בגרות בכימיה שאלון עיקרי 037381 - קיץ 2025

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

בחינת הבגרות בכימיה, שאלון עיקרי, קיץ 2025, 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 (עמוד 23). ענו על כל השאלות 1–8 (20 נקודות); אם תענו נכון על שש שאלות לפחות, תקבלו את מלוא 20 הנקודות. בשאלה 9 (ניתוח קטע ממאמר מדעי – חובה, 20 נקודות) יש לענות על הסעיפים לפי ההנחיות: על כל הסעיפים א–ו ועל אחד מן הסעיפים ז או ח.
(2) בפרק השני יש חמש שאלות (10–14). יש לענות על שלוש מהן (לכל שאלה – 20 נקודות).
הנחיות מיוחדות לשנה זו: בשאלות הרב־ברירה מספיקות 6 תשובות נכונות מתוך 8 לקבלת מלוא 20 הנקודות; בשאלה 9 יש זוג סעיפי בחירה (ז או ח).

פרק ראשון

שאלה 1 · סוגי חלקיקים בחומרים

רב-ברירה

לפניכם טבלה ובה שמות ונוסחאות של חומרים.
בעמודת החלקיקים רשומים שמות של סוגי חלקיקים.
מבין האפשרויות א–ד, מהי ההתאמה הנכונה בין החומר לבין החלקיקים המרכיבים אותו?

א.
צורן, $\text{Si}_{(s)}$ – מולקולות צורן
ב.
אשלגן, $\text{K}_{(s)}$ – יונים חיוביים של אשלגן ויונים שליליים של אשלגן
ג.
גופרית דו־חמצנית, $\text{SO}_{2(g)}$ – אטומי גופרית ומולקולות חמצן
ד.
מגנזיום כלורי, $\text{MgC}\ell_{2(s)}$ – יונים חיוביים של מגנזיום ויונים שליליים של כלור

◂ פתרון מלא לשאלה 1

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – מגנזיום כלורי הוא חומר יוני הבנוי מיוני Mg2+\text{Mg}^{2+}Mg2+ ומיוני Cℓ−\text{C}\ell^{-}Cℓ−.

תשובה ד נכונה. מגנזיום כלורי הוא תרכובת של מתכת (מגנזיום) ואל־מתכת (כלור), ולכן זהו חומר יוני. הוא בנוי מסריג יוני של יונים חיוביים Mg2+\text{Mg}^{2+}Mg2+ ויונים שליליים Cℓ−\text{C}\ell^{-}Cℓ− (ביחס 1:21:21:2).
למה האחרות שגויות:
- א. צורן, Si(s)\text{Si}_{(s)}Si(s)​, הוא חומר אטומרי (סריג אטומרי/קוולנטי ענק): הוא בנוי מאטומי צורן הקשורים זה לזה בקשרים קוולנטיים, ואין בו מולקולות בדידות.
- ב. אשלגן הוא מתכת. הסריג המתכתי בנוי מיונים חיוביים K+\text{K}^{+}K+ ומים של אלקטרונים ניידים (בלתי מאותרים). אין באשלגן יונים שליליים.
- ג. גופרית דו־חמצנית היא חומר מולקולרי הבנוי ממולקולות SO2\text{SO}_2SO2​. אטומי הגופרית והחמצן קשורים בתוך המולקולה, ואין בחומר אטומי גופרית חופשיים ולא מולקולות O2\text{O}_2O2​.

שאלה 2 · מגמות במחזור השלישי

רב-ברירה

שאלה זו עוסקת באטומים של שלושה יסודות שונים הנמצאים בשורה השלישית (במחזור השלישי) בטבלה המחזורית.
האטומים מסומנים באותיות X\text{X}X , Y\text{Y}Y , Z\text{Z}Z .
נתון: הרדיוס האטומי של X\text{X}X >>> הרדיוס האטומי של Y\text{Y}Y >>> הרדיוס האטומי של Z\text{Z}Z .
מהו המשפט הנכון?

א.
המטען הגרעיני של אטום היסוד $\text{X}$ הוא הגדול ביותר.
ב.
אנרגיית היינון הראשונה של היסוד $\text{X}$ היא הגדולה ביותר.
ג.
מספר אלקטרוני הערכיות של אטום היסוד $\text{Z}$ הוא הגדול ביותר.
ד.
ערך האלקטרושליליות של אטום היסוד $\text{Y}$ הוא הגדול ביותר.

◂ פתרון מלא לשאלה 2

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – ל־Z\text{Z}Z הרדיוס הקטן ביותר, ולכן הוא הימני ביותר במחזור ויש לו הכי הרבה אלקטרוני ערכיות.

תשובה ג נכונה. לשלושת האטומים אותו מספר רמות אנרגיה מאוכלסות (שלוש קליפות). לאורך המחזור, משמאל לימין, מספר הפרוטונים בגרעין (המטען הגרעיני) גדל, ובמחזור זה גדל גם מספר אלקטרוני הערכיות. המשיכה בין הגרעין לאלקטרוני הערכיות גדלה, ולכן הרדיוס האטומי קטן.
מכיוון ש־Z\text{Z}Z בעל הרדיוס הקטן ביותר, הוא נמצא הכי ימינה במחזור מבין השלושה, ולכן יש לו המטען הגרעיני הגדול ביותר ומספר אלקטרוני הערכיות הגדול ביותר. X\text{X}X נמצא הכי שמאלה.
למה האחרות שגויות:
- א. ל־X\text{X}X הרדיוס הגדול ביותר, ולכן המטען הגרעיני שלו הוא הקטן ביותר (הגדול ביותר הוא של Z\text{Z}Z).
- ב. אטום X\text{X}X גדול, ואלקטרון הערכיות שלו נמשך בחוזק הקטן ביותר אל הגרעין, ולכן אנרגיית היינון הראשונה שלו היא הקטנה ביותר.
- ד. האלקטרושליליות גדלה לאורך המחזור משמאל לימין, ולכן הגדולה ביותר היא של Z\text{Z}Z, לא של Y\text{Y}Y.

שאלה 3 · פרופאנל ופרופאנול – טמפרטורת רתיחה

רב-ברירה

לפניכם ייצוג מלא של נוסחאות מבנה למולקולות של שני חומרים:
מהי הקביעה הנכונה?

א.
לפרופאנל (I) טמפרטורת רתיחה גבוהה יותר, כי בין המולקולות שלו יש אינטראקציות ון־דר־ולס חזקות יותר.
ב.
לפרופאנל (I) טמפרטורת רתיחה גבוהה יותר, כי במולקולות שלו יש קשר כפול $\text{C} = \text{O}$ .
ג.
לפרופאנול (II) טמפרטורת רתיחה גבוהה יותר, כי במולקולות שלו יש ענן אלקטרונים קטן יותר.
ד.
לפרופאנול (II) טמפרטורת רתיחה גבוהה יותר, כי בין המולקולות שלו נוצרים קשרי מימן.

◂ פתרון מלא לשאלה 3

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – בין מולקולות פרופאנול נוצרים קשרי מימן (קבוצת O−H\text{O}-\text{H}O−H), ובין מולקולות פרופאנל לא.

תשובה ד נכונה. במולקולת פרופאנול (II) יש קבוצה הידרוקסילית O−H\text{O}-\text{H}O−H: אטום מימן קשור לאטום חמצן קטן ואלקטרושלילי מאוד, ולאטום החמצן יש זוגות אלקטרונים לא קושרים. לכן בין מולקולות פרופאנול נוצרים קשרי מימן, בנוסף לאינטראקציות ון־דר־ולס.
במולקולת פרופאנל (I) אין אטום מימן הקשור לחמצן, ולכן בין מולקולות פרופאנל אין קשרי מימן – יש ביניהן אינטראקציות ון־דר־ולס ואינטראקציות דו־קוטב–דו־קוטב (המולקולה קוטבית).
גודל ענני האלקטרונים של שתי המולקולות כמעט זהה (C3H6O\text{C}_3\text{H}_6\text{O}C3​H6​O לעומת C3H8O\text{C}_3\text{H}_8\text{O}C3​H8​O), ולכן הגורם המכריע הוא קשרי המימן, החזקים יותר מהאינטראקציות האחרות. כדי להרחיק את מולקולות הפרופאנול זו מזו במעבר לגז יש להשקיע יותר אנרגיה, ולכן טמפרטורת הרתיחה של פרופאנול גבוהה יותר.
למה האחרות שגויות:
- א. ענני האלקטרונים כמעט שווים, ולכן אינטראקציות ון־דר־ולס בין מולקולות פרופאנל אינן חזקות יותר באופן משמעותי; וממילא לפרופאנל טמפרטורת רתיחה נמוכה יותר.
- ב. הקשר הכפול C=O\text{C}=\text{O}C=O הוא קשר קוולנטי בתוך המולקולה. ברתיחה לא נשברים קשרים קוולנטיים, אלא האינטראקציות בין המולקולות.
- ג. אמנם לפרופאנול טמפרטורת רתיחה גבוהה יותר, אבל הנימוק שגוי: ענן אלקטרונים קטן יותר היה גורם לאינטראקציות ון־דר־ולס חלשות יותר ולטמפרטורת רתיחה נמוכה יותר (ובפועל ענן האלקטרונים של פרופאנול אף מעט גדול יותר).

שאלה 4 · מספר מולי יונים בתמיסה

רב-ברירה

תמיסה מימית של אלומיניום כלורי, AℓCℓ3(aq)\text{A}\ell\text{C}\ell_{3(aq)}AℓCℓ3(aq)​ , מכילה 2.672.672.67 גרם מומס.
מהו מספר המולים הכולל של היונים בתמיסה?

א.
$0.02$ מול
ב.
$0.04$ מול
ג.
$0.06$ מול
ד.
$0.08$ מול

◂ פתרון מלא לשאלה 4

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – 0.080.080.08 מול יונים.

תשובה ד נכונה.
מסה מולרית: Mw(AℓCℓ3)=27.0+3⋅35.5=133.5 gmolM_w(\text{A}\ell\text{C}\ell_3) = 27.0 + 3\cdot 35.5 = 133.5\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}Mw​(AℓCℓ3​)=27.0+3⋅35.5=133.5 molg​
מספר המולים של המומס: n=mMw=2.67 g133.5 gmol=0.02 moln=\frac{m}{M_w}=\frac{2.67\ \text{g}}{133.5\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}}=0.02\ \text{mol}n=Mw​m​=133.5 molg​2.67 g​=0.02 mol
תהליך ההמסה: AℓCℓ3(s)→H2OAℓ(aq)3++3Cℓ(aq)−\text{A}\ell\text{C}\ell_{3(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{A}\ell^{3+}_{(aq)} + 3\text{C}\ell^{-}_{(aq)}AℓCℓ3(s)​H2​O​Aℓ(aq)3+​+3Cℓ(aq)−​
מכל מול מומס מתקבלים 444 מול יונים (111 מול Aℓ3+\text{A}\ell^{3+}Aℓ3+ ו־333 מול Cℓ−\text{C}\ell^{-}Cℓ−):
n(Aℓ3+)=0.02 moln(\text{A}\ell^{3+}) = 0.02\ \text{mol}n(Aℓ3+)=0.02 mol,  n(Cℓ−)=3⋅0.02=0.06 mol\ n(\text{C}\ell^{-}) = 3\cdot 0.02 = 0.06\ \text{mol} n(Cℓ−)=3⋅0.02=0.06 mol, ובסך הכול מספר מולי היונים: 0.02+0.06=0.08 mol0.02 + 0.06 = 0.08\ \text{mol}0.02+0.06=0.08 mol
למה האחרות שגויות: 0.020.020.02 מול הוא מספר המולים של המומס (או של יוני Aℓ3+\text{A}\ell^{3+}Aℓ3+ בלבד); 0.060.060.06 מול הוא מספר המולים של יוני הכלוריד בלבד; 0.040.040.04 מול מתקבל מהנחה שגויה שהמומס מתפרק לשני יונים בלבד.
טעות נפוצה: לשכוח שבמומס יוני כל יחידת נוסחה מתפרקת לכמה יונים, ולענות במספר המולים של המומס.

שאלה 5 · סתירה מלאה של בסיס בחומצה

רב-ברירה

ערבבו 100100100 מ"ל תמיסת בריום הידרוקסידי, Ba(OH)2(aq)\text{Ba(OH)}_{2(aq)}Ba(OH)2(aq)​ , בריכוז 0.1M0.1\text{M}0.1M , עם 100100100 מ"ל תמיסה מימית של חומצה.
התרחשה תגובת סתירה מלאה. בתום התגובה נמדד ה־ pH\text{pH}pH , ונמצא כי pH=7\text{pH} = 7pH=7 .
איזו מן התמיסות א–ד שלפניכם היא התמיסה המימית של החומצה?

א.
תמיסת $\text{HNO}_{3(aq)}$ בריכוז $0.4\text{M}$
ב.
תמיסת $\text{HNO}_{3(aq)}$ בריכוז $0.2\text{M}$
ג.
תמיסת $\text{H}_2\text{SO}_{4(aq)}$ בריכוז $0.4\text{M}$
ד.
תמיסת $\text{H}_2\text{SO}_{4(aq)}$ בריכוז $0.2\text{M}$

◂ פתרון מלא לשאלה 5

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – תמיסת HNO3\text{HNO}_3HNO3​ בריכוז 0.2M0.2\text{M}0.2M: 0.020.020.02 מול H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ סותרים בדיוק 0.020.020.02 מול OH−\text{OH}^{-}OH−.

תשובה ב נכונה. ב־pH=7\text{pH}=7pH=7 מספר המולים של יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ שהחומצה מסרה שווה בדיוק למספר המולים של יוני OH−\text{OH}^{-}OH− בתמיסת הבסיס:
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)​ (יחס מולים 1:11:11:1).
n(Ba(OH)2)=C⋅V=0.1 molL⋅0.100 L=0.01 moln(\text{Ba(OH)}_2) = C\cdot V = 0.1\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 0.100\ \text{L} = 0.01\ \text{mol}n(Ba(OH)2​)=C⋅V=0.1 Lmol​⋅0.100 L=0.01 mol
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)−​, ולכן n(OH−)=2⋅0.01=0.02 moln(\text{OH}^{-}) = 2\cdot 0.01 = 0.02\ \text{mol}n(OH−)=2⋅0.01=0.02 mol
נדרשים 0.02 mol0.02\ \text{mol}0.02 mol של H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ ב־0.100 L0.100\ \text{L}0.100 L חומצה:
- ב. HNO3\text{HNO}_3HNO3​ (חומצה חד־פרוטית) 0.2M0.2\text{M}0.2M: n(H3O+)=0.2 molL⋅0.100 L=0.02 moln(\text{H}_3\text{O}^{+}) = 0.2\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot 0.100\ \text{L} = 0.02\ \text{mol}n(H3​O+)=0.2 Lmol​⋅0.100 L=0.02 mol – שווה בדיוק. ✔
- א. HNO3\text{HNO}_3HNO3​ 0.4M0.4\text{M}0.4M: 0.04 mol0.04\ \text{mol}0.04 mol – עודף חומצה, pH<7\text{pH}<7pH<7.
- ג. H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4H2​SO4​ (דו־פרוטית) 0.4M0.4\text{M}0.4M: עד 2⋅0.04=0.08 mol2\cdot 0.04 = 0.08\ \text{mol}2⋅0.04=0.08 mol – עודף גדול של חומצה, pH<7\text{pH}<7pH<7.
- ד. H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4H2​SO4​ 0.2M0.2\text{M}0.2M: n(H2SO4)=0.02 moln(\text{H}_2\text{SO}_4)=0.02\ \text{mol}n(H2​SO4​)=0.02 mol, ועד 2⋅0.02=0.04 mol2\cdot 0.02 = 0.04\ \text{mol}2⋅0.02=0.04 mol H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ – עודף חומצה, pH<7\text{pH}<7pH<7.
טעות נפוצה: להתעלם מכך שכל יחידת Ba(OH)2\text{Ba(OH)}_2Ba(OH)2​ מוסרת שני יוני OH−\text{OH}^{-}OH−.

שאלה 6 · חמצון אמוניה

רב-ברירה

לפניכם ניסוח תגובה בין אמוניה לחמצן: 4NH3(g)+5O2(g)→4NO(g)+6H2O(g)4\text{NH}_{3(g)} + 5\text{O}_{2(g)} \rightarrow 4\text{NO}_{(g)} + 6\text{H}_2\text{O}_{(g)}4NH3(g)​+5O2(g)​→4NO(g)​+6H2​O(g)​
מהו ההיגד הנכון?

א.
אטומי המימן ב־ $\text{NH}_{3(g)}$ עברו תהליך חיזור.
ב.
אטומי החנקן ב־ $\text{NH}_{3(g)}$ עברו תהליך חיזור.
ג.
אטומי החמצן עברו תהליך חיזור.
ד.
האלקטרונים בתגובה עברו מאטומי החמצן אל אטומי המימן.

◂ פתרון מלא לשאלה 6

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – דרגת החמצון של אטומי החמצן ירדה מ־000 ל־−2-2−2, כלומר הם עברו חיזור.

תשובה ג נכונה. נקבע דרגות חמצון:
- NH3\text{NH}_3NH3​: H\text{H}H (+1)(+1)(+1), ולכן N\text{N}N (−3)(-3)(−3).
- O2\text{O}_2O2​: יסוד, O\text{O}O (0)(0)(0).
- NO\text{NO}NO: O\text{O}O (−2)(-2)(−2), ולכן N\text{N}N (+2)(+2)(+2).
- H2O\text{H}_2\text{O}H2​O: H\text{H}H (+1)(+1)(+1), O\text{O}O (−2)(-2)(−2).
אטומי החמצן: 0→−20 \rightarrow -20→−2 – דרגת החמצון ירדה, כלומר הם קיבלו אלקטרונים ועברו חיזור.
אטומי החנקן: −3→+2-3 \rightarrow +2−3→+2 – דרגת החמצון עלתה, הם מסרו אלקטרונים ועברו חמצון.
אטומי המימן: +1→+1+1 \rightarrow +1+1→+1 – ללא שינוי.
למה האחרות שגויות:
- א. דרגת החמצון של המימן לא השתנתה, ולכן הוא לא עבר חיזור.
- ב. אטומי החנקן עברו חמצון, לא חיזור.
- ד. האלקטרונים עברו מאטומי החנקן (המחומצנים) אל אטומי החמצן (המחוזרים), ולא מהחמצן אל המימן.

שאלה 7 · חומצת שומן גונדואית

רב-ברירה

שימו לב: חלק מהשאלה לא במיקוד תשפ"ז

כימיה של מזון (חומצות שומן, רישום מקוצר ω, cis/trans) אינה בחומר הנלמד בתשפ"ז.

לפניכם ייצוג מקוצר של נוסחת מבנה של חומצת שומן גונדואית (gondoic) שנמצאת בשמן חוחובה:
מהו ההיגד הנכון?

א.
הרישום המקוצר של אחד מן האיזומרים של חומצה גונדואית הוא $\text{C20}:1\omega7\ \text{cis}$ .
ב.
חומצה גונדואית שייכת לקבוצת חומצות השומן אומגה $6$ .
ג.
הרישום המקוצר של חומצה גונדואית הוא $\text{C20}:1\omega9\ \text{trans}$ .
ד.
חומצה גונדואית היא חומצה רב־בלתי רוויה.

◂ פתרון מלא לשאלה 7

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א – לחומצה הגונדואית הרישום C20:1ω9 cis\text{C20}:1\omega9\ \text{cis}C20:1ω9 cis; לחומצה C20:1ω7 cis\text{C20}:1\omega7\ \text{cis}C20:1ω7 cis אותה נוסחה מולקולרית (C20H38O2\text{C}_{20}\text{H}_{38}\text{O}_2C20​H38​O2​) ומבנה שונה – ולכן היא איזומר שלה.

ניתוח המבנה: נמספר את אטומי הפחמן בשרשרת: אטום הפחמן של הקבוצה הקרבוקסילית הוא C1\text{C1}C1, וקצה השרשרת (קבוצת CH3\text{CH}_3CH3​) הוא C20\text{C20}C20 – יש בשרשרת 202020 אטומי פחמן. יש קשר כפול אחד בין C11\text{C11}C11 ל־C12\text{C12}C12. בספירה מקצה השרשרת (קצה האומגה, ω1=C20\omega1 = \text{C20}ω1=C20) הקשר הכפול מתחיל באטום הפחמן התשיעי, ולכן זו חומצת שומן ω9\omega9ω9. שני חלקי השרשרת נמצאים באותו צד של הקשר הכפול – מבנה cis\text{cis}cis.
הרישום המקוצר של חומצה גונדואית: C20:1ω9 cis\text{C20}:1\omega9\ \text{cis}C20:1ω9 cis, נוסחה מולקולרית C20H38O2\text{C}_{20}\text{H}_{38}\text{O}_2C20​H38​O2​.
תשובה א נכונה. חומצת שומן C20:1ω7 cis\text{C20}:1\omega7\ \text{cis}C20:1ω7 cis היא בעלת 202020 אטומי פחמן וקשר כפול אחד, ולכן גם נוסחתה המולקולרית C20H38O2\text{C}_{20}\text{H}_{38}\text{O}_2C20​H38​O2​. מיקום הקשר הכפול שונה, כלומר המבנה שונה. חומרים בעלי אותה נוסחה מולקולרית ומבנה שונה הם איזומרים.
למה האחרות שגויות:
- ב. הקשר הכפול מתחיל באטום הפחמן התשיעי מקצה האומגה – זו חומצת אומגה 999, לא אומגה 666.
- ג. במבנה הנתון הקשר הכפול הוא בתצורת cis\text{cis}cis, לא trans\text{trans}trans.
- ד. בחומצה יש קשר כפול אחד בלבד בין אטומי פחמן – היא חד־בלתי רוויה, לא רב־בלתי רוויה.

שאלה 8 · גורמים המשפיעים על קצב פירוק מי חמצן

רב-ברירה

תלמידים רצו לחקור את התגובה המתרחשת בעת פירוק מי חמצן – תמיסת מימן על־חמצני, H2O2(aq)\text{H}_2\text{O}_{2(aq)}H2​O2(aq)​ .
התלמידים הכניסו למבחנה 101010 מ"ל תמיסת H2O2(aq)\text{H}_2\text{O}_{2(aq)}H2​O2(aq)​ בריכוז 0.88M0.88\text{M}0.88M (3%)(3\%)(3%) ושמרו אותה בטמפרטורת החדר.
נתונה התגובה: 2H2O2(aq)→2H2O(ℓ)+O2(g)2\text{H}_2\text{O}_{2(aq)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(\ell)} + \text{O}_{2(g)}2H2​O2(aq)​→2H2​O(ℓ)​+O2(g)​
התלמידים הציעו שינויים שאפשר לעשות כדי להגביר את קצב התגובה.
איזו מן ההצעות א–ד תגביר את קצב התגובה?

א.
הכפלת נפח מי החמצן במבחנה ל־ $20$ מ"ל.
ב.
הכפלת ריכוז מי החמצן במבחנה ל־ $1.76\text{M}$ $(6\%)$ .
ג.
הורדת הטמפרטורה של מי החמצן במבחנה ל־ $15^{\text{o}}\text{C}$ .
ד.
הגדלת שטח פני התמיסה על ידי העברת מי החמצן לארלנמייר.

◂ פתרון מלא לשאלה 8

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – הגדלת ריכוז המגיב מגבירה את קצב התגובה.

תשובה ב נכונה. ריכוז המגיבים הוא גורם המשפיע על קצב התגובה: בתמיסה מרוכזת יותר יש יותר מולקולות H2O2\text{H}_2\text{O}_2H2​O2​ ביחידת נפח, ולכן התגובה מהירה יותר. הכפלת הריכוז מ־0.88M0.88\text{M}0.88M ל־1.76M1.76\text{M}1.76M מגבירה את הקצב.
למה האחרות שגויות:
- א. הגדלת הנפח באותו ריכוז אינה משנה את ריכוז המגיב, ולכן אינה משנה את קצב התגובה (תתקבל כמות גדולה יותר של חמצן, אך לא מהר יותר).
- ג. הורדת הטמפרטורה מקטינה את קצב התגובה.
- ד. זוהי תגובה בתמיסה (כל המגיב מומס), ושטח פנים משפיע על הקצב רק כאשר מגיב מוצק בא במגע עם מגיב אחר. העברת התמיסה לכלי אחר אינה משנה את ריכוז המגיב או את הטמפרטורה, ולכן אינה מגבירה את הקצב.

שאלה 9 · ניסוי מילר־יורי והחיפוש אחר חיים במערכת השמש

שאלת מאמר

שימו לב: חלק מהשאלה לא במיקוד תשפ"ז

סעיף א עוסק ברדיואקטיביות (פליטת קרינת α), שאינה בחומר הנלמד בתשפ"ז. שאר הסעיפים בתוך המיקוד.

ניתוח קטע ממאמר מדעי – חובה
קראו את הקטע שלפניכם, וענו על הסעיפים שאחריו לפי ההנחיות (שאלת חובה – 20 נקודות).
החיפוש אחר אפשרויות לחיים במערכת השמש
מדענים מעריכים כי החיים על פני כדור הארץ החלו לפני כ־ 3.83.83.8 מיליארד שנה. הערכה זו מתבססת על שיטות מדעיות המסתמכות על תהליכי התפרקות של איזוטופים רדיואקטיביים שונים, לקביעת הגיל של מאובנים וסלעים.
הוצעו תאוריות מדעיות שונות להבנת ראשית החיים על פני כדור הארץ. לפי אחת התאוריות, מולקולות מורכבות חיוניות הנמצאות ביצורים חיים נוצרו ממולקולות קטנות שהיו בעבר באטמוספרה של כדור הארץ. ניסוי של החוקרים מילר ויורי משנת 1953 סיפק ראיה ראשונה לנכונות תאוריה זו.
בניסוי מילר־יורי הכניסו לְמֵכל תערובת של גזים הדומה לאטמוספרה שהייתה על פני כדור הארץ בראשית היווצרות החיים, על פי מה שהיה ידוע בתקופה שבה נערך הניסוי. הגזים בתערובת היו בעיקר מים, H2O(g)\text{H}_2\text{O}_{(g)}H2​O(g)​ , וכן אמוניה, NH3(g)\text{NH}_{3(g)}NH3(g)​ , מתאן, CH4(g)\text{CH}_{4(g)}CH4(g)​ , ומימן, H2(g)\text{H}_{2(g)}H2(g)​ .
על פי המשוער, אחד ממקורות האנרגייה בתקופה הקדומה היה ברקים, ולכן במהלך הניסוי סיפקו אנרגייה למכל באמצעות העברת זרם חשמלי המדמה השפעה של ברק. הניסוי נמשך שבוע ובסיומו נבדקו התוצרים. במכל נמצאו תרכובות פחמן רבות כגון שומנים ובין השאר גם מולקולות של גליצין, NH2CH2COOH\text{NH}_2\text{CH}_2\text{COOH}NH2​CH2​COOH .
תגובות 1–2 שלפניכם הן חלק מן התגובות שהתרחשו במהלך הניסוי:
1. H2O(g)+CH4(g)→CH2O(g)+2H2(g)ΔH10>0\quad \text{H}_2\text{O}_{(g)} + \text{CH}_{4(g)} \rightarrow \text{CH}_2\text{O}_{(g)} + 2\text{H}_{2(g)} \qquad \Delta H_1^0 > 0H2​O(g)​+CH4(g)​→CH2​O(g)​+2H2(g)​ΔH10​>0
2. NH3(g)+CH4(g)→HCN(g)+3H2(g)ΔH20>0\quad \text{NH}_{3(g)} + \text{CH}_{4(g)} \rightarrow \text{HCN}_{(g)} + 3\text{H}_{2(g)} \qquad \Delta H_2^0 > 0NH3(g)​+CH4(g)​→HCN(g)​+3H2(g)​ΔH20​>0
תוצרים של תגובות 1 ו־ 2 הגיבו בתגובה 3 שלפניכם שבה נוצר גליצין:
3. CH2O(g)+HCN(g)+H2O(g)→NH2CH2COOH(g)\quad \text{CH}_2\text{O}_{(g)} + \text{HCN}_{(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(g)} \rightarrow \text{NH}_2\text{CH}_2\text{COOH}_{(g)}CH2​O(g)​+HCN(g)​+H2​O(g)​→NH2​CH2​COOH(g)​
מולקולות הגליצין הן חלק מאבני הבניין של חלבונים המאפיינים תאים חיים. תוצאות ניסוי מילר־יורי הראו כי בנוכחות מים אפשר לייצר מולקולות מורכבות ממולקולות פשוטות שהיו כנראה בעבר באטמוספרה.
כדור הארץ הוא כוכב הלכת היחיד במערכת השמש שידוע לנו כי התפתחו בו חיים.
מדענים מחפשים כוכבי לכת או ירחים שיש להם מאפיינים של אקלים וטמפרטורה הדומים לאלה של כדור הארץ. מים וחומרים נוספים העשויים להיות מסיסים בהם, יכולים להיות סביבה שיש בה תנאים טובים להתפתחות חיים. לכן מתרכזים כיום בחיפוש אחר מים על פני כוכבי לכת או ירחים.
בחודש אוקטובר 2024 נשלחה הגשושית "אירופה קליפר" אל הירח אירופה – אחד הירחים של צדק, כוכב הלכת הגדול ביותר במערכת השמש. בירח אירופה נמצאו ראיות מוצקות לקיומו של אוקיינוס ענק של מים נוזליים מתחת לשכבת קרח. נוסף על כך נמצאו ראיות שהמים האלה מוליכים חשמל. הגשושית נשלחה כדי לחקור אם התנאים באוקיינוס זה מתאימים ליצירת חיים.
לגשושית נבנה מגן העשוי סגסוגת אלומיניום וטיטניום בעובי 1 ס"מ כדי להגן עליה מפני הקרינה שתגיע אליה מכוכב הלכת צדק. הגשושית אמורה להגיע ליעדה בשנת 2030, להקיף את הירח אירופה במשך ארבע שנים ולשלוח מידע. נצטרך לחכות לפחות עוד כמה שנים כדי לקבל תשובה על השאלה אם ייתכנו תנאים לחיים נוספים במערכת השמש.
מקורות ראשיים:
https://europa.nasa.gov/why-europa/ingredients-for-life/
https://en.wikipedia.org/wiki/Miller%E2%80%93Urey_experiment
ענו על כל הסעיפים א, ב, ג, ד, ה, ו ועל אחד מן הסעיפים ז או ח.

א.

באחת מן השיטות הנהוגות לקביעת הגיל של סלעים ומאובנים משתמשים במידע המתקבל בתהליך הפירוק של האיזוטופ הרדיואקטיבי של אורניום, 92235U^{235}_{92}\text{U}92235​U .
נתון תהליך פירוק של האיזוטופ הרדיואקטיבי 92235U^{235}_{92}\text{U}92235​U :
92235U→A+α^{235}_{92}\text{U} \rightarrow \text{A} + \alpha92235​U→A+α
(התוצרים: A\text{A}A וקרינת α\alphaα)
A\text{A}A הוא סימול שרירותי לאיזוטופ.

(1)

מהו המספר האטומי של A\text{A}A ?

(2)

מהו מספר המסה של A\text{A}A ?

(3)

מהו סמל היסוד A\text{A}A ?

ב.

העתיקו את הטבלה שלפניכם למחברת הבחינה, והשלימו במחברת את הנתונים החסרים.
החומר בתגובות 1 ו־2H2O(g)\text{H}_2\text{O}_{(g)}H2​O(g)​CH4(g)\text{CH}_{4(g)}CH4(g)​CH2O(g)\text{CH}_2\text{O}_{(g)}CH2​O(g)​H2(g)\text{H}_{2(g)}H2(g)​NH3(g)\text{NH}_{3(g)}NH3(g)​HCN(g)\text{HCN}_{(g)}HCN(g)​
נוסחת המולקולהH2O\text{H}_2\text{O}H2​O
נוסחת ייצוג האלקטרונים של המולקולה
צורת המולקולהזוויתיתטטראדרמשולשת מישוריתקוויתפירמידה משולשתקווית
קוטביות המולקולה (קוטבית / לא קוטבית)
(בגיליון הבחינה התאים הריקים מסומנים "העתיקו למחברת".)

ג.

נתון:
דרגת החמצון של אטום הפחמן במולקולה CH4\text{CH}_4CH4​ היא (−4)(-4)(−4) .
דרגת החמצון של אטום הפחמן במולקולה CH2O\text{CH}_2\text{O}CH2​O היא (0)(0)(0) .

(1)

קבעו אם דרגת החמצון של אטומי המימן בתגובה 1 משתנה, ואם כן – כיצד היא משתנה.

(2)

קבעו אם דרגת החמצון של אטומי החמצן בתגובה 1 משתנה, ואם כן – כיצד היא משתנה.

ד.

מה הם השמות של הקבוצות הפונקציונליות במולקולת גליצין?

ה.

לפניכם שני איורים המתארים מודלים של שתי מולקולות.
קבעו איזה מן האיורים, 1 או 2, מתאר איזומר של מולקולת גליצין, והסבירו את קביעתכם. התייחסו בתשובתכם למושג איזומר.

ו.

חוקרים ערכו את ניסוי מילר־יורי. נתון כי בניסוי זה הגיבו 0.0010.0010.001 מול אמוניה.
חשבו כמה מולקולות גליצין התקבלו בתגובה. פרטו את חישוביכם. הניחו שכל המגיבים הגיבו בשלמות.

ז.

סעיף ז הוא סעיף בחירה. אם תבחרו לענות עליו, אל תענו על סעיף ח.
על פי התגובות הנתונות בקטע, הסבירו מדוע בניסוי מילר־יורי סיפקו אנרגייה לְמֵכל לאורך כל הניסוי.

ח.

סעיף ח הוא סעיף בחירה. אם תבחרו לענות עליו, אל תענו על סעיף ז.
על פי הקטע, קבעו איזה סוג חלקיקים עשוי להיות באוקיינוס שמתחת לשכבת הקרח בירח אירופה, מלבד מולקולות מים.

◂ פתרון מלא לשאלה 9

סעיף א

(1)

תשובה:

909090

סכום המספרים האטומיים נשמר: 92=Z(A)+292 = Z(\text{A}) + 292=Z(A)+2, ולכן Z(A)=92−2=90Z(\text{A}) = 92 - 2 = 90Z(A)=92−2=90.
טעות נפוצה: להחליף בין המספר האטומי (מספר הפרוטונים) לבין מספר המסה.

(2)

תשובה:

231231231

סכום מספרי המסה נשמר: 235=A(A)+4235 = A(\text{A}) + 4235=A(A)+4, ולכן מספר המסה של A\text{A}A הוא 235−4=231235 - 4 = 231235−4=231.

(3)

תשובה:

Th\text{Th}Th

היסוד שמספרו האטומי 909090 בטבלה המחזורית הוא תוריום, שסמלו Th\text{Th}Th (אות ראשונה גדולה ואות שנייה קטנה).
טעות נפוצה: לחשוב שבפליטת α\alphaα מתקבל יסוד כבד יותר (כמו Np\text{Np}Np או Pu\text{Pu}Pu) – בפליטת α\alphaα המספר האטומי קטן ב־222.

סעיף ב

תשובה:

נוסחאות: H2O\text{H}_2\text{O}H2​O, CH4\text{CH}_4CH4​, CH2O\text{CH}_2\text{O}CH2​O, H2\text{H}_2H2​, NH3\text{NH}_3NH3​, HCN\text{HCN}HCN. קוטביות: H2O\text{H}_2\text{O}H2​O קוטבית, CH4\text{CH}_4CH4​ לא קוטבית, CH2O\text{CH}_2\text{O}CH2​O קוטבית, H2\text{H}_2H2​ לא קוטבית, NH3\text{NH}_3NH3​ קוטבית, HCN\text{HCN}HCN קוטבית.

הטבלה המלאה:
החומרH2O(g)\text{H}_2\text{O}_{(g)}H2​O(g)​CH4(g)\text{CH}_{4(g)}CH4(g)​CH2O(g)\text{CH}_2\text{O}_{(g)}CH2​O(g)​H2(g)\text{H}_{2(g)}H2(g)​NH3(g)\text{NH}_{3(g)}NH3(g)​HCN(g)\text{HCN}_{(g)}HCN(g)​
נוסחת המולקולהH2O\text{H}_2\text{O}H2​OCH4\text{CH}_4CH4​CH2O\text{CH}_2\text{O}CH2​OH2\text{H}_2H2​NH3\text{NH}_3NH3​HCN\text{HCN}HCN
נוסחת ייצוג האלקטרוניםראו איורראו איורראו איורראו איורראו איורראו איור
צורת המולקולהזוויתיתטטראדרמשולשת מישוריתקוויתפירמידה משולשתקווית
קוטביות המולקולהקוטביתלא קוטביתקוטביתלא קוטביתקוטביתקוטבית
נוסחאות ייצוג האלקטרונים (כל זוג נקודות בין שני אטומים הוא זוג אלקטרונים קושר; זוגות ליד אטום אחד הם זוגות לא קושרים):
- H2O\text{H}_2\text{O}H2​O: לאטום החמצן שני זוגות קושרים (עם שני אטומי מימן) ושני זוגות לא קושרים.
- CH4\text{CH}_4CH4​: לאטום הפחמן ארבעה זוגות קושרים, אחד עם כל אטום מימן.
- CH2O\text{CH}_2\text{O}CH2​O: אטום הפחמן קשור בזוג אחד לכל אטום מימן ובשני זוגות (קשר כפול) לאטום החמצן; לחמצן שני זוגות לא קושרים.
- H2\text{H}_2H2​: זוג קושר אחד בין שני אטומי המימן.
- NH3\text{NH}_3NH3​: לאטום החנקן שלושה זוגות קושרים (עם שלושה אטומי מימן) וזוג אחד לא קושר.
- HCN\text{HCN}HCN: זוג קושר אחד בין H\text{H}H ל־C\text{C}C, שלושה זוגות קושרים (קשר משולש) בין C\text{C}C ל־N\text{N}N, וזוג לא קושר על אטום החנקן.
קביעת הקוטביות: מולקולה קוטבית כאשר יש בה קשרים קוטביים והמבנה המרחבי שלה אינו סימטרי, כך שמרכזי המטען החלקי החיובי והשלילי אינם מתלכדים.
- H2O\text{H}_2\text{O}H2​O – קשרי O−H\text{O}-\text{H}O−H קוטביים ומבנה זוויתי: קוטבית.
- CH4\text{CH}_4CH4​ – קשרי C−H\text{C}-\text{H}C−H (הפרש אלקטרושליליות קטן, 2.5−2.1=0.42.5-2.1=0.42.5−2.1=0.4) הסדורים בטטראדר סימטרי: לא קוטבית.
- CH2O\text{CH}_2\text{O}CH2​O – קשר C=O\text{C}=\text{O}C=O קוטבי מאוד, והמולקולה המשולשת המישורית אינה סימטרית (באחד הקודקודים חמצן ובשניים מימן): קוטבית.
- H2\text{H}_2H2​ – קשר בין שני אטומים זהים, קשר לא קוטבי: לא קוטבית.
- NH3\text{NH}_3NH3​ – קשרי N−H\text{N}-\text{H}N−H קוטביים ומבנה פירמידה משולשת (לא סימטרי): קוטבית.
- HCN\text{HCN}HCN – מולקולה קווית אך לא סימטרית: בקצה אחד H\text{H}H ובקצה השני N\text{N}N האלקטרושלילי; קשר C≡N\text{C}\equiv\text{N}C≡N קוטבי: קוטבית.
טעות נפוצה: לצייר בנוסחת ייצוג אלקטרונים גם קו קשר וגם זוג נקודות עבור אותו קשר, או לרשום נוסחת מבנה במקום נוסחת ייצוג אלקטרונים.

החומר	$\text{H}_2\text{O}_{(g)}$	$\text{CH}_{4(g)}$	$\text{CH}_2\text{O}_{(g)}$	$\text{H}_{2(g)}$	$\text{NH}_{3(g)}$	$\text{HCN}_{(g)}$
נוסחת המולקולה	$\text{H}_2\text{O}$	$\text{CH}_4$	$\text{CH}_2\text{O}$	$\text{H}_2$	$\text{NH}_3$	$\text{HCN}$
נוסחת ייצוג האלקטרונים	ראו איור	ראו איור	ראו איור	ראו איור	ראו איור	ראו איור
צורת המולקולה	זוויתית	טטראדר	משולשת מישורית	קווית	פירמידה משולשת	קווית
קוטביות המולקולה	קוטבית	לא קוטבית	קוטבית	לא קוטבית	קוטבית	קוטבית

סעיף ג

(1)

תשובה:

כן. דרגת החמצון של אטומי המימן שיוצרים H2\text{H}_2H2​ יורדת מ־+1+1+1 ל־000 (הם עוברים חיזור); אטומי המימן שנשארים ב־CH2O\text{CH}_2\text{O}CH2​O נשארים ב־+1+1+1.

במגיבים: ב־H2O\text{H}_2\text{O}H2​O ובְ־CH4\text{CH}_4CH4​ אטומי המימן קשורים לאטומים אלקטרושליליים יותר (חמצן ופחמן), ולכן דרגת החמצון שלהם +1+1+1.
בתוצרים: ב־CH2O\text{CH}_2\text{O}CH2​O – H\text{H}H (+1)(+1)(+1) (ניתן לבדוק: 0+2⋅(+1)+(−2)=00 + 2\cdot(+1) + (-2) = 00+2⋅(+1)+(−2)=0). ב־H2\text{H}_2H2​ (יסוד) – H\text{H}H (0)(0)(0).
לכן דרגת החמצון של חלק מאטומי המימן (ארבעה מתוך שישה אטומי המימן במגיבים, אלה שיוצרים את שתי מולקולות H2\text{H}_2H2​) יורדת מ־+1+1+1 ל־000 – הם עוברים חיזור. במקביל, דרגת החמצון של הפחמן עולה מ־−4-4−4 ל־000 (חמצון).

(2)

תשובה:

לא משתנה: −2-2−2 ב־H2O\text{H}_2\text{O}H2​O וגם −2-2−2 ב־CH2O\text{CH}_2\text{O}CH2​O.

ב־H2O\text{H}_2\text{O}H2​O: 2⋅(+1)+x=0⇒x=−22\cdot(+1) + x = 0 \Rightarrow x = -22⋅(+1)+x=0⇒x=−2.
ב־CH2O\text{CH}_2\text{O}CH2​O: 0+2⋅(+1)+x=0⇒x=−20 + 2\cdot(+1) + x = 0 \Rightarrow x = -20+2⋅(+1)+x=0⇒x=−2.
דרגת החמצון של אטום החמצן היא −2-2−2 לפני התגובה ואחריה, ולכן אינה משתנה.

סעיף ד

תשובה:

קבוצה אמינית (אמין, −NH2-\text{NH}_2−NH2​) וקבוצה קרבוקסילית (חומצה קרבוקסילית, −COOH-\text{COOH}−COOH).

בנוסחת הגליצין, NH2CH2COOH\text{NH}_2\text{CH}_2\text{COOH}NH2​CH2​COOH, יש:
•קבוצת −NH2-\text{NH}_2−NH2​ – קבוצה אמינית (אמין);
•קבוצת −COOH-\text{COOH}−COOH – קבוצה קרבוקסילית (חומצה קרבוקסילית).
טעות נפוצה: לפרק את הקבוצה הקרבוקסילית לקבוצות קטנות יותר (כמו "קטון" ו"הידרוקסיל") – −COOH-\text{COOH}−COOH היא קבוצה פונקציונלית אחת.

סעיף ה

תשובה:

איור 1.

איור 1 מתאר איזומר של גליצין.
איזומרים הם חומרים בעלי אותה נוסחה מולקולרית אך מבנה שונה (סדר קישור שונה של האטומים).
•גליצין, NH2CH2COOH\text{NH}_2\text{CH}_2\text{COOH}NH2​CH2​COOH: נוסחה מולקולרית C2H5NO2\text{C}_2\text{H}_5\text{NO}_2C2​H5​NO2​.
•איור 1: לפי המקרא יש במולקולה 222 אטומי פחמן, 111 אטום חנקן, 222 אטומי חמצן ו־555 אטומי מימן – נוסחה מולקולרית C2H5NO2\text{C}_2\text{H}_5\text{NO}_2C2​H5​NO2​, כמו של גליצין. המבנה שונה: קבוצת NH2\text{NH}_2NH2​ קשורה לאטום הפחמן של קבוצת C=O\text{C}=\text{O}C=O, וקבוצת OH\text{OH}OH קשורה לאטום הפחמן השני (HOCH2CONH2\text{HOCH}_2\text{CONH}_2HOCH2​CONH2​). לכן זהו איזומר של גליצין.
•איור 2: יש במולקולה 333 אטומי פחמן, 111 חנקן, 222 חמצן ו־777 מימן – C3H7NO2\text{C}_3\text{H}_7\text{NO}_2C3​H7​NO2​. הנוסחה המולקולרית שונה מזו של גליצין, ולכן אין זה איזומר של גליצין.
טעות נפוצה: להגדיר איזומרים כ"חומרים בעלי אותן קבוצות פונקציונליות" או לבדוק רק את סוגי האטומים בלי לספור את מספרם.

סעיף ו

תשובה:

6.02×10206.02\times 10^{20}6.02×1020 מולקולות גליצין.

שלב 1 – תגובה 2: NH3(g)+CH4(g)→HCN(g)+3H2(g)\text{NH}_{3(g)} + \text{CH}_{4(g)} \rightarrow \text{HCN}_{(g)} + 3\text{H}_{2(g)}NH3(g)​+CH4(g)​→HCN(g)​+3H2(g)​
יחס המולים NH3:HCN=1:1\text{NH}_3 : \text{HCN} = 1:1NH3​:HCN=1:1, ולכן n(HCN)=n(NH3)=0.001 moln(\text{HCN}) = n(\text{NH}_3) = 0.001\ \text{mol}n(HCN)=n(NH3​)=0.001 mol.
שלב 2 – תגובה 3: CH2O(g)+HCN(g)+H2O(g)→NH2CH2COOH(g)\text{CH}_2\text{O}_{(g)} + \text{HCN}_{(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(g)} \rightarrow \text{NH}_2\text{CH}_2\text{COOH}_{(g)}CH2​O(g)​+HCN(g)​+H2​O(g)​→NH2​CH2​COOH(g)​
יחס המולים בין HCN\text{HCN}HCN לגליצין הוא 1:11:11:1, ולכן מספר המולים של גליצין: n=0.001 moln = 0.001\ \text{mol}n=0.001 mol.
שלב 3 – מספר המולקולות: n=NNA⇒N=n⋅NA=0.001 mol⋅6.02×1023 mol−1=6.02×1020n=\frac{N}{N_A} \Rightarrow N = n\cdot N_A = 0.001\ \text{mol} \cdot 6.02\times 10^{23}\ \text{mol}^{-1} = 6.02\times 10^{20}n=NA​N​⇒N=n⋅NA​=0.001 mol⋅6.02×1023 mol−1=6.02×1020 מולקולות גליצין.
טעות נפוצה: לעצור בחישוב מספר המולים בלי לחשב את מספר המולקולות, או לכפול את מספר המולקולות במספר האטומים במולקולה.

סעיף ז

תשובה:

תגובות 1 ו־2 הן תגובות אנדותרמיות (ΔH0>0\Delta H^0 > 0ΔH0>0), ולכן כדי שיתרחשו (וייווצרו המגיבים לתגובה 3) יש לספק להן אנרגייה כל הזמן.

לפי הקטע, לתגובות 1 ו־2 ΔH10>0\Delta H_1^0 > 0ΔH10​>0 ו־ΔH20>0\Delta H_2^0 > 0ΔH20​>0, כלומר אלו תגובות אנדותרמיות: האנתלפיה של התוצרים גבוהה מזו של המגיבים, והתגובות קולטות אנרגייה מהסביבה. כדי שהתגובות יתרחשו וימשיכו להתרחש יש לספק להן אנרגייה באופן רציף.
תוצרי תגובות 1 ו־2 (CH2O\text{CH}_2\text{O}CH2​O ו־HCN\text{HCN}HCN) הם המגיבים בתגובה 3 שבה נוצר גליצין; לכן כדי שיתקבל גליצין לאורך הניסוי, סיפקו אנרגייה (זרם חשמלי המדמה ברק) לאורך כל הניסוי.

סעיף ח

תשובה:

יונים (יונים ניידים, חיוביים ושליליים).

לפי הקטע, נמצאו ראיות שהמים באוקיינוס שמתחת לשכבת הקרח באירופה מוליכים חשמל. מים טהורים (מולקולות מים בלבד) כמעט אינם מוליכים חשמל. מוליכות חשמלית של תמיסה מימית נובעת מנוכחות של יונים ניידים – יונים חיוביים ויונים שליליים, שמקורם בחומרים יוניים המומסים במים (הקטע מציין שמים וחומרים נוספים המסיסים בהם יכולים להוות סביבה טובה להתפתחות חיים). לכן מלבד מולקולות מים, עשויים להיות באוקיינוס יונים.
טעות נפוצה: לכתוב "יונים חופשיים" או "אלקטרונים חופשיים" – בתמיסה מימית המוליכות נובעת מיונים ניידים, לא מאלקטרונים.

פרק שני

שאלה 10 · הפקת נחושת מעפרה ולכידת פחמן דו־חמצני

שאלה פתוחה

מבנה וקישור, חישובים
נחושת, Cu(s)\text{Cu}_{(s)}Cu(s)​ , היא מתכת מבריקה בצבע אדום־כתום. על פי ממצאים ארכאולוגיים, משנת 3,0003,0003,000 לפני הספירה הפיקו נחושת מעֲפרות המכילות תרכובות נחושת (עֲפרה – תערובת של מחצבים הנמצאים באדמה).
בעבר הפיקו נחושת מנחושת חמצנית, CuO(s)\text{CuO}_{(s)}CuO(s)​ , שמצויה בעפרה וצבעה שחור, בעזרת פחם, C(s)\text{C}_{(s)}C(s)​ , שצבעו שחור גם כן.
לפניכם ניסוח לא מאוזן של התגובה:
CuO(s)+C(s)→ΔCu(s)+CO2(g)\text{CuO}_{(s)} + \text{C}_{(s)} \xrightarrow{\Delta} \text{Cu}_{(s)} + \text{CO}_{2(g)}CuO(s)​+C(s)​Δ​Cu(s)​+CO2(g)​
(מתחת ל־C(s)\text{C}_{(s)}C(s)​ כתוב "פחם", ומעל החץ כתוב "חימום".)

א.

העתיקו את ניסוח התגובה למחברת הבחינה ואזנו אותו.

ב.

ציינו שינוי מאקרוסקופי אחד היכול להעיד על התרחשות התגובה.

ג.

בטבלה שלפניכם מוצגים נתונים המתאימים לשניים מן החומרים בתגובה.
סימול החומרהולכה חשמלית במצב מוצקהולכה חשמלית במצב נוזל
A√√
B×√
מבין כל החומרים בתגובה, קבעו מהו חומר A\text{A}A ומהו חומר B\text{B}B .

סימול החומר	הולכה חשמלית במצב מוצק	הולכה חשמלית במצב נוזל
A	√	√
B	×	√

ד.

בחרו באחד מן החומרים שקבעתם בסעיף ג, והסבירו את נתוני ההולכה החשמלית של חומר זה במצב צבירה מוצק ובמצב צבירה נוזל.

ה.

נתונה עפרה שמסתה 111 טון.
נחושת חמצנית, CuO(s)\text{CuO}_{(s)}CuO(s)​ , מהווה 92%92\%92% ממסת העפרה.
מן הנחושת החמצנית שבעפרה הפיקו נחושת על פי התגובה שאיזנתם בסעיף א.
חשבו כמה מולים של גז CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ השתחררו. פרטו את חישוביכם.
נתון: 111 טון =1×106= 1\times 10^6=1×106 גרם

ו.

עודף של הגז CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ הנפלט לאטמוספרה תורם להגברת אפקט החממה ולהתחממות הגלובלית. בתעשייה המודרנית מצאו דרכים שונות ללכוד CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ כדי שלא ישתחרר לאטמוספרה. אחת השיטות כוללת תגובה של הגז CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ עם החומר MEA\text{MEA}MEA , והפרדה של התוצרים באמצעות המסה במים.
לפניכם ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של מולקולת החומר MEA\text{MEA}MEA: HOCH2CH2NH2\text{HOCH}_2\text{CH}_2\text{NH}_2HOCH2​CH2​NH2​ .
נתון כי החומר MEA\text{MEA}MEA מתמוסס במים.
לפניכם ארבעה איורים 1–4.
קבעו איזה מן האיורים 1, 2, 3, 4, מתאר בצורה נכונה קשר מימני בין מולקולת MEA\text{MEA}MEA למולקולת מים.

◂ פתרון מלא לשאלה 10

סעיף א

תשובה:

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

מאזנים את אטומי החמצן: ב־CO2\text{CO}_2CO2​ יש 222 אטומי חמצן, ולכן נדרשות 222 יחידות CuO\text{CuO}CuO; לפיהן נקבע המקדם 222 ל־Cu\text{Cu}Cu:
2CuO(s)+C(s)→Δ2Cu(s)+CO2(g)2\text{CuO}_{(s)} + \text{C}_{(s)} \xrightarrow{\Delta} 2\text{Cu}_{(s)} + \text{CO}_{2(g)}2CuO(s)​+C(s)​Δ​2Cu(s)​+CO2(g)​
בדיקה: Cu\text{Cu}Cu: 2=22=22=2; O\text{O}O: 2=22=22=2; C\text{C}C: 1=11=11=1.
טעות נפוצה: להעתיק את הניסוח בלי מצבי הצבירה, או לשנות את הנוסחאות במקום את המקדמים.

סעיף ב

תשובה:

הופעת מוצק בצבע אדום־כתום (נחושת) במקום המוצקים השחורים (או: שחרור גז – בועות).

המגיבים, CuO\text{CuO}CuO ופחם, הם מוצקים שחורים, ואילו התוצר נחושת הוא מוצק מבריק בצבע אדום־כתום. לכן שינוי מאקרוסקופי אפשרי: הופעת מוצק בצבע אדום־כתום (שינוי צבע המוצק משחור לאדום־כתום).
תשובה אפשרית נוספת: פליטת גז (התוצר CO2\text{CO}_2CO2​ הוא גז).
טעות נפוצה: לתאר שינוי ברמה המיקרוסקופית (למשל "נוצרו אטומי נחושת") במקום שינוי שאפשר לראות.

סעיף ג

תשובה:

A\text{A}A – נחושת, Cu(s)\text{Cu}_{(s)}Cu(s)​; B\text{B}B – נחושת חמצנית, CuO(s)\text{CuO}_{(s)}CuO(s)​.

חומר A מוליך חשמל גם במצב מוצק וגם במצב נוזל – זו תכונה של מתכת: A\text{A}A הוא נחושת, Cu\text{Cu}Cu.
חומר B אינו מוליך במצב מוצק אך מוליך במצב נוזל – זו תכונה של חומר יוני: B\text{B}B הוא נחושת חמצנית, CuO\text{CuO}CuO (תרכובת של מתכת ואל־מתכת).
CO2\text{CO}_2CO2​ הוא חומר מולקולרי שאינו מוליך חשמל באף מצב צבירה, ולכן אינו מתאים לאף אחת מהשורות.
פחם, C(s)\text{C}_{(s)}C(s)​, אינו מתאים לאף אחת מהשורות: זהו חומר אטומרי (רשת קוולנטית) שאינו נמס בלחץ רגיל (הוא עובר המראה בטמפרטורה גבוהה מאוד), ולכן אין לו נתון הולכה במצב נוזל. ההולכה גם במוצק וגם בנוזל היא תכונה אופיינית של מתכת – נחושת.

סעיף ד

תשובה:

נחושת: בסריג המתכתי יש אלקטרונים ניידים (בלתי מאותרים) גם במוצק וגם בנוזל, ולכן היא מוליכה בשני המצבים. (או: CuO\text{CuO}CuO – במוצק היונים אינם ניידים, בנוזל הם ניידים.)

אפשרות 1 – נחושת (A\text{A}A): נחושת היא מתכת, הבנויה מסריג מתכתי של יונים חיוביים של נחושת וים של אלקטרונים ניידים (בלתי מאותרים). הולכה חשמלית מחייבת חלקיקים טעונים ניידים. גם במצב מוצק וגם במצב נוזל קיימים האלקטרונים הניידים, ולכן הנחושת מוליכה חשמל בשני המצבים.
אפשרות 2 – נחושת חמצנית (B\text{B}B): CuO\text{CuO}CuO הוא חומר יוני, הבנוי מסריג של יונים חיוביים Cu2+\text{Cu}^{2+}Cu2+ ויונים שליליים O2−\text{O}^{2-}O2−. במצב מוצק היונים קבועים במקומם בסריג (אינם ניידים), ואין בחומר אלקטרונים ניידים – לכן אינו מוליך חשמל. במצב נוזל הסריג נהרס והיונים ניידים – לכן החומר מוליך חשמל.
טעות נפוצה: לכתוב "אלקטרונים חופשיים" או "יונים חופשיים" במקום "ניידים", או לייחס את הולכת המתכת הנוזלית לתנועת היונים החיוביים בלבד.

סעיף ה

תשובה:

כ־5.79×1035.79\times 10^{3}5.79×103 מול CO2\text{CO}_2CO2​ (5786 מול).

מסת CuO\text{CuO}CuO בעפרה: m(CuO)=0.92⋅1×106 g=9.2×105 gm(\text{CuO}) = 0.92 \cdot 1\times 10^{6}\ \text{g} = 9.2\times 10^{5}\ \text{g}m(CuO)=0.92⋅1×106 g=9.2×105 g
מסה מולרית: Mw(CuO)=63.5+16.0=79.5 gmolM_w(\text{CuO}) = 63.5 + 16.0 = 79.5\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}Mw​(CuO)=63.5+16.0=79.5 molg​
מספר מולי CuO\text{CuO}CuO: n=mMw=9.2×105 g79.5 gmol=1.157×104 moln = \frac{m}{M_w} = \frac{9.2\times 10^{5}\ \text{g}}{79.5\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}} = 1.157\times 10^{4}\ \text{mol}n=Mw​m​=79.5 molg​9.2×105 g​=1.157×104 mol
יחס מולים (לפי 2CuO+C→2Cu+CO22\text{CuO} + \text{C} \rightarrow 2\text{Cu} + \text{CO}_22CuO+C→2Cu+CO2​): n(CuO):n(CO2)=2:1n(\text{CuO}) : n(\text{CO}_2) = 2:1n(CuO):n(CO2​)=2:1
n(CO2)=1.157×104 mol2=5.79×103 moln(\text{CO}_2) = \frac{1.157\times 10^{4}\ \text{mol}}{2} = 5.79\times 10^{3}\ \text{mol}n(CO2​)=21.157×104 mol​=5.79×103 mol (כ־578657865786 מול).
טעות נפוצה: לחשב לפי מסת העפרה כולה (1×1061\times10^61×106 g) במקום לפי 92%92\%92% ממנה, או להתעלם מיחס המולים 2:12:12:1.

סעיף ו

תשובה:

איור 3.

איור 3 נכון. קשר מימני נוצר בין אטום מימן הקשור קוולנטית לאטום קטן ואלקטרושלילי מאוד (F\text{F}F, O\text{O}O או N\text{N}N) במולקולה אחת, לבין זוג אלקטרונים לא קושר של אטום F\text{F}F, O\text{O}O או N\text{N}N במולקולה שכנה.
באיור 3 אטום המימן של קבוצת N−H\text{N}-\text{H}N−H במולקולת MEA\text{MEA}MEA נמשך אל זוג אלקטרונים לא קושר של אטום החמצן במולקולת המים – קשר מימני תקין.
למה האחרים שגויים:
- איור 1: המימן המשתתף בקשר קשור לאטום פחמן. קשר C−H\text{C}-\text{H}C−H כמעט אינו קוטבי, ולכן מימן זה אינו יוצר קשר מימני.
- איור 2: הקו המקווקו מחבר בין שני אטומי חמצן (זוג אלקטרונים לא קושר מול זוג אלקטרונים לא קושר), ללא אטום מימן ביניהם – זה אינו קשר מימני.
- איור 4: הקו המקווקו מחבר בין שני אטומי מימן (שניהם בעלי מטען חלקי חיובי) – אין כאן זוג אלקטרונים לא קושר, ולכן זה אינו קשר מימני.
טעות נפוצה: להסתפק בנוכחות אטומי O\text{O}O או N\text{N}N במולקולות, בלי לבדוק את כל התנאים לקשר מימני (מימן הקשור ל־N/O/F\text{N}/\text{O}/\text{F}N/O/F מול זוג אלקטרונים לא קושר).

שאלה 11 · תרכובות כלור – חמצון־חיזור וחישובים

שאלה פתוחה

חמצון–חיזור, חישובים

א.

לפניכם נוסחאות של שש מולקולות:
Cℓ2, HCℓO, HCℓ, HCℓO3, Cℓ2O, Cℓ2O7\text{C}\ell_2 \quad,\ \text{HC}\ell\text{O} \quad,\ \text{HC}\ell \quad,\ \text{HC}\ell\text{O}_3 \quad,\ \text{C}\ell_2\text{O} \quad,\ \text{C}\ell_2\text{O}_7Cℓ2​, HCℓO, HCℓ, HCℓO3​, Cℓ2​O, Cℓ2​O7​

(1)

קבעו את דרגת החמצון של אטום הכלור בכל אחת מן המולקולות.

(2)

קבעו באילו מן המולקולות הנתונות עשויים אטומי הכלור לעבור גם תהליך חמצון וגם תהליך חיזור.
נמקו את קביעותיכם.

ב.

אחת הדרכים לחיטוי מים היא באמצעות הוספת כלור גזי, Cℓ2(g)\text{C}\ell_{2(g)}Cℓ2(g)​ , למים.
בתגובה בין המים לבין הכלור הגזי נוצרת חומצה תת־כלורית, HCℓO(aq)\text{HC}\ell\text{O}_{(aq)}HCℓO(aq)​ , המחטאת את המים.
לפניכם ניסוח תגובה 1 :
1.Cℓ2(g)+2H2O(ℓ)→HCℓO(aq)+H3O(aq)++Cℓ(aq)−1.\quad \text{C}\ell_{2(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow \text{HC}\ell\text{O}_{(aq)} + \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{C}\ell^{-}_{(aq)}1.Cℓ2(g)​+2H2​O(ℓ)​→HCℓO(aq)​+H3​O(aq)+​+Cℓ(aq)−​
קבעו מהו החומר המחמצן ומהו החומר המחזר בתגובה 1 . הסבירו את שתי הקביעות.

ג.

אפשר לייצר חומצה תת־כלורית גם בתהליך אחר, שבו ממיסים דו־כלורו חמצני, Cℓ2O(g)\text{C}\ell_2\text{O}_{(g)}Cℓ2​O(g)​ , במים.
לפניכם ניסוח תגובה 2 :
2.Cℓ2O(g)+H2O(ℓ)→2HCℓO(aq)2.\quad \text{C}\ell_2\text{O}_{(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow 2\text{HC}\ell\text{O}_{(aq)}2.Cℓ2​O(g)​+H2​O(ℓ)​→2HCℓO(aq)​
האם תגובה 2 היא תגובת חמצון–חיזור? הסבירו את קביעתכם.

ד.

תמיסת נתרן תת־כלורי (אקונומיקה), NaCℓO(aq)\text{NaC}\ell\text{O}_{(aq)}NaCℓO(aq)​ , משמשת לחיטוי ולהלבנה.
נסחו את תגובת ההמסה של NaCℓO(s)\text{NaC}\ell\text{O}_{(s)}NaCℓO(s)​ במים.

ה.

המיסו 303030 גרם NaCℓO(s)\text{NaC}\ell\text{O}_{(s)}NaCℓO(s)​ במים, והכינו 111 ליטר תמיסת נתרן תת־כלורי.
חשבו את הריכוז המולרי של תמיסת NaCℓO(aq)\text{NaC}\ell\text{O}_{(aq)}NaCℓO(aq)​ שהתקבלה. פרטו את חישוביכם.

ו.

אפשר לייצר תמיסת נתרן תת־כלורי גם באמצעות הוספת כלור גזי, Cℓ2(g)\text{C}\ell_{2(g)}Cℓ2(g)​ , לתמיסת נתרן הידרוקסידי, NaOH(aq)\text{NaOH}_{(aq)}NaOH(aq)​ .
נתון ניסוח נטו של התגובה:
3.Cℓ2(g)+2OH(aq)−→CℓO(aq)−+Cℓ(aq)−+H2O(ℓ)3.\quad \text{C}\ell_{2(g)} + 2\text{OH}^{-}_{(aq)} \rightarrow \text{C}\ell\text{O}^{-}_{(aq)} + \text{C}\ell^{-}_{(aq)} + \text{H}_2\text{O}_{(\ell)}3.Cℓ2(g)​+2OH(aq)−​→CℓO(aq)−​+Cℓ(aq)−​+H2​O(ℓ)​
הוסיפו Cℓ2(g)\text{C}\ell_{2(g)}Cℓ2(g)​ ל־ 444 ליטר תמיסת NaOH(aq)\text{NaOH}_{(aq)}NaOH(aq)​ בריכוז 2M2\text{M}2M . החומרים הגיבו בשלמות (ללא שינוי בנפח התמיסה).

(1)

חשבו את מסת הכלור הגזי, Cℓ2(g)\text{C}\ell_{2(g)}Cℓ2(g)​ , שהגיב. פרטו את חישוביכם.

(2)

חשבו את הריכוז של יוני CℓO(aq)−\text{C}\ell\text{O}^{-}_{(aq)}CℓO(aq)−​ בתמיסה שהתקבלה. פרטו את חישוביכם.

◂ פתרון מלא לשאלה 11

סעיף א

(1)

תשובה:

Cℓ2\text{C}\ell_2Cℓ2​: 000; HCℓO\text{HC}\ell\text{O}HCℓO: +1+1+1; HCℓ\text{HC}\ellHCℓ: −1-1−1; HCℓO3\text{HC}\ell\text{O}_3HCℓO3​: +5+5+5; Cℓ2O\text{C}\ell_2\text{O}Cℓ2​O: +1+1+1; Cℓ2O7\text{C}\ell_2\text{O}_7Cℓ2​O7​: +7+7+7.

- Cℓ2\text{C}\ell_2Cℓ2​: יסוד – 000.
- HCℓO\text{HC}\ell\text{O}HCℓO: (+1)+x+(−2)=0⇒x=+1(+1) + x + (-2) = 0 \Rightarrow x = +1(+1)+x+(−2)=0⇒x=+1.
- HCℓ\text{HC}\ellHCℓ: (+1)+x=0⇒x=−1(+1) + x = 0 \Rightarrow x = -1(+1)+x=0⇒x=−1.
- HCℓO3\text{HC}\ell\text{O}_3HCℓO3​: (+1)+x+3⋅(−2)=0⇒x=+5(+1) + x + 3\cdot(-2) = 0 \Rightarrow x = +5(+1)+x+3⋅(−2)=0⇒x=+5.
- Cℓ2O\text{C}\ell_2\text{O}Cℓ2​O: 2x+(−2)=0⇒x=+12x + (-2) = 0 \Rightarrow x = +12x+(−2)=0⇒x=+1.
- Cℓ2O7\text{C}\ell_2\text{O}_7Cℓ2​O7​: 2x+7⋅(−2)=0⇒x=+72x + 7\cdot(-2) = 0 \Rightarrow x = +72x+7⋅(−2)=0⇒x=+7.

(2)

תשובה:

Cℓ2\text{C}\ell_2Cℓ2​, HCℓO\text{HC}\ell\text{O}HCℓO, HCℓO3\text{HC}\ell\text{O}_3HCℓO3​, Cℓ2O\text{C}\ell_2\text{O}Cℓ2​O – בהן דרגת החמצון של הכלור בין המזערית (−1-1−1) למרבית (+7+7+7).

לאטום כלור 777 אלקטרוני ערכיות (טור 17). דרגת החמצון המזערית שלו היא −1-1−1 (קבלת אלקטרון אחד משלימה אוקטט), ודרגת החמצון המרבית היא +7+7+7 (כל שבעת אלקטרוני הערכיות "נמסרו").
אטום יכול לעבור חמצון רק אם דרגת החמצון שלו יכולה לעלות, ולעבור חיזור רק אם היא יכולה לרדת. לכן אטום כלור יכול לעבור גם חמצון וגם חיזור כאשר דרגת החמצון שלו גבוהה מ־−1-1−1 ונמוכה מ־+7+7+7:
- Cℓ2\text{C}\ell_2Cℓ2​ (0)(0)(0), HCℓO\text{HC}\ell\text{O}HCℓO (+1)(+1)(+1), HCℓO3\text{HC}\ell\text{O}_3HCℓO3​ (+5)(+5)(+5), Cℓ2O\text{C}\ell_2\text{O}Cℓ2​O (+1)(+1)(+1) – גם חמצון וגם חיזור.
- HCℓ\text{HC}\ellHCℓ (−1)(-1)(−1) – דרגת החמצון המזערית: יכול לעבור חמצון בלבד.
- Cℓ2O7\text{C}\ell_2\text{O}_7Cℓ2​O7​ (+7)(+7)(+7) – דרגת החמצון המרבית: יכול לעבור חיזור בלבד.
טעות נפוצה: להפוך את הכיוונים – אטום בדרגת חמצון מזערית יכול רק להתחמצן (לשמש מחזר), ואטום בדרגה מרבית יכול רק להתחזר (לשמש מחמצן).

סעיף ב

תשובה:

Cℓ2(g)\text{C}\ell_{2(g)}Cℓ2(g)​ הוא גם החומר המחמצן וגם החומר המחזר.

דרגות חמצון בתגובה 1:
- Cℓ2\text{C}\ell_2Cℓ2​: Cℓ\text{C}\ellCℓ (0)(0)(0).
- HCℓO\text{HC}\ell\text{O}HCℓO: Cℓ\text{C}\ellCℓ (+1)(+1)(+1); Cℓ−\text{C}\ell^{-}Cℓ−: (−1)(-1)(−1).
- H\text{H}H (+1)(+1)(+1) ו־O\text{O}O (−2)(-2)(−2) ב־H2O\text{H}_2\text{O}H2​O, ב־H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ וב־HCℓO\text{HC}\ell\text{O}HCℓO – ללא שינוי.
החומר המחזר: Cℓ2(g)\text{C}\ell_{2(g)}Cℓ2(g)​. אטום כלור אחד ממולקולת Cℓ2\text{C}\ell_2Cℓ2​ עובר מדרגת חמצון 000 ל־+1+1+1 (ב־HCℓO\text{HC}\ell\text{O}HCℓO) – הוא מוסר אלקטרון ומתחמצן. החומר שאטומיו מתחמצנים (מוסרים אלקטרונים) הוא המחזר.
החומר המחמצן: Cℓ2(g)\text{C}\ell_{2(g)}Cℓ2(g)​. אטום הכלור השני עובר מדרגת חמצון 000 ל־−1-1−1 (יון Cℓ−\text{C}\ell^{-}Cℓ−) – הוא מקבל אלקטרון ומתחזר. החומר שאטומיו מתחזרים (מקבלים אלקטרונים) הוא המחמצן.
המים אינם מחמצן ואינם מחזר, כי דרגות החמצון של אטומי המימן והחמצן אינן משתנות.
טעות נפוצה: לציין חומר מבין התוצרים (למשל HCℓO\text{HC}\ell\text{O}HCℓO) כמחמצן או כמחזר, או לציין "אטום כלור" במקום את החומר Cℓ2(g)\text{C}\ell_{2(g)}Cℓ2(g)​.

סעיף ג

תשובה:

לא – דרגות החמצון של כל האטומים אינן משתנות.

תגובה 2 אינה תגובת חמצון–חיזור.
•כלור: ב־Cℓ2O\text{C}\ell_2\text{O}Cℓ2​O (+1)(+1)(+1) וב־HCℓO\text{HC}\ell\text{O}HCℓO (+1)(+1)(+1).
•חמצן: (−2)(-2)(−2) בכל החומרים.
•מימן: (+1)(+1)(+1) ב־H2O\text{H}_2\text{O}H2​O וב־HCℓO\text{HC}\ell\text{O}HCℓO.
בתגובת חמצון–חיזור יש מעבר אלקטרונים, המתבטא בשינוי דרגות חמצון. כאן אף דרגת חמצון אינה משתנה, ולכן לא עברו אלקטרונים.

סעיף ד

תשובה:

NaCℓO(s)→H2O(ℓ)Na(aq)++CℓO(aq)−\text{NaC}\ell\text{O}_{(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}} \text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{C}\ell\text{O}^{-}_{(aq)}NaCℓO(s)​H2​O(ℓ)​​Na(aq)+​+CℓO(aq)−​

NaCℓO\text{NaC}\ell\text{O}NaCℓO הוא חומר יוני הבנוי מיוני נתרן Na+\text{Na}^{+}Na+ ומיונים מורכבים תת־כלוריים CℓO−\text{C}\ell\text{O}^{-}CℓO−. בהמסה במים היונים נפרדים ומוקפים במולקולות מים (מתמיימים); היון המורכב CℓO−\text{C}\ell\text{O}^{-}CℓO− נשאר שלם:
NaCℓO(s)→H2O(ℓ)Na(aq)++CℓO(aq)−\text{NaC}\ell\text{O}_{(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}} \text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{C}\ell\text{O}^{-}_{(aq)}NaCℓO(s)​H2​O(ℓ)​​Na(aq)+​+CℓO(aq)−​
טעות נפוצה: לפרק את היון המורכב לאטומים (Cℓ−\text{C}\ell^{-}Cℓ− ו־O\text{O}O), לרשום NaCℓO(aq)\text{NaC}\ell\text{O}_{(aq)}NaCℓO(aq)​ כתוצר (כאילו זה חומר מולקולרי), או לרשום את המים כמגיב במקום מעל החץ.

סעיף ה

תשובה:

0.40 M0.40\ \text{M}0.40 M (0.403 mol/L)

מסה מולרית: Mw(NaCℓO)=23.0+35.5+16.0=74.5 gmolM_w(\text{NaC}\ell\text{O}) = 23.0 + 35.5 + 16.0 = 74.5\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}Mw​(NaCℓO)=23.0+35.5+16.0=74.5 molg​
מספר מולים: n=mMw=30 g74.5 gmol=0.403 moln = \frac{m}{M_w} = \frac{30\ \text{g}}{74.5\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}} = 0.403\ \text{mol}n=Mw​m​=74.5 molg​30 g​=0.403 mol
ריכוז: C=nV=0.403 mol1 L=0.403 molL≈0.40 MC = \frac{n}{V} = \frac{0.403\ \text{mol}}{1\ \text{L}} = 0.403\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \approx 0.40\ \text{M}C=Vn​=1 L0.403 mol​=0.403 Lmol​≈0.40 M
טעות נפוצה: לחשב את הריכוז הכולל של היונים (2⋅0.4032\cdot 0.4032⋅0.403) – השאלה מבקשת את ריכוז התמיסה (ריכוז המומס).

סעיף ו

(1)

תשובה:

284 g284\ \text{g}284 g

יחס המולים לפי תגובה 3: n(Cℓ2):n(OH−)=1:2n(\text{C}\ell_2) : n(\text{OH}^{-}) = 1:2n(Cℓ2​):n(OH−)=1:2
n(Cℓ2)=8 mol2=4 moln(\text{C}\ell_2) = \frac{8\ \text{mol}}{2} = 4\ \text{mol}n(Cℓ2​)=28 mol​=4 mol
Mw(Cℓ2)=2⋅35.5=71.0 gmolM_w(\text{C}\ell_2) = 2\cdot 35.5 = 71.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}Mw​(Cℓ2​)=2⋅35.5=71.0 molg​
m=n⋅Mw=4 mol⋅71.0 gmol=284 gm = n\cdot M_w = 4\ \text{mol} \cdot 71.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}} = 284\ \text{g}m=n⋅Mw​=4 mol⋅71.0 molg​=284 g

(2)

תשובה:

1 M1\ \text{M}1 M

יחס המולים לפי תגובה 3: n(Cℓ2):n(CℓO−)=1:1n(\text{C}\ell_2) : n(\text{C}\ell\text{O}^{-}) = 1:1n(Cℓ2​):n(CℓO−)=1:1, ולכן n(CℓO−)=4 moln(\text{C}\ell\text{O}^{-}) = 4\ \text{mol}n(CℓO−)=4 mol.
נפח התמיסה לא השתנה: V=4 LV = 4\ \text{L}V=4 L.
C(CℓO−)=nV=4 mol4 L=1 molL=1 MC(\text{C}\ell\text{O}^{-}) = \frac{n}{V} = \frac{4\ \text{mol}}{4\ \text{L}} = 1\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} = 1\ \text{M}C(CℓO−)=Vn​=4 L4 mol​=1 Lmol​=1 M

שאלה 12 · שמן שקדים, שמן קוקוס ושמן אתרי

שאלה פתוחה

שימו לב: חלק מהשאלה לא במיקוד תשפ"ז

סעיפים א–ג עוסקים בכימיה של מזון (חומצות שומן, רישום מקוצר, טמפרטורת היתוך, הידרוגנציה, טריגליצרידים) – פרק שאינו נלמד בתשפ"ז. סעיף ד (קבוצות פונקציונליות ומסיסות) בתוך המיקוד.

מבנה וקישור, כימיה של מזון
שמן שקדים ושמן קוקוס הם שמנים המשמשים בין השאר לעיסוי. שמנים אלה מורכבים מטריגליצרידים.
לפניכם נתונים על חומצות השומן המרכיבות את הטריגליצרידים בשמנים האלה.
(נתוני הגרפים: שמן שקדים – C18:0\text{C18}:0C18:0: 1%1\%1%, C18:1ω9cis\text{C18}:1\omega9\text{cis}C18:1ω9cis: 67%67\%67%, C18:2ω6cis\text{C18}:2\omega6\text{cis}C18:2ω6cis: 25%25\%25%, C16:0\text{C16}:0C16:0: 6%6\%6%, C16:1ω7cis\text{C16}:1\omega7\text{cis}C16:1ω7cis: 1%1\%1%. שמן קוקוס – C18:0\text{C18}:0C18:0: 3%3\%3%, C18:1ω9cis\text{C18}:1\omega9\text{cis}C18:1ω9cis: 6%6\%6%, C16:0\text{C16}:0C16:0: 7%7\%7%, C14:0\text{C14}:0C14:0: 19%19\%19%, C12:0\text{C12}:0C12:0: 51%51\%51%, C10:0\text{C10}:0C10:0: 4.5%4.5\%4.5%, C8:0\text{C8}:0C8:0: 9.5%9.5\%9.5%. הציר האנכי: המסה היחסית של חומצת השומן (%)(\%)(%).)

א.

(1)

כתבו את הרישום המקוצר של חומצת השומן הנפוצה ביותר בשמן שקדים,
ואת הרישום המקוצר של חומצת השומן הנפוצה ביותר בשמן קוקוס.

(2)

רשמו את הייצוג המקוצר של נוסחת המבנה של כל אחת מחומצות השומן שכתבתם בתת־סעיף (1).

(3)

רשמו את הנוסחה המולקולרית של כל אחת ממולקולות חומצות השומן שכתבתם בתת־סעיף (1).

(4)

טמפרטורת ההיתוך של חומצת השומן הנפוצה ביותר בשמן שקדים נמוכה מטמפרטורת ההיתוך של חומצת השומן הנפוצה ביותר בשמן קוקוס.
קבעו מהו הגורם העיקרי להבדל זה.

ב.

ביצעו תגובת הידרוגנציה מלאה ל־ 100100100 גרם שמן קוקוס.

(1)

רשמו את הנוסחה המולקולרית של חומצת השומן שהגיבה בתגובת ההידרוגנציה.

(2)

על פי הנתונים בגרף, קבעו מהי מסת החומר שהגיב בתגובת ההידרוגנציה.

(3)

חשבו כמה מול מימן, H2(g)\text{H}_{2(g)}H2(g)​ , נדרשו לתגובת ההידרוגנציה. פרטו את חישוביכם.

ג.

נתון ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של מולקולת טריגליצריד מסוים. טריגליצריד זה עשוי להימצא רק באחד משני השמנים.
קבעו באיזה משני השמנים, שמן שקדים או שמן קוקוס, עשויות להימצא מולקולות של הטריגליצריד הנתון.
הסבירו את קביעתכם.

ד.

בעיסוי ארומטי משתמשים בשמנים כגון שמן קוקוס או שמן שקדים, בתוספת שמנים אתריים.
אחד מן השמנים האתריים האלה מופק מצמח היסמין, והוא מכיל מגוון מולקולות.
לפניכם ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של אחת מן המולקולות המרכיבות שמן אתרי זה, מולקולה A\text{A}A .
מולקולה A

(1)

סרטטו ייצוג מלא לנוסחת המבנה של מולקולה A\text{A}A .

(2)

ציינו את השמות של כל הקבוצות הפונקציונליות במולקולה A\text{A}A .

(3)

הסבירו מדוע למולקולות A\text{A}A יש מסיסות גם במים וגם בשמן קוקוס.

◂ פתרון מלא לשאלה 12

סעיף א

(1)

תשובה:

שמן שקדים: C18:1ω9 cis\text{C18}:1\omega9\ \text{cis}C18:1ω9 cis (67%67\%67%); שמן קוקוס: C12:0\text{C12}:0C12:0 (51%51\%51%).

בגרף של שמן שקדים העמודה הגבוהה ביותר (67%67\%67%) היא של C18:1ω9 cis\text{C18}:1\omega9\ \text{cis}C18:1ω9 cis.
בגרף של שמן קוקוס העמודה הגבוהה ביותר (51%51\%51%) היא של C12:0\text{C12}:0C12:0.

(2)

תשובה:

C12:0\text{C12}:0C12:0: CH3(CH2)10COOH\text{CH}_3(\text{CH}_2)_{10}\text{COOH}CH3​(CH2​)10​COOH; C18:1ω9 cis\text{C18}:1\omega9\ \text{cis}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 בתצורת cis (ראו איור).

- C12:0\text{C12}:0C12:0 – שרשרת רוויה של 121212 אטומי פחמן שבקצה קבוצה קרבוקסילית: CH3(CH2)10COOH\text{CH}_3(\text{CH}_2)_{10}\text{COOH}CH3​(CH2​)10​COOH.
- C18:1ω9 cis\text{C18}:1\omega9\ \text{cis}C18:1ω9 cis – שרשרת של 181818 אטומי פחמן עם קשר כפול אחד. הקשר הכפול מתחיל באטום הפחמן התשיעי מקצה האומגה (קבוצת CH3\text{CH}_3CH3​), כלומר בין C9\text{C9}C9 ל־C10\text{C10}C10 בספירה מהקבוצה הקרבוקסילית: 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. בייצוג הקווי שני חלקי השרשרת נמצאים באותו צד של הקשר הכפול (cis).
טעות נפוצה: לא לצייר את הקשר הכפול בתצורת cis, לטעות במספר אטומי הפחמן או במיקום הקשר הכפול, או לשכוח את אטום המימן של הקבוצה הקרבוקסילית.

(3)

תשובה:

C18:1ω9 cis\text{C18}:1\omega9\ \text{cis}C18:1ω9 cis: C18H34O2\text{C}_{18}\text{H}_{34}\text{O}_2C18​H34​O2​; C12:0\text{C12}:0C12:0: C12H24O2\text{C}_{12}\text{H}_{24}\text{O}_2C12​H24​O2​.

לחומצת שומן רוויה בעלת nnn אטומי פחמן הנוסחה CnH2nO2\text{C}_n\text{H}_{2n}\text{O}_2Cn​H2n​O2​; כל קשר כפול מפחית 222 אטומי מימן.
- C12:0\text{C12}:0C12:0: C12H24O2\text{C}_{12}\text{H}_{24}\text{O}_2C12​H24​O2​.
- C18:1\text{C18}:1C18:1: C18H36−2O2=C18H34O2\text{C}_{18}\text{H}_{36-2}\text{O}_2 = \text{C}_{18}\text{H}_{34}\text{O}_2C18​H36−2​O2​=C18​H34​O2​.

(4)

תשובה:

הקשר הכפול בתצורת cis במולקולות C18:1ω9 cis\text{C18}:1\omega9\ \text{cis}C18:1ω9 cis (חומצה בלתי רוויה לעומת רוויה).

הגורם העיקרי: נוכחות קשר כפול בתצורת cis במולקולת C18:1ω9 cis\text{C18}:1\omega9\ \text{cis}C18:1ω9 cis (לעומת היעדר קשרים כפולים ב־C12:0\text{C12}:0C12:0).
(להרחבה: הקשר הכפול בתצורת cis יוצר "כיפוף" בשרשרת, ולכן המולקולות אינן יכולות להיצמד זו לזו היטב, ושטח המגע ביניהן קטן; כך האינטראקציות הבין־מולקולריות חלשות יותר, למרות ששרשרת הפחמן ארוכה יותר וענן האלקטרונים גדול יותר.)
טעות נפוצה: לבחור באורך השרשרת או בגודל ענן האלקטרונים כגורם העיקרי – גורמים אלה היו גורמים ל־C18:1\text{C18}:1C18:1 להיות בעלת טמפרטורת היתוך גבוהה יותר.

סעיף ב

(1)

תשובה:

C18H34O2\text{C}_{18}\text{H}_{34}\text{O}_2C18​H34​O2​

רק חומצת שומן בלתי רוויה (בעלת קשר כפול C=C\text{C}=\text{C}C=C) מגיבה עם מימן. בשמן קוקוס היחידה היא C18:1ω9 cis\text{C18}:1\omega9\ \text{cis}C18:1ω9 cis, שנוסחתה המולקולרית C18H34O2\text{C}_{18}\text{H}_{34}\text{O}_2C18​H34​O2​.

(2)

תשובה:

666 גרם

לפי הגרף, המסה היחסית של C18:1ω9 cis\text{C18}:1\omega9\ \text{cis}C18:1ω9 cis בשמן קוקוס היא 6%6\%6%:
m=0.06⋅100 g=6 gm = 0.06 \cdot 100\ \text{g} = 6\ \text{g}m=0.06⋅100 g=6 g

(3)

תשובה:

0.021 mol0.021\ \text{mol}0.021 mol

מסה מולרית: Mw(C18H34O2)=18⋅12.0+34⋅1.0+2⋅16.0=282 gmolM_w(\text{C}_{18}\text{H}_{34}\text{O}_2) = 18\cdot 12.0 + 34\cdot 1.0 + 2\cdot 16.0 = 282\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}Mw​(C18​H34​O2​)=18⋅12.0+34⋅1.0+2⋅16.0=282 molg​
מספר מולים של חומצת השומן: n=mMw=6 g282 gmol=0.0213 moln = \frac{m}{M_w} = \frac{6\ \text{g}}{282\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}} = 0.0213\ \text{mol}n=Mw​m​=282 molg​6 g​=0.0213 mol
יחס מולים: במולקולה קשר כפול אחד, ולכן יחס המולים בין חומצת השומן ל־H2\text{H}_2H2​ הוא 1:11:11:1:
C18H34O2+H2→C18H36O2\text{C}_{18}\text{H}_{34}\text{O}_2 + \text{H}_2 \rightarrow \text{C}_{18}\text{H}_{36}\text{O}_2C18​H34​O2​+H2​→C18​H36​O2​
n(H2)=0.0213 mol≈0.021 moln(\text{H}_2) = 0.0213\ \text{mol} \approx 0.021\ \text{mol}n(H2​)=0.0213 mol≈0.021 mol
טעות נפוצה: לחשב לפי 100100100 גרם שמן במקום לפי 666 גרם חומצת השומן הבלתי רוויה, או לכלול את המקדם בחישוב המסה המולרית.

סעיף ג

תשובה:

בשמן שקדים – הטריגליצריד בנוי מ־C18:1ω9 cis\text{C18}:1\omega9\ \text{cis}C18:1ω9 cis ומ־C18:2ω6 cis\text{C18}:2\omega6\ \text{cis}C18:2ω6 cis, וחומצת השומן C18:2ω6 cis\text{C18}:2\omega6\ \text{cis}C18:2ω6 cis נמצאת רק בשמן שקדים.

שמן שקדים.
נזהה את שלושת שיירי חומצות השומן בטריגליצריד (סופרים מאטום הפחמן של קבוצת האסטר, C1\text{C1}C1):
•השייר העליון והתחתון: 181818 אטומי פחמן וקשר כפול אחד בין C9\text{C9}C9 ל־C10\text{C10}C10 בתצורת cis – C18:1ω9 cis\text{C18}:1\omega9\ \text{cis}C18:1ω9 cis.
•השייר האמצעי: 181818 אטומי פחמן ושני קשרים כפולים בתצורת cis (בין C9\text{C9}C9 ל־C10\text{C10}C10 ובין C12\text{C12}C12 ל־C13\text{C13}C13); הקשר הכפול הקרוב לקצה השרשרת מתחיל באטום הפחמן השישי מקצה האומגה – C18:2ω6 cis\text{C18}:2\omega6\ \text{cis}C18:2ω6 cis.
לפי הגרפים, C18:2ω6 cis\text{C18}:2\omega6\ \text{cis}C18:2ω6 cis נמצאת בשמן שקדים (25%25\%25%) ואינה נמצאת כלל בשמן קוקוס. לכן טריגליצריד זה עשוי להימצא רק בשמן שקדים. (גם C18:1ω9 cis\text{C18}:1\omega9\ \text{cis}C18:1ω9 cis נמצאת בשמן שקדים.)

סעיף ד

(1)

תשובה:

ראו איור: כל אטומי הפחמן, החמצן, החנקן והמימן וכל הקשרים מסורטטים.

בייצוג מלא מסרטטים את כל האטומים ואת כל הקשרים:
•טבעת של 666 אטומי פחמן עם שלושה קשרים כפולים לסירוגין; לארבעה מאטומי הפחמן בטבעת קשור אטום מימן אחד.
•לאטום פחמן אחד בטבעת קשור אטום פחמן שקשור בקשר כפול לאטום חמצן ובקשר יחיד לאטום חמצן שני; החמצן השני קשור לאטום פחמן שקשורים אליו 333 אטומי מימן.
•לאטום הפחמן הסמוך בטבעת קשור אטום חנקן, שקשורים אליו 222 אטומי מימן.
בסך הכול: 888 אטומי פחמן, 999 אטומי מימן, אטום חנקן אחד ו־222 אטומי חמצן.

(2)

תשובה:

אסטר ואמין.

•הקבוצה −C(=O)−O−-\text{C}(=\text{O})-\text{O}-−C(=O)−O− (בין טבעת הבנזן לקבוצת המתיל) – אסטר.
•הקבוצה −NH2-\text{NH}_2−NH2​ – אמין (קבוצה אמינית).
טעות נפוצה: לפרק את הקבוצה האסטרית לקבוצות קטנות יותר ("קטון" ו"אתר").

(3)

תשובה:

חלקים קוטביים (אמין, אסטר) יוצרים קשרי מימן עם מולקולות מים; החלק הלא קוטבי (טבעת בנזן, קבוצת CH3\text{CH}_3CH3​) יוצר אינטראקציות ון־דר־ולס עם מולקולות השמן.

מסיסות במים: במולקולה A\text{A}A יש קבוצה אמינית שבה אטומי מימן קשורים לאטום חנקן, ולחנקן זוג אלקטרונים לא קושר; בקבוצה האסטרית יש אטומי חמצן עם זוגות אלקטרונים לא קושרים. לכן בין מולקולות A\text{A}A לבין מולקולות מים יכולים להיווצר קשרי מימן (בין N−H\text{N}-\text{H}N−H של A\text{A}A לזוג לא קושר של חמצן במים, ובין O−H\text{O}-\text{H}O−H של המים לזוגות הלא קושרים של אטומי N\text{N}N ו־O\text{O}O ב־A\text{A}A).
מסיסות בשמן קוקוס: מולקולות השמן (טריגליצרידים) הן בעיקר שרשראות פחמימניות ארוכות, לא קוטביות. במולקולה A\text{A}A יש חלק לא קוטבי גדול – טבעת הבנזן וקבוצת המתיל – ולכן בין מולקולות A\text{A}A לבין מולקולות השמן נוצרות אינטראקציות ון־דר־ולס.
לכן מולקולות A\text{A}A יכולות ליצור אינטראקציות עם מולקולות שני הממסים, ויש להן מסיסות בשניהם.
טעות נפוצה: לתאר קשרים בין חומרים במקום בין מולקולות הממס למולקולות המומס, או לתאר את כל תהליך ההמסה במקום את סוג הקשרים הנוצרים.

שאלה 13 · יצירת אתאן מאצטילן – חוק הס ואנתלפיות קשר

שאלה פתוחה

שימו לב: חלק מהשאלה לא במיקוד תשפ"ז

סעיף ג עוסק באנתלפיות קשר ובגורמים המשפיעים עליהן (התאמת ערכים לקשרים לפי סדר הקשר ורדיוס האטומים, וההסבר להבדלים), וסעיף ד בחישוב ΔH\Delta HΔH מאנתלפיות קשר – שניהם אינם בחומר הנלמד בתשפ"ז. סעיפים א, ב, ה, ו בתוך המיקוד.

מבנה וקישור, אנרגייה
לפניכם תגובות השׂרֵפה של שלושה חומרים וערכי ΔH0\Delta H^0ΔH0 שלהן.
החומרים: מימן, H2(g)\text{H}_{2(g)}H2(g)​ , אצטילן, C2H2(g)\text{C}_2\text{H}_{2(g)}C2​H2(g)​ , אתאן, C2H6(g)\text{C}_2\text{H}_{6(g)}C2​H6(g)​ .
1. H2(g)+12O2(g)→H2O(ℓ)ΔH10=−286kJ\quad \text{H}_{2(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \qquad \Delta H_1^0 = -286\text{kJ}H2(g)​+21​O2(g)​→H2​O(ℓ)​ΔH10​=−286kJ
2. C2H2(g)+212O2(g)→2CO2(g)+H2O(ℓ)ΔH20=−1300kJ\quad \text{C}_2\text{H}_{2(g)} + 2\frac{1}{2}\text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{CO}_{2(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \qquad \Delta H_2^0 = -1300\text{kJ}C2​H2(g)​+221​O2(g)​→2CO2(g)​+H2​O(ℓ)​ΔH20​=−1300kJ
3. C2H6(g)+312O2(g)→2CO2(g)+3H2O(ℓ)ΔH30=−1560kJ\quad \text{C}_2\text{H}_{6(g)} + 3\frac{1}{2}\text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{CO}_{2(g)} + 3\text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \qquad \Delta H_3^0 = -1560\text{kJ}C2​H6(g)​+321​O2(g)​→2CO2(g)​+3H2​O(ℓ)​ΔH30​=−1560kJ
נתון ניסוח תגובה 4 של יצירת אתאן מאצטילן ומימן.
4. C2H2(g)+2H2(g)→C2H6(g)ΔH40=?\quad \text{C}_2\text{H}_{2(g)} + 2\text{H}_{2(g)} \rightarrow \text{C}_2\text{H}_{6(g)} \qquad \Delta H_4^0 = ?C2​H2(g)​+2H2(g)​→C2​H6(g)​ΔH40​=?

א.

חשבו את הערך של ΔH40\Delta H_4^0ΔH40​ .

ב.

(1)

סרטטו ייצוג מלא לנוסחת המבנה של מולקולת C2H2\text{C}_2\text{H}_2C2​H2​ , וייצוג מלא לנוסחת המבנה של מולקולת C2H6\text{C}_2\text{H}_6C2​H6​ .

(2)

רשמו את שלושת סוגי הקשרים הקוולנטיים שאטום הפחמן יוצר במולקולות האלה.

ג.

בטבלה שלפניכם נתונים ערכי אנתלפיית הקשר של סוגי הקשרים במולקולות המשתתפות בתגובה 4.
אנתלפיית הקשר (kJmol)\left(\frac{\text{kJ}}{\text{mol}}\right)(molkJ​)436436436346346346413413413835835835
סימול אנתלפיית הקשרΔH(H−H)\Delta H_{(\text{H}-\text{H})}ΔH(H−H)​
הקשר הקוולנטיH−H\text{H}-\text{H}H−H
(בגיליון הבחינה התאים הריקים מסומנים "העתיקו למחברת".)

(1)

העתיקו את הטבלה למחברת הבחינה.
השלימו בטבלה את הנתונים במשבצות הריקות. הקפידו להתאים לכל ערך את הקשר המתאים.

(2)

בחרו בשניים מן הקשרים שיוצר אטום הפחמן שרשמתם בטבלה, וציינו את הגורם או הגורמים להבדל בין ערכי אנתלפיות הקשר שלהם.

ד.

רשמו את הביטוי לחישוב ΔH40\Delta H_4^0ΔH40​ בעזרת סימולי אנתלפיות קשר, בלי לחשב את ערכו.

ה.

לפניכם ארבע דיאגרמות אנרגייה a\text{a}a , b\text{b}b , c\text{c}c ו־ d\text{d}d .
קבעו איזו מן הדיאגרמות a\text{a}a , b\text{b}b , c\text{c}c , d\text{d}d מתארת בצורה נכונה את שינוי האנרגייה בתהליך האידוי של אתאן.
נמקו את קביעתכם. בנימוק התייחסו לאינטראקציות בין החלקיקים.

ו.

סרטטו במחברת את דיאגרמת האנרגייה המתאימה לתגובה 444 . כתבו בדיאגרמה שסרטטתם במחברת את הערך המתאים של ΔH40\Delta H_4^0ΔH40​ .

◂ פתרון מלא לשאלה 13

סעיף א

תשובה:

ΔH40=−312 kJ\Delta H_4^0 = -312\ \text{kJ}ΔH40​=−312 kJ

לפי חוק הס, מסדרים את התגובות הנתונות כך שסכומן ייתן את תגובה 4:
•תגובה 2 כפי שהיא (אצטילן במגיבים): C2H2(g)+212O2(g)→2CO2(g)+H2O(ℓ)\text{C}_2\text{H}_{2(g)} + 2\frac{1}{2}\text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{CO}_{2(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(\ell)}C2​H2(g)​+221​O2(g)​→2CO2(g)​+H2​O(ℓ)​ ΔH=−1300 kJ\quad \Delta H = -1300\ \text{kJ}ΔH=−1300 kJ
•תגובה 1 כפול 222 (שני מול מימן במגיבים): 2H2(g)+O2(g)→2H2O(ℓ)2\text{H}_{2(g)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}2H2(g)​+O2(g)​→2H2​O(ℓ)​ ΔH=2⋅(−286)=−572 kJ\quad \Delta H = 2\cdot(-286) = -572\ \text{kJ}ΔH=2⋅(−286)=−572 kJ
•תגובה 3 הפוכה (אתאן בתוצרים): 2CO2(g)+3H2O(ℓ)→C2H6(g)+312O2(g)2\text{CO}_{2(g)} + 3\text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow \text{C}_2\text{H}_{6(g)} + 3\frac{1}{2}\text{O}_{2(g)}2CO2(g)​+3H2​O(ℓ)​→C2​H6(g)​+321​O2(g)​ ΔH=+1560 kJ\quad \Delta H = +1560\ \text{kJ}ΔH=+1560 kJ
בחיבור התגובות מצטמצמים 312 O23\frac{1}{2}\ \text{O}_2321​ O2​, 2 CO22\ \text{CO}_22 CO2​ ו־3 H2O3\ \text{H}_2\text{O}3 H2​O, ומתקבלת תגובה 4:
ΔH40=ΔH20+2ΔH10−ΔH30=−1300 kJ+(−572 kJ)+1560 kJ=−312 kJ\Delta H_4^0 = \Delta H_2^0 + 2\Delta H_1^0 - \Delta H_3^0 = -1300\ \text{kJ} + (-572\ \text{kJ}) + 1560\ \text{kJ} = -312\ \text{kJ}ΔH40​=ΔH20​+2ΔH10​−ΔH30​=−1300 kJ+(−572 kJ)+1560 kJ=−312 kJ
טעות נפוצה: לשכוח להכפיל את ΔH10\Delta H_1^0ΔH10​ ב־222 או להפוך את הסימן של ΔH30\Delta H_3^0ΔH30​ כשהופכים את תגובה 3.

סעיף ב

(1)

תשובה:

ראו איור.

- אצטילן, C2H2\text{C}_2\text{H}_2C2​H2​: H−C≡C−H\text{H}-\text{C}\equiv\text{C}-\text{H}H−C≡C−H – קשר משולש בין שני אטומי הפחמן, וכל אטום פחמן קשור בקשר יחיד לאטום מימן (מולקולה קווית).
- אתאן, C2H6\text{C}_2\text{H}_6C2​H6​: קשר יחיד בין שני אטומי הפחמן, ולכל אטום פחמן קשורים שלושה אטומי מימן בקשרים יחידים.
בכל מקרה לכל אטום פחמן ארבעה קשרים.

(2)

תשובה:

C−H\text{C}-\text{H}C−H (קשר יחיד), C−C\text{C}-\text{C}C−C (קשר יחיד), C≡C\text{C}\equiv\text{C}C≡C (קשר משולש).

•קשר יחיד C−H\text{C}-\text{H}C−H (בשתי המולקולות);
•קשר יחיד C−C\text{C}-\text{C}C−C (באתאן);
•קשר משולש C≡C\text{C}\equiv\text{C}C≡C (באצטילן).

סעיף ג

(1)

תשובה:

835835835: ΔH(C≡C)\Delta H_{(\text{C}\equiv\text{C})}ΔH(C≡C)​; 413413413: ΔH(C−H)\Delta H_{(\text{C}-\text{H})}ΔH(C−H)​; 346346346: ΔH(C−C)\Delta H_{(\text{C}-\text{C})}ΔH(C−C)​.

אנתלפיית הקשר (kJmol)\left(\frac{\text{kJ}}{\text{mol}}\right)(molkJ​)436436436346346346413413413835835835
סימול אנתלפיית הקשרΔH(H−H)\Delta H_{(\text{H}-\text{H})}ΔH(H−H)​ΔH(C−C)\Delta H_{(\text{C}-\text{C})}ΔH(C−C)​ΔH(C−H)\Delta H_{(\text{C}-\text{H})}ΔH(C−H)​ΔH(C≡C)\Delta H_{(\text{C}\equiv\text{C})}ΔH(C≡C)​
הקשר הקוולנטיH−H\text{H}-\text{H}H−HC−C\text{C}-\text{C}C−CC−H\text{C}-\text{H}C−HC≡C\text{C}\equiv\text{C}C≡C
נימוק: הקשר המשולש C≡C\text{C}\equiv\text{C}C≡C (שלושה זוגות אלקטרונים קושרים) הוא החזק ביותר – 835835835. מבין הקשרים היחידים, קשר C−H\text{C}-\text{H}C−H חזק יותר מקשר C−C\text{C}-\text{C}C−C, כי רדיוס אטום המימן קטן, הקשר קצר יותר וזוג האלקטרונים הקושר קרוב יותר לגרעינים ונמשך אליהם חזק יותר – לכן 413413413 ל־C−H\text{C}-\text{H}C−H ו־346346346 ל־C−C\text{C}-\text{C}C−C.

אנתלפיית הקשר $\left(\frac{\text{kJ}}{\text{mol}}\right)$	$436$	$346$	$413$	$835$
סימול אנתלפיית הקשר	$\Delta H_{(\text{H}-\text{H})}$	$\Delta H_{(\text{C}-\text{C})}$	$\Delta H_{(\text{C}-\text{H})}$	$\Delta H_{(\text{C}\equiv\text{C})}$
הקשר הקוולנטי	$\text{H}-\text{H}$	$\text{C}-\text{C}$	$\text{C}-\text{H}$	$\text{C}\equiv\text{C}$

(2)

תשובה:

למשל: C≡C\text{C}\equiv\text{C}C≡C (835835835) לעומת C−C\text{C}-\text{C}C−C (346346346) – סדר הקשר: בקשר משולש שלושה זוגות אלקטרונים קושרים ובקשר יחיד זוג אחד.

אפשרות 1 – C≡C\text{C}\equiv\text{C}C≡C לעומת C−C\text{C}-\text{C}C−C: הגורם הוא סדר הקשר (מספר זוגות האלקטרונים הקושרים). בקשר המשולש שלושה זוגות אלקטרונים קושרים, הנמשכים אל שני הגרעינים, ובקשר היחיד – זוג אחד; לכן אנתלפיית הקשר של C≡C\text{C}\equiv\text{C}C≡C (835 kJmol835\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}835 molkJ​) גדולה בהרבה משל C−C\text{C}-\text{C}C−C (346 kJmol346\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}346 molkJ​).
אפשרות 2 – C−H\text{C}-\text{H}C−H לעומת C−C\text{C}-\text{C}C−C: שני הקשרים יחידים. הגורם הוא רדיוס האטומים הקשורים (אורך הקשר): רדיוס אטום המימן קטן מרדיוס אטום הפחמן, ולכן קשר C−H\text{C}-\text{H}C−H קצר יותר, זוג האלקטרונים הקושר קרוב יותר לגרעינים ונמשך חזק יותר – אנתלפיית הקשר גדולה יותר (413413413 לעומת 346 kJmol346\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}346 molkJ​).
אפשרות 3 – C≡C\text{C}\equiv\text{C}C≡C לעומת C−H\text{C}-\text{H}C−H: הגורם העיקרי הוא סדר הקשר (משולש לעומת יחיד), שהשפעתו גדולה מהשפעת הבדל הרדיוסים.
טעות נפוצה: לציין אלקטרושליליות או קוטביות כגורם העיקרי. כשמשווים קשר משולש לקשר יחיד – סדר הקשר הוא הגורם המשמעותי ביותר.

סעיף ד

תשובה:

ΔH40=[ΔH(C≡C)+2ΔH(C−H)+2ΔH(H−H)]−[ΔH(C−C)+6ΔH(C−H)]\Delta H_4^0 = [\Delta H_{(\text{C}\equiv\text{C})} + 2\Delta H_{(\text{C}-\text{H})} + 2\Delta H_{(\text{H}-\text{H})}] - [\Delta H_{(\text{C}-\text{C})} + 6\Delta H_{(\text{C}-\text{H})}]ΔH40​=[ΔH(C≡C)​+2ΔH(C−H)​+2ΔH(H−H)​]−[ΔH(C−C)​+6ΔH(C−H)​]

ΔH\Delta HΔH של תגובה = סכום אנתלפיות הקשרים הנשברים במגיבים פחות סכום אנתלפיות הקשרים הנוצרים בתוצרים.
•קשרים נשברים: במולקולת C2H2\text{C}_2\text{H}_2C2​H2​ – קשר C≡C\text{C}\equiv\text{C}C≡C אחד ו־222 קשרי C−H\text{C}-\text{H}C−H; בשתי מולקולות H2\text{H}_2H2​ – 222 קשרי H−H\text{H}-\text{H}H−H.
•קשרים נוצרים: במולקולת C2H6\text{C}_2\text{H}_6C2​H6​ – קשר C−C\text{C}-\text{C}C−C אחד ו־666 קשרי C−H\text{C}-\text{H}C−H.
ΔH40=[ΔH(C≡C)+2ΔH(C−H)+2ΔH(H−H)]−[ΔH(C−C)+6ΔH(C−H)]\Delta H_4^0 = [\Delta H_{(\text{C}\equiv\text{C})} + 2\Delta H_{(\text{C}-\text{H})} + 2\Delta H_{(\text{H}-\text{H})}] - [\Delta H_{(\text{C}-\text{C})} + 6\Delta H_{(\text{C}-\text{H})}]ΔH40​=[ΔH(C≡C)​+2ΔH(C−H)​+2ΔH(H−H)​]−[ΔH(C−C)​+6ΔH(C−H)​]
ובצורה מצומצמת: ΔH40=ΔH(C≡C)+2ΔH(H−H)−ΔH(C−C)−4ΔH(C−H)\Delta H_4^0 = \Delta H_{(\text{C}\equiv\text{C})} + 2\Delta H_{(\text{H}-\text{H})} - \Delta H_{(\text{C}-\text{C})} - 4\Delta H_{(\text{C}-\text{H})}ΔH40​=ΔH(C≡C)​+2ΔH(H−H)​−ΔH(C−C)​−4ΔH(C−H)​
טעות נפוצה: להציב מיד ערכים מספריים בלי לרשום ביטוי, או לטעות במספר הקשרים הנשברים והנוצרים.

סעיף ה

תשובה:

דיאגרמה a\text{a}a.

דיאגרמה a\text{a}a נכונה. תהליך האידוי: C2H6(ℓ)→C2H6(g)\text{C}_2\text{H}_{6(\ell)} \rightarrow \text{C}_2\text{H}_{6(g)}C2​H6(ℓ)​→C2​H6(g)​.
באידוי מתרחקות מולקולות האתאן זו מזו, ונשברות האינטראקציות ון־דר־ולס בין המולקולות (הקשרים הקוולנטיים בתוך המולקולות אינם נשברים). שבירת אינטראקציות דורשת השקעת אנרגייה, ולכן האידוי הוא תהליך אנדותרמי (ΔH>0\Delta H > 0ΔH>0): האנתלפיה של האתאן הגזי גבוהה מזו של האתאן הנוזלי. בדיאגרמה a\text{a}a המצב ההתחלתי C2H6(ℓ)\text{C}_2\text{H}_{6(\ell)}C2​H6(ℓ)​ למטה, המצב הסופי C2H6(g)\text{C}_2\text{H}_{6(g)}C2​H6(g)​ למעלה, והחץ פונה מעלה.
למה האחרות שגויות:
- b\text{b}b: הגז מוצג באנתלפיה נמוכה מהנוזל – שגוי; החץ מתאר מעבר מגז לנוזל, שאינו אידוי.
- c\text{c}c: מתארת את התגובה ההפוכה לתגובה 4 (פירוק אתאן לאצטילן ומימן) – שינוי כימי ולא תהליך אידוי.
- d\text{d}d: מתארת עיבוי (גז → נוזל), תהליך אקסותרמי – ההפך מאידוי.
טעות נפוצה: להסביר שבאידוי "נשברים קשרים" בלי לציין שמדובר באינטראקציות בין המולקולות ולא בקשרים הקוולנטיים שבתוכן.

סעיף ו

תשובה:

המגיבים C2H2(g)+2H2(g)\text{C}_2\text{H}_{2(g)} + 2\text{H}_{2(g)}C2​H2(g)​+2H2(g)​ למעלה, התוצר C2H6(g)\text{C}_2\text{H}_{6(g)}C2​H6(g)​ למטה, חץ כלפי מטה: ΔH40=−312 kJ\Delta H_4^0 = -312\ \text{kJ}ΔH40​=−312 kJ.

התגובה אקסותרמית (ΔH40=−312 kJ\Delta H_4^0 = -312\ \text{kJ}ΔH40​=−312 kJ, מסעיף א), ולכן האנתלפיה של התוצרים נמוכה מזו של המגיבים:
•ציר אנכי: אנתלפיה, H (kJ)H\ (\text{kJ})H (kJ).
•קו עליון: C2H2(g)+2H2(g)\text{C}_2\text{H}_{2(g)} + 2\text{H}_{2(g)}C2​H2(g)​+2H2(g)​; קו תחתון: C2H6(g)\text{C}_2\text{H}_{6(g)}C2​H6(g)​.
•חץ מהקו העליון אל הקו התחתון (כלפי מטה), ולידו ΔH40=−312 kJ\Delta H_4^0 = -312\ \text{kJ}ΔH40​=−312 kJ.
טעות נפוצה: לסרטט גרף של אנתלפיה כתלות במהלך התגובה (עם "גבעה") במקום דיאגרמת רמות, או לא לרשום את מצבי הצבירה והיחידות.

שאלה 14 · זיהוי מוצקים לבנים בעזרת אינדיקטור מי כרוב

שאלה פתוחה

חומצות ובסיסים
תלמידים התבקשו לזהות ארבעה חומרים מוצקים קלי תמס שצבעם לבן. החומרים המוצקים סומנו באותיות A\text{A}A , B\text{B}B , C\text{C}C , D\text{D}D .
התלמידים ערכו שני ניסויים כדי לזהות את החומרים המוצקים.
ניסוי 1
התלמידים קיבלו תמיסות שקופות וחסרות צבע בריכוז 1M1\text{M}1M של כל אחד מן החומרים A\text{A}A , B\text{B}B , C\text{C}C , D\text{D}D .
לכל אחת מן התמיסות הם הוסיפו כמה טיפות של האינדיקטור מי כרוב.
צבעי התמיסות שהתקבלו בניסוי 1 מוצגים בטבלה שלפניכם.
תוצאות ניסוי 1
המומסמוצק Aמוצק Bמוצק Cמוצק D
צבע התמיסה לאחר הוספת מי כרובכחול־סגולירוקאדוםצהוב
בטבלה שלפניכם מוצגים צבעים של האינדיקטור מי כרוב בערכי pH\text{pH}pH שונים.
צבעים של האינדיקטור מי כרוב בערכי pH שונים
pH 14pH 12pH 10pH 7pH 4pH 2pH 0
מי כרובצהובירוקירוקכחול־סגולורודאדוםאדום

המומס	מוצק A	מוצק B	מוצק C	מוצק D
צבע התמיסה לאחר הוספת מי כרוב	כחול־סגול	ירוק	אדום	צהוב

	pH 14	pH 12	pH 10	pH 7	pH 4	pH 2	pH 0
מי כרוב	צהוב	ירוק	ירוק	כחול־סגול	ורוד	אדום	אדום

א.

על פי תוצאות ניסוי 1, מיינו את תמיסות החומרים A\text{A}A , B\text{B}B , C\text{C}C , D\text{D}D לשלוש קבוצות: תמיסות חומציות, תמיסות בסיסיות, תמיסות שאינן חומציות ואינן בסיסיות. הסבירו את תשובתכם.

ב.

נתונים ארבעת החומרים שהתלמידים התבקשו לזהות:
•נתרן כלורי, NaCℓ(s)\text{NaC}\ell_{(s)}NaCℓ(s)​
•נתרן הידרוקסידי, NaOH(s)\text{NaOH}_{(s)}NaOH(s)​
•נתרן מימן פחמתי, NaHCO3(s)\text{NaHCO}_{3(s)}NaHCO3(s)​
•נתרן מימן גופרתי, NaHSO4(s)\text{NaHSO}_{4(s)}NaHSO4(s)​
חומרים אלה הם תרכובות יוניות.
נסחו את תגובות ההמסה במים של NaCℓ(s)\text{NaC}\ell_{(s)}NaCℓ(s)​ ושל NaOH(s)\text{NaOH}_{(s)}NaOH(s)​ .

ג.

נתון ניסוח נטו של תגובה:
1.HSO4(aq)−+H2O(ℓ)→H3O(aq)++SO4(aq)2−1.\quad \text{HSO}^{-}_{4(aq)} + \text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{SO}^{2-}_{4(aq)}1.HSO4(aq)−​+H2​O(ℓ)​→H3​O(aq)+​+SO4(aq)2−​
מבין החומרים שהתלמידים התבקשו לזהות, רשמו את נוסחת החומר שתמיסתו חומצית. הסבירו את תשובתכם.

ד.

ניסוי 2
לכל אחת מן התמיסות הבסיסיות הוסיפו תמיסת HCℓ(aq)\text{HC}\ell_{(aq)}HCℓ(aq)​ . הצבע של כל אחת מן התמיסות האלה השתנה.

(1)

הסבירו מדוע השתנה הצבע של התמיסות הבסיסיות.

(2)

האם אפשר לקבוע מהו צבע התמיסות שהתקבלו בסוף ניסוי 2? הסבירו את תשובתכם.

ה.

במהלך הוספת תמיסת HCℓ(aq)\text{HC}\ell_{(aq)}HCℓ(aq)​ נפלט גז מאחת התמיסות הבסיסיות, שצבעה היה ירוק בניסוי 1.
נתון ניסוח נטו של תגובה:
2.HCO3(aq)−+H3O(aq)+→CO2(g)+2H2O(ℓ)2.\quad \text{HCO}^{-}_{3(aq)} + \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} \rightarrow \text{CO}_{2(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}2.HCO3(aq)−​+H3​O(aq)+​→CO2(g)​+2H2​O(ℓ)​
קבעו מהו החומר שהומס בתמיסה שממנה נפלט הגז.

ו.

קבעו את הסימון המתאים – A\text{A}A , B\text{B}B , C\text{C}C , D\text{D}D – לכל אחד מן החומרים המוצקים שזיהו התלמידים.
הסבירו את כל הקביעות.

◂ פתרון מלא לשאלה 14

סעיף א

תשובה:

חומצית: C\text{C}C; בסיסיות: B\text{B}B, D\text{D}D; לא חומצית ולא בסיסית: A\text{A}A.

משווים את צבע כל תמיסה לטבלת צבעי מי הכרוב:
- C\text{C}C – אדום: מי כרוב אדומים ב־pH\text{pH}pH 000–222, כלומר pH<7\text{pH} < 7pH<7 – תמיסה חומצית.
- B\text{B}B – ירוק: מי כרוב ירוקים ב־pH\text{pH}pH 101010–121212, כלומר pH>7\text{pH} > 7pH>7 – תמיסה בסיסית.
- D\text{D}D – צהוב: מי כרוב צהובים ב־pH=14\text{pH} = 14pH=14, כלומר pH>7\text{pH} > 7pH>7 – תמיסה בסיסית.
- A\text{A}A – כחול־סגול: מי כרוב כחולים־סגולים ב־pH=7\text{pH} = 7pH=7 – תמיסה שאינה חומצית ואינה בסיסית (נייטרלית).
טעות נפוצה: להחליף בין התחומים – תמיסה חומצית היא pH<7\text{pH} < 7pH<7 ותמיסה בסיסית pH>7\text{pH} > 7pH>7.

סעיף ב

תשובה:

NaCℓ(s)→H2O(ℓ)Na(aq)++Cℓ(aq)−\text{NaC}\ell_{(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}} \text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{C}\ell^{-}_{(aq)}NaCℓ(s)​H2​O(ℓ)​​Na(aq)+​+Cℓ(aq)−​;  NaOH(s)→H2O(ℓ)Na(aq)++OH(aq)−\ \text{NaOH}_{(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}} \text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)} NaOH(s)​H2​O(ℓ)​​Na(aq)+​+OH(aq)−​

שני החומרים יוניים; בהמסה במים היונים נפרדים ומוקפים במולקולות מים. המים משמשים ממס, ולכן נרשמים מעל החץ:
NaCℓ(s)→H2O(ℓ)Na(aq)++Cℓ(aq)−\text{NaC}\ell_{(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}} \text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{C}\ell^{-}_{(aq)}NaCℓ(s)​H2​O(ℓ)​​Na(aq)+​+Cℓ(aq)−​
NaOH(s)→H2O(ℓ)Na(aq)++OH(aq)−\text{NaOH}_{(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}} \text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}NaOH(s)​H2​O(ℓ)​​Na(aq)+​+OH(aq)−​
טעות נפוצה: לרשום את המים כמגיב (כאילו זו תגובה של חומצה או בסיס עם מים), או לא לרשום מצבי צבירה.

סעיף ג

תשובה:

NaHSO4(s)\text{NaHSO}_{4(s)}NaHSO4(s)​

החומר: NaHSO4(s)\text{NaHSO}_{4(s)}NaHSO4(s)​.
בהמסה במים: NaHSO4(s)→H2O(ℓ)Na(aq)++HSO4(aq)−\text{NaHSO}_{4(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}} \text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{HSO}^{-}_{4(aq)}NaHSO4(s)​H2​O(ℓ)​​Na(aq)+​+HSO4(aq)−​.
לפי תגובה 1, היון HSO4−\text{HSO}_4^{-}HSO4−​ מוסר פרוטון למולקולת מים (משמש חומצה), ונוצרים יוני הידרוניום, H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}H3​O(aq)+​. עלייה בריכוז יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ בתמיסה הופכת אותה לחומצית (pH<7\text{pH} < 7pH<7).
טעות נפוצה: לרשום את נוסחת היון HSO4−\text{HSO}_4^{-}HSO4−​ במקום את נוסחת החומר NaHSO4(s)\text{NaHSO}_{4(s)}NaHSO4(s)​ (עם מצב הצבירה).

סעיף ד

(1)

תשובה:

תגובת סתירה: H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ מה־HCℓ\text{HC}\ellHCℓ מגיב עם הבסיס, ריכוז OH−\text{OH}^{-}OH− קטן, ה־pH\text{pH}pH יורד – וצבע מי הכרוב תלוי ב־pH\text{pH}pH.

תמיסת HCℓ(aq)\text{HC}\ell_{(aq)}HCℓ(aq)​ מכילה יוני H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}H3​O(aq)+​. כשמוסיפים אותה לתמיסה בסיסית מתרחשת תגובת סתירה, למשל:
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)​
(ובתמיסת NaHCO3\text{NaHCO}_3NaHCO3​: HCO3(aq)−+H3O(aq)+→CO2(g)+2H2O(ℓ)\text{HCO}^{-}_{3(aq)} + \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} \rightarrow \text{CO}_{2(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}HCO3(aq)−​+H3​O(aq)+​→CO2(g)​+2H2​O(ℓ)​).
בתגובה הבסיס נצרך, ריכוז יוני OH−\text{OH}^{-}OH− בתמיסה קטן (וריכוז H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ גדל), ולכן ה־pH\text{pH}pH יורד. צבע האינדיקטור מי כרוב תלוי ב־pH\text{pH}pH, ולכן הצבע משתנה.

(2)

תשובה:

לא.

לא ניתן לקבוע. בשאלה לא נתונים הריכוז והנפח של תמיסת HCℓ\text{HC}\ellHCℓ שהוספה, ולכן לא ידוע מספר המולים של H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ שהוסף ביחס למספר המולים של הבסיס בכל תמיסה. אם נוסף מעט חומצה – התמיסה תישאר בסיסית; אם נוספה כמות שווה בדיוק – התמיסה תהיה נייטרלית; ואם נוסף עודף – התמיסה תהיה חומצית. לכן ה־pH\text{pH}pH הסופי, ובעקבותיו הצבע, אינם ידועים.
טעות נפוצה: לקבוע "התמיסה תהיה אדומה/נייטרלית" בלי להתבסס על נתוני השאלה.

סעיף ה

תשובה:

NaHCO3(s)\text{NaHCO}_{3(s)}NaHCO3(s)​ (נתרן מימן פחמתי).

לפי תגובה 2, הגז CO2\text{CO}_2CO2​ נוצר בתגובה של יוני HCO3−\text{HCO}_3^{-}HCO3−​ עם יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+. יוני HCO3−\text{HCO}_3^{-}HCO3−​ מתקבלים בהמסת נתרן מימן פחמתי, NaHCO3(s)\text{NaHCO}_{3(s)}NaHCO3(s)​:
NaHCO3(s)→H2O(ℓ)Na(aq)++HCO3(aq)−\text{NaHCO}_{3(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}} \text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{HCO}^{-}_{3(aq)}NaHCO3(s)​H2​O(ℓ)​​Na(aq)+​+HCO3(aq)−​.
טעות נפוצה: לרשום את נוסחת היון במקום את נוסחת החומר עם מצב הצבירה.

סעיף ו

תשובה:

A\text{A}A – NaCℓ\text{NaC}\ellNaCℓ; B\text{B}B – NaHCO3\text{NaHCO}_3NaHCO3​; C\text{C}C – NaHSO4\text{NaHSO}_4NaHSO4​; D\text{D}D – NaOH\text{NaOH}NaOH.

- C\text{C}C = NaHSO4(s)\text{NaHSO}_{4(s)}NaHSO4(s)​: תמיסת C\text{C}C היא היחידה החומצית (אדומה), ולפי סעיף ג תמיסת NaHSO4\text{NaHSO}_4NaHSO4​ היא החומצית (יוני HSO4−\text{HSO}_4^{-}HSO4−​ מוסרים פרוטון למים ויוצרים H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+).
- B\text{B}B = NaHCO3(s)\text{NaHCO}_{3(s)}NaHCO3(s)​: תמיסת B\text{B}B ירוקה (בסיסית), ולפי סעיף ה מהתמיסה הירוקה נפלט גז CO2\text{CO}_2CO2​ עם הוספת HCℓ\text{HC}\ellHCℓ – תגובה של יוני HCO3−\text{HCO}_3^{-}HCO3−​.
- D\text{D}D = NaOH(s)\text{NaOH}_{(s)}NaOH(s)​: תמיסת D\text{D}D צהובה, כלומר pH=14\text{pH} = 14pH=14. בתמיסת NaOH\text{NaOH}NaOH בריכוז 1M1\text{M}1M ריכוז יוני OH−\text{OH}^{-}OH− הוא 1M1\text{M}1M (בסיס חזק, לפי תגובת ההמסה בסעיף ב), ולכן זו התמיסה הבסיסית ביותר. תמיסת NaHCO3\text{NaHCO}_3NaHCO3​ בסיסית פחות (pH\text{pH}pH 101010–121212, ירוק).
- A\text{A}A = NaCℓ(s)\text{NaC}\ell_{(s)}NaCℓ(s)​: תמיסת A\text{A}A כחולה־סגולה, pH=7\text{pH} = 7pH=7. בתמיסת NaCℓ\text{NaC}\ellNaCℓ יש יוני Na+\text{Na}^{+}Na+ ו־Cℓ−\text{C}\ell^{-}Cℓ− שאינם מגיבים עם מים ואינם יוצרים H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ או OH−\text{OH}^{-}OH−, ולכן התמיסה אינה חומצית ואינה בסיסית.

טבלת התשובות

שאלה	סעיף	תשובה
1	-	ד – מגנזיום כלורי הוא חומר יוני הבנוי מיוני $\text{Mg}^{2+}$ ומיוני $\text{C}\ell^{-}$ .
2	-	ג – ל־ $\text{Z}$ הרדיוס הקטן ביותר, ולכן הוא הימני ביותר במחזור ויש לו הכי הרבה אלקטרוני ערכיות.
3	-	ד – בין מולקולות פרופאנול נוצרים קשרי מימן (קבוצת $\text{O}-\text{H}$ ), ובין מולקולות פרופאנל לא.
4	-	ד – $0.08$ מול יונים.
5	-	ב – תמיסת $\text{HNO}_3$ בריכוז $0.2\text{M}$ : $0.02$ מול $\text{H}_3\text{O}^{+}$ סותרים בדיוק $0.02$ מול $\text{OH}^{-}$ .
6	-	ג – דרגת החמצון של אטומי החמצן ירדה מ־ $0$ ל־ $-2$ , כלומר הם עברו חיזור.
7	-	א – לחומצה הגונדואית הרישום $\text{C20}:1\omega9\ \text{cis}$ ; לחומצה $\text{C20}:1\omega7\ \text{cis}$ אותה נוסחה מולקולרית ( $\text{C}_{20}\text{H}_{38}\text{O}_2$ ) ומבנה שונה – ולכן היא איזומר שלה.
8	-	ב – הגדלת ריכוז המגיב מגבירה את קצב התגובה.
9	א 1	$90$
	א 2	$231$
	א 3	$\text{Th}$
	ב	נוסחאות: $\text{H}_2\text{O}$ , $\text{CH}_4$ , $\text{CH}_2\text{O}$ , $\text{H}_2$ , $\text{NH}_3$ , $\text{HCN}$ . קוטביות: $\text{H}_2\text{O}$ קוטבית, $\text{CH}_4$ לא קוטבית, $\text{CH}_2\text{O}$ קוטבית, $\text{H}_2$ לא קוטבית, $\text{NH}_3$ קוטבית, $\text{HCN}$ קוטבית.
	ג 1	כן. דרגת החמצון של אטומי המימן שיוצרים $\text{H}_2$ יורדת מ־ $+1$ ל־ $0$ (הם עוברים חיזור); אטומי המימן שנשארים ב־ $\text{CH}_2\text{O}$ נשארים ב־ $+1$ .
	ג 2	לא משתנה: $-2$ ב־ $\text{H}_2\text{O}$ וגם $-2$ ב־ $\text{CH}_2\text{O}$ .
	ד	קבוצה אמינית (אמין, $-\text{NH}_2$ ) וקבוצה קרבוקסילית (חומצה קרבוקסילית, $-\text{COOH}$ ).
	ה	איור 1.
	ו	$6.02\times 10^{20}$ מולקולות גליצין.
	ז	תגובות 1 ו־2 הן תגובות אנדותרמיות ( $\Delta H^0 > 0$ ), ולכן כדי שיתרחשו (וייווצרו המגיבים לתגובה 3) יש לספק להן אנרגייה כל הזמן.
	ח	יונים (יונים ניידים, חיוביים ושליליים).
10	א	$2\text{CuO}_{(s)} + \text{C}_{(s)} \rightarrow 2\text{Cu}_{(s)} + \text{CO}_{2(g)}$
	ב	הופעת מוצק בצבע אדום־כתום (נחושת) במקום המוצקים השחורים (או: שחרור גז – בועות).
	ג	$\text{A}$ – נחושת, $\text{Cu}_{(s)}$ ; $\text{B}$ – נחושת חמצנית, $\text{CuO}_{(s)}$ .
	ד	נחושת: בסריג המתכתי יש אלקטרונים ניידים (בלתי מאותרים) גם במוצק וגם בנוזל, ולכן היא מוליכה בשני המצבים. (או: $\text{CuO}$ – במוצק היונים אינם ניידים, בנוזל הם ניידים.)
	ה	כ־ $5.79\times 10^{3}$ מול $\text{CO}_2$ (5786 מול).
	ו	איור 3.
11	א 1	$\text{C}\ell_2$ : $0$ ; $\text{HC}\ell\text{O}$ : $+1$ ; $\text{HC}\ell$ : $-1$ ; $\text{HC}\ell\text{O}_3$ : $+5$ ; $\text{C}\ell_2\text{O}$ : $+1$ ; $\text{C}\ell_2\text{O}_7$ : $+7$ .
	א 2	$\text{C}\ell_2$ , $\text{HC}\ell\text{O}$ , $\text{HC}\ell\text{O}_3$ , $\text{C}\ell_2\text{O}$ – בהן דרגת החמצון של הכלור בין המזערית ( $-1$ ) למרבית ( $+7$ ).
	ב	$\text{C}\ell_{2(g)}$ הוא גם החומר המחמצן וגם החומר המחזר.
	ג	לא – דרגות החמצון של כל האטומים אינן משתנות.
	ד	$\text{NaC}\ell\text{O}_{(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}} \text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{C}\ell\text{O}^{-}_{(aq)}$
	ה	$0.40\ \text{M}$ (0.403 mol/L)
	ו 1	$284\ \text{g}$
	ו 2	$1\ \text{M}$
12	א 1	שמן שקדים: $\text{C18}:1\omega9\ \text{cis}$ ( $67\%$ ); שמן קוקוס: $\text{C12}:0$ ( $51\%$ ).
	א 2	$\text{C12}:0$ : $\text{CH}_3(\text{CH}_2)_{10}\text{COOH}$ ; $\text{C18}:1\omega9\ \text{cis}$ : $\text{CH}_3(\text{CH}_2)_7\text{CH}=\text{CH}(\text{CH}_2)_7\text{COOH}$ בתצורת cis (ראו איור).
	א 3	$\text{C18}:1\omega9\ \text{cis}$ : $\text{C}_{18}\text{H}_{34}\text{O}_2$ ; $\text{C12}:0$ : $\text{C}_{12}\text{H}_{24}\text{O}_2$ .
	א 4	הקשר הכפול בתצורת cis במולקולות $\text{C18}:1\omega9\ \text{cis}$ (חומצה בלתי רוויה לעומת רוויה).
	ב 1	$\text{C}_{18}\text{H}_{34}\text{O}_2$
	ב 2	$6$ גרם
	ב 3	$0.021\ \text{mol}$
	ג	בשמן שקדים – הטריגליצריד בנוי מ־ $\text{C18}:1\omega9\ \text{cis}$ ומ־ $\text{C18}:2\omega6\ \text{cis}$ , וחומצת השומן $\text{C18}:2\omega6\ \text{cis}$ נמצאת רק בשמן שקדים.
	ד 1	ראו איור: כל אטומי הפחמן, החמצן, החנקן והמימן וכל הקשרים מסורטטים.
	ד 2	אסטר ואמין.
	ד 3	חלקים קוטביים (אמין, אסטר) יוצרים קשרי מימן עם מולקולות מים; החלק הלא קוטבי (טבעת בנזן, קבוצת $\text{CH}_3$ ) יוצר אינטראקציות ון־דר־ולס עם מולקולות השמן.
13	א	$\Delta H_4^0 = -312\ \text{kJ}$
	ב 1	ראו איור.
	ב 2	$\text{C}-\text{H}$ (קשר יחיד), $\text{C}-\text{C}$ (קשר יחיד), $\text{C}\equiv\text{C}$ (קשר משולש).
	ג 1	$835$ : $\Delta H_{(\text{C}\equiv\text{C})}$ ; $413$ : $\Delta H_{(\text{C}-\text{H})}$ ; $346$ : $\Delta H_{(\text{C}-\text{C})}$ .
	ג 2	למשל: $\text{C}\equiv\text{C}$ ( $835$ ) לעומת $\text{C}-\text{C}$ ( $346$ ) – סדר הקשר: בקשר משולש שלושה זוגות אלקטרונים קושרים ובקשר יחיד זוג אחד.
	ד	$\Delta H_4^0 = [\Delta H_{(\text{C}\equiv\text{C})} + 2\Delta H_{(\text{C}-\text{H})} + 2\Delta H_{(\text{H}-\text{H})}] - [\Delta H_{(\text{C}-\text{C})} + 6\Delta H_{(\text{C}-\text{H})}]$
	ה	דיאגרמה $\text{a}$ .
	ו	המגיבים $\text{C}_2\text{H}_{2(g)} + 2\text{H}_{2(g)}$ למעלה, התוצר $\text{C}_2\text{H}_{6(g)}$ למטה, חץ כלפי מטה: $\Delta H_4^0 = -312\ \text{kJ}$ .
14	א	חומצית: $\text{C}$ ; בסיסיות: $\text{B}$ , $\text{D}$ ; לא חומצית ולא בסיסית: $\text{A}$ .
	ב	$\text{NaC}\ell_{(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}} \text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{C}\ell^{-}_{(aq)}$ ; $\ \text{NaOH}_{(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}} \text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}$
	ג	$\text{NaHSO}_{4(s)}$
	ד 1	תגובת סתירה: $\text{H}_3\text{O}^{+}$ מה־ $\text{HC}\ell$ מגיב עם הבסיס, ריכוז $\text{OH}^{-}$ קטן, ה־ $\text{pH}$ יורד – וצבע מי הכרוב תלוי ב־ $\text{pH}$ .
	ד 2	לא.
	ה	$\text{NaHCO}_{3(s)}$ (נתרן מימן פחמתי).
	ו	$\text{A}$ – $\text{NaC}\ell$ ; $\text{B}$ – $\text{NaHCO}_3$ ; $\text{C}$ – $\text{NaHSO}_4$ ; $\text{D}$ – $\text{NaOH}$ .

החומר בתגובות 1 ו־2	$\text{H}_2\text{O}_{(g)}$	$\text{CH}_{4(g)}$	$\text{CH}_2\text{O}_{(g)}$	$\text{H}_{2(g)}$	$\text{NH}_{3(g)}$	$\text{HCN}_{(g)}$
נוסחת המולקולה	$\text{H}_2\text{O}$
נוסחת ייצוג האלקטרונים של המולקולה
צורת המולקולה	זוויתית	טטראדר	משולשת מישורית	קווית	פירמידה משולשת	קווית
קוטביות המולקולה (קוטבית / לא קוטבית)

פרק ראשון

שאלה 1 · סוגי חלקיקים בחומרים

למה האחרות שגויות:

שאלה 2 · מגמות במחזור השלישי

למה האחרות שגויות:

שאלה 3 · פרופאנל ופרופאנול – טמפרטורת רתיחה

למה האחרות שגויות:

שאלה 4 · מספר מולי יונים בתמיסה

תשובה ד נכונה.

שאלה 5 · סתירה מלאה של בסיס בחומצה

שאלה 6 · חמצון אמוניה

למה האחרות שגויות:

שאלה 7 · חומצת שומן גונדואית

למה האחרות שגויות:

שאלה 8 · גורמים המשפיעים על קצב פירוק מי חמצן

למה האחרות שגויות:

שאלה 9 · ניסוי מילר־יורי והחיפוש אחר חיים במערכת השמש

ניתוח קטע ממאמר מדעי – חובה

החיפוש אחר אפשרויות לחיים במערכת השמש

מקורות ראשיים:

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

סעיף ה

איור 1 מתאר איזומר של גליצין.

סעיף ו

סעיף ז

סעיף ח

פרק שני

שאלה 10 · הפקת נחושת מעפרה ולכידת פחמן דו־חמצני

מבנה וקישור, חישובים

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

סעיף ה

סעיף ו

למה האחרים שגויים:

שאלה 11 · תרכובות כלור – חמצון־חיזור וחישובים

חמצון–חיזור, חישובים

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

תגובה 2 אינה תגובת חמצון–חיזור.

סעיף ד

סעיף ה

סעיף ו

שאלה 12 · שמן שקדים, שמן קוקוס ושמן אתרי

מבנה וקישור, כימיה של מזון

מולקולה A

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

שמן שקדים.

סעיף ד

שאלה 13 · יצירת אתאן מאצטילן – חוק הס ואנתלפיות קשר

מבנה וקישור, אנרגייה

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

סעיף ה

למה האחרות שגויות:

סעיף ו

שאלה 14 · זיהוי מוצקים לבנים בעזרת אינדיקטור מי כרוב

חומצות ובסיסים

ניסוי 1

תוצאות ניסוי 1

צבעים של האינדיקטור מי כרוב בערכי pH שונים

ניסוי 2

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

החומר: NaHSO4(s)\text{NaHSO}_{4(s)}NaHSO4(s)​.

סעיף ד

סעיף ה

סעיף ו

רוצים להשלים את חוויית הלמידה?

כל האתר במבט אחד

החומר: $\text{NaHSO}_{4(s)}$ .