מתכונת 10 בכימיה - שאלון עיקרי 037381

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

מבחן מתכונת בכימיה, שאלון עיקרי, במבנה של בחינת הבגרות ולפי מיקוד תשפ"ז. כל שאלה בו בנויה כמו שאלה מבגרות אחרת. לכל סעיף יש תשובה ופתרון מלא - פתרו בזמן של הבחינה, ורק אחר כך פתחו את הפתרונות.

מבנה המתכונת

מבנה המתכונת לפי חוקי המענה של תשפ"ז: פרק ראשון (40 נק'): שאלות 1–8 רב-ברירה – מספיק לענות נכון על 6 כדי לקבל 20 נקודות; שאלה 9 (מאמר) חובה – 20 נקודות. פרק שני (60 נק'): יש לענות על 3 מתוך 5 שאלות, 20 נקודות לכל שאלה. משך: 3 שעות.

פרק ראשון

שאלה 1 · היערכות אלקטרונים של יון חיובי תלת־מטעני

רב-ברירה

מהי היערכות האלקטרונים של היון 13Al3+_{13}\text{Al}^{3+}13​Al3+ ?

א.
2 , 8 , 3
ב.
2 , 8 , 6
ג.
2 , 8
ד.
2 , 8 , 8

◂ פתרון מלא לשאלה 1

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – 2,8

לאטום אלומיניום 13 פרוטונים, ובאטום הנייטרלי 13 אלקטרונים: היערכות 2,8,3.
היון Al3+\text{Al}^{3+}Al3+ נוצר כאשר האטום מוסר את שלושת אלקטרוני הערכיות שלו (מהרמה החיצונית), ולכן נותרים בו 13−3=1013-3=1013−3=10 אלקטרונים בהיערכות 2,8.
•א (2,8,3) – זו היערכות האטום הנייטרלי Al, לא היון.
•ב (2,8,6) – 16 אלקטרונים: כאילו האטום קלט שלושה אלקטרונים. ליון חיובי יש פחות אלקטרונים מלאטום.
•ד (2,8,8) – 18 אלקטרונים; זו היערכות של יונים כמו Cl−\text{Cl}^-Cl− או K+\text{K}^+K+, לא של Al3+\text{Al}^{3+}Al3+.

שאלה 2 · קוטביות קשרים ומולקולות במבנה טטראדרי

רב-ברירה

לפניכם הנוסחאות המולקולריות של ארבע מולקולות: CF4\text{CF}_4CF4​ , CCl4\text{CCl}_4CCl4​ , CF2Cl2\text{CF}_2\text{Cl}_2CF2​Cl2​ , SiCl4\text{SiCl}_4SiCl4​ .
המבנה של כל אחת מן המולקולות הוא טטראדר, והאטום המרכזי בכל אחת מהן הוא האטום הכתוב ראשון (C\text{C}C או Si\text{Si}Si).
לפניכם ארבעה היגדים, א–ד, המתייחסים לקשרים הקוולנטיים במולקולות ולקוטביות המולקולות.
מהו ההיגד הנכון?

א.
בכל המולקולות, כל הקשרים הקוולנטיים הם קוטביים.
ב.
המולקולות $\text{CF}_4$ ו־ $\text{CF}_2\text{Cl}_2$ קוטביות.
ג.
במולקולה $\text{CCl}_4$ יש לאטום הפחמן מטען חלקי שלילי.
ד.
רק המולקולה $\text{SiCl}_4$ אינה קוטבית.

◂ פתרון מלא לשאלה 2

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א – בכל הקשרים (C–F, C–Cl, Si–Cl) יש הפרש אלקטרושליליות בין האטומים, ולכן כולם קוטביים.

התשובה: א.
בכל המולקולות האטום המרכזי קשור בארבעה קשרים יחידים לארבעה אטומי הלוגן. ההפרשים באלקטרושליליות (C 2.5, Si 1.8, F 4.0, Cl 3.0):
•C–F: 4.0−2.5=1.54.0-2.5=1.54.0−2.5=1.5
•C–Cl: 3.0−2.5=0.53.0-2.5=0.53.0−2.5=0.5
•Si–Cl: 3.0−1.8=1.23.0-1.8=1.23.0−1.8=1.2
א – נכון. בכל סוגי הקשרים ההפרש באלקטרושליליות גדול מאפס, ולכן כל הקשרים קוטביים.
ב – לא נכון. ב־CF4\text{CF}_4CF4​ ארבעה קשרים זהים מסודרים באופן סימטרי בטטראדר, והדו־קטבים מבטלים זה את זה – המולקולה אינה קוטבית. (ב־CF2Cl2\text{CF}_2\text{Cl}_2CF2​Cl2​ הקשרים שונים – שני קשרי C–F ושני קשרי C–Cl – ולכן היא אכן קוטבית, אך ההיגד מתייחס לשתי המולקולות.)
ג – לא נכון. אטום Cl אלקטרושלילי יותר מאטום C (3.0>2.53.0>2.53.0>2.5), ולכן זוגות האלקטרונים הקושרים קרובים יותר לאטומי Cl: לאטומי Cl מטען חלקי שלילי ולאטום C מטען חלקי חיובי.
ד – לא נכון. גם CF4\text{CF}_4CF4​ ו־CCl4\text{CCl}_4CCl4​ אינן קוטביות (ארבעה קשרים זהים במבנה טטראדרי סימטרי), ולא רק SiCl4\text{SiCl}_4SiCl4​.

שאלה 3 · חומצה אתנואית ומתיל מתאנואט – טמפרטורת רתיחה

רב-ברירה

לפניכם ייצוג מלא של נוסחאות מבנה למולקולות של שני חומרים: חומצה אתנואית (I) ומתיל מתאנואט (II).
לשני החומרים אותה נוסחה מולקולרית, C2H4O2\text{C}_2\text{H}_4\text{O}_2C2​H4​O2​.
מהי הקביעה הנכונה?

א.
למתיל מתאנואט (II) טמפרטורת רתיחה גבוהה יותר, כי במולקולות שלו יש שני אטומי חמצן.
ב.
לחומצה אתנואית (I) טמפרטורת רתיחה גבוהה יותר, כי ענן האלקטרונים של מולקולותיה גדול יותר.
ג.
לחומצה אתנואית (I) טמפרטורת רתיחה גבוהה יותר, כי בין המולקולות שלה נוצרים קשרי מימן.
ד.
לשני החומרים אותה טמפרטורת רתיחה, כי יש להם אותה נוסחה מולקולרית.

◂ פתרון מלא לשאלה 3

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – בין מולקולות החומצה האתנואית נוצרים קשרי מימן (קבוצת O−H\text{O}-\text{H}O−H), ובין מולקולות מתיל מתאנואט לא.

תשובה ג נכונה. במולקולת חומצה אתנואית (I) יש קבוצה קרבוקסילית, −COOH-\text{COOH}−COOH, ובה אטום מימן הקשור לאטום חמצן – אטום קטן ואלקטרושלילי מאוד שיש לו זוגות אלקטרונים לא קושרים. לכן בין מולקולות החומצה נוצרים קשרי מימן, בנוסף לאינטראקציות ון־דר־ולס.
במולקולת מתיל מתאנואט (II, קבוצה אסטרית) כל אטומי המימן קשורים לאטומי פחמן, ולכן בין מולקולותיו אין קשרי מימן – יש רק אינטראקציות ון־דר־ולס (המולקולות קוטביות).
לשני החומרים אותה נוסחה מולקולרית, ולכן גודל ענני האלקטרונים שווה. הגורם המכריע הוא קשרי המימן, החזקים יותר מאינטראקציות ון־דר־ולס; כדי להפריד בין מולקולות החומצה במעבר לגז יש להשקיע יותר אנרגיה, ולכן טמפרטורת הרתיחה שלה גבוהה יותר.
למה האחרות שגויות:
- א. בשתי המולקולות יש שני אטומי חמצן; מספר אטומי החמצן אינו קובע. גם הקביעה עצמה שגויה – טמפרטורת הרתיחה של מתיל מתאנואט נמוכה יותר.
- ב. הנוסחה המולקולרית זהה, ולכן מספר האלקטרונים במולקולות שווה – ענני האלקטרונים אינם שונים בגודלם.
- ד. אותה נוסחה מולקולרית אינה מבטיחה אותן תכונות: המבנה שונה (אלו איזומרים), ולכן גם סוג הקשרים הבין־מולקולריים שונה.
טעות נפוצה: לחשוב שבכל מולקולה שיש בה אטומי חמצן ואטומי מימן נוצרים קשרי מימן – נדרש אטום מימן הקשור ישירות לאטום חמצן (או חנקן או פלואור).

שאלה 4 · זיהוי תגובות חמצון־חיזור

רב-ברירה

בטבלה שלפניך ארבעה תהליכים, a-d .
התהליךניסוח התהליך
aN2(g)+3H2(g)→2NH3(g)\text{N}_{2(g)} + 3\text{H}_{2(g)} \rightarrow 2\text{NH}_{3(g)}N2(g)​+3H2(g)​→2NH3(g)​
bAg(aq)++Cl(aq)−→AgCl(s)\text{Ag}^{+}_{(aq)} + \text{Cl}^{-}_{(aq)} \rightarrow \text{AgCl}_{(s)}Ag(aq)+​+Cl(aq)−​→AgCl(s)​
cNH3(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)​
d2H2O2(l)→2H2O(l)+O2(g)2\text{H}_2\text{O}_{2(l)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(l)} + \text{O}_{2(g)}2H2​O2(l)​→2H2​O(l)​+O2(g)​
אילו מן התהליכים הם תגובות חמצון־חיזור?

התהליך	ניסוח התהליך
a	$\text{N}_{2(g)} + 3\text{H}_{2(g)} \rightarrow 2\text{NH}_{3(g)}$
b	$\text{Ag}^{+}_{(aq)} + \text{Cl}^{-}_{(aq)} \rightarrow \text{AgCl}_{(s)}$
c	$\text{NH}_{3(g)} + \text{HCl}_{(g)} \rightarrow \text{NH}_4\text{Cl}_{(s)}$
d	$2\text{H}_2\text{O}_{2(l)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(l)} + \text{O}_{2(g)}$

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

◂ פתרון מלא לשאלה 4

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – a ו־d בלבד: רק בהם יש שינוי בדרגות החמצון.

בתגובת חמצון־חיזור עוברים אלקטרונים, ולכן דרגת החמצון של אטומים מסוימים משתנה. נבדוק את דרגות החמצון בכל תהליך:
- a: ב־N2\text{N}_2N2​ וב־H2\text{H}_2H2​ (יסודות) דרגות החמצון 0. ב־NH3\text{NH}_3NH3​: N אלקטרושלילי יותר (3.0 לעומת 2.1) ⇐ H: +1+1+1, N: −3-3−3. N יורד מ־0 ל־−3-3−3 (מתחזר) ו־H עולה מ־0 ל־+1+1+1 (מתחמצן) ⇐ חמצון־חיזור.
- b: Ag נשאר +1+1+1 ו־Cl נשאר −1-1−1 – אין שינוי. זו תגובת שיקוע ⇐ לא חמצון־חיזור.
- c: ב־NH3\text{NH}_3NH3​: N −3-3−3, H +1+1+1; ב־HCl\text{HCl}HCl: H +1+1+1, Cl −1-1−1. ב־NH4Cl\text{NH}_4\text{Cl}NH4​Cl (יוני NH4+\text{NH}_4^{+}NH4+​ ו־Cl−\text{Cl}^{-}Cl−): N −3-3−3, H +1+1+1, Cl −1-1−1 – אין שינוי. זו תגובת חומצה־בסיס (מעבר פרוטון מ־HCl ל־NH3\text{NH}_3NH3​) ⇐ לא חמצון־חיזור.
- d: ב־H2O2\text{H}_2\text{O}_2H2​O2​: H +1+1+1 ⇐ 2⋅(+1)+2x=0⇒x=−12\cdot(+1)+2x=0 \Rightarrow x=-12⋅(+1)+2x=0⇒x=−1 לחמצן. ב־H2O\text{H}_2\text{O}H2​O החמצן −2-2−2 וב־O2\text{O}_2O2​ – 0. חלק מאטומי החמצן מתחזרים (−1→−2-1 \rightarrow -2−1→−2) וחלקם מתחמצנים (−1→0-1 \rightarrow 0−1→0) ⇐ חמצון־חיזור.
התשובה ג. א ו־ב כוללים את b (שיקוע); ב ו־ד כוללים את c (חומצה־בסיס).
טעות נפוצה: לחשוב שבתגובה שבה מגיב רק חומר אחד (כמו d) לא ייתכן חמצון־חיזור – אטומים של אותו יסוד באותו חומר יכולים גם להתחמצן וגם להתחזר.

שאלה 5 · ריכוז כולל של חלקיקים מומסים – אוריאה, מגנזיום כלורי ואשלגן חנקתי

רב-ברירה

הכינו שלוש תמיסות: בכל אחת מהן המיסו 0.2 מול חומר במים, והשלימו במים לנפח של 500 מ"ל.
בדיאגרמה שלפניך מוצג הריכוז הכולל (ב־ mol/L\text{mol/L}mol/L ) של חלקיקי החומר המומס בכל אחת משלוש התמיסות a , b ו־ c :
באיזו מן השורות א-ד החומרים המומסים בתמיסות a , b ו־ c מוצגים בהתאם לדיאגרמה?

א.
a: $\text{KNO}_3$ ; b: $\text{MgCl}_2$ ; c: $\text{CO(NH}_2)_2$
ב.
a: $\text{CO(NH}_2)_2$ ; b: $\text{KNO}_3$ ; c: $\text{MgCl}_2$
ג.
a: $\text{MgCl}_2$ ; b: $\text{CO(NH}_2)_2$ ; c: $\text{KNO}_3$
ד.
a: $\text{CO(NH}_2)_2$ ; b: $\text{MgCl}_2$ ; c: $\text{KNO}_3$

◂ פתרון מלא לשאלה 5

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד — a: אוריאה CO(NH2)2\text{CO(NH}_2)_2CO(NH2​)2​ (0.4 M0.4\ \text{M}0.4 M), b: MgCl2\text{MgCl}_2MgCl2​ (1.2 M1.2\ \text{M}1.2 M), c: KNO3\text{KNO}_3KNO3​ (0.8 M0.8\ \text{M}0.8 M).

ריכוז המומס בכל תמיסה: C=nV=0.2 mol0.500 L=0.4 mol/LC=\dfrac{n}{V}=\dfrac{0.2\ \text{mol}}{0.500\ \text{L}}=0.4\ \text{mol/L}C=Vn​=0.500 L0.2 mol​=0.4 mol/L
ריכוז החלקיקים לפי תהליכי ההמסה:
•אוריאה, CO(NH2)2(s)→CO(NH2)2(aq)\text{CO(NH}_2)_{2(s)} \rightarrow \text{CO(NH}_2)_{2(aq)}CO(NH2​)2(s)​→CO(NH2​)2(aq)​ — חומר מולקולרי, אינו מתפרק ליונים: 0.4 mol/L0.4\ \text{mol/L}0.4 mol/L.
- KNO3(s)→K(aq)++NO3−(aq)\text{KNO}_{3(s)} \rightarrow \text{K}^{+}_{(aq)} + \text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}KNO3(s)​→K(aq)+​+NO3−​(aq)​ — 2 יונים ליחידה: 2×0.4=0.8 mol/L2\times 0.4=0.8\ \text{mol/L}2×0.4=0.8 mol/L.
- MgCl2(s)→Mg(aq)2++2Cl(aq)−\text{MgCl}_{2(s)} \rightarrow \text{Mg}^{2+}_{(aq)} + 2\text{Cl}^{-}_{(aq)}MgCl2(s)​→Mg(aq)2+​+2Cl(aq)−​ — 3 יונים ליחידה: 3×0.4=1.2 mol/L3\times 0.4=1.2\ \text{mol/L}3×0.4=1.2 mol/L.
לפי הדיאגרמה: a — 0.4 M0.4\ \text{M}0.4 M (אוריאה), b — 1.2 M1.2\ \text{M}1.2 M (MgCl2\text{MgCl}_2MgCl2​), c — 0.8 M0.8\ \text{M}0.8 M (KNO3\text{KNO}_3KNO3​). תשובה ד נכונה.
•א: ב־a היה מתקבל 0.8 M0.8\ \text{M}0.8 M וב־c 0.4 M0.4\ \text{M}0.4 M — הפוך מהדיאגרמה.
•ב: ב־b היה מתקבל 0.8 M0.8\ \text{M}0.8 M וב־c 1.2 M1.2\ \text{M}1.2 M — אינו מתאים.
•ג: ב־a היה מתקבל 1.2 M1.2\ \text{M}1.2 M וב־b 0.4 M0.4\ \text{M}0.4 M — אינו מתאים.
טעות נפוצה: לחשב את ריכוז החלקיקים לפי 0.2 מול בליטר אחד (ולקבל 0.2, 0.4, 0.6 M) — הנפח הוא 500 מ"ל.

שאלה 6 · חוק הס – יצירת פחמן חד־חמצני

רב-ברירה

לפניכם התגובות (1) – (3):
(1) C(s)+O2(g)→CO2(g)\text{C}_{(s)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{CO}_{2(g)}C(s)​+O2(g)​→CO2(g)​ ΔH10=−393.5 kJ\qquad \Delta H_1^0 = -393.5\ \text{kJ}ΔH10​=−393.5 kJ
(2) CO(g)+12O2(g)→CO2(g)\text{CO}_{(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{CO}_{2(g)}CO(g)​+21​O2(g)​→CO2(g)​ ΔH20=−283.0 kJ\qquad \Delta H_2^0 = -283.0\ \text{kJ}ΔH20​=−283.0 kJ
(3) C(s)+12O2(g)→CO(g)\text{C}_{(s)} + \frac{1}{2}\text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{CO}_{(g)}C(s)​+21​O2(g)​→CO(g)​ ΔH30=?\qquad \Delta H_3^0 = ?ΔH30​=?
מהו ערכו של ΔH30\Delta H_3^0ΔH30​ עבור תגובה (3) ?

א.
$+110.5\ \text{kJ}$
ב.
$-676.5\ \text{kJ}$
ג.
$-110.5\ \text{kJ}$
ד.
$+676.5\ \text{kJ}$

◂ פתרון מלא לשאלה 6

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – −110.5 kJ-110.5\ \text{kJ}−110.5 kJ

התשובה הנכונה: ג.
לפי חוק הס: משאירים את תגובה (1) כפי שהיא, הופכים את תגובה (2) (ומחליפים את סימן ΔH\Delta HΔH) ומחברים:
C(s)+O2(g)→CO2(g)\text{C}_{(s)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{CO}_{2(g)}C(s)​+O2(g)​→CO2(g)​ ΔH=−393.5 kJ\qquad \Delta H = -393.5\ \text{kJ}ΔH=−393.5 kJ
CO2(g)→CO(g)+12O2(g)\text{CO}_{2(g)} \rightarrow \text{CO}_{(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_{2(g)}CO2(g)​→CO(g)​+21​O2(g)​ ΔH=+283.0 kJ\qquad \Delta H = +283.0\ \text{kJ}ΔH=+283.0 kJ
בחיבור מצטמצם CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​, ומ־O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ נשאר 12O2(g)\frac{1}{2}\text{O}_{2(g)}21​O2(g)​ משמאל – מתקבלת תגובה (3):
ΔH30=ΔH10−ΔH20=−393.5 kJ+283.0 kJ=−110.5 kJ\Delta H_3^0 = \Delta H_1^0 - \Delta H_2^0 = -393.5\ \text{kJ} + 283.0\ \text{kJ} = -110.5\ \text{kJ}ΔH30​=ΔH10​−ΔH20​=−393.5 kJ+283.0 kJ=−110.5 kJ
- א – הערך הנכון בסימן הפוך (כאילו הפכו את (1) במקום את (2)).
- ב – חיבור שתי התגובות בלי להפוך את (2): −393.5+(−283.0)=−676.5-393.5 + (-283.0) = -676.5−393.5+(−283.0)=−676.5.
- ד – אותו סכום בסימן הפוך.

שאלה 7 · השפעת הוספת נוזלים שונים על ה־pH של תמיסה בסיסית

רב-ברירה

בכוס יש 100 מ"ל תמיסה של נתרן הידרוקסידי, NaOH(aq)\text{NaOH}_{(aq)}NaOH(aq)​ , בריכוז 0.1 M0.1\ \text{M}0.1 M .
לכוס מוסיפים 100 מ"ל של אחד מן הנוזלים המפורטים באפשרויות א–ד, ומערבבים.
מהי האפשרות הנכונה?

א.
הוספת מים מזוקקים לא תשנה את ערך ה־ pH של התמיסה.
ב.
הוספת תמיסה של $\text{HC}\ell_{(aq)}$ בריכוז $0.1\ \text{M}$ תגרום לעלייה בערך ה־ pH .
ג.
הוספת תמיסה של $\text{KOH}_{(aq)}$ בריכוז $0.05\ \text{M}$ תגרום לעלייה בערך ה־ pH , כי מוסיפים בסיס.
ד.
הוספת תמיסה של $\text{Ba(OH)}_{2(aq)}$ בריכוז $0.1\ \text{M}$ תגרום לעלייה בערך ה־ pH .

◂ פתרון מלא לשאלה 7

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – ריכוז יוני OH−\text{OH}^{-}OH− עולה מ־0.1 M ל־0.15 M, ולכן ה־pH עולה.

תשובה: ד.
בתמיסה המקורית: n(OH−)=C⋅V=0.1 mol/L⋅0.100 L=0.01 moln(\text{OH}^{-}) = C \cdot V = 0.1\ \text{mol/L} \cdot 0.100\ \text{L} = 0.01\ \text{mol}n(OH−)=C⋅V=0.1 mol/L⋅0.100 L=0.01 mol, ו־[OH−]=0.1 M[\text{OH}^{-}] = 0.1\ \text{M}[OH−]=0.1 M. בכל המקרים הנפח הסופי הוא 200 mL=0.200 L200\ \text{mL} = 0.200\ \text{L}200 mL=0.200 L.
- ד – נכון: Ba(OH)2(s)→H2OBa(aq)2++2OH(aq)−\text{Ba(OH)}_{2(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{Ba}^{2+}_{(aq)} + 2\text{OH}^{-}_{(aq)}Ba(OH)2(s)​H2​O​Ba(aq)2+​+2OH(aq)−​, ולכן בתמיסה שמוסיפים n(OH−)=2⋅0.1 mol/L⋅0.100 L=0.02 moln(\text{OH}^{-}) = 2 \cdot 0.1\ \text{mol/L} \cdot 0.100\ \text{L} = 0.02\ \text{mol}n(OH−)=2⋅0.1 mol/L⋅0.100 L=0.02 mol. אחרי הערבוב: [OH−]=0.01 mol+0.02 mol0.200 L=0.15 M[\text{OH}^{-}] = \frac{0.01\ \text{mol} + 0.02\ \text{mol}}{0.200\ \text{L}} = 0.15\ \text{M}[OH−]=0.200 L0.01 mol+0.02 mol​=0.15 M – גבוה מ־0.1 M, ולכן ה־pH עולה.
- א – לא נכון: מספר המולים של OH−\text{OH}^{-}OH− אינו משתנה, אך הנפח גדל פי 2: [OH−]=0.01 mol0.200 L=0.05 M[\text{OH}^{-}] = \frac{0.01\ \text{mol}}{0.200\ \text{L}} = 0.05\ \text{M}[OH−]=0.200 L0.01 mol​=0.05 M. התמיסה מהולה יותר, פחות בסיסית, וה־pH יורד.
- ב – לא נכון: מוסיפים 0.01 mol0.01\ \text{mol}0.01 mol של H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+, המגיבים עם כל 0.01 mol0.01\ \text{mol}0.01 mol של OH−\text{OH}^{-}OH− – מתקבלת תמיסה ניטרלית (pH = 7), כלומר ה־pH יורד.
- ג – לא נכון: מוסיפים n(OH−)=0.05 mol/L⋅0.100 L=0.005 moln(\text{OH}^{-}) = 0.05\ \text{mol/L} \cdot 0.100\ \text{L} = 0.005\ \text{mol}n(OH−)=0.05 mol/L⋅0.100 L=0.005 mol. אחרי הערבוב: [OH−]=0.01 mol+0.005 mol0.200 L=0.075 M[\text{OH}^{-}] = \frac{0.01\ \text{mol} + 0.005\ \text{mol}}{0.200\ \text{L}} = 0.075\ \text{M}[OH−]=0.200 L0.01 mol+0.005 mol​=0.075 M – נמוך מ־0.1 M, ולכן ה־pH יורד, אף שהוסיפו בסיס (התמיסה שהוסיפו מהולה יותר מן התמיסה המקורית).

שאלה 8 · גורם מגביל בתגובה בין גזים – יחסי נפחים

רב-ברירה

מימן גופרי, H2S(g)\text{H}_2\text{S}_{(g)}H2​S(g)​ , נשרף בחמצן על פי התגובה:
2H2S(g)+3O2(g)→2SO2(g)+2H2O(g)2\text{H}_2\text{S}_{(g)} + 3\text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{SO}_{2(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(g)}2H2​S(g)​+3O2(g)​→2SO2(g)​+2H2​O(g)​
בכלי סגור ערבבו 60 mL60\ \text{mL}60 mL של H2S(g)\text{H}_2\text{S}_{(g)}H2​S(g)​ עם 60 mL60\ \text{mL}60 mL של O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ , והתגובה התרחשה עד שאחד המגיבים נגמר.
כל הנפחים נמדדו בתנאים שווים של טמפרטורה ולחץ, שבהם המים נמצאים במצב גז.
מהי הקביעה הנכונה ?

א.
$\text{H}_2\text{S}_{(g)}$ הוא הגורם המגביל בתגובה.
ב.
בסוף התגובה נותרו בכלי $20\ \text{mL}$ של $\text{H}_2\text{S}_{(g)}$ שלא הגיבו.
ג.
בתגובה נוצרו $60\ \text{mL}$ של $\text{SO}_{2(g)}$ .
ד.
הנפח הכולל של הגזים בכלי בסוף התגובה הוא $120\ \text{mL}$ .

◂ פתרון מלא לשאלה 8

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – O2\text{O}_2O2​ מגביל; מגיבים 40 mL40\ \text{mL}40 mL של H2S\text{H}_2\text{S}H2​S ונותרים 20 mL20\ \text{mL}20 mL.

לפי השערת אבוגדרו, בתנאים שווים של טמפרטורה ולחץ יחס הנפחים של הגזים בתגובה שווה ליחס המולים, כלומר ליחס המקדמים: V(H2S):V(O2)=2:3V(\text{H}_2\text{S}) : V(\text{O}_2) = 2 : 3V(H2​S):V(O2​)=2:3.
קביעת הגורם המגביל:
כדי שכל 60 mL60\ \text{mL}60 mL של H2S\text{H}_2\text{S}H2​S יגיבו דרושים: V(O2)=60 mL⋅32=90 mLV(\text{O}_2) = 60\ \text{mL} \cdot \frac{3}{2} = 90\ \text{mL}V(O2​)=60 mL⋅23​=90 mL, אבל יש רק 60 mL60\ \text{mL}60 mL ⇐ O2\text{O}_2O2​ הוא הגורם המגביל ו־H2S\text{H}_2\text{S}H2​S בעודף.
חישוב לפי הגורם המגביל (60 mL60\ \text{mL}60 mL של O2\text{O}_2O2​):
•נפח H2S\text{H}_2\text{S}H2​S שהגיב: V(H2S)=60 mL⋅23=40 mLV(\text{H}_2\text{S}) = 60\ \text{mL} \cdot \frac{2}{3} = 40\ \text{mL}V(H2​S)=60 mL⋅32​=40 mL ⇐ נותרו 60 mL−40 mL=20 mL60\ \text{mL} - 40\ \text{mL} = 20\ \text{mL}60 mL−40 mL=20 mL של H2S\text{H}_2\text{S}H2​S.
- V(SO2)=60 mL⋅23=40 mLV(\text{SO}_2) = 60\ \text{mL} \cdot \frac{2}{3} = 40\ \text{mL}V(SO2​)=60 mL⋅32​=40 mL; V(H2O)=40 mLV(\text{H}_2\text{O}) = 40\ \text{mL}V(H2​O)=40 mL.
•הנפח הכולל בסוף: 20 mL+40 mL+40 mL=100 mL20\ \text{mL} + 40\ \text{mL} + 40\ \text{mL} = 100\ \text{mL}20 mL+40 mL+40 mL=100 mL.
- ב – נכון.
- א – שגוי: O2\text{O}_2O2​ הוא המגביל (הנפחים ההתחלתיים שווים, אך יחס התגובה אינו 1:1).
- ג – שגוי: 60 mL60\ \text{mL}60 mL של SO2\text{SO}_2SO2​ היו נוצרים רק אם כל ה־H2S\text{H}_2\text{S}H2​S היה מגיב; בפועל נוצרו 40 mL40\ \text{mL}40 mL.
- ד – שגוי: הנפח הכולל אינו נשמר: מ־120 mL120\ \text{mL}120 mL בתחילה התקבלו 100 mL100\ \text{mL}100 mL בסוף (מ־5 מולקולות מגיבים נוצרות 4 מולקולות תוצרים).
טעות נפוצה: לקבוע שהגורם המגביל הוא המגיב שכמותו ההתחלתית קטנה יותר, בלי להתחשב ביחס המקדמים.

שאלה 9 · ביוגז – אנרגיה מפסולת

שאלת מאמר20 נקודות

ניתוח קטע מאמר מדעי – חובה
קרא את הקטע שלפניך, וענה על כל הסעיפים א-ד שאחריו.
ביוגז – אנרגיה מפסולת
פסולת אורגנית – שאריות מזון, גזם, זבל של בעלי חיים ובוצה ממתקני טיהור שפכים – היא חלק גדול
מהפסולת הביתית והחקלאית. כאשר פסולת כזו מוטמנת באתרי הטמנה, היא תופסת שטחים גדולים, וחיידקים
המפרקים אותה בהיעדר חמצן פולטים לאוויר גז מתאן, CH4(g)\text{CH}_{4(g)}CH4(g)​ . מתאן הוא גז חממה חזק בהרבה מפחמן דו־חמצני.
בעשורים האחרונים מפרקים חלק מהפסולת האורגנית במתקנים סגורים הנקראים "מעכלים". בתוך המעכל,
בטמפרטורה של כ־ 35∘C35^{\circ}\text{C}35∘C ובהיעדר חמצן, חיידקים מפרקים את החומר האורגני, ונוצרת תערובת גזים
הנקראת ביוגז. המרכיבים העיקריים של הביוגז הם מתאן ופחמן דו־חמצני, CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ . בביוגז יש גם אדי מים
וכמויות קטנות של גזים אחרים, ביניהם מימן גופרי, H2S(g)\text{H}_2\text{S}_{(g)}H2​S(g)​ , שריחו כריח ביצים סרוחות.
את הביוגז שורפים בדודים ובמנועים, והאנרגיה הנפלטת מנוצלת לחימום ולהפקת חשמל. תגובת השרפה
של המתאן היא:
CH4(g)+2O2(g)→CO2(g)+2H2O(g)ΔH0<0\text{CH}_{4(g)} + 2\text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{CO}_{2(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(g)} \qquad \Delta H^0 < 0CH4(g)​+2O2(g)​→CO2(g)​+2H2​O(g)​ΔH0<0
תערובת של ביוגז ואוויר אינה מתלקחת מעצמה בטמפרטורת החדר. כדי להתחיל את השרפה יש להשתמש
בניצוץ או בלהבה, ולאחר ההצתה הלהבה ממשיכה לבעור כל עוד מוזרם גז.
לפני השימוש מקררים את הביוגז, ואדי המים שבו מתעבים לנוזל ומופרדים ממנו. במתקנים רבים מרחיקים
מהביוגז גם את הפחמן הדו־חמצני, שאינו בוער. כך מתקבל גז עשיר במתאן, הנקרא ביומתאן, שאפשר
להזרים לצנרת של גז טבעי, שגם המרכיב העיקרי שלו הוא מתאן.
מתאן משמש גם חומר גלם בתעשייה. בתהליך הנקרא "רפורמינג בקיטור" מגיב מתאן עם אדי מים בטמפרטורה
של כ־ 800∘C800^{\circ}\text{C}800∘C בנוכחות זרז, ונוצרים פחמן חד־חמצני ומימן. את המימן מנצלים, למשל, לייצור אמוניה.
החומר שנותר במעכל בסוף התהליך משמש דשן לשדות חקלאיים.
בטבלה שלפניך מוצג הרכב טיפוסי של ביוגז:
המרכיבמתאן, CH4\text{CH}_4CH4​פחמן דו־חמצני, CO2\text{CO}_2CO2​אדי מים, H2O\text{H}_2\text{O}H2​Oחנקן, N2\text{N}_2N2​מימן גופרי, H2S\text{H}_2\text{S}H2​S
אחוז נפחי (%)60353.51.20.3

המרכיב	מתאן, $\text{CH}_4$	פחמן דו־חמצני, $\text{CO}_2$	אדי מים, $\text{H}_2\text{O}$	חנקן, $\text{N}_2$	מימן גופרי, $\text{H}_2\text{S}$
אחוז נפחי (%)	60	35	3.5	1.2	0.3

א.

על פי המידע שבקטע:

(i)

ציין שני חסרונות של הטמנת פסולת אורגנית באתרי הטמנה.

(ii)

מהו היתרון של הרחקת הפחמן הדו־חמצני מהביוגז?

ב.

(i)

מדוע יש צורך בניצוץ או בלהבה כדי להתחיל את שרפת הביוגז?

(ii)

הסבר מדוע אפשר לנצל את שרפת המתאן שבביוגז לחימום מים בדוד.

ג.

לפניך ניסוח התגובה של רפורמינג בקיטור, המתוארת בשורות 15–16:
CH4(g)+H2O(g)→CO(g)+3H2(g)ΔH0>0\text{CH}_{4(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(g)} \rightarrow \text{CO}_{(g)} + 3\text{H}_{2(g)} \qquad \Delta H^0 > 0CH4(g)​+H2​O(g)​→CO(g)​+3H2(g)​ΔH0>0
תגובה זו אינה מנוצלת להפקת חום, שלא כמו תגובת השרפה הרשומה בקטע. הסבר מדוע.

ד.

(i)

בשעה אחת נוצרו במעכל 250 ליטר ביוגז, שנמדדו בלחץ של 836 mmHg ובטמפרטורה של 25∘C25^{\circ}\text{C}25∘C .
על פי הטבלה שבקטע, חשב את מספר המולים של מתאן ב־ 250 ליטר ביוגז אלה.
פרט את חישוביך.

(ii)

לפי שורה 12, כאשר מקררים את הביוגז, אדי המים שבו מתעבים לנוזל, ואילו המתאן נשאר במצב גז. הסבר מדוע.

◂ פתרון מלא לשאלה 9

סעיף א

(i)

תשובה:

1. הפסולת תופסת שטחים גדולים. 2. חיידקים המפרקים אותה פולטים לאוויר מתאן, שהוא גז חממה חזק.

לפי שורות 2–3:
1. פסולת אורגנית מוטמנת תופסת שטחים גדולים.
2. חיידקים המפרקים אותה בהיעדר חמצן פולטים לאוויר גז מתאן, ו"מתאן הוא גז חממה חזק בהרבה מפחמן דו־חמצני" – כלומר ההטמנה תורמת להגברת אפקט החממה.

(ii)

תשובה:

מתקבל גז עשיר במתאן (ביומתאן), שאפשר להזרים לצנרת הגז הטבעי.

לפי שורות 12–14: הפחמן הדו־חמצני אינו בוער, ולכן אינו תורם אנרגיה בשרפה. לאחר הרחקתו מתקבל גז עשיר במתאן – ביומתאן – שאפשר להזרים לצנרת של גז טבעי, משום שגם המרכיב העיקרי של הגז הטבעי הוא מתאן. כך אפשר להשתמש בגז שהופק מפסולת בכל מקום שבו משתמשים בגז טבעי.

סעיף ב

(i)

תשובה:

הניצוץ או הלהבה מספקים את אנרגיית השפעול – האנרגיה ההתחלתית הדרושה כדי שהתגובה תתחיל.

לפי שורות 10–11, תערובת של ביוגז ואוויר אינה מתלקחת מעצמה בטמפרטורת החדר.
גם תגובה אקסותרמית זקוקה בתחילתה להשקעת אנרגיה – אנרגיית שפעול – כדי לשבור קשרים במגיבים (CH4\text{CH}_4CH4​ ו־O2\text{O}_2O2​). בטמפרטורת החדר כמעט לאף אחד מהחלקיקים אין די אנרגיה לכך, ולכן התגובה אינה מתחילה (קצבה זניח).
הניצוץ או הלהבה מספקים את האנרגיה ההתחלתית הזו. לאחר שהתגובה החלה, האנרגיה הנפלטת ממנה מספקת את אנרגיית השפעול לחלקיקים הבאים, ולכן הלהבה ממשיכה לבעור כל עוד מוזרם גז (שורה 11).

(ii)

תשובה:

תגובת השרפה אקסותרמית (ΔH0<0\Delta H^0 < 0ΔH0<0): אנתלפיית התוצרים נמוכה מאנתלפיית המגיבים, וההפרש נפלט לסביבה כחום, שמחמם את המים.

לפי הניסוח בקטע (אחרי שורה 9), לתגובת השרפה של מתאן ΔH0<0\Delta H^0 < 0ΔH0<0, כלומר זו תגובה אקסותרמית.
בתגובה אקסותרמית האנתלפיה של התוצרים (CO2\text{CO}_2CO2​ ו־H2O\text{H}_2\text{O}H2​O) נמוכה מהאנתלפיה של המגיבים (CH4\text{CH}_4CH4​ ו־O2\text{O}_2O2​).
ההפרש באנרגיה נפלט לסביבה בצורת חום, והחום עובר למים שבדוד ומחמם אותם (שורה 8).

סעיף ג

תשובה:

התגובה אנדותרמית (ΔH0>0\Delta H^0>0ΔH0>0) – היא קולטת אנרגיה מהסביבה ואינה פולטת חום; משתמשים בה להפקת מימן.

לתגובת הרפורמינג בקיטור ΔH0>0\Delta H^0 > 0ΔH0>0, כלומר זו תגובה אנדותרמית: אנתלפיית התוצרים גבוהה מזו של המגיבים, והתגובה קולטת אנרגיה מהסביבה – יש לספק לה חום כל הזמן (היא מתבצעת בטמפרטורה של כ־800∘C800^{\circ}\text{C}800∘C, שורה 16). תגובה כזו אינה פולטת אנרגיה, ולכן אי אפשר לנצל אותה לחימום.
לעומתה, תגובת השרפה של מתאן אקסותרמית (ΔH0<0\Delta H^0 < 0ΔH0<0) ופולטת חום.
מטרת הרפורמינג בקיטור היא להפיק מימן (וגם פחמן חד־חמצני) כחומר גלם לתעשייה, למשל לייצור אמוניה (שורה 16).

סעיף ד

(i)

תשובה:

nCH4=6.75 moln_{\text{CH}_4} = 6.75\ \text{mol}nCH4​​=6.75 mol (כ־ 6.8 מול)

המרת יחידות:
P=836 mmHg760 mmHg/atm=1.1 atmP = \frac{836\ \text{mmHg}}{760\ \text{mmHg/atm}} = 1.1\ \text{atm}P=760 mmHg/atm836 mmHg​=1.1 atm
T=25∘C+273=298 KT = 25^{\circ}\text{C} + 273 = 298\ \text{K}T=25∘C+273=298 K
מספר המולים הכולל של הגזים בביוגז (משוואת הגזים האידיאליים):
nכולל=PVRT=1.1 atm⋅250 L0.082 atm⋅Lmol⋅K⋅298 K=11.25 moln_{\text{כולל}} = \frac{PV}{RT} = \frac{1.1\ \text{atm}\cdot 250\ \text{L}}{0.082\ \frac{\text{atm}\cdot\text{L}}{\text{mol}\cdot\text{K}}\cdot 298\ \text{K}} = 11.25\ \text{mol}nכולל​=RTPV​=0.082 mol⋅Katm⋅L​⋅298 K1.1 atm⋅250 L​=11.25 mol
מספר המולים של מתאן: לפי השערת אבוגדרו, בנפחים שווים של גזים, באותם לחץ וטמפרטורה, יש מספר שווה של מולקולות. לכן האחוז הנפחי של מתאן בתערובת (60%, לפי הטבלה) שווה לאחוז המולים שלו:
nCH4=0.60⋅11.25 mol=6.75 moln_{\text{CH}_4} = 0.60\cdot 11.25\ \text{mol} = 6.75\ \text{mol}nCH4​​=0.60⋅11.25 mol=6.75 mol
(דרך אחרת: נפח המתאן בתערובת VCH4=0.60⋅250 L=150 LV_{\text{CH}_4} = 0.60\cdot 250\ \text{L} = 150\ \text{L}VCH4​​=0.60⋅250 L=150 L, ולכן nCH4=1.1 atm⋅150 L0.082 atm⋅Lmol⋅K⋅298 K=6.75 moln_{\text{CH}_4} = \frac{1.1\ \text{atm}\cdot 150\ \text{L}}{0.082\ \frac{\text{atm}\cdot\text{L}}{\text{mol}\cdot\text{K}}\cdot 298\ \text{K}} = 6.75\ \text{mol}nCH4​​=0.082 mol⋅Katm⋅L​⋅298 K1.1 atm⋅150 L​=6.75 mol.)
טעות נפוצה: להציב את הלחץ ב־mmHg או את הטמפרטורה ב־∘C^{\circ}\text{C}∘C במשוואה PV=nRTPV=nRTPV=nRT שבה R=0.082 atm⋅Lmol⋅KR = 0.082\ \frac{\text{atm}\cdot\text{L}}{\text{mol}\cdot\text{K}}R=0.082 mol⋅Katm⋅L​.

(ii)

תשובה:

טמפרטורת הרתיחה של מים גבוהה בהרבה מזו של מתאן: בין מולקולות המים יש קשרי מימן, ובין מולקולות המתאן הלא קוטביות יש רק אינטראקציות ואן דר ואלס חלשות.

קביעה: טמפרטורת הרתיחה (וההתעבות) של מים גבוהה בהרבה מזו של מתאן, ולכן בקירור הביוגז המים עוברים לנוזל ואילו המתאן נשאר גז.
הסבר: שני החומרים מולקולריים, ובמולקולות שלהם אותו מספר אלקטרונים (10), כלומר ענני אלקטרונים בגודל דומה.
•מולקולת מתאן סימטרית (טטראדר) ואינה קוטבית, ובין המולקולות פועלות רק אינטראקציות ואן דר ואלס חלשות. נדרשת מעט אנרגיה כדי להתגבר עליהן, ולכן טמפרטורת הרתיחה של מתאן נמוכה מאוד, והוא נשאר במצב גז גם לאחר הקירור.
•במולקולת מים יש אטומי H הקשורים לאטום O, ולכן בין המולקולות נוצרים קשרי מימן, החזקים בהרבה מאינטראקציות ואן דר ואלס. כדי להפריד את המולקולות זו מזו נדרשת אנרגיה רבה יותר, ולכן טמפרטורת הרתיחה של מים גבוהה, ובקירור אדי המים מתעבים לנוזל.

פרק שני

שאלה 10 · זיקוקים: מתכות, יונים ואנרגיית יינון

שאלה פתוחה20 נקודות

מבנה האטום, מחזוריות, מבנה וקישור
בזיקוקים יש חומרים שונים: אבקות של מתכות המשמשות דלק, תרכובות יוניות המעניקות לאור את צבעו, ואבקה שחורה הגורמת לפיצוץ.

א.

את האור הלבן והבוהק בזיקוקים מקבלים מבעירה של אבקת מגנזיום, Mg(s)\text{Mg}_{(s)}Mg(s)​. את הצבעים מקבלים מתרכובות יוניות של מתכות: למשל, סטרונציום כלורי, SrCl2(s)\text{SrCl}_{2(s)}SrCl2(s)​, נותן צבע אדום, וסידן כלורי, CaCl2(s)\text{CaCl}_{2(s)}CaCl2(s)​, נותן צבע כתום.

(i)

העתק את הטבלה שלפניך למחברת הבחינה, והשלם אותה.
Mg(s)\text{Mg}_{(s)}Mg(s)​SrCl2(s)\text{SrCl}_{2(s)}SrCl2(s)​
סוג החלקיקים בחומר
סוג הקשרים בין החלקיקים

(ii)

רשום נוסחאות ייצוג אלקטרוניות של החלקיקים שהתרכובת CaCl2(s)\text{CaCl}_{2(s)}CaCl2(s)​ מורכבת מהם.

(iii)

תרכובות של נתרן נותנות לאור צבע צהוב, ותרכובות של אשלגן משמשות בזיקוקים בין השאר כמחמצנים.
קבע לאיזו מן התרכובות, נתרן כלורי, NaCl(s)\text{NaCl}_{(s)}NaCl(s)​, או אשלגן כלורי, KCl(s)\text{KCl}_{(s)}KCl(s)​, טמפרטורת היתוך גבוהה יותר.
נמק את קביעתך.

ב.

האיזוטופ השכיח של סטרונציום הוא 3888Sr^{88}_{38}\text{Sr}3888​Sr.
בזיקוקים משתמשים גם בסטרונציום פחמתי, SrCO3(s)\text{SrCO}_{3(s)}SrCO3(s)​.
מהו מספר הפרוטונים, מספר הנויטרונים ומספר האלקטרונים בחלקיקי הסטרונציום בתרכובת 88SrCO3(s)^{88}\text{SrCO}_{3(s)}88SrCO3(s)​ ?

ג.

בתערובות לזיקוקים יש לעיתים תרכובות של נתרן, Na , ושל מגנזיום, Mg .

(i)

אנרגיית היינון הראשונה של נתרן, Na , היא 496 kJmol496\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}496 molkJ​ .
אנרגיית היינון הראשונה של מגנזיום, Mg , היא 738 kJmol738\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}738 molkJ​ .
ציין את הגורם לכך שאנרגיית היינון הראשונה של מגנזיום, Mg , גבוהה מאנרגיית היינון הראשונה של נתרן, Na .

(ii)

לפניך שני ערכים של אנרגיית יינון: 590 kJmol590\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}590 molkJ​ ו־ 899 kJmol899\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}899 molkJ​ .
מהו הערך המתאים עבור אנרגיית היינון הראשונה של סידן, Ca ? ציין את הגורם המשפיע.

ד.

האבקה השחורה שבזיקוקים מכילה בין השאר גופרית, S8(s)\text{S}_{8(s)}S8(s)​. גופרית היא חומר מולקולרי הבנוי ממולקולות S8\text{S}_8S8​.

(i)

טמפרטורת ההיתוך של גופרית, S8(s)\text{S}_{8(s)}S8(s)​, היא 115∘C115^{\circ}\text{C}115∘C, וטמפרטורת ההיתוך של מגנזיום, Mg(s)\text{Mg}_{(s)}Mg(s)​, היא 650∘C650^{\circ}\text{C}650∘C.
הסבר מדוע טמפרטורת ההיתוך של גופרית נמוכה בהרבה מטמפרטורת ההיתוך של מגנזיום.

(ii)

גופרית אינה מוליכה זרם חשמלי, לא במצב מוצק ולא במצב נוזל. הסבר מדוע.

◂ פתרון מלא לשאלה 10

סעיף א

(i)

תשובה:

Mg\text{Mg}Mg: יונים חיוביים Mg2+\text{Mg}^{2+}Mg2+ ואלקטרונים שאינם מאותרים, קשר מתכתי. SrCl2\text{SrCl}_2SrCl2​: יוני Sr2+\text{Sr}^{2+}Sr2+ ויוני Cl−\text{Cl}^{-}Cl−, קשרים יוניים.

Mg(s)\text{Mg}_{(s)}Mg(s)​SrCl2(s)\text{SrCl}_{2(s)}SrCl2(s)​
סוג החלקיקים בחומריונים חיוביים (Mg2+\text{Mg}^{2+}Mg2+) ואלקטרונים שאינם מאותריםיונים: יוני Sr2+\text{Sr}^{2+}Sr2+ ויוני Cl−\text{Cl}^{-}Cl−
סוג הקשרים בין החלקיקיםקשר מתכתי (משיכה בין היונים החיוביים לים האלקטרונים)קשרים יוניים (משיכה חשמלית בין יונים חיוביים לשליליים בסריג יוני)
הסבר: מגנזיום הוא יסוד מתכתי – סריג מתכתי. סטרונציום הוא מתכת וכלור אל־מתכת, ולכן SrCl2\text{SrCl}_2SrCl2​ הוא תרכובת יונית.

	$\text{Mg}_{(s)}$	$\text{SrCl}_{2(s)}$
סוג החלקיקים בחומר	יונים חיוביים ( $\text{Mg}^{2+}$ ) ואלקטרונים שאינם מאותרים	יונים: יוני $\text{Sr}^{2+}$ ויוני $\text{Cl}^{-}$
סוג הקשרים בין החלקיקים	קשר מתכתי (משיכה בין היונים החיוביים לים האלקטרונים)	קשרים יוניים (משיכה חשמלית בין יונים חיוביים לשליליים בסריג יוני)

(ii)

תשובה:

יון סידן [Ca]2+[\text{Ca}]^{2+}[Ca]2+ (ללא אלקטרוני ערכיות) ויון כלור [:Cl¨:]−[:\ddot{\text{Cl}}:]^{-}[:Cl¨:]− עם 8 אלקטרונים (4 זוגות) סביבו.

CaCl2\text{CaCl}_2CaCl2​ בנוי מיוני Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+ ומיוני Cl−\text{Cl}^{-}Cl− (ביחס 1:2).
- יון סידן: Ca (2,8,8,2) מוסר 2 אלקטרוני ערכיות ← Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+ (2,8,8). ייצוג: [Ca]2+[\text{Ca}]^{2+}[Ca]2+ – בלי נקודות, בסוגריים מרובעים ומטען 2+2+2+.
- יון כלור: Cl (2,8,7) קולט אלקטרון אחד ← Cl−\text{Cl}^{-}Cl− (2,8,8). ייצוג: הסמל Cl מוקף ב־8 אלקטרונים (4 זוגות), בסוגריים מרובעים, ומטען 1−1-1−: [:Cl¨:]−[:\ddot{\text{Cl}}:]^{-}[:Cl¨:]−.
אין לרשום "Cl2\text{Cl}_2Cl2​" או קשר בין שני יוני הכלור – בתרכובת יש שני יוני Cl−\text{Cl}^{-}Cl− נפרדים על כל יון Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+.

(iii)

תשובה:

ל־NaCl(s)\text{NaCl}_{(s)}NaCl(s)​ – יון Na+\text{Na}^{+}Na+ קטן מיון K+\text{K}^{+}K+ (פחות רמות מאוכלסות), ולכן המשיכה בינו לבין יון Cl−\text{Cl}^{-}Cl− חזקה יותר.

טמפרטורת ההיתוך של NaCl(s)\text{NaCl}_{(s)}NaCl(s)​ גבוהה יותר.
בשתי התרכובות היון השלילי זהה (Cl−\text{Cl}^{-}Cl−), ולשני היונים החיוביים אותו מטען (1+1+1+). ההבדל הוא בגודל היון החיובי:
•ליון Na+\text{Na}^{+}Na+ (2,8) שתי רמות אנרגייה מאוכלסות.
•ליון K+\text{K}^{+}K+ (2,8,8) שלוש רמות מאוכלסות – הוא גדול יותר.
ככל שהיון קטן יותר, המרחק בין מרכזי היונים בסריג קטן יותר, ולפי חוק קולון המשיכה החשמלית חזקה יותר. לכן הקשר היוני ב־NaCl חזק יותר, ודרושה יותר אנרגייה כדי לפרק את הסריג.
(טמפרטורות ההיתוך: NaCl – 801∘C801^{\circ}\text{C}801∘C; KCl – 770∘C770^{\circ}\text{C}770∘C.)

סעיף ב

תשובה:

38 פרוטונים, 50 נויטרונים, 36 אלקטרונים (יון Sr2+\text{Sr}^{2+}Sr2+).

SrCO3\text{SrCO}_3SrCO3​ היא תרכובת יונית של יוני Sr2+\text{Sr}^{2+}Sr2+ ויוני CO32−\text{CO}_3^{2-}CO32−​ (סטרונציום נמצא בטור השני – מתכות אלקליות עפרוריות – ויוצר יון 2+2+2+).
- פרוטונים: המספר האטומי 38 ← 38 פרוטונים.
- נויטרונים: 88−38=88-38=88−38= 50 נויטרונים.
- אלקטרונים: 38−2=38-2=38−2= 36 אלקטרונים (היון Sr2+\text{Sr}^{2+}Sr2+ נוצר כשהאטום מוסר 2 אלקטרונים).

סעיף ג

(i)

תשובה:

המטען הגרעיני של Mg גדול יותר (12 פרוטונים לעומת 11), ושני האטומים באותו מחזור.

הגורם: מטען גרעיני גדול יותר של Mg.
Na (2,8,1) ו־Mg (2,8,2) נמצאים באותו מחזור – לשניהם 3 רמות אנרגייה מאוכלסות. ל־Mg 12 פרוטונים לעומת 11 ב־Na, ולכן המשיכה בין הגרעין לאלקטרוני הערכיות חזקה יותר, ודרושה אנרגייה רבה יותר להרחקת אלקטרון.

(ii)

תשובה:

590 kJ/mol590\ \text{kJ/mol}590 kJ/mol – ל־Ca יש רמת אנרגייה מאוכלסת נוספת (4 רמות) לעומת Mg.

הערך המתאים: 590 kJmol590\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}590 molkJ​.
Ca (2,8,8,2) נמצא באותו טור כמו Mg, שורה אחת מתחתיו. הגורם המשפיע: מספר רמות האנרגייה המאוכלסות – ל־Ca 4 רמות מאוכלסות לעומת 3 ב־Mg, ולכן אלקטרוני הערכיות רחוקים יותר מהגרעין ונמשכים אליו פחות. לכן אנרגיית היינון של Ca נמוכה מזו של Mg (738 kJmol738\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}738 molkJ​), והערך 899 kJmol899\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}899 molkJ​ – הגבוה מזה של Mg – אינו מתאים.

סעיף ד

(i)

תשובה:

בהיתוך גופרית נחלשות אינטראקציות ון־דר־ולס בין המולקולות (הקשרים הקוולנטיים בתוך המולקולות אינם נשברים); בהיתוך מגנזיום יש להחליש את הקשר המתכתי, החזק בהרבה.

גופרית היא חומר מולקולרי: בתוך כל מולקולת S8\text{S}_8S8​ האטומים קשורים בקשרים קוולנטיים חזקים, אבל בין המולקולות פועלות רק אינטראקציות ון־דר־ולס (המולקולה אינה קוטבית), שהן חלשות יחסית. בהיתוך גופרית מתגברים רק על האינטראקציות בין המולקולות – הקשרים הקוולנטיים אינם נשברים – ולכן דרושה אנרגייה מועטה.
מגנזיום הוא מתכת: בהיתוך יש להחליש את הקשר המתכתי – המשיכה החשמלית בין יוני Mg2+\text{Mg}^{2+}Mg2+ לבין ים האלקטרונים – שהוא חזק בהרבה מאינטראקציות ון־דר־ולס. לכן דרושה אנרגייה רבה יותר וטמפרטורת ההיתוך גבוהה יותר.
טעות נפוצה: לטעון שבהיתוך גופרית נשברים הקשרים הקוולנטיים בין אטומי S.

(ii)

תשובה:

בגופרית אין חלקיקים טעונים ניידים – היא בנויה ממולקולות ניטרליות, והאלקטרונים מאותרים בקשרים הקוולנטיים.

כדי להוליך זרם חשמלי דרושים חלקיקים טעונים שיכולים לנוע (יונים ניידים או אלקטרונים שאינם מאותרים). גופרית בנויה ממולקולות S8\text{S}_8S8​ ניטרליות, ואלקטרוני הערכיות בהן מאותרים בקשרים הקוולנטיים (או כזוגות לא קושרים) של כל מולקולה. גם כשהגופרית נוזלית המולקולות נעות, אבל הן אינן טעונות – ולכן אין הולכה חשמלית.

שאלה 11 · מתנול ואתאן – ייצוג אלקטרונים, טמפרטורות רתיחה ומסיסות

שאלה פתוחה20 נקודות

מבנה וקישור
ענה על הסעיפים א, ב, ג, ד, ה, ועל אחד מן הסעיפים ו או ז.
בטבלה שלפניך מוצגים נתונים על מתנול ועל אתאן.
החומרנוסחת מבנה מקוצרתטמפרטורת היתוך (∘C^{\circ}\text{C}∘C)טמפרטורת רתיחה (∘C^{\circ}\text{C}∘C)אחד השימושים בחומר
מתנולCH3OH\text{CH}_3\text{OH}CH3​OH−98-98−98656565רכיב בנוזל לשטיפת השמשה של רכב
אתאןCH3CH3\text{CH}_3\text{CH}_3CH3​CH3​−183-183−183−89-89−89חומר גלם לייצור אתילן

החומר	נוסחת מבנה מקוצרת	טמפרטורת היתוך ( $^{\circ}\text{C}$ )	טמפרטורת רתיחה ( $^{\circ}\text{C}$ )	אחד השימושים בחומר
מתנול	$\text{CH}_3\text{OH}$	$-98$	$65$	רכיב בנוזל לשטיפת השמשה של רכב
אתאן	$\text{CH}_3\text{CH}_3$	$-183$	$-89$	חומר גלם לייצור אתילן

א.

רשום נוסחת ייצוג אלקטרונים למולקולה של מתנול.

ב.

רשום נוסחאות מולקולריות של מתנול ושל אתאן.

ג.

הסבר את ההבדל בטמפרטורת הרתיחה של שני החומרים שבטבלה.

ד.

קבע מהו מצב הצבירה של כל אחד מן החומרים שבטבלה בטמפרטורה של −100∘C-100^{\circ}\text{C}−100∘C . נמק את קביעתך.

ה.

מתנול מתמוסס היטב במים. נסח את תהליך ההמסה במים של מתנול.

ו.

סעיף ו הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ז.
מתנול מתערבב היטב עם מים בכל יחס, ולכן הוא מתאים לשמש רכיב בנוזל לשטיפת השמשה של רכב.
אתאן כמעט אינו מתמוסס במים. הסבר מדוע.

ז.

סעיף ז הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ו.
דימתיל אתר מופק ממתנול, ומשמש, בין השאר, גז הנעה בתרסיסים.
נוסחת המבנה של דימתיל אתר: CH3−O−CH3\text{CH}_3-\text{O}-\text{CH}_3CH3​−O−CH3​
בתנאי החדר דימתיל אתר הוא גז. הסבר עובדה זו.

◂ פתרון מלא לשאלה 11

סעיף א

תשובה:

H–C(H)(H)–O–H: אטום הפחמן קשור לשלושה אטומי H ולאטום O; אטום החמצן קשור גם לאטום H ועליו שני זוגות אלקטרונים לא קושרים (ראו האיור).

במולקולה CH3OH\text{CH}_3\text{OH}CH3​OH יש 4+3⋅1+6+1=144+3\cdot1+6+1=144+3⋅1+6+1=14 אלקטרוני ערכיות (7 זוגות).
•אטום הפחמן (4 אלקטרוני ערכיות) יוצר 4 קשרים יחידים: לשלושה אטומי מימן ולאטום החמצן.
•אטום החמצן (6 אלקטרוני ערכיות) יוצר 2 קשרים יחידים – לפחמן ולמימן – ונשארים עליו שני זוגות אלקטרונים לא קושרים (אוקטט).
•לכל אטום מימן קשר יחיד אחד.

סעיף ב

תשובה:

מתנול: CH4O\text{CH}_4\text{O}CH4​O ; אתאן: C2H6\text{C}_2\text{H}_6C2​H6​

•מתנול, CH3OH\text{CH}_3\text{OH}CH3​OH: אטום C אחד, 4 אטומי H (3 על הפחמן ואחד בקבוצת OH), אטום O אחד ⇐ CH4O\text{CH}_4\text{O}CH4​O.
•אתאן, CH3CH3\text{CH}_3\text{CH}_3CH3​CH3​: 2 אטומי C ו־6 אטומי H ⇐ C2H6\text{C}_2\text{H}_6C2​H6​.

סעיף ג

תשובה:

לענני האלקטרונים אותו גודל (18 אלקטרונים); בין מולקולות מתנול יש קשרי מימן, ובין מולקולות אתאן רק אינטראקציות ואן דר ואלס – לכן טמפרטורת הרתיחה של מתנול גבוהה יותר.

טמפרטורת הרתיחה של מתנול (65∘C65^{\circ}\text{C}65∘C) גבוהה בהרבה מזו של אתאן (−89∘C-89^{\circ}\text{C}−89∘C).
שני החומרים מולקולריים; ברתיחה מחלישים את הקשרים בין המולקולות.
- גודל ענני האלקטרונים זהה: במולקולת CH4O\text{CH}_4\text{O}CH4​O יש 6+4⋅1+8=186+4\cdot1+8=186+4⋅1+8=18 אלקטרונים, ובמולקולת C2H6\text{C}_2\text{H}_6C2​H6​ – 2⋅6+6⋅1=182\cdot6+6\cdot1=182⋅6+6⋅1=18 אלקטרונים. לכן האינטראקציות ואן דר ואלס בשני החומרים בסדר גודל דומה.
- מתנול: במולקולה קבוצת OH – אטום מימן הקשור לאטום חמצן אלקטרושלילי, ולחמצן זוגות אלקטרונים לא קושרים. לכן בין המולקולות נוצרים קשרי מימן (נוסף על אינטראקציות ואן דר ואלס).
- אתאן: מולקולה לא קוטבית; בין המולקולות יש רק אינטראקציות ואן דר ואלס.
קשרי מימן חזקים בהרבה מאינטראקציות ואן דר ואלס, ולכן יש להשקיע יותר אנרגיה כדי להפריד בין מולקולות מתנול – טמפרטורת הרתיחה שלו גבוהה יותר.

סעיף ד

תשובה:

מתנול – מוצק; אתאן – נוזל.

- מתנול – מוצק. הטמפרטורה −100∘C-100^{\circ}\text{C}−100∘C נמוכה מטמפרטורת ההיתוך של מתנול (−98∘C-98^{\circ}\text{C}−98∘C), ולכן החומר עדיין לא נתך.
- אתאן – נוזל. הטמפרטורה −100∘C-100^{\circ}\text{C}−100∘C גבוהה מטמפרטורת ההיתוך של אתאן (−183∘C-183^{\circ}\text{C}−183∘C) ונמוכה מטמפרטורת הרתיחה שלו (−89∘C-89^{\circ}\text{C}−89∘C): −183∘C<−100∘C<−89∘C-183^{\circ}\text{C} < -100^{\circ}\text{C} < -89^{\circ}\text{C}−183∘C<−100∘C<−89∘C.
טעות נפוצה: לקבוע שאתאן גז "כי הוא גז בתנאי החדר" – מצב הצבירה תלוי בטמפרטורה, ויש להשוות אותה לטמפרטורות ההיתוך והרתיחה.

סעיף ה

תשובה:

CH3OH(l)→CH3OH(aq)\text{CH}_3\text{OH}_{(l)} \rightarrow \text{CH}_3\text{OH}_{(aq)}CH3​OH(l)​→CH3​OH(aq)​

מתנול הוא חומר מולקולרי; בהמסה המולקולות נשארות שלמות (אינן מתפרקות ליונים), ונוצרים קשרי מימן בין מולקולות המתנול למולקולות המים:
CH3OH(l)→H2O(l)CH3OH(aq)\text{CH}_3\text{OH}_{(l)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}} \text{CH}_3\text{OH}_{(aq)}CH3​OH(l)​H2​O(l)​​CH3​OH(aq)​

סעיף ו

תשובה:

אתאן אינו קוטבי ואינו יכול ליצור קשרי מימן עם מולקולות המים; בין מולקולותיו לבין מולקולות המים נוצרות רק אינטראקציות ואן דר ואלס חלשות, החלשות בהרבה מקשרי המימן שבין מולקולות המים.

•בין מולקולות המים יש קשרי מימן חזקים.
•אתאן הוא חומר לא קוטבי: אין בו אטום מימן הקשור לאטום O, N או F, ואין בו אטום בעל זוג אלקטרונים לא קושר. לכן הוא אינו יכול ליצור קשרי מימן עם מולקולות המים; בין מולקולות אתאן למולקולות מים יכולות להיווצר רק אינטראקציות ואן דר ואלס חלשות.
•כדי שאתאן יתמוסס, צריך להחליש קשרי מימן בין מולקולות המים, בלי שייווצרו במקומם קשרים בחוזק דומה בין מולקולות המים למולקולות האתאן.
לכן אתאן כמעט אינו מתמוסס במים. (לעומתו, מולקולות מתנול יוצרות קשרי מימן עם מולקולות המים, ולכן מתנול מתערבב עם מים בכל יחס.)

סעיף ז

תשובה:

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

דימתיל אתר (C2H6O\text{C}_2\text{H}_6\text{O}C2​H6​O) הוא חומר מולקולרי. כדי שיהיה גז בתנאי החדר, טמפרטורת הרתיחה שלו צריכה להיות נמוכה מטמפרטורת החדר – כלומר הקשרים בין מולקולותיו חלשים.
•במולקולה כל אטומי המימן קשורים לאטומי פחמן, ואין קבוצת OH; לכן בין מולקולות דימתיל אתר אין קשרי מימן.
•המולקולה קוטבית (קשרי C−O\text{C}-\text{O}C−O קוטביים, והמולקולה זוויתית סביב אטום החמצן), ולכן בין המולקולות יש אינטראקציות דו־קוטב–דו־קוטב וואן דר ואלס.
•ענן האלקטרונים של המולקולה קטן (2⋅6+6⋅1+8=262\cdot6+6\cdot1+8=262⋅6+6⋅1+8=26 אלקטרונים), ולכן האינטראקציות ואן דר ואלס חלשות.
הקשרים בין המולקולות חלשים, ודרושה אנרגיה מעטה כדי להפריד ביניהן – טמפרטורת הרתיחה נמוכה מטמפרטורת החדר (בפועל כ־−24∘C-24^{\circ}\text{C}−24∘C), ולכן בתנאי החדר דימתיל אתר הוא גז.

שאלה 12 · כהלים – ייצוגים, איזומרים וטמפרטורות רתיחה

שאלה פתוחה20 נקודות

תרכובות פחמן, מבנה וקישור
לפניכם ייצוגים של נוסחאות המבנה של כמה כהלים רוויים, וטבלה שבה מוצגות טמפרטורות הרתיחה שלהם:
הכהלסמלטמפרטורת רתיחה (oC)(^{o}\text{C})(oC)
מתנולA64.764.764.7
1־פרופנולB97.297.297.2
1־בוטנולC117.7117.7117.7
2־מתיל־2־פרופנולD82.482.482.4
1־פנטנולE138.0138.0138.0

הכהל	סמל	טמפרטורת רתיחה $(^{o}\text{C})$
מתנול	A	$64.7$
1־פרופנול	B	$97.2$
1־בוטנול	C	$117.7$
2־מתיל־2־פרופנול	D	$82.4$
1־פנטנול	E	$138.0$

א.

כִּתבו את הנוסחה המולקולרית של כל אחד מן הכהלים שמוצגים בטבלה.

ב.

מהו הגורם לכך שטמפרטורת הרתיחה של 2־מתיל־2־פרופנול (D) נמוכה מטמפרטורת הרתיחה של 1־בוטנול (C)?

ג.

1־הקסנול הוא כהל רווי לא מסועף שבמולקולה שלו 6 אטומי פחמן, וקבוצת ההידרוקסיל קשורה לאטום הפחמן שבקצה השרשרת.
רִשמו ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של מולקולת 1־הקסנול.

ד.

היעזרו בנתונים שבטבלה וקבעו אם טמפרטורת הרתיחה של 1־הקסנול היא 128oC128^{o}\text{C}128oC או 157oC157^{o}\text{C}157oC .
ציינו את הגורם שהתבססתם עליו בתשובתכם.

ה.

כהלים יכולים לשמש דלק: בשרֵפה מלאה הם מגיבים עם חמצן, O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ , ונוצרים פחמן דו־חמצני ואדי מים.
כמה מולים חמצן, O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ , נדרשים לשרֵפה מלאה של 1 מול 1־הקסנול, C6H13OH(ℓ)\text{C}_6\text{H}_{13}\text{OH}_{(\ell)}C6​H13​OH(ℓ)​ ? הסבירו את תשובתכם.

ו.

איזו מבין שלוש המולקולות (1)–(3) שלפניכם היא איזומר של 1־בוטנול (C) השייך למשפחת האתרים? נמקו.

ז.

בכלי יש מים והפטאן, C7H16(ℓ)\text{C}_7\text{H}_{16(\ell)}C7​H16(ℓ)​ . הנוזלים אינם מתערבבים, ונוצרות שתי שכבות. לכלי הוסיפו מעט מתנול (A) וטלטלו.
קבעו אם רוב המתנול מתמוסס בשכבת המים או בשכבת ההפטאן. הסבירו את קביעתכם. בתשובתכם התייחסו לכוחות הפועלים בין המולקולות.

◂ פתרון מלא לשאלה 12

סעיף א

תשובה:

A: CH4O\text{CH}_4\text{O}CH4​O ; B: C3H8O\text{C}_3\text{H}_8\text{O}C3​H8​O ; C: C4H10O\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}C4​H10​O ; D: C4H10O\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}C4​H10​O ; E: C5H12O\text{C}_5\text{H}_{12}\text{O}C5​H12​O

בייצוג המקוצר כל קודקוד וכל קצה של קו (שאין בו סימול) מייצג אטום פחמן, ולכל אטום פחמן יש מספר אטומי מימן שמשלים את מספר הקשרים שלו ל־ 4. בכל כהל רווי בשאלה יש קבוצת הידרוקסיל אחת, OH. בכהל רווי עם nnn אטומי פחמן יש 2n+22n+22n+2 אטומי מימן ואטום חמצן אחד.
כהלמספר אטומי Cמספר אטומי Hנוסחה מולקולרית
A – מתנול14CH4O\text{CH}_4\text{O}CH4​O (או CH3OH\text{CH}_3\text{OH}CH3​OH)
B – 1־פרופנול38C3H8O\text{C}_3\text{H}_8\text{O}C3​H8​O
C – 1־בוטנול410C4H10O\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}C4​H10​O
D – 2־מתיל־2־פרופנול4 (פחמן מרכזי + 3 קבוצות מתיל)10C4H10O\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}C4​H10​O
E – 1־פנטנול512C5H12O\text{C}_5\text{H}_{12}\text{O}C5​H12​O
טעות נפוצה: לשכוח את אטום המימן שבקבוצת ההידרוקסיל.

כהל	מספר אטומי C	מספר אטומי H	נוסחה מולקולרית
A – מתנול	1	4	$\text{CH}_4\text{O}$ (או $\text{CH}_3\text{OH}$ )
B – 1־פרופנול	3	8	$\text{C}_3\text{H}_8\text{O}$
C – 1־בוטנול	4	10	$\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}$
D – 2־מתיל־2־פרופנול	4 (פחמן מרכזי + 3 קבוצות מתיל)	10	$\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}$
E – 1־פנטנול	5	12	$\text{C}_5\text{H}_{12}\text{O}$

סעיף ב

תשובה:

שטח הפנים של המולקולות: מולקולת D מסועפת וקומפקטית, ולכן שטח הפנים שלה קטן יותר ואינטראקציות ואן דר ואלס בין המולקולות חלשות יותר.

הגורם: שטח הפנים של המולקולה (מידת ההסתעפות).
לשני הכהלים אותה נוסחה מולקולרית, C4H10O\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}C4​H10​O (איזומרים), ולכן ענני אלקטרונים בגודל זהה (42 אלקטרונים); בכל מולקולה יש קבוצת הידרוקסיל אחת, ולכן בשני החומרים נוצרים קשרי מימן בין המולקולות. ההבדל הוא במבנה החלק הפחמימני: מולקולת 1־בוטנול היא שרשרת לא מסועפת, ואילו מולקולת 2־מתיל־2־פרופנול מסועפת מאוד וכמעט כדורית. לכן שטח הפנים של מולקולת D קטן יותר, אינטראקציות ואן דר ואלס בין המולקולות חלשות יותר, וטמפרטורת הרתיחה נמוכה יותר.

סעיף ג

תשובה:

קו זיגזג של 6 אטומי פחמן, ובקצה אחד קבוצת OH: CH3(CH2)5OH\text{CH}_3(\text{CH}_2)_5\text{OH}CH3​(CH2​)5​OH .

מציירים קו זיגזג שבו 6 נקודות (קודקודים וקצה) מייצגות 6 אטומי פחמן, ומאטום הפחמן שבקצה אחד יוצא קשר לקבוצת OH:
אפשר לרשום גם: CH3CH2CH2CH2CH2CH2OH\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{OH}CH3​CH2​CH2​CH2​CH2​CH2​OH או CH3(CH2)5OH\text{CH}_3(\text{CH}_2)_5\text{OH}CH3​(CH2​)5​OH (נוסחה מולקולרית C6H14O\text{C}_6\text{H}_{14}\text{O}C6​H14​O).
טעות נפוצה: לצייר את ה־ OH כקודקוד נוסף בשרשרת ולספור אותו כאטום פחמן.

סעיף ד

תשובה:

157oC157^{o}\text{C}157oC; הגורם – אורך השרשרת (גודל ענן האלקטרונים).

157oC157^{o}\text{C}157oC.
הגורם: אורך שרשרת הפחמנים (גודל ענן האלקטרונים).
משווים בין הכהלים הלא מסועפים שבטבלה (A, B, C, E), שבכל אחד מהם קבוצת OH אחת בקצה השרשרת: 1 פחמן – 64.7oC64.7^{o}\text{C}64.7oC, 3 – 97.2oC97.2^{o}\text{C}97.2oC, 4 – 117.7oC117.7^{o}\text{C}117.7oC, 5 – 138.0oC138.0^{o}\text{C}138.0oC. ככל שהשרשרת ארוכה יותר, ענן האלקטרונים גדול יותר ואינטראקציות ואן דר ואלס חזקות יותר, ולכן טמפרטורת הרתיחה עולה (בכ־ 20oC20^{o}\text{C}20oC לכל אטום פחמן נוסף).
ל־ 1־הקסנול (6 פחמנים) טמפרטורת הרתיחה צריכה להיות גבוהה מזו של 1־פנטנול (138.0oC138.0^{o}\text{C}138.0oC), ולכן 157oC157^{o}\text{C}157oC. הערך 128oC128^{o}\text{C}128oC נמוך מזה של 1־פנטנול, ולכן אינו מתאים.

סעיף ה

תשובה:

999 מול O2\text{O}_2O2​ (לפי C6H13OH(ℓ)+9O2(g)→6CO2(g)+7H2O(g)\text{C}_6\text{H}_{13}\text{OH}_{(\ell)} + 9\text{O}_{2(g)} \rightarrow 6\text{CO}_{2(g)} + 7\text{H}_2\text{O}_{(g)}C6​H13​OH(ℓ)​+9O2(g)​→6CO2(g)​+7H2​O(g)​).

9 מול O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​.
בשרֵפה מלאה כל אטומי הפחמן הופכים ל־ CO2\text{CO}_2CO2​ וכל אטומי המימן – ל־ H2O\text{H}_2\text{O}H2​O:
- 6 אטומי C יוצרים 6 מולקולות CO2\text{CO}_2CO2​; 14 אטומי H יוצרים 7 מולקולות H2O\text{H}_2\text{O}H2​O.
•בתוצרים יש 6⋅2+7=196\cdot 2+7=196⋅2+7=19 אטומי O. אטום חמצן אחד מגיע ממולקולת הכהל עצמה, ולכן מן החמצן נדרשים 19−1=1819-1=1819−1=18 אטומי O, כלומר 18/2=918/2=918/2=9 מולקולות O2\text{O}_2O2​.
C6H13OH(ℓ)+9O2(g)→6CO2(g)+7H2O(g)\text{C}_6\text{H}_{13}\text{OH}_{(\ell)} + 9\text{O}_{2(g)} \rightarrow 6\text{CO}_{2(g)} + 7\text{H}_2\text{O}_{(g)}C6​H13​OH(ℓ)​+9O2(g)​→6CO2(g)​+7H2​O(g)​
בדיקה: C: 6 = 6; H: 14 = 7⋅27\cdot 27⋅2; O: 1+18=191+18=191+18=19 = 12+712+712+7. יחס המולים 1־הקסנול : חמצן הוא 1:91:91:9.
טעות נפוצה: לשכוח את אטום החמצן שבמולקולת הכהל ולקבל 9.5 מול.

סעיף ו

תשובה:

מולקולה (3) (דיאתיל אתר, C4H10O\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}C4​H10​O).

מולקולה (3).
איזומרים הם חומרים בעלי אותה נוסחה מולקולרית ונוסחאות מבנה שונות. הנוסחה המולקולרית של 1־בוטנול היא C4H10O\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}C4​H10​O. הקבוצה הפונקציונלית של אתר היא −O−-\text{O}-−O− (אטום חמצן הקשור לשני אטומי פחמן).
- (1) – 2־בוטנול, C4H10O\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}C4​H10​O: איזומר של 1־בוטנול, אבל יש בו קבוצת הידרוקסיל, OH – הוא כהל ולא אתר.
- (2) – בוטנאל: 4 אטומי פחמן, ובקצה השרשרת קבוצה −CHO-\text{CHO}−CHO (אטום C הקשור בקשר כפול לאטום O ולאטום H) – אלדהיד. נוסחתו C4H8O\text{C}_4\text{H}_8\text{O}C4​H8​O, ולכן אינו איזומר של 1־בוטנול.
- (3) – דיאתיל אתר: אטום חמצן הקשור לשתי קבוצות אתיל, CH3CH2−O−CH2CH3\text{CH}_3\text{CH}_2-\text{O}-\text{CH}_2\text{CH}_3CH3​CH2​−O−CH2​CH3​, נוסחה C4H10O\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}C4​H10​O – איזומר של 1־בוטנול ושייך למשפחת האתרים.

סעיף ז

תשובה:

בשכבת המים – מולקולות מתנול יוצרות קשרי מימן עם מולקולות המים (וחלקן הפחמימני קטן מאוד).

רוב המתנול מתמוסס בשכבת המים.
•במולקולת מתנול, CH3OH\text{CH}_3\text{OH}CH3​OH, יש קבוצת הידרוקסיל: אטום מימן הקשור לאטום חמצן, ושני זוגות לא קושרים על אטום החמצן. לכן בין מולקולות מתנול לבין מולקולות מים נוצרים קשרי מימן, הדומים בחוזקם לקשרי המימן שבין מולקולות המים עצמן – והמתנול מתערבב עם המים.
•החלק הפחמימני של מולקולת המתנול קטן מאוד (קבוצת CH3\text{CH}_3CH3​ אחת), ולכן אינטראקציות ואן דר ואלס שהוא יכול ליצור עם מולקולות ההפטאן חלשות. בין מולקולות ההפטאן הלא קוטביות אין קשרי מימן, וכדי שהמתנול יתמוסס בהפטאן היה צריך לשבור את קשרי המימן שבין מולקולות המתנול בלי ליצור במקומם קשרים בחוזק דומה – לכן המתנול כמעט אינו מתמוסס בהפטאן.

שאלה 13 · תמיסת מימן כלורי – ריכוז, סתירה ושיקוע

שאלה פתוחה20 נקודות

חומצות ובסיסים
בניסוי שערכו תלמידים במעבדה, הם סימנו כוס באות A, שהכילה מים, והזרימו לתוכה 2.46 ליטר גז מימן כלורי, HCl(g)\text{HCl}_{(g)}HCl(g)​, שנמדדו בטמפרטורה של 27∘C27^{\circ}\text{C}27∘C ובלחץ של 1.00 אטמוספרה. כל הגז התמוסס.
בכוס A התקבלה תמיסה בנפח של 500 מ"ל.
נתון: R=0.082 atm⋅Lmol⋅KR = 0.082\ \frac{\text{atm}\cdot\text{L}}{\text{mol}\cdot\text{K}}R=0.082 mol⋅Katm⋅L​.

א.

(i)

נסח את התגובה שהתרחשה בעת הכנת התמיסה בכוס A.

(ii)

האם ה־pH של התמיסה בכוס A קטן מ־7, שווה ל־7 או גדול מ־7? נמק.

ב.

התלמידים חילקו את התמיסה שבכוס A לשלוש כוסות כימיות: לכוס I – 100 מ"ל, לכוס II – 150 מ"ל ולכוס III – 250 מ"ל.

(i)

לפניך ארבעה היגדים a-d, המתייחסים לתמיסות בכוסות I, II, III.
ציין מה הם ההיגדים הנכונים מן ההיגדים a-d.
a. ריכוז יוני H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}H3​O(aq)+​ בכוס III גדול מריכוזם בכוס I.
b. מספר המולים של יוני Cl(aq)−\text{Cl}^{-}_{(aq)}Cl(aq)−​ בכוס III גדול פי 2.5 ממספר המולים שלהם בכוס I.
c. ריכוז התמיסה בכל אחת מן הכוסות שווה לריכוז התמיסה שהייתה בכוס A.
d. סכום מספרי המולים של המומס בשלוש הכוסות קטן ממספר המולים של המומס שהיה בכוס A.

(ii)

חשב את מספר המולים של HCl\text{HCl}HCl שהומסו בכל אחת מן הכוסות I, II, III. פרט את חישוביך.

ג.

התלמידים הוסיפו לכל אחת מן הכוסות I, II, III חומרים שונים זה מזה.
לכוס I הוסיפו התלמידים נפח מסוים של תמיסת אשלגן הידרוקסידי, KOH(aq)\text{KOH}_{(aq)}KOH(aq)​, בריכוז 0.40M, וערבבו היטב. התרחשה תגובה.
בתום התגובה ערך ה־pH היה 7.

(i)

נסח ניסוח נטו לתגובה שהתרחשה.

(ii)

מהו נפח תמיסת KOH(aq)\text{KOH}_{(aq)}KOH(aq)​ שהוסיפו לכוס I? פרט את חישוביך.

(iii)

לכוס II הוסיפו התלמידים 2.24 גרם אשלגן הידרוקסידי מוצק, KOH(s)\text{KOH}_{(s)}KOH(s)​, וערבבו היטב עד שכל המוצק התמוסס. התרחשה תגובה.
קבע אם בתום התגובה, ה־pH בכוס II היה חומצי, בסיסי או ניטרלי.
פרט את חישוביך.

ד.

לכוס III הוסיפו התלמידים 125 מ"ל תמיסת כסף חנקתי, AgNO3(aq)\text{AgNO}_{3(aq)}AgNO3(aq)​. בכוס נוצר משקע לבן של כסף כלורי, AgCl(s)\text{AgCl}_{(s)}AgCl(s)​.
לפניך ניסוח נטו לתגובה שהתרחשה.
Ag(aq)++Cl(aq)−→AgCl(s)\text{Ag}^{+}_{(aq)} + \text{Cl}^{-}_{(aq)} \rightarrow \text{AgCl}_{(s)}Ag(aq)+​+Cl(aq)−​→AgCl(s)​
כל המגיבים הגיבו בשלמות.
חשב את ריכוז תמיסת AgNO3(aq)\text{AgNO}_{3(aq)}AgNO3(aq)​ שהוסיפו לכוס III.

◂ פתרון מלא לשאלה 13

סעיף א

(i)

תשובה:

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)−​

HCl\text{HCl}HCl הוא חומר מולקולרי. בהמסתו במים הוא מגיב עם המים כחומצה – מוסר יון מימן (פרוטון) למולקולת מים, ונוצרים יוני הידרוניום ויוני כלוריד ממוימים:
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)−​

(ii)

תשובה:

קטן מ־7.

קטן מ־7. בתגובת HCl\text{HCl}HCl עם המים נוצרים יוני H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}H3​O(aq)+​, ולכן ריכוז יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ בתמיסה גדול מריכוז יוני OH−\text{OH}^{-}OH− – התמיסה חומצית, pH<7\text{pH} < 7pH<7.

סעיף ב

(i)

תשובה:

b ו־c.

- a – לא נכון: כל הכוסות קיבלו תמיסה מאותה כוס A, ולכן הריכוז בכולן זהה – גם אם הנפחים שונים.
- b – נכון: הריכוז זהה, ולכן מספר המולים יחסי לנפח: 250 mL100 mL=2.5\frac{250\ \text{mL}}{100\ \text{mL}} = 2.5100 mL250 mL​=2.5.
- c – נכון: חלוקת תמיסה לכלים שונים אינה משנה את הריכוז (C=nVC = \frac{n}{V}C=Vn​ – בכל חלק המומס והנפח קטנים באותו יחס).
- d – לא נכון: כל התמיסה חולקה (100+150+250=500100 + 150 + 250 = 500100+150+250=500 מ"ל), ולכן סכום המולים בשלוש הכוסות שווה למספר המולים שהיה בכוס A.

(ii)

תשובה:

כוס I – 0.02000.02000.0200 מול; כוס II – 0.03000.03000.0300 מול; כוס III – 0.05000.05000.0500 מול.

המרת טמפרטורה: T=27+273=300 KT = 27 + 273 = 300\ \text{K}T=27+273=300 K.
לפי משוואת הגזים PV=nRTPV = nRTPV=nRT:
nHCl=PVRT=1.00 atm⋅2.46 L0.082 atm⋅Lmol⋅K⋅300 K=0.100 mol(בכוס A)n_{\text{HCl}} = \frac{PV}{RT} = \frac{1.00\ \text{atm}\cdot 2.46\ \text{L}}{0.082\ \frac{\text{atm}\cdot\text{L}}{\text{mol}\cdot\text{K}}\cdot 300\ \text{K}} = 0.100\ \text{mol}\quad(\text{בכוס A})nHCl​=RTPV​=0.082 mol⋅Katm⋅L​⋅300 K1.00 atm⋅2.46 L​=0.100 mol(בכוס A)
C=nV=0.100 mol0.500 L=0.200 MC = \frac{n}{V} = \frac{0.100\ \text{mol}}{0.500\ \text{L}} = 0.200\ \text{M}C=Vn​=0.500 L0.100 mol​=0.200 M
בכל כוס n=C⋅Vn = C\cdot Vn=C⋅V:
•כוס I: n=0.200 mol/L⋅0.100 L=0.0200 moln = 0.200\ \text{mol/L}\cdot 0.100\ \text{L} = 0.0200\ \text{mol}n=0.200 mol/L⋅0.100 L=0.0200 mol
•כוס II: n=0.200 mol/L⋅0.150 L=0.0300 moln = 0.200\ \text{mol/L}\cdot 0.150\ \text{L} = 0.0300\ \text{mol}n=0.200 mol/L⋅0.150 L=0.0300 mol
•כוס III: n=0.200 mol/L⋅0.250 L=0.0500 moln = 0.200\ \text{mol/L}\cdot 0.250\ \text{L} = 0.0500\ \text{mol}n=0.200 mol/L⋅0.250 L=0.0500 mol
בדיקה: 0.0200+0.0300+0.0500=0.100 mol0.0200 + 0.0300 + 0.0500 = 0.100\ \text{mol}0.0200+0.0300+0.0500=0.100 mol.

סעיף ג

(i)

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)​

תגובת סתירה בין יוני ההידרוניום מתמיסת החומצה ליוני ההידרוקסיד מתמיסת הבסיס. יוני K+\text{K}^{+}K+ ו־Cl−\text{Cl}^{-}Cl− הם יוני צופה:
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)​

(ii)

תשובה:

50 מ"ל (0.050 ליטר)

pH=7\text{pH} = 7pH=7 בתום התגובה – כל יוני ה־H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ הגיבו עם כמות שקולה של יוני OH−\text{OH}^{-}OH−.
בכוס I: nH3O+=nHCl=0.0200 moln_{\text{H}_3\text{O}^+} = n_{\text{HCl}} = 0.0200\ \text{mol}nH3​O+​=nHCl​=0.0200 mol. לפי יחס 1:1: nOH−=0.0200 moln_{\text{OH}^-} = 0.0200\ \text{mol}nOH−​=0.0200 mol.
KOH(s)→K(aq)++OH(aq)−\text{KOH}_{(s)} \rightarrow \text{K}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}KOH(s)​→K(aq)+​+OH(aq)−​, לכן nKOH=0.0200 moln_{\text{KOH}} = 0.0200\ \text{mol}nKOH​=0.0200 mol.
V=nC=0.0200 mol0.40 mol/L=0.050 L=50 mLV = \frac{n}{C} = \frac{0.0200\ \text{mol}}{0.40\ \text{mol/L}} = 0.050\ \text{L} = 50\ \text{mL}V=Cn​=0.40 mol/L0.0200 mol​=0.050 L=50 mL

(iii)

תשובה:

בסיסי.

בסיסי (pH>7\text{pH} > 7pH>7).
MKOH=39.1+16.0+1.0=56.1 g/molM_{\text{KOH}} = 39.1 + 16.0 + 1.0 = 56.1\ \text{g/mol}MKOH​=39.1+16.0+1.0=56.1 g/mol
nKOH=mM=2.24 g56.1 g/mol=0.0399 mol=nOH−n_{\text{KOH}} = \frac{m}{M} = \frac{2.24\ \text{g}}{56.1\ \text{g/mol}} = 0.0399\ \text{mol} = n_{\text{OH}^-}nKOH​=Mm​=56.1 g/mol2.24 g​=0.0399 mol=nOH−​
בכוס II: nH3O+=0.0300 moln_{\text{H}_3\text{O}^+} = 0.0300\ \text{mol}nH3​O+​=0.0300 mol. יחס התגובה 1:1, ולכן נשאר עודף:
0.0399 mol−0.0300 mol=0.0099 mol OH−0.0399\ \text{mol} - 0.0300\ \text{mol} = 0.0099\ \text{mol}\ \text{OH}^{-}0.0399 mol−0.0300 mol=0.0099 mol OH−
בתמיסה נשארו יוני OH−\text{OH}^{-}OH− בעודף – התמיסה בסיסית.

סעיף ד

תשובה:

0.400 M0.400\ \text{M}0.400 M

בכוס III: nCl−=nHCl=0.0500 moln_{\text{Cl}^-} = n_{\text{HCl}} = 0.0500\ \text{mol}nCl−​=nHCl​=0.0500 mol (תת־סעיף ב ii).
כל המגיבים הגיבו בשלמות, ולפי יחס המולים Ag+:Cl−=1:1\text{Ag}^{+} : \text{Cl}^{-} = 1 : 1Ag+:Cl−=1:1:
nAg+=0.0500 moln_{\text{Ag}^+} = 0.0500\ \text{mol}nAg+​=0.0500 mol
AgNO3(s)→Ag(aq)++NO3(aq)−\text{AgNO}_{3(s)} \rightarrow \text{Ag}^{+}_{(aq)} + \text{NO}^{-}_{3(aq)}AgNO3(s)​→Ag(aq)+​+NO3(aq)−​, לכן nAgNO3=0.0500 moln_{\text{AgNO}_3} = 0.0500\ \text{mol}nAgNO3​​=0.0500 mol.
C=nV=0.0500 mol0.125 L=0.400 MC = \frac{n}{V} = \frac{0.0500\ \text{mol}}{0.125\ \text{L}} = 0.400\ \text{M}C=Vn​=0.125 L0.0500 mol​=0.400 M
ריכוז תמיסת AgNO3\text{AgNO}_3AgNO3​ הוא 0.400 M0.400\ \text{M}0.400 M.

שאלה 14 · קביעת הרכב תערובת סידן כלורי ונתרן כלורי

שאלה פתוחה20 נקודות

חישובים
ענו על הסעיפים א, ב, ג, ד, ה, ו ועל אחד מן הסעיפים ז או ח.
נתונה תערובת של שני מוצקים המסיסים במים: סידן כלורי, CaCl2(s)\text{CaCl}_{2(s)}CaCl2(s)​ , ונתרן כלורי, NaCl(s)\text{NaCl}_{(s)}NaCl(s)​ . תערובות כאלה משמשות, למשל, להמסת קרח על כבישים.
ערכו ניסוי כדי לקבוע את הֶרכב התערובת.
המיסו במים 3.42 גרם מתערובת המוצקים ליצירת 250 מ"ל תמיסה A .

א.

רשמו ניסוח של תגובת ההמסה של CaCl2(s)\text{CaCl}_{2(s)}CaCl2(s)​ במים.

ב.

רשמו ניסוח של תגובת ההמסה של NaCl(s)\text{NaCl}_{(s)}NaCl(s)​ במים.

ג.

הגיבו 50.0 מ"ל מתמיסה A עם תמיסת נתרן פחמתי, Na2CO3(aq)\text{Na}_2\text{CO}_{3(aq)}Na2​CO3(aq)​ , בעודף. כל יוני הסידן, Ca(aq)2+\text{Ca}^{2+}_{(aq)}Ca(aq)2+​ , שבתמיסה הגיבו.
נוצרו 0.300 גרם סידן פחמתי, CaCO3(s)\text{CaCO}_{3(s)}CaCO3(s)​ .
לפניכם ניסוח נטו של התגובה שהתרחשה (תגובה 1):
(1) Ca(aq)2++CO32−(aq)→CaCO3(s)\text{Ca}^{2+}_{(aq)} + \text{CO}_3^{2-}{}_{(aq)} \rightarrow \text{CaCO}_{3(s)}Ca(aq)2+​+CO32−​(aq)​→CaCO3(s)​
חשבו את מספר המולים של CaCO3(s)\text{CaCO}_{3(s)}CaCO3(s)​ שנוצרו בתגובה. פרטו את חישוביכם.

ד.

חשבו מה היה מספר המולים של יוני Ca(aq)2+\text{Ca}^{2+}_{(aq)}Ca(aq)2+​ ב־250 מ"ל תמיסה A . פרטו את חישוביכם.

ה.

חשבו מה הייתה מסת CaCl2(s)\text{CaCl}_{2(s)}CaCl2(s)​ בתערובת המוצקים שהמיסו במים ליצירת 250 מ"ל תמיסה A . פרטו את חישוביכם.

ו.

(i)

חשבו מה הייתה מסת NaCl(s)\text{NaCl}_{(s)}NaCl(s)​ בתערובת שהמיסו במים ליצירת 250 מ"ל תמיסה A . פרטו את חישוביכם.

(ii)

חשבו מה היה מספר המולים של NaCl(s)\text{NaCl}_{(s)}NaCl(s)​ בתערובת שהמיסו במים ליצירת 250 מ"ל תמיסה A .
פרטו את חישוביכם.

ז.

סעיף ז הוא סעיף בחירה. אם תבחרו לענות עליו, אל תענו על סעיף ח.
חשבו את ריכוז יוני הכלוריד, Cl(aq)−\text{Cl}^{-}_{(aq)}Cl(aq)−​ , ב־250 מ"ל תמיסה A . פרטו את חישוביכם.

ח.

סעיף ח הוא סעיף בחירה. אם תבחרו לענות עליו, אל תענו על סעיף ז.
ל־25.0 מ"ל מתמיסה A הוסיפו 20.0 מ"ל תמיסת כסף חנקתי, AgNO3(aq)\text{AgNO}_{3(aq)}AgNO3(aq)​ , בריכוז 0.150M . נוצר משקע של כסף כלורי, AgCl(s)\text{AgCl}_{(s)}AgCl(s)​ .
לפניכם ניסוח נטו של התגובה שהתרחשה (תגובה 2):
(2) Ag(aq)++Cl(aq)−→AgCl(s)\text{Ag}^{+}_{(aq)} + \text{Cl}^{-}_{(aq)} \rightarrow \text{AgCl}_{(s)}Ag(aq)+​+Cl(aq)−​→AgCl(s)​
קבעו מהו המגיב המגביל, וחשבו את המסה של AgCl(s)\text{AgCl}_{(s)}AgCl(s)​ שנוצר בניסוי. פרטו את חישוביכם.

◂ פתרון מלא לשאלה 14

סעיף א

תשובה:

CaCl2(s)→H2OCa(aq)2++2Cl(aq)−\text{CaCl}_{2(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{Ca}^{2+}_{(aq)} + 2\text{Cl}^{-}_{(aq)}CaCl2(s)​H2​O​Ca(aq)2+​+2Cl(aq)−​

CaCl2(s)→H2O(l)Ca(aq)2++2Cl(aq)−\text{CaCl}_{2(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}} \text{Ca}^{2+}_{(aq)} + 2\text{Cl}^{-}_{(aq)}CaCl2(s)​H2​O(l)​​Ca(aq)2+​+2Cl(aq)−​
איזון: Ca – 1, Cl – 2 בכל צד; מטען: (+2)+2⋅(−1)=0(+2) + 2 \cdot (-1) = 0(+2)+2⋅(−1)=0. המים משמשים ממס (נרשמים מעל החץ).
טעות נפוצה: לרשום Cl2−\text{Cl}_2^{-}Cl2−​ או Cl2\text{Cl}_2Cl2​ במקום 2Cl−2\text{Cl}^{-}2Cl−.

סעיף ב

תשובה:

NaCl(s)→H2ONa(aq)++Cl(aq)−\text{NaCl}_{(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{Cl}^{-}_{(aq)}NaCl(s)​H2​O​Na(aq)+​+Cl(aq)−​

NaCl(s)→H2O(l)Na(aq)++Cl(aq)−\text{NaCl}_{(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}} \text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{Cl}^{-}_{(aq)}NaCl(s)​H2​O(l)​​Na(aq)+​+Cl(aq)−​
הסריג היוני מתפרק והיונים מוקפים במולקולות מים; המים אינם מגיבים.

סעיף ג

תשובה:

n(CaCO3)=3.00×10−3 moln(\text{CaCO}_3) = 3.00 \times 10^{-3}\ \text{mol}n(CaCO3​)=3.00×10−3 mol

1. המסה המולרית: M(CaCO3)=40.1+12.0+3⋅16.0=100.1 gmolM(\text{CaCO}_3) = 40.1 + 12.0 + 3 \cdot 16.0 = 100.1\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(CaCO3​)=40.1+12.0+3⋅16.0=100.1 molg​
2. n=mM=0.300 g100.1 gmol=3.00×10−3 moln = \frac{m}{M} = \frac{0.300\ \text{g}}{100.1\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}} = 3.00 \times 10^{-3}\ \text{mol}n=Mm​=100.1 molg​0.300 g​=3.00×10−3 mol
תשובה: נוצרו 3.00×10−3 mol3.00 \times 10^{-3}\ \text{mol}3.00×10−3 mol של CaCO3\text{CaCO}_3CaCO3​.

סעיף ד

תשובה:

n(Ca2+)=0.0150 moln(\text{Ca}^{2+}) = 0.0150\ \text{mol}n(Ca2+)=0.0150 mol

1. לפי תגובה 1 היחס Ca2+:CaCO3=1:1\text{Ca}^{2+} : \text{CaCO}_3 = 1 : 1Ca2+:CaCO3​=1:1, ולכן ב־50.0 מ"ל תמיסה A היו n(Ca2+)=3.00×10−3 moln(\text{Ca}^{2+}) = 3.00 \times 10^{-3}\ \text{mol}n(Ca2+)=3.00×10−3 mol.
2. 250 מ"ל הם פי 250 mL50.0 mL=5\frac{250\ \text{mL}}{50.0\ \text{mL}} = 550.0 mL250 mL​=5 מ־50.0 מ"ל, ולכן:
n(Ca2+)250 mL=5⋅3.00×10−3 mol=0.0150 moln(\text{Ca}^{2+})_{250\ \text{mL}} = 5 \cdot 3.00 \times 10^{-3}\ \text{mol} = 0.0150\ \text{mol}n(Ca2+)250 mL​=5⋅3.00×10−3 mol=0.0150 mol
(דרך נוספת: C(Ca2+)=3.00×10−3 mol0.0500 L=0.0600 MC(\text{Ca}^{2+}) = \frac{3.00 \times 10^{-3}\ \text{mol}}{0.0500\ \text{L}} = 0.0600\ \text{M}C(Ca2+)=0.0500 L3.00×10−3 mol​=0.0600 M, ו־n=0.0600 molL⋅0.250 L=0.0150 moln = 0.0600\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 0.250\ \text{L} = 0.0150\ \text{mol}n=0.0600 Lmol​⋅0.250 L=0.0150 mol.)

סעיף ה

תשובה:

m(CaCl2)=1.67 gm(\text{CaCl}_2) = 1.67\ \text{g}m(CaCl2​)=1.67 g

כל יוני הסידן מקורם ב־CaCl2\text{CaCl}_2CaCl2​, ולפי תגובת ההמסה (סעיף א) היחס CaCl2:Ca2+=1:1\text{CaCl}_2 : \text{Ca}^{2+} = 1 : 1CaCl2​:Ca2+=1:1, ולכן n(CaCl2)=0.0150 moln(\text{CaCl}_2) = 0.0150\ \text{mol}n(CaCl2​)=0.0150 mol.
M(CaCl2)=40.1+2⋅35.5=111.1 gmolM(\text{CaCl}_2) = 40.1 + 2 \cdot 35.5 = 111.1\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(CaCl2​)=40.1+2⋅35.5=111.1 molg​
m=n⋅M=0.0150 mol⋅111.1 gmol=1.67 gm = n \cdot M = 0.0150\ \text{mol} \cdot 111.1\ \frac{\text{g}}{\text{mol}} = 1.67\ \text{g}m=n⋅M=0.0150 mol⋅111.1 molg​=1.67 g
תשובה: בתערובת היו 1.67 g1.67\ \text{g}1.67 g סידן כלורי.

סעיף ו

(i)

תשובה:

1.75 g1.75\ \text{g}1.75 g

מסת התערובת היא סכום המסות של שני המוצקים:
m(NaCl)=mmixture−m(CaCl2)=3.42 g−1.67 g=1.75 gm(\text{NaCl}) = m_{\text{mixture}} - m(\text{CaCl}_2) = 3.42\ \text{g} - 1.67\ \text{g} = 1.75\ \text{g}m(NaCl)=mmixture​−m(CaCl2​)=3.42 g−1.67 g=1.75 g

(ii)

תשובה:

0.0299 mol0.0299\ \text{mol}0.0299 mol (כ־0.030 mol0.030\ \text{mol}0.030 mol)

1. M(NaCl)=23.0+35.5=58.5 gmolM(\text{NaCl}) = 23.0 + 35.5 = 58.5\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(NaCl)=23.0+35.5=58.5 molg​
2. n=mM=1.75 g58.5 gmol=0.0299 mol≈0.030 moln = \frac{m}{M} = \frac{1.75\ \text{g}}{58.5\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}} = 0.0299\ \text{mol} \approx 0.030\ \text{mol}n=Mm​=58.5 molg​1.75 g​=0.0299 mol≈0.030 mol

סעיף ז

תשובה:

[Cl−]=0.240 M[\text{Cl}^{-}] = 0.240\ \text{M}[Cl−]=0.240 M

1. יוני כלוריד מ־CaCl2\text{CaCl}_2CaCl2​ (יחס 1:2, לפי סעיף א): n1(Cl−)=2⋅0.0150 mol=0.0300 moln_1(\text{Cl}^{-}) = 2 \cdot 0.0150\ \text{mol} = 0.0300\ \text{mol}n1​(Cl−)=2⋅0.0150 mol=0.0300 mol
2. יוני כלוריד מ־NaCl (יחס 1:1, לפי סעיף ב): n2(Cl−)=0.0299 moln_2(\text{Cl}^{-}) = 0.0299\ \text{mol}n2​(Cl−)=0.0299 mol
3. סך הכול: n(Cl−)=0.0300 mol+0.0299 mol=0.0599 moln(\text{Cl}^{-}) = 0.0300\ \text{mol} + 0.0299\ \text{mol} = 0.0599\ \text{mol}n(Cl−)=0.0300 mol+0.0299 mol=0.0599 mol
4. C=nV=0.0599 mol0.250 L=0.240 molLC = \frac{n}{V} = \frac{0.0599\ \text{mol}}{0.250\ \text{L}} = 0.240\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}C=Vn​=0.250 L0.0599 mol​=0.240 Lmol​
תשובה: ריכוז יוני הכלוריד בתמיסה A הוא 0.240 M0.240\ \text{M}0.240 M.
טעות נפוצה: לשכוח שבכל יחידת CaCl2\text{CaCl}_2CaCl2​ יש שני יוני כלוריד.

סעיף ח

תשובה:

המגיב המגביל: Ag+\text{Ag}^{+}Ag+ ; m(AgCl)=0.430 gm(\text{AgCl}) = 0.430\ \text{g}m(AgCl)=0.430 g

מספר המולים של יוני הכסף: n(Ag+)=C⋅V=0.150 molL⋅0.0200 L=3.00×10−3 moln(\text{Ag}^{+}) = C \cdot V = 0.150\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 0.0200\ \text{L} = 3.00 \times 10^{-3}\ \text{mol}n(Ag+)=C⋅V=0.150 Lmol​⋅0.0200 L=3.00×10−3 mol
מספר המולים של יוני הכלוריד ב־25.0 מ"ל תמיסה A: ב־250 מ"ל יש 2⋅0.0150 mol+0.0299 mol=0.0599 mol2 \cdot 0.0150\ \text{mol} + 0.0299\ \text{mol} = 0.0599\ \text{mol}2⋅0.0150 mol+0.0299 mol=0.0599 mol (לפי סעיפים ד ו־ו: שני יוני כלוריד לכל יחידת CaCl2\text{CaCl}_2CaCl2​ ויון אחד לכל יחידת NaCl), וב־25.0 מ"ל (עשירית): n(Cl−)=0.0599 mol10=5.99×10−3 mol≈6.0×10−3 moln(\text{Cl}^{-}) = \frac{0.0599\ \text{mol}}{10} = 5.99 \times 10^{-3}\ \text{mol} \approx 6.0 \times 10^{-3}\ \text{mol}n(Cl−)=100.0599 mol​=5.99×10−3 mol≈6.0×10−3 mol
לפי תגובה 2 היחס Ag+:Cl−=1:1\text{Ag}^{+} : \text{Cl}^{-} = 1:1Ag+:Cl−=1:1. נדרשים 5.99×10−3 mol5.99 \times 10^{-3}\ \text{mol}5.99×10−3 mol Ag+\text{Ag}^{+}Ag+ כדי להגיב עם כל יוני הכלוריד, אך יש רק 3.00×10−3 mol3.00 \times 10^{-3}\ \text{mol}3.00×10−3 mol – לכן Ag+\text{Ag}^{+}Ag+ הוא המגיב המגביל (יוני הכלוריד בעודף).
n(AgCl)=n(Ag+)=3.00×10−3 moln(\text{AgCl}) = n(\text{Ag}^{+}) = 3.00 \times 10^{-3}\ \text{mol}n(AgCl)=n(Ag+)=3.00×10−3 mol
M(AgCl)=107.9+35.5=143.4 gmolM(\text{AgCl}) = 107.9 + 35.5 = 143.4\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(AgCl)=107.9+35.5=143.4 molg​
m=n⋅M=3.00×10−3 mol⋅143.4 gmol=0.430 gm = n \cdot M = 3.00 \times 10^{-3}\ \text{mol} \cdot 143.4\ \frac{\text{g}}{\text{mol}} = 0.430\ \text{g}m=n⋅M=3.00×10−3 mol⋅143.4 molg​=0.430 g
תשובה: המגיב המגביל הוא Ag+\text{Ag}^{+}Ag+, ונוצרו 0.430 g0.430\ \text{g}0.430 g כסף כלורי.
טעות נפוצה: לחשב את מסת המשקע לפי מספר המולים של יוני הכלוריד, בלי לבדוק איזה מגיב נגמר ראשון.

טבלת התשובות

שאלה	סעיף	תשובה
1	-	ג – 2,8
2	-	א – בכל הקשרים (C–F, C–Cl, Si–Cl) יש הפרש אלקטרושליליות בין האטומים, ולכן כולם קוטביים.
3	-	ג – בין מולקולות החומצה האתנואית נוצרים קשרי מימן (קבוצת $\text{O}-\text{H}$ ), ובין מולקולות מתיל מתאנואט לא.
4	-	ג – a ו־d בלבד: רק בהם יש שינוי בדרגות החמצון.
5	-	ד — a: אוריאה $\text{CO(NH}_2)_2$ ( $0.4\ \text{M}$ ), b: $\text{MgCl}_2$ ( $1.2\ \text{M}$ ), c: $\text{KNO}_3$ ( $0.8\ \text{M}$ ).
6	-	ג – $-110.5\ \text{kJ}$
7	-	ד – ריכוז יוני $\text{OH}^{-}$ עולה מ־0.1 M ל־0.15 M, ולכן ה־pH עולה.
8	-	ב – $\text{O}_2$ מגביל; מגיבים $40\ \text{mL}$ של $\text{H}_2\text{S}$ ונותרים $20\ \text{mL}$ .
9	א i	1. הפסולת תופסת שטחים גדולים. 2. חיידקים המפרקים אותה פולטים לאוויר מתאן, שהוא גז חממה חזק.
	א ii	מתקבל גז עשיר במתאן (ביומתאן), שאפשר להזרים לצנרת הגז הטבעי.
	ב i	הניצוץ או הלהבה מספקים את אנרגיית השפעול – האנרגיה ההתחלתית הדרושה כדי שהתגובה תתחיל.
	ב ii	תגובת השרפה אקסותרמית ( $\Delta H^0 < 0$ ): אנתלפיית התוצרים נמוכה מאנתלפיית המגיבים, וההפרש נפלט לסביבה כחום, שמחמם את המים.
	ג	התגובה אנדותרמית ( $\Delta H^0>0$ ) – היא קולטת אנרגיה מהסביבה ואינה פולטת חום; משתמשים בה להפקת מימן.
	ד i	$n_{\text{CH}_4} = 6.75\ \text{mol}$ (כ־ 6.8 מול)
	ד ii	טמפרטורת הרתיחה של מים גבוהה בהרבה מזו של מתאן: בין מולקולות המים יש קשרי מימן, ובין מולקולות המתאן הלא קוטביות יש רק אינטראקציות ואן דר ואלס חלשות.
10	א i	$\text{Mg}$ : יונים חיוביים $\text{Mg}^{2+}$ ואלקטרונים שאינם מאותרים, קשר מתכתי. $\text{SrCl}_2$ : יוני $\text{Sr}^{2+}$ ויוני $\text{Cl}^{-}$ , קשרים יוניים.
	א ii	יון סידן $[\text{Ca}]^{2+}$ (ללא אלקטרוני ערכיות) ויון כלור $[:\ddot{\text{Cl}}:]^{-}$ עם 8 אלקטרונים (4 זוגות) סביבו.
	א iii	ל־ $\text{NaCl}_{(s)}$ – יון $\text{Na}^{+}$ קטן מיון $\text{K}^{+}$ (פחות רמות מאוכלסות), ולכן המשיכה בינו לבין יון $\text{Cl}^{-}$ חזקה יותר.
	ב	38 פרוטונים, 50 נויטרונים, 36 אלקטרונים (יון $\text{Sr}^{2+}$ ).
	ג i	המטען הגרעיני של Mg גדול יותר (12 פרוטונים לעומת 11), ושני האטומים באותו מחזור.
	ג ii	$590\ \text{kJ/mol}$ – ל־Ca יש רמת אנרגייה מאוכלסת נוספת (4 רמות) לעומת Mg.
	ד i	בהיתוך גופרית נחלשות אינטראקציות ון־דר־ולס בין המולקולות (הקשרים הקוולנטיים בתוך המולקולות אינם נשברים); בהיתוך מגנזיום יש להחליש את הקשר המתכתי, החזק בהרבה.
	ד ii	בגופרית אין חלקיקים טעונים ניידים – היא בנויה ממולקולות ניטרליות, והאלקטרונים מאותרים בקשרים הקוולנטיים.
11	א	H–C(H)(H)–O–H: אטום הפחמן קשור לשלושה אטומי H ולאטום O; אטום החמצן קשור גם לאטום H ועליו שני זוגות אלקטרונים לא קושרים (ראו האיור).
	ב	מתנול: $\text{CH}_4\text{O}$ ; אתאן: $\text{C}_2\text{H}_6$
	ג	לענני האלקטרונים אותו גודל (18 אלקטרונים); בין מולקולות מתנול יש קשרי מימן, ובין מולקולות אתאן רק אינטראקציות ואן דר ואלס – לכן טמפרטורת הרתיחה של מתנול גבוהה יותר.
	ד	מתנול – מוצק; אתאן – נוזל.
	ה	$\text{CH}_3\text{OH}_{(l)} \rightarrow \text{CH}_3\text{OH}_{(aq)}$
	ו	אתאן אינו קוטבי ואינו יכול ליצור קשרי מימן עם מולקולות המים; בין מולקולותיו לבין מולקולות המים נוצרות רק אינטראקציות ואן דר ואלס חלשות, החלשות בהרבה מקשרי המימן שבין מולקולות המים.
	ז	בין מולקולות דימתיל אתר אין קשרי מימן (אין H הקשור לחמצן), ויש רק אינטראקציות דו־קוטב–דו־קוטב ואן דר ואלס חלשות יחסית (ענן אלקטרונים קטן) – לכן טמפרטורת הרתיחה שלו נמוכה מטמפרטורת החדר.
12	א	A: $\text{CH}_4\text{O}$ ; B: $\text{C}_3\text{H}_8\text{O}$ ; C: $\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}$ ; D: $\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}$ ; E: $\text{C}_5\text{H}_{12}\text{O}$
	ב	שטח הפנים של המולקולות: מולקולת D מסועפת וקומפקטית, ולכן שטח הפנים שלה קטן יותר ואינטראקציות ואן דר ואלס בין המולקולות חלשות יותר.
	ג	קו זיגזג של 6 אטומי פחמן, ובקצה אחד קבוצת OH: $\text{CH}_3(\text{CH}_2)_5\text{OH}$ .
	ד	$157^{o}\text{C}$ ; הגורם – אורך השרשרת (גודל ענן האלקטרונים).
	ה	$9$ מול $\text{O}_2$ (לפי $\text{C}_6\text{H}_{13}\text{OH}_{(\ell)} + 9\text{O}_{2(g)} \rightarrow 6\text{CO}_{2(g)} + 7\text{H}_2\text{O}_{(g)}$ ).
	ו	מולקולה (3) (דיאתיל אתר, $\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}$ ).
	ז	בשכבת המים – מולקולות מתנול יוצרות קשרי מימן עם מולקולות המים (וחלקן הפחמימני קטן מאוד).
13	א i	$\text{HCl}_{(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{Cl}^{-}_{(aq)}$
	א ii	קטן מ־7.
	ב i	b ו־c.
	ב ii	כוס I – $0.0200$ מול; כוס II – $0.0300$ מול; כוס III – $0.0500$ מול.
	ג i	$\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}$
	ג ii	50 מ"ל (0.050 ליטר)
	ג iii	בסיסי.
	ד	$0.400\ \text{M}$
14	א	$\text{CaCl}_{2(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{Ca}^{2+}_{(aq)} + 2\text{Cl}^{-}_{(aq)}$
	ב	$\text{NaCl}_{(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{Cl}^{-}_{(aq)}$
	ג	$n(\text{CaCO}_3) = 3.00 \times 10^{-3}\ \text{mol}$
	ד	$n(\text{Ca}^{2+}) = 0.0150\ \text{mol}$
	ה	$m(\text{CaCl}_2) = 1.67\ \text{g}$
	ו i	$1.75\ \text{g}$
	ו ii	$0.0299\ \text{mol}$ (כ־ $0.030\ \text{mol}$ )
	ז	$[\text{Cl}^{-}] = 0.240\ \text{M}$
	ח	המגיב המגביל: $\text{Ag}^{+}$ ; $m(\text{AgCl}) = 0.430\ \text{g}$

פרק ראשון

שאלה 1 · היערכות אלקטרונים של יון חיובי תלת־מטעני

שאלה 2 · קוטביות קשרים ומולקולות במבנה טטראדרי

התשובה: א.

שאלה 3 · חומצה אתנואית ומתיל מתאנואט – טמפרטורת רתיחה

למה האחרות שגויות:

שאלה 4 · זיהוי תגובות חמצון־חיזור

שאלה 5 · ריכוז כולל של חלקיקים מומסים – אוריאה, מגנזיום כלורי ואשלגן חנקתי

ריכוז החלקיקים לפי תהליכי ההמסה:

שאלה 6 · חוק הס – יצירת פחמן חד־חמצני

התשובה הנכונה: ג.

שאלה 7 · השפעת הוספת נוזלים שונים על ה־pH של תמיסה בסיסית

תשובה: ד.

שאלה 8 · גורם מגביל בתגובה בין גזים – יחסי נפחים

קביעת הגורם המגביל:

חישוב לפי הגורם המגביל (60 mL60\ \text{mL}60 mL של O2\text{O}_2O2​):

שאלה 9 · ביוגז – אנרגיה מפסולת

ניתוח קטע מאמר מדעי – חובה

ביוגז – אנרגיה מפסולת

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

המרת יחידות:

פרק שני

שאלה 10 · זיקוקים: מתכות, יונים ואנרגיית יינון

מבנה האטום, מחזוריות, מבנה וקישור

נמק את קביעתך.

סעיף א

טמפרטורת ההיתוך של NaCl(s)\text{NaCl}_{(s)}NaCl(s)​ גבוהה יותר.

סעיף ב

סעיף ג

הגורם: מטען גרעיני גדול יותר של Mg.

הערך המתאים: 590 kJmol590\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}590 molkJ​.

סעיף ד

שאלה 11 · מתנול ואתאן – ייצוג אלקטרונים, טמפרטורות רתיחה ומסיסות

מבנה וקישור

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

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

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

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

טמפרטורת הרתיחה של מתנול (65∘C65^{\circ}\text{C}65∘C) גבוהה בהרבה מזו של אתאן (−89∘C-89^{\circ}\text{C}−89∘C).

סעיף ד

סעיף ה

סעיף ו

סעיף ז

שאלה 12 · כהלים – ייצוגים, איזומרים וטמפרטורות רתיחה

תרכובות פחמן, מבנה וקישור

סעיף א

סעיף ב

הגורם: שטח הפנים של המולקולה (מידת ההסתעפות).

סעיף ג

סעיף ד

157oC157^{o}\text{C}157oC.

הגורם: אורך שרשרת הפחמנים (גודל ענן האלקטרונים).

סעיף ה

9 מול O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​.

סעיף ו

מולקולה (3).

סעיף ז

רוב המתנול מתמוסס בשכבת המים.

שאלה 13 · תמיסת מימן כלורי – ריכוז, סתירה ושיקוע

חומצות ובסיסים

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

בסיסי (pH>7\text{pH} > 7pH>7).

סעיף ד

שאלה 14 · קביעת הרכב תערובת סידן כלורי ונתרן כלורי

חישובים

פרטו את חישוביכם.

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

סעיף ה

סעיף ו

סעיף ז

חישוב לפי הגורם המגביל ( $60\ \text{mL}$ של $\text{O}_2$ ):

טמפרטורת ההיתוך של $\text{NaCl}_{(s)}$ גבוהה יותר.

הערך המתאים: $590\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}$ .

טמפרטורת הרתיחה של מתנול ( $65^{\circ}\text{C}$ ) גבוהה בהרבה מזו של אתאן ( $-89^{\circ}\text{C}$ ).

$157^{o}\text{C}$ .

9 מול $\text{O}_{2(g)}$ .

בסיסי ( $\text{pH} > 7$ ).