>0ΔH0>0 – כפי שמתואר בדיאגרמה b.
(העלייה האיטית של הטמפרטורה לאחר מכן, חזרה לכיוון 22oC22^{o}\text{C}22oC, נובעת מכך שהכלי אינו מבודד: בתום ההמסה עובר חום מהסביבה החמה יותר אל התמיסה הקרה.)
דיאגרמה a מתארת תהליך אקסותרמי (ΔH0<0\Delta H^0<0ΔH0<0), שבו הטמפרטורה הייתה עולה.

סעיף ו

תשובה:

אתאנול – יש לו חלק פחמימני לא קוטבי היוצר אינטראקציות ואן דר ואלס עם ציקלוהקסאן; KCl יוני ואינו מתמוסס בממס לא קוטבי.

אתאנול, C2H5OH\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}C2​H5​OH, התמוסס.
•ציקלוהקסאן בנוי ממולקולות לא קוטביות, ובין מולקולותיו פועלות אינטראקציות ואן דר ואלס בלבד.
•למולקולת אתאנול יש חלק פחמימני לא קוטבי (C2H5−\text{C}_2\text{H}_5-C2​H5​−) שיכול ליצור אינטראקציות ואן דר ואלס עם מולקולות הציקלוהקסאן, ולכן הוא יכול להתערבב בו ולהתמוסס.
•KCl הוא חומר יוני: בסריג שלו פועלים קשרים יוניים חזקים. מולקולות הציקלוהקסאן הלא קוטביות אינן יכולות למשוך את היונים (אין להן דו־קוטב) ולפצות על הפירוק של הקשרים היוניים, ולכן KCl אינו מתמוסס בציקלוהקסאן.
•התאמה לנתון: התקבלה תמיסה שאינה מוליכה חשמל – כלומר אין בה יונים. זה מתאים להמסת אתאנול (מולקולות ניטרליות) ולא להמסת KCl.

סעיף ז

תשובה:

C2H5OH(ℓ)→C6H12(ℓ)C2H5OH(C6H12)\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(\ell)} \xrightarrow{\text{C}_6\text{H}_{12(\ell)}} \text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(\text{C}_6\text{H}_{12})}C2​H5​OH(ℓ)​C6​H12(ℓ)​​C2​H5​OH(C6​H12​)​

C2H5OH(ℓ)→C6H12(ℓ)C2H5OH(C6H12)\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(\ell)} \xrightarrow{\text{C}_6\text{H}_{12(\ell)}} \text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(\text{C}_6\text{H}_{12})}C2​H5​OH(ℓ)​C6​H12(ℓ)​​C2​H5​OH(C6​H12​)​
מעל החץ רושמים את הממס (ציקלוהקסאן), ובמצב הצבירה של התוצר מציינים שהאתאנול נמצא בתמיסה בציקלוהקסאן. האתאנול מתמוסס כמולקולות שלמות.

שאלה 12 · חומצות שומן וטריגליצרידים

שאלה פתוחה

שימו לב: חלק מהשאלה לא במיקוד תשפ"ז

השאלה כולה עוסקת בכימיה של מזון (חומצות שומן, רישום מקוצר, ציס, טמפרטורות היתוך, טריגליצרידים, הידרוגנציה) – הפרק כולו אינו נכלל במיקוד 2027.

חומצות שומן
לפניכם טבלה שבה מוצגות כמה חומצות שומן:
חומצת השומןסמלטמפרטורת היתוך (oC)(^{o}\text{C})(oC)
חומצה בוטיריתB−5.7-5.7−5.7
חומצה קפריליתOc16.3
חומצה לאוריתLa43.8
חומצה סטאריתS69.3
חומצה לינולאיתL−5.9-5.9−5.9

חומצת השומן	סמל	טמפרטורת היתוך $(^{o}\text{C})$
חומצה בוטירית	B	$-5.7$
חומצה קפרילית	Oc	16.3
חומצה לאורית	La	43.8
חומצה סטארית	S	69.3
חומצה לינולאית	L	$-5.9$

א.

כִּתבו רישום מקוצר של כל אחת מחומצות השומן שמוצגות בטבלה.

ב.

מהו הגורם לכך שטמפרטורת ההיתוך של חומצה לינולאית (L) נמוכה מטמפרטורת ההיתוך של חומצה סטארית (S) ?

ג.

חומצה קפרית, שסִמלה D , היא חומצת שומן רוויה שמכילה 10 אטומי פחמן.
רִשמו ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של מולקולת חומצה קפרית.

ד.

היעזרו בנתונים שבטבלה וקבעו אם טמפרטורת ההיתוך של חומצה קפרית היא 4oC4^{o}\text{C}4oC או 31.6oC31.6^{o}\text{C}31.6oC .
ציינו את הגורם שהתבססתם עליו בתשובתכם.

ה.

כאשר מוסיפים מימן, H2(g)\text{H}_{2(g)}H2(g)​ , לחומצה לינולאית בנוכחות זרז מתאים, מקבלים חומצה סטארית.
כמה מולים מימן, H2(g)\text{H}_{2(g)}H2(g)​ , נדרשים לתגובה מלאה עם 1 מול חומצה לינולאית? הסבירו את תשובתכם.

ו.

שמן קוקוס עשיר בטריגליצרידים שמורכבים מחומצות שומן רוויות, שלהן שרשרות אטומי פחמן באורך בינוני.
לדוגמה, הטריגליצריד OcLaD , שנוצר מגליצרול, חומצה קפרילית, חומצה לאורית וחומצה קפרית.
לפניכם ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של מולקולת גליצרול:
איזה ייצוג מקוצר מבין שלוש המולקולות (1)–(3) שלפניכם מתאר באופן נכון את נוסחת המבנה של מולקולת הטריגליצריד OcLaD ?

ז.

עשב טרי מכיל, בין השאר, בטא־קרוטן, שצבעו צהוב־כתום.
לפניכם ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של מולקולת בטא־קרוטן:
חמאה, שמיוצרת מחלב פרות שניזונות מעשב טרי, צבעה צהוב בגלל החומר בטא־קרוטן שנמצא בחלב של פרות אלה. חמאה מכילה כ־ 81% שומנים, כ־ 18% מים ועוד חומרים.
קבעו אם בטא־קרוטן מתמוסס בשומנים או במים שבחמאה. הסבירו את קביעתכם. בתשובתכם התייחסו לכוחות הפועלים בין המולקולות.

◂ פתרון מלא לשאלה 12

סעיף א

תשובה:

B: C4:0 ; Oc: C8:0 ; La: C12:0 ; S: C18:0 ; L: C18:2 ω6 (cis,cis)

ברישום המקוצר כותבים את מספר אטומי הפחמן בשרשרת (כולל פחמן הקבוצה הקרבוקסילית), אחריו נקודתיים ואת מספר הקשרים הכפולים C=C, ובחומצה בלתי רוויה גם את מיקום הקשר הכפול הראשון כשסופרים מקצה המתיל (ω).
סופרים את קודקודי הקו המשובר: כל קודקוד וכל קצה שרשרת הם אטום פחמן, ופחמן הקבוצה −COOH-\text{COOH}−COOH נספר גם הוא.
חומצהמספר אטומי Cקשרים כפוליםרישום מקוצר
בוטירית (B)40C4:0
קפרילית (Oc)80C8:0
לאורית (La)120C12:0
סטארית (S)180C18:0
לינולאית (L)182C18:2 ω6
בחומצה הלינולאית הקשר הכפול הראשון מקצה המתיל מתחיל בפחמן השישי (בין פחמן 6 ל־ 7 מקצה המתיל), ושני הקשרים הכפולים הם במבנה ציס (cis) – לכן C18:2 ω6 (ובספירה מקצה הקרבוקסיל הקשרים הכפולים נמצאים בפחמנים 9 ו־ 12).

חומצה	מספר אטומי C	קשרים כפולים	רישום מקוצר
בוטירית (B)	4	0	C4:0
קפרילית (Oc)	8	0	C8:0
לאורית (La)	12	0	C12:0
סטארית (S)	18	0	C18:0
לינולאית (L)	18	2	C18:2 ω6

סעיף ב

תשובה:

הקשרים הכפולים במבנה ציס בחומצה הלינולאית יוצרים כיפופים בשרשרת, ולכן המולקולות אינן נארזות בצפיפות ואינטראקציות ואן דר ואלס ביניהן חלשות יותר.

הגורם: הקשרים הכפולים במבנה ציס בשרשרת של החומצה הלינולאית.
לשתי החומצות 18 אטומי פחמן, כלומר ענני אלקטרונים בגודל דומה. החומצה הסטארית רוויה – השרשרת שלה ישרה (זיגזג), והמולקולות יכולות להיארז בצפיפות זו לצד זו, עם שטח מגע גדול ביניהן. בחומצה הלינולאית יש שני קשרים כפולים במבנה ציס, שיוצרים "כיפופים" בשרשרת. הכיפופים מונעים אריזה צפופה של המולקולות, שטח המגע בין המולקולות קטן יותר, ולכן אינטראקציות ואן דר ואלס בין השרשרות חלשות יותר. נדרשת פחות אנרגייה כדי להתגבר עליהן, וטמפרטורת ההיתוך נמוכה יותר.

סעיף ג

תשובה:

שרשרת זיגזג רוויה של 10 אטומי פחמן שבקצה אחד שלה קבוצה קרבוקסילית −COOH-\text{COOH}−COOH (C10:0, CH3(CH2)8COOH\text{CH}_3(\text{CH}_2)_8\text{COOH}CH3​(CH2​)8​COOH).

חומצה קפרית היא C10:0 – שרשרת של 10 אטומי פחמן ללא קשרים כפולים, ובקצה אחד קבוצה קרבוקסילית.
בייצוג המקוצר (כמו בטבלה) מציירים קו זיגזג שבו 9 קודקודים/קצוות מייצגים את 9 אטומי הפחמן של השרשרת הפחמימנית, והפחמן העשירי הוא פחמן הקבוצה הקרבוקסילית, שקשור בקשר כפול לאטום O ובקשר יחיד לקבוצת OH:
(נוסחה מקוצרת: CH3(CH2)8COOH\text{CH}_3(\text{CH}_2)_8\text{COOH}CH3​(CH2​)8​COOH.)

סעיף ד

תשובה:

31.6oC31.6^{o}\text{C}31.6oC; הגורם – אורך השרשרת (גודל ענן האלקטרונים).

31.6oC31.6^{o}\text{C}31.6oC.
הגורם: אורך שרשרת הפחמנים (גודל ענן האלקטרונים).
לפי הטבלה, בחומצות השומן הרוויות טמפרטורת ההיתוך עולה ככל שהשרשרת ארוכה יותר: C4:0 – −5.7oC-5.7^{o}\text{C}−5.7oC, C8:0 – 16.3oC16.3^{o}\text{C}16.3oC, C12:0 – 43.8oC43.8^{o}\text{C}43.8oC, C18:0 – 69.3oC69.3^{o}\text{C}69.3oC. ככל שהשרשרת ארוכה יותר, ענן האלקטרונים ושטח המגע בין המולקולות גדולים יותר, ואינטראקציות ואן דר ואלס חזקות יותר.
חומצה קפרית רוויה עם 10 אטומי פחמן – בין C8:0 (16.3oC16.3^{o}\text{C}16.3oC) לבין C12:0 (43.8oC43.8^{o}\text{C}43.8oC). לכן טמפרטורת ההיתוך שלה צריכה להיות בין 16.3oC16.3^{o}\text{C}16.3oC ל־ 43.8oC43.8^{o}\text{C}43.8oC, כלומר 31.6oC31.6^{o}\text{C}31.6oC (ולא 4oC4^{o}\text{C}4oC, שהוא נמוך אף מזה של C8:0).

סעיף ה

תשובה:

2 מול H2\text{H}_2H2​.

2 מול H2(g)\text{H}_{2(g)}H2(g)​.
בחומצה לינולאית (C18:2) יש שני קשרים כפולים C=C. בתגובת סיפוח מימן (הידרוגנציה) כל קשר כפול קולט מולקולת H2\text{H}_2H2​ אחת והופך לקשר יחיד. כדי להפוך את החומצה הלינולאית לחומצה סטארית הרוויה (C18:0) יש להרוות את שני הקשרים הכפולים – לכן לכל מולקולת חומצה לינולאית נדרשות 2 מולקולות H2\text{H}_2H2​, ולמול אחד – 2 מול H2\text{H}_2H2​:
C17H31COOH+2H2→C17H35COOH\text{C}_{17}\text{H}_{31}\text{COOH} + 2\text{H}_2 \rightarrow \text{C}_{17}\text{H}_{35}\text{COOH}C17​H31​COOH+2H2​→C17​H35​COOH

סעיף ו

תשובה:

מולקולה (1).

מולקולה (1).
טריגליצריד נוצר בתגובת עיבוי (אסטריפיקציה) בין שלוש קבוצות ההידרוקסיל של הגליצרול לבין קבוצות הקרבוקסיל של שלוש חומצות שומן; בכל תגובה נפלטת מולקולת מים ונוצר קשר אסטרי −O−C(=O)−-\text{O}-\text{C}(=\text{O})-−O−C(=O)−. לכן בטריגליצריד אטום ה־ O של הגליצרול קשור ישירות לפחמן הקרבונילי (C=O) של חומצת השומן.
- (1) – בכל שרשרת יש קבוצה אסטרית (O ואחריו C=O), ואורכי השרשרות (כולל הפחמן הקרבונילי) לפי הסדר: 8 פחמנים (Oc), 12 פחמנים (La), 10 פחמנים (D) – בדיוק OcLaD. נכון.
- (2) – אין קבוצות C=O; השרשרות קשורות לגליצרול בקשר אתרי, כלומר זו אינה מולקולה של אסטר – שגוי.
- (3) – השרשרות קשורות לגליצרול דרך הקצה המתילי שלהן, והקבוצות הקרבוקסיליות (−COOH-\text{COOH}−COOH) נשארו חופשיות בקצה השני – לא נוצרו קשרים אסטריים – שגוי.

סעיף ז

תשובה:

בשומנים – בטא־קרוטן הוא פחמימן לא קוטבי, ויוצר עם מולקולות השומן אינטראקציות ואן דר ואלס.

בטא־קרוטן מתמוסס בשומנים.
•מולקולת בטא־קרוטן בנויה מפחמן ומימן בלבד (פחמימן) – אין בה קבוצות קוטביות, והיא אינה יכולה ליצור קשרי מימן. בינה לבין מולקולות אחרות פועלות אינטראקציות ואן דר ואלס בלבד.
•מולקולות השומן (טריגליצרידים) בנויות ברובן משרשרות פחמימניות ארוכות לא קוטביות, ובין המולקולות שלהן פועלות בעיקר אינטראקציות ואן דר ואלס. לכן בין מולקולות בטא־קרוטן למולקולות השומן נוצרות אינטראקציות ואן דר ואלס חזקות יחסית (ענני אלקטרונים גדולים), ובטא־קרוטן מתערבב היטב בשומן.
•בין מולקולות המים פועלים קשרי מימן חזקים. בטא־קרוטן אינו יכול ליצור קשרי מימן עם מולקולות המים, והאינטראקציות שהיו נוצרות בינו לבין המים חלשות מקשרי המימן שהיו צריכים להישבר בין מולקולות המים – לכן הוא אינו מתמוסס במים.

שאלה 13 · תגובות של הלוגנים ושרֵפת צמר ברזל

שאלה פתוחה

חמצון־חיזור, חישובים
השאלה עוסקת בשני ניסויים.
ניסוי 1:
נתונות שלוש מבחנות, 1–3 :
מבחנה 1 מכילה תמיסה של יוני כלור Cl(aq)−\text{Cl}^{-}_{(aq)}Cl(aq)−​ ויוני נתרן Na(aq)+\text{Na}^{+}_{(aq)}Na(aq)+​ .
מבחנה 2 מכילה תמיסה של יוני ברום Br(aq)−\text{Br}^{-}_{(aq)}Br(aq)−​ ויוני נתרן Na(aq)+\text{Na}^{+}_{(aq)}Na(aq)+​ .
מבחנה 3 מכילה תמיסה של יוני יוד I(aq)−\text{I}^{-}_{(aq)}I(aq)−​ ויוני נתרן Na(aq)+\text{Na}^{+}_{(aq)}Na(aq)+​ .
לכל אחת מן המבחנות הוסיפו תמיסת Cl2(aq)\text{Cl}_{2(aq)}Cl2(aq)​ .
לפניכם איורים המתארים את המבחנות 1–3 לפני הוספת תמיסת Cl2(aq)\text{Cl}_{2(aq)}Cl2(aq)​ ואחריה:

א.

על פי איור 2, תארו תצפית אחת לכל אחת מן המבחנות לאחר הוספת תמיסת Cl2(aq)\text{Cl}_{2(aq)}Cl2(aq)​ .

ב.

בניסוי התרחשו תגובות רק בשתיים משלוש המבחנות.
לפניכם ניסוח נטו של התגובות שהתרחשו במהלך הניסוי:
תגובה I: Cl2(aq)+2I(aq)−→I2(aq)+2Cl(aq)−\text{Cl}_{2(aq)} + 2\text{I}^{-}_{(aq)} \rightarrow \text{I}_{2(aq)} + 2\text{Cl}^{-}_{(aq)}Cl2(aq)​+2I(aq)−​→I2(aq)​+2Cl(aq)−​
תגובה II: Cl2(aq)+2Br(aq)−→Br2(aq)+2Cl(aq)−\text{Cl}_{2(aq)} + 2\text{Br}^{-}_{(aq)} \rightarrow \text{Br}_{2(aq)} + 2\text{Cl}^{-}_{(aq)}Cl2(aq)​+2Br(aq)−​→Br2(aq)​+2Cl(aq)−​
קבעו את דרגות החמצון של כל אחד מן החלקיקים המשתתפים בשתי התגובות.

ג.

לפניכם שני היגדים, (1) ו־ (2), המתייחסים לתגובות שהתרחשו. קבעו עבור כל היגד אם הוא נכון או לא נכון. נמקו כל אחת מן הקביעות.

(1)

בשתי התגובות I ו־ II המחמצן הוא Cl2(aq)\text{Cl}_{2(aq)}Cl2(aq)​ .

(2)

בשתי התגובות I ו־ II המחזר הוא Cl(aq)−\text{Cl}^{-}_{(aq)}Cl(aq)−​ .

ד.

בתום הניסוי היה נפח התמיסה במבחנה שבה התרחשה תגובה II 5 מ"ל.
ריכוז יוני הכלור Cl(aq)−\text{Cl}^{-}_{(aq)}Cl(aq)−​ בתום התגובה היה 0.1M .
מהו מספר מולקולות הברום, Br2(aq)\text{Br}_{2(aq)}Br2(aq)​ , שהתקבלו בתגובה? פרטו את חישוביכם.
נתון: ב־ 1 מול יש 6.02×10236.02\times 10^{23}6.02×1023 חלקיקים.

ה.

ניסוי 2:
הדליקו צמר ברזל, המורכב בעיקר מברזל מוצק, Fe(s)\text{Fe}_{(s)}Fe(s)​ .
בתגובה Fe(s)\text{Fe}_{(s)}Fe(s)​ מגיב עם החמצן שבאוויר, O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ , ומתקבלת התרכובת היונית המוצקה ברזל חמצני.
אטומי ברזל יוצרים שני סוגי יונים: Fe2+\text{Fe}^{2+}Fe2+ ו־ Fe3+\text{Fe}^{3+}Fe3+ . לכן קיימות שתי תרכובות אפשריות של ברזל חמצני, שכל אחת מהן מתאימה לאחד מן היונים האלה.
רִשמו את הנוסחאות של שתי התרכובות האפשריות של ברזל חמצני בטמפרטורת החדר.

ו.

בניסוי המתואר התקבל המוצק היוני שבו יון הברזל הוא Fe3+\text{Fe}^{3+}Fe3+ .
נסחו ואזנו את התגובה שהתרחשה בניסוי.

ז.

האם התגובה שניסחתם היא תגובת חמצון־חיזור?
אם כן, קבעו מהו המחמצן ומהו המחזר. אם לא, נמקו את תשובתכם.

ח.

בניסוי הגיבו 9.8 גרם צמר ברזל, Fe(s)\text{Fe}_{(s)}Fe(s)​ , עם חמצן, O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ , לפי התגובה שניסחתם בסעיף ו.
מהי מסת הברזל החמצני שהתקבל בתגובה? פרטו את חישוביכם.

◂ פתרון מלא לשאלה 13

סעיף א

תשובה:

מבחנה 1 – צבע התמיסה לא השתנה; מבחנה 2 – התמיסה נצבעה בצבע כהה יותר (כתום־חום); מבחנה 3 – התמיסה נצבעה בצבע הכהה ביותר (חום כהה).

לפי איור 2 (בהשוואה לאיור 1):
- מבחנה 1: נפח התמיסה גדל, אבל צבעה לא השתנה (נשאר בהיר כמו לפני ההוספה) – לא התרחשה תגובה.
- מבחנה 2: צבע התמיסה השתנה והפך כהה יותר (בפועל – צבע כתום־צהבהב של ברום שנוצר).
- מבחנה 3: צבע התמיסה השתנה והפך כהה מאוד – הכהה ביותר מבין שלוש המבחנות (בפועל – צבע חום של יוד שנוצר).
(בכל המבחנות נפח הנוזל גדל עקב הוספת התמיסה.)

סעיף ב

תשובה:

Cl2\text{Cl}_2Cl2​: 0 ; I−\text{I}^-I−: −1-1−1 ; I2\text{I}_2I2​: 0 ; Br−\text{Br}^-Br−: −1-1−1 ; Br2\text{Br}_2Br2​: 0 ; Cl−\text{Cl}^-Cl−: −1-1−1

•ביסוד (מולקולה של אטומים זהים) דרגת החמצון היא 0: Cl2\text{Cl}_2Cl2​: 0, I2\text{I}_2I2​: 0, Br2\text{Br}_2Br2​: 0.
•ביון חד־אטומי דרגת החמצון שווה למטען היון: I−\text{I}^{-}I−: −1-1−1, Br−\text{Br}^{-}Br−: −1-1−1, Cl−\text{Cl}^{-}Cl−: −1-1−1.
חלקיקCl2\text{Cl}_2Cl2​I−\text{I}^-I−Br−\text{Br}^-Br−I2\text{I}_2I2​Br2\text{Br}_2Br2​Cl−\text{Cl}^-Cl−
דרגת חמצון0−1-1−1−1-1−100−1-1−1

חלקיק	$\text{Cl}_2$	$\text{I}^-$	$\text{Br}^-$	$\text{I}_2$	$\text{Br}_2$	$\text{Cl}^-$
דרגת חמצון	0	$-1$	$-1$	0	0	$-1$

סעיף ג

(1)

תשובה:

נכון

דרגת החמצון של Cl יורדת מ־ 0 ל־ −1-1−1; Cl2\text{Cl}_2Cl2​ קולט אלקטרונים – הוא המחמצן.

(2)

תשובה:

לא נכון

Cl−\text{Cl}^{-}Cl− הוא תוצר; המחזרים הם I−\text{I}^{-}I− (תגובה I) ו־ Br−\text{Br}^{-}Br− (תגובה II), שדרגת החמצון שלהם עולה מ־ −1-1−1 ל־ 0.

סעיף ד

תשובה:

1.505×10201.505\times 10^{20}1.505×1020 מולקולות Br2\text{Br}_2Br2​ (כ־ 1.5×10201.5\times 10^{20}1.5×1020).

יוני Cl−\text{Cl}^{-}Cl− במבחנה 2 נוצרו רק בתגובה II (לפני ההוספה היו בה רק יוני Br−\text{Br}^{-}Br− ו־ Na+\text{Na}^{+}Na+).
nCl−=C⋅V=0.1 molL⋅0.005 L=5×10−4 moln_{\text{Cl}^-}=C\cdot V=0.1\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot 0.005\ \text{L}=5\times 10^{-4}\ \text{mol}nCl−​=C⋅V=0.1 Lmol​⋅0.005 L=5×10−4 mol
לפי ניסוח תגובה II, יחס המולים Br2:Cl−=1:2\text{Br}_2 : \text{Cl}^- = 1:2Br2​:Cl−=1:2:
nBr2=5×10−4 mol2=2.5×10−4 moln_{\text{Br}_2}=\frac{5\times 10^{-4}\ \text{mol}}{2}=2.5\times 10^{-4}\ \text{mol}nBr2​​=25×10−4 mol​=2.5×10−4 mol
N=n⋅NA=2.5×10−4 mol⋅6.02×1023 מולקולותmol=1.505×1020 מולקולותN=n\cdot N_A=2.5\times 10^{-4}\ \text{mol}\cdot 6.02\times 10^{23}\ \frac{\text{מולקולות}}{\text{mol}}=1.505\times 10^{20}\ \text{מולקולות}N=n⋅NA​=2.5×10−4 mol⋅6.02×1023 molמולקולות​=1.505×1020 מולקולות
טעות נפוצה: לשכוח את היחס 1:21:21:2 ולהשתמש במספר המולים של Cl−\text{Cl}^{-}Cl− כמספר המולים של Br2\text{Br}_2Br2​.

סעיף ה

תשובה:

FeO(s)\text{FeO}_{(s)}FeO(s)​ ו־ Fe2O3(s)\text{Fe}_2\text{O}_{3(s)}Fe2​O3(s)​

יון החמצן הוא O2−\text{O}^{2-}O2−. בתרכובת יונית סכום המטענים הוא אפס:
•עם Fe2+\text{Fe}^{2+}Fe2+: יחס 1:11:11:1 – FeO(s)\text{FeO}_{(s)}FeO(s)​ (+2−2=0+2-2=0+2−2=0).
•עם Fe3+\text{Fe}^{3+}Fe3+: יחס 2:32:32:3 – Fe2O3(s)\text{Fe}_2\text{O}_{3(s)}Fe2​O3(s)​ (2⋅(+3)+3⋅(−2)=02\cdot(+3)+3\cdot(-2)=02⋅(+3)+3⋅(−2)=0).
בטמפרטורת החדר תרכובות יוניות הן מוצקות, ולכן מצב הצבירה (s).

סעיף ו

תשובה:

4Fe(s)+3O2(g)→2Fe2O3(s)4\text{Fe}_{(s)} + 3\text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{Fe}_2\text{O}_{3(s)}4Fe(s)​+3O2(g)​→2Fe2​O3(s)​

4Fe(s)+3O2(g)→2Fe2O3(s)4\text{Fe}_{(s)} + 3\text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{Fe}_2\text{O}_{3(s)}4Fe(s)​+3O2(g)​→2Fe2​O3(s)​
בדיקה: Fe: 4 = 2⋅22\cdot 22⋅2; O: 3⋅2=63\cdot 2=63⋅2=6 = 2⋅3=62\cdot 3=62⋅3=6.
(מעבר אלקטרונים: 4 אטומי Fe מוסרים 4⋅3=124\cdot 3=124⋅3=12 אלקטרונים, ו־ 3 מולקולות O2\text{O}_2O2​ קולטות 3⋅4=123\cdot 4=123⋅4=12 אלקטרונים.)

סעיף ז

תשובה:

כן. המחמצן – O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​; המחזר – Fe(s)\text{Fe}_{(s)}Fe(s)​.

כן – זו תגובת חמצון־חיזור, כי דרגות החמצון משתנות (מתרחש מעבר אלקטרונים):
•ברזל: מ־ 0 ב־ Fe(s)\text{Fe}_{(s)}Fe(s)​ ל־ +3+3+3 ב־ Fe2O3\text{Fe}_2\text{O}_3Fe2​O3​ – מוסר אלקטרונים, עובר חמצון. Fe(s)\text{Fe}_{(s)}Fe(s)​ הוא המחזר.
•חמצן: מ־ 0 ב־ O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ ל־ −2-2−2 ב־ Fe2O3\text{Fe}_2\text{O}_3Fe2​O3​ – קולט אלקטרונים, עובר חיזור. O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ הוא המחמצן.

סעיף ח

תשובה:

כ־ 14.0 gr14.0\ \text{gr}14.0 gr של Fe2O3\text{Fe}_2\text{O}_3Fe2​O3​.

nFe=mMw=9.8 gr55.8 grmol=0.176 moln_{\text{Fe}}=\frac{m}{M_w}=\frac{9.8\ \text{gr}}{55.8\ \frac{\text{gr}}{\text{mol}}}=0.176\ \text{mol}nFe​=Mw​m​=55.8 molgr​9.8 gr​=0.176 mol
לפי הניסוח בסעיף ו, יחס המולים Fe:Fe2O3=4:2=2:1\text{Fe} : \text{Fe}_2\text{O}_3 = 4:2 = 2:1Fe:Fe2​O3​=4:2=2:1:
nFe2O3=0.176 mol2=0.0878 moln_{\text{Fe}_2\text{O}_3}=\frac{0.176\ \text{mol}}{2}=0.0878\ \text{mol}nFe2​O3​​=20.176 mol​=0.0878 mol
Mw Fe2O3=2⋅55.8+3⋅16.0=159.6 grmolM_{w\,\text{Fe}_2\text{O}_3}=2\cdot 55.8+3\cdot 16.0=159.6\ \frac{\text{gr}}{\text{mol}}MwFe2​O3​​=2⋅55.8+3⋅16.0=159.6 molgr​
mFe2O3=n⋅Mw=0.0878 mol⋅159.6 grmol=14.0 grm_{\text{Fe}_2\text{O}_3}=n\cdot M_w=0.0878\ \text{mol}\cdot 159.6\ \frac{\text{gr}}{\text{mol}}=14.0\ \text{gr}mFe2​O3​​=n⋅Mw​=0.0878 mol⋅159.6 molgr​=14.0 gr
(בהנחה שכל הברזל שבצמר הברזל הגיב.)

שאלה 14 · תמיסות של חומצות ובסיסים

שאלה פתוחה

חומצות ובסיסים
בטבלה שלפניכם מוצגים נתונים על ארבע תמיסות מימיות (1)–(4). כל התמיסות חסרות צבע.
התמיסהנוסחת החומר שהוכנס למיםנפח התמיסה (מ"ל)ריכוז התמיסה (M)
(1)KOH(s)\text{KOH}_{(s)}KOH(s)​1001
(2)Ba(OH)2(s)\text{Ba(OH)}_{2(s)}Ba(OH)2(s)​1001
(3)HCl(g)\text{HCl}_{(g)}HCl(g)​1001
(4)H2SO4(ℓ)\text{H}_2\text{SO}_{4(\ell)}H2​SO4(ℓ)​1001

התמיסה	נוסחת החומר שהוכנס למים	נפח התמיסה (מ"ל)	ריכוז התמיסה (M)
(1)	$\text{KOH}_{(s)}$	100	1
(2)	$\text{Ba(OH)}_{2(s)}$	100	1
(3)	$\text{HCl}_{(g)}$	100	1
(4)	$\text{H}_2\text{SO}_{4(\ell)}$	100	1

א.

נסחו את התהליך שמתרחש כאשר מכניסים למים כל אחד מן החומרים המוצגים בטבלה:
KOH(s)\text{KOH}_{(s)}KOH(s)​ , Ba(OH)2(s)\text{Ba(OH)}_{2(s)}Ba(OH)2(s)​ , HCl(g)\text{HCl}_{(g)}HCl(g)​ , H2SO4(ℓ)\text{H}_2\text{SO}_{4(\ell)}H2​SO4(ℓ)​

ב.

דרגו את התמיסות (1)–(4) לפי ה־ pH מן הנמוך לגבוה.

ג.

הוסיפו 100 מ"ל מים מזוקקים לכל אחת מן התמיסות.
קבעו עבור כל אחד מן ההיגדים I–II אם הוא נכון או לא נכון. נמקו כל קביעה.

(I)

ריכוז התמיסות השתנה.

(II)

דירוג התמיסות לפי ה־ pH השתנה.

ד.

לפניכם טבלה שבה מוצגים נתונים על הצבע של שלושה אינדיקטורים בערכי pH שונים.
צבעים של אינדיקטורים בערכי pH שונים
אינדיקטורpH 14pH 12pH 10pH 7pH 4pH 2pH 0
מי כרובצהובירוקירוקכחולורודאדוםאדום
פנול פתלאיןורודורודורודחסר צבעחסר צבעחסר צבעחסר צבע
מתיל אורנג'צהובצהובצהובצהובכתוםאדוםאדום
התבססו על הנתונים, וקבעו עבור כל אחד מן ההיגדים I–III אם הוא נכון או לא נכון. נמקו כל קביעה.

אינדיקטור	pH 14	pH 12	pH 10	pH 7	pH 4	pH 2	pH 0
מי כרוב	צהוב	ירוק	ירוק	כחול	ורוד	אדום	אדום
פנול פתלאין	ורוד	ורוד	ורוד	חסר צבע	חסר צבע	חסר צבע	חסר צבע
מתיל אורנג'	צהוב	צהוב	צהוב	צהוב	כתום	אדום	אדום

(I)

פנול פתלאין הוא אינדיקטור המאפשר את זיהוי התמיסות הבסיסיות מבין התמיסות (1)–(4).

(II)

אפשר להבחין בין תמיסה (2) ובין תמיסה (3) בעזרת האינדיקטור מי כרוב.

(III)

אפשר להבחין בין תמיסה (1) ובין תמיסה (2) בעזרת האינדיקטור מתיל אורנג'.

ה.

עִרבבו את התמיסות זו עם זו על פי המתואר בטבלה שלפניכם. התרחשה תגובה בכל ערבוב.
נתון: כל תרכובות האשלגן (K) הן חומרים קלי תמס, ואילו באריום גופרתי, BaSO4(s)\text{BaSO}_{4(s)}BaSO4(s)​ , הוא חומר לבן קשה תמס.
ענו בנוגע לכל אחד מן הניסויים I–IV שלפניכם:
• מהו תחום ה־ pH של התמיסה לאחר הערבוב?
• האם התמיסה לאחר הערבוב מוליכה חשמל?
מספר ניסויהתמיסות שעורבבותצפיות על התמיסה לאחר הערבובתחום ה־ pH של התמיסה **לאחר** הערבוב (חומצי או בסיסי או ניטרלי)הולכה חשמלית של התמיסה **לאחר** הערבוב (מוליכה חשמל או לא מוליכה חשמל)
I(1) ו־ (3)התמיסה צלולה
II(1) ו־ (4)התמיסה צלולה
III(2) ו־ (3)התמיסה צלולה
IV(2) ו־ (4)נוצר משקע לבן

מספר ניסוי	התמיסות שעורבבו	תצפיות על התמיסה לאחר הערבוב
I	(1) ו־ (3)	התמיסה צלולה
II	(1) ו־ (4)	התמיסה צלולה
III	(2) ו־ (3)	התמיסה צלולה
IV	(2) ו־ (4)	נוצר משקע לבן

ו.

בניסויים I–III התרחשו תגובות שיש להן אותו ניסוח נטו. כִּתבו ניסוח זה.

ז.

בחרו מבין הניסוחים (1)–(3), מהו הניסוח המתאים לתגובה שהתרחשה בניסוי IV .
(1) Ba(aq)2++2OH(aq)−+2H3O(aq)++SO4(aq)2−→Ba(aq)2++SO4(aq)2−+4H2O(ℓ)\text{Ba}^{2+}_{(aq)} + 2\text{OH}^{-}_{(aq)} + 2\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{SO}^{2-}_{4(aq)} \rightarrow \text{Ba}^{2+}_{(aq)} + \text{SO}^{2-}_{4(aq)} + 4\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}Ba(aq)2+​+2OH(aq)−​+2H3​O(aq)+​+SO4(aq)2−​→Ba(aq)2+​+SO4(aq)2−​+4H2​O(ℓ)​
(2) Ba(OH)2(aq)+H2SO4(ℓ)→BaSO4(s)+2H2O(ℓ)\text{Ba(OH)}_{2(aq)} + \text{H}_2\text{SO}_{4(\ell)} \rightarrow \text{BaSO}_{4(s)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}Ba(OH)2(aq)​+H2​SO4(ℓ)​→BaSO4(s)​+2H2​O(ℓ)​
(3) Ba(aq)2++2OH(aq)−+2H3O(aq)++SO4(aq)2−→BaSO4(s)+4H2O(ℓ)\text{Ba}^{2+}_{(aq)} + 2\text{OH}^{-}_{(aq)} + 2\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{SO}^{2-}_{4(aq)} \rightarrow \text{BaSO}_{4(s)} + 4\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}Ba(aq)2+​+2OH(aq)−​+2H3​O(aq)+​+SO4(aq)2−​→BaSO4(s)​+4H2​O(ℓ)​

◂ פתרון מלא לשאלה 14

סעיף א

תשובה:

ראו ארבעת הניסוחים בפתרון.

הבסיסים (תרכובות יוניות – המסה ופירוק הסריג ליונים):
KOH(s)→H2O(ℓ)K(aq)++OH(aq)−\text{KOH}_{(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}} \text{K}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}KOH(s)​H2​O(ℓ)​​K(aq)+​+OH(aq)−​
Ba(OH)2(s)→H2O(ℓ)Ba(aq)2++2OH(aq)−\text{Ba(OH)}_{2(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}} \text{Ba}^{2+}_{(aq)} + 2\text{OH}^{-}_{(aq)}Ba(OH)2(s)​H2​O(ℓ)​​Ba(aq)2+​+2OH(aq)−​
החומצות (חומרים מולקולריים – תגובה עם מים, מעבר פרוטון למולקולות המים):
HCl(g)+H2O(ℓ)→H3O(aq)++Cl(aq)−\text{HCl}_{(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{Cl}^{-}_{(aq)}HCl(g)​+H2​O(ℓ)​→H3​O(aq)+​+Cl(aq)−​
H2SO4(ℓ)+2H2O(ℓ)→2H3O(aq)++SO4(aq)2−\text{H}_2\text{SO}_{4(\ell)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow 2\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{SO}^{2-}_{4(aq)}H2​SO4(ℓ)​+2H2​O(ℓ)​→2H3​O(aq)+​+SO4(aq)2−​
טעות נפוצה: לנסח את החומצות כ"המסה" לתוך יונים בלי מולקולות מים כמגיב, או לנסח את הבסיסים היוניים כתגובה עם מים.

סעיף ב

תשובה:

(4) < (3) < (1) < (2)

ה־ pH נקבע לפי ריכוז יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ (ככל שהריכוז גבוה יותר – pH נמוך יותר) או לפי ריכוז יוני OH−\text{OH}^{-}OH− (ככל שהריכוז גבוה יותר – pH גבוה יותר). לפי הניסוחים בסעיף א:
- (4) H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4H2​SO4​ 1M: [H3O+]=2 M[\text{H}_3\text{O}^{+}]=2\ \text{M}[H3​O+]=2 M – החומצית ביותר.
- (3) HCl 1M: [H3O+]=1 M[\text{H}_3\text{O}^{+}]=1\ \text{M}[H3​O+]=1 M.
- (1) KOH 1M: [OH−]=1 M[\text{OH}^{-}]=1\ \text{M}[OH−]=1 M.
- (2) Ba(OH)2\text{Ba(OH)}_2Ba(OH)2​ 1M: [OH−]=2 M[\text{OH}^{-}]=2\ \text{M}[OH−]=2 M – הבסיסית ביותר.
הדירוג מה־ pH הנמוך לגבוה: (4), (3), (1), (2).

סעיף ג

(I)

תשובה:

נכון

הנפח גדל פי 2 ומספר המולים לא השתנה, ולכן הריכוז ירד פי 2.

(II)

תשובה:

לא נכון

כל התמיסות נמהלו באותו יחס, ולכן היחסים בין הריכוזים נשמרו והדירוג נשאר (4), (3), (1), (2).

סעיף ד

(I)

תשובה:

נכון

ורוד בתמיסות (1) ו־ (2) הבסיסיות, חסר צבע בתמיסות (3) ו־ (4) החומציות.

(II)

תשובה:

נכון

בתמיסה (2) (pH 14) – צהוב; בתמיסה (3) (pH 0) – אדום.

(III)

תשובה:

לא נכון

בשתי התמיסות הבסיסיות מתיל אורנג' צהוב.

סעיף ה

תשובה:

I – ניטרלי, מוליכה; II – חומצי, מוליכה; III – בסיסי, מוליכה; IV – ניטרלי, לא מוליכה.

בכל תמיסה n=C⋅V=1 molL⋅0.100 L=0.1 moln=C\cdot V=1\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot 0.100\ \text{L}=0.1\ \text{mol}n=C⋅V=1 Lmol​⋅0.100 L=0.1 mol של החומר (המהילה במים אינה משנה את מספר המולים). לכן:
•תמיסה (1): 0.1 mol0.1\ \text{mol}0.1 mol OH−\text{OH}^{-}OH−; תמיסה (2): 0.2 mol0.2\ \text{mol}0.2 mol OH−\text{OH}^{-}OH−; תמיסה (3): 0.1 mol0.1\ \text{mol}0.1 mol H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+; תמיסה (4): 0.2 mol0.2\ \text{mol}0.2 mol H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+.
בכל ערבוב מתרחשת תגובת סתירה H3O(aq)++OH(aq)−→2H2O(ℓ)\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}H3​O(aq)+​+OH(aq)−​→2H2​O(ℓ)​ ביחס 1:11:11:1.
ניסויOH−\text{OH}^{-}OH− (mol)H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ (mol)עודףתחום pHהולכה חשמלית
I: (1)+(3)0.10.1איןניטרלימוליכה
II: (1)+(4)0.10.20.1 mol0.1\ \text{mol}0.1 mol H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+חומצימוליכה
III: (2)+(3)0.20.10.1 mol0.1\ \text{mol}0.1 mol OH−\text{OH}^{-}OH−בסיסימוליכה
IV: (2)+(4)0.20.2איןניטרלילא מוליכה
הסבר ההולכה:
•בניסויים I–III נשארים בתמיסה יונים ניידים: ב־ I – K+\text{K}^{+}K+ ו־ Cl−\text{Cl}^{-}Cl−; ב־ II – K+\text{K}^{+}K+, SO42−\text{SO}_4^{2-}SO42−​ ועודף H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ (תרכובות האשלגן קלות תמס); ב־ III – Ba2+\text{Ba}^{2+}Ba2+, Cl−\text{Cl}^{-}Cl− ועודף OH−\text{OH}^{-}OH−. לכן התמיסות מוליכות חשמל.
•בניסוי IV כל יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ ו־ OH−\text{OH}^{-}OH− הגיבו ונוצרו מים, וכל יוני Ba2+\text{Ba}^{2+}Ba2+ (0.1 mol0.1\ \text{mol}0.1 mol) ו־ SO42−\text{SO}_4^{2-}SO42−​ (0.1 mol0.1\ \text{mol}0.1 mol) שקעו כמוצק הלבן BaSO4(s)\text{BaSO}_{4(s)}BaSO4(s)​, שהיונים בו אינם ניידים. כמעט לא נשארו יונים בתמיסה, ולכן היא אינה מוליכה חשמל (ה־ pH ניטרלי).

ניסוי	$\text{OH}^{-}$ (mol)	$\text{H}_3\text{O}^{+}$ (mol)	עודף	תחום pH	הולכה חשמלית
I: (1)+(3)	0.1	0.1	אין	ניטרלי	מוליכה
II: (1)+(4)	0.1	0.2	$0.1\ \text{mol}$ $\text{H}_3\text{O}^{+}$	חומצי	מוליכה
III: (2)+(3)	0.2	0.1	$0.1\ \text{mol}$ $\text{OH}^{-}$	בסיסי	מוליכה
IV: (2)+(4)	0.2	0.2	אין	ניטרלי	לא מוליכה

סעיף ו

תשובה:

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

H3O(aq)++OH(aq)−→2H2O(ℓ)\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}H3​O(aq)+​+OH(aq)−​→2H2​O(ℓ)​
בניסויים I–III היונים K+\text{K}^{+}K+, Ba2+\text{Ba}^{2+}Ba2+, Cl−\text{Cl}^{-}Cl−, SO42−\text{SO}_4^{2-}SO42−​ אינם משתתפים בתגובה (יונים צופים) ונשארים בתמיסה, ולכן הניסוח הנטו הוא תגובת הסתירה בלבד.

סעיף ז

תשובה:

ניסוח (3).

ניסוח (3).
בתמיסות שעורבבו החומרים נמצאים כיונים: בתמיסה (2) – Ba(aq)2+\text{Ba}^{2+}_{(aq)}Ba(aq)2+​ ו־ OH(aq)−\text{OH}^{-}_{(aq)}OH(aq)−​, ובתמיסה (4) – H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}H3​O(aq)+​ ו־ SO4(aq)2−\text{SO}^{2-}_{4(aq)}SO4(aq)2−​. בערבוב מתרחשות שתי תגובות: סתירה (H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ עם OH−\text{OH}^{-}OH− ליצירת מים) ושיקוע של BaSO4(s)\text{BaSO}_{4(s)}BaSO4(s)​ (המשקע הלבן שנצפה).
- (1) שגוי – לפיו Ba2+\text{Ba}^{2+}Ba2+ ו־ SO42−\text{SO}_4^{2-}SO42−​ נשארים בתמיסה, אבל נצפה משקע לבן של BaSO4\text{BaSO}_4BaSO4​.
- (2) שגוי – בתמיסות שעורבבו החומרים אינם נמצאים כיחידות Ba(OH)2\text{Ba(OH)}_2Ba(OH)2​ ו־ H2SO4(ℓ)\text{H}_2\text{SO}_{4(\ell)}H2​SO4(ℓ)​ אלא כיונים מיוּמים (תמיסה (4) היא תמיסה מימית ולא חומצה גופרתית נוזלית), ולכן הניסוח אינו מתאר את החלקיקים שהגיבו בפועל.
- (3) נכון – מתאר את המגיבים כיונים בתמיסה, את יצירת המשקע ואת יצירת המים. האיזון: Ba 1=1; S 1=1; O: 2+2+4=82+2+4=82+2+4=8 = 4+4=84+4=84+4=8; H: 2+6=82+6=82+6=8 = 888; מטען: +2−2+2−2=0+2-2+2-2=0+2−2+2−2=0 = 0.

טבלת התשובות

שאלה	סעיף	תשובה
1	-	ב – באיזוטופ $^{22}\text{Na}$ יש 11 נויטרונים ובאיזוטופ $^{23}\text{Na}$ יש 12 נויטרונים.
2	-	א – רק הנוסחאות I ( $\text{Ca}^{2+}$ ) ו־ II ( $\text{Cl}^{-}$ ) נכונות.
3	-	ג – קשרי המימן בין מולקולות האמין חלשים יותר, כי הקשר N–H קוטבי פחות מהקשר O–H.
4	-	ד – נוצרו $0.012$ מול $\text{NO}_2$ ו־ $0.003$ מול $\text{O}_2$ , סך הכול $0.015$ מול גזים.
5	-	ג – המסה נשמרת: 16.0 גרם.
6	-	א – $0.5\ \text{M}$
7	-	ב – $\Delta H^0_3=+180.8\ \text{kJ}$
8	-	ב – אמוניה קולטת פרוטון ולכן היא הבסיס.
9	א	לא. זו תגובה אקסותרמית – לפי הקטע, השרֵפה משחררת אנרגייה.
	ב	מים, $\text{H}_2\text{O}$ .
	ג	$\text{CH}_{4(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(g)} \rightarrow \text{CO}_{2(g)} + 4\text{H}_{2(g)}$
	ד	המחזר: $\text{CH}_4$ ; המחמצן: $\text{H}_2\text{O}$ .
	ה	$\Delta H^0>0$ (חיובי) – התגובה אנדותרמית.
	ו	גרף I – הזרז מוריד את אנרגיית השפעול ואינו משנה את $\Delta H^0$ .
	ז	גדולה מ־ 1 טון: מתקבלים $2.75$ טון $\text{CO}_2$ .
	ח	גבוהה מ־ 20.3K – ענן האלקטרונים של $\text{O}_2$ גדול יותר, ולכן כוחות ואן דר ואלס בין מולקולותיו חזקים יותר.
10	א	בכל מולקולה כל אטומי הפחמן יוצרים 4 קשרים יחידים; לכל אטום הלוגן 3 זוגות לא קושרים; ל־ H אין זוגות לא קושרים.
	ב	(1) גודל ענן האלקטרונים – גדול יותר ב־ $\text{CBrF}_3$ ; (2) קוטביות המולקולה – $\text{CBrF}_3$ קוטבית ו־ $\text{CF}_4$ לא קוטבית.
	ג	ענן אלקטרונים גדול – ואן דר ואלס חזקות יותר; מולקולה קוטבית – נוספות אינטראקציות דו־קוטב–דו־קוטב. לכן הכוחות בין מולקולות $\text{CBrF}_3$ חזקים יותר.
	ד	$2\text{Al(OH)}_{3(s)} \rightarrow \text{Al}_2\text{O}_{3(s)} + 3\text{H}_2\text{O}_{(g)}$
	ה	$\text{Mg(OH)}_{2(s)} \rightarrow \text{MgO}_{(s)} + \text{H}_2\text{O}_{(g)}$
	ו	$0.075\ \text{mol}$ של $\text{H}_2\text{O}_{(g)}$
	ז	לא. התפרקו $0.075\ \text{mol}$ של $\text{Mg(OH)}_2$ לעומת $0.05\ \text{mol}$ של $\text{Al(OH)}_3$ .
	ח	אנדותרמיות – הן קולטות אנרגייה (חום) מהסביבה ולכן הסביבה מתקררת.
11	א	$\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(\ell)}$ – איור 3; $\text{KCl}_{(s)}$ – איור 6.
	ב	$\text{KCl}_{(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}} \text{K}^{+}_{(aq)} + \text{Cl}^{-}_{(aq)}$
	ג	$\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(\ell)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}} \text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(aq)}$
	ד	תמיסה 1 (KCl) – יש בה יונים ניידים.
	ה	דיאגרמה b ( $\Delta H^0>0$ ) – לפי גרף 1 הטמפרטורה ירדה מ־ $22^{o}\text{C}$ לכ־ $19^{o}\text{C}$ , כלומר ההמסה אנדותרמית.
	ו	אתאנול – יש לו חלק פחמימני לא קוטבי היוצר אינטראקציות ואן דר ואלס עם ציקלוהקסאן; KCl יוני ואינו מתמוסס בממס לא קוטבי.
	ז	$\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(\ell)} \xrightarrow{\text{C}_6\text{H}_{12(\ell)}} \text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(\text{C}_6\text{H}_{12})}$
12	א	B: C4:0 ; Oc: C8:0 ; La: C12:0 ; S: C18:0 ; L: C18:2 ω6 (cis,cis)
	ב	הקשרים הכפולים במבנה ציס בחומצה הלינולאית יוצרים כיפופים בשרשרת, ולכן המולקולות אינן נארזות בצפיפות ואינטראקציות ואן דר ואלס ביניהן חלשות יותר.
	ג	שרשרת זיגזג רוויה של 10 אטומי פחמן שבקצה אחד שלה קבוצה קרבוקסילית $-\text{COOH}$ (C10:0, $\text{CH}_3(\text{CH}_2)_8\text{COOH}$ ).
	ד	$31.6^{o}\text{C}$ ; הגורם – אורך השרשרת (גודל ענן האלקטרונים).
	ה	2 מול $\text{H}_2$ .
	ו	מולקולה (1).
	ז	בשומנים – בטא־קרוטן הוא פחמימן לא קוטבי, ויוצר עם מולקולות השומן אינטראקציות ואן דר ואלס.
13	א	מבחנה 1 – צבע התמיסה לא השתנה; מבחנה 2 – התמיסה נצבעה בצבע כהה יותר (כתום־חום); מבחנה 3 – התמיסה נצבעה בצבע הכהה ביותר (חום כהה).
	ב	$\text{Cl}_2$ : 0 ; $\text{I}^-$ : $-1$ ; $\text{I}_2$ : 0 ; $\text{Br}^-$ : $-1$ ; $\text{Br}_2$ : 0 ; $\text{Cl}^-$ : $-1$
	ג 1	נכון
	ג 2	לא נכון
	ד	$1.505\times 10^{20}$ מולקולות $\text{Br}_2$ (כ־ $1.5\times 10^{20}$ ).
	ה	$\text{FeO}_{(s)}$ ו־ $\text{Fe}_2\text{O}_{3(s)}$
	ו	$4\text{Fe}_{(s)} + 3\text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{Fe}_2\text{O}_{3(s)}$
	ז	כן. המחמצן – $\text{O}_{2(g)}$ ; המחזר – $\text{Fe}_{(s)}$ .
	ח	כ־ $14.0\ \text{gr}$ של $\text{Fe}_2\text{O}_3$ .
14	א	ראו ארבעת הניסוחים בפתרון.
	ב	(4) < (3) < (1) < (2)
	ג I	נכון
	ג II	לא נכון
	ד I	נכון
	ד II	נכון
	ד III	לא נכון
	ה	I – ניטרלי, מוליכה; II – חומצי, מוליכה; III – בסיסי, מוליכה; IV – ניטרלי, לא מוליכה.
	ו	$\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}$
	ז	ניסוח (3).

פרק ראשון

שאלה 1 · איזוטופים של נתרן

שאלה 2 · נוסחאות ייצוג אלקטרונים של יונים

שאלה 3 · טמפרטורות רתיחה – קשרי מימן

שאלה 4 · סטויכיומטריה – פירוק נחושת חנקתית

שאלה 5 · שימור מסה בתגובת שיקוע

שאלה 6 · ריכוז יונים בתמיסה

יוני חנקה מהמגנזיום החנקתי:

יוני חנקה מהנתרן החנקתי שכבר היה בתמיסה:

שאלה 7 · חוק הס

שאלה 8 · תגובת חומצה–בסיס בין גזים

שאלה 9 · מימן – אחד הפתרונות לדלק עתידי

ניתוח קטע ממאמר מדעי – חובה

מימן – אחד הפתרונות לדלק עתידי

מקור

יש לבחור אחד מן הסעיפים ז או ח.

יש לבחור אחד מן הסעיפים ז או ח.

סעיף א

לא – שרֵפת הדלקים היא תגובה אקסותרמית.

סעיף ב

התוצר הוא מים.

סעיף ג

סעיף ד

סעיף ה

ΔH0\Delta H^0ΔH0 חיובי.

סעיף ו

גרף I נכון.

סעיף ז

גדולה מ־ 1 טון.

חישוב:

סעיף ח

טמפרטורת הרתיחה של חמצן גבוהה מ־ 20.3K.

פרק שני

שאלה 10 · מעכבי בעירה

מבנה וקישור, חישובים, אנרגייה

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

סעיף ה

סעיף ו

סעיף ז

לא – מספר המולים אינו זהה.

סעיף ח

התגובות אנדותרמיות.

שאלה 11 · אתאנול ואשלגן כלורי – מבנה והמסה

מבנה וקישור, אנרגייה

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

תמיסה 1 מוליכה חשמל.

סעיף ה

דיאגרמה b.

סעיף ו

אתאנול, C2H5OH\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}C2​H5​OH, התמוסס.

סעיף ז

שאלה 12 · חומצות שומן וטריגליצרידים

חומצות שומן

סעיף א

סעיף ב

הגורם: הקשרים הכפולים במבנה ציס בשרשרת של החומצה הלינולאית.

סעיף ג

סעיף ד

31.6oC31.6^{o}\text{C}31.6oC.

הגורם: אורך שרשרת הפחמנים (גודל ענן האלקטרונים).

סעיף ה

2 מול H2(g)\text{H}_{2(g)}H2(g)​.

סעיף ו

מולקולה (1).

סעיף ז

בטא־קרוטן מתמוסס בשומנים.

שאלה 13 · תגובות של הלוגנים ושרֵפת צמר ברזל

חמצון־חיזור, חישובים

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

סעיף ה

סעיף ו

$\Delta H^0$ חיובי.

אתאנול, $\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}$ , התמוסס.

$31.6^{o}\text{C}$ .

2 מול $\text{H}_{2(g)}$ .