מתכונת 2 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 · קשר קוולנטי טהור וקשר קוטבי

רב-ברירה

לפניך ארבעה היגדים הנוגעים לקשרים קוולנטיים במולקולות.
היעזר בטבלת האלקטרושליליות שבנספח.
מהו ההיגד הנכון?

א.
הקשר $\text{P–H}$ הוא קשר קוולנטי טהור, ואילו הקשר $\text{N–H}$ הוא קשר קוולנטי קוטבי.
ב.
במולקולת חמצן, $\text{O}_2$ , יש קשר משולש בין שני האטומים.
ג.
הקשר במולקולת מימן פלואורי, $\text{HF}$ , הוא קשר קוולנטי טהור.
ד.
במולקולת אתין, $\text{C}_2\text{H}_2$ , יש קשר כפול בין שני אטומי הפחמן.

◂ פתרון מלא לשאלה 1

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א – הפרש האלקטרושליליות בקשר P–H הוא 0 (קשר טהור), ובקשר N–H הוא 0.9 (קשר קוטבי).

התשובה הנכונה: א.
- א – נכון. לפי טבלת האלקטרושליליות: P – 2.1, H – 2.1, N – 3.0. בקשר P–H\text{P–H}P–H הפרש האלקטרושליליות 2.1−2.1=02.1-2.1=02.1−2.1=0: זוג האלקטרונים הקושר משותף באופן שווה – קשר קוולנטי טהור. בקשר N–H\text{N–H}N–H ההפרש 3.0−2.1=0.93.0-2.1=0.93.0−2.1=0.9: זוג האלקטרונים קרוב יותר לאטום N – קשר קוולנטי קוטבי.
- ב – לא נכון. לכל אטום O 6 אלקטרוני ערכיות, ולכן הוא צריך עוד 2 אלקטרונים כדי להגיע ל־8. שני האטומים חולקים שני זוגות אלקטרונים – קשר כפול O=O\text{O=O}O=O, ולכל אטום O שני זוגות לא קושרים.
- ג – לא נכון. הפרש האלקטרושליליות בקשר H–F\text{H–F}H–F הוא 4.0−2.1=1.94.0-2.1=1.94.0−2.1=1.9 – זוג האלקטרונים הקושר קרוב הרבה יותר לאטום F, ולכן הקשר קוולנטי קוטבי מאוד, ולא טהור.
- ד – לא נכון. באתין כל אטום C קשור לאטום H אחד, ולכן כדי שלכל אטום C יהיו 4 קשרים, בין שני אטומי הפחמן יש קשר משולש: H–C≡C–H\text{H–C}\equiv\text{C–H}H–C≡C–H.

שאלה 2 · גרף קירור – מים והקסאן

רב-ברירה

בשני כלים נפרדים נמצא מספר שווה של מולים של שני חומרים: מים והקסאן.
בתחילת הניסוי שני החומרים נמצאים במצב צבירה גז, בטמפרטורה של 130∘C130^\circ\text{C}130∘C .
מקררים את שני הכלים בתנאים זהים עד לטמפרטורה של 30∘C30^\circ\text{C}30∘C , ומודדים את הטמפרטורה של כל אחד מן החומרים במהלך הקירור.
בטבלה שלפניכם נתונות הנוסחאות של המולקולות של שני החומרים.
שם החומרמיםהקסאן
נוסחהH2O\text{H}_2\text{O}H2​OCH3CH2CH2CH2CH2CH3\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_3CH3​CH2​CH2​CH2​CH2​CH3​
מבין הגרפים 1–4 שלפניכם, איזה גרף מתאר נכון את הטמפרטורה הנמדדת של שני החומרים במהלך הקירור?
(במקרא: water – מים, hexane – הקסאן; time – זמן.)

שם החומר	מים	הקסאן
נוסחה	$\text{H}_2\text{O}$	$\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_3$

א.
גרף 1
ב.
גרף 2
ג.
גרף 3
ד.
גרף 4

◂ פתרון מלא לשאלה 2

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – גרף 4: הטמפרטורה יורדת בקירור, והמשטח (טמפרטורת העיבוי) של המים (קו רציף) גבוה מזה של ההקסאן (קו מקווקו).

התשובה: ד (גרף 4).
1. כיוון הגרף: מקררים את החומרים, ולכן הטמפרטורה יורדת עם הזמן, נשארת קבועה בזמן העיבוי (מעבר מגז לנוזל – משטח) ואחר כך יורדת שוב (קירור הנוזל). גרפים 1 ו־3, שבהם הטמפרטורה עולה, מתארים חימום – אינם מתאימים.
2. איזה משטח גבוה יותר: טמפרטורת העיבוי שווה לטמפרטורת הרתיחה.
•בין מולקולות הקסאן (חומר לא קוטבי) פועלות אינטראקציות ואן דר ואלס בלבד. ענן האלקטרונים של מולקולת הקסאן גדול (50 אלקטרונים).
•בין מולקולות מים פועלים קשרי מימן (אטומי H הקשורים לאטום O), נוסף על אינטראקציות ואן דר ואלס. כל מולקולת מים יכולה ליצור כמה קשרי מימן עם מולקולות שכנות.
אף על פי שענן האלקטרונים של מולקולת מים קטן בהרבה (10 אלקטרונים), קשרי המימן הרבים בין מולקולות המים חזקים יותר מאינטראקציות ואן דר ואלס בין מולקולות ההקסאן. לכן טמפרטורת הרתיחה של מים גבוהה יותר (בפועל 100∘C100^\circ\text{C}100∘C לעומת כ־69∘C69^\circ\text{C}69∘C להקסאן).
לפי המקרא הקו הרציף מתאר את המים. בגרף 4 הטמפרטורה יורדת, והמשטח של הקו הרציף (מים) גבוה מן המשטח של הקו המקווקו (הקסאן) – מתאים.
בגרף 2 המשטח של ההקסאן גבוה יותר – לא נכון.
טעות נפוצה: לקבוע לפי גודל ענן האלקטרונים בלבד שלהקסאן טמפרטורת רתיחה גבוהה יותר, ולהתעלם מקשרי המימן שבין מולקולות המים.

שאלה 3 · מספר האטומים בגז שבצמיג – משוואת הגזים

רב-ברירה

רוכב אופניים ניפח צמיג בעזרת מחסנית של פחמן דו־חמצני, CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ .
לאחר הניפוח הגז CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ שבצמיג תופס נפח של 1.23 ליטר, בלחץ של 3.0 atm ובטמפרטורה של 27∘C27^{\circ}\text{C}27∘C .
נתונים: 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​ ; במול אחד של חלקיקים יש 6.02⋅10236.02\cdot 10^{23}6.02⋅1023 חלקיקים.
מהו המספר הכולל של האטומים במולקולות CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ שבצמיג?

א.
$6.02\cdot 10^{23}\cdot 0.45$
ב.
$6.02\cdot 10^{23}\cdot 0.15$
ג.
$6.02\cdot 10^{23}\cdot 0.30$
ד.
$\dfrac{6.02\cdot 10^{23}}{0.45}$

◂ פתרון מלא לשאלה 3

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א — 6.02⋅1023⋅0.456.02\cdot10^{23}\cdot 0.456.02⋅1023⋅0.45 אטומים.

המרת טמפרטורה: T=27+273=300 KT=27+273=300\ \text{K}T=27+273=300 K
מספר המולים של CO2\text{CO}_2CO2​ לפי PV=nRTPV=nRTPV=nRT:
n=PVRT=3.0 atm⋅1.23 L0.082 atm⋅Lmol⋅K⋅300 K=0.15 moln=\frac{PV}{RT}=\frac{3.0\ \text{atm}\cdot 1.23\ \text{L}}{0.082\ \frac{\text{atm}\cdot\text{L}}{\text{mol}\cdot\text{K}}\cdot 300\ \text{K}}=0.15\ \text{mol}n=RTPV​=0.082 mol⋅Katm⋅L​⋅300 K3.0 atm⋅1.23 L​=0.15 mol
 מולקולות CO2\text{CO}_2CO2​
מספר המולים של האטומים: בכל מולקולה CO2\text{CO}_2CO2​ יש 3 אטומים (C אחד ו־O שניים):
n(אטומים)=3×0.15 mol=0.45 moln(\text{אטומים})=3\times 0.15\ \text{mol}=0.45\ \text{mol}n(אטומים)=3×0.15 mol=0.45 mol
מספר האטומים: N=0.45 mol⋅6.02⋅1023 atomsmol≈2.7⋅1023N=0.45\ \text{mol}\cdot 6.02\cdot 10^{23}\ \frac{\text{atoms}}{\text{mol}}\approx 2.7\cdot 10^{23}N=0.45 mol⋅6.02⋅1023 molatoms​≈2.7⋅1023 אטומים. תשובה א נכונה.
•ב שגויה: זהו מספר המולקולות, ולא מספר האטומים.
•ג שגויה: זהו מספר אטומי החמצן בלבד (2×0.15 mol2\times 0.15\ \text{mol}2×0.15 mol).
•ד שגויה: מספר החלקיקים מתקבל מכפל ולא מחילוק.
טעות נפוצה: להציב את הטמפרטורה ב־∘C^{\circ}\text{C}∘C (27) במקום בקלווין.

שאלה 4 · אנתלפיית שרפה של פרופאן מנתוני מסה ואנרגיה

רב-ברירה

גז פרופאן, C3H8(g)\text{C}_3\text{H}_{8(g)}C3​H8(g)​ , משמש דלק בכיריים ובמחממים.
לפניכם תגובת השרפה המלאה של פרופאן:
C3H8(g)+5O2(g)→3CO2(g)+4H2O(l)\text{C}_3\text{H}_{8(g)} + 5\text{O}_{2(g)} \rightarrow 3\text{CO}_{2(g)} + 4\text{H}_2\text{O}_{(l)}C3​H8(g)​+5O2(g)​→3CO2(g)​+4H2​O(l)​
נמצא שכמות האנרגיה שנפלטה בתגובת השרפה של 2.20 גרם C3H8(g)\text{C}_3\text{H}_{8(g)}C3​H8(g)​ שווה ל־ 111.0 kJ111.0\ \text{kJ}111.0 kJ .
מהו שינוי האנתלפיה התקנית, ΔH0\Delta H^0ΔH0 , בתגובת השרפה של 1 מול C3H8(g)\text{C}_3\text{H}_{8(g)}C3​H8(g)​ ?

א.
$-2{,}220\ \text{kJ}$
ב.
$+2{,}220\ \text{kJ}$
ג.
$-50.5\ \text{kJ}$
ד.
$+50.5\ \text{kJ}$

◂ פתרון מלא לשאלה 4

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א – ΔH0=−2,220 kJ\Delta H^0 = -2{,}220\ \text{kJ}ΔH0=−2,220 kJ

התשובה הנכונה: א.
המסה המולרית של פרופאן: Mw(C3H8)=3⋅12.0+8⋅1.0=44.0 gmolM_w(\text{C}_3\text{H}_8) = 3 \cdot 12.0 + 8 \cdot 1.0 = 44.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}Mw​(C3​H8​)=3⋅12.0+8⋅1.0=44.0 molg​
n=mMw=2.20 g44.0 gmol=0.0500 moln = \frac{m}{M_w} = \frac{2.20\ \text{g}}{44.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}} = 0.0500\ \text{mol}n=Mw​m​=44.0 molg​2.20 g​=0.0500 mol
0.0500 mol פולטים 111.0 kJ111.0\ \text{kJ}111.0 kJ, ולכן 1 mol פולט:
111.0 kJ0.0500 mol=2,220 kJmol\frac{111.0\ \text{kJ}}{0.0500\ \text{mol}} = 2{,}220\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}0.0500 mol111.0 kJ​=2,220 molkJ​
אנרגיה נפלטת – התגובה אקסותרמית, ולכן ΔH0<0\Delta H^0 < 0ΔH0<0: ΔH0=−2,220 kJ\Delta H^0 = -2{,}220\ \text{kJ}ΔH0=−2,220 kJ (לשרפת 1 mol פרופאן, לפי הניסוח).
- ב – הערך הנכון, אך בסימן של תגובה אנדותרמית.
- ג, ד – הערך 50.550.550.5 מתקבל מחלוקת האנרגיה במסה בגרמים (111.02.20\frac{111.0}{2.20}2.20111.0​) במקום במספר המולים; זו כמות האנרגיה לגרם, לא למול.

שאלה 5 · ריכוז יוני כלוריד לאחר המסת מלח בתמיסה

רב-ברירה

הֵמיסו 1.11 גרם של סידן כלורי, CaCl2(s)\text{CaCl}_{2(s)}CaCl2(s)​ , בתוך 200 מ"ל תמיסת אשלגן כלורי, KCl(aq)\text{KCl}_{(aq)}KCl(aq)​ , שריכוזה 0.1M .
נתונה המסה המולרית של סידן כלורי: Mw CaCl2=111 grmol\text{M}_{\text{w}\,\text{CaCl}_2}=111\ \frac{\text{gr}}{\text{mol}}MwCaCl2​​=111 molgr​
מהו ריכוז יוני Cl(aq)−\text{Cl}^{-}_{(aq)}Cl(aq)−​ בתמיסה לאחר ההמסה?

א.
0.2M
ב.
0.15M
ג.
0.1M
ד.
0.05M

◂ פתרון מלא לשאלה 5

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א – 0.2 M0.2\ \text{M}0.2 M

יוני כלוריד מן הסידן הכלורי:
nCaCl2=mMw=1.11 gr111 grmol=0.0100 moln_{\text{CaCl}_2}=\frac{m}{M_w}=\frac{1.11\ \text{gr}}{111\ \frac{\text{gr}}{\text{mol}}}=0.0100\ \text{mol}nCaCl2​​=Mw​m​=111 molgr​1.11 gr​=0.0100 mol
תהליך ההמסה: 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)−​, ולכן nCl−=2⋅0.0100 mol=0.0200 moln_{\text{Cl}^-}=2\cdot 0.0100\ \text{mol}=0.0200\ \text{mol}nCl−​=2⋅0.0100 mol=0.0200 mol.
יוני כלוריד מן האשלגן הכלורי שהיה בתמיסה (יחס KCl:Cl−=1:1\text{KCl}:\text{Cl}^-=1:1KCl:Cl−=1:1):
n=C⋅V=0.1 molL⋅0.200 L=0.0200 moln=C\cdot V=0.1\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot 0.200\ \text{L}=0.0200\ \text{mol}n=C⋅V=0.1 Lmol​⋅0.200 L=0.0200 mol
סך הכול: nCl−=0.0200 mol+0.0200 mol=0.0400 moln_{\text{Cl}^-}=0.0200\ \text{mol}+0.0200\ \text{mol}=0.0400\ \text{mol}nCl−​=0.0200 mol+0.0200 mol=0.0400 mol. בהנחה שנפח התמיסה לא השתנה בהמסת המוצק (V=0.200 LV=0.200\ \text{L}V=0.200 L):
C=nV=0.0400 mol0.200 L=0.2 MC=\frac{n}{V}=\frac{0.0400\ \text{mol}}{0.200\ \text{L}}=0.2\ \text{M}C=Vn​=0.200 L0.0400 mol​=0.2 M
תשובה א.
- ב (0.15M) מתקבלת אם שוכחים את המקדם 2 של יוני הכלוריד ב־ CaCl2\text{CaCl}_2CaCl2​: 0.0100+0.02000.200=0.15\frac{0.0100+0.0200}{0.200}=0.150.2000.0100+0.0200​=0.15.
- ג (0.1M) מתקבלת אם שוכחים את יוני הכלוריד של KCl\text{KCl}KCl: 0.02000.200=0.1\frac{0.0200}{0.200}=0.10.2000.0200​=0.1.
- ד (0.05M) היא רק הריכוז של הסידן הכלורי שהומס: 0.01000.200=0.05\frac{0.0100}{0.200}=0.050.2000.0100​=0.05.

שאלה 6 · דרגות חמצון של זרחן בתרכובותיו

רב-ברירה

נתונות נוסחאות של כמה חומרים המכילים אטומי זרחן (P):
Ca3P2\text{Ca}_3\text{P}_2Ca3​P2​ , P4\text{P}_4P4​ , P4O6\text{P}_4\text{O}_6P4​O6​ , H3PO3\text{H}_3\text{PO}_3H3​PO3​ , P4O10\text{P}_4\text{O}_{10}P4​O10​ , H3PO4\text{H}_3\text{PO}_4H3​PO4​
מהו ההיגד הנכון?

א.
בחומרים $\text{P}_4\text{O}_{10}$ ו־ $\text{H}_3\text{PO}_4$ אטומי הזרחן יכולים לעבור תהליך חיזור בלבד.
ב.
בחומרים $\text{Ca}_3\text{P}_2$ ו־ $\text{P}_4$ אטומי הזרחן יכולים לעבור תהליך חמצון בלבד.
ג.
כאשר מולקולות $\text{P}_4\text{O}_{10}$ נוצרות ממולקולות $\text{P}_4\text{O}_6$ , אטומי הזרחן עוברים תהליך חיזור.
ד.
כאשר מולקולות $\text{H}_3\text{PO}_3$ נוצרות ממולקולות $\text{P}_4\text{O}_6$ בתגובה עם מים, אטומי הזרחן עוברים תהליך חמצון.

◂ פתרון מלא לשאלה 6

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א – ב־P4O10\text{P}_4\text{O}_{10}P4​O10​ וב־H3PO4\text{H}_3\text{PO}_4H3​PO4​ דרגת החמצון של P היא +5, הדרגה המרבית שלו.

תשובה: א.
דרגות החמצון של P (לפי O = −2, H = +1, Ca = +2 – מתכת מטור 2; ביסוד – 0; סכום דרגות החמצון בתרכובת = 0). למשל ב־Ca3P2\text{Ca}_3\text{P}_2Ca3​P2​: 3⋅(+2)+2x=0⇒x=−33\cdot(+2) + 2x = 0 \Rightarrow x = -33⋅(+2)+2x=0⇒x=−3:
חומרCa3P2\text{Ca}_3\text{P}_2Ca3​P2​P4\text{P}_4P4​P4O6\text{P}_4\text{O}_6P4​O6​H3PO3\text{H}_3\text{PO}_3H3​PO3​P4O10\text{P}_4\text{O}_{10}P4​O10​H3PO4\text{H}_3\text{PO}_4H3​PO4​
דרגת החמצון של P−30+3+3+5+5
לאטום זרחן 5 אלקטרוני ערכיות (טור 5), ולכן דרגת החמצון המרבית שלו +5 והמזערית −3.
- א – נכון: ב־P4O10\text{P}_4\text{O}_{10}P4​O10​ וב־H3PO4\text{H}_3\text{PO}_4H3​PO4​ הזרחן בדרגה +5 – המרבית. הוא אינו יכול להתחמצן עוד, ויכול רק לקבל אלקטרונים – לעבור חיזור בלבד.
- ב – לא נכון: ב־Ca3P2\text{Ca}_3\text{P}_2Ca3​P2​ (−3, הדרגה המזערית) הזרחן אכן יכול לעבור חמצון בלבד, אך ב־P4\text{P}_4P4​ (0, דרגת ביניים) הוא יכול לעבור גם חמצון וגם חיזור.
- ג – לא נכון: במעבר מ־P4O6\text{P}_4\text{O}_6P4​O6​ (+3) ל־P4O10\text{P}_4\text{O}_{10}P4​O10​ (+5) דרגת החמצון עולה – זהו תהליך חמצון.
- ד – לא נכון: P4O6(s)+6H2O(ℓ)→4H3PO3(aq)\text{P}_4\text{O}_{6(s)} + 6\text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow 4\text{H}_3\text{PO}_{3(aq)}P4​O6(s)​+6H2​O(ℓ)​→4H3​PO3(aq)​ – דרגת החמצון של P היא +3 בשני החומרים; אין שינוי, ולכן אין חמצון.

חומר	$\text{Ca}_3\text{P}_2$	$\text{P}_4$	$\text{P}_4\text{O}_6$	$\text{H}_3\text{PO}_3$	$\text{P}_4\text{O}_{10}$	$\text{H}_3\text{PO}_4$
דרגת החמצון של P	−3	0	+3	+3	+5	+5

שאלה 7 · גורמים המשפיעים על קצב התגובה בין חנקן חד־חמצני לחמצן

רב-ברירה

לכלי סגור הכניסו כמות מסוימת של חנקן חד־חמצני, NO(g)\text{NO}_{(g)}NO(g)​ , וכמות מסוימת של חמצן, O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ .
לפניכם ניסוח התגובה המתרחשת בכלי:
2NO(g)+O2(g)→2NO2(g)2\text{NO}_{(g)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{NO}_{2(g)}2NO(g)​+O2(g)​→2NO2(g)​
לפניכם רשימת משתנים הקשורים לניסוי:
I. מסת החנקן הדו־חמצני, NO2(g)\text{NO}_{2(g)}NO2(g)​ , שנוצר בתום התגובה.
II. הטמפרטורה בכלי.
III. צורת הכלי (כדור או גליל), כאשר נפח הכלי אינו משתנה.
IV. נפח הכלי, כאשר כמויות הגזים שהוכנסו אליו אינן משתנות.
אילו מן המשתנים ברשימה עשויים להשפיע על קצב התגובה?

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

◂ פתרון מלא לשאלה 7

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – II ו־IV

התשובה הנכונה: ג.
הגורמים המשפיעים על קצב תגובה: ריכוז המגיבים, הטמפרטורה, שטח הפנים (במגיב מוצק), סוג המגיבים וזרז.
- II – משפיע: הטמפרטורה היא גורם המשפיע על קצב התגובה – העלאת הטמפרטורה מגדילה את הקצב.
- IV – משפיע: אותה כמות של גזים בכלי קטן יותר פירושה ריכוז גבוה יותר של המגיבים (C=nVC = \frac{n}{V}C=Vn​), והקצב גדל; בכלי גדול יותר הריכוז נמוך יותר והקצב קטן.
- I – אינו משפיע: מסת ה־NO2\text{NO}_2NO2​ היא תוצאה של התגובה (כמות התוצר), ולא גורם המשפיע על קצבה.
- III – אינו משפיע: כשהנפח קבוע וכמויות הגזים קבועות, ריכוזי המגיבים אינם משתנים; לצורת הכלי אין השפעה על הקצב.

שאלה 8 · ניסוח תגובות של חומצות עם מים

רב-ברירה

מבין הניסוחים א–ד שלפניכם, מהו הניסוח הנכון?

א.
$\text{HNO}_{3(l)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow \text{H}_2\text{NO}_3^{+}{}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}$
ב.
$\text{HCl}_{(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^{-}_{(aq)} + \text{Cl}^{+}_{(aq)}$
ג.
$\text{H}_2\text{SO}_{4(l)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{SO}_4^{2-}{}_{(aq)}$
ד.
$\text{HCOOH}_{(l)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{HCOO}^{-}_{(aq)}$

◂ פתרון מלא לשאלה 8

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – חומצה מתנואית (חומצה פורמית) מוסרת פרוטון למים, ונוצרים יוני הידרוניום ויוני HCOO−\text{HCOO}^{-}HCOO−.

התשובה: ד.
- ד – נכון. HCOOH\text{HCOOH}HCOOH היא חומצה קרבוקסילית (R–COOH\text{R–COOH}R–COOH עם R=H): אטום ה־H של קבוצת הקרבוקסיל עובר כפרוטון אל מולקולת המים. נוצרים יון הידרוניום, H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+, ויון HCOO−\text{HCOO}^{-}HCOO−. איזון: C: 1=1, H: 2+2=4=3+1, O: 2+1=3=1+2; מטען: 0=+1−10=+1-10=+1−1.
- א – לא נכון. HNO3\text{HNO}_3HNO3​ היא חומצה – היא מוסרת פרוטון למים ואינה מקבלת פרוטון: HNO3(l)+H2O(l)→H3O(aq)++NO3−(aq)\text{HNO}_{3(l)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}HNO3(l)​+H2​O(l)​→H3​O(aq)+​+NO3−​(aq)​.
- ב – לא נכון. המטענים הפוכים: כאשר HCl מוסר פרוטון (H+\text{H}^{+}H+) למים, נוצרים יון הידרוניום חיובי, H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+, ויון כלוריד שלילי, Cl−\text{Cl}^{-}Cl−.
- ג – לא נכון. הניסוח אינו מאוזן: באגף שמאל 6 אטומי H ומטען 000, ובאגף ימין 3 אטומי H ומטען כולל +1−2=−1+1-2=-1+1−2=−1. הניסוח הנכון: H2SO4(l)+2H2O(l)→2H3O(aq)++SO42−(aq)\text{H}_2\text{SO}_{4(l)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow 2\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{SO}_4^{2-}{}_{(aq)}H2​SO4(l)​+2H2​O(l)​→2H3​O(aq)+​+SO42−​(aq)​.

שאלה 9 · אתן כחומר גלם – פיצוח בקיטור ואתילן אוקסיד

שאלת מאמר20 נקודות

קרא את הקטע שלפניך, וענה על כל הסעיפים א-ד שאחריו (שאלת חובה — 20 נקודות).
אתן — חומר הגלם המרכזי של התעשייה הכימית
אתן, C2H4(g)\text{C}_2\text{H}_{4(g)}C2​H4(g)​ , הוא תרכובת הפחמן המיוצרת בכמות הגדולה ביותר בתעשייה הכימית בעולם. גם צמחים
מייצרים אתן בכמויות קטנות, והוא משמש בהם הורמון הגורם, למשל, להבשלה של פירות.
בתעשייה מפיקים אתן בתהליך הנקרא פיצוח בקיטור: מעבירים אתאן, C2H6(g)\text{C}_2\text{H}_{6(g)}C2​H6(g)​ , המופק מגז טבעי, או
פחמימנים מן הנפט, יחד עם קיטור, בצינורות שבתוך תנור, בטמפרטורה של כ־ 850∘C850^{\circ}\text{C}850∘C ובהיעדר חמצן.
התגובה מתרחשת רק כל עוד מספקים לצינורות כמות גדולה של חום. לדוגמה, בפיצוח של אתאן מתקבלים
אתן ומימן:
(1)C2H6(g)→C2H4(g)+H2(g)(1)\qquad \text{C}_2\text{H}_{6(g)}\rightarrow \text{C}_2\text{H}_{4(g)}+\text{H}_{2(g)}(1)C2​H6(g)​→C2​H4(g)​+H2(g)​
את החום מקבלים בעיקר משרֵפה של גז טבעי, המכיל מתאן ואתאן, ולכן בתהליך נפלטת כמות גדולה של CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ .
יותר ממחצית האתן המיוצר משמשת לייצור הפלסטיק פוליאתילן. משאר האתן מפיקים תרכובות פחמן רבות,
שחלק מהן מוצגות בתרשים 1:
תרשים 1: (1) אתאנול; (2) אתילן אוקסיד; (3) אתאן־1,2־דיאול (אתילן גליקול); (4) ויניל אצטט; (5) 1,2־דיכלורואתאן.
לדוגמה, אתילן אוקסיד מופק בתגובה של אתן עם חמצן, על פני זרז של כסף, Ag(s)\text{Ag}_{(s)}Ag(s)​ , בטמפרטורה של כ־ 250∘C250^{\circ}\text{C}250∘C :
(2)2C2H4(g)+O2(g)→2C2H4O(g)(2)\qquad 2\text{C}_2\text{H}_{4(g)}+\text{O}_{2(g)}\rightarrow 2\text{C}_2\text{H}_4\text{O}_{(g)}(2)2C2​H4(g)​+O2(g)​→2C2​H4​O(g)​
מאתילן אוקסיד מפיקים אתילן גליקול, המשמש נוזל נגד קיפאון במנועי מכוניות וחומר גלם לייצור פוליאסטר.
כיום מחפשים דרכים לצמצם את פליטת ה־ CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ בייצור אתן. אחת מהן היא לשרוף בתנורים את גז המימן
הנוצר בתהליך, במקום חלק מן הגז הטבעי. דרך נוספת, שנמצאת בשלבי פיתוח, היא לחמם את הצינורות
בחשמל המופק ממקורות אנרגייה מתחדשים, כגון שמש ורוח. במדינות אחדות מפיקים אתן גם מאתאנול
המתקבל בתסיסה של סוכר מקני סוכר.

א.

(i)

על פי הקטע, קבע אם תגובה (1) היא תגובה אקסותרמית או אנדותרמית. נמק.

(ii)

נסח ואַזֵּן את תגובת השרֵפה המלאה של אתאן, C2H6(g)\text{C}_2\text{H}_{6(g)}C2​H6(g)​ , אחד ממרכיבי הגז הטבעי (שורה 7).

ב.

(i)

בחר בארבע מן התרכובות המוצגות בתרשים 1.
העתק את הטבלה שלפניך למחברת הבחינה והשלם אותה.
שם התרכובתנוסחת הקבוצה הפונקציונליתשם הקבוצה הפונקציונלית
1
2
3
4

(ii)

שלוש מן התרכובות המוצגות בתרשים 1 – אתאנול, אתילן גליקול וויניל אצטט – הן נוזלים בטמפרטורת החדר.
טמפרטורת הרתיחה של אתילן גליקול גבוהה מטמפרטורות הרתיחה של שתי התרכובות האחרות.
הסבר עובדה זו. בתשובתך התייחס לכוחות הפועלים בין המולקולות בכל אחת משלוש התרכובות.

ג.

(i)

כדי להפיק אתילן אוקסיד מאתן יש צורך בחמצן, O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ (תגובה (2)).
קבע אם החמצן מגיב בתגובה זו כמחמצן או כמחזר. נמק.

(ii)

תגובה (2) היא תגובה אקסותרמית.
סרטט דיאגרמה של האנתלפייה כפונקציה של התקדמות התגובה עבור תגובה (2): עקום אחד לתגובה ללא זרז ועקום אחד לתגובה בנוכחות זרז הכסף, על אותה הדיאגרמה.
סמן בדיאגרמה את אנרגיית השפעול בכל אחד משני המקרים ואת ΔH\Delta HΔH של התגובה.

ד.

על פי הקטע, ציין שתי דרכים לצמצום פליטת ה־ CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ בייצור אתן.

◂ פתרון מלא לשאלה 9

סעיף א

(i)

תשובה:

אנדותרמית.

תגובה (1) היא תגובה אנדותרמית.
לפי שורה 5, התגובה מתרחשת רק כל עוד מספקים לצינורות כמות גדולה של חום. כלומר כדי שהתגובה תתרחש, המערכת צריכה לקלוט אנרגיה (חום) מן הסביבה באופן רציף – זה המאפיין של תגובה אנדותרמית (ΔH>0\Delta H>0ΔH>0).

(ii)

תשובה:

2C2H6(g)+7O2(g)→4CO2(g)+6H2O(l)2\text{C}_2\text{H}_{6(g)}+7\text{O}_{2(g)}\rightarrow 4\text{CO}_{2(g)}+6\text{H}_2\text{O}_{(l)}2C2​H6(g)​+7O2(g)​→4CO2(g)​+6H2​O(l)​

בשרפה מלאה של פחמימן בחמצן התוצרים הם פחמן דו־חמצני ומים:
2C2H6(g)+7O2(g)→4CO2(g)+6H2O(l)2\text{C}_2\text{H}_{6(g)}+7\text{O}_{2(g)}\rightarrow 4\text{CO}_{2(g)}+6\text{H}_2\text{O}_{(l)}2C2​H6(g)​+7O2(g)​→4CO2(g)​+6H2​O(l)​
איזון: C: 2⋅2=42\cdot2=42⋅2=4 משני הצדדים; H: 2⋅6=12=6⋅22\cdot6=12=6\cdot22⋅6=12=6⋅2; O: 7⋅2=14=4⋅2+67\cdot2=14=4\cdot2+67⋅2=14=4⋅2+6.
(אפשר גם לכתוב לכל מול אתאן: C2H6(g)+312O2(g)→2CO2(g)+3H2O(l)\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}_{(l)}C2​H6(g)​+321​O2(g)​→2CO2(g)​+3H2​O(l)​. בתנור, בטמפרטורה גבוהה, המים נוצרים במצב גז, H2O(g)\text{H}_2\text{O}_{(g)}H2​O(g)​ – גם תשובה זו מתקבלת.)

סעיף ב

(i)

תשובה:

אתאנול (–OH, הידרוקסיל), אתילן אוקסיד (–O–, אתר), אתילן גליקול (–OH, הידרוקסיל), ויניל אצטט (–COO–, אסטר).

שם התרכובתנוסחת הקבוצה הפונקציונליתשם הקבוצה הפונקציונלית
1אתאנול, CH3CH2OH\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}CH3​CH2​OH−OH-\text{OH}−OHהידרוקסיל (כהל)
2אתילן אוקסיד, C2H4O\text{C}_2\text{H}_4\text{O}C2​H4​O−O−-\text{O}-−O− (אטום O הקשור לשני אטומי פחמן)אתר
3אתילן גליקול (אתאן־1,2־דיאול), HOCH2CH2OH\text{HOCH}_2\text{CH}_2\text{OH}HOCH2​CH2​OH−OH-\text{OH}−OH (שתי קבוצות)הידרוקסיל (כהל)
4ויניל אצטט, CH3COOCH=CH2\text{CH}_3\text{COOCH=CH}_2CH3​COOCH=CH2​−COO−-\text{COO}-−COO− (אטום C הקשור בקשר כפול ל־O ובקשר יחיד ל־O נוסף, הקשור לאטום פחמן)אסטר
בוויניל אצטט יש גם קשר כפול C=C\text{C}=\text{C}C=C (אפשר לציין גם אותו). ב־1,2־דיכלורואתאן, ClCH2CH2Cl\text{ClCH}_2\text{CH}_2\text{Cl}ClCH2​CH2​Cl, אין אף אחת מן הקבוצות הפונקציונליות שנלמדו.
טעות נפוצה: לזהות בוויניל אצטט קבוצה קרבוקסילית – בקבוצת האסטר אין אטום H הקשור לאטום O; אטום ה־O השני קשור לאטום פחמן.

	שם התרכובת	נוסחת הקבוצה הפונקציונלית	שם הקבוצה הפונקציונלית
1	אתאנול, $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}$	$-\text{OH}$	הידרוקסיל (כהל)
2	אתילן אוקסיד, $\text{C}_2\text{H}_4\text{O}$	$-\text{O}-$ (אטום O הקשור לשני אטומי פחמן)	אתר
3	אתילן גליקול (אתאן־1,2־דיאול), $\text{HOCH}_2\text{CH}_2\text{OH}$	$-\text{OH}$ (שתי קבוצות)	הידרוקסיל (כהל)
4	ויניל אצטט, $\text{CH}_3\text{COOCH=CH}_2$	$-\text{COO}-$ (אטום C הקשור בקשר כפול ל־O ובקשר יחיד ל־O נוסף, הקשור לאטום פחמן)	אסטר

(ii)

תשובה:

בין מולקולות ויניל אצטט אין קשרי מימן (רק ון־דר־ולס); בין מולקולות אתאנול ובין מולקולות אתילן גליקול יש קשרי מימן, אבל במולקולת אתילן גליקול יש שתי קבוצות OH, ולכן היא יוצרת יותר קשרי מימן ועננת האלקטרונים שלה גדולה יותר.

הכוחות בין המולקולות בכל תרכובת:
- ויניל אצטט, CH3COOCH=CH2\text{CH}_3\text{COOCH=CH}_2CH3​COOCH=CH2​: יש במולקולה אטומי O, אבל כל אטומי ה־H קשורים לאטומי פחמן – אין קשרי מימן בין המולקולות; פועלות אינטראקציות ון־דר־ולס בלבד (המולקולה קוטבית).
- אתאנול, CH3CH2OH\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}CH3​CH2​OH: בין המולקולות יש קשרי מימן (דרך קבוצת −OH-\text{OH}−OH אחת) ואינטראקציות ון־דר־ולס.
- אתילן גליקול, HOCH2CH2OH\text{HOCH}_2\text{CH}_2\text{OH}HOCH2​CH2​OH: בין המולקולות יש קשרי מימן ואינטראקציות ון־דר־ולס. בכל מולקולה יש שתי קבוצות −OH-\text{OH}−OH – יותר מוקדים ליצירת קשרי מימן – ולכן כל מולקולה יוצרת יותר קשרי מימן ממולקולת אתאנול. גם ענן האלקטרונים שלה (34 אלקטרונים) גדול מזה של מולקולת אתאנול (26 אלקטרונים).
מסקנה: קשרי מימן חזקים מאינטראקציות ון־דר־ולס. לכן הכוחות בין מולקולות אתילן גליקול חזקים מהכוחות בין מולקולות ויניל אצטט (שבהן יש רק ון־דר־ולס, אף שענן האלקטרונים שלה – 46 אלקטרונים – גדול יותר), וחזקים גם מהכוחות בין מולקולות אתאנול (יותר קשרי מימן לכל מולקולה). ברתיחה יש להחליש את הכוחות בין המולקולות, ונדרשת יותר אנרגיה ככל שהכוחות חזקים יותר – לכן טמפרטורת הרתיחה של אתילן גליקול היא הגבוהה ביותר.
טעות נפוצה: לכתוב שבין מולקולות ויניל אצטט יש קשרי מימן בגלל אטומי החמצן – אין בה אטום H הקשור ל־O.

סעיף ג

(i)

תשובה:

כמחמצן – דרגת החמצון של אטומי O יורדת מ־(0)(0)(0) ב־O2\text{O}_2O2​ ל־(−2)(-2)(−2) ב־C2H4O\text{C}_2\text{H}_4\text{O}C2​H4​O.

החמצן מגיב כמחמצן.
דרגת החמצון של אטום O:
•ב־O2\text{O}_2O2​ (יסוד): 000.
•ב־C2H4O\text{C}_2\text{H}_4\text{O}C2​H4​O: −2-2−2 (בתרכובות שאינן מכילות קשר O–O או O–F, דרגת החמצון של חמצן היא −2-2−2).
דרגת החמצון של אטומי החמצן יורדת מ־(0)(0)(0) ל־(−2)(-2)(−2): כל אטום O קולט 2 אלקטרונים, כלומר החמצן עובר חיזור. חומר שעובר חיזור קולט אלקטרונים מהחומר האחר – הוא המחמצן. (את האלקטרונים מוסר האתן, שהוא המחזר בתגובה.)

(ii)

תשובה:

שני עקומים היוצאים מאותה רמת אנתלפיה של המגיבים ומסתיימים באותה רמה נמוכה יותר של התוצר (ΔH<0\Delta H<0ΔH<0, זהה); שיא העקום בנוכחות זרז נמוך יותר, כלומר Ea′E_a'Ea′​ (עם זרז) קטנה מ־EaE_aEa​ (ללא זרז).

תיאור הדיאגרמה:
•ציר אנכי: אנתלפיה, H (kJ); ציר אופקי: התקדמות התגובה.
•משמאל – רמת האנתלפיה של המגיבים, 2C2H4(g)+O2(g)2\text{C}_2\text{H}_{4(g)}+\text{O}_{2(g)}2C2​H4(g)​+O2(g)​; מימין – רמת האנתלפיה של התוצר, 2C2H4O(g)2\text{C}_2\text{H}_4\text{O}_{(g)}2C2​H4​O(g)​, נמוכה יותר, כי התגובה אקסותרמית.
•העקום ללא זרז עולה לשיא גבוה (התצמיד המשופעל) ויורד לרמת התוצר. ההפרש בין רמת המגיבים לשיא הוא אנרגיית השפעול EaE_aEa​.
•העקום בנוכחות זרז מתחיל ומסתיים באותן רמות, אבל השיא שלו נמוך יותר: אנרגיית השפעול Ea′E_a'Ea′​ קטנה מ־EaE_aEa​. הזרז מאפשר לתגובה להתרחש במסלול אחר, שאנרגיית השפעול שלו נמוכה יותר.
- ΔH\Delta HΔH מסומן כהפרש בין רמת המגיבים לרמת התוצר – הוא זהה בשני המקרים ושלילי (ΔH<0\Delta H<0ΔH<0), כי הזרז אינו משנה את האנתלפיה של המגיבים ושל התוצרים.
טעות נפוצה: לסרטט בנוכחות זרז רמת תוצרים אחרת (ערך ΔH\Delta HΔH אחר) – הזרז משנה רק את אנרגיית השפעול.

סעיף ד

תשובה:

שרפת גז המימן הנוצר בתהליך בתנורים, במקום חלק מן הגז הטבעי; חימום הצינורות בחשמל המופק ממקורות אנרגייה מתחדשים (שורות 12–14).

על פי הקטע (שורות 12–14), שתי הדרכים הן:
1. שרפת גז המימן הנוצר בתהליך (תגובה (1)) בתנורים, במקום חלק מן הגז הטבעי (שורות 12–13). בשרפת מימן נוצרים מים בלבד, ולא CO2\text{CO}_2CO2​.
2. חימום הצינורות בחשמל המופק ממקורות אנרגייה מתחדשים, כגון שמש ורוח, במקום שרפת גז טבעי (שורות 13–14).
(הפקת אתן מאתאנול המתקבל בתסיסה של סוכר מקני סוכר, שורות 14–15, היא דרך הפקה נוספת; הקטע אינו מציג אותה במפורש כדרך לצמצום פליטת ה־ CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​.)

פרק שני

שאלה 10 · שתי חומצות קרבוקסיליות – מצבי צבירה, אינטראקציות ומסיסות

שאלה פתוחה20 נקודות

מושגי יסוד ומבנה וקישור
השאלה דנה במבנה ובתכונות של שני חומרים מולקולריים A ו־B, השייכים למשפחת החומצות הקרבוקסיליות. החומרים נמצאים בשני כלים נפרדים.
לפניך טבלה שבה נתונים על שני החומרים:
החומרטמפרטורת היתוך (∘C^{\circ}\text{C}∘C)טמפרטורת רתיחה (∘C^{\circ}\text{C}∘C)
A−7.5-7.5−7.5223
B17118

החומר	טמפרטורת היתוך ( $^{\circ}\text{C}$ )	טמפרטורת רתיחה ( $^{\circ}\text{C}$ )
A	$-7.5$	223
B	17	118

א.

מהו מצב הצבירה של כל אחד מן החומרים A ו־B בטמפרטורה של 10∘C10^{\circ}\text{C}10∘C? נמק.

ב.

לפניך נוסחות מבנה של מולקולות שני החומרים A ו־B, המסומנות 1 ו־2 (לא בהכרח לפי הסדר).

(i)

לפניך ארבעה היגדים a-d. בנוגע לכל אחד מהם, ציין אם הוא נכון או לא נכון.
a. הנוסחה המולקולרית של החומר שבנוסחה 2 היא C2H4O2\text{C}_2\text{H}_4\text{O}_2C2​H4​O2​.
b. הקבוצה הפונקציונלית במולקולה 1 היא קבוצת קרבוקסיל, ובמולקולה 2 היא קבוצת הידרוקסיל.
c. במולקולה 1 יש 5 אטומי פחמן יותר מאשר במולקולה 2.
d. בטמפרטורת החדר (25∘C25^{\circ}\text{C}25∘C) שני החומרים נמצאים במצב נוזל.

(ii)

בהתבסס על האינטראקציות הפועלות בין המולקולות, קבע איזו מן הנוסחות, 1 או 2, היא נוסחת המבנה של חומר A. נמק.

ג.

לכל אחד מן הכלים שבהם נמצאים החומרים A ו־B (בטמפרטורת החדר), הוסיפו נפח זהה של מים וערבבו. באחד הכלים התקבלה תמיסה, ובכלי האחר החומר כמעט לא התמוסס במים.

(i)

קבע באיזה מן הכלים, הכלי של חומר A או הכלי של חומר B, התקבלה תמיסה. נמק את קביעתך – התייחס לסוג הקשרים הנוצרים בין מולקולות החומר לבין מולקולות המים.

(ii)

נסח את תהליך ההמסה במים של החומר שבחרת בתת־סעיף ג i.

(iii)

הסבר מדוע החומר האחר לא התמוסס במים. בתשובתך התבסס על האינטראקציות בין החלקיקים.

(iv)

מהו ההבדל המאקרוסקופי בין שתי התערובות שהתקבלו בכלים?

◂ פתרון מלא לשאלה 10

סעיף א

תשובה:

חומר A – נוזל; חומר B – מוצק.

בטמפרטורה של 10∘C10^{\circ}\text{C}10∘C חומר A נמצא במצב נוזל וחומר B נמצא במצב מוצק.
נימוק: חומר נמצא במצב מוצק בטמפרטורות הנמוכות מטמפרטורת ההיתוך שלו, ובמצב נוזל בטמפרטורות שבין טמפרטורת ההיתוך לטמפרטורת הרתיחה.
•חומר A: −7.5∘C<10∘C<223∘C-7.5^{\circ}\text{C} < 10^{\circ}\text{C} < 223^{\circ}\text{C}−7.5∘C<10∘C<223∘C – נוזל.
•חומר B: 10∘C<17∘C10^{\circ}\text{C} < 17^{\circ}\text{C}10∘C<17∘C – הטמפרטורה נמוכה מטמפרטורת ההיתוך, ולכן B מוצק.
שימו לב: אף שטמפרטורת הרתיחה של A גבוהה בהרבה, טמפרטורת ההיתוך שלו נמוכה מזו של B – אין לקבוע מצב צבירה לפי נתון אחד בלבד.

סעיף ב

(i)

תשובה:

a – נכון; b – לא נכון; c – נכון; d – נכון.

לפי נוסחות המבנה: מולקולה 1 היא CH3(CH2)5COOH\text{CH}_3(\text{CH}_2)_5\text{COOH}CH3​(CH2​)5​COOH (7 אטומי פחמן), ומולקולה 2 היא CH3COOH\text{CH}_3\text{COOH}CH3​COOH (2 אטומי פחמן).
- a – נכון: במולקולה 2 יש 2 אטומי פחמן, 4 אטומי מימן ו־2 אטומי חמצן: C2H4O2\text{C}_2\text{H}_4\text{O}_2C2​H4​O2​.
- b – לא נכון: בשתי המולקולות אטום פחמן קשור בקשר כפול לאטום חמצן ובקשר יחיד לקבוצת OH – זו קבוצת קרבוקסיל, −COOH-\text{COOH}−COOH, בשני החומרים. קבוצת OH שהיא חלק מקבוצת קרבוקסיל אינה קבוצת הידרוקסיל של כוהל.
- c – נכון: 7−2=57 - 2 = 57−2=5 אטומי פחמן.
- d – נכון: לפי הטבלה, 25∘C25^{\circ}\text{C}25∘C גבוהה מטמפרטורת ההיתוך ונמוכה מטמפרטורת הרתיחה של כל אחד מן החומרים (−7.5∘C<25∘C<223∘C-7.5^{\circ}\text{C} < 25^{\circ}\text{C} < 223^{\circ}\text{C}−7.5∘C<25∘C<223∘C עבור A; 17∘C<25∘C<118∘C17^{\circ}\text{C} < 25^{\circ}\text{C} < 118^{\circ}\text{C}17∘C<25∘C<118∘C עבור B), ולכן בטמפרטורת החדר שני החומרים נוזלים.
טעות נפוצה: לקבוע ש־B מוצק בטמפרטורת החדר בגלל טמפרטורת ההיתוך הגבוהה יחסית שלו (17∘C17^{\circ}\text{C}17∘C) – היא עדיין נמוכה מ־25∘C25^{\circ}\text{C}25∘C.

(ii)

תשובה:

נוסחה 1.

נוסחה 1.
בשני החומרים פועלים בין המולקולות קשרי מימן (בין קבוצות הקרבוקסיל: אטום מימן הקשור לאטום חמצן במולקולה אחת נמשך לזוג אלקטרונים לא קושר של אטום חמצן במולקולה אחרת) ואינטראקציות ואן דר ואלס. בכל מולקולה יש קבוצת קרבוקסיל אחת, ולכן קשרי המימן דומים בשני החומרים.
מולקולה 1 גדולה יותר: 7 אטומי פחמן ו־72 אלקטרונים, לעומת 2 אטומי פחמן ו־32 אלקטרונים במולקולה 2. ענן האלקטרונים ושטח הפנים שלה גדולים יותר, ולכן אינטראקציות ואן דר ואלס בין מולקולות 1 חזקות יותר. סך האינטראקציות בין מולקולות 1 חזק יותר, ונדרשת יותר אנרגייה כדי להתגבר עליהן ברתיחה.
לחומר A טמפרטורת הרתיחה הגבוהה יותר (223∘C223^{\circ}\text{C}223∘C לעומת 118∘C118^{\circ}\text{C}118∘C), ולכן נוסחת המבנה שלו היא נוסחה 1.

סעיף ג

(i)

תשובה:

בכלי של חומר B.

בכלי של חומר B (CH3COOH\text{CH}_3\text{COOH}CH3​COOH, נוסחה 2).
בין מולקולות B לבין מולקולות המים נוצרים קשרי מימן: אטום המימן של קבוצת OH שבקבוצת הקרבוקסיל נמשך לזוג אלקטרונים לא קושר של אטום חמצן במולקולת מים, ואטום מימן של מולקולת מים נמשך לזוג אלקטרונים לא קושר של אטומי החמצן שבקבוצת הקרבוקסיל. נוסף על כך פועלות ביניהן אינטראקציות ואן דר ואלס.
החלק הפחמימני הלא קוטבי במולקולה B קטן (קבוצת CH3\text{CH}_3CH3​ אחת), ולכן האינטראקציות החדשות בין מולקולות B למולקולות המים מפצות על האינטראקציות שמתפרקות, ו־B מתמוסס במים – נוצרת תערובת הומוגנית, כלומר תמיסה.

(ii)

תשובה:

CH3COOH(ℓ)→H2OCH3COOH(aq)\text{CH}_3\text{COOH}_{(\ell)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{CH}_3\text{COOH}_{(aq)}CH3​COOH(ℓ)​H2​O​CH3​COOH(aq)​

החומר שהתמוסס הוא חומר B, CH3COOH\text{CH}_3\text{COOH}CH3​COOH. זהו חומר מולקולרי, ובהמסה המולקולות מוקפות במולקולות מים:
CH3COOH(ℓ)→H2O(ℓ)CH3COOH(aq)\text{CH}_3\text{COOH}_{(\ell)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}} \text{CH}_3\text{COOH}_{(aq)}CH3​COOH(ℓ)​H2​O(ℓ)​​CH3​COOH(aq)​
הערה: חומצה קרבוקסילית מגיבה גם עם מים, ונוצרת תמיסה חומצית: CH3COOH(aq)+H2O(ℓ)→H3O(aq)++CH3COO(aq)−\text{CH}_3\text{COOH}_{(aq)} + \text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{CH}_3\text{COO}^{-}_{(aq)}CH3​COOH(aq)​+H2​O(ℓ)​→H3​O(aq)+​+CH3​COO(aq)−​. רק חלק קטן מן המולקולות מגיב כך, ולכן רוב המומס נמצא בתמיסה כמולקולות שלמות.

(iii)

תשובה:

ל־A שרשרת פחמימנית ארוכה ולא קוטבית; האינטראקציות שנוצרות עם המים אינן מפצות על קשרי המימן בין מולקולות המים ועל האינטראקציות בין מולקולות A שיש לפרק.

החומר האחר הוא A (נוסחה 1, 7 אטומי פחמן).
כדי שחומר יתמוסס, יש להתגבר על האינטראקציות בין מולקולות המומס ועל קשרי המימן בין מולקולות המים, וליצור במקומן אינטראקציות בין מולקולות המומס למולקולות המים.
•קבוצת הקרבוקסיל של A יכולה ליצור קשרי מימן עם מולקולות מים, אך זו קבוצה אחת בלבד, ורוב המולקולה היא שרשרת פחמימנית ארוכה ולא קוטבית (6 אטומי פחמן מלבד פחמן הקרבוקסיל).
•בין מולקולות A פועלים קשרי מימן ואינטראקציות ואן דר ואלס חזקות יחסית (ענן אלקטרונים גדול).
•בין השרשרת הפחמימנית לבין מולקולות המים נוצרות רק אינטראקציות ואן דר ואלס חלשות, ולכן האינטראקציות החדשות אינן מפצות על פירוק קשרי המימן הרבים בין מולקולות המים ועל פירוק האינטראקציות בין מולקולות A.
לכן A כמעט אינו מתמוסס במים. בחומר B החלק הפחמימני קצר (קבוצת CH3\text{CH}_3CH3​ אחת), וקשרי המימן בין קבוצת הקרבוקסיל לבין מולקולות המים מפצים על האינטראקציות שמתפרקות.

(iv)

תשובה:

בכלי של B תערובת הומוגנית – נוזל אחיד וצלול (פאזה אחת); בכלי של A תערובת הטרוגנית – שתי שכבות נוזל נפרדות.

בעין (ברמה המאקרוסקופית):
•התערובת שבכלי של חומר B (B ומים) היא הומוגנית – נראית כנוזל אחיד וצלול, פאזה אחת.
•התערובת שבכלי של חומר A (A ומים) היא הטרוגנית – נראות שתי שכבות נוזל נפרדות (שתי פאזות) וגבול ביניהן.

שאלה 11 · תמיסות של בסיסים וחומצה וסיד לטיפול בקרקע חומצית

שאלה פתוחה20 נקודות

חומצות ובסיסים וסטויכיומטריה
בטבלה שלפניך מוצגים נתונים על ארבע תמיסות מימיות (1)-(4) .
התמיסהנוסחת החומר שהוכנס למיםנפח התמיסה (mL)ריכוז התמיסה (M)
(1)Ba(OH)2(s)\text{Ba(OH)}_{2(s)}Ba(OH)2(s)​2500.015
(2)HNO3(l)\text{HNO}_{3(l)}HNO3(l)​2000.025
(3)NaOH(s)\text{NaOH}_{(s)}NaOH(s)​3000.020
(4)KOH(s)\text{KOH}_{(s)}KOH(s)​150?

התמיסה	נוסחת החומר שהוכנס למים	נפח התמיסה (mL)	ריכוז התמיסה (M)
(1)	$\text{Ba(OH)}_{2(s)}$	250	0.015
(2)	$\text{HNO}_{3(l)}$	200	0.025
(3)	$\text{NaOH}_{(s)}$	300	0.020
(4)	$\text{KOH}_{(s)}$	150	?

א.

(i)

נסח את התהליך שמתרחש כאשר מכניסים למים כל אחד משלושת החומרים האלה:
Ba(OH)2(s)\text{Ba(OH)}_{2(s)}Ba(OH)2(s)​ , HNO3(l)\text{HNO}_{3(l)}HNO3(l)​ , NaOH(s)\text{NaOH}_{(s)}NaOH(s)​ .

(ii)

דרג את שלוש התמיסות (1)-(3) לפי ה־ pH , מהנמוך לגבוה.

ב.

סעיף ב הוא רשות
ה־ pH של תמיסה (4) שווה ל־ pH של תמיסה (1).
קבע מהו הריכוז של תמיסה (4). נמק.

ג.

(i)

ערבבו 200 מ"ל תמיסה (2) עם 100 מ"ל תמיסה (3) .
ציין את כל סוגי היונים בתמיסה שהתקבלה לאחר הערבוב. נמק.

(ii)

ל־ 100 מ"ל של תמיסה (2) הוסיפו תמיסת NaNO3(aq)\text{NaNO}_{3(aq)}NaNO3(aq)​ .
ה־ pH של התמיסה שהתקבלה היה גבוה מן ה־ pH של תמיסה (2) . הסבר מדוע.

ד.

חקלאים מפזרים בקרקע חומצית סיד חקלאי כדי להקטין את החומציות שלה.
מנה של סיד חקלאי מסוים מכילה 5.00 גרם סידן פחמתי, CaCO3(s)\text{CaCO}_{3(s)}CaCO3(s)​ , ו־ 3.70 גרם סידן הידרוקסידי, Ca(OH)2(s)\text{Ca(OH)}_{2(s)}Ca(OH)2(s)​ .
בקרקע מתרחשות התגובות (1) ו־ (2) :
(1) CaCO3(s)+2H3O(aq)+→Ca(aq)2++CO2(g)+3H2O(l)\text{CaCO}_{3(s)} + 2\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} \rightarrow \text{Ca}^{2+}_{(aq)} + \text{CO}_{2(g)} + 3\text{H}_2\text{O}_{(l)}CaCO3(s)​+2H3​O(aq)+​→Ca(aq)2+​+CO2(g)​+3H2​O(l)​
(2) Ca(OH)2(s)+2H3O(aq)+→Ca(aq)2++4H2O(l)\text{Ca(OH)}_{2(s)} + 2\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} \rightarrow \text{Ca}^{2+}_{(aq)} + 4\text{H}_2\text{O}_{(l)}Ca(OH)2(s)​+2H3​O(aq)+​→Ca(aq)2+​+4H2​O(l)​
חשב את המספר הכולל של מולים של יוני H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}H3​O(aq)+​ המגיבים עם מנה אחת של סיד חקלאי זה. פרט את חישובך.

◂ פתרון מלא לשאלה 11

סעיף א

(i)

תשובה:

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)−​;
HNO3(l)+H2O(l)→H3O(aq)++NO3−(aq)\text{HNO}_{3(l)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}HNO3(l)​+H2​O(l)​→H3​O(aq)+​+NO3−​(aq)​;
NaOH(s)→H2ONa(aq)++OH(aq)−\text{NaOH}_{(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}NaOH(s)​H2​O​Na(aq)+​+OH(aq)−​

- Ba(OH)2\text{Ba(OH)}_2Ba(OH)2​ ו־NaOH\text{NaOH}NaOH הם חומרים יוניים. בהמסה במים היונים שבסריג נפרדים ועוברים מיום:
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)−​
NaOH(s)→H2ONa(aq)++OH(aq)−\text{NaOH}_{(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}NaOH(s)​H2​O​Na(aq)+​+OH(aq)−​
- HNO3\text{HNO}_3HNO3​ הוא חומר מולקולרי. כל מולקולה מוסרת פרוטון למולקולת מים (חומצה):
HNO3(l)+H2O(l)→H3O(aq)++NO3−(aq)\text{HNO}_{3(l)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}HNO3(l)​+H2​O(l)​→H3​O(aq)+​+NO3−​(aq)​

(ii)

תשובה:

(2) < (3) < (1)

•תמיסה (2) חומצית (יש בה יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ בעודף), ולכן ה־pH שלה נמוך מ־7 – הנמוך ביותר.
•תמיסות (1) ו־(3) בסיסיות. ככל שריכוז יוני OH−\text{OH}^{-}OH− גדול יותר, ה־pH גבוה יותר:
•תמיסה (1): כל יחידת Ba(OH)2\text{Ba(OH)}_2Ba(OH)2​ משחררת שני יוני OH−\text{OH}^{-}OH− ⇐ [OH−]=2⋅0.015 M=0.030 M[\text{OH}^{-}] = 2 \cdot 0.015\ \text{M} = 0.030\ \text{M}[OH−]=2⋅0.015 M=0.030 M.
•תמיסה (3): [OH−]=0.020 M[\text{OH}^{-}] = 0.020\ \text{M}[OH−]=0.020 M.
לכן הדירוג מה־pH הנמוך לגבוה: (2) < (3) < (1).
טעות נפוצה: לקבוע שתמיסה (3) בסיסית יותר כי ריכוז ה־NaOH (0.020 M0.020\ \text{M}0.020 M) גדול מריכוז ה־Ba(OH)2\text{Ba(OH)}_2Ba(OH)2​ (0.015 M0.015\ \text{M}0.015 M), ולשכוח שכל יחידת Ba(OH)2\text{Ba(OH)}_2Ba(OH)2​ משחררת שני יוני OH−\text{OH}^{-}OH−.

סעיף ב

תשובה:

0.030 M0.030\ \text{M}0.030 M

ריכוז תמיסה (4) הוא 0.030 M0.030\ \text{M}0.030 M.
pH שווה ⇐ ריכוז יוני OH−\text{OH}^{-}OH− שווה. בתמיסה (1): [OH−]=2⋅0.015 M=0.030 M[\text{OH}^{-}] = 2 \cdot 0.015\ \text{M} = 0.030\ \text{M}[OH−]=2⋅0.015 M=0.030 M.
KOH(s)→H2OK(aq)++OH(aq)−\text{KOH}_{(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{K}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}KOH(s)​H2​O​K(aq)+​+OH(aq)−​
כל יחידת KOH\text{KOH}KOH משחררת יון OH−\text{OH}^{-}OH− אחד, ולכן ריכוז ה־KOH\text{KOH}KOH שווה לריכוז יוני OH−\text{OH}^{-}OH−: C(KOH)=0.030 MC(\text{KOH}) = 0.030\ \text{M}C(KOH)=0.030 M (נפח התמיסה אינו משפיע על הריכוז).

סעיף ג

(i)

תשובה:

H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}H3​O(aq)+​, NO3−(aq)\text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}NO3−​(aq)​ ו־Na(aq)+\text{Na}^{+}_{(aq)}Na(aq)+​ (יוני OH−\text{OH}^{-}OH− – בריכוז זניח בלבד).

מספר המולים של יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ בתמיסה (2) (n=C⋅Vn = C\cdot Vn=C⋅V):
n(H3O+)=0.025 molL⋅0.200 L=5.0×10−3 moln(\text{H}_3\text{O}^{+}) = 0.025\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 0.200\ \text{L} = 5.0 \times 10^{-3}\ \text{mol}n(H3​O+)=0.025 Lmol​⋅0.200 L=5.0×10−3 mol
מספר המולים של יוני OH−\text{OH}^{-}OH− בתמיסה (3):
n(OH−)=0.020 molL⋅0.100 L=2.0×10−3 moln(\text{OH}^{-}) = 0.020\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 0.100\ \text{L} = 2.0 \times 10^{-3}\ \text{mol}n(OH−)=0.020 Lmol​⋅0.100 L=2.0×10−3 mol
תגובת הסתירה: H3O(aq)++OH(aq)−→2H2O(l)\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(l)}H3​O(aq)+​+OH(aq)−​→2H2​O(l)​ (יחס 1:11:11:1).
יוני OH−\text{OH}^{-}OH− הם הגורם המגביל ומגיבים כולם; נותרים יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ בעודף:
n(H3O+)נותר=5.0×10−3 mol−2.0×10−3 mol=3.0×10−3 moln(\text{H}_3\text{O}^{+})_{\text{נותר}} = 5.0 \times 10^{-3}\ \text{mol} - 2.0 \times 10^{-3}\ \text{mol} = 3.0 \times 10^{-3}\ \text{mol}n(H3​O+)נותר​=5.0×10−3 mol−2.0×10−3 mol=3.0×10−3 mol
יוני Na+\text{Na}^{+}Na+ ו־NO3−\text{NO}_3^{-}NO3−​ אינם מגיבים (יונים צופים).
לכן בתמיסה יש יוני H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}H3​O(aq)+​, NO3−(aq)\text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}NO3−​(aq)​ ו־Na(aq)+\text{Na}^{+}_{(aq)}Na(aq)+​. התמיסה חומצית; יוני OH−\text{OH}^{-}OH− נמצאים בה בריכוז זניח בלבד.

(ii)

תשובה:

תמיסת NaNO3\text{NaNO}_3NaNO3​ ניטרלית ואינה מגיבה עם יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+; הוספתה מגדילה את הנפח, ריכוז יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ קטן – ה־pH עולה.

•יוני Na+\text{Na}^{+}Na+ ויוני NO3−\text{NO}_3^{-}NO3−​ אינם מגיבים עם מים ואינם מגיבים עם יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+; תמיסת NaNO3\text{NaNO}_3NaNO3​ ניטרלית.
•מספר המולים של יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ אינו משתנה, אבל נפח התמיסה גדל.
•לפי C=nVC = \frac{n}{V}C=Vn​ ריכוז יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ קטן – התמיסה פחות חומצית, ולכן ה־pH עולה (אך נשאר נמוך מ־7).

סעיף ד

תשובה:

0.200 mol0.200\ \text{mol}0.200 mol יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+.

מסות מולריות:
M(CaCO3)=40.1+12.0+3⋅16.0=100.1 gmolM(\text{CaCO}_3) = 40.1 + 12.0 + 3\cdot 16.0 = 100.1\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(CaCO3​)=40.1+12.0+3⋅16.0=100.1 molg​
M(Ca(OH)2)=40.1+2⋅(16.0+1.0)=74.1 gmolM(\text{Ca(OH)}_2) = 40.1 + 2\cdot(16.0 + 1.0) = 74.1\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(Ca(OH)2​)=40.1+2⋅(16.0+1.0)=74.1 molg​
מספרי המולים (n=mMn = \frac{m}{M}n=Mm​):
n(CaCO3)=5.00 g100.1 gmol=0.04995 moln(\text{CaCO}_3) = \frac{5.00\ \text{g}}{100.1\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}} = 0.04995\ \text{mol}n(CaCO3​)=100.1 molg​5.00 g​=0.04995 mol
n(Ca(OH)2)=3.70 g74.1 gmol=0.04993 moln(\text{Ca(OH)}_2) = \frac{3.70\ \text{g}}{74.1\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}} = 0.04993\ \text{mol}n(Ca(OH)2​)=74.1 molg​3.70 g​=0.04993 mol
יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ המגיבים (בשתי התגובות היחס הוא 1:21 : 21:2):
•תגובה (1): n1(H3O+)=2⋅0.04995 mol=0.09990 moln_1(\text{H}_3\text{O}^{+}) = 2 \cdot 0.04995\ \text{mol} = 0.09990\ \text{mol}n1​(H3​O+)=2⋅0.04995 mol=0.09990 mol
•תגובה (2): n2(H3O+)=2⋅0.04993 mol=0.09987 moln_2(\text{H}_3\text{O}^{+}) = 2 \cdot 0.04993\ \text{mol} = 0.09987\ \text{mol}n2​(H3​O+)=2⋅0.04993 mol=0.09987 mol
nכולל(H3O+)=0.09990 mol+0.09987 mol=0.1998 mol≈0.200 moln_{\text{כולל}}(\text{H}_3\text{O}^{+}) = 0.09990\ \text{mol} + 0.09987\ \text{mol} = 0.1998\ \text{mol} \approx 0.200\ \text{mol}nכולל​(H3​O+)=0.09990 mol+0.09987 mol=0.1998 mol≈0.200 mol
מנה אחת של הסיד החקלאי מגיבה עם 0.200 mol0.200\ \text{mol}0.200 mol יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+.

שאלה 12 · גז טבעי וגפ"מ – תרכובות פחמן, גזים ומסיסות

שאלה פתוחה20 נקודות

מבנה וקישור, תרכובות פחמן
גז טבעי וגפ"מ (גז פחמימני מעובה, הגז שבבלוני הבישול) משמשים דלקים בבתים ובתעשייה. שניהם תערובות של כמה חומרים.
לפניכם גרפים המתארים את ההרכב של דוגמה של גז טבעי ושל דוגמה של גפ"מ.
(נתוני הגרפים – אחוז המולים של כל מרכיב (mol %)(\text{mol}\ \%)(mol %): גז טבעי – מתאן (methane)(\text{methane})(methane): 92%92\%92%, אתאן (ethane)(\text{ethane})(ethane): 4%4\%4%, פחמן דו־חמצני (carbon dioxide)(\text{carbon dioxide})(carbon dioxide): 2%2\%2%, פרופאן (propane)(\text{propane})(propane): 1%1\%1%, חנקן (nitrogen)(\text{nitrogen})(nitrogen): 1%1\%1%. גפ"מ – בוטאן (butane)(\text{butane})(butane): 60%60\%60%, פרופאן: 35%35\%35%, פרופן (propene)(\text{propene})(propene): 5%5\%5%.)

א.

(1)

כתבו את השם של המרכיב הנפוץ ביותר בגז הטבעי, ואת השם של המרכיב הנפוץ ביותר בגפ"מ.

(2)

רשמו ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של כל אחת מן התרכובות שכתבתם בתת־סעיף (1).

(3)

רשמו את הנוסחה המולקולרית של כל אחת מן התרכובות שכתבתם בתת־סעיף (1).

(4)

טמפרטורת הרתיחה של המרכיב הנפוץ ביותר בגז הטבעי נמוכה מטמפרטורת הרתיחה של המרכיב הנפוץ ביותר בגפ"מ.
קבעו מהו הגורם העיקרי להבדל זה.

ב.

העבירו 100100100 ליטר גז טבעי, שנמדדו בלחץ 760 mmHg760\ \text{mmHg}760 mmHg ובטמפרטורה 25∘C25^{\circ}\text{C}25∘C , דרך תמיסה צלולה של מי סיד, Ca(OH)2(aq)\text{Ca(OH)}_{2(aq)}Ca(OH)2(aq)​ , בעודף. מבין מרכיבי הגז הטבעי רק מרכיב אחד הגיב עם מי הסיד, ונוצר משקע לבן של סידן פחמתי, CaCO3(s)\text{CaCO}_{3(s)}CaCO3(s)​ .

(1)

רשמו את הנוסחה המולקולרית של המרכיב שהגיב עם מי הסיד.

(2)

על פי הנתונים בגרף, קבעו מהו נפח המרכיב שהגיב (באותם תנאי לחץ וטמפרטורה).

(3)

חשבו כמה מול משקע CaCO3(s)\text{CaCO}_{3(s)}CaCO3(s)​ נוצרו. פרטו את חישוביכם.

ג.

לפניכם ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של מולקולה של אחד המרכיבים בגזים. מרכיב זה נמצא רק באחד משני הגזים.
קבעו באיזה משני הגזים, גז טבעי או גפ"מ, נמצאות מולקולות של החומר הנתון.
הסבירו את קביעתכם.

ד.

שומנים מצטברים על כיריים גז מוסרים בתכשירי ניקוי המכילים את הממס 2־בוטוקסי־אתנול.
לפניכם ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של מולקולת 2־בוטוקסי־אתנול, מולקולה A\text{A}A .
מולקולה A
נתון: החומר A\text{A}A מתערבב עם מים, ויש לו מסיסות גם בשמנים ובשומנים, שמולקולותיהם בנויות בעיקר משרשראות פחמימניות ארוכות.

(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 בשומנים.

◂ פתרון מלא לשאלה 12

סעיף א

(1)

תשובה:

גז טבעי: מתאן (92%92\%92%); גפ"מ: בוטאן (60%60\%60%).

בגרף של הגז הטבעי העמודה הגבוהה ביותר (92%92\%92%) היא של מתאן.
בגרף של הגפ"מ העמודה הגבוהה ביותר (60%60\%60%) היא של בוטאן.

(2)

תשובה:

מתאן: CH4\text{CH}_4CH4​; בוטאן: CH3CH2CH2CH3\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_3CH3​CH2​CH2​CH3​.

- מתאן – אטום פחמן אחד הקשור לארבעה אטומי מימן: CH4\text{CH}_4CH4​.
- בוטאן – שרשרת לא מסועפת של 444 אטומי פחמן הקשורים בקשרים יחידים: CH3CH2CH2CH3\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_3CH3​CH2​CH2​CH3​ (אפשר גם CH3(CH2)2CH3\text{CH}_3(\text{CH}_2)_2\text{CH}_3CH3​(CH2​)2​CH3​).

(3)

תשובה:

מתאן: CH4\text{CH}_4CH4​; בוטאן: C4H10\text{C}_4\text{H}_{10}C4​H10​.

•מתאן: CH4\text{CH}_4CH4​.
•בוטאן: 444 אטומי פחמן ו־3+2+2+3=103+2+2+3 = 103+2+2+3=10 אטומי מימן – C4H10\text{C}_4\text{H}_{10}C4​H10​ (בהתאם לנוסחה הכללית של אלקאנים CnH2n+2\text{C}_n\text{H}_{2n+2}Cn​H2n+2​).

(4)

תשובה:

גודל ענן האלקטרונים: במולקולת בוטאן יש יותר אלקטרונים (ושטח פנים גדול יותר) מאשר במולקולת מתאן.

הגורם העיקרי: גודל ענן האלקטרונים של המולקולות.
שני החומרים בנויים ממולקולות לא קוטביות, ובין המולקולות פועלות רק אינטראקציות ון־דר־ולס. במולקולת בוטאן יש 343434 אלקטרונים, ובמולקולת מתאן 101010 בלבד; ענן האלקטרונים של בוטאן גדול יותר (וגם שטח הפנים של המולקולה גדול יותר), ולכן האינטראקציות ון־דר־ולס בין מולקולות בוטאן חזקות יותר וטמפרטורת הרתיחה שלו גבוהה יותר.
טעות נפוצה: לציין קוטביות או קשרי מימן – שתי המולקולות אינן קוטביות ואין ביניהן קשרי מימן.

סעיף ב

(1)

תשובה:

CO2\text{CO}_2CO2​

מבין מרכיבי הגז הטבעי, רק פחמן דו־חמצני, CO2\text{CO}_2CO2​, מגיב עם יוני OH−\text{OH}^{-}OH− ו־Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+ שבמי הסיד ויוצר משקע CaCO3\text{CaCO}_3CaCO3​. מתאן, אתאן, פרופאן וחנקן אינם מגיבים עם מי סיד.

(2)

תשובה:

222 ליטר

לפי השערת אבוגדרו, בגזים באותם תנאי לחץ וטמפרטורה, נפח הגז עומד ביחס ישר למספר המולים. לכן אחוז המולים של כל מרכיב שווה לאחוז הנפח שלו.
לפי הגרף, אחוז המולים של CO2\text{CO}_2CO2​ בגז הטבעי הוא 2%2\%2%:
V(CO2)=0.02⋅100 L=2 LV(\text{CO}_2) = 0.02 \cdot 100\ \text{L} = 2\ \text{L}V(CO2​)=0.02⋅100 L=2 L

(3)

תשובה:

0.082 mol0.082\ \text{mol}0.082 mol (8.18×10−28.18\times 10^{-2}8.18×10−2 מול)

המרת יחידות: P=760 mmHg760 mmHgatm=1 atmP = \frac{760\ \text{mmHg}}{760\ \frac{\text{mmHg}}{\text{atm}}} = 1\ \text{atm}P=760 atmmmHg​760 mmHg​=1 atm ; T=25+273=298 KT = 25 + 273 = 298\ \text{K}T=25+273=298 K
מספר מולי CO2\text{CO}_2CO2​ (PV=nRTPV = nRTPV=nRT):
n=PVRT=1 atm⋅2 L0.082 atm⋅Lmol⋅K⋅298 K=8.18×10−2 moln = \frac{PV}{RT} = \frac{1\ \text{atm} \cdot 2\ \text{L}}{0.082\ \frac{\text{atm}\cdot\text{L}}{\text{mol}\cdot\text{K}} \cdot 298\ \text{K}} = 8.18\times 10^{-2}\ \text{mol}n=RTPV​=0.082 mol⋅Katm⋅L​⋅298 K1 atm⋅2 L​=8.18×10−2 mol
יחס מולים: לפי התגובה n(CO2):n(CaCO3)=1:1n(\text{CO}_2) : n(\text{CaCO}_3) = 1:1n(CO2​):n(CaCO3​)=1:1
n(CaCO3)=8.18×10−2 mol≈0.082 moln(\text{CaCO}_3) = 8.18\times 10^{-2}\ \text{mol} \approx 0.082\ \text{mol}n(CaCO3​)=8.18×10−2 mol≈0.082 mol
טעות נפוצה: להציב 100100100 ליטר (נפח כל הגז) במקום נפח ה־CO2\text{CO}_2CO2​ בלבד, או להציב את הטמפרטורה ב־∘C^{\circ}\text{C}∘C.

סעיף ג

תשובה:

בגפ"מ – זו מולקולה של פרופן, CH2=CH−CH3\text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}_3CH2​=CH−CH3​, המופיע רק בגרף של הגפ"מ.

בגפ"מ.
נזהה את המולקולה: בייצוג המקוצר יש 333 אטומי פחמן (שני קצוות וקודקוד אחד), ובין שני אטומי פחמן יש קשר כפול. המולקולה היא CH2=CH−CH3\text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}_3CH2​=CH−CH3​, פרופן (C3H6\text{C}_3\text{H}_6C3​H6​).
לפי הגרפים, פרופן נמצא בגפ"מ (5%5\%5%) ואינו נמצא בגז הטבעי. לכן המולקולה הנתונה נמצאת רק בגפ"מ.
טעות נפוצה: לזהות את המולקולה כפרופאן – בפרופאן כל הקשרים בין אטומי הפחמן יחידים, ופרופאן נמצא בשני הגזים.

סעיף ד

(1)

תשובה:

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

בייצוג מלא מסרטטים את כל האטומים ואת כל הקשרים:
•שרשרת של 444 אטומי פחמן (CH3−CH2−CH2−CH2−\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{CH}_2-CH3​−CH2​−CH2​−CH2​−) הקשורה לאטום חמצן;
•אטום החמצן קשור לשרשרת של 222 אטומי פחמן (−CH2−CH2−-\text{CH}_2-\text{CH}_2-−CH2​−CH2​−), שבקצה שלה קבוצת O−H\text{O}-\text{H}O−H.
•בסך הכול: 666 אטומי פחמן, 141414 אטומי מימן ו־222 אטומי חמצן.

(2)

תשובה:

אתר והידרוקסיל.

•אטום החמצן הקשור לשני אטומי פחמן (C−O−C\text{C}-\text{O}-\text{C}C−O−C) – אתר.
•הקבוצה −OH-\text{OH}−OH בקצה השרשרת – הידרוקסיל.

(3)

תשובה:

החלק הקוטבי (הידרוקסיל, אתר) יוצר קשרי מימן עם מולקולות מים; החלק הלא קוטבי (שרשרת של 444 אטומי פחמן) יוצר אינטראקציות ון־דר־ולס עם מולקולות השומן.

מסיסות במים: במולקולה A\text{A}A יש קבוצת הידרוקסיל (O−H\text{O}-\text{H}O−H) ואטום חמצן אתרי בעל זוגות אלקטרונים לא קושרים. לכן בין מולקולות A\text{A}A לבין מולקולות מים נוצרים קשרי מימן (בין O−H\text{O}-\text{H}O−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 החמצן ב־A\text{A}A).
מסיסות בשומנים: מולקולות השומן בנויות בעיקר משרשראות פחמימניות לא קוטביות. במולקולה A\text{A}A יש חלק לא קוטבי – שרשרת של ארבעה אטומי פחמן (וגם קבוצות CH2\text{CH}_2CH2​) – ולכן בין מולקולות A\text{A}A לבין מולקולות השומן נוצרות אינטראקציות ון־דר־ולס.
טעות נפוצה: לכתוב שהמולקולה מתמוססת בשומן "כי היא לא קוטבית" – יש בה חלק קוטבי וחלק לא קוטבי, וכל חלק יוצר אינטראקציות עם ממס אחר.

שאלה 13 · תרכובות גופרית: חמצון־חיזור ומעבר אלקטרונים

שאלה פתוחה20 נקודות

חמצון חיזור
השאלה עוסקת בתגובות חמצון־חיזור של גופרית ותרכובותיה.
לפניך רשימה של חלקיקים המכילים גופרית:
H2S(g)\text{H}_2\text{S}_{(g)}H2​S(g)​ , S(s)\text{S}_{(s)}S(s)​ , SO2(g)\text{SO}_{2(g)}SO2(g)​ , SO42−(aq)\text{SO}_4^{2-}{}_{(aq)}SO42−​(aq)​

א.

במעבדה ביצעו ניסוי בשני שלבים.
בשלב הראשון שרפו אבקת גופרית, S(s)\text{S}_{(s)}S(s)​, בכלי המכיל חמצן, O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​. נראתה להבה כחולה, ונוצר גז חסר צבע בעל ריח חריף – גופרית דו־חמצנית, SO2(g)\text{SO}_{2(g)}SO2(g)​.

(i)

רשום ניסוח מאוזן לתגובה שהתרחשה בשלב הראשון של הניסוי.

(ii)

בשלב השני הזרימו את הגז SO2(g)\text{SO}_{2(g)}SO2(g)​ שהתקבל לכלי המכיל גז מימן גופרי, H2S(g)\text{H}_2\text{S}_{(g)}H2​S(g)​. על דפנות הכלי הופיעו מוצק צהוב – גופרית, S(s)\text{S}_{(s)}S(s)​ – וטיפות מים, H2O(l)\text{H}_2\text{O}_{(l)}H2​O(l)​.
רשום ניסוח מאוזן לתגובה שהתרחשה בשלב השני של הניסוי.

(iii)

קבע מהו החומר המחמצן ומהו החומר המחזר בכל אחד משני שלבי הניסוי.
נמק את קביעתך על פי השינוי בדרגות החמצון.

ב.

גופרית דו־חמצנית מגיבה גם עם מים.

(i)

כאשר גז SO2(g)\text{SO}_{2(g)}SO2(g)​ מתמוסס במים מתרחשת התגובה:
SO2(g)+H2O(l)→H2SO3(aq)\text{SO}_{2(g)}+\text{H}_2\text{O}_{(l)}\rightarrow\text{H}_2\text{SO}_{3(aq)}SO2(g)​+H2​O(l)​→H2​SO3(aq)​
קבע אם תגובה זו היא תגובת חמצון־חיזור. נמק את קביעתך.

(ii)

בשלב השני של הניסוי שבסעיף א נוצרו 9.63 גרם גופרית, S(s)\text{S}_{(s)}S(s)​.
חשב את מספר המולים של האלקטרונים שעברו בתגובה. פרט את חישוביך.

ג.

סדר את החלקיקים H2S(g)\text{H}_2\text{S}_{(g)}H2​S(g)​ , S(s)\text{S}_{(s)}S(s)​ , SO2(g)\text{SO}_{2(g)}SO2(g)​ ו־ SO42−(aq)\text{SO}_4^{2-}{}_{(aq)}SO42−​(aq)​ על פי דרגת החמצון של אטום הגופרית בהם, מן הגבוהה לנמוכה.
פרט את קביעת דרגות החמצון.

ד.

גופרית דו־חמצנית שנפלטת לאוויר משריפת דלקים עוברת באטמוספרה חמצון, ובסופו של דבר נוצרים יוני SO42−(aq)\text{SO}_4^{2-}{}_{(aq)}SO42−​(aq)​.
קבע איזה מן החלקיקים, H2S(g)\text{H}_2\text{S}_{(g)}H2​S(g)​ או SO2(g)\text{SO}_{2(g)}SO2(g)​, יכול לשמש גם מחמצן וגם מחזר (בהתייחס לאטום הגופרית). נמק.

◂ פתרון מלא לשאלה 13

סעיף א

(i)

תשובה:

S(s)+O2(g)→SO2(g)\text{S}_{(s)}+\text{O}_{2(g)}\rightarrow\text{SO}_{2(g)}S(s)​+O2(g)​→SO2(g)​

S(s)+O2(g)→SO2(g)\text{S}_{(s)}+\text{O}_{2(g)}\rightarrow\text{SO}_{2(g)}S(s)​+O2(g)​→SO2(g)​
בדיקה: S – 1=1; O – 2=2.

(ii)

תשובה:

2H2S(g)+SO2(g)→3S(s)+2H2O(l)2\text{H}_2\text{S}_{(g)}+\text{SO}_{2(g)}\rightarrow3\text{S}_{(s)}+2\text{H}_2\text{O}_{(l)}2H2​S(g)​+SO2(g)​→3S(s)​+2H2​O(l)​

מגיבים: H2S\text{H}_2\text{S}H2​S ו־SO2\text{SO}_2SO2​; תוצרים: S ו־H2O\text{H}_2\text{O}H2​O.
איזון: שני אטומי O של SO2\text{SO}_2SO2​ יוצרים 2H2O2\text{H}_2\text{O}2H2​O, ולכך דרושים 4 אטומי H ← 2H2S2\text{H}_2\text{S}2H2​S. אטומי S: 2+1=32+1=32+1=3 ← 3S3\text{S}3S.
2H2S(g)+SO2(g)→3S(s)+2H2O(l)2\text{H}_2\text{S}_{(g)}+\text{SO}_{2(g)}\rightarrow3\text{S}_{(s)}+2\text{H}_2\text{O}_{(l)}2H2​S(g)​+SO2(g)​→3S(s)​+2H2​O(l)​
בדיקה: S – 3=3; H – 4=4; O – 2=2.

(iii)

תשובה:

שלב ראשון: מחמצן O2\text{O}_2O2​, מחזר S. שלב שני: מחמצן SO2\text{SO}_2SO2​, מחזר H2S\text{H}_2\text{S}H2​S.

שלב ראשון:
•S: מ־0 (יסוד) ל־+4+4+4 (ב־SO2\text{SO}_2SO2​: x+2(−2)=0x+2(-2)=0x+2(−2)=0) – דרגת החמצון עולה, הגופרית מוסרת אלקטרונים ← S הוא המחזר.
•O: מ־0 ל־−2-2−2 – דרגת החמצון יורדת, החמצן קולט אלקטרונים ← O2\text{O}_2O2​ הוא המחמצן.
שלב שני:
•S ב־H2S\text{H}_2\text{S}H2​S: מ־−2-2−2 (2(+1)+x=02(+1)+x=02(+1)+x=0) ל־0 (ב־S) – דרגת החמצון עולה ← H2S\text{H}_2\text{S}H2​S הוא המחזר.
•S ב־SO2\text{SO}_2SO2​: מ־+4+4+4 ל־0 – דרגת החמצון יורדת ← SO2\text{SO}_2SO2​ הוא המחמצן.
•דרגות החמצון של H (+1+1+1) ושל O (−2-2−2) אינן משתנות.
טעות נפוצה: לקבוע שבשלב השני אין מחמצן ומחזר משום שהתוצר S מכיל יסוד אחד בלבד – בפועל אטומי S משני מקורות שונים עוברים שינויים הפוכים בדרגת החמצון.

סעיף ב

(i)

תשובה:

לא – דרגות החמצון של כל האטומים נשארות ללא שינוי (S +4+4+4, O −2-2−2, H +1+1+1).

התגובה אינה תגובת חמצון־חיזור.
•S: ב־SO2\text{SO}_2SO2​ – +4+4+4; ב־H2SO3\text{H}_2\text{SO}_3H2​SO3​: 2(+1)+x+3(−2)=02(+1)+x+3(-2)=02(+1)+x+3(−2)=0 ← x=+4x=+4x=+4 – ללא שינוי.
•O: −2-2−2 במגיבים ובתוצר; H: +1+1+1 במגיבים ובתוצר.
בתגובת חמצון־חיזור עוברים אלקטרונים, ודרגת החמצון של אטום אחד לפחות עולה ושל אחר יורדת. כאן אף דרגת חמצון אינה משתנה, ולכן אין מעבר אלקטרונים.

(ii)

תשובה:

0.400 mol0.400\ \text{mol}0.400 mol אלקטרונים

שלב 1 – אלקטרונים שעוברים לפי הניסוח: 2H2S+SO2→3S+2H2O2\text{H}_2\text{S}+\text{SO}_2\rightarrow3\text{S}+2\text{H}_2\text{O}2H2​S+SO2​→3S+2H2​O.
כל אטום S ב־H2S\text{H}_2\text{S}H2​S מוסר 2 אלקטרונים (מ־−2-2−2 ל־0); יש שני אטומים כאלה ← 4 אלקטרונים. אטום S ב־SO2\text{SO}_2SO2​ קולט 4 אלקטרונים (מ־+4+4+4 ל־0). לכן ביצירת 3 mol S עוברים 4 mol אלקטרונים: יחס המולים S:e−=3:4\text{S}:e^-=3:4S:e−=3:4.
שלב 2 – מולי S שנוצרו:
nS=mM=9.63 g32.1 gmol=0.300 moln_{\text{S}}=\frac{m}{M}=\frac{9.63\ \text{g}}{32.1\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}}=0.300\ \text{mol}nS​=Mm​=32.1 molg​9.63 g​=0.300 mol
שלב 3 – מולי אלקטרונים:
ne−=0.300 mol⋅43=0.400 moln_{e^-}=0.300\ \text{mol}\cdot\frac{4}{3}=0.400\ \text{mol}ne−​=0.300 mol⋅34​=0.400 mol
טעות נפוצה: לחשב 2 אלקטרונים לכל אטום S שנוצר (0.600 mol) – אבל רק שניים משלושת אטומי S מקורם ב־H2S\text{H}_2\text{S}H2​S.

סעיף ג

תשובה:

SO42− (+6)>SO2 (+4)>S (0)>H2S (−2)\text{SO}_4^{2-}\ (+6)>\text{SO}_2\ (+4)>\text{S}\ (0)>\text{H}_2\text{S}\ (-2)SO42−​ (+6)>SO2​ (+4)>S (0)>H2​S (−2)

- SO42−\text{SO}_4^{2-}SO42−​: x+4(−2)=−2x+4(-2)=-2x+4(−2)=−2 ← x=+6x=+6x=+6 (סכום דרגות החמצון ביון שווה למטען היון)
- SO2\text{SO}_2SO2​: x+2(−2)=0x+2(-2)=0x+2(−2)=0 ← x=+4x=+4x=+4
•S: יסוד ← 000
- H2S\text{H}_2\text{S}H2​S: 2(+1)+x=02(+1)+x=02(+1)+x=0 ← x=−2x=-2x=−2
SO42− (+6)>SO2 (+4)>S (0)>H2S (−2)\text{SO}_4^{2-}\ (+6)>\text{SO}_2\ (+4)>\text{S}\ (0)>\text{H}_2\text{S}\ (-2)SO42−​ (+6)>SO2​ (+4)>S (0)>H2​S (−2)

סעיף ד

תשובה:

SO2(g)\text{SO}_{2(g)}SO2(g)​ – דרגת החמצון של S בו (+4+4+4) היא בין המזערית (−2-2−2) למרבית (+6+6+6).

SO2(g)\text{SO}_{2(g)}SO2(g)​.
לגופרית 6 אלקטרוני ערכיות (טור 6), ולכן דרגת החמצון המרבית שלה היא +6+6+6 והמזערית היא −2-2−2.
•ב־SO2\text{SO}_2SO2​ דרגת החמצון של S היא +4+4+4 – ערך ביניים. האטום יכול למסור אלקטרונים (לעלות עד +6+6+6, כמו בחמצון ל־SO42−\text{SO}_4^{2-}SO42−​) – ואז SO2\text{SO}_2SO2​ משמש מחזר; והוא יכול לקלוט אלקטרונים (לרדת, למשל ל־0 כמו בשלב השני של הניסוי) – ואז SO2\text{SO}_2SO2​ משמש מחמצן.
•ב־H2S\text{H}_2\text{S}H2​S דרגת החמצון של S היא −2-2−2 – המזערית. האטום יכול רק למסור אלקטרונים, ולכן H2S\text{H}_2\text{S}H2​S יכול לשמש רק מחזר (בהתייחס לגופרית).

שאלה 14 · חומרים יוניים – מוליכות, ניסוחי תהליכים וחישובים

שאלה פתוחה20 נקודות

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

א.

סעיף א הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ב.
חומר יוני במצב נוזל (מותך) מוליך חשמל.
הסבר קביעה זו ברמה מיקרוסקופית.

ב.

סעיף ב הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף א.
תמיסה מימית של חומר יוני מוליכה חשמל.
הסבר קביעה זו ברמה מיקרוסקופית.

ג.

לפניך ארבעה ניסוחים (1)-(4).
(1)Li(s)+12Cl2(g)⟶LiCl(s)(1)\quad \text{Li}_{(s)}+\tfrac{1}{2}\text{Cl}_{2(g)}\longrightarrow\text{LiCl}_{(s)}(1)Li(s)​+21​Cl2(g)​⟶LiCl(s)​
(2)LiCl(s)+H2O(l)⟶LiOH(aq)+HCl(aq)(2)\quad \text{LiCl}_{(s)}+\text{H}_2\text{O}_{(l)}\longrightarrow\text{LiOH}_{(aq)}+\text{HCl}_{(aq)}(2)LiCl(s)​+H2​O(l)​⟶LiOH(aq)​+HCl(aq)​
(3)LiCl(s)→ Δ Li(l)++Cl(l)−(3)\quad \text{LiCl}_{(s)}\xrightarrow{\ \Delta\ }\text{Li}^{+}_{(l)}+\text{Cl}^{-}_{(l)}(3)LiCl(s)​ Δ ​Li(l)+​+Cl(l)−​
(4)LiCl(s)→H2O(l)Li(aq)++Cl(aq)−(4)\quad \text{LiCl}_{(s)}\xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}}\text{Li}^{+}_{(aq)}+\text{Cl}^{-}_{(aq)}(4)LiCl(s)​H2​O(l)​​Li(aq)+​+Cl(aq)−​

(i)

קבע איזה מן הניסוחים (1)-(4) מסמל תהליך יצירה של ליתיום כלורי, LiCl(s)\text{LiCl}_{(s)}LiCl(s)​ , מן היסודות שלו.

(ii)

קבע איזה מן הניסוחים (1)-(4) מסמל תהליך המסה במים של ליתיום כלורי, LiCl(s)\text{LiCl}_{(s)}LiCl(s)​ .

ד.

המיסו 13.2 גרם אמון גופרתי, (NH4)2SO4(s)(\text{NH}_4)_2\text{SO}_{4(s)}(NH4​)2​SO4(s)​ , במים והתקבלה תמיסה בנפח 0.5 ליטר.
מהו מספר המולים הכולל של היונים בתמיסה? פרט את חישוביך.

ה.

מגנזיום חנקני הוא מוצק יוני הבנוי מיוני מגנזיום ומיוני חנקן חד־אטומיים. הוא נוצר, למשל, כאשר מגנזיום נשרף באוויר.

(i)

רשום את הנוסחה האמפירית של מגנזיום חנקני.

(ii)

מגנזיום חנקני מגיב עם מים ויוצר מגנזיום הידרוקסידי, Mg(OH)2(s)\text{Mg(OH)}_{2(s)}Mg(OH)2(s)​ , ואמוניה, NH3(g)\text{NH}_{3(g)}NH3(g)​ .
נסח ואזן את התגובה.

(iii)

מהי המסה של מגנזיום הידרוקסידי, Mg(OH)2(s)\text{Mg(OH)}_{2(s)}Mg(OH)2(s)​ , שנוצרת כאשר 5.0 ק"ג מגנזיום חנקני מגיבים עם מים? פרט את חישוביך.
נתון: 1 ק"ג = 1000 גרם.

ו.

אשלגן גופרתי, K2SO4(s)\text{K}_2\text{SO}_{4(s)}K2​SO4(s)​ , משמש דשן המספק לצמחים אשלגן.
בגידול צמחים במים (הידרופוניקה) הכינו 500 ליטר תמיסת הזנה, שבה ריכוז יוני האשלגן, K(aq)+\text{K}^{+}_{(aq)}K(aq)+​ , הוא 0.0060M . כל יוני האשלגן בתמיסה מקורם באשלגן גופרתי.
מהי מסת האשלגן הגופרתי, K2SO4(s)\text{K}_2\text{SO}_{4(s)}K2​SO4(s)​ , שהומסה במים? פרט את חישוביך.

◂ פתרון מלא לשאלה 14

סעיף א

תשובה:

בחומר יוני מותך הסריג התפרק, והיונים החיוביים והשליליים חופשיים לנוע; יונים ניידים הם נושאי מטען, ולכן הנוזל מוליך חשמל.

•חומר יוני בנוי מיונים חיוביים ומיונים שליליים. במצב מוצק היונים מסודרים בסריג יוני וקשורים במקומות קבועים בכוחות משיכה חשמליים חזקים (קשר יוני).
•בהיתוך מושקעת אנרגייה, הסריג היוני מתפרק, והיונים ניידים – הם יכולים לנוע זה ביחס לזה.
•מוליכות חשמלית מחייבת חלקיקים טעונים ניידים. כאשר מחברים את הנוזל למקור מתח, היונים החיוביים נעים לכיוון הקוטב השלילי והיונים השליליים לכיוון הקוטב החיובי – זרם חשמלי עובר.
לכן חומר יוני מותך מוליך חשמל.
טעות נפוצה: לכתוב שבנוזל "האלקטרונים חופשיים". בחומר יוני אין אלקטרונים חופשיים; נושאי המטען הם היונים.

סעיף ב

תשובה:

בהמסה במים הסריג היוני מתפרק והיונים ממוימים וחופשיים לנוע בתמיסה; יונים ניידים הם נושאי מטען, ולכן התמיסה מוליכה חשמל.

•חומר יוני בנוי מיונים חיוביים ושליליים, הקשורים בסריג במקומות קבועים.
•בהמסה במים היונים נפרדים זה מזה ומוקפים מולקולות מים (יונים ממוימים), והם ניידים בתמיסה.
•כאשר מחברים את התמיסה למקור מתח, היונים החיוביים נעים לכיוון הקוטב השלילי והיונים השליליים לכיוון הקוטב החיובי – זרם חשמלי עובר.
לכן תמיסה מימית של חומר יוני מוליכה חשמל.

סעיף ג

(i)

תשובה:

ניסוח (1).

ניסוח (1). המגיבים הם היסודות במצבם בטמפרטורת החדר – ליתיום, מתכת מוצקה, Li(s)\text{Li}_{(s)}Li(s)​, וכלור, גז דו־אטומי, Cl2(g)\text{Cl}_{2(g)}Cl2(g)​ – והתוצר הוא החומר היוני המוצק LiCl(s)\text{LiCl}_{(s)}LiCl(s)​. בתגובה אטומי הליתיום מוסרים אלקטרונים ואטומי הכלור מקבלים אלקטרונים, ונוצרים יוני Li+\text{Li}^+Li+ ו־Cl−\text{Cl}^-Cl− בסריג.
ניסוח (3) הוא היתוך, ניסוח (4) הוא המסה במים, וניסוח (2) אינו מתאר תהליך שמתרחש בהמסת ליתיום כלורי במים.

(ii)

תשובה:

ניסוח (4).

ניסוח (4). בהמסה במים הסריג היוני מתפרק והיונים עוברים לתמיסה כיונים ממוימים, Li(aq)+\text{Li}^{+}_{(aq)}Li(aq)+​ ו־Cl(aq)−\text{Cl}^{-}_{(aq)}Cl(aq)−​. המים אינם מגיבים עם החומר, ולכן הם נרשמים מעל החץ, כממס.
•ניסוח (2) שגוי – המים רשומים כמגיב ונוצרים חומרים חדשים (LiOH\text{LiOH}LiOH ו־HCl\text{HCl}HCl); בהמסת LiCl\text{LiCl}LiCl במים אין תגובה כזו.
•ניסוח (3) מתאר היתוך – היונים במצב נוזל, (l)(l)(l), ולא בתמיסה מימית.

סעיף ד

תשובה:

0.300 mol0.300\ \text{mol}0.300 mol יונים

מסה מולרית:
M(NH4)2SO4=2⋅(14.0+4⋅1.0)+32.1+4⋅16.0=132.1 gmolM_{(\text{NH}_4)_2\text{SO}_4}=2\cdot(14.0+4\cdot1.0)+32.1+4\cdot16.0=132.1\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(NH4​)2​SO4​​=2⋅(14.0+4⋅1.0)+32.1+4⋅16.0=132.1 molg​
מספר המולים של אמון גופרתי:
n=mM=13.2 g132.1 gmol=0.0999 mol≈0.100 moln=\frac{m}{M}=\frac{13.2\ \text{g}}{132.1\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}}=0.0999\ \text{mol}\approx0.100\ \text{mol}n=Mm​=132.1 molg​13.2 g​=0.0999 mol≈0.100 mol
תגובת ההמסה:
(NH4)2SO4(s)→H2O(l)2NH4(aq)++SO4(aq)2−(\text{NH}_4)_2\text{SO}_{4(s)}\xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}}2\text{NH}^{+}_{4(aq)}+\text{SO}^{2-}_{4(aq)}(NH4​)2​SO4(s)​H2​O(l)​​2NH4(aq)+​+SO4(aq)2−​
מכל מול אמון גופרתי נוצרים 3 מול יונים (2 מול יוני אמון ו־1 מול יוני גופרה):
nיונים=3⋅0.100 mol=0.300 moln_{\text{יונים}}=3\cdot0.100\ \text{mol}=0.300\ \text{mol}nיונים​=3⋅0.100 mol=0.300 mol
תשובה: בתמיסה יש 0.300 mol0.300\ \text{mol}0.300 mol יונים (נפח התמיסה אינו משפיע על מספר המולים).
טעות נפוצה: לפרק את היונים הרב־אטומיים (NH4+\text{NH}_4^+NH4+​, SO42−\text{SO}_4^{2-}SO42−​) לאטומים, או לספור רק 2 יונים ליחידה.

סעיף ה

(i)

תשובה:

Mg3N2\text{Mg}_3\text{N}_2Mg3​N2​

מגנזיום נמצא בטור 2 של הטבלה המחזורית (שני אלקטרוני ערכיות) ויוצר יון Mg2+\text{Mg}^{2+}Mg2+. חנקן נמצא בטור 15 (חמישה אלקטרוני ערכיות) ויוצר יון N3−\text{N}^{3-}N3−. התרכובת ניטרלית חשמלית: 3⋅(+2)+2⋅(−3)=03\cdot(+2)+2\cdot(-3)=03⋅(+2)+2⋅(−3)=0, ולכן היחס הוא 3:23:23:2 – Mg3N2\text{Mg}_3\text{N}_2Mg3​N2​.

(ii)

תשובה:

Mg3N2(s)+6H2O(l)→3Mg(OH)2(s)+2NH3(g)\text{Mg}_3\text{N}_{2(s)}+6\text{H}_2\text{O}_{(l)}\rightarrow3\text{Mg(OH)}_{2(s)}+2\text{NH}_{3(g)}Mg3​N2(s)​+6H2​O(l)​→3Mg(OH)2(s)​+2NH3(g)​

Mg3N2(s)+6H2O(l)→3Mg(OH)2(s)+2NH3(g)\text{Mg}_3\text{N}_{2(s)}+6\text{H}_2\text{O}_{(l)}\rightarrow3\text{Mg(OH)}_{2(s)}+2\text{NH}_{3(g)}Mg3​N2(s)​+6H2​O(l)​→3Mg(OH)2(s)​+2NH3(g)​
איזון: Mg – 3 משמאל, 3 מימין; N – 2 משמאל, 2 (ב־2NH32\text{NH}_32NH3​) מימין; O – 6 (ב־6H2O6\text{H}_2\text{O}6H2​O) משמאל, 6 (ב־3Mg(OH)23\text{Mg(OH)}_23Mg(OH)2​) מימין; H – 12 משמאל, 3⋅2+2⋅3=123\cdot2+2\cdot3=123⋅2+2⋅3=12 מימין.

(iii)

תשובה:

m≈8.67×103 g≈8.67m\approx 8.67\times 10^{3}\ \text{g}\approx 8.67m≈8.67×103 g≈8.67 ק"ג

מולי מגנזיום חנקני: MMg3N2=3⋅24.3+2⋅14.0=100.9 gmolM_{\text{Mg}_3\text{N}_2}=3\cdot24.3+2\cdot14.0=100.9\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}MMg3​N2​​=3⋅24.3+2⋅14.0=100.9 molg​
nMg3N2=mM=5000 g100.9 gmol=49.6 moln_{\text{Mg}_3\text{N}_2}=\frac{m}{M}=\frac{5000\ \text{g}}{100.9\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}}=49.6\ \text{mol}nMg3​N2​​=Mm​=100.9 molg​5000 g​=49.6 mol
יחס מולים לפי הניסוח: Mg3N2:Mg(OH)2=1:3\text{Mg}_3\text{N}_2:\text{Mg(OH)}_2=1:3Mg3​N2​:Mg(OH)2​=1:3:
nMg(OH)2=3⋅49.6 mol=148.7 moln_{\text{Mg(OH)}_2}=3\cdot49.6\ \text{mol}=148.7\ \text{mol}nMg(OH)2​​=3⋅49.6 mol=148.7 mol
מסה: MMg(OH)2=24.3+2⋅(16.0+1.0)=58.3 gmolM_{\text{Mg(OH)}_2}=24.3+2\cdot(16.0+1.0)=58.3\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}MMg(OH)2​​=24.3+2⋅(16.0+1.0)=58.3 molg​
m=n⋅M=148.7 mol⋅58.3 gmol=8.67×103 gm=n\cdot M=148.7\ \text{mol}\cdot58.3\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}=8.67\times10^{3}\ \text{g}m=n⋅M=148.7 mol⋅58.3 molg​=8.67×103 g
תשובה: נוצרים כ־8.67×103 g8.67\times10^{3}\ \text{g}8.67×103 g (כ־8.67 ק"ג) מגנזיום הידרוקסידי.
טעות נפוצה: להשתמש ביחס 1:11:11:1 ולקבל כ־2.9 ק"ג.

סעיף ו

תשובה:

m≈261 gm\approx 261\ \text{g}m≈261 g

מולי יוני האשלגן:
nK+=C⋅V=0.0060 molL⋅500 L=3.0 moln_{\text{K}^+}=C\cdot V=0.0060\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot500\ \text{L}=3.0\ \text{mol}nK+​=C⋅V=0.0060 Lmol​⋅500 L=3.0 mol
תגובת ההמסה: K2SO4(s)→H2O(l)2K(aq)++SO4(aq)2−\text{K}_2\text{SO}_{4(s)}\xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}}2\text{K}^{+}_{(aq)}+\text{SO}^{2-}_{4(aq)}K2​SO4(s)​H2​O(l)​​2K(aq)+​+SO4(aq)2−​ – מכל מול K2SO4\text{K}_2\text{SO}_4K2​SO4​ נוצרים 2 מול יוני K+\text{K}^+K+:
nK2SO4=3.0 mol2=1.5 moln_{\text{K}_2\text{SO}_4}=\frac{3.0\ \text{mol}}{2}=1.5\ \text{mol}nK2​SO4​​=23.0 mol​=1.5 mol
מסה: MK2SO4=2⋅39.1+32.1+4⋅16.0=174.3 gmolM_{\text{K}_2\text{SO}_4}=2\cdot39.1+32.1+4\cdot16.0=174.3\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}MK2​SO4​​=2⋅39.1+32.1+4⋅16.0=174.3 molg​
m=n⋅M=1.5 mol⋅174.3 gmol=261 gm=n\cdot M=1.5\ \text{mol}\cdot174.3\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}=261\ \text{g}m=n⋅M=1.5 mol⋅174.3 molg​=261 g
תשובה: הומסו כ־261 g261\ \text{g}261 g אשלגן גופרתי.
טעות נפוצה: לשכוח את היחס 1:21:21:2 ולחשב 3.0 mol⋅174.3 gmol=523 g3.0\ \text{mol}\cdot174.3\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}=523\ \text{g}3.0 mol⋅174.3 molg​=523 g.

טבלת התשובות

שאלה	סעיף	תשובה
1	-	א – הפרש האלקטרושליליות בקשר P–H הוא 0 (קשר טהור), ובקשר N–H הוא 0.9 (קשר קוטבי).
2	-	ד – גרף 4: הטמפרטורה יורדת בקירור, והמשטח (טמפרטורת העיבוי) של המים (קו רציף) גבוה מזה של ההקסאן (קו מקווקו).
3	-	א — $6.02\cdot10^{23}\cdot 0.45$ אטומים.
4	-	א – $\Delta H^0 = -2{,}220\ \text{kJ}$
5	-	א – $0.2\ \text{M}$
6	-	א – ב־ $\text{P}_4\text{O}_{10}$ וב־ $\text{H}_3\text{PO}_4$ דרגת החמצון של P היא +5, הדרגה המרבית שלו.
7	-	ג – II ו־IV
8	-	ד – חומצה מתנואית (חומצה פורמית) מוסרת פרוטון למים, ונוצרים יוני הידרוניום ויוני $\text{HCOO}^{-}$ .
9	א i	אנדותרמית.
	א ii	$2\text{C}_2\text{H}_{6(g)}+7\text{O}_{2(g)}\rightarrow 4\text{CO}_{2(g)}+6\text{H}_2\text{O}_{(l)}$
	ב i	אתאנול (–OH, הידרוקסיל), אתילן אוקסיד (–O–, אתר), אתילן גליקול (–OH, הידרוקסיל), ויניל אצטט (–COO–, אסטר).
	ב ii	בין מולקולות ויניל אצטט אין קשרי מימן (רק ון־דר־ולס); בין מולקולות אתאנול ובין מולקולות אתילן גליקול יש קשרי מימן, אבל במולקולת אתילן גליקול יש שתי קבוצות OH, ולכן היא יוצרת יותר קשרי מימן ועננת האלקטרונים שלה גדולה יותר.
	ג i	כמחמצן – דרגת החמצון של אטומי O יורדת מ־ $(0)$ ב־ $\text{O}_2$ ל־ $(-2)$ ב־ $\text{C}_2\text{H}_4\text{O}$ .
	ג ii	שני עקומים היוצאים מאותה רמת אנתלפיה של המגיבים ומסתיימים באותה רמה נמוכה יותר של התוצר ( $\Delta H<0$ , זהה); שיא העקום בנוכחות זרז נמוך יותר, כלומר $E_a'$ (עם זרז) קטנה מ־ $E_a$ (ללא זרז).
	ד	שרפת גז המימן הנוצר בתהליך בתנורים, במקום חלק מן הגז הטבעי; חימום הצינורות בחשמל המופק ממקורות אנרגייה מתחדשים (שורות 12–14).
10	א	חומר A – נוזל; חומר B – מוצק.
	ב i	a – נכון; b – לא נכון; c – נכון; d – נכון.
	ב ii	נוסחה 1.
	ג i	בכלי של חומר B.
	ג ii	$\text{CH}_3\text{COOH}_{(\ell)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{CH}_3\text{COOH}_{(aq)}$
	ג iii	ל־A שרשרת פחמימנית ארוכה ולא קוטבית; האינטראקציות שנוצרות עם המים אינן מפצות על קשרי המימן בין מולקולות המים ועל האינטראקציות בין מולקולות A שיש לפרק.
	ג iv	בכלי של B תערובת הומוגנית – נוזל אחיד וצלול (פאזה אחת); בכלי של A תערובת הטרוגנית – שתי שכבות נוזל נפרדות.
11	א i	$\text{Ba(OH)}_{2(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{Ba}^{2+}_{(aq)} + 2\text{OH}^{-}_{(aq)}$ ; $\text{HNO}_{3(l)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}$ ; $\text{NaOH}_{(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}$
	א ii	(2) < (3) < (1)
	ב	$0.030\ \text{M}$
	ג i	$\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}$ , $\text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}$ ו־ $\text{Na}^{+}_{(aq)}$ (יוני $\text{OH}^{-}$ – בריכוז זניח בלבד).
	ג ii	תמיסת $\text{NaNO}_3$ ניטרלית ואינה מגיבה עם יוני $\text{H}_3\text{O}^{+}$ ; הוספתה מגדילה את הנפח, ריכוז יוני $\text{H}_3\text{O}^{+}$ קטן – ה־pH עולה.
	ד	$0.200\ \text{mol}$ יוני $\text{H}_3\text{O}^{+}$ .
12	א 1	גז טבעי: מתאן ( $92\%$ ); גפ"מ: בוטאן ( $60\%$ ).
	א 2	מתאן: $\text{CH}_4$ ; בוטאן: $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_3$ .
	א 3	מתאן: $\text{CH}_4$ ; בוטאן: $\text{C}_4\text{H}_{10}$ .
	א 4	גודל ענן האלקטרונים: במולקולת בוטאן יש יותר אלקטרונים (ושטח פנים גדול יותר) מאשר במולקולת מתאן.
	ב 1	$\text{CO}_2$
	ב 2	$2$ ליטר
	ב 3	$0.082\ \text{mol}$ ( $8.18\times 10^{-2}$ מול)
	ג	בגפ"מ – זו מולקולה של פרופן, $\text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}_3$ , המופיע רק בגרף של הגפ"מ.
	ד 1	ראו איור: כל אטומי הפחמן, החמצן והמימן וכל הקשרים מסורטטים.
	ד 2	אתר והידרוקסיל.
	ד 3	החלק הקוטבי (הידרוקסיל, אתר) יוצר קשרי מימן עם מולקולות מים; החלק הלא קוטבי (שרשרת של $4$ אטומי פחמן) יוצר אינטראקציות ון־דר־ולס עם מולקולות השומן.
13	א i	$\text{S}_{(s)}+\text{O}_{2(g)}\rightarrow\text{SO}_{2(g)}$
	א ii	$2\text{H}_2\text{S}_{(g)}+\text{SO}_{2(g)}\rightarrow3\text{S}_{(s)}+2\text{H}_2\text{O}_{(l)}$
	א iii	שלב ראשון: מחמצן $\text{O}_2$ , מחזר S. שלב שני: מחמצן $\text{SO}_2$ , מחזר $\text{H}_2\text{S}$ .
	ב i	לא – דרגות החמצון של כל האטומים נשארות ללא שינוי (S $+4$ , O $-2$ , H $+1$ ).
	ב ii	$0.400\ \text{mol}$ אלקטרונים
	ג	$\text{SO}_4^{2-}\ (+6)>\text{SO}_2\ (+4)>\text{S}\ (0)>\text{H}_2\text{S}\ (-2)$
	ד	$\text{SO}_{2(g)}$ – דרגת החמצון של S בו ( $+4$ ) היא בין המזערית ( $-2$ ) למרבית ( $+6$ ).
14	א	בחומר יוני מותך הסריג התפרק, והיונים החיוביים והשליליים חופשיים לנוע; יונים ניידים הם נושאי מטען, ולכן הנוזל מוליך חשמל.
	ב	בהמסה במים הסריג היוני מתפרק והיונים ממוימים וחופשיים לנוע בתמיסה; יונים ניידים הם נושאי מטען, ולכן התמיסה מוליכה חשמל.
	ג i	ניסוח (1).
	ג ii	ניסוח (4).
	ד	$0.300\ \text{mol}$ יונים
	ה i	$\text{Mg}_3\text{N}_2$
	ה ii	$\text{Mg}_3\text{N}_{2(s)}+6\text{H}_2\text{O}_{(l)}\rightarrow3\text{Mg(OH)}_{2(s)}+2\text{NH}_{3(g)}$
	ה iii	$m\approx 8.67\times 10^{3}\ \text{g}\approx 8.67$ ק"ג
	ו	$m\approx 261\ \text{g}$

פרק ראשון

שאלה 1 · קשר קוולנטי טהור וקשר קוטבי

התשובה הנכונה: א.

שאלה 2 · גרף קירור – מים והקסאן

התשובה: ד (גרף 4).

שאלה 3 · מספר האטומים בגז שבצמיג – משוואת הגזים

מספר האטומים: N=0.45 mol⋅6.02⋅1023 atomsmol≈2.7⋅1023N=0.45\ \text{mol}\cdot 6.02\cdot 10^{23}\ \frac{\text{atoms}}{\text{mol}}\approx 2.7\cdot 10^{23}N=0.45 mol⋅6.02⋅1023 molatoms​≈2.7⋅1023 אטומים. תשובה א נכונה.

שאלה 4 · אנתלפיית שרפה של פרופאן מנתוני מסה ואנרגיה

התשובה הנכונה: א.

שאלה 5 · ריכוז יוני כלוריד לאחר המסת מלח בתמיסה

יוני כלוריד מן הסידן הכלורי:

שאלה 6 · דרגות חמצון של זרחן בתרכובותיו

תשובה: א.

שאלה 7 · גורמים המשפיעים על קצב התגובה בין חנקן חד־חמצני לחמצן

התשובה הנכונה: ג.

שאלה 8 · ניסוח תגובות של חומצות עם מים

התשובה: ד.

שאלה 9 · אתן כחומר גלם – פיצוח בקיטור ואתילן אוקסיד

אתן — חומר הגלם המרכזי של התעשייה הכימית

סעיף א

תגובה (1) היא תגובה אנדותרמית.

סעיף ב

הכוחות בין המולקולות בכל תרכובת:

סעיף ג

החמצן מגיב כמחמצן.

תיאור הדיאגרמה:

סעיף ד

פרק שני

שאלה 10 · שתי חומצות קרבוקסיליות – מצבי צבירה, אינטראקציות ומסיסות

מושגי יסוד ומבנה וקישור

סעיף א

בטמפרטורה של 10∘C10^{\circ}\text{C}10∘C חומר A נמצא במצב נוזל וחומר B נמצא במצב מוצק.

סעיף ב

נוסחה 1.

סעיף ג

שאלה 11 · תמיסות של בסיסים וחומצה וסיד לטיפול בקרקע חומצית

חומצות ובסיסים וסטויכיומטריה

סעיף ב הוא רשות

סעיף א

סעיף ב

ריכוז תמיסה (4) הוא 0.030 M0.030\ \text{M}0.030 M.

סעיף ג

סעיף ד

מסות מולריות:

מספרי המולים (n=mMn = \frac{m}{M}n=Mm​):

שאלה 12 · גז טבעי וגפ"מ – תרכובות פחמן, גזים ומסיסות

מבנה וקישור, תרכובות פחמן

מולקולה A

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

בגפ"מ.

סעיף ד

שאלה 13 · תרכובות גופרית: חמצון־חיזור ומעבר אלקטרונים

חמצון חיזור

פרט את קביעת דרגות החמצון.

סעיף א

שלב ראשון:

שלב שני:

סעיף ב

התגובה אינה תגובת חמצון־חיזור.

שלב 2 – מולי S שנוצרו:

שלב 3 – מולי אלקטרונים:

סעיף ג

סעיף ד

SO2(g)\text{SO}_{2(g)}SO2(g)​.

שאלה 14 · חומרים יוניים – מוליכות, ניסוחי תהליכים וחישובים

חומרים יוניים, חישובים

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

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

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

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

מסה מולרית:

מספר המולים של אמון גופרתי:

תגובת ההמסה:

סעיף ה

תשובה: נוצרים כ־8.67×103 g8.67\times10^{3}\ \text{g}8.67×103 g (כ־8.67 ק"ג) מגנזיום הידרוקסידי.

מספר האטומים: $N=0.45\ \text{mol}\cdot 6.02\cdot 10^{23}\ \frac{\text{atoms}}{\text{mol}}\approx 2.7\cdot 10^{23}$ אטומים. תשובה א נכונה.

בטמפרטורה של $10^{\circ}\text{C}$ חומר A נמצא במצב נוזל וחומר B נמצא במצב מוצק.

ריכוז תמיסה (4) הוא $0.030\ \text{M}$ .

מספרי המולים ( $n = \frac{m}{M}$ ):

$\text{SO}_{2(g)}$ .

תשובה: נוצרים כ־ $8.67\times10^{3}\ \text{g}$ (כ־8.67 ק"ג) מגנזיום הידרוקסידי.

תשובה: הומסו כ־ $261\ \text{g}$ אשלגן גופרתי.