מתכונת 5 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 · אנרגיית יינון ראשונה – גז אציל ומתכת אלקלית

רב-ברירה

בגרעין של אטום נתרן, Na , יש יותר פרוטונים מאשר בגרעין של אטום ניאון, Ne .
למרות זאת, אנרגיית היינון הראשונה של אטום נתרן נמוכה בהרבה מאנרגיית היינון הראשונה של אטום ניאון.
מהו הגורם לכך?

א.
המטען הגרעיני של אטום נתרן גדול מן המטען הגרעיני של אטום ניאון.
ב.
ניאון הוא גז אציל, ולכן הוא אינו מגיב עם חומרים אחרים.
ג.
באטום נתרן יש יותר רמות אנרגייה מאוכלסות באלקטרונים משיש באטום ניאון.
ד.
האלקטרושליליות של נתרן גבוהה מן האלקטרושליליות של ניאון.

◂ פתרון מלא לשאלה 1

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג

הערכות האלקטרונים: ניאון (Z=10) – 2,8: 2 רמות מאוכלסות; נתרן (Z=11) – 2,8,1: 3 רמות מאוכלסות. אלקטרון הערכיות של הנתרן נמצא ברמה השלישית, רחוק יותר מן הגרעין, ובינו לבין הגרעין יש שתי רמות פנימיות מלאות. לכן משיכת הגרעין אליו חלשה הרבה יותר, ונדרשת פחות אנרגייה כדי לתלוש אותו – אף על פי שבגרעין הנתרן יש פרוטון אחד יותר. הגורם המכריע הוא מספר רמות האנרגייה המאוכלסות. תשובה ג.
- א – שגויה: מטען גרעיני גדול יותר כשלעצמו היה מגדיל את אנרגיית היינון, ולא מקטין אותה.
- ב – שגויה: חוסר התגובתיות של ניאון הוא תכונה ולא הסבר לאנרגיית היינון.
- ד – שגויה: לניאון אין ערך אלקטרושליליות (אינו יוצר קשרים), וממילא אלקטרושליליות של נתרן נמוכה מאוד (0.9); זה אינו הגורם.

שאלה 2 · יסודות עוקבים – מתכת מטור 2 ונוסחת תרכובת עם גופרית

רב-ברירה

האותיות a , b , c , d הן סמלים שרירותיים, המייצגים ארבעה יסודות בעלי מספרים אטומיים עוקבים במערכה המחזורית. באטום של יסוד d יש ארבע רמות אנרגיה מאוכלסות באלקטרונים, ושני אלקטרוני ערכיות.
S מסמל אטום גופרית.
מהי הנוסחה הנכונה?

א.
$\text{dS}$
ב.
$\text{cS}$
ג.
$\text{da}$
ד.
$\text{bS}_2$

◂ פתרון מלא לשאלה 2

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א — dS\text{dS}dS: d יוצר d2+\text{d}^{2+}d2+, וגופרית יוצרת S2−\text{S}^{2-}S2−, ביחס 1:1.

זיהוי היסודות: לאטום d ארבע רמות אנרגיה ושני אלקטרוני ערכיות — הערכת אלקטרונים 2,8,8,2: זהו סידן (מספר אטומי 20), טור 2. המספרים האטומיים עוקבים, לכן:
•c (19) — אשלגן, מתכת אלקלית, יוצר c+\text{c}^{+}c+;
•b (18) — ארגון, גז אציל;
•a (17) — כלור, הלוגן, יוצר a−\text{a}^{-}a−.
גופרית (טור 16) יוצרת עם מתכת יון S2−\text{S}^{2-}S2−. עם d2+\text{d}^{2+}d2+: (+2)+(−2)=0(+2)+(-2)=0(+2)+(−2)=0 ← dS\text{dS}dS (כמו CaS\text{CaS}CaS). תשובה א נכונה.
מדוע האחרות שגויות:
•ב. c+\text{c}^{+}c+ עם S2−\text{S}^{2-}S2− מתאחדים ביחס 2:1 — c2S\text{c}_2\text{S}c2​S, ולא cS\text{cS}cS.
•ג. d2+\text{d}^{2+}d2+ עם a−\text{a}^{-}a− מתאחדים ביחס 1:2 — da2\text{da}_2da2​, ולא da\text{da}da.
•ד. b הוא גז אציל ואינו יוצר תרכובות.

שאלה 3 · נוסחאות ייצוג אלקטרונים של יונים – מספר אלקטרוני הערכיות

רב-ברירה

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

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

◂ פתרון מלא לשאלה 3

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – רק I (K+\text{K}^{+}K+) ו־ IV (N3−\text{N}^{3-}N3−) נכונות.

בנוסחת ייצוג אלקטרונים של יון חד־אטומי רושמים בתוך סוגריים מרובעים את סמל היסוד ואת אלקטרוני הרמה החיצונית של היון, ואת מטען היון מחוץ לסוגריים. יון חיובי של מתכת מסר את כל אלקטרוני הערכיות, ולכן לא מסמנים סביבו אלקטרונים; ליון שלילי של אל־מתכת יש 8 אלקטרונים ברמה החיצונית.
- I – [K]+[\text{K}]^{+}[K]+ נכונה. לאשלגן (טור 1) אלקטרון ערכיות אחד; ביצירת K+\text{K}^{+}K+ הוא נמסר, ולכן אין אלקטרונים מסומנים.
- II – [S]2−[\text{S}]^{2-}[S]2− שגויה. לגופרית (טור 6) 6 אלקטרוני ערכיות; היון S2−\text{S}^{2-}S2− קלט 2 אלקטרונים, ולכן צריכים להופיע 6+2=86+2=86+2=8 אלקטרונים. בנוסחה מסומנים רק 6.
- III – [Al]3+[\text{Al}]^{3+}[Al]3+ שגויה. לאלומיניום (טור 3) 3 אלקטרוני ערכיות, וכולם נמסרים ביצירת Al3+\text{Al}^{3+}Al3+. בנוסחה מסומנים 3 אלקטרונים, כמו באטום הניטרלי.
- IV – [N]3−[\text{N}]^{3-}[N]3− נכונה. לחנקן (טור 5) 5 אלקטרוני ערכיות; היון N3−\text{N}^{3-}N3− קלט 3 אלקטרונים: 5+3=85+3=85+3=8 – כפי שמסומן.
- V – [Na]+[\text{Na}]^{+}[Na]+ שגויה. ליון Na+\text{Na}^{+}Na+ אין אלקטרוני ערכיות (האלקטרון היחיד נמסר), אך בנוסחה מסומן אלקטרון אחד.
לכן רק I ו־ IV נכונות – תשובה ב. כל אחת מן התשובות א, ג, ד כוללת נוסחה שגויה (II, III או V).

שאלה 4 · מסיסות חומרים צבעוניים במים

רב-ברירה

לפניכם נתונים על שני חומרים מוצקים צבעוניים:
•חומר A – צבעו כחול. לפניכם ייצוג מקוצר של נוסחת המבנה של המולקולה שלו (הנוסחה המולקולרית: C10H8\text{C}_{10}\text{H}_8C10​H8​):
•חומר B – אשלגן פרמנגנטי, KMnO4(s)\text{KMnO}_{4(s)}KMnO4(s)​ , שהוא חומר יוני הבנוי מיוני K+\text{K}^{+}K+ ומיוני MnO4−\text{MnO}_4^{-}MnO4−​ . צבעו סגול.
נתונות שתי כוסות המכילות נפח זהה של מים מזוקקים, H2O(l)\text{H}_2\text{O}_{(l)}H2​O(l)​ , שהם נוזל חסר צבע שקוף וצלול.
הטמפרטורה של המים בשתי הכוסות זהה. לכל אחת מן הכוסות מכניסים אחד מן החומרים.
רק באחת מן הכוסות מתקבלת תמיסה בלבד.
מהו צבע התמיסה המתקבלת?

א.
כחול
ב.
שקוף
ג.
סגול
ד.
חום

◂ פתרון מלא לשאלה 4

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – סגול: החומר היוני B מתמוסס במים; החומר A הוא פחמימן לא קוטבי ואינו מתמוסס במים.

התשובה: ג (סגול).
מים הם חומר מולקולרי קוטבי; בין מולקולות המים פועלים קשרי מימן.
- חומר B (אשלגן פרמנגנטי, סגול): חומר יוני. בהמסה במים היונים K+\text{K}^{+}K+ ו־MnO4−\text{MnO}_4^{-}MnO4−​ נפרדים מן הסריג ומוקפים במולקולות מים (יונים ממוימים): הקצה השלילי של מולקולות המים (אטום O) פונה אל היונים החיוביים, והקצה החיובי (אטומי H) פונה אל היונים השליליים. לכן B מתמוסס במים:
KMnO4(s)→H2O(l)K(aq)++MnO4−(aq)\text{KMnO}_{4(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}} \text{K}^{+}_{(aq)} + \text{MnO}_4^{-}{}_{(aq)}KMnO4(s)​H2​O(l)​​K(aq)+​+MnO4−​(aq)​
והתמיסה סגולה.
- חומר A (כחול): פחמימן – המולקולה בנויה מאטומי C ו־H בלבד, ואינה קוטבית. בין מולקולות A לבין מולקולות המים אינם יכולים להיווצר קשרי מימן, ולכן הן אינן יכולות "להחליף" את קשרי המימן החזקים שבין מולקולות המים. A אינו מתמוסס במים.
א – לא נכון: הפחמימן הכחול אינו מתמוסס במים.
ב – לא נכון: בכוס עם B מתקבלת תמיסה צבעונית.
ד – לא נכון: בכל כוס יש חומר אחד בלבד, ולא נוצרת תערובת של שני החומרים.

שאלה 5 · משוואת הגזים – חישוב לחץ ב־mmHg

רב-ברירה

בכלי סגור שנפחו 4.1 ליטר יש 8.8 גרם של גז פחמן דו־חמצני, CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ , בטמפרטורה של 27∘C27^{\circ}\text{C}27∘C .
מהו לחץ הגז בכלי?
(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​ ; 1 atm=760 mmHg1\ \text{atm} = 760\ \text{mmHg}1 atm=760 mmHg )

א.
$912\ \text{mmHg}$
ב.
$82\ \text{mmHg}$
ג.
$1.2\ \text{mmHg}$
ד.
$4.0\cdot 10^{4}\ \text{mmHg}$

◂ פתרון מלא לשאלה 5

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א – 912 mmHg912\ \text{mmHg}912 mmHg (1.2 atm1.2\ \text{atm}1.2 atm)

MCO2=12.0+2⋅16.0=44.0 g/molM_{\text{CO}_2} = 12.0 + 2\cdot 16.0 = 44.0\ \text{g/mol}MCO2​​=12.0+2⋅16.0=44.0 g/mol
n=mM=8.8 g44.0 g/mol=0.20 moln = \frac{m}{M} = \frac{8.8\ \text{g}}{44.0\ \text{g/mol}} = 0.20\ \text{mol}n=Mm​=44.0 g/mol8.8 g​=0.20 mol
T=27+273=300 KT = 27 + 273 = 300\ \text{K}T=27+273=300 K
P=nRTV=0.20 mol⋅0.082 atm⋅Lmol⋅K⋅300 K4.1 L=1.2 atmP = \frac{nRT}{V} = \frac{0.20\ \text{mol}\cdot 0.082\ \frac{\text{atm}\cdot\text{L}}{\text{mol}\cdot\text{K}}\cdot 300\ \text{K}}{4.1\ \text{L}} = 1.2\ \text{atm}P=VnRT​=4.1 L0.20 mol⋅0.082 mol⋅Katm⋅L​⋅300 K​=1.2 atm
P=1.2 atm⋅760 mmHgatm=912 mmHgP = 1.2\ \text{atm}\cdot 760\ \frac{\text{mmHg}}{\text{atm}} = 912\ \text{mmHg}P=1.2 atm⋅760 atmmmHg​=912 mmHg
תשובה א.
- ב – מתקבלת אם מציבים את הטמפרטורה במעלות צלזיוס (27) במקום בקלווין: 0.108 atm≈82 mmHg0.108\ \text{atm} \approx 82\ \text{mmHg}0.108 atm≈82 mmHg.
- ג – זהו הלחץ באטמוספרות (1.21.21.2) שנכתב בטעות ביחידות mmHg, ללא המרה.
- ד – מתקבלת אם מציבים את המסה בגרמים (8.8) במקום מספר המולים: 52.8 atm≈4.0⋅104 mmHg52.8\ \text{atm} \approx 4.0\cdot 10^{4}\ \text{mmHg}52.8 atm≈4.0⋅104 mmHg.

שאלה 6 · מספר מולי יונים בתמיסת ברזל(III) גופרתי

רב-ברירה

תמיסה מימית של ברזל(III) גופרתי, Fe2(SO4)3(aq)\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_{3(aq)}Fe2​(SO4​)3(aq)​ , מכילה 8.008.008.00 גרם מומס.
מהו מספר המולים הכולל של היונים בתמיסה?

א.
$0.02$ מול
ב.
$0.04$ מול
ג.
$0.06$ מול
ד.
$0.10$ מול

◂ פתרון מלא לשאלה 6

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – 0.100.100.10 מול יונים.

תשובה ד נכונה.
מסה מולרית: Mw(Fe2(SO4)3)=2⋅55.8+3⋅(32.1+4⋅16.0)=399.9 gmolM_w(\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_3) = 2\cdot 55.8 + 3\cdot(32.1 + 4\cdot 16.0) = 399.9\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}Mw​(Fe2​(SO4​)3​)=2⋅55.8+3⋅(32.1+4⋅16.0)=399.9 molg​
מספר המולים של המומס: n=mMw=8.00 g399.9 gmol=0.0200 moln=\frac{m}{M_w}=\frac{8.00\ \text{g}}{399.9\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}}=0.0200\ \text{mol}n=Mw​m​=399.9 molg​8.00 g​=0.0200 mol
תהליך ההמסה: Fe2(SO4)3(s)→H2O2Fe(aq)3++3SO42−(aq)\text{Fe}_2(\text{SO}_4)_{3(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} 2\text{Fe}^{3+}_{(aq)} + 3\text{SO}_4^{2-}{}_{(aq)}Fe2​(SO4​)3(s)​H2​O​2Fe(aq)3+​+3SO42−​(aq)​
מכל מול מומס מתקבלים 555 מול יונים:
n(Fe3+)=2⋅0.0200 mol=0.0400 moln(\text{Fe}^{3+}) = 2\cdot 0.0200\ \text{mol} = 0.0400\ \text{mol}n(Fe3+)=2⋅0.0200 mol=0.0400 mol,  n(SO42−)=3⋅0.0200 mol=0.0600 mol\ n(\text{SO}_4^{2-}) = 3\cdot 0.0200\ \text{mol} = 0.0600\ \text{mol} n(SO42−​)=3⋅0.0200 mol=0.0600 mol
סך הכול: 0.0400 mol+0.0600 mol=0.100 mol0.0400\ \text{mol} + 0.0600\ \text{mol} = 0.100\ \text{mol}0.0400 mol+0.0600 mol=0.100 mol יונים.
למה האחרות שגויות: 0.020.020.02 מול הוא מספר המולים של המומס; 0.040.040.04 מול הוא מספר המולים של יוני Fe3+\text{Fe}^{3+}Fe3+ בלבד; 0.060.060.06 מול הוא מספר המולים של יוני SO42−\text{SO}_4^{2-}SO42−​ בלבד.
טעות נפוצה: לפרק את היון הרב־אטומי SO42−\text{SO}_4^{2-}SO42−​ לאטומים, או לספור רק סוג אחד של יונים.

שאלה 7 · השפעת אידוי מים על pH

רב-ברירה

הכינו 100 mL100\ \text{mL}100 mL של כל אחת מן התמיסות: KOH(aq)\text{KOH}_{(aq)}KOH(aq)​ , H2SO4(aq)\text{H}_2\text{SO}_{4(aq)}H2​SO4(aq)​ , K2SO4(aq)\text{K}_2\text{SO}_{4(aq)}K2​SO4(aq)​ ומדדו את ה־ pH שלהן.
מכל אחת מן התמיסות אידו בזהירות 50 mL50\ \text{mL}50 mL של מים, בלי שחלק מן המומס יאבד, ואחר כך קיררו את התמיסות לטמפרטורת החדר.
איזו מן השורות המסומנות באותיות א-ד בטבלה שלפניך, מציגה נכון את השינוי שחל ב־ pH של כל אחת מן התמיסות?
KOH(aq)\text{KOH}_{(aq)}KOH(aq)​H2SO4(aq)\text{H}_2\text{SO}_{4(aq)}H2​SO4(aq)​K2SO4(aq)\text{K}_2\text{SO}_{4(aq)}K2​SO4(aq)​
אירדעלהלא השתנה
בעלהירדעלה
גירדעלהירד
דעלהירדלא השתנה

	$\text{KOH}_{(aq)}$	$\text{H}_2\text{SO}_{4(aq)}$	$\text{K}_2\text{SO}_{4(aq)}$
א	ירד	עלה	לא השתנה
ב	עלה	ירד	עלה
ג	ירד	עלה	ירד
ד	עלה	ירד	לא השתנה

א.
$\text{KOH}_{(aq)}$ : ירד; $\text{H}_2\text{SO}_{4(aq)}$ : עלה; $\text{K}_2\text{SO}_{4(aq)}$ : לא השתנה
ב.
$\text{KOH}_{(aq)}$ : עלה; $\text{H}_2\text{SO}_{4(aq)}$ : ירד; $\text{K}_2\text{SO}_{4(aq)}$ : עלה
ג.
$\text{KOH}_{(aq)}$ : ירד; $\text{H}_2\text{SO}_{4(aq)}$ : עלה; $\text{K}_2\text{SO}_{4(aq)}$ : ירד
ד.
$\text{KOH}_{(aq)}$ : עלה; $\text{H}_2\text{SO}_{4(aq)}$ : ירד; $\text{K}_2\text{SO}_{4(aq)}$ : לא השתנה

◂ פתרון מלא לשאלה 7

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – ב־KOH\text{KOH}KOH ה־pH עלה, ב־H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4H2​SO4​ ירד, ב־K2SO4\text{K}_2\text{SO}_4K2​SO4​ לא השתנה.

אידוי 50 mL50\ \text{mL}50 mL מים מתמיסה של 100 mL100\ \text{mL}100 mL מקטין את נפח התמיסה לכ־50 mL50\ \text{mL}50 mL, ומספר המולים של המומס אינו משתנה. לפי C=nVC = \frac{n}{V}C=Vn​, ריכוז כל היונים בתמיסה גדל (בערך פי 2) – התמיסה נעשית מרוכזת יותר.
- KOH(aq)\text{KOH}_{(aq)}KOH(aq)​ – תמיסה בסיסית (pH>7\text{pH} > 7pH>7). ריכוז יוני OH(aq)−\text{OH}^{-}_{(aq)}OH(aq)−​ גדל ⇐ התמיסה בסיסית יותר ⇐ ה־pH עולה.
- H2SO4(aq)\text{H}_2\text{SO}_{4(aq)}H2​SO4(aq)​ – תמיסה חומצית (pH<7\text{pH} < 7pH<7). ריכוז יוני H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}H3​O(aq)+​ גדל ⇐ התמיסה חומצית יותר ⇐ ה־pH יורד.
- K2SO4(aq)\text{K}_2\text{SO}_{4(aq)}K2​SO4(aq)​ – תמיסה ניטרלית (pH=7\text{pH} = 7pH=7 בטמפרטורת החדר): היונים K+\text{K}^{+}K+ ו־SO42−\text{SO}_4^{2-}SO42−​ אינם משנים את ריכוזי H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ ו־OH−\text{OH}^{-}OH−, שנשארים שווים. גם לאחר הריכוז התמיסה ניטרלית ⇐ ה־pH לא משתנה.
השורה הנכונה היא ד. בשורות א ו־ג הכיוונים הפוכים (כאילו מדובר במיהול); בשורות ב ו־ג נקבע בטעות שה־pH של תמיסה ניטרלית משתנה.
טעות נפוצה: לחשוב שכל שינוי בריכוז של תמיסת מלח משנה את ה־pH שלה.

שאלה 8 · דיאגרמת אנתלפיה לשרפת מתאן – מצב הצבירה של המים

רב-ברירה

נתון ניסוח התגובה: CH4(g)+2O2(g)→CO2(g)+2H2O(l)ΔH0=−890 kJ\text{CH}_{4(g)} + 2\text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{CO}_{2(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(l)}\qquad \Delta H^{0} = -890\ \text{kJ}CH4(g)​+2O2(g)​→CO2(g)​+2H2​O(l)​ΔH0=−890 kJ
איזה מן הגרפים I-IV הוא הנכון?

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

◂ פתרון מלא לשאלה 8

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א — גרף I.

הדיאגרמה צריכה להציג את המגיבים והתוצרים שבניסוח, עם המקדמים ומצבי הצבירה שבו, ואת ΔH\Delta HΔH בכיוון הנכון:
•מגיבים: CH4(g)+2O2(g)\text{CH}_{4(g)} + 2\text{O}_{2(g)}CH4(g)​+2O2(g)​; תוצרים: CO2(g)+2H2O(l)\text{CO}_{2(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(l)}CO2(g)​+2H2​O(l)​ — מים נוזליים.
- ΔH=−890 kJ\Delta H = -890\ \text{kJ}ΔH=−890 kJ: התגובה אקסותרמית — רמת התוצרים נמוכה מרמת המגיבים והחץ מכוון כלפי מטה.
גרף I מקיים את כל התנאים. תשובה א נכונה.
•גרף II: המים מוצגים במצב גז, H2O(g)\text{H}_2\text{O}_{(g)}H2​O(g)​. לאנתלפיה של מים גזיים ערך גבוה מזה של מים נוזליים, ולכן עבור תוצרים אלה ΔH\Delta HΔH היה שונה מ־−890 kJ-890\ \text{kJ}−890 kJ.
•גרף III: התוצרים מוצגים מעל המגיבים והחץ כלפי מעלה עם +890 kJ+890\ \text{kJ}+890 kJ — מתאר תגובה אנדותרמית.
•גרף IV: המקדם של המים הוא 1 במקום 2 — אינו מתאים לניסוח.

שאלה 9 · גז הבישול – מה יש בבלון?

שאלת מאמר20 נקודות

ניתוח קטע מאמר מדעי – חובה
קרא את הקטע שלפניך, וענה על כל הסעיפים א-ד שאחריו.
גז הבישול – מה יש בבלון?
1  בבתים רבים בישראל מבשלים על כיריים גז. הגז מגיע לבתים בבלונים או במכלים, ובתוכם הוא נמצא
2  במצב נוזל בלחץ גבוה. כאשר פותחים את הברז, הלחץ יורד, חלק מהנוזל מתאדה, והגז זורם אל הכיריים.
3  הגז נקרא גפ"מ – גז פחמימני מעובה – והוא תערובת של פחמימנים, בעיקר פרופאן, C3H8\text{C}_3\text{H}_8C3​H8​ , ובוטאן,
4  C4H10\text{C}_4\text{H}_{10}C4​H10​ . מפיקים אותו בבתי זיקוק של נפט גולמי ומגז טבעי.
5  בכיריים מודרניות יש מצת חשמלי: לחיצה על הכפתור יוצרת ניצוץ, ותערובת הגז והאוויר נדלקת.
6  ללא ניצוץ או להבה, תערובת הגז והאוויר אינה בוערת, אף שתגובת השרפה פולטת אנרגיה רבה. לפניך
7  דוגמה לתגובת שרפה של מרכיב בגפ"מ:
C3H8(g)+5O2(g)→3CO2(g)+4H2O(g)ΔH0<0\text{C}_3\text{H}_{8(g)} + 5\text{O}_{2(g)} \rightarrow 3\text{CO}_{2(g)} + 4\text{H}_2\text{O}_{(g)} \qquad \Delta H^0 < 0C3​H8(g)​+5O2(g)​→3CO2(g)​+4H2​O(g)​ΔH0<0
8  החום הנפלט בשרפה מחמם את הסיר ואת המזון שבתוכו.
9  לשימוש בגפ"מ יש גם חסרונות. מקורו בדלקים מחצביים, שכמותם בטבע מוגבלת, ובשרפתו נפלט פחמן
10  דו־חמצני, גז חממה. כאשר אין די אוויר, למשל בחדר סגור, השרפה אינה מלאה, ונוצר גם פחמן חד־חמצני,
11  CO(g)\text{CO}_{(g)}CO(g)​ , גז רעיל שאין לו ריח. גם פרופאן ובוטאן הם גזים חסרי ריח. כדי שאפשר יהיה לגלות דליפת גז
12  בזמן, מוסיפים לגפ"מ כמות זעירה של חומר בעל ריח חזק ולא נעים.
13  פרופאן משמש גם חומר גלם בתעשייה. בתהליך הנקרא "דה־הידרוגנציה" מחממים פרופאן לטמפרטורה של
14  כ־ 600∘C600^{\circ}\text{C}600∘C בנוכחות זרז, ומתקבלים פרופן, C3H6\text{C}_3\text{H}_6C3​H6​ , ומימן. הפרופן משמש לייצור הפלסטיק פוליפרופילן.
15  הרכב הגפ"מ משתנה ממקום למקום ומעונה לעונה. בארצות שבהן החורף קר מאוד משתמשים בגפ"מ
16  שהאחוז של פרופאן בו גבוה.
17  בטבלה שלפניך מוצגים ההרכב של דוגמה של גפ"מ ונתונים על מרכיביו:
המרכיבאתאןפרופאןפרופןאיזובוטאןבוטאן
נוסחה מולקולריתC2H6\text{C}_2\text{H}_6C2​H6​C3H8\text{C}_3\text{H}_8C3​H8​C3H6\text{C}_3\text{H}_6C3​H6​C4H10\text{C}_4\text{H}_{10}C4​H10​C4H10\text{C}_4\text{H}_{10}C4​H10​
טמפרטורת רתיחה (∘C^{\circ}\text{C}∘C)−89-89−89−42-42−42−48-48−48−12-12−12−0.5-0.5−0.5
אחוז משקלי (%)0.5341.023.541

המרכיב	אתאן	פרופאן	פרופן	איזובוטאן	בוטאן
נוסחה מולקולרית	$\text{C}_2\text{H}_6$	$\text{C}_3\text{H}_8$	$\text{C}_3\text{H}_6$	$\text{C}_4\text{H}_{10}$	$\text{C}_4\text{H}_{10}$
טמפרטורת רתיחה ( $^{\circ}\text{C}$ )	$-89$	$-42$	$-48$	$-12$	$-0.5$
אחוז משקלי (%)	0.5	34	1.0	23.5	41

א.

על פי המידע שבקטע:

(i)

ציין שני חסרונות לשימוש בגפ"מ.

(ii)

מהי המטרה של הוספת חומר בעל ריח חזק לגפ"מ?

ב.

(i)

מדוע יש צורך בניצוץ כדי להדליק את הגז בכיריים?

(ii)

הסבר מדוע התרחשות תגובת השרפה של פרופאן הרשומה בקטע גורמת לחימום הסיר.

ג.

לפניך ניסוח התגובה המתוארת בשורות 13–14:
C3H8(g)→C3H6(g)+H2(g)ΔH0>0\text{C}_3\text{H}_{8(g)} \rightarrow \text{C}_3\text{H}_{6(g)} + \text{H}_{2(g)} \qquad \Delta H^0 > 0C3​H8(g)​→C3​H6(g)​+H2(g)​ΔH0>0
תגובה זו אינה מנוצלת להפקת חום לבישול או לחימום, שלא כמו תגובת השרפה הרשומה בקטע. הסבר מדוע.

ד.

(i)

על פי הטבלה שבקטע, קבע מהו האחוז המשקלי של הפחמימנים שבמולקולות שלהם 4 אטומי פחמן, ומהו האחוז המשקלי של הפחמימנים שבמולקולות שלהם 3 אטומי פחמן או פחות.
פרט את חישוביך.

(ii)

בלחץ של 1 atm ובטמפרטורה של −5∘C-5^{\circ}\text{C}−5∘C פרופאן נמצא במצב גז, ואילו בוטאן נמצא במצב נוזל.
היעזר בנתוני הטבלה, והסבר מדוע.

◂ פתרון מלא לשאלה 9

סעיף א

(i)

תשובה:

1. מקורו בדלקים מחצביים שכמותם בטבע מוגבלת. 2. בשרפתו נפלט פחמן דו־חמצני – גז חממה (תשובה נוספת אפשרית: בשרפה לא מלאה נוצר פחמן חד־חמצני רעיל).

לפי שורות 9–11:
1. מקור מוגבל: הגפ"מ מופק מדלקים מחצביים (נפט גולמי וגז טבעי), שכמותם בטבע מוגבלת.
2. גז חממה: בשרפתו נפלט פחמן דו־חמצני, שהוא גז חממה.
(חיסרון נוסף לפי שורות 10–11: כאשר אין די אוויר השרפה אינה מלאה ונוצר פחמן חד־חמצני, CO(g)\text{CO}_{(g)}CO(g)​, גז רעיל וחסר ריח.)

(ii)

תשובה:

פרופאן ובוטאן חסרי ריח; החומר המוסף מאפשר לגלות דליפת גז בזמן לפי הריח.

לפי שורות 11–12, פרופאן ובוטאן הם גזים חסרי ריח, ולכן אי אפשר להרגיש בדליפה שלהם. מוסיפים לגפ"מ כמות זעירה של חומר בעל ריח חזק ולא נעים כדי שאפשר יהיה לגלות דליפת גז בזמן – לפני שהגז מצטבר ועלול להתלקח.

סעיף ב

(i)

תשובה:

הניצוץ מספק את אנרגיית השפעול – האנרגיה ההתחלתית הדרושה כדי שתגובת השרפה תתחיל.

לפי שורות 5–6, ללא ניצוץ או להבה תערובת הגז והאוויר אינה בוערת, אף שהתגובה פולטת אנרגיה רבה.
כדי שתגובה תתחיל, נדרשת אנרגיה מינימלית – אנרגיית שפעול – לשבירת קשרים במגיבים (C3H8\text{C}_3\text{H}_8C3​H8​ ו־O2\text{O}_2O2​). בטמפרטורת החדר כמעט לאף אחד מהחלקיקים אין די אנרגיה, ולכן קצב התגובה זניח.
הניצוץ מספק את האנרגיה ההתחלתית. לאחר שהתגובה החלה, האנרגיה הנפלטת ממנה מספקת את אנרגיית השפעול לחלקיקים הבאים, והלהבה ממשיכה לבעור.

(ii)

תשובה:

התגובה אקסותרמית (ΔH0<0\Delta H^0 < 0ΔH0<0): אנתלפיית התוצרים נמוכה מאנתלפיית המגיבים, וההפרש נפלט לסביבה כחום.

לפי הניסוח בקטע (אחרי שורה 7), לתגובת השרפה של פרופאן 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 (C3H8\text{C}_3\text{H}_8C3​H8​ ו־O2\text{O}_2O2​).
ההפרש באנרגיה נפלט לסביבה כחום, ועובר לסיר ולמזון שבתוכו (שורה 8).

סעיף ג

תשובה:

התגובה אנדותרמית (ΔH0>0\Delta H^0>0ΔH0>0) – היא קולטת אנרגיה ואינה פולטת חום; מטרתה להפיק פרופן כחומר גלם.

לתגובת הדה־הידרוגנציה של פרופאן ΔH0>0\Delta H^0 > 0ΔH0>0, כלומר זו תגובה אנדותרמית: אנתלפיית התוצרים (C3H6\text{C}_3\text{H}_6C3​H6​ ו־H2\text{H}_2H2​) גבוהה מאנתלפיית המגיב, והתגובה קולטת אנרגיה מהסביבה. לכן יש לחמם את הפרופאן לטמפרטורה של כ־600∘C600^{\circ}\text{C}600∘C (שורות 13–14), ואי אפשר לקבל מהתגובה חום לבישול או לחימום.
לעומתה, תגובת השרפה של פרופאן אקסותרמית (ΔH0<0\Delta H^0 < 0ΔH0<0) ופולטת חום.
מטרת התגובה היא להפיק פרופן, חומר גלם לייצור הפלסטיק פוליפרופילן (שורה 14).

סעיף ד

(i)

תשובה:

4 אטומי פחמן – 64.5% ; 3 אטומי פחמן או פחות – 35.5%

לפי הנוסחאות המולקולריות שבטבלה:
4 אטומי פחמן (C4H10\text{C}_4\text{H}_{10}C4​H10​) – איזובוטאן ובוטאן:
23.5%+41%=64.5%23.5\% + 41\% = 64.5\%23.5%+41%=64.5%
3 אטומי פחמן או פחות – אתאן (C2H6\text{C}_2\text{H}_6C2​H6​), פרופאן (C3H8\text{C}_3\text{H}_8C3​H8​) ופרופן (C3H6\text{C}_3\text{H}_6C3​H6​):
0.5%+34%+1.0%=35.5%0.5\% + 34\% + 1.0\% = 35.5\%0.5%+34%+1.0%=35.5%
בדיקה: 64.5%+35.5%=100%64.5\% + 35.5\% = 100\%64.5%+35.5%=100%.

(ii)

תשובה:

טמפרטורת הרתיחה של פרופאן (−42∘C-42^{\circ}\text{C}−42∘C) נמוכה מ־−5∘C-5^{\circ}\text{C}−5∘C, ושל בוטאן (−0.5∘C-0.5^{\circ}\text{C}−0.5∘C) גבוהה ממנה. למולקולת בוטאן ענן אלקטרונים גדול יותר, ולכן אינטראקציות ואן דר ואלס בין מולקולותיו חזקות יותר.

קביעה לפי הטבלה: טמפרטורת הרתיחה של פרופאן היא −42∘C-42^{\circ}\text{C}−42∘C, נמוכה מ־−5∘C-5^{\circ}\text{C}−5∘C, ולכן בטמפרטורה זו הוא גז. טמפרטורת הרתיחה של בוטאן היא −0.5∘C-0.5^{\circ}\text{C}−0.5∘C, גבוהה מ־−5∘C-5^{\circ}\text{C}−5∘C, ולכן בטמפרטורה זו הוא עדיין נוזל.
הסבר: פרופאן ובוטאן הם פחמימנים – חומרים מולקולריים שהמולקולות שלהם אינן קוטביות, ולכן בין המולקולות פועלות אינטראקציות ואן דר ואלס בלבד.
במולקולת בוטאן, C4H10\text{C}_4\text{H}_{10}C4​H10​, יש 4⋅6+10⋅1=344\cdot 6 + 10\cdot 1 = 344⋅6+10⋅1=34 אלקטרונים, ובמולקולת פרופאן, C3H8\text{C}_3\text{H}_8C3​H8​, יש 3⋅6+8⋅1=263\cdot 6 + 8\cdot 1 = 263⋅6+8⋅1=26 אלקטרונים. ענן האלקטרונים של מולקולת בוטאן גדול יותר (וגם שטח הפנים שלה גדול יותר), ולכן אינטראקציות ואן דר ואלס בין מולקולות בוטאן חזקות יותר. נדרשת יותר אנרגיה כדי להפריד ביניהן, ולכן טמפרטורת הרתיחה של בוטאן גבוהה יותר.
(זו גם הסיבה שבארצות שבהן החורף קר מאוד משתמשים בגפ"מ עשיר בפרופאן – שורות 15–16: בקור בוטאן כמעט אינו מתאדה בבלון.)

פרק שני

שאלה 10 · ממסים במדלל צבע – קבוצות פונקציונליות, איזומרים וכוחות בין־מולקולריים

שאלה פתוחה20 נקודות

תרכובות פחמן, מבנה וקישור
ענה על הסעיפים א, ב, ג, ד, ו, ז, ועל אחד מן הסעיפים ה או ח.
מדללי צבע ולכה הם תערובות נוזליות של כמה ממסים אורגניים. הם משמשים לדילול צבעים ולכות ולניקוי מברשות וכלי עבודה.
לפניך ייצוג מקוצר לנוסחאות המבנה של שתי מולקולות של חומרים המשמשים ממסים בתעשיית הצבעים:

א.

רשום את הקבוצות הפונקציונליות בכל אחת מן המולקולות (1) ו־ (2).

ב.

הרכב מדלל הצבע תלוי ביצרן. הטבלה שלפניך מציגה את הרכב המסה של מדלל צבע מסוים.
הממסנוסחת מבנה מקוצרת (ברישום שורה)אחוז במסה בתערובת (%)
אתיל אצטטCH3COOCH2CH3\text{CH}_3\text{COOCH}_2\text{CH}_3CH3​COOCH2​CH3​40.0
בוטיל אצטטCH3COOCH2CH2CH2CH3\text{CH}_3\text{COOCH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_3CH3​COOCH2​CH2​CH2​CH3​25.0
אצטון (פרופנון)CH3COCH3\text{CH}_3\text{COCH}_3CH3​COCH3​20.0
2-פרופנולCH3CH(OH)CH3\text{CH}_3\text{CH(OH)CH}_3CH3​CH(OH)CH3​12.0
ממסים אחרים3.0
רשום ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של מולקולת בוטיל אצטט וייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של מולקולת אצטון.

הממס	נוסחת מבנה מקוצרת (ברישום שורה)	אחוז במסה בתערובת (%)
אתיל אצטט	$\text{CH}_3\text{COOCH}_2\text{CH}_3$	40.0
בוטיל אצטט	$\text{CH}_3\text{COOCH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_3$	25.0
אצטון (פרופנון)	$\text{CH}_3\text{COCH}_3$	20.0
2-פרופנול	$\text{CH}_3\text{CH(OH)CH}_3$	12.0
ממסים אחרים		3.0

ג.

כמה מול אתיל אצטט, CH3COOCH2CH3(l)\text{CH}_3\text{COOCH}_2\text{CH}_{3(l)}CH3​COOCH2​CH3(l)​ , יש ב־ 100 גרם של מדלל הצבע?
היעזר בנתוני הטבלה.

ד.

לפניך ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של מולקולת חומצה בוטאנואית:
אחד הממסים שבטבלה הוא איזומר של חומצה בוטאנואית.
קבע איזה ממס. נמק את קביעתך.

ה.

סעיף ה הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ח.
טמפרטורת הרתיחה של חומצה בוטאנואית היא 164∘C164^\circ\text{C}164∘C , וטמפרטורת הרתיחה של אתיל אצטט היא 77∘C77^\circ\text{C}77∘C .
הסבר מדוע טמפרטורת הרתיחה של חומצה בוטאנואית גבוהה מטמפרטורת הרתיחה של אתיל אצטט.

ו.

במדלל צבע מסוג אחר יש ממס נוסף, מתיל איזובוטיל קטון.
נתון ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של מולקולת מתיל איזובוטיל קטון:
רשום את הנוסחה המולקולרית ואת נוסחת המבנה המקוצרת (ברישום שורה) של מתיל איזובוטיל קטון.

ז.

קבע בין מולקולות של איזה מן הממסים שבטבלה יכולים להיווצר קשרי מימן.
הסבר את קביעתך.

ח.

סעיף ח הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ה.
אצטון, CH3COCH3(l)\text{CH}_3\text{COCH}_{3(l)}CH3​COCH3(l)​ , מתערבב עם מים בכל יחס.
הסבר מדוע אצטון מתמוסס היטב במים.

◂ פתרון מלא לשאלה 10

סעיף א

תשובה:

מולקולה (1): קבוצת הידרוקסיל (כוהל) וקבוצת אסטר. מולקולה (2): קבוצת קטון (קרבוניל) וקבוצת הידרוקסיל (כוהל).

- מולקולה (1):
•קבוצת הידרוקסיל, −OH-\text{OH}−OH (כוהל) – אטום O הקשור לאטום פחמן ולאטום מימן (על אטום הפחמן השני בשרשרת).
•קבוצת אסטר, −COO−-\text{COO}-−COO− – אטום פחמן הקשור בקשר כפול לאטום חמצן ובקשר יחיד לאטום חמצן נוסף, הקשור לשרשרת פחמנית (קבוצת אתיל).
- מולקולה (2):
•קבוצת קטון (קרבוניל), C=O\text{C=O}C=O – אטום פחמן הקשור בקשר כפול לאטום חמצן ובשני קשרים יחידים לשני אטומי פחמן (בתוך השרשרת, לא בקצה).
•קבוצת הידרוקסיל, −OH-\text{OH}−OH (כוהל) – על אטום הפחמן הרביעי בשרשרת.
טעות נפוצה: לזהות את קבוצת האסטר במולקולה (1) כשתי קבוצות נפרדות (קטון ואתר). אטום C הקשור גם ל־=O\text{=O}=O וגם ל־−O−-\text{O}-−O− הוא חלק מקבוצה אחת – אסטר.

סעיף ב

תשובה:

בוטיל אצטט: שרשרת זיגזג – CH3\text{CH}_3CH3​, אטום C הקשור ל־=O\text{=O}=O, אטום O, ואחריו שרשרת של ארבעה אטומי פחמן. אצטון: שלושה קודקודי פחמן, ובאמצעי קשר כפול ל־O (ראו איור).

בייצוג מקוצר כל קודקוד וכל קצה של קו מייצגים אטום פחמן, אטומי המימן הקשורים לפחמן אינם נרשמים, ואטומים אחרים (O) נרשמים בסמלם.
- בוטיל אצטט, CH3COOCH2CH2CH2CH3\text{CH}_3\text{COOCH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_3CH3​COOCH2​CH2​CH2​CH3​: קו מקצה (קבוצת CH3\text{CH}_3CH3​) לקודקוד של אטום ה־C של קבוצת האסטר; ממנו קשר כפול כלפי מעלה לאטום O, וקשר יחיד לאטום O בשרשרת; מאטום ה־O ממשיכה שרשרת זיגזג של ארבעה אטומי פחמן (קבוצת בוטיל).
- אצטון, CH3COCH3\text{CH}_3\text{COCH}_3CH3​COCH3​: שני קווים היוצרים זווית – שלושה אטומי פחמן; מן הקודקוד האמצעי קשר כפול לאטום O.

סעיף ג

תשובה:

n≈0.455 moln\approx 0.455\ \text{mol}n≈0.455 mol

מסת האתיל אצטט ב־100 גרם מדלל (40.0% במסה):
m=100 g⋅40.0100=40.0 gm=100\ \text{g}\cdot\frac{40.0}{100}=40.0\ \text{g}m=100 g⋅10040.0​=40.0 g
מסה מולרית של אתיל אצטט, C4H8O2\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2C4​H8​O2​:
M=4⋅12.0+8⋅1.0+2⋅16.0=88.0 gmolM=4\cdot12.0+8\cdot1.0+2\cdot16.0=88.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M=4⋅12.0+8⋅1.0+2⋅16.0=88.0 molg​
מספר המולים:
n=mM=40.0 g88.0 gmol=0.455 moln=\frac{m}{M}=\frac{40.0\ \text{g}}{88.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}}=0.455\ \text{mol}n=Mm​=88.0 molg​40.0 g​=0.455 mol
תשובה: ב־100 גרם מדלל יש כ־0.455 mol0.455\ \text{mol}0.455 mol אתיל אצטט.
טעות נפוצה: לחלק את 100 גרם (מסת התערובת כולה) במסה המולרית, במקום את מסת האתיל אצטט בלבד.

סעיף ד

תשובה:

אתיל אצטט – לשתי התרכובות אותה נוסחה מולקולרית, C4H8O2\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2C4​H8​O2​, ונוסחאות מבנה שונות.

אתיל אצטט הוא איזומר של חומצה בוטאנואית.
איזומרים הם תרכובות בעלות אותה נוסחה מולקולרית ונוסחאות מבנה שונות.
•חומצה בוטאנואית, CH3CH2CH2COOH\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{COOH}CH3​CH2​CH2​COOH: ארבעה אטומי C, שמונה אטומי H ושני אטומי O – C4H8O2\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2C4​H8​O2​.
•אתיל אצטט, CH3COOCH2CH3\text{CH}_3\text{COOCH}_2\text{CH}_3CH3​COOCH2​CH3​: גם בה ארבעה אטומי C, שמונה אטומי H ושני אטומי O – C4H8O2\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2C4​H8​O2​.
נוסחאות המבנה שונות: בחומצה הבוטאנואית יש קבוצה קרבוקסילית, −COOH-\text{COOH}−COOH, ובאתיל אצטט קבוצת אסטר, −COO−-\text{COO}-−COO−.
שאר הממסים בטבלה אינם איזומרים של החומצה: בוטיל אצטט – C6H12O2\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_2C6​H12​O2​; אצטון – C3H6O\text{C}_3\text{H}_6\text{O}C3​H6​O; 2-פרופנול – C3H8O\text{C}_3\text{H}_8\text{O}C3​H8​O.

סעיף ה

תשובה:

בין מולקולות החומצה הבוטאנואית נוצרים קשרי מימן (יש בה קשר O–H) בנוסף לאינטראקציות ואן דר ואלס; בין מולקולות אתיל אצטט פועלות רק אינטראקציות ואן דר ואלס. ענני האלקטרונים שווים בגודלם (איזומרים).

- ואן דר ואלס: שתי התרכובות הן איזומרים (C4H8O2\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2C4​H8​O2​, 48 אלקטרונים במולקולה), ולכן גודל ענן האלקטרונים זהה ואינטראקציות ואן דר ואלס בין המולקולות דומות בחוזקן.
- קשרי מימן: במולקולת חומצה בוטאנואית יש אטום מימן הקשור לאטום חמצן (קבוצה −COOH-\text{COOH}−COOH), ולכן בין המולקולות שלה נוצרים קשרי מימן. במולקולת אתיל אצטט אין אטום מימן הקשור לאטום חמצן (כל אטומי H קשורים לאטומי C), ולכן בין מולקולותיה אין קשרי מימן.
קשרי מימן חזקים מאינטראקציות ואן דר ואלס, ולכן הכוחות בין מולקולות החומצה הבוטאנואית חזקים יותר, נדרשת יותר אנרגייה כדי להפריד ביניהן, וטמפרטורת הרתיחה שלה גבוהה יותר.
טעות נפוצה: לטעון שגם בין מולקולות האסטר נוצרים קשרי מימן "כי יש בו אטומי חמצן" – לקשר מימן בין מולקולות צריך גם אטום H הקשור ל־O (או ל־N, F).

סעיף ו

תשובה:

C6H12O\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}C6​H12​O ; CH3COCH2CH(CH3)CH3\text{CH}_3\text{COCH}_2\text{CH(CH}_3\text{)CH}_3CH3​COCH2​CH(CH3​)CH3​

בייצוג המקוצר יש שישה קודקודים וקצוות של אטומי פחמן: שרשרת של חמישה אטומי C, ובה קשר כפול לאטום O על אטום הפחמן השני (קבוצת קטון), וקבוצת CH3\text{CH}_3CH3​ מסתעפת מאטום הפחמן הרביעי.
ספירת אטומי המימן (לכל אטום C ארבעה קשרים): CH3\text{CH}_3CH3​ (3) + C=O\text{C=O}C=O (0) + CH2\text{CH}_2CH2​ (2) + CH\text{CH}CH (1) + שתי קבוצות CH3\text{CH}_3CH3​ (6) = 12.
- נוסחה מולקולרית: C6H12O\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}C6​H12​O
- נוסחת מבנה מקוצרת: CH3COCH2CH(CH3)CH3\text{CH}_3\text{COCH}_2\text{CH(CH}_3\text{)CH}_3CH3​COCH2​CH(CH3​)CH3​ (אפשר גם CH3COCH2CH(CH3)2\text{CH}_3\text{COCH}_2\text{CH(CH}_3\text{)}_2CH3​COCH2​CH(CH3​)2​).

סעיף ז

תשובה:

רק בין מולקולות 2-פרופנול – רק בהן יש אטום מימן הקשור לאטום חמצן (קבוצת −OH-\text{OH}−OH).

קשרי מימן נוצרים רק בין מולקולות 2-פרופנול.
קשר מימן בין מולקולות נוצר בין אטום מימן הקשור לאטום בעל אלקטרושליליות גבוהה (O, N או F) במולקולה אחת, ובין זוג אלקטרונים לא קושר של אטום O (או N, F) במולקולה שכנה.
- 2-פרופנול, CH3CH(OH)CH3\text{CH}_3\text{CH(OH)CH}_3CH3​CH(OH)CH3​: יש קבוצת הידרוקסיל – אטום H קשור לאטום O, שהקשר ביניהם קוטבי מאוד (הפרש אלקטרושליליות 3.5−2.1=1.43.5-2.1=1.43.5−2.1=1.4). לאטום ה־O יש זוגות אלקטרונים לא קושרים. לכן בין מולקולות 2-פרופנול נוצרים קשרי מימן.
- אתיל אצטט, בוטיל אצטט ואצטון: יש בהם אטומי O, אבל כל אטומי המימן קשורים לאטומי פחמן (C–H\text{C–H}C–H כמעט לא קוטבי), ולכן בין מולקולות כל אחד מן החומרים האלה לא נוצרים קשרי מימן.

סעיף ח

תשובה:

בין מולקולות האצטון למולקולות המים נוצרים קשרי מימן (בין אטום ה־O של האצטון לאטומי H של המים) ואינטראקציות ואן דר ואלס – כוחות דומים בחוזקם לכוחות שבין מולקולות כל חומר לחוד.

•בין מולקולות המים פועלים קשרי מימן; בין מולקולות האצטון פועלות אינטראקציות ואן דר ואלס (המולקולה קוטבית).
•מולקולת אצטון קוטבית, ובקבוצת הקטון שלה יש אטום חמצן בעל זוגות אלקטרונים לא קושרים. לכן בין מולקולות אצטון למולקולות מים נוצרים קשרי מימן – בין אטום ה־O של מולקולת האצטון ובין אטום H הקשור ל־O במולקולת המים – וגם אינטראקציות ואן דר ואלס.
האינטראקציות הנוצרות בין המומס לממס דומות בחוזקן לאלה שהיו בין מולקולות כל אחד מן החומרים לחוד, ולכן אצטון מתמוסס היטב במים.
טעות נפוצה: לכתוב שאצטון יוצר קשרי מימן "עם עצמו". בין מולקולות אצטון אין קשרי מימן; קשרי המימן נוצרים רק עם מולקולות המים, שבהן יש אטומי H הקשורים ל־O.

שאלה 11 · ריתוך באצטילן: אנרגיית שרפה, קשרי מימן וחוק הס

שאלה פתוחה20 נקודות

אנרגטיקה ותרכובות פחמן
בריתוך ובחיתוך של מתכות משתמשים בלהבה של אצטילן, C2H2(g)\text{C}_2\text{H}_{2(g)}C2​H2(g)​, הנשרף בחמצן טהור. טמפרטורת הלהבה גבוהה מאוד – יותר מ־3000∘C3000^{\circ}\text{C}3000∘C.

א.

תגובה (1) שלפניך היא תגובת השרֵפה המלאה של אצטילן.
(1) C2H2(g)+52O2(g)→2CO2(g)+H2O(l)ΔH(1)0=−1300 kJ\text{C}_2\text{H}_{2(g)}+\frac{5}{2}\text{O}_{2(g)}\rightarrow 2\text{CO}_{2(g)}+\text{H}_2\text{O}_{(l)}\qquad \Delta H^0_{(1)}=-1300\ \text{kJ}C2​H2(g)​+25​O2(g)​→2CO2(g)​+H2​O(l)​ΔH(1)0​=−1300 kJ
במהלך עבודת ריתוך נשרפו 24.6 ליטר אצטילן, שנמדדו בלחץ של 1140 mmHg1140\ \text{mmHg}1140 mmHg ובטמפרטורה של 27∘C27^{\circ}\text{C}27∘C.
חשב את כמות האנרגייה שהשתחררה בשרפה המלאה של כמות זו של אצטילן. פרט את חישוביך.
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​ , 1 atm=760 mmHg1\ \text{atm}=760\ \text{mmHg}1 atm=760 mmHg

ב.

בבלונים אצטילן מאוחסן כשהוא מומס בממס אצטון, CH3COCH3\text{CH}_3\text{COCH}_3CH3​COCH3​.
לפניך רשימה של שישה חומרים:
אצטילן C2H2\text{C}_2\text{H}_2C2​H2​ , אצטון CH3COCH3\text{CH}_3\text{COCH}_3CH3​COCH3​ , מתנול CH3OH\text{CH}_3\text{OH}CH3​OH , אתילאמין CH3CH2NH2\text{CH}_3\text{CH}_2\text{NH}_2CH3​CH2​NH2​ , חומצה מתנואית HCOOH\text{HCOOH}HCOOH , דימתיל אתר CH3OCH3\text{CH}_3\text{OCH}_3CH3​OCH3​
בשלושה מן החומרים שברשימה נוצרים קשרי מימן בין המולקולות של החומר.
קבע מה הם שלושת החומרים האלה. הסבר מדוע נוצרים קשרי מימן בין המולקולות שלהם.

ג.

אצטון הוא הממס שבו מומס האצטילן בבלון.

(i)

רשום ייצוג מלא של נוסחת המבנה של מולקולת אצטון, CH3COCH3\text{CH}_3\text{COCH}_3CH3​COCH3​.

(ii)

טמפרטורת הרתיחה של אצטון היא 56∘C56^{\circ}\text{C}56∘C, וטמפרטורת הרתיחה של בוטאן, C4H10\text{C}_4\text{H}_{10}C4​H10​, היא −0.5∘C-0.5^{\circ}\text{C}−0.5∘C. גודל עננות האלקטרונים של שתי המולקולות דומה (32 אלקטרונים במולקולת אצטון ו־34 במולקולת בוטאן).
האינטראקציות בין המולקולות של אצטון חזקות מן האינטראקציות שבין המולקולות של בוטאן. ציין מהו הגורם לכך.

ד.

אצטילן מיוצר בתעשייה בתהליכים אחרים, ולא מן היסודות; לכן אי־אפשר למדוד ישירות את שינוי האנתלפיה של תגובת היווצרותו מן היסודות. אפשר לחשב את שינוי האנתלפיה בתגובה (2) – יצירת אצטילן מן היסודות – בעזרת חוק הס.
(2) 2C(s)+H2(g)→C2H2(g)ΔH(2)0=?2\text{C}_{(s)}+\text{H}_{2(g)}\rightarrow\text{C}_2\text{H}_{2(g)}\qquad \Delta H^0_{(2)}=?2C(s)​+H2(g)​→C2​H2(g)​ΔH(2)0​=?
נתונות שתי תגובות, I-II, ותגובה (1) שבסעיף א:
I. C(s)+O2(g)→CO2(g)ΔHI0=−393.5 kJ\text{C}_{(s)}+\text{O}_{2(g)}\rightarrow\text{CO}_{2(g)}\qquad \Delta H^0_{\text{I}}=-393.5\ \text{kJ}C(s)​+O2(g)​→CO2(g)​ΔHI0​=−393.5 kJ
II. H2(g)+12O2(g)→H2O(l)ΔHII0=−285.8 kJ\text{H}_{2(g)}+\frac{1}{2}\text{O}_{2(g)}\rightarrow\text{H}_2\text{O}_{(l)}\qquad \Delta H^0_{\text{II}}=-285.8\ \text{kJ}H2(g)​+21​O2(g)​→H2​O(l)​ΔHII0​=−285.8 kJ
היעזר בנתונים אלה וחשב את הערך של ΔH(2)0\Delta H^0_{(2)}ΔH(2)0​ . פרט את חישוביך.

ה.

בלהבת הריתוך המים נוצרים במצב גז, לפי תגובה (3):
(3) C2H2(g)+52O2(g)→2CO2(g)+H2O(g)ΔH(3)0=?\text{C}_2\text{H}_{2(g)}+\frac{5}{2}\text{O}_{2(g)}\rightarrow 2\text{CO}_{2(g)}+\text{H}_2\text{O}_{(g)}\qquad \Delta H^0_{(3)}=?C2​H2(g)​+25​O2(g)​→2CO2(g)​+H2​O(g)​ΔH(3)0​=?
נתון: H2O(l)→H2O(g)ΔH0=+44.0 kJ\text{H}_2\text{O}_{(l)}\rightarrow\text{H}_2\text{O}_{(g)}\qquad \Delta H^0=+44.0\ \text{kJ}H2​O(l)​→H2​O(g)​ΔH0=+44.0 kJ
חשב את הערך של ΔH(3)0\Delta H^0_{(3)}ΔH(3)0​ . פרט את חישוביך.

◂ פתרון מלא לשאלה 11

סעיף א

תשובה:

n=1.50 moln=1.50\ \text{mol}n=1.50 mol; משתחררים 1950 kJ1950\ \text{kJ}1950 kJ (1.95⋅103 kJ1.95\cdot10^{3}\ \text{kJ}1.95⋅103 kJ).

שלב 1 – המרת יחידות:
P=1140 mmHg760 mmHgatm=1.50 atmT=27+273=300 KP=\frac{1140\ \text{mmHg}}{760\ \frac{\text{mmHg}}{\text{atm}}}=1.50\ \text{atm}\qquad T=27+273=300\ \text{K}P=760 atmmmHg​1140 mmHg​=1.50 atmT=27+273=300 K
שלב 2 – מספר המולים של אצטילן לפי משוואת הגזים האידאליים:
n=PVRT=1.50 atm⋅24.6 L0.082 atm⋅Lmol⋅K⋅300 K=1.50 moln=\frac{PV}{RT}=\frac{1.50\ \text{atm}\cdot24.6\ \text{L}}{0.082\ \frac{\text{atm}\cdot\text{L}}{\text{mol}\cdot\text{K}}\cdot300\ \text{K}}=1.50\ \text{mol}n=RTPV​=0.082 mol⋅Katm⋅L​⋅300 K1.50 atm⋅24.6 L​=1.50 mol
שלב 3 – כמות האנרגייה: בשרפת 1 mol אצטילן משתחררים 1300 kJ1300\ \text{kJ}1300 kJ:
Q=1.50 mol⋅1300 kJmol=1950 kJQ=1.50\ \text{mol}\cdot1300\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}=1950\ \text{kJ}Q=1.50 mol⋅1300 molkJ​=1950 kJ
השתחררו 1950 kJ1950\ \text{kJ}1950 kJ (1.95⋅103 kJ1.95\cdot10^{3}\ \text{kJ}1.95⋅103 kJ).
טעות נפוצה: להציב את הטמפרטורה במעלות צלזיוס או את הלחץ ב־mmHg ישירות במשוואה – עם R=0.082R=0.082R=0.082 חייבים atm ו־K.

סעיף ב

תשובה:

CH3OH\text{CH}_3\text{OH}CH3​OH, CH3CH2NH2\text{CH}_3\text{CH}_2\text{NH}_2CH3​CH2​NH2​, HCOOH\text{HCOOH}HCOOH – במולקולות שלהם יש אטום H הקשור לאטום O או N (אלקטרושלילי מאוד), ויש אטום O או N עם זוג אלקטרונים לא קושר.

שלושת החומרים: מתנול CH3OH\text{CH}_3\text{OH}CH3​OH, אתילאמין CH3CH2NH2\text{CH}_3\text{CH}_2\text{NH}_2CH3​CH2​NH2​ וחומצה מתנואית HCOOH\text{HCOOH}HCOOH.
קשר מימן נוצר בין אטום מימן הקשור בקשר קוולנטי לאטום קטן ואלקטרושלילי מאוד (O, N או F) במולקולה אחת, לבין זוג אלקטרונים לא קושר של אטום O, N או F במולקולה שכנה.
•במתנול יש קשר O−H\text{O}-\text{H}O−H (קבוצה הידרוקסילית).
•באתילאמין יש קשרי N−H\text{N}-\text{H}N−H (קבוצת אמין).
•בחומצה מתנואית יש קשר O−H\text{O}-\text{H}O−H (בקבוצה הקרבוקסילית).
בכל המולקולות האלה הקשר O−H\text{O}-\text{H}O−H או N−H\text{N}-\text{H}N−H קוטבי מאוד (הפרש אלקטרושליליות גדול: O 3.5, N 3.0, H 2.1), לאטום המימן מטען חלקי חיובי גדול, ויש אטומי O או N עם זוגות אלקטרונים לא קושרים – ולכן נוצרים קשרי מימן בין המולקולות.
מדוע לא האחרים:
- אצטון ודימתיל אתר – יש בהם אטום O, אבל כל אטומי המימן קשורים לאטומי פחמן, ולא לאטום O. לכן אין קשרי מימן בין המולקולות שלהם (בין מולקולות האצטון יש אינטראקציות דו־קוטב).
- אצטילן – פחמימן; אין בו O או N.
טעות נפוצה: לקבוע שבאצטון או באתר יש קשרי מימן רק משום שיש במולקולה אטום חמצן.

סעיף ג

(i)

תשובה:

H3C−C(=O)−CH3\text{H}_3\text{C}-\text{C}(=\text{O})-\text{CH}_3H3​C−C(=O)−CH3​ בייצוג מלא – כל הקשרים מסורטטים (ראו איור).

בייצוג מלא מסרטטים כל אטום וכל קשר. במולקולת אצטון שרשרת של שלושה אטומי פחמן: לפחמן האמצעי קשור אטום חמצן בקשר כפול (C=O\text{C}=\text{O}C=O – קבוצה קטונית), ולכל אחד משני הפחמנים הקיצוניים קשורים שלושה אטומי מימן בקשרים יחידים. לכל אטום פחמן ארבעה קשרים, ולאטום החמצן שני קשרים (קשר כפול אחד).

(ii)

תשובה:

קוטביות המולקולות: מולקולות אצטון קוטביות (קשר C=O\text{C}=\text{O}C=O קוטבי), ולכן בנוסף לאינטראקציות ון־דר־ולס פועלות ביניהן אינטראקציות דו־קוטב; מולקולות בוטאן אינן קוטביות.

הגורם: קוטביות המולקולות.
גודל עננות האלקטרונים דומה, ולכן ההבדל אינו נובע ממנו. במולקולת אצטון יש קשר C=O\text{C}=\text{O}C=O קוטבי (הפרש אלקטרושליליות 3.5−2.5=1.03.5-2.5=1.03.5−2.5=1.0), והמולקולה קוטבית – בין המולקולות פועלות אינטראקציות ון־דר־ולס מסוג דו־קוטב–דו־קוטב, החזקות יותר. מולקולת בוטאן אינה קוטבית, ובין מולקולותיה פועלות רק אינטראקציות ון־דר־ולס בין דו־קטבים רגעיים.

סעיף ד

תשובה:

ΔH(2)0=+227.2 kJ\Delta H^0_{(2)}=+227.2\ \text{kJ}ΔH(2)0​=+227.2 kJ (תגובה אנדותרמית).

לפי חוק הס:
- תגובה I כפול 2 (צריך 2C2\text{C}2C בצד המגיבים):
  2C(s)+2O2(g)→2CO2(g)ΔH=2⋅(−393.5 kJ)=−787.0 kJ2\text{C}_{(s)}+2\text{O}_{2(g)}\rightarrow2\text{CO}_{2(g)}\qquad \Delta H=2\cdot(-393.5\ \text{kJ})=-787.0\ \text{kJ}2C(s)​+2O2(g)​→2CO2(g)​ΔH=2⋅(−393.5 kJ)=−787.0 kJ
- תגובה II כמות שהיא:
  H2(g)+12O2(g)→H2O(l)ΔH=−285.8 kJ\text{H}_{2(g)}+\frac{1}{2}\text{O}_{2(g)}\rightarrow\text{H}_2\text{O}_{(l)}\qquad \Delta H=-285.8\ \text{kJ}H2(g)​+21​O2(g)​→H2​O(l)​ΔH=−285.8 kJ
- תגובה (1) הפוכה (צריך C2H2\text{C}_2\text{H}_2C2​H2​ בצד התוצרים):
  2CO2(g)+H2O(l)→C2H2(g)+52O2(g)ΔH=+1300 kJ2\text{CO}_{2(g)}+\text{H}_2\text{O}_{(l)}\rightarrow\text{C}_2\text{H}_{2(g)}+\frac{5}{2}\text{O}_{2(g)}\qquad \Delta H=+1300\ \text{kJ}2CO2(g)​+H2​O(l)​→C2​H2(g)​+25​O2(g)​ΔH=+1300 kJ
בחיבור מצטמצמים 2CO22\text{CO}_22CO2​, H2O\text{H}_2\text{O}H2​O ו־52O2\frac{5}{2}\text{O}_225​O2​ (2+12=522+\frac{1}{2}=\frac{5}{2}2+21​=25​), ומתקבלת תגובה (2):
ΔH(2)0=−787.0 kJ+(−285.8 kJ)+1300 kJ=+227.2 kJ\Delta H^0_{(2)}=-787.0\ \text{kJ}+(-285.8\ \text{kJ})+1300\ \text{kJ}=+227.2\ \text{kJ}ΔH(2)0​=−787.0 kJ+(−285.8 kJ)+1300 kJ=+227.2 kJ
יצירת אצטילן מן היסודות היא תגובה אנדותרמית (ΔH>0\Delta H>0ΔH>0).

סעיף ה

תשובה:

ΔH(3)0=−1256 kJ\Delta H^0_{(3)}=-1256\ \text{kJ}ΔH(3)0​=−1256 kJ

תגובה (3) היא סכום של תגובה (1) ושל אידוי 1 mol מים (חוק הס):
•תגובה (1): C2H2(g)+52O2(g)→2CO2(g)+H2O(l)ΔH=−1300 kJ\text{C}_2\text{H}_{2(g)}+\frac{5}{2}\text{O}_{2(g)}\rightarrow2\text{CO}_{2(g)}+\text{H}_2\text{O}_{(l)}\qquad \Delta H=-1300\ \text{kJ}C2​H2(g)​+25​O2(g)​→2CO2(g)​+H2​O(l)​ΔH=−1300 kJ
•אידוי: H2O(l)→H2O(g)ΔH=+44.0 kJ\text{H}_2\text{O}_{(l)}\rightarrow\text{H}_2\text{O}_{(g)}\qquad \Delta H=+44.0\ \text{kJ}H2​O(l)​→H2​O(g)​ΔH=+44.0 kJ
ΔH(3)0=−1300 kJ+44.0 kJ=−1256 kJ\Delta H^0_{(3)}=-1300\ \text{kJ}+44.0\ \text{kJ}=-1256\ \text{kJ}ΔH(3)0​=−1300 kJ+44.0 kJ=−1256 kJ
בתגובה (3) משתחררת פחות אנרגייה מבתגובה (1), כי חלק מהאנרגייה "נשאר" באדי המים – לאידוי המים דרושה אנרגייה (תהליך אנדותרמי).
טעות נפוצה: להחסיר את 44.0 kJ בכיוון ההפוך ולקבל −1344 kJ-1344\ \text{kJ}−1344 kJ.

שאלה 12 · חומצות חזקות חד־פרוטיות ודו־פרוטית: סתירה בבסיס וערבוב תמיסות

שאלה פתוחה20 נקודות

חומצות ובסיסים
לפניכם 3 כוסות כימיות שכל אחת מהן מכילה תמיסה אחרת.
(כוס 1: 100 מ"ל 0.02M HCℓ(aq)0.02\text{M}\ \text{HC}\ell_{(aq)}0.02M HCℓ(aq)​ ; כוס 2: 100 מ"ל 0.02M HNO3(aq)0.02\text{M}\ \text{HNO}_{3(aq)}0.02M HNO3(aq)​ ; כוס 3: 100 מ"ל 0.01M H2SO4(aq)0.01\text{M}\ \text{H}_2\text{SO}_{4(aq)}0.01M H2​SO4(aq)​)
בכל אחת מן התמיסות טבלו נייר לקמוס ורוד וגם נייר לקמוס כחול. כמו כן, בדקו בכל אחת מן התמיסות את ערך ה־ pH ואת המוליכות החשמלית.
בכל אחת מן הכוסות נמצא כי:
• הצבע של שני ניירות הלקמוס בתמיסה הוא ורוד.
• ערך ה־ pH של התמיסה הוא 1.7 .
• התמיסה מוליכה חשמל.
נתון: בטבלה שלפניכם מצוין הצבע של ניירות לקמוס שנטבלו בתמיסות שונות.
בתמיסה חומציתבתמיסה ניטרליתבתמיסה בסיסית
נייר לקמוס ורודאין שינויאין שינוימשנה גוון לכחול
נייר לקמוס כחולמשנה גוון לוורודאין שינויאין שינוי

	בתמיסה חומצית	בתמיסה ניטרלית	בתמיסה בסיסית
נייר לקמוס ורוד	אין שינוי	אין שינוי	משנה גוון לכחול
נייר לקמוס כחול	משנה גוון לוורוד	אין שינוי	אין שינוי

א.

(i)

ציינו את כל סוגי החלקיקים שנמצאים בכל אחת מן התמיסות בכוסות 1–3.

(ii)

מדוע כל אחת מן התמיסות מוליכה חשמל?

(iii)

מדוע ערך ה־ pH זהה בכל הכוסות?

ב.

לכל אחת מן הכוסות הוסיפו תמיסת אשלגן הידרוקסידי, KOH(aq)\text{KOH}_{(aq)}KOH(aq)​ , בנפחים ובריכוזים שונים, כמפורט לפניכם.
לכוס 1 – הוסיפו 50 מ"ל תמיסת KOH(aq)\text{KOH}_{(aq)}KOH(aq)​ בריכוז 0.02M0.02\text{M}0.02M .
לכוס 2 – הוסיפו 50 מ"ל תמיסת KOH(aq)\text{KOH}_{(aq)}KOH(aq)​ בריכוז 0.04M0.04\text{M}0.04M .
לכוס 3 – הוסיפו 100 מ"ל תמיסת KOH(aq)\text{KOH}_{(aq)}KOH(aq)​ בריכוז 0.03M0.03\text{M}0.03M .
לאחר ההוספה, התקבלה תמיסה צלולה בכל אחת מן הכוסות.
בכל אחת מן הכוסות טבלו נייר לקמוס כחול.

(i)

רשמו ניסוח נטו של התגובה שהתרחשה בכל אחת מן הכוסות.

(ii)

באיזו מן הכוסות נראה שינוי בצבע של נייר הלקמוס? פרטו את חישוביכם.

(iii)

קבעו אם ה־ pH היה קטן מ־ 7 , שווה ל־ 7 או גדול מ־ 7 בכל אחת מן הכוסות לאחר ההוספה של תמיסת אשלגן הידרוקסידי.

ג.

נערכו שני ניסויים

(i)

ניסוי 1
מדדו את ה־ pH של 100 מ"ל תמיסת HBr(aq)\text{HBr}_{(aq)}HBr(aq)​ בריכוז 0.10M0.10\text{M}0.10M .
לתמיסה זו הוסיפו 50 מ"ל תמיסת H2SO4(aq)\text{H}_2\text{SO}_{4(aq)}H2​SO4(aq)​ בריכוז 0.10M0.10\text{M}0.10M וערבבו את שתי התמיסות.
בתום הערבוב בדקו שוב את ה־ pH .
קבעו אם בתום הערבוב ה־ pH גבוה מן ה־ pH ההתחלתי, נמוך ממנו או שווה לו. נמקו או פרטו את חישוביכם.

(ii)

ניסוי 2
מדדו את ה־ pH של 100 מ"ל תמיסת HNO3(aq)\text{HNO}_{3(aq)}HNO3(aq)​ בריכוז 0.20M0.20\text{M}0.20M .
לתמיסה זו הוסיפו 100 מ"ל תמיסת KOH(aq)\text{KOH}_{(aq)}KOH(aq)​ בריכוז 0.10M0.10\text{M}0.10M וערבבו את שתי התמיסות.
בתום הערבוב בדקו שוב את ה־ pH .
קבעו אם בתום הערבוב ה־ pH גבוה מן ה־ pH ההתחלתי, נמוך ממנו או שווה לו. נמקו או פרטו את חישוביכם.

◂ פתרון מלא לשאלה 12

סעיף א

(i)

תשובה:

כוס 1: H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+, Cℓ−\text{C}\ell^{-}Cℓ−, H2O\text{H}_2\text{O}H2​O; כוס 2: H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+, NO3−\text{NO}_3^{-}NO3−​, H2O\text{H}_2\text{O}H2​O; כוס 3: H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+, SO42−\text{SO}_4^{2-}SO42−​, H2O\text{H}_2\text{O}H2​O.

שלוש החומצות הן חומצות חזקות, שמגיבות עם מים באופן מלא:
•כוס 1: HCℓ(g)+H2O(ℓ)→H3O(aq)++Cℓ(aq)−\text{HC}\ell_{(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{C}\ell^{-}_{(aq)}HCℓ(g)​+H2​O(ℓ)​→H3​O(aq)+​+Cℓ(aq)−​ ⇐ יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+, יוני Cℓ−\text{C}\ell^{-}Cℓ− ומולקולות H2O\text{H}_2\text{O}H2​O.
•כוס 2: HNO3(ℓ)+H2O(ℓ)→H3O(aq)++NO3−(aq)\text{HNO}_{3(\ell)} + \text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}HNO3(ℓ)​+H2​O(ℓ)​→H3​O(aq)+​+NO3−​(aq)​ ⇐ יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+, יוני NO3−\text{NO}_3^{-}NO3−​ ומולקולות H2O\text{H}_2\text{O}H2​O.
•כוס 3: H2SO4(ℓ)+2H2O(ℓ)→2H3O(aq)++SO42−(aq)\text{H}_2\text{SO}_{4(\ell)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow 2\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{SO}_4^{2-}{}_{(aq)}H2​SO4(ℓ)​+2H2​O(ℓ)​→2H3​O(aq)+​+SO42−​(aq)​ ⇐ יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+, יוני SO42−\text{SO}_4^{2-}SO42−​ ומולקולות H2O\text{H}_2\text{O}H2​O.
טעות נפוצה: לציין מולקולות של החומצה (למשל HNO3\text{HNO}_3HNO3​) בתמיסה – בחומצה חזקה כל המולקולות הגיבו עם המים.

(ii)

תשובה:

בכל תמיסה יש יונים ניידים (H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ ואניונים) שנוצרו בתגובת החומצה עם המים.

הולכה חשמלית מחייבת חלקיקים טעונים ניידים. החומצות הן חומרים מולקולריים, אבל בתגובתן עם המים נוצרים יונים – יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ ואניונים (Cℓ−\text{C}\ell^{-}Cℓ−, NO3−\text{NO}_3^{-}NO3−​ או SO42−\text{SO}_4^{2-}SO42−​) – שנעים בחופשיות בתמיסה. כאשר מחברים את התמיסה למקור מתח, היונים נעים לעבר הקטבים בעלי המטען הנגדי, וזורם זרם חשמלי.

(iii)

תשובה:

בכל הכוסות [H3O+]=0.02 molL[\text{H}_3\text{O}^{+}] = 0.02\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}[H3​O+]=0.02 Lmol​: חומצות חד־פרוטיות חזקות בריכוז 0.02M0.02\text{M}0.02M, וחומצה דו־פרוטית חזקה בריכוז 0.01M0.01\text{M}0.01M (2⋅0.01=0.022 \cdot 0.01 = 0.022⋅0.01=0.02).

ערך ה־pH נקבע לפי ריכוז יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ בתמיסה.
•כוסות 1 ו־2: HCℓ ו־HNO3\text{HNO}_3HNO3​ חומצות חזקות חד־פרוטיות – כל מולקולה יוצרת יון H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ אחד ⇐ [H3O+]=0.02 molL[\text{H}_3\text{O}^{+}] = 0.02\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}[H3​O+]=0.02 Lmol​.
•כוס 3: H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4H2​SO4​ חומצה חזקה דו־פרוטית – כל מולקולה יוצרת שני יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ ⇐ [H3O+]=2⋅0.01 molL=0.02 molL[\text{H}_3\text{O}^{+}] = 2 \cdot 0.01\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} = 0.02\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}[H3​O+]=2⋅0.01 Lmol​=0.02 Lmol​.
ריכוז יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ זהה בשלוש התמיסות, ולכן ערך ה־pH זהה.

סעיף ב

(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)​

אשלגן הידרוקסידי הוא בסיס יוני: 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)−​.
בכל כוס מתרחשת תגובת סתירה בין יוני ההידרוניום ליוני ההידרוקסיד; היונים K+\text{K}^{+}K+, Cℓ−\text{C}\ell^{-}Cℓ−, NO3−\text{NO}_3^{-}NO3−​ ו־SO42−\text{SO}_4^{2-}SO42−​ הם יוני צופה. הניסוח נטו זהה בשלוש הכוסות:
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:

רק בכוס 1 (נשאר עודף H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ – התמיסה חומצית, והלקמוס הכחול הופך לוורוד).

נייר לקמוס כחול משנה גוון לוורוד רק בתמיסה חומצית, כלומר רק אם נשאר עודף של H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+.
מספר מולי H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ בכל כוס לפני ההוספה (זהה בשלוש הכוסות):
nH3O+=0.02 molL⋅0.100 L=2.0×10−3 moln_{\text{H}_3\text{O}^+} = 0.02\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 0.100\ \text{L} = 2.0 \times 10^{-3}\ \text{mol}nH3​O+​=0.02 Lmol​⋅0.100 L=2.0×10−3 mol
(בכוס 3: 2⋅0.01 molL⋅0.100 L=2.0×10−3 mol2 \cdot 0.01\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 0.100\ \text{L} = 2.0 \times 10^{-3}\ \text{mol}2⋅0.01 Lmol​⋅0.100 L=2.0×10−3 mol)
מספר מולי OH−\text{OH}^{-}OH− שהוספו (יחס 1:1):
•כוס 1: 0.02 molL⋅0.050 L=1.0×10−3 mol0.02\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 0.050\ \text{L} = 1.0 \times 10^{-3}\ \text{mol}0.02 Lmol​⋅0.050 L=1.0×10−3 mol ⇐ OH−\text{OH}^{-}OH− הוא הגורם המגביל; נשאר עודף H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+: 2.0×10−3−1.0×10−3=1.0×10−3 mol2.0 \times 10^{-3} - 1.0 \times 10^{-3} = 1.0 \times 10^{-3}\ \text{mol}2.0×10−3−1.0×10−3=1.0×10−3 mol – תמיסה חומצית.
•כוס 2: 0.04 molL⋅0.050 L=2.0×10−3 mol0.04\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 0.050\ \text{L} = 2.0 \times 10^{-3}\ \text{mol}0.04 Lmol​⋅0.050 L=2.0×10−3 mol ⇐ שווה למספר מולי H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ – סתירה מלאה, תמיסה ניטרלית.
•כוס 3: 0.03 molL⋅0.100 L=3.0×10−3 mol0.03\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 0.100\ \text{L} = 3.0 \times 10^{-3}\ \text{mol}0.03 Lmol​⋅0.100 L=3.0×10−3 mol ⇐ H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ הוא הגורם המגביל; נשאר עודף OH−\text{OH}^{-}OH−: 3.0×10−3−2.0×10−3=1.0×10−3 mol3.0 \times 10^{-3} - 2.0 \times 10^{-3} = 1.0 \times 10^{-3}\ \text{mol}3.0×10−3−2.0×10−3=1.0×10−3 mol – תמיסה בסיסית.
לפי הטבלה, נייר לקמוס כחול משנה גוון לוורוד רק בתמיסה חומצית ⇐ שינוי צבע רק בכוס 1.
טעות נפוצה: לחשב את מספר מולי H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ בכוס 3 כ־1.0×10−31.0 \times 10^{-3}1.0×10−3 מול (כמו מספר מולי החומצה) ולקבוע שבכוס 3 הסתירה מלאה כבר בכמות קטנה יותר של בסיס.

(iii)

תשובה:

כוס 1: pH < 7 ; כוס 2: pH = 7 ; כוס 3: pH > 7

לפי החישוב בתת־סעיף ii:
- כוס 1: עודף H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ ⇐ תמיסה חומצית ⇐ pH<7\text{pH} < 7pH<7.
- כוס 2: סתירה מלאה; נשארו רק יוני צופה (K+\text{K}^{+}K+, NO3−\text{NO}_3^{-}NO3−​) ומים ⇐ תמיסה ניטרלית ⇐ pH=7\text{pH} = 7pH=7.
- כוס 3: עודף OH−\text{OH}^{-}OH− ⇐ תמיסה בסיסית ⇐ pH>7\text{pH} > 7pH>7.

סעיף ג

(i)

תשובה:

נמוך מן ה־pH ההתחלתי: [H3O+][\text{H}_3\text{O}^{+}][H3​O+] עלה מ־0.100.100.10 ל־0.13 molL0.13\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}0.13 Lmol​.

לפני הערבוב: HBr חומצה חזקה חד־פרוטית: HBr(g)+H2O(ℓ)→H3O(aq)++Br(aq)−\text{HBr}_{(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{Br}^{-}_{(aq)}HBr(g)​+H2​O(ℓ)​→H3​O(aq)+​+Br(aq)−​ ⇐ [H3O+]=0.10 molL[\text{H}_3\text{O}^{+}] = 0.10\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}[H3​O+]=0.10 Lmol​
nH3O+(HBr)=0.10 molL⋅0.100 L=0.010 moln_{\text{H}_3\text{O}^+}(\text{HBr}) = 0.10\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 0.100\ \text{L} = 0.010\ \text{mol}nH3​O+​(HBr)=0.10 Lmol​⋅0.100 L=0.010 mol
H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4H2​SO4​ – חומצה חזקה דו־פרוטית: [H3O+]=2⋅0.10 molL=0.20 molL[\text{H}_3\text{O}^{+}] = 2 \cdot 0.10\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} = 0.20\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}[H3​O+]=2⋅0.10 Lmol​=0.20 Lmol​
nH3O+(H2SO4)=0.20 molL⋅0.050 L=0.010 moln_{\text{H}_3\text{O}^+}(\text{H}_2\text{SO}_4) = 0.20\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 0.050\ \text{L} = 0.010\ \text{mol}nH3​O+​(H2​SO4​)=0.20 Lmol​⋅0.050 L=0.010 mol
אחרי הערבוב: הנפח הכולל V=0.100 L+0.050 L=0.150 LV = 0.100\ \text{L} + 0.050\ \text{L} = 0.150\ \text{L}V=0.100 L+0.050 L=0.150 L
[H3O+]=0.010 mol+0.010 mol0.150 L=0.133 molL≈0.13 molL[\text{H}_3\text{O}^{+}] = \frac{0.010\ \text{mol} + 0.010\ \text{mol}}{0.150\ \text{L}} = 0.133\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \approx 0.13\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}[H3​O+]=0.150 L0.010 mol+0.010 mol​=0.133 Lmol​≈0.13 Lmol​
ריכוז יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ עלה מ־0.100.100.10 ל־0.13 molL0.13\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}0.13 Lmol​ ⇐ ה־pH נמוך מן ה־pH ההתחלתי.
נימוק במילים: ריכוז יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ בתמיסת החומצה הגופרתית שהוספה (0.20 molL0.20\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}0.20 Lmol​) גבוה מריכוזם בתמיסה ההתחלתית (0.10 molL0.10\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}0.10 Lmol​), ולכן הערבוב מגדיל את ריכוז יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ (אף שנפח התמיסה שהוספה קטן יותר).
טעות נפוצה: לקבוע שה־pH לא משתנה משום שלשתי החומצות "אותו ריכוז" (0.10M0.10\text{M}0.10M) – יש להתחשב בכך ש־H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4H2​SO4​ דו־פרוטית.

(ii)

תשובה:

גבוה מן ה־pH ההתחלתי: [H3O+][\text{H}_3\text{O}^{+}][H3​O+] ירד מ־0.200.200.20 ל־0.050 molL0.050\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}0.050 Lmol​ (התמיסה עדיין חומצית).

לפני הערבוב: [H3O+]=0.20 molL[\text{H}_3\text{O}^{+}] = 0.20\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}[H3​O+]=0.20 Lmol​
nH3O+=0.20 molL⋅0.100 L=0.020 moln_{\text{H}_3\text{O}^+} = 0.20\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 0.100\ \text{L} = 0.020\ \text{mol}nH3​O+​=0.20 Lmol​⋅0.100 L=0.020 mol
nOH−=0.10 molL⋅0.100 L=0.010 moln_{\text{OH}^-} = 0.10\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 0.100\ \text{L} = 0.010\ \text{mol}nOH−​=0.10 Lmol​⋅0.100 L=0.010 mol
בתגובת הסתירה H3O++OH−→2H2O\text{H}_3\text{O}^{+} + \text{OH}^{-} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}H3​O++OH−→2H2​O (יחס 1:1) OH−\text{OH}^{-}OH− הוא הגורם המגביל, ונשאר עודף:
nH3O+=0.020 mol−0.010 mol=0.010 moln_{\text{H}_3\text{O}^+} = 0.020\ \text{mol} - 0.010\ \text{mol} = 0.010\ \text{mol}nH3​O+​=0.020 mol−0.010 mol=0.010 mol
אחרי הערבוב: [H3O+]=0.010 mol0.200 L=0.050 molL[\text{H}_3\text{O}^{+}] = \frac{0.010\ \text{mol}}{0.200\ \text{L}} = 0.050\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}[H3​O+]=0.200 L0.010 mol​=0.050 Lmol​
ריכוז יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ ירד מ־0.200.200.20 ל־0.050 molL0.050\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}0.050 Lmol​ (בגלל הסתירה החלקית וגם בגלל הגדלת הנפח) ⇐ ה־pH גבוה מן ה־pH ההתחלתי (התמיסה עדיין חומצית, pH<7\text{pH} < 7pH<7).

שאלה 13 · תגובות של ברום ושרֵפת בדיל

שאלה פתוחה20 נקודות

חמצון־חיזור, חישובים
השאלה עוסקת בשני ניסויים.
ניסוי 1:
נתונות שלוש מבחנות, 1–3 :
מבחנה 1 מכילה תמיסה של יוני נתרן Na(aq)+\text{Na}^{+}_{(aq)}Na(aq)+​ ויוני כלור Cl(aq)−\text{Cl}^{-}_{(aq)}Cl(aq)−​ .
מבחנה 2 מכילה תמיסה של יוני אשלגן K(aq)+\text{K}^{+}_{(aq)}K(aq)+​ ויוני יוד I(aq)−\text{I}^{-}_{(aq)}I(aq)−​ .
מבחנה 3 מכילה תמיסה של יוני ברזל Fe(aq)2+\text{Fe}^{2+}_{(aq)}Fe(aq)2+​ ויוני גופרה SO4(aq)2−\text{SO}^{2-}_{4(aq)}SO4(aq)2−​ .
לכל אחת מן המבחנות הוסיפו מי ברום – תמיסת Br2(aq)\text{Br}_{2(aq)}Br2(aq)​ בצבע כתום. תמיסת הברום שהוספה אינה מכילה יוני Br−\text{Br}^{-}Br− .
לפניכם איורים המתארים את המבחנות 1–3 לפני הוספת תמיסת Br2(aq)\text{Br}_{2(aq)}Br2(aq)​ (Figure 1) ואחריה (Figure 2):

א.

על פי איור 2, תארו תצפית אחת לכל אחת מן המבחנות לאחר הוספת תמיסת Br2(aq)\text{Br}_{2(aq)}Br2(aq)​ .

ב.

בניסוי התרחשו תגובות רק בשתיים משלוש המבחנות.
לפניכם ניסוח נטו של התגובות שהתרחשו במהלך הניסוי:
תגובה I: Br2(aq)+2I(aq)−→I2(aq)+2Br(aq)−\text{Br}_{2(aq)} + 2\text{I}^{-}_{(aq)} \rightarrow \text{I}_{2(aq)} + 2\text{Br}^{-}_{(aq)}Br2(aq)​+2I(aq)−​→I2(aq)​+2Br(aq)−​
תגובה II: Br2(aq)+2Fe(aq)2+→2Br(aq)−+2Fe(aq)3+\text{Br}_{2(aq)} + 2\text{Fe}^{2+}_{(aq)} \rightarrow 2\text{Br}^{-}_{(aq)} + 2\text{Fe}^{3+}_{(aq)}Br2(aq)​+2Fe(aq)2+​→2Br(aq)−​+2Fe(aq)3+​
קבעו את דרגות החמצון של כל אחד מן החלקיקים המשתתפים בשתי התגובות.

ג.

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

(1)

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

(2)

בתגובה II כל יון Fe(aq)2+\text{Fe}^{2+}_{(aq)}Fe(aq)2+​ מוסר אלקטרון אחד.

ד.

בתום הניסוי היה נפח התמיסה במבחנה שבה התרחשה תגובה II 666 מ"ל.
ריכוז יוני הברום Br(aq)−\text{Br}^{-}_{(aq)}Br(aq)−​ בתום התגובה היה 0.05 M0.05\ \text{M}0.05 M .
מהו מספר היונים Fe(aq)3+\text{Fe}^{3+}_{(aq)}Fe(aq)3+​ שנוצרו בתגובה? פרטו את חישוביכם.
נתון: ב־ 1 מול יש 6.02×10236.02\times 10^{23}6.02×1023 חלקיקים.

ה.

ניסוי 2:
חיממו אבקת בדיל, Sn(s)\text{Sn}_{(s)}Sn(s)​ , באוויר בטמפרטורה גבוהה.
בתגובה Sn(s)\text{Sn}_{(s)}Sn(s)​ מגיב עם החמצן שבאוויר, O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ , ומתקבלת התרכובת היונית המוצקה בדיל חמצני.
אטומי בדיל יוצרים שני סוגי יונים: Sn2+\text{Sn}^{2+}Sn2+ ו־ Sn4+\text{Sn}^{4+}Sn4+ . לכן קיימות שתי תרכובות אפשריות של בדיל חמצני, שכל אחת מהן מתאימה לאחד מן היונים האלה.
רִשמו את הנוסחאות של שתי התרכובות האפשריות של בדיל חמצני בטמפרטורת החדר.

ו.

בניסוי המתואר התקבל מוצק לבן, שבו יון הבדיל הוא Sn4+\text{Sn}^{4+}Sn4+ .
נסחו ואזנו את התגובה שהתרחשה בניסוי.

ז.

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

ח.

בניסוי הגיבו 5.945.945.94 גרם אבקת בדיל, Sn(s)\text{Sn}_{(s)}Sn(s)​ , עם חמצן, O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ , לפי התגובה שניסחתם בסעיף ו.
מהי מסת הבדיל החמצני שהתקבל בתגובה? פרטו את חישוביכם.

◂ פתרון מלא לשאלה 13

סעיף א

תשובה:

מבחנה 1 – התמיסה כתומה (צבע מי הברום); מבחנה 2 – התמיסה נצבעה בחום כהה; מבחנה 3 – צבע התמיסה השתנה מירוק־בהיר לצהוב.

לפי איור 2 (בהשוואה לאיור 1):
- מבחנה 1: התמיסה, שהייתה חסרת צבע, נצבעה בכתום – זהו צבע מי הברום שהוספו (לא נוצר צבע חדש).
- מבחנה 2: התמיסה, שהייתה חסרת צבע, נצבעה בחום כהה (נוצר יוד).
- מבחנה 3: צבע התמיסה השתנה מירוק־בהיר לצהוב, ולא נראה הצבע הכתום של מי הברום.
(בכל המבחנות נפח הנוזל גדל עקב הוספת התמיסה.)

סעיף ב

תשובה:

Br2\text{Br}_2Br2​: 0 ; I−\text{I}^-I−: −1-1−1 ; I2\text{I}_2I2​: 0 ; Br−\text{Br}^-Br−: −1-1−1 ; Fe2+\text{Fe}^{2+}Fe2+: +2+2+2 ; Fe3+\text{Fe}^{3+}Fe3+: +3+3+3

•ביסוד דרגת החמצון היא 0: Br2\text{Br}_2Br2​ – 0, I2\text{I}_2I2​ – 0.
•ביון חד־אטומי דרגת החמצון שווה למטען היון: I−\text{I}^{-}I− – −1-1−1, Br−\text{Br}^{-}Br− – −1-1−1, Fe2+\text{Fe}^{2+}Fe2+ – +2+2+2, Fe3+\text{Fe}^{3+}Fe3+ – +3+3+3.
חלקיקBr2\text{Br}_2Br2​I−\text{I}^-I−Fe2+\text{Fe}^{2+}Fe2+I2\text{I}_2I2​Br−\text{Br}^-Br−Fe3+\text{Fe}^{3+}Fe3+
דרגת חמצון0−1-1−1+2+2+20−1-1−1+3+3+3

חלקיק	$\text{Br}_2$	$\text{I}^-$	$\text{Fe}^{2+}$	$\text{I}_2$	$\text{Br}^-$	$\text{Fe}^{3+}$
דרגת חמצון	0	$-1$	$+2$	0	$-1$	$+3$

סעיף ג

(1)

תשובה:

לא נכון

Br−\text{Br}^{-}Br− הוא תוצר; המחזרים הם I−\text{I}^{-}I− (תגובה I) ו־ Fe2+\text{Fe}^{2+}Fe2+ (תגובה II).

(2)

תשובה:

נכון

דרגת החמצון של Fe עולה ביחידה אחת, מ־ +2+2+2 ל־ +3+3+3 – מעבר של אלקטרון אחד לכל יון.

סעיף ד

תשובה:

1.81×10201.81\times 10^{20}1.81×1020 יוני Fe3+\text{Fe}^{3+}Fe3+.

יוני Br−\text{Br}^{-}Br− במבחנה 3 נוצרו רק בתגובה II (התמיסה שהוספה לא הכילה יוני Br−\text{Br}^{-}Br−).
nBr−=C⋅V=0.05 molL⋅0.006 L=3.0×10−4 moln_{\text{Br}^-}=C\cdot V=0.05\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot 0.006\ \text{L}=3.0\times 10^{-4}\ \text{mol}nBr−​=C⋅V=0.05 Lmol​⋅0.006 L=3.0×10−4 mol
לפי ניסוח תגובה II, יחס המולים Br−:Fe3+=2:2=1:1\text{Br}^- : \text{Fe}^{3+} = 2:2 = 1:1Br−:Fe3+=2:2=1:1:
nFe3+=nBr−=3.0×10−4 moln_{\text{Fe}^{3+}}=n_{\text{Br}^-}=3.0\times 10^{-4}\ \text{mol}nFe3+​=nBr−​=3.0×10−4 mol
N=n⋅NA=3.0×10−4 mol⋅6.02×1023 יוניםmol=1.81×1020 יוניםN=n\cdot N_A=3.0\times 10^{-4}\ \text{mol}\cdot 6.02\times 10^{23}\ \frac{\text{יונים}}{\text{mol}}=1.81\times 10^{20}\ \text{יונים}N=n⋅NA​=3.0×10−4 mol⋅6.02×1023 molיונים​=1.81×1020 יונים
טעות נפוצה: לחלק ב־ 2 מתוך הרגל – כאן היחס בין Br−\text{Br}^{-}Br− ל־ Fe3+\text{Fe}^{3+}Fe3+ הוא 1:11:11:1.

סעיף ה

תשובה:

SnO(s)\text{SnO}_{(s)}SnO(s)​ ו־ SnO2(s)\text{SnO}_{2(s)}SnO2(s)​

יון החמצן הוא O2−\text{O}^{2-}O2−. בתרכובת יונית סכום המטענים הוא אפס:
•עם Sn2+\text{Sn}^{2+}Sn2+: יחס 1:11:11:1 – SnO(s)\text{SnO}_{(s)}SnO(s)​ (+2−2=0+2-2=0+2−2=0).
•עם Sn4+\text{Sn}^{4+}Sn4+: יחס 1:21:21:2 – SnO2(s)\text{SnO}_{2(s)}SnO2(s)​ (+4+2⋅(−2)=0+4+2\cdot(-2)=0+4+2⋅(−2)=0).
בטמפרטורת החדר תרכובות יוניות הן מוצקות, ולכן מצב הצבירה (s).

סעיף ו

תשובה:

Sn(s)+O2(g)→SnO2(s)\text{Sn}_{(s)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{SnO}_{2(s)}Sn(s)​+O2(g)​→SnO2(s)​

Sn(s)+O2(g)→SnO2(s)\text{Sn}_{(s)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{SnO}_{2(s)}Sn(s)​+O2(g)​→SnO2(s)​
בדיקה: Sn: 1 = 1; O: 2 = 2.
(מעבר אלקטרונים: אטום Sn מוסר 4 אלקטרונים, ומולקולת O2\text{O}_2O2​ קולטת 4 אלקטרונים.)

סעיף ז

תשובה:

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

כן – זו תגובת חמצון־חיזור, כי דרגות החמצון משתנות:
•בדיל: מ־ 0 ב־ Sn(s)\text{Sn}_{(s)}Sn(s)​ ל־ +4+4+4 ב־ SnO2\text{SnO}_2SnO2​ – מוסר אלקטרונים, עובר חמצון. Sn(s)\text{Sn}_{(s)}Sn(s)​ הוא המחזר.
•חמצן: מ־ 0 ב־ O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ ל־ −2-2−2 ב־ SnO2\text{SnO}_2SnO2​ – קולט אלקטרונים, עובר חיזור. O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ הוא המחמצן.

סעיף ח

תשובה:

כ־ 7.54 gr7.54\ \text{gr}7.54 gr של SnO2\text{SnO}_2SnO2​.

nSn=mMw=5.94 gr118.7 grmol=0.0500 moln_{\text{Sn}}=\frac{m}{M_w}=\frac{5.94\ \text{gr}}{118.7\ \frac{\text{gr}}{\text{mol}}}=0.0500\ \text{mol}nSn​=Mw​m​=118.7 molgr​5.94 gr​=0.0500 mol
לפי הניסוח בסעיף ו, יחס המולים Sn:SnO2=1:1\text{Sn} : \text{SnO}_2 = 1:1Sn:SnO2​=1:1:
nSnO2=0.0500 moln_{\text{SnO}_2}=0.0500\ \text{mol}nSnO2​​=0.0500 mol
Mw SnO2=118.7+2⋅16.0=150.7 grmolM_{w\,\text{SnO}_2}=118.7+2\cdot 16.0=150.7\ \frac{\text{gr}}{\text{mol}}MwSnO2​​=118.7+2⋅16.0=150.7 molgr​
mSnO2=n⋅Mw=0.0500 mol⋅150.7 grmol=7.54 grm_{\text{SnO}_2}=n\cdot M_w=0.0500\ \text{mol}\cdot 150.7\ \frac{\text{gr}}{\text{mol}}=7.54\ \text{gr}mSnO2​​=n⋅Mw​=0.0500 mol⋅150.7 molgr​=7.54 gr
(בהנחה שכל הבדיל הגיב.)

שאלה 14 · קביעת הרכב תערובת אשלגן כלורי ואשלגן פחמתי

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: אשלגן כלורי, KCl(s)\text{KCl}_{(s)}KCl(s)​ , ואשלגן פחמתי, K2CO3(s)\text{K}_2\text{CO}_{3(s)}K2​CO3(s)​ .
ערכו ניסוי כדי לקבוע את הֶרכב התערובת.
המיסו במים 3.52 גרם מתערובת המוצקים ליצירת 250 מ"ל תמיסה A .

א.

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

ב.

רשמו ניסוח של תגובת ההמסה של K2CO3(s)\text{K}_2\text{CO}_{3(s)}K2​CO3(s)​ במים.

ג.

ל־50.0 מ"ל מתמיסה A הוסיפו תמיסה של חומצה חנקתית, HNO3(aq)\text{HNO}_{3(aq)}HNO3(aq)​ , בעודף. כל היונים הפחמתיים, CO32−(aq)\text{CO}_3^{2-}{}_{(aq)}CO32−​(aq)​ , שבתמיסה הגיבו, ונפלט הגז פחמן דו־חמצני, CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ .
נפח הגז שנאסף היה 61.9 מ"ל, בטמפרטורה של 25 ∘C25\ ^{\circ}\text{C}25 ∘C ובלחץ של 750 mmHg . הניחו שכל הגז שנוצר נאסף.
לפניכם ניסוח נטו של התגובה שהתרחשה (תגובה 1):
(1) CO32−(aq)+2H3O(aq)+→CO2(g)+3H2O(l)\text{CO}_3^{2-}{}_{(aq)} + 2\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} \rightarrow \text{CO}_{2(g)} + 3\text{H}_2\text{O}_{(l)}CO32−​(aq)​+2H3​O(aq)+​→CO2(g)​+3H2​O(l)​
חשבו את מספר המולים של CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ שנפלטו בתגובה. פרטו את חישוביכם.

ד.

חשבו מה היה מספר המולים של יוני CO32−(aq)\text{CO}_3^{2-}{}_{(aq)}CO32−​(aq)​ ב־250 מ"ל תמיסה A . פרטו את חישוביכם.

ה.

חשבו מה הייתה מסת K2CO3(s)\text{K}_2\text{CO}_{3(s)}K2​CO3(s)​ בתערובת המוצקים שהמיסו במים ליצירת 250 מ"ל תמיסה A . פרטו את חישוביכם.

ו.

(i)

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

(ii)

חשבו מה היה מספר המולים של KCl(s)\text{KCl}_{(s)}KCl(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 האשלגן, K(aq)+\text{K}^{+}_{(aq)}K(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.
לתמיסה שהתקבלה בניסוי שבסעיף ג (לאחר שכל היונים הפחמתיים הגיבו) הוסיפו תמיסת כסף חנקתי, AgNO3(aq)\text{AgNO}_{3(aq)}AgNO3(aq)​ , בעודף. נוצר משקע של כסף כלורי, AgCl(s)\text{AgCl}_{(s)}AgCl(s)​ .
נתון כי כל יוני הכלוריד, Cl(aq)−\text{Cl}^{-}_{(aq)}Cl(aq)−​ , שהיו ב־50.0 מ"ל תמיסה A הגיבו.
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)​
מהי המסה של AgCl(s)\text{AgCl}_{(s)}AgCl(s)​ שנוצר בניסוי? פרטו את חישוביכם.

◂ פתרון מלא לשאלה 14

סעיף א

תשובה:

KCl(s)→H2OK(aq)++Cl(aq)−\text{KCl}_{(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{K}^{+}_{(aq)} + \text{Cl}^{-}_{(aq)}KCl(s)​H2​O​K(aq)+​+Cl(aq)−​

KCl(s)→H2O(l)K(aq)++Cl(aq)−\text{KCl}_{(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}} \text{K}^{+}_{(aq)} + \text{Cl}^{-}_{(aq)}KCl(s)​H2​O(l)​​K(aq)+​+Cl(aq)−​
המים משמשים ממס (נרשמים מעל החץ) – הסריג היוני מתפרק והיונים מוקפים במולקולות מים.

סעיף ב

תשובה:

K2CO3(s)→H2O2K(aq)++CO32−(aq)\text{K}_2\text{CO}_{3(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} 2\text{K}^{+}_{(aq)} + \text{CO}_3^{2-}{}_{(aq)}K2​CO3(s)​H2​O​2K(aq)+​+CO32−​(aq)​

K2CO3(s)→H2O(l)2K(aq)++CO32−(aq)\text{K}_2\text{CO}_{3(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}} 2\text{K}^{+}_{(aq)} + \text{CO}_3^{2-}{}_{(aq)}K2​CO3(s)​H2​O(l)​​2K(aq)+​+CO32−​(aq)​
איזון: K – 2, C – 1, O – 3 בכל צד; מטען: 2⋅(+1)+(−2)=02 \cdot (+1) + (-2) = 02⋅(+1)+(−2)=0.
טעות נפוצה: לפרק את היון הרב־אטומי CO32−\text{CO}_3^{2-}CO32−​ לאטומים, או לרשום K2+\text{K}_2^{+}K2+​ במקום 2K+2\text{K}^{+}2K+.

סעיף ג

תשובה:

n(CO2)=2.50×10−3 moln(\text{CO}_2) = 2.50 \times 10^{-3}\ \text{mol}n(CO2​)=2.50×10−3 mol

משתמשים במשוואת הגזים האידאליים, PV=nRTPV = nRTPV=nRT, ולכן n=PVRTn = \frac{PV}{RT}n=RTPV​.
1. המרת הלחץ לאטמוספרות (760 mmHg = 1 atm): P=750 mmHg760 mmHgatm=0.987 atmP = \frac{750\ \text{mmHg}}{760\ \frac{\text{mmHg}}{\text{atm}}} = 0.987\ \text{atm}P=760 atmmmHg​750 mmHg​=0.987 atm
2. המרת הנפח לליטרים: V=61.9 mL=0.0619 LV = 61.9\ \text{mL} = 0.0619\ \text{L}V=61.9 mL=0.0619 L
3. המרת הטמפרטורה לקלווין: T=25+273=298 KT = 25 + 273 = 298\ \text{K}T=25+273=298 K
4. n=PVRT=0.987 atm⋅0.0619 L0.082 atm⋅Lmol⋅K⋅298 K=2.50×10−3 moln = \frac{PV}{RT} = \frac{0.987\ \text{atm} \cdot 0.0619\ \text{L}}{0.082\ \frac{\text{atm} \cdot \text{L}}{\text{mol} \cdot \text{K}} \cdot 298\ \text{K}} = 2.50 \times 10^{-3}\ \text{mol}n=RTPV​=0.082 mol⋅Katm⋅L​⋅298 K0.987 atm⋅0.0619 L​=2.50×10−3 mol
תשובה: נפלטו 2.50×10−3 mol2.50 \times 10^{-3}\ \text{mol}2.50×10−3 mol של CO2\text{CO}_2CO2​.
טעות נפוצה: להציב את הלחץ ב־mmHg, את הנפח במ"ל או את הטמפרטורה במעלות צלזיוס – יש להתאים את היחידות ליחידות של R.

סעיף ד

תשובה:

n(CO32−)=0.0125 moln(\text{CO}_3^{2-}) = 0.0125\ \text{mol}n(CO32−​)=0.0125 mol

1. לפי תגובה 1 היחס CO32−:CO2=1:1\text{CO}_3^{2-} : \text{CO}_2 = 1 : 1CO32−​:CO2​=1:1, ולכן ב־50.0 מ"ל תמיסה A היו n(CO32−)=2.50×10−3 moln(\text{CO}_3^{2-}) = 2.50 \times 10^{-3}\ \text{mol}n(CO32−​)=2.50×10−3 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 (התמיסה אחידה), ולכן:
n(CO32−)250 mL=5⋅2.50×10−3 mol=0.0125 moln(\text{CO}_3^{2-})_{250\ \text{mL}} = 5 \cdot 2.50 \times 10^{-3}\ \text{mol} = 0.0125\ \text{mol}n(CO32−​)250 mL​=5⋅2.50×10−3 mol=0.0125 mol

סעיף ה

תשובה:

m(K2CO3)=1.73 gm(\text{K}_2\text{CO}_3) = 1.73\ \text{g}m(K2​CO3​)=1.73 g

כל היונים הפחמתיים מקורם ב־K2CO3\text{K}_2\text{CO}_3K2​CO3​, ולפי תגובת ההמסה (סעיף ב) היחס K2CO3:CO32−=1:1\text{K}_2\text{CO}_3 : \text{CO}_3^{2-} = 1 : 1K2​CO3​:CO32−​=1:1, ולכן n(K2CO3)=0.0125 moln(\text{K}_2\text{CO}_3) = 0.0125\ \text{mol}n(K2​CO3​)=0.0125 mol.
M(K2CO3)=2⋅39.1+12.0+3⋅16.0=138.2 gmolM(\text{K}_2\text{CO}_3) = 2 \cdot 39.1 + 12.0 + 3 \cdot 16.0 = 138.2\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(K2​CO3​)=2⋅39.1+12.0+3⋅16.0=138.2 molg​
m=n⋅M=0.0125 mol⋅138.2 gmol=1.73 gm = n \cdot M = 0.0125\ \text{mol} \cdot 138.2\ \frac{\text{g}}{\text{mol}} = 1.73\ \text{g}m=n⋅M=0.0125 mol⋅138.2 molg​=1.73 g
תשובה: בתערובת היו 1.73 g1.73\ \text{g}1.73 g אשלגן פחמתי.

סעיף ו

(i)

תשובה:

1.79 g1.79\ \text{g}1.79 g

מסת התערובת היא סכום המסות של שני המוצקים:
m(KCl)=mmixture−m(K2CO3)=3.52 g−1.73 g=1.79 gm(\text{KCl}) = m_{\text{mixture}} - m(\text{K}_2\text{CO}_3) = 3.52\ \text{g} - 1.73\ \text{g} = 1.79\ \text{g}m(KCl)=mmixture​−m(K2​CO3​)=3.52 g−1.73 g=1.79 g

(ii)

תשובה:

0.0240 mol0.0240\ \text{mol}0.0240 mol

1. M(KCl)=39.1+35.5=74.6 gmolM(\text{KCl}) = 39.1 + 35.5 = 74.6\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(KCl)=39.1+35.5=74.6 molg​
2. n=mM=1.79 g74.6 gmol=0.0240 moln = \frac{m}{M} = \frac{1.79\ \text{g}}{74.6\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}} = 0.0240\ \text{mol}n=Mm​=74.6 molg​1.79 g​=0.0240 mol

סעיף ז

תשובה:

[K+]=0.196 M[\text{K}^{+}] = 0.196\ \text{M}[K+]=0.196 M

1. יוני אשלגן מ־KCl (יחס 1:1, לפי סעיף א): n1(K+)=0.0240 moln_1(\text{K}^{+}) = 0.0240\ \text{mol}n1​(K+)=0.0240 mol
2. יוני אשלגן מ־K2CO3\text{K}_2\text{CO}_3K2​CO3​ (יחס 1:2, לפי סעיף ב): n2(K+)=2⋅0.0125 mol=0.0250 moln_2(\text{K}^{+}) = 2 \cdot 0.0125\ \text{mol} = 0.0250\ \text{mol}n2​(K+)=2⋅0.0125 mol=0.0250 mol
3. סך הכול: n(K+)=0.0240 mol+0.0250 mol=0.0490 moln(\text{K}^{+}) = 0.0240\ \text{mol} + 0.0250\ \text{mol} = 0.0490\ \text{mol}n(K+)=0.0240 mol+0.0250 mol=0.0490 mol
4. C=nV=0.0490 mol0.250 L=0.196 molLC = \frac{n}{V} = \frac{0.0490\ \text{mol}}{0.250\ \text{L}} = 0.196\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}C=Vn​=0.250 L0.0490 mol​=0.196 Lmol​
תשובה: ריכוז יוני האשלגן בתמיסה A הוא 0.196 M0.196\ \text{M}0.196 M.
טעות נפוצה: לשכוח את יוני האשלגן שמקורם באשלגן הפחמתי, או לא להכפיל אותם ב־2.

סעיף ח

תשובה:

m(AgCl)=0.688 gm(\text{AgCl}) = 0.688\ \text{g}m(AgCl)=0.688 g

1. ב־250 מ"ל תמיסה A יש 0.0240 mol0.0240\ \text{mol}0.0240 mol של Cl−\text{Cl}^{-}Cl− (יחס 1:1 ל־KCl). ב־50.0 מ"ל (חמישית): n(Cl−)=0.0240 mol5=4.80×10−3 moln(\text{Cl}^{-}) = \frac{0.0240\ \text{mol}}{5} = 4.80 \times 10^{-3}\ \text{mol}n(Cl−)=50.0240 mol​=4.80×10−3 mol
2. לפי תגובה 2 היחס Cl−:AgCl=1:1\text{Cl}^{-} : \text{AgCl} = 1 : 1Cl−:AgCl=1:1, ולכן n(AgCl)=4.80×10−3 moln(\text{AgCl}) = 4.80 \times 10^{-3}\ \text{mol}n(AgCl)=4.80×10−3 mol
3. 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​
4. m=n⋅M=4.80×10−3 mol⋅143.4 gmol=0.688 gm = n \cdot M = 4.80 \times 10^{-3}\ \text{mol} \cdot 143.4\ \frac{\text{g}}{\text{mol}} = 0.688\ \text{g}m=n⋅M=4.80×10−3 mol⋅143.4 molg​=0.688 g
תשובה: נוצרו 0.688 g0.688\ \text{g}0.688 g כסף כלורי.
טעות נפוצה: לחשב לפי כל 250 מ"ל התמיסה ולא לפי 50.0 מ"ל שהגיבו.

טבלת התשובות

שאלה	סעיף	תשובה
1	-	ג
2	-	א — $\text{dS}$ : d יוצר $\text{d}^{2+}$ , וגופרית יוצרת $\text{S}^{2-}$ , ביחס 1:1.
3	-	ב – רק I ( $\text{K}^{+}$ ) ו־ IV ( $\text{N}^{3-}$ ) נכונות.
4	-	ג – סגול: החומר היוני B מתמוסס במים; החומר A הוא פחמימן לא קוטבי ואינו מתמוסס במים.
5	-	א – $912\ \text{mmHg}$ ( $1.2\ \text{atm}$ )
6	-	ד – $0.10$ מול יונים.
7	-	ד – ב־ $\text{KOH}$ ה־pH עלה, ב־ $\text{H}_2\text{SO}_4$ ירד, ב־ $\text{K}_2\text{SO}_4$ לא השתנה.
8	-	א — גרף I.
9	א i	1. מקורו בדלקים מחצביים שכמותם בטבע מוגבלת. 2. בשרפתו נפלט פחמן דו־חמצני – גז חממה (תשובה נוספת אפשרית: בשרפה לא מלאה נוצר פחמן חד־חמצני רעיל).
	א ii	פרופאן ובוטאן חסרי ריח; החומר המוסף מאפשר לגלות דליפת גז בזמן לפי הריח.
	ב i	הניצוץ מספק את אנרגיית השפעול – האנרגיה ההתחלתית הדרושה כדי שתגובת השרפה תתחיל.
	ב ii	התגובה אקסותרמית ( $\Delta H^0 < 0$ ): אנתלפיית התוצרים נמוכה מאנתלפיית המגיבים, וההפרש נפלט לסביבה כחום.
	ג	התגובה אנדותרמית ( $\Delta H^0>0$ ) – היא קולטת אנרגיה ואינה פולטת חום; מטרתה להפיק פרופן כחומר גלם.
	ד i	4 אטומי פחמן – 64.5% ; 3 אטומי פחמן או פחות – 35.5%
	ד ii	טמפרטורת הרתיחה של פרופאן ( $-42^{\circ}\text{C}$ ) נמוכה מ־ $-5^{\circ}\text{C}$ , ושל בוטאן ( $-0.5^{\circ}\text{C}$ ) גבוהה ממנה. למולקולת בוטאן ענן אלקטרונים גדול יותר, ולכן אינטראקציות ואן דר ואלס בין מולקולותיו חזקות יותר.
10	א	מולקולה (1): קבוצת הידרוקסיל (כוהל) וקבוצת אסטר. מולקולה (2): קבוצת קטון (קרבוניל) וקבוצת הידרוקסיל (כוהל).
	ב	בוטיל אצטט: שרשרת זיגזג – $\text{CH}_3$ , אטום C הקשור ל־ $\text{=O}$ , אטום O, ואחריו שרשרת של ארבעה אטומי פחמן. אצטון: שלושה קודקודי פחמן, ובאמצעי קשר כפול ל־O (ראו איור).
	ג	$n\approx 0.455\ \text{mol}$
	ד	אתיל אצטט – לשתי התרכובות אותה נוסחה מולקולרית, $\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2$ , ונוסחאות מבנה שונות.
	ה	בין מולקולות החומצה הבוטאנואית נוצרים קשרי מימן (יש בה קשר O–H) בנוסף לאינטראקציות ואן דר ואלס; בין מולקולות אתיל אצטט פועלות רק אינטראקציות ואן דר ואלס. ענני האלקטרונים שווים בגודלם (איזומרים).
	ו	$\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}$ ; $\text{CH}_3\text{COCH}_2\text{CH(CH}_3\text{)CH}_3$
	ז	רק בין מולקולות 2-פרופנול – רק בהן יש אטום מימן הקשור לאטום חמצן (קבוצת $-\text{OH}$ ).
	ח	בין מולקולות האצטון למולקולות המים נוצרים קשרי מימן (בין אטום ה־O של האצטון לאטומי H של המים) ואינטראקציות ואן דר ואלס – כוחות דומים בחוזקם לכוחות שבין מולקולות כל חומר לחוד.
11	א	$n=1.50\ \text{mol}$ ; משתחררים $1950\ \text{kJ}$ ( $1.95\cdot10^{3}\ \text{kJ}$ ).
	ב	$\text{CH}_3\text{OH}$ , $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{NH}_2$ , $\text{HCOOH}$ – במולקולות שלהם יש אטום H הקשור לאטום O או N (אלקטרושלילי מאוד), ויש אטום O או N עם זוג אלקטרונים לא קושר.
	ג i	$\text{H}_3\text{C}-\text{C}(=\text{O})-\text{CH}_3$ בייצוג מלא – כל הקשרים מסורטטים (ראו איור).
	ג ii	קוטביות המולקולות: מולקולות אצטון קוטביות (קשר $\text{C}=\text{O}$ קוטבי), ולכן בנוסף לאינטראקציות ון־דר־ולס פועלות ביניהן אינטראקציות דו־קוטב; מולקולות בוטאן אינן קוטביות.
	ד	$\Delta H^0_{(2)}=+227.2\ \text{kJ}$ (תגובה אנדותרמית).
	ה	$\Delta H^0_{(3)}=-1256\ \text{kJ}$
12	א i	כוס 1: $\text{H}_3\text{O}^{+}$ , $\text{C}\ell^{-}$ , $\text{H}_2\text{O}$ ; כוס 2: $\text{H}_3\text{O}^{+}$ , $\text{NO}_3^{-}$ , $\text{H}_2\text{O}$ ; כוס 3: $\text{H}_3\text{O}^{+}$ , $\text{SO}_4^{2-}$ , $\text{H}_2\text{O}$ .
	א ii	בכל תמיסה יש יונים ניידים ( $\text{H}_3\text{O}^{+}$ ואניונים) שנוצרו בתגובת החומצה עם המים.
	א iii	בכל הכוסות $[\text{H}_3\text{O}^{+}] = 0.02\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}$ : חומצות חד־פרוטיות חזקות בריכוז $0.02\text{M}$ , וחומצה דו־פרוטית חזקה בריכוז $0.01\text{M}$ ( $2 \cdot 0.01 = 0.02$ ).
	ב i	$\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}$
	ב ii	רק בכוס 1 (נשאר עודף $\text{H}_3\text{O}^{+}$ – התמיסה חומצית, והלקמוס הכחול הופך לוורוד).
	ב iii	כוס 1: pH < 7 ; כוס 2: pH = 7 ; כוס 3: pH > 7
	ג i	נמוך מן ה־pH ההתחלתי: $[\text{H}_3\text{O}^{+}]$ עלה מ־ $0.10$ ל־ $0.13\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}$ .
	ג ii	גבוה מן ה־pH ההתחלתי: $[\text{H}_3\text{O}^{+}]$ ירד מ־ $0.20$ ל־ $0.050\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}$ (התמיסה עדיין חומצית).
13	א	מבחנה 1 – התמיסה כתומה (צבע מי הברום); מבחנה 2 – התמיסה נצבעה בחום כהה; מבחנה 3 – צבע התמיסה השתנה מירוק־בהיר לצהוב.
	ב	$\text{Br}_2$ : 0 ; $\text{I}^-$ : $-1$ ; $\text{I}_2$ : 0 ; $\text{Br}^-$ : $-1$ ; $\text{Fe}^{2+}$ : $+2$ ; $\text{Fe}^{3+}$ : $+3$
	ג 1	לא נכון
	ג 2	נכון
	ד	$1.81\times 10^{20}$ יוני $\text{Fe}^{3+}$ .
	ה	$\text{SnO}_{(s)}$ ו־ $\text{SnO}_{2(s)}$
	ו	$\text{Sn}_{(s)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{SnO}_{2(s)}$
	ז	כן. המחמצן – $\text{O}_{2(g)}$ ; המחזר – $\text{Sn}_{(s)}$ .
	ח	כ־ $7.54\ \text{gr}$ של $\text{SnO}_2$ .
14	א	$\text{KCl}_{(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{K}^{+}_{(aq)} + \text{Cl}^{-}_{(aq)}$
	ב	$\text{K}_2\text{CO}_{3(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} 2\text{K}^{+}_{(aq)} + \text{CO}_3^{2-}{}_{(aq)}$
	ג	$n(\text{CO}_2) = 2.50 \times 10^{-3}\ \text{mol}$
	ד	$n(\text{CO}_3^{2-}) = 0.0125\ \text{mol}$
	ה	$m(\text{K}_2\text{CO}_3) = 1.73\ \text{g}$
	ו i	$1.79\ \text{g}$
	ו ii	$0.0240\ \text{mol}$
	ז	$[\text{K}^{+}] = 0.196\ \text{M}$
	ח	$m(\text{AgCl}) = 0.688\ \text{g}$

פרק ראשון

שאלה 1 · אנרגיית יינון ראשונה – גז אציל ומתכת אלקלית

שאלה 2 · יסודות עוקבים – מתכת מטור 2 ונוסחת תרכובת עם גופרית

מדוע האחרות שגויות:

שאלה 3 · נוסחאות ייצוג אלקטרונים של יונים – מספר אלקטרוני הערכיות

שאלה 4 · מסיסות חומרים צבעוניים במים

התשובה: ג (סגול).

שאלה 5 · משוואת הגזים – חישוב לחץ ב־mmHg

שאלה 6 · מספר מולי יונים בתמיסת ברזל(III) גופרתי

תשובה ד נכונה.

שאלה 7 · השפעת אידוי מים על pH

שאלה 8 · דיאגרמת אנתלפיה לשרפת מתאן – מצב הצבירה של המים

שאלה 9 · גז הבישול – מה יש בבלון?

ניתוח קטע מאמר מדעי – חובה

גז הבישול – מה יש בבלון?

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

פרק שני

שאלה 10 · ממסים במדלל צבע – קבוצות פונקציונליות, איזומרים וכוחות בין־מולקולריים

תרכובות פחמן, מבנה וקישור

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

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

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

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

מספר המולים:

תשובה: ב־100 גרם מדלל יש כ־0.455 mol0.455\ \text{mol}0.455 mol אתיל אצטט.

סעיף ד

אתיל אצטט הוא איזומר של חומצה בוטאנואית.

סעיף ה

סעיף ו

סעיף ז

קשרי מימן נוצרים רק בין מולקולות 2-פרופנול.

סעיף ח

שאלה 11 · ריתוך באצטילן: אנרגיית שרפה, קשרי מימן וחוק הס

אנרגטיקה ותרכובות פחמן

סעיף א

שלב 1 – המרת יחידות:

שלב 2 – מספר המולים של אצטילן לפי משוואת הגזים האידאליים:

סעיף ב

שלושת החומרים: מתנול CH3OH\text{CH}_3\text{OH}CH3​OH, אתילאמין CH3CH2NH2\text{CH}_3\text{CH}_2\text{NH}_2CH3​CH2​NH2​ וחומצה מתנואית HCOOH\text{HCOOH}HCOOH.

סעיף ג

הגורם: קוטביות המולקולות.

סעיף ד

סעיף ה

שאלה 12 · חומצות חזקות חד־פרוטיות ודו־פרוטית: סתירה בבסיס וערבוב תמיסות

חומצות ובסיסים

נערכו שני ניסויים

ניסוי 1

ניסוי 2

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

שאלה 13 · תגובות של ברום ושרֵפת בדיל

חמצון־חיזור, חישובים

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

סעיף ה

סעיף ו

סעיף ז

סעיף ח

שאלה 14 · קביעת הרכב תערובת אשלגן כלורי ואשלגן פחמתי

חישובים

פרטו את חישוביכם.

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

סעיף ה

סעיף ו

סעיף ז

סעיף ח

רוצים להשלים את חוויית הלמידה?

כל האתר במבט אחד

תשובה: ב־100 גרם מדלל יש כ־ $0.455\ \text{mol}$ אתיל אצטט.

שלושת החומרים: מתנול $\text{CH}_3\text{OH}$ , אתילאמין $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{NH}_2$ וחומצה מתנואית $\text{HCOOH}$ .