מתכונת 6 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 · אינטראקציות ון־דר־ולס וגודל ענן האלקטרונים

רב-ברירה

נתונים שלושה חומרים במצב נוזל.
CH3(CH2)3CH3(l)\text{CH}_3(\text{CH}_2)_3\text{CH}_{3(l)}CH3​(CH2​)3​CH3(l)​ , CH3(CH2)4CH3(l)\text{CH}_3(\text{CH}_2)_4\text{CH}_{3(l)}CH3​(CH2​)4​CH3(l)​ , CH3CH2CH2CH2OH(l)\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{OH}_{(l)}CH3​CH2​CH2​CH2​OH(l)​
לפניך ארבעה היגדים א-ד הנוגעים לכוחות הפועלים בין המולקולות של חומרים אלה.
מהו ההיגד הנכון?

א.
האינטראקציות בין המולקולות של $\text{CH}_3(\text{CH}_2)_3\text{CH}_{3(l)}$ חזקות מן האינטראקציות בין המולקולות של $\text{CH}_3(\text{CH}_2)_4\text{CH}_{3(l)}$ , כי המולקולות שלו קטנות יותר.
ב.
אינטראקציות ון־דר־ולס בין המולקולות של $\text{CH}_3(\text{CH}_2)_4\text{CH}_{3(l)}$ חזקות מאינטראקציות ון־דר־ולס בין המולקולות של $\text{CH}_3(\text{CH}_2)_3\text{CH}_{3(l)}$ .
ג.
בין המולקולות של $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{OH}_{(l)}$ פועלים קשרי מימן בלבד.
ד.
בין המולקולות של $\text{CH}_3(\text{CH}_2)_4\text{CH}_{3(l)}$ יש קשרי מימן, כי בכל מולקולה יש אטומי מימן רבים.

◂ פתרון מלא לשאלה 1

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – ענן האלקטרונים של מולקולת הקסאן (50 אלקטרונים) גדול מזה של מולקולת פנטאן (42 אלקטרונים).

התשובה הנכונה: ב.
בין מולקולות של פחמימנים (פנטאן, C5H12\text{C}_5\text{H}_{12}C5​H12​, והקסאן, C6H14\text{C}_6\text{H}_{14}C6​H14​) פועלות אינטראקציות ון־דר־ולס בלבד. חוזק אינטראקציות ון־דר־ולס גדל ככל שענן האלקטרונים של המולקולה גדול יותר (וככל ששטח הפנים של המולקולה גדול יותר). מספר האלקטרונים במולקולת פנטאן: 5⋅6+12⋅1=425\cdot6+12\cdot1=425⋅6+12⋅1=42; במולקולת הקסאן: 6⋅6+14⋅1=506\cdot6+14\cdot1=506⋅6+14⋅1=50. ענן האלקטרונים של מולקולת הקסאן גדול יותר (והשרשרת שלה ארוכה יותר), ולכן אינטראקציות ון־דר־ולס בין מולקולות הקסאן חזקות יותר.
- א – לא נכון. זה הפוך: מולקולה קטנה יותר – ענן אלקטרונים קטן יותר – אינטראקציות ון־דר־ולס חלשות יותר.
- ג – לא נכון. בין מולקולות בוטאנול יש קשרי מימן (דרך הקבוצה −OH-\text{OH}−OH) וגם אינטראקציות ון־דר־ולס.
- ד – לא נכון. במולקולת הקסאן כל אטומי המימן קשורים לאטומי פחמן, ואין בה אטומי O, N או F – לכן אין קשרי מימן בין המולקולות.

שאלה 2 · תצפיות בתגובת גיר עם יוני הידרוניום

רב-ברירה

תלמידים ערכו ניסוי, ובו הם הכניסו כמה גושים קטנים של גיר, CaCO3(s)\text{CaCO}_{3(s)}CaCO3(s)​ , למבחנה שמכילה תמיסה ובה יוני הידרוניום, H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}H3​O(aq)+​ . את הגז שנפלט הם העבירו דרך מי סיד צלולים.
נתון:
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)​
איזה מן המשפטים שלפניכם אינו מתאר תצפית במהלך הניסוי?

א.
נפלטות בועות גז מפני גושי הגיר.
ב.
גושי הגיר הולכים וקטנים.
ג.
יוני הפחמה שבגיר מקבלים פרוטונים מיוני ההידרוניום.
ד.
מי הסיד הצלולים נעכרים כאשר מעבירים דרכם את הגז שנפלט.

◂ פתרון מלא לשאלה 2

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג – מעבר פרוטונים בין יונים הוא הסבר ברמה המיקרוסקופית, ולא דבר שאפשר לראות או לחוש.

התשובה: ג.
תצפית היא דבר שאפשר לקלוט בחושים (לראות, לשמוע, לחוש, להריח) – תיאור ברמה המקרוסקופית.
- א – תצפית: נוצר גז פחמן דו־חמצני, CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​, הנראה כבועות על פני הגושים.
- ב – תצפית: הגיר המוצק הופך ליוני Ca(aq)2+\text{Ca}^{2+}_{(aq)}Ca(aq)2+​ שבתמיסה ולגז, ולכן הגושים הולכים וקטנים.
- ג – אינו תצפית: העברת פרוטונים (יוני H+\text{H}^{+}H+) מיוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ אל יוני CO32−\text{CO}_3^{2-}CO32−​ היא הסבר ברמת החלקיקים (מיקרוסקופית) של תגובת חומצה–בסיס; אי אפשר לראות יונים או פרוטונים.
- ד – תצפית: הגז CO2\text{CO}_2CO2​ מגיב עם מי הסיד ונוצר משקע לבן של CaCO3(s)\text{CaCO}_{3(s)}CaCO3(s)​ – רואים שהתמיסה נעכרת.

שאלה 3 · חמצן דו־פלואורי – דרגת חמצון, קוטביות וכוחות בין מולקולות

רב-ברירה

למולקולה של חמצן דו־פלואורי, OF2\text{OF}_2OF2​ , צורה זוויתית.
לפניך שלושה היגדים, I-III :
I. דרגת החמצון של אטום החמצן במולקולה OF2\text{OF}_2OF2​ היא −2-2−2 .
II. במולקולה OF2\text{OF}_2OF2​ יש דו־קוטב קבוע.
III. בחומר OF2(l)\text{OF}_{2(l)}OF2(l)​ יש בין המולקולות רק אינטראקציות ון־דר־ולס.
מה הם ההיגדים הנכונים?

א.
I ו־ II בלבד.
ב.
II ו־ III בלבד.
ג.
I ו־ III בלבד.
ד.
I, II ו־ III .

◂ פתרון מלא לשאלה 3

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – היגדים II ו־III בלבד.

היגד I – שגוי. לפי טבלת האלקטרושליליות, F (4.0) אלקטרושלילי יותר מ־O (3.5). לכן אלקטרוני כל קשר O–F משויכים לפלואור: לכל אטום F דרגת חמצון −1-1−1. סכום דרגות החמצון במולקולה ניטרלית הוא 0:
x+2⋅(−1)=0⇒x=+2x + 2\cdot(-1) = 0 \Rightarrow x = +2x+2⋅(−1)=0⇒x=+2
דרגת החמצון של החמצן ב־OF2\text{OF}_2OF2​ היא +2+2+2, ולא −2-2−2.
היגד II – נכון. שני הקשרים O–F קוטביים (הפרש 4.0−3.5=0.54.0-3.5=0.54.0−3.5=0.5), והמבנה זוויתי – הקוטביות של הקשרים אינה מתקזזת ⇐ יש דו־קוטב קבוע.
היגד III – נכון. במולקולה אין אטומי מימן כלל, ולכן לא ייתכנו קשרי מימן בין מולקולות OF2\text{OF}_2OF2​. בין המולקולות יש רק אינטראקציות ון־דר־ולס (כולל משיכה בין דו־קטבים קבועים).
ההיגדים הנכונים: II ו־III בלבד – תשובה ב. (א, ג ו־ד כוללים את היגד I השגוי.)
טעות נפוצה: לקבוע "באופן אוטומטי" שדרגת החמצון של חמצן היא −2-2−2. יש לבדוק לאיזה אטום החמצן קשור – כשהוא קשור לפלואור, החמצן הוא האטום האלקטרושלילי פחות.

שאלה 4 · אנתלפיית פירוק של סידן פחמתי מנתוני מסה ואנרגיה

רב-ברירה

בתעשייה מייצרים סידן חמצני (סיד חי), CaO(s)\text{CaO}_{(s)}CaO(s)​ , בחימום חזק של אבן גיר, CaCO3(s)\text{CaCO}_{3(s)}CaCO3(s)​ .
לפניכם תגובת הפירוק:
CaCO3(s)→CaO(s)+CO2(g)\text{CaCO}_{3(s)} \rightarrow \text{CaO}_{(s)} + \text{CO}_{2(g)}CaCO3(s)​→CaO(s)​+CO2(g)​
נמצא שכדי לפרק 10.01 גרם CaCO3(s)\text{CaCO}_{3(s)}CaCO3(s)​ יש להשקיע 17.8 kJ17.8\ \text{kJ}17.8 kJ .
מהו שינוי האנתלפיה התקנית, ΔH0\Delta H^0ΔH0 , בתגובת הפירוק של 1 מול CaCO3(s)\text{CaCO}_{3(s)}CaCO3(s)​ ?

א.
$-178\ \text{kJ}$
ב.
$-1.78\ \text{kJ}$
ג.
$+1.78\ \text{kJ}$
ד.
$+178\ \text{kJ}$

◂ פתרון מלא לשאלה 4

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – ΔH0=+178 kJ\Delta H^0 = +178\ \text{kJ}ΔH0=+178 kJ

התשובה הנכונה: ד.
המסה המולרית של סידן פחמתי: Mw(CaCO3)=40.1+12.0+3⋅16.0=100.1 gmolM_w(\text{CaCO}_3) = 40.1 + 12.0 + 3 \cdot 16.0 = 100.1\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}Mw​(CaCO3​)=40.1+12.0+3⋅16.0=100.1 molg​
n=mMw=10.01 g100.1 gmol=0.100 moln = \frac{m}{M_w} = \frac{10.01\ \text{g}}{100.1\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}} = 0.100\ \text{mol}n=Mw​m​=100.1 molg​10.01 g​=0.100 mol
לפירוק 0.100 mol יש להשקיע 17.8 kJ17.8\ \text{kJ}17.8 kJ, ולכן לפירוק 1 mol:
17.8 kJ0.100 mol=178 kJmol\frac{17.8\ \text{kJ}}{0.100\ \text{mol}} = 178\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}0.100 mol17.8 kJ​=178 molkJ​
אנרגיה מושקעת (נקלטת מן הסביבה) – התגובה אנדותרמית, ולכן ΔH0>0\Delta H^0 > 0ΔH0>0: ΔH0=+178 kJ\Delta H^0 = +178\ \text{kJ}ΔH0=+178 kJ (לפירוק 1 mol, לפי הניסוח).
- א – הערך הנכון, אך בסימן של תגובה אקסותרמית.
- ב, ג – הערך 1.781.781.78 מתקבל מחלוקת האנרגיה במסה בגרמים (17.810.01\frac{17.8}{10.01}10.0117.8​) – זו האנרגיה לגרם, לא למול.

שאלה 5 · השוואת מספר אטומים בדגימות – מסה, מולים ונפח גז

רב-ברירה

ההיגדים א-ד מתארים מדגמים שונים של חומרים.
איזה מבין המדגמים המתוארים מכיל את מספר האטומים הכולל הגדול ביותר?

א.
9.2 גרם אתאנול, $\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(l)}$ .
ב.
3.4 גרם אמוניה, $\text{NH}_{3(g)}$ .
ג.
0.12 מול מולקולות זרחן לבן, $\text{P}_{4(s)}$ .
ד.
2.46 ליטר ניאון, $\text{Ne}_{(g)}$ , בלחץ של 1520 מ"מ כספית ובטמפרטורה של $27^\circ\text{C}$ .

◂ פתרון מלא לשאלה 5

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א – 9.2 גרם אתאנול (1.8 מול אטומים)

נחשב לכל מדגם את מספר מולי האטומים:
א. M(C2H5OH)=2⋅12.0+6⋅1.0+16.0=46.0 gmolM(\text{C}_2\text{H}_5\text{OH})=2\cdot 12.0+6\cdot 1.0+16.0=46.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(C2​H5​OH)=2⋅12.0+6⋅1.0+16.0=46.0 molg​; n=mM=9.2 g46.0 g/mol=0.20 moln=\frac{m}{M}=\frac{9.2\ \text{g}}{46.0\ \text{g/mol}}=0.20\ \text{mol}n=Mm​=46.0 g/mol9.2 g​=0.20 mol מולקולות; בכל מולקולה 2+6+1=92+6+1=92+6+1=9 אטומים: 9⋅0.20 mol=1.8 mol9\cdot 0.20\ \text{mol}=1.8\ \text{mol}9⋅0.20 mol=1.8 mol אטומים.
ב. M(NH3)=14.0+3⋅1.0=17.0 gmolM(\text{NH}_3)=14.0+3\cdot 1.0=17.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(NH3​)=14.0+3⋅1.0=17.0 molg​; n=3.4 g17.0 g/mol=0.20 moln=\frac{3.4\ \text{g}}{17.0\ \text{g/mol}}=0.20\ \text{mol}n=17.0 g/mol3.4 g​=0.20 mol; בכל מולקולה 4 אטומים: 0.80 mol0.80\ \text{mol}0.80 mol אטומים.
ג. בכל מולקולת P4\text{P}_4P4​ ארבעה אטומים: 4⋅0.12 mol=0.48 mol4\cdot 0.12\ \text{mol}=0.48\ \text{mol}4⋅0.12 mol=0.48 mol אטומים.
ד. P=1520 mmHg760 mmHg/atm=2.0 atmP=\frac{1520\ \text{mmHg}}{760\ \text{mmHg/atm}}=2.0\ \text{atm}P=760 mmHg/atm1520 mmHg​=2.0 atm; T=27+273=300 KT=27+273=300\ \text{K}T=27+273=300 K;
n=PVRT=2.0 atm⋅2.46 L0.082 atm⋅Lmol⋅K⋅300 K=0.20 moln=\frac{PV}{RT}=\frac{2.0\ \text{atm}\cdot 2.46\ \text{L}}{0.082\ \frac{\text{atm}\cdot\text{L}}{\text{mol}\cdot\text{K}}\cdot 300\ \text{K}}=0.20\ \text{mol}n=RTPV​=0.082 mol⋅Katm⋅L​⋅300 K2.0 atm⋅2.46 L​=0.20 mol. ניאון הוא גז אציל שחלקיקיו הם אטומים בודדים: 0.20 mol0.20\ \text{mol}0.20 mol אטומים.
המספר הגדול ביותר – במדגם א: 1.8 mol⋅6.02×1023 1mol=1.1×10241.8\ \text{mol}\cdot 6.02\times 10^{23}\ \frac{1}{\text{mol}}=1.1\times 10^{24}1.8 mol⋅6.02×1023 mol1​=1.1×1024 אטומים.
טעות נפוצה: להציב במשוואת הגזים את הלחץ ב־mmHg בלי להמיר לאטמוספרות, או להתייחס לניאון כאל גז דו־אטומי.

שאלה 6 · ריכוז יוני גופרה לאחר המסת מלח בתמיסה

רב-ברירה

הֵמיסו 3.42 גרם של אלומיניום גופרתי, Al2(SO4)3(s)\text{Al}_2(\text{SO}_4)_{3(s)}Al2​(SO4​)3(s)​ , בתוך 250 מ"ל תמיסת נתרן גופרתי, Na2SO4(aq)\text{Na}_2\text{SO}_{4(aq)}Na2​SO4(aq)​ , שריכוזה 0.04M .
נתונה המסה המולרית של אלומיניום גופרתי: Mw Al2(SO4)3=342 grmol\text{M}_{\text{w}\,\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3}=342\ \frac{\text{gr}}{\text{mol}}MwAl2​(SO4​)3​​=342 molgr​
מהו ריכוז יוני SO4(aq)2−\text{SO}^{2-}_{4(aq)}SO4(aq)2−​ בתמיסה לאחר ההמסה?

א.
0.12M
ב.
0.16M
ג.
0.08M
ד.
0.04M

◂ פתרון מלא לשאלה 6

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – 0.16 M0.16\ \text{M}0.16 M

יוני גופרה מן האלומיניום הגופרתי:
nAl2(SO4)3=mMw=3.42 gr342 grmol=0.0100 moln_{\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3}=\frac{m}{M_w}=\frac{3.42\ \text{gr}}{342\ \frac{\text{gr}}{\text{mol}}}=0.0100\ \text{mol}nAl2​(SO4​)3​​=Mw​m​=342 molgr​3.42 gr​=0.0100 mol
תהליך ההמסה: Al2(SO4)3(s)→H2O2Al(aq)3++3SO4(aq)2−\text{Al}_2(\text{SO}_4)_{3(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} 2\text{Al}^{3+}_{(aq)} + 3\text{SO}^{2-}_{4(aq)}Al2​(SO4​)3(s)​H2​O​2Al(aq)3+​+3SO4(aq)2−​, ולכן nSO42−=3⋅0.0100 mol=0.0300 moln_{\text{SO}_4^{2-}}=3\cdot 0.0100\ \text{mol}=0.0300\ \text{mol}nSO42−​​=3⋅0.0100 mol=0.0300 mol.
יוני גופרה מן הנתרן הגופרתי שהיה בתמיסה: Na2SO4(s)→2Na(aq)++SO4(aq)2−\text{Na}_2\text{SO}_{4(s)} \rightarrow 2\text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{SO}^{2-}_{4(aq)}Na2​SO4(s)​→2Na(aq)+​+SO4(aq)2−​, יחס Na2SO4:SO42−=1:1\text{Na}_2\text{SO}_4:\text{SO}_4^{2-}=1:1Na2​SO4​:SO42−​=1:1:
n=C⋅V=0.04 molL⋅0.250 L=0.0100 moln=C\cdot V=0.04\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot 0.250\ \text{L}=0.0100\ \text{mol}n=C⋅V=0.04 Lmol​⋅0.250 L=0.0100 mol
סך הכול: nSO42−=0.0300 mol+0.0100 mol=0.0400 moln_{\text{SO}_4^{2-}}=0.0300\ \text{mol}+0.0100\ \text{mol}=0.0400\ \text{mol}nSO42−​​=0.0300 mol+0.0100 mol=0.0400 mol. בהנחה שנפח התמיסה לא השתנה בהמסת המוצק (V=0.250 LV=0.250\ \text{L}V=0.250 L):
C=nV=0.0400 mol0.250 L=0.16 MC=\frac{n}{V}=\frac{0.0400\ \text{mol}}{0.250\ \text{L}}=0.16\ \text{M}C=Vn​=0.250 L0.0400 mol​=0.16 M
תשובה ב.
- א (0.12M) מתקבלת אם שוכחים את יוני הגופרה של Na2SO4\text{Na}_2\text{SO}_4Na2​SO4​: 0.03000.250=0.12\frac{0.0300}{0.250}=0.120.2500.0300​=0.12.
- ג (0.08M) מתקבלת אם שוכחים את המקדם 3 של יוני הגופרה ב־ Al2(SO4)3\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3Al2​(SO4​)3​: 0.0100+0.01000.250=0.08\frac{0.0100+0.0100}{0.250}=0.080.2500.0100+0.0100​=0.08.
- ד (0.04M) היא רק הריכוז של האלומיניום הגופרתי שהומס: 0.01000.250=0.04\frac{0.0100}{0.250}=0.040.2500.0100​=0.04.

שאלה 7 · גורמים המשפיעים על קצב הבעירה של פחם

רב-ברירה

במנגל פתוח בוערים גושים של פחם עץ. הפחם מורכב בעיקר מפחמן, C(s)\text{C}_{(s)}C(s)​ .
לפניכם ניסוח התגובה העיקרית המתרחשת בבעירה:
C(s)+O2(g)→CO2(g)\text{C}_{(s)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{CO}_{2(g)}C(s)​+O2(g)​→CO2(g)​
לפניכם רשימת משתנים הקשורים לבעירה:
I. גודל גושי הפחם (גושים גדולים או גושים קטנים, באותה מסה כוללת של פחם).
II. אחוז החמצן בגז המוזרם אל הפחם.
III. מסת הפחמן הדו־חמצני הנפלטת לאוויר.
IV. הנפח של המנגל הפתוח.
אילו מן המשתנים ברשימה עשויים להשפיע על קצב התגובה?

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

◂ פתרון מלא לשאלה 7

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – I ו־II

התשובה הנכונה: ב.
- I – משפיע: באותה מסה של פחם, גושים קטנים יותר הם שטח פנים גדול יותר של המגיב המוצק. שטח הפנים הוא גורם המשפיע על קצב התגובה – הקצב גדל.
- II – משפיע: אחוז גבוה יותר של חמצן בגז פירושו ריכוז גבוה יותר של המגיב O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​, והקצב גדל.
- III – אינו משפיע: מסת ה־CO2\text{CO}_2CO2​ היא כמות התוצר שנוצר – תוצאה של התגובה, ולא גורם המשפיע על קצבה; הגז אף מתפזר לאוויר מן המנגל הפתוח.
- IV – אינו משפיע: המנגל פתוח לאוויר, ולכן נפחו אינו משנה את ריכוז החמצן ליד הפחם או את שטח הפנים של הפחם.

שאלה 8 · זיהוי איזומרים וקבוצות פונקציונליות

רב-ברירה

לפניכם נוסחאות מבנה מקוצרות של ארבע תרכובות פחמן, I–IV :
I. CH3CH2CH2CHO\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CHO}CH3​CH2​CH2​CHO
II. CH3COCH2CH3\text{CH}_3\text{COCH}_2\text{CH}_3CH3​COCH2​CH3​
III. CH2=CHCH2CH2OH\text{CH}_2=\text{CHCH}_2\text{CH}_2\text{OH}CH2​=CHCH2​CH2​OH
IV. CH3CH2OCH2CH3\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OCH}_2\text{CH}_3CH3​CH2​OCH2​CH3​
מהו ההיגד הנכון?

א.
רק התרכובות I ו־ II הן איזומרים.
ב.
התרכובות I , II ו־ III הן איזומרים, ובמולקולה של תרכובת III יש קבוצה הידרוקסילית וקשר כפול בין שני אטומי פחמן.
ג.
התרכובות II ו־ IV הן איזומרים, כי בכל אחת מהן יש אטום חמצן אחד.
ד.
התרכובות I ו־ II הן איזומרים, ושתיהן קטונים.

◂ פתרון מלא לשאלה 8

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – לתרכובות I, II ו־III אותה נוסחה מולקולרית, C4H8O\text{C}_4\text{H}_8\text{O}C4​H8​O, ומבנה שונה; ל־IV – C4H10O\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}C4​H10​O.

תשובה: ב.
איזומרים הם חומרים בעלי אותה נוסחה מולקולרית ונוסחאות מבנה שונות. נוסחאות מולקולריות:
תרכובתIIIIIIIV
נוסחה מולקולריתC4H8O\text{C}_4\text{H}_8\text{O}C4​H8​OC4H8O\text{C}_4\text{H}_8\text{O}C4​H8​OC4H8O\text{C}_4\text{H}_8\text{O}C4​H8​OC4H10O\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}C4​H10​O
קבוצה פונקציונליתאלדהיד (−CHO-\text{CHO}−CHO)קטון (C=O\text{C}=\text{O}C=O בין שני אטומי פחמן)קשר כפול C=C וקבוצה הידרוקסיליתאתר (C−O−C\text{C}-\text{O}-\text{C}C−O−C)
- ב – נכון: I, II ו־III – אותה נוסחה מולקולרית, C4H8O\text{C}_4\text{H}_8\text{O}C4​H8​O, ומבנים שונים – איזומרים. ב־III יש קבוצה −OH-\text{OH}−OH וקשר כפול CH2=CH−\text{CH}_2=\text{CH}-CH2​=CH−.
- א – לא נכון: גם III היא איזומר של I ושל II.
- ג – לא נכון: מספר אטומי החמצן זהה, אך במולקולה IV יש 10 אטומי מימן ובמולקולה II – 8; הנוסחאות המולקולריות שונות, ולכן הן אינן איזומרים.
- ד – לא נכון: I ו־II אכן איזומרים, אך I היא אלדהיד (קבוצת C=O\text{C}=\text{O}C=O בקצה השרשרת, קשורה לאטום H), ורק II היא קטון.

תרכובת	I	II	III	IV
נוסחה מולקולרית	$\text{C}_4\text{H}_8\text{O}$	$\text{C}_4\text{H}_8\text{O}$	$\text{C}_4\text{H}_8\text{O}$	$\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}$
קבוצה פונקציונלית	אלדהיד ( $-\text{CHO}$ )	קטון ( $\text{C}=\text{O}$ בין שני אטומי פחמן)	קשר כפול C=C וקבוצה הידרוקסילית	אתר ( $\text{C}-\text{O}-\text{C}$ )

שאלה 9 · מאמר: חומציות הקרקע – סיד, גופרית והורטנזיות

שאלת מאמר20 נקודות

קרא את הקטע שלפניך, וענה על הסעיפים א-ח שאחריו לפי ההנחיות (שאלת חובה — 20 נקודות).
חומציות הקרקע – מה הגנן צריך לדעת?
רוב צמחי הגינה גדלים היטב בקרקע שה־pH שלה בתחום 6 עד 7, כלומר בקרקע חומצית
מעט או ניטרלית. בקרקע חומצית מדי או בסיסית מדי הצמחים מתקשים לקלוט חלק
מן היסודות החיוניים להם, גם אם יסודות אלה נמצאים בקרקע. קרקע עלולה להחמיץ
עם השנים, למשל בגלל שטיפה של יונים על ידי מי גשמים, בגלל פירוק של חומר
אורגני ובגלל שימוש בדשנים מסוימים.
כדי להעלות את ה־pH של קרקע חומצית, מפזרים בה "סיד חקלאי". אפשר להשתמש
באבן גיר טחונה, CaCO3(s)\text{CaCO}_{3(s)}CaCO3(s)​ , או בסיד כבוי, סידן הידרוקסידי, Ca(OH)2(s)\text{Ca(OH)}_{2(s)}Ca(OH)2(s)​ .
סיד כבוי מתמוסס במים במידה מועטה, ותמיסתו מגיבה עם יוני ההידרוניום שבמי הקרקע.
סיד כבוי מתקבל מסיד חי, סידן חמצני, CaO(s)\text{CaO}_{(s)}CaO(s)​ . כאשר סיד חי בא במגע עם מים
נוצר סידן הידרוקסידי, והתערובת מתחממת מאוד. לכן סיד חי עלול לגרום לכוויות,
ויש להשתמש בו בזהירות רבה, עם כפפות ומשקפי מגן.
כדי להוריד את ה־pH של קרקע בסיסית, מפזרים בה אבקת גופרית, S(s)\text{S}_{(s)}S(s)​ .
הגופרית עצמה אינה חומצה. חיידקים החיים בקרקע הופכים את הגופרית בהדרגה,
בעזרת החמצן והמים שבקרקע, לחומצה גופרתית, H2SO4(aq)\text{H}_2\text{SO}_{4(aq)}H2​SO4(aq)​ , לפי תגובה (1):
(1)2S(s)+3O2(g)+6H2O(l)⟶4H3O(aq)++2SO42−(aq)(1)\quad 2\text{S}_{(s)}+3\text{O}_{2(g)}+6\text{H}_2\text{O}_{(l)}\longrightarrow 4\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}+2\text{SO}_4^{2-}{}_{(aq)}(1)2S(s)​+3O2(g)​+6H2​O(l)​⟶4H3​O(aq)+​+2SO42−​(aq)​
תהליך זה איטי: נדרשים שבועות ואף חודשים עד שה־pH של הקרקע יורד, והוא איטי
עוד יותר בקרקע קרה, בחורף. לכן ממליצים לפזר את הגופרית זמן רב לפני השתילה.
בקרקע ספוגת מים, שבה כמעט אין חמצן, חיידקים אחרים הופכים תרכובות גופרית
לגז מימן גופרי, H2S(g)\text{H}_2\text{S}_{(g)}H2​S(g)​ , שריחו כריח ביצים סרוחות. ריח כזה מעיד
שהקרקע אינה מאווררת די הצורך, ושורשי הצמחים אינם מקבלים די חמצן.
צמח נוי הממחיש היטב את השפעת ה־pH של הקרקע הוא ההורטנזיה. בקרקע חומצית
פרחיו כחולים, ובקרקע ניטרלית או בסיסית הם ורודים. הצבע הכחול מופיע כאשר
שורשי הצמח קולטים יוני אלומיניום, Al(aq)3+\text{Al}^{3+}_{(aq)}Al(aq)3+​ , הזמינים לצמח בעיקר בקרקע חומצית.
גם הדישון משפיע על הקרקע. דשנים רבים הם מלחים המתמוססים היטב במים, כמו
אשלגן חנקתי, KNO3(s)\text{KNO}_{3(s)}KNO3(s)​ , המספק לצמחים את היסודות אשלגן וחנקן.
השמירה על הצמחים נמשכת גם בלילות החורף. בלילות קרים ובהירים אדי המים שבאוויר
הופכים ישירות לגבישי קרח דקים על פני העלים, והגנן מוצא בבוקר שכבת כפור
לבנה. כפור עלול לפגוע ברקמות של צמחים רגישים, ולכן מכסים אותם בלילות כאלה.
ענה על הסעיפים א, ב, ג, ד, ז, ח, ועל אחד מן הסעיפים ה או ו.

א.

גנן הכין תמיסת דישון: הוא המיס 20 גרם אשלגן חנקתי, KNO3(s)\text{KNO}_{3(s)}KNO3(s)​ , במים, והשלים את נפח התמיסה ל־ 2 ליטר.
מהו הריכוז המולרי של אשלגן חנקתי בתמיסה? פרט את חישוביך.

ב.

בקטע שקראת מוזכרים כמה חומרים המתמוססים במים.
נסח את תהליכי ההמסה במים של חומצה גופרתית, H2SO4(l)\text{H}_2\text{SO}_{4(l)}H2​SO4(l)​ , סידן הידרוקסידי, Ca(OH)2(s)\text{Ca(OH)}_{2(s)}Ca(OH)2(s)​ , ואשלגן חנקתי, KNO3(s)\text{KNO}_{3(s)}KNO3(s)​ .

ג.

ציין אם ה־ pH של כל אחת מן התמיסות המתקבלות בסעיף ב יהיה קטן, גדול, או שווה ל־ 7 .

ד.

התגובה שבה הגופרית הופכת לחומצה גופרתית, תגובה (1), היא תגובת חמצון-חיזור.
(1)2S(s)+3O2(g)+6H2O(l)⟶4H3O(aq)++2SO42−(aq)(1)\quad 2\text{S}_{(s)}+3\text{O}_{2(g)}+6\text{H}_2\text{O}_{(l)}\longrightarrow 4\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}+2\text{SO}_4^{2-}{}_{(aq)}(1)2S(s)​+3O2(g)​+6H2​O(l)​⟶4H3​O(aq)+​+2SO42−​(aq)​
קבע מהו המחמצן ומהו המחזר בתגובה (1) .

ה.

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

(i)

טמפרטורת הרתיחה של מים, H2O(l)\text{H}_2\text{O}_{(l)}H2​O(l)​ , היא 100∘C100^\circ\text{C}100∘C ואילו טמפרטורת הרתיחה של מימן גופרי, H2S(l)\text{H}_2\text{S}_{(l)}H2​S(l)​ , היא −60∘C-60^\circ\text{C}−60∘C .
מדוע טמפרטורת הרתיחה של מים גבוהה מטמפרטורת הרתיחה של מימן גופרי? בתשובתך התייחס לכל סוגי הכוחות הפועלים בין המולקולות בכל אחת משתי התרכובות.

(ii)

שורשי הצמחים צורכים חמצן המומס במי הקרקע.
נסח את תהליך ההמסה של חמצן, O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ , במים.

ו.

סעיף ו הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ה.
התבסס על הקטע וענה על התת־סעיפים i-ii :

(i)

נסח את התגובה המתרחשת כאשר סיד חי בא במגע עם מים (שורות 9–10).

(ii)

קבע מהו הסימן של ΔH0\Delta H^0ΔH0 עבור התגובה שניסחת בתת־סעיף i . נמק את קביעתך על פי הקטע.

ז.

לפניך ציטוט מן הקטע: "בלילות קרים ובהירים אדי המים שבאוויר הופכים ישירות לגבישי קרח דקים על פני העלים, והגנן מוצא בבוקר שכבת כפור לבנה".
נסח את התהליך המתואר בציטוט מן הקטע.

ח.

הסבר מדוע הורדת ה־pH של הקרקע בעזרת גופרית איטית יותר בחורף, כאשר הקרקע קרה (שורות 15–16).

◂ פתרון מלא לשאלה 9

סעיף א

תשובה:

C≈0.099 MC\approx 0.099\ \text{M}C≈0.099 M (0.0989 mol/L0.0989\ \text{mol/L}0.0989 mol/L)

מסה מולרית: M(KNO3)=39.1+14.0+3⋅16.0=101.1 gmolM(\text{KNO}_3)=39.1+14.0+3\cdot 16.0=101.1\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(KNO3​)=39.1+14.0+3⋅16.0=101.1 molg​
מספר המולים: n=mM=20 g101.1 g/mol=0.198 moln=\frac{m}{M}=\frac{20\ \text{g}}{101.1\ \text{g/mol}}=0.198\ \text{mol}n=Mm​=101.1 g/mol20 g​=0.198 mol
ריכוז: C=nV=0.198 mol2 L=0.0989 molL≈0.099 MC=\frac{n}{V}=\frac{0.198\ \text{mol}}{2\ \text{L}}=0.0989\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\approx 0.099\ \text{M}C=Vn​=2 L0.198 mol​=0.0989 Lmol​≈0.099 M
טעות נפוצה: לחלק את מספר המולים בנפח המים במקום בנפח התמיסה, או לשכוח לחלק ב־2 ליטר.

סעיף ב

תשובה:

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)​; Ca(OH)2(s)→H2O(l)Ca(aq)2++2OH(aq)−\text{Ca(OH)}_{2(s)}\xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}}\text{Ca}^{2+}_{(aq)}+2\text{OH}^{-}_{(aq)}Ca(OH)2(s)​H2​O(l)​​Ca(aq)2+​+2OH(aq)−​; KNO3(s)→H2O(l)K(aq)++NO3−(aq)\text{KNO}_{3(s)}\xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}}\text{K}^{+}_{(aq)}+\text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}KNO3(s)​H2​O(l)​​K(aq)+​+NO3−​(aq)​

חומצה גופרתית – חומר מולקולרי שמגיב עם המים כחומצה: כל מולקולה מוסרת שני פרוטונים לשתי מולקולות מים:
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)​
סידן הידרוקסידי – מוצק יוני; בהמסה (המועטה) הסריג מתפרק והיונים מוקפים במולקולות מים:
Ca(OH)2(s)→H2O(l)Ca(aq)2++2OH(aq)−\text{Ca(OH)}_{2(s)}\xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}}\text{Ca}^{2+}_{(aq)}+2\text{OH}^{-}_{(aq)}Ca(OH)2(s)​H2​O(l)​​Ca(aq)2+​+2OH(aq)−​
אשלגן חנקתי – מוצק יוני המתמוסס היטב במים; היונים, ובהם היון הרב־אטומי NO3−\text{NO}_3^-NO3−​, מוקפים במולקולות מים:
KNO3(s)→H2O(l)K(aq)++NO3−(aq)\text{KNO}_{3(s)}\xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}}\text{K}^{+}_{(aq)}+\text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}KNO3(s)​H2​O(l)​​K(aq)+​+NO3−​(aq)​
טעות נפוצה: לפרק את היון NO3−\text{NO}_3^-NO3−​ לאטומים או ליונים נפרדים – יון רב־אטומי נשאר שלם בתמיסה.

סעיף ג

תשובה:

תמיסת חומצה גופרתית: pH < 7; תמיסת סידן הידרוקסידי: pH > 7; תמיסת אשלגן חנקתי: pH = 7

•תמיסת חומצה גופרתית – בתגובה עם המים נוצרים יוני H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^+_{(aq)}H3​O(aq)+​, ולכן [H3O+]>[OH−][\text{H}_3\text{O}^+]>[\text{OH}^-][H3​O+]>[OH−] והתמיסה חומצית: pH < 7.
•תמיסת סידן הידרוקסידי – בהמסה משתחררים יוני OH(aq)−\text{OH}^-_{(aq)}OH(aq)−​: התמיסה בסיסית, pH > 7 (בהתאם לקטע, שורות 6–8: הסיד מעלה את ה־pH של הקרקע).
•תמיסת אשלגן חנקתי – בהמסה לא נוצרים יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+ או OH−\text{OH}^-OH− (היונים K+\text{K}^+K+ ו־NO3−\text{NO}_3^-NO3−​ אינם מגיבים עם המים), ולכן התמיסה ניטרלית: pH = 7.

סעיף ד

תשובה:

מחמצן: O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​; מחזר: S(s)\text{S}_{(s)}S(s)​

נקבע דרגות חמצון:
•גופרית: ב־S(s)\text{S}_{(s)}S(s)​ (יסוד) 0; ב־SO42−\text{SO}_4^{2-}SO42−​: x+4(−2)=−2x+4(-2)=-2x+4(−2)=−2 ← +6. דרגת החמצון עולה – הגופרית מוסרת אלקטרונים (עוברת חמצון), ולכן S\text{S}S הוא המחזר.
•חמצן: ב־O2\text{O}_2O2​ (יסוד) 0; ב־SO42−\text{SO}_4^{2-}SO42−​ וב־H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+ −2. דרגת החמצון יורדת – החמצן קולט אלקטרונים (עובר חיזור), ולכן O2\text{O}_2O2​ הוא המחמצן.
דרגות החמצון של המימן (+1) ושל החמצן שבמולקולות המים (−2) אינן משתנות; המים אינם מחמצן ואינם מחזר.

סעיף ה

(i)

תשובה:

בין מולקולות המים פועלים קשרי מימן ואינטראקציות ואן דר ואלס; בין מולקולות H2S\text{H}_2\text{S}H2​S פועלות רק אינטראקציות ואן דר ואלס (חזקות מעט יותר משל המים בגלל ענן אלקטרונים גדול יותר). קשרי המימן חזקים בהרבה, ולכן סך הכוחות בין מולקולות המים חזק יותר.

ברתיחה של חומר מולקולרי מתגברים על הכוחות בין המולקולות.
- מים: בין המולקולות פועלים קשרי מימן (אטום H הקשור לאטום O האלקטרושלילי במולקולה אחת נמשך לזוג אלקטרונים לא קושר של אטום O במולקולה שכנה) וגם אינטראקציות ואן דר ואלס. ענן האלקטרונים קטן (10 אלקטרונים).
- מימן גופרי: בין המולקולות פועלות רק אינטראקציות ואן דר ואלס (המולקולה זוויתית וקוטבית). קשרי מימן אינם נוצרים, כי הפרש האלקטרושליליות בין S (2.5) ל־H (2.1) קטן, והקשר S–H כמעט אינו קוטבי. ענן האלקטרונים גדול יותר (18 אלקטרונים), ולכן אינטראקציות ואן דר ואלס בין מולקולות H2S\text{H}_2\text{S}H2​S חזקות מעט יותר מאלה שבין מולקולות המים.
קשרי המימן בין מולקולות המים חזקים בהרבה מן ההבדל באינטראקציות ואן דר ואלס, ולכן סך הכוחות בין מולקולות המים חזק יותר, נדרשת יותר אנרגייה כדי להרחיק אותן זו מזו, וטמפרטורת הרתיחה של המים גבוהה יותר.
טעות נפוצה: להתעלם מאינטראקציות ואן דר ואלס בין מולקולות המים, או לטעון שבין מולקולות H2S\text{H}_2\text{S}H2​S יש קשרי מימן משום שיש בהן אטומי H.

(ii)

תשובה:

O2(g)→H2O(l)O2(aq)\text{O}_{2(g)}\xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}}\text{O}_{2(aq)}O2(g)​H2​O(l)​​O2(aq)​

חמצן הוא חומר מולקולרי שאינו מגיב עם המים; בהמסה המולקולות שלו מתפזרות בין מולקולות המים בלי להתפרק, ונוצרות אינטראקציות ואן דר ואלס בין מולקולות O2\text{O}_2O2​ למולקולות המים:
O2(g)→H2O(l)O2(aq)\text{O}_{2(g)}\xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}}\text{O}_{2(aq)}O2(g)​H2​O(l)​​O2(aq)​
הממס (מים) רשום מעל החץ, ומצב הצבירה (aq)(aq)(aq) מציין שהחמצן נמצא בתמיסה מימית.

סעיף ו

(i)

תשובה:

CaO(s)+H2O(l)→Ca(OH)2(s)\text{CaO}_{(s)}+\text{H}_2\text{O}_{(l)}\rightarrow\text{Ca(OH)}_{2(s)}CaO(s)​+H2​O(l)​→Ca(OH)2(s)​

לפי שורות 9–10, כאשר סיד חי (סידן חמצני) בא במגע עם מים נוצר סידן הידרוקסידי (סיד כבוי), שהוא מוצק המתמוסס במים במידה מועטה (שורה 8):
CaO(s)+H2O(l)→Ca(OH)2(s)\text{CaO}_{(s)}+\text{H}_2\text{O}_{(l)}\rightarrow\text{Ca(OH)}_{2(s)}CaO(s)​+H2​O(l)​→Ca(OH)2(s)​
בדיקת איזון: Ca – 1 בכל צד; O – 1+1=21+1=21+1=2 משמאל ו־2 מימין; H – 2 בכל צד.

(ii)

תשובה:

ΔH0<0\Delta H^0<0ΔH0<0 – לפי הקטע (שורה 10) "התערובת מתחממת מאוד"; התגובה אקסותרמית.

ΔH0<0\Delta H^0<0ΔH0<0. לפי שורה 10, כאשר סיד חי בא במגע עם מים "התערובת מתחממת מאוד" (ולכן הוא עלול לגרום לכוויות). התחממות התערובת מעידה שבתגובה נפלטת אנרגייה לסביבה – התגובה אקסותרמית: האנתלפייה של התוצרים נמוכה מזו של המגיבים, ולכן שינוי האנתלפייה שלילי.

סעיף ז

תשובה:

H2O(g)→H2O(s)\text{H}_2\text{O}_{(g)}\rightarrow\text{H}_2\text{O}_{(s)}H2​O(g)​→H2​O(s)​ (מעבר ישיר ממצב גז למצב מוצק)

בציטוט (שורות 25–27) מתואר מעבר ישיר של מים ממצב גז (אדי מים) למצב מוצק (גבישי קרח), בלי לעבור במצב נוזל. המולקולות נשארות שלמות; רק מתקרבות זו לזו ומסתדרות בגביש:
H2O(g)→H2O(s)\text{H}_2\text{O}_{(g)}\rightarrow\text{H}_2\text{O}_{(s)}H2​O(g)​→H2​O(s)​
טעות נפוצה: לנסח עיבוי (H2O(g)→H2O(l)\text{H}_2\text{O}_{(g)}\rightarrow\text{H}_2\text{O}_{(l)}H2​O(g)​→H2​O(l)​) – בקטע נכתב שהאדים הופכים ישירות לקרח.

סעיף ח

תשובה:

הטמפרטורה היא גורם המשפיע על קצב התגובה: בקרקע קרה הטמפרטורה נמוכה, ולכן קצב התגובה (1), שבה נוצרת החומצה, קטן יותר.

הטמפרטורה היא אחד הגורמים המשפיעים על קצב התגובה: ככל שהטמפרטורה נמוכה יותר, קצב התגובה קטן יותר.
בחורף הקרקע קרה, פעילות החיידקים המבצעים את תגובה (1) איטית יותר. לכן החומצה הגופרתית (יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+) נוצרת בקצב איטי יותר, וה־pH של הקרקע יורד לאט יותר (שורות 15–16). מסיבה זו ממליצים לפזר את הגופרית זמן רב לפני השתילה.

פרק שני

שאלה 10 · היסוד כלור: איזוטופים, קישור ותכונות

שאלה פתוחה20 נקודות

מבנה האטום, מבנה וקישור
ענו על הסעיפים א, ב, ה, ו ועל אחד מן הסעיפים ג או ד.
השאלה עוסקת ביסוד כלור, המשמש לחיטוי מים ולייצור חומרים רבים.

א.

(i)

שלושה חלקיקים שונים סומנו באופן שרירותי באותיות X , Y , Z .
1635X^{35}_{16}\text{X}1635​X \quad 1737Y^{37}_{17}\text{Y}1737​Y \quad 1837Z^{37}_{18}\text{Z}1837​Z
קבעו איזה מן החלקיקים הוא איזוטופ של אטום הכלור, 1735Cl^{35}_{17}\text{Cl}1735​Cl . נמקו את קביעתכם.

(ii)

רשמו את היערכות האלקטרונים של אטום הכלור, 1735Cl^{35}_{17}\text{Cl}1735​Cl .

ב.

בטמפרטורת החדר כלור הוא גז, והוא בנוי ממולקולות דו־אטומיות, Cl2\text{Cl}_2Cl2​ .
האיורים הסכמטיים שלפניכם מתארים את מולקולת הכלור.

(i)

האם הקשר בין אטומי הכלור במולקולה Cl2\text{Cl}_2Cl2​ הוא קשר קוולנטי טהור או קשר קוולנטי קוטבי?
נמקו את תשובתכם.

(ii)

הסבירו מדוע כל אטום כלור במולקולה Cl2\text{Cl}_2Cl2​ יוצר קשר קוולנטי יחיד אחד בלבד.

ג.

סעיף ג הוא סעיף בחירה. אם תבחרו לענות עליו, אל תענו על סעיף ד.
טמפרטורת הרתיחה של כלור, Cl2\text{Cl}_2Cl2​ , היא −34 ∘C-34\ ^{\circ}\text{C}−34 ∘C , וטמפרטורת הרתיחה של פלואור, F2\text{F}_2F2​ , היא −188 ∘C-188\ ^{\circ}\text{C}−188 ∘C .
הסבירו מדוע טמפרטורת הרתיחה של כלור גבוהה מטמפרטורת הרתיחה של פלואור.

ד.

סעיף ד הוא סעיף בחירה. אם תבחרו לענות עליו, אל תענו על סעיף ג.
הסבירו מדוע לכלור, Cl2(g)\text{Cl}_{2(g)}Cl2(g)​ , יש מסיסות גבוהה בפחמן ארבע־כלורי (טטרה־כלורו־מתאן), CCl4(l)\text{CCl}_{4(l)}CCl4(l)​ .
נתון: למולקולת CCl4\text{CCl}_4CCl4​ מבנה מרחבי של ארבעון (טטראדר) שבמרכזו אטום הפחמן.

ה.

בתגובה בין כלור, Cl2(g)\text{Cl}_{2(g)}Cl2(g)​ , לסידן, Ca(s)\text{Ca}_{(s)}Ca(s)​ , מתקבל תוצר יחיד, מוצק – סידן כלורי.

(i)

רשמו את הנוסחה האמפירית של סידן כלורי.

(ii)

רשמו נוסחת ייצוג אלקטרונים של החלקיקים המרכיבים את התרכובת סידן כלורי.

(iii)

נסחו את התגובה של כלור עם סידן שבה מתקבל סידן כלורי.

ו.

מימן, H2(g)\text{H}_{2(g)}H2(g)​ , נשרף באטמוספרה של כלור, ונוצר הגז מימן כלורי, HCl(g)\text{HCl}_{(g)}HCl(g)​ , המשמש להכנת חומצה הידרוכלורית.
נסחו את התגובה של מימן עם כלור, שבה נוצר הגז מימן כלורי.

◂ פתרון מלא לשאלה 10

סעיף א

(i)

תשובה:

החלקיק Y.

קביעה: Y הוא איזוטופ של 1735Cl^{35}_{17}\text{Cl}1735​Cl.
נימוק: איזוטופים הם אטומים של אותו יסוד – בעלי אותו מספר פרוטונים (אותו מספר אטומי) – אך מספר נויטרונים שונה (ולכן מספר מסה שונה).
•ב־1735Cl^{35}_{17}\text{Cl}1735​Cl: 17 פרוטונים, 35−17=1835-17=1835−17=18 נויטרונים.
•ב־Y: 17 פרוטונים (כמו כלור) ו־37−17=2037-17=2037−17=20 נויטרונים – אותו יסוד, מספר נויטרונים שונה, ולכן איזוטופ.
•ב־X יש 16 פרוטונים (גופרית) – יסוד אחר, אף שמספר המסה שלו (35) שווה לזה של אטום הכלור הנתון.
•ב־Z יש 18 פרוטונים (ארגון) – יסוד אחר.

(ii)

תשובה:

2,8,7

לאטום כלור 17 אלקטרונים (כמספר הפרוטונים): 2 ברמה הראשונה, 8 ברמה השנייה ו־7 ברמה השלישית – 2,8,7.

סעיף ב

(i)

תשובה:

קשר קוולנטי טהור.

קביעה: הקשר הוא קוולנטי טהור (לא קוטבי).
נימוק: הקשר הוא בין שני אטומי כלור – אטומים זהים בעלי אותה אלקטרושליליות (3.0). הפרש האלקטרושליליות הוא 0, ולכן זוג האלקטרונים הקושר משותף באופן שווה לשני האטומים, ולא נוצרים מטענים חלקיים.

(ii)

תשובה:

לאטום Cl יש 7 אלקטרוני ערכיות; להשלמת אוקטט חסר לו אלקטרון אחד, ולכן הוא יוצר קשר יחיד אחד.

היערכות האלקטרונים של Cl היא 2,8,7 – לאטום 7 אלקטרוני ערכיות. כדי להגיע לאוקטט (8 אלקטרונים ברמה החיצונית) חסר לו אלקטרון אחד. בקשר יחיד אחד כל אטום כלור משתף זוג אלקטרונים אחד עם האטום השני: קשר יחיד (2 אלקטרונים קושרים) + 3 זוגות אלקטרונים לא קושרים (6 אלקטרונים) = 8 אלקטרונים סביב כל אטום – אוקטט (כמו באיור 2).

סעיף ג

תשובה:

ענן האלקטרונים של Cl2\text{Cl}_2Cl2​ גדול מזה של F2\text{F}_2F2​ – אינטראקציות ון־דר־ולס חזקות יותר.

קביעה: טמפרטורת הרתיחה של כלור גבוהה יותר כי אינטראקציות ון־דר־ולס בין מולקולות Cl2\text{Cl}_2Cl2​ חזקות יותר מאלה שבין מולקולות F2\text{F}_2F2​.
הסבר:
•שני החומרים מולקולריים; ברתיחה מתפרקות האינטראקציות בין המולקולות (הקשר הקוולנטי בתוך כל מולקולה אינו נשבר).
•שתי המולקולות אינן קוטביות (קשר בין אטומים זהים), ולכן בין המולקולות פועלות אינטראקציות ון־דר־ולס בלבד.
•הגורם המשפיע – גודל ענן האלקטרונים: במולקולת Cl2\text{Cl}_2Cl2​ יש 2⋅17=342 \cdot 17 = 342⋅17=34 אלקטרונים, ובמולקולת F2\text{F}_2F2​ – 2⋅9=182 \cdot 9 = 182⋅9=18 אלקטרונים. ענן האלקטרונים של Cl2\text{Cl}_2Cl2​ גדול יותר, ולכן אינטראקציות ון־דר־ולס בין מולקולותיו חזקות יותר, ונדרשת יותר אנרגיה כדי להרתיח אותו.

סעיף ד

תשובה:

גם Cl2\text{Cl}_2Cl2​ וגם CCl4\text{CCl}_4CCl4​ אינם קוטביים; האינטראקציות ון־דר־ולס בין Cl2\text{Cl}_2Cl2​ ל־CCl4\text{CCl}_4CCl4​ דומות בחוזקן לאלה שבחומרים הטהורים.

קביעה: כלור מתמוסס היטב בפחמן ארבע־כלורי כי שני החומרים בנויים ממולקולות לא קוטביות, וביניהן פועלות אינטראקציות מאותו סוג.
הסבר:
•מולקולות Cl2\text{Cl}_2Cl2​ אינן קוטביות (קשר קוולנטי טהור), ובין מולקולות הכלור פועלות אינטראקציות ון־דר־ולס.
•במולקולת CCl4\text{CCl}_4CCl4​ הקשרים C–Cl קוטביים (אלקטרושליליות C – 2.5, Cl – 3.0), אך המבנה המרחבי של ארבעון סימטרי: ארבעת הקשרים זהים ומסודרים באופן סימטרי סביב אטום הפחמן, ולכן המולקולה אינה קוטבית. בין מולקולות CCl4\text{CCl}_4CCl4​ פועלות אינטראקציות ון־דר־ולס.
•בהמסה מתפרקות אינטראקציות ון־דר־ולס בין מולקולות Cl2\text{Cl}_2Cl2​ ובין מולקולות CCl4\text{CCl}_4CCl4​, ונוצרות במקומן אינטראקציות ון־דר־ולס בין מולקולות Cl2\text{Cl}_2Cl2​ למולקולות CCl4\text{CCl}_4CCl4​, שחוזקן דומה. לכן ההמסה מתרחשת בקלות.
טעות נפוצה: לקבוע ש־CCl4\text{CCl}_4CCl4​ קוטבית כי יש בה קשרים קוטביים – קוטביות המולקולה תלויה גם במבנה המרחבי.

סעיף ה

(i)

תשובה:

CaCl2\text{CaCl}_2CaCl2​

סידן (טור 2) מוסר שני אלקטרונים ויוצר יון Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+; כלור (טור 7) מקבל אלקטרון אחד ויוצר יון Cl−\text{Cl}^{-}Cl−. כדי שהתרכובת תהיה נייטרלית חשמלית דרושים שני יוני Cl−\text{Cl}^{-}Cl− לכל יון Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+: CaCl2\text{CaCl}_2CaCl2​.

(ii)

תשובה:

[ : ⁣Cl⋅⋅¨ ⁣: ]−[\,:\!\ddot{\underset{\cdot\cdot}{\text{Cl}}}\!:\,]^{-}[:⋅⋅Cl​¨​:]− \quad Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+ \quad [ : ⁣Cl⋅⋅¨ ⁣: ]−[\,:\!\ddot{\underset{\cdot\cdot}{\text{Cl}}}\!:\,]^{-}[:⋅⋅Cl​¨​:]−

סידן כלורי בנוי מיונים:
- יון סידן Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+ – לאחר מסירת שני אלקטרוני הערכיות, ללא נקודות סביב הסמל.
- יון כלוריד Cl−\text{Cl}^{-}Cl− – 7 אלקטרוני ערכיות + 1 שהתקבל = 8 אלקטרונים: ארבעה זוגות נקודות סביב הסמל Cl, בתוך סוגריים מרובעים ומטען −-− מימין למעלה.
כלומר: [ : ⁣Cl⋅⋅¨ ⁣: ]−Ca2+[ : ⁣Cl⋅⋅¨ ⁣: ]−[\,:\!\ddot{\underset{\cdot\cdot}{\text{Cl}}}\!:\,]^{-}\quad \text{Ca}^{2+}\quad [\,:\!\ddot{\underset{\cdot\cdot}{\text{Cl}}}\!:\,]^{-}[:⋅⋅Cl​¨​:]−Ca2+[:⋅⋅Cl​¨​:]− (יון סידן אחד ושני יוני כלוריד).

(iii)

תשובה:

Ca(s)+Cl2(g)→CaCl2(s)\text{Ca}_{(s)} + \text{Cl}_{2(g)} \rightarrow \text{CaCl}_{2(s)}Ca(s)​+Cl2(g)​→CaCl2(s)​

Ca(s)+Cl2(g)→CaCl2(s)\text{Ca}_{(s)} + \text{Cl}_{2(g)} \rightarrow \text{CaCl}_{2(s)}Ca(s)​+Cl2(g)​→CaCl2(s)​
בדיקת איזון: Ca – 1 בכל צד; Cl – 2 בכל צד.

סעיף ו

תשובה:

H2(g)+Cl2(g)→2HCl(g)\text{H}_{2(g)} + \text{Cl}_{2(g)} \rightarrow 2\text{HCl}_{(g)}H2(g)​+Cl2(g)​→2HCl(g)​

H2(g)+Cl2(g)→2HCl(g)\text{H}_{2(g)} + \text{Cl}_{2(g)} \rightarrow 2\text{HCl}_{(g)}H2(g)​+Cl2(g)​→2HCl(g)​
בדיקת איזון: H – 2 בכל צד; Cl – 2 בכל צד.

שאלה 11 · אתנול ופרופאן – ייצוג אלקטרונים, מצבי צבירה ומסיסות

שאלה פתוחה20 נקודות

מבנה וקישור
ענה על הסעיפים א, ב, ג, ד, ה, ועל אחד מן הסעיפים ו או ז.
בטבלה שלפניך מוצגים נתונים על אתנול ועל פרופאן.
החומרנוסחת מבנה מקוצרתטמפרטורת היתוך (∘C^{\circ}\text{C}∘C)טמפרטורת רתיחה (∘C^{\circ}\text{C}∘C)אחד השימושים בחומר
אתנולCH3CH2OH\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}CH3​CH2​OH−114-114−114787878רכיב עיקרי בתכשירי חיטוי לידיים
פרופאןCH3CH2CH3\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_3CH3​CH2​CH3​−188-188−188−42-42−42דלק לחימום ולבישול

החומר	נוסחת מבנה מקוצרת	טמפרטורת היתוך ( $^{\circ}\text{C}$ )	טמפרטורת רתיחה ( $^{\circ}\text{C}$ )	אחד השימושים בחומר
אתנול	$\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}$	$-114$	$78$	רכיב עיקרי בתכשירי חיטוי לידיים
פרופאן	$\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_3$	$-188$	$-42$	דלק לחימום ולבישול

א.

רשום נוסחת ייצוג אלקטרונים למולקולה של אתנול.

ב.

רשום נוסחאות מולקולריות של אתנול ושל פרופאן.

ג.

הסבר את ההבדל בטמפרטורת הרתיחה של שני החומרים שבטבלה.

ד.

קבע מהו מצב הצבירה של כל אחד מן החומרים שבטבלה בטמפרטורה של −50∘C-50^{\circ}\text{C}−50∘C . נמק את קביעתך.

ה.

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

ו.

סעיף ו הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ז.
אתנול מתערבב עם מים בכל יחס, ואילו פרופאן כמעט אינו מתמוסס במים.
הסבר את ההבדל במסיסות במים של שני החומרים.

ז.

סעיף ז הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ו.
כלורואתאן משמש בתרסיסי קירור המיועדים להקלת כאב בפגיעות ספורט.
נוסחת המבנה של כלורואתאן: CH3−CH2−Cl\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{Cl}CH3​−CH2​−Cl
בתנאי החדר כלורואתאן הוא גז. הסבר עובדה זו.

◂ פתרון מלא לשאלה 11

סעיף א

תשובה:

H₃C–CH₂–O–H: כל אטום פחמן יוצר 4 קשרים יחידים; אטום החמצן קשור לפחמן ולמימן ועליו שני זוגות אלקטרונים לא קושרים (ראו האיור).

במולקולה CH3CH2OH\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}CH3​CH2​OH יש 2⋅4+6⋅1+6=202\cdot4+6\cdot1+6=202⋅4+6⋅1+6=20 אלקטרוני ערכיות (10 זוגות).
•שני אטומי הפחמן קשורים זה לזה בקשר יחיד. לפחמן הראשון קשורים עוד שלושה אטומי H; לפחמן השני קשורים שני אטומי H ואטום O (4 קשרים לכל פחמן).
•אטום החמצן קשור לפחמן ולאטום H, ועליו שני זוגות אלקטרונים לא קושרים (אוקטט).
•לכל אטום מימן קשר יחיד אחד.

סעיף ב

תשובה:

אתנול: C2H6O\text{C}_2\text{H}_6\text{O}C2​H6​O ; פרופאן: C3H8\text{C}_3\text{H}_8C3​H8​

•אתנול, CH3CH2OH\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}CH3​CH2​OH: 2 אטומי C, 6 אטומי H (5 על הפחמנים ואחד בקבוצת OH), אטום O אחד ⇐ C2H6O\text{C}_2\text{H}_6\text{O}C2​H6​O.
•פרופאן, CH3CH2CH3\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_3CH3​CH2​CH3​: 3 אטומי C ו־8 אטומי H ⇐ C3H8\text{C}_3\text{H}_8C3​H8​.

סעיף ג

תשובה:

לענני האלקטרונים אותו גודל (26 אלקטרונים); בין מולקולות אתנול יש קשרי מימן, ובין מולקולות פרופאן רק אינטראקציות ואן דר ואלס – לכן טמפרטורת הרתיחה של אתנול גבוהה יותר.

טמפרטורת הרתיחה של אתנול (78∘C78^{\circ}\text{C}78∘C) גבוהה בהרבה מזו של פרופאן (−42∘C-42^{\circ}\text{C}−42∘C).
שני החומרים מולקולריים; ברתיחה מחלישים את הקשרים בין המולקולות.
- גודל ענני האלקטרונים זהה: במולקולת C2H6O\text{C}_2\text{H}_6\text{O}C2​H6​O יש 2⋅6+6⋅1+8=262\cdot6+6\cdot1+8=262⋅6+6⋅1+8=26 אלקטרונים, ובמולקולת C3H8\text{C}_3\text{H}_8C3​H8​ – 3⋅6+8⋅1=263\cdot6+8\cdot1=263⋅6+8⋅1=26 אלקטרונים. לכן האינטראקציות ואן דר ואלס בשני החומרים בסדר גודל דומה.
- אתנול: במולקולה קבוצת OH – אטום מימן הקשור לאטום חמצן אלקטרושלילי, ולחמצן זוגות אלקטרונים לא קושרים. לכן בין המולקולות נוצרים קשרי מימן (נוסף על אינטראקציות ואן דר ואלס).
- פרופאן: מולקולה לא קוטבית; בין המולקולות יש רק אינטראקציות ואן דר ואלס.
קשרי מימן חזקים בהרבה מאינטראקציות ואן דר ואלס, ולכן יש להשקיע יותר אנרגיה כדי להפריד בין מולקולות אתנול – טמפרטורת הרתיחה שלו גבוהה יותר.

סעיף ד

תשובה:

שני החומרים נוזלים.

- אתנול – נוזל. −114∘C<−50∘C<78∘C-114^{\circ}\text{C} < -50^{\circ}\text{C} < 78^{\circ}\text{C}−114∘C<−50∘C<78∘C: הטמפרטורה גבוהה מטמפרטורת ההיתוך של אתנול ונמוכה מטמפרטורת הרתיחה שלו.
- פרופאן – נוזל. −188∘C<−50∘C<−42∘C-188^{\circ}\text{C} < -50^{\circ}\text{C} < -42^{\circ}\text{C}−188∘C<−50∘C<−42∘C: הטמפרטורה גבוהה מטמפרטורת ההיתוך של פרופאן ונמוכה (במעט) מטמפרטורת הרתיחה שלו.
טעות נפוצה: לקבוע שפרופאן גז "כי הוא גז בתנאי החדר" – ב־−50∘C-50^{\circ}\text{C}−50∘C הטמפרטורה עדיין נמוכה מטמפרטורת הרתיחה שלו.

סעיף ה

תשובה:

C2H5OH(l)→C2H5OH(aq)\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(l)} \rightarrow \text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(aq)}C2​H5​OH(l)​→C2​H5​OH(aq)​

אתנול הוא חומר מולקולרי; בהמסה המולקולות נשארות שלמות (אינן מתפרקות ליונים), ונוצרים קשרי מימן בין מולקולות האתנול למולקולות המים:
C2H5OH(l)→H2O(l)C2H5OH(aq)\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(l)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}} \text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(aq)}C2​H5​OH(l)​H2​O(l)​​C2​H5​OH(aq)​
(אפשר גם לכתוב C2H6O(l)→C2H6O(aq)\text{C}_2\text{H}_6\text{O}_{(l)} \rightarrow \text{C}_2\text{H}_6\text{O}_{(aq)}C2​H6​O(l)​→C2​H6​O(aq)​.)

סעיף ו

תשובה:

מולקולות אתנול יוצרות קשרי מימן עם מולקולות המים; פרופאן אינו קוטבי ואינו יכול ליצור קשרי מימן עם מולקולות המים – בינו לבין המים נוצרות רק אינטראקציות ואן דר ואלס חלשות.

•בין מולקולות המים יש קשרי מימן חזקים.
- אתנול: בקבוצת ה־OH יש אטום מימן הקשור לחמצן, ולאטום החמצן זוגות אלקטרונים לא קושרים. לכן בהמסה נוצרים קשרי מימן בין מולקולות האתנול למולקולות המים, בחוזק דומה לקשרים שהיו בכל חומר בנפרד – ולכן אתנול מתערבב עם מים בכל יחס.
- פרופאן: חומר לא קוטבי; אין בו אטום מימן הקשור ל־O, N או F, ואין בו זוגות אלקטרונים לא קושרים. לכן הוא אינו יכול ליצור קשרי מימן עם מולקולות המים, ובינו לבין המים נוצרות רק אינטראקציות ואן דר ואלס חלשות. ההמסה הייתה מחייבת החלשת קשרי מימן בין מולקולות המים בלי שייווצרו במקומם קשרים חזקים דומים – לכן פרופאן כמעט אינו מתמוסס במים.

סעיף ז

תשובה:

בין מולקולות כלורואתאן אין קשרי מימן (אין אטום H הקשור ל־O, N או F), ויש רק אינטראקציות דו־קוטב–דו־קוטב ואן דר ואלס, החלשות יחסית – לכן טמפרטורת הרתיחה שלו נמוכה מטמפרטורת החדר.

כלורואתאן (C2H5Cl\text{C}_2\text{H}_5\text{Cl}C2​H5​Cl) הוא חומר מולקולרי. כדי שיהיה גז בתנאי החדר, טמפרטורת הרתיחה שלו צריכה להיות נמוכה מטמפרטורת החדר – כלומר הקשרים בין מולקולותיו חלשים יחסית.
•כל אטומי המימן במולקולה קשורים לאטומי פחמן, ואין בה קבוצת OH; לכן בין מולקולות כלורואתאן אין קשרי מימן (בניגוד לאתנול, שיש בו קבוצת OH).
•הקשר C−Cl\text{C}-\text{Cl}C−Cl קוטבי והמולקולה קוטבית, ולכן בין המולקולות פועלות אינטראקציות דו־קוטב–דו־קוטב וואן דר ואלס בלבד (2⋅6+5⋅1+17=342\cdot6+5\cdot1+17=342⋅6+5⋅1+17=34 אלקטרונים במולקולה).
אינטראקציות אלה חלשות מקשרי מימן, ודרושה אנרגיה קטנה יחסית כדי להפריד בין המולקולות – טמפרטורת הרתיחה נמוכה מטמפרטורת החדר (בפועל כ־12∘C12^{\circ}\text{C}12∘C), ולכן בתנאי החדר כלורואתאן הוא גז.

שאלה 12 · נוזלי ניקוי – תרכובות פחמן, קשרים בין־מולקולריים ומסיסות

שאלה פתוחה20 נקודות

מבנה וקישור, תרכובות פחמן
נוזל לניקוי חלונות (נוזל A) ונוזל להסרת כתמים (נוזל B) הם תערובות של כמה חומרים.
לפניכם גרפים המתארים את הרכב הנוזלים.
(נתוני הגרפים – המסה היחסית של כל מרכיב (%)(\%)(%): נוזל A – מים (water)(\text{water})(water): 88%88\%88%, 2־פרופנול (propan-2-ol)(\text{propan-2-ol})(propan-2-ol): 7%7\%7%, 2־בוטוקסי־אתנול (2-butoxyethanol)(\text{2-butoxyethanol})(2-butoxyethanol): 3%3\%3%, אמוניה (ammonia)(\text{ammonia})(ammonia): 2%2\%2%. נוזל B – אצטון (פרופנון) (propanone)(\text{propanone})(propanone): 60%60\%60%, אתיל אתאנואט (ethyl ethanoate)(\text{ethyl ethanoate})(ethyl ethanoate): 25%25\%25%, 2־פרופנול: 10%10\%10%, מים: 5%5\%5%.)

א.

(1)

כתבו את השם של תרכובת הפחמן הנפוצה ביותר בנוזל A, ואת השם של תרכובת הפחמן הנפוצה ביותר בנוזל B.

(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 התרכובת הנפוצה ביותר בנוזל A גבוהה מטמפרטורת הרתיחה של התרכובת הנפוצה ביותר בנוזל B (מבין תרכובות הפחמן).
קבעו מהו הגורם העיקרי להבדל זה.

ב.

לקחו 100100100 גרם נוזל A והוסיפו לו תמיסה של מימן כלורי, HCℓ(aq)\text{HC}\ell_{(aq)}HCℓ(aq)​ , עד שהגיב בשלמות המרכיב היחיד בנוזל A המגיב עם חומצה.

(1)

רשמו את הנוסחה המולקולרית של המרכיב שהגיב עם החומצה.

(2)

על פי הנתונים בגרף, קבעו מהי מסת החומר שהגיב עם החומצה.

(3)

חשבו כמה מול מימן כלורי, HCℓ\text{HC}\ellHCℓ , נדרשו לתגובה. פרטו את חישוביכם.

ג.

לפניכם ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של מולקולה של אחד המרכיבים בנוזלים. מרכיב זה נמצא רק באחד משני הנוזלים.
קבעו באיזה משני הנוזלים, נוזל A או נוזל B, נמצאות מולקולות של החומר הנתון.
הסבירו את קביעתכם.

ד.

בחלק מתכשירי הניקוי "הירוקים" משתמשים בממס אתיל לקטט.
לפניכם ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של מולקולת אתיל לקטט, מולקולה A\text{A}A .
מולקולה A
נתון: החומר A\text{A}A מתערבב עם מים בכל יחס, ויש לו מסיסות גם בשמנים, 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 בשמנים.

◂ פתרון מלא לשאלה 12

סעיף א

(1)

תשובה:

נוזל A: 2־פרופנול (7%7\%7%); נוזל B: אצטון – פרופנון (60%60\%60%).

בנוזל A המרכיב הנפוץ ביותר הוא מים (88%88\%88%), אך מים אינם תרכובת פחמן. תרכובת הפחמן הנפוצה ביותר בנוזל A היא 2־פרופנול (7%7\%7%).
בנוזל B העמודה הגבוהה ביותר (60%60\%60%) היא של אצטון (פרופנון).
טעות נפוצה: לציין מים או אמוניה – אלה אינם תרכובות פחמן.

(2)

תשובה:

2־פרופנול: CH3CH(OH)CH3\text{CH}_3\text{CH(OH)CH}_3CH3​CH(OH)CH3​; אצטון: CH3COCH3\text{CH}_3\text{COCH}_3CH3​COCH3​.

- 2־פרופנול – שרשרת של 333 אטומי פחמן, וקבוצת הידרוקסיל קשורה לאטום הפחמן האמצעי: CH3CH(OH)CH3\text{CH}_3\text{CH(OH)CH}_3CH3​CH(OH)CH3​.
- אצטון (פרופנון) – שרשרת של 333 אטומי פחמן, ואטום הפחמן האמצעי קשור בקשר כפול לאטום חמצן (קבוצה קטונית): CH3COCH3\text{CH}_3\text{COCH}_3CH3​COCH3​.
טעות נפוצה: לרשום את קבוצת ההידרוקסיל בקצה השרשרת (CH3CH2CH2OH\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{OH}CH3​CH2​CH2​OH – זהו 1־פרופנול).

(3)

תשובה:

2־פרופנול: C3H8O\text{C}_3\text{H}_8\text{O}C3​H8​O; אצטון: C3H6O\text{C}_3\text{H}_6\text{O}C3​H6​O.

סופרים את האטומים מכל סוג בייצוג המקוצר:
- CH3CH(OH)CH3\text{CH}_3\text{CH(OH)CH}_3CH3​CH(OH)CH3​: 333 אטומי פחמן, 3+1+1+3=83+1+1+3 = 83+1+1+3=8 אטומי מימן, אטום חמצן אחד – C3H8O\text{C}_3\text{H}_8\text{O}C3​H8​O.
- CH3COCH3\text{CH}_3\text{COCH}_3CH3​COCH3​: 333 אטומי פחמן, 666 אטומי מימן, אטום חמצן אחד – C3H6O\text{C}_3\text{H}_6\text{O}C3​H6​O.

(4)

תשובה:

נוכחות קשרי מימן בין מולקולות 2־פרופנול (קבוצת הידרוקסיל), לעומת היעדר קשרי מימן בין מולקולות אצטון.

הגורם העיקרי: קשרי מימן בין מולקולות 2־פרופנול. במולקולת 2־פרופנול יש קבוצת הידרוקסיל – אטום מימן הקשור לאטום חמצן – ולכן בין המולקולות נוצרים קשרי מימן. במולקולת אצטון אין אטום מימן הקשור לאטום חמצן, ולכן בין מולקולות אצטון אין קשרי מימן (רק אינטראקציות ון־דר־ולס).
(גודל ענני האלקטרונים של שתי המולקולות כמעט זהה – 343434 ו־323232 אלקטרונים – ולכן אין זה הגורם להבדל.)
טעות נפוצה: לציין שבאצטון יש קשרי מימן משום שיש במולקולה אטום חמצן – לקשר מימן נדרש גם אטום מימן הקשור לאטום O\text{O}O, N\text{N}N או F\text{F}F.

סעיף ב

(1)

תשובה:

NH3\text{NH}_3NH3​

אמוניה, NH3\text{NH}_3NH3​, היא בסיס: לאטום החנקן זוג אלקטרונים לא קושר שיכול לקבל פרוטון מיון H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ וליצור יון NH4+\text{NH}_4^{+}NH4+​. מים, 2־פרופנול ו־2־בוטוקסי־אתנול אינם מגיבים עם החומצה.

(2)

תשובה:

222 גרם

לפי הגרף, המסה היחסית של אמוניה בנוזל A היא 2%2\%2%:
m=0.02⋅100 g=2 gm = 0.02 \cdot 100\ \text{g} = 2\ \text{g}m=0.02⋅100 g=2 g

(3)

תשובה:

0.118 mol0.118\ \text{mol}0.118 mol

מסה מולרית: Mw(NH3)=14.0+3⋅1.0=17.0 gmolM_w(\text{NH}_3) = 14.0 + 3\cdot 1.0 = 17.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}Mw​(NH3​)=14.0+3⋅1.0=17.0 molg​
מספר מולי אמוניה: n=mMw=2 g17.0 gmol=0.118 moln = \frac{m}{M_w} = \frac{2\ \text{g}}{17.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}} = 0.118\ \text{mol}n=Mw​m​=17.0 molg​2 g​=0.118 mol
יחס מולים: לפי התגובה n(NH3):n(H3O+)=1:1n(\text{NH}_3) : n(\text{H}_3\text{O}^{+}) = 1:1n(NH3​):n(H3​O+)=1:1, ולפי 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)−​ כל מול HCℓ\text{HC}\ellHCℓ נותן מול יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+.
n(HCℓ)=n(NH3)=0.118 moln(\text{HC}\ell) = n(\text{NH}_3) = 0.118\ \text{mol}n(HCℓ)=n(NH3​)=0.118 mol
טעות נפוצה: לחשב לפי 100100100 גרם נוזל במקום לפי 222 גרם אמוניה.

סעיף ג

תשובה:

בנוזל B – זו מולקולה של אתיל אתאנואט, CH3COOCH2CH3\text{CH}_3\text{COOCH}_2\text{CH}_3CH3​COOCH2​CH3​, המופיע רק בגרף של נוזל B.

בנוזל B.
נזהה את המולקולה: בשרשרת 444 אטומי פחמן ו־222 אטומי חמצן. אטום פחמן אחד קשור בקשר כפול לאטום חמצן ובקשר יחיד לאטום חמצן שני, הקשור לשרשרת של שני אטומי פחמן – זו קבוצה אסטרית. המולקולה היא CH3COOCH2CH3\text{CH}_3\text{COOCH}_2\text{CH}_3CH3​COOCH2​CH3​, אתיל אתאנואט (C4H8O2\text{C}_4\text{H}_8\text{O}_2C4​H8​O2​).
לפי הגרפים, אתיל אתאנואט נמצא בנוזל B (25%25\%25%) ואינו נמצא בנוזל A. לכן המולקולה הנתונה נמצאת רק בנוזל B.
טעות נפוצה: לזהות את המולקולה כ־2־בוטוקסי־אתנול משום שיש בה אטומי חמצן – ב־2־בוטוקסי־אתנול יש קבוצת הידרוקסיל וקבוצה אתרית ואין קשר כפול C=O\text{C}=\text{O}C=O.

סעיף ד

(1)

תשובה:

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

בייצוג מלא מסרטטים את כל האטומים ואת כל הקשרים:
•שרשרת: CH3\text{CH}_3CH3​ – אטום פחמן הקשור לקבוצת O−H\text{O}-\text{H}O−H ולאטום מימן אחד – אטום פחמן הקשור בקשר כפול לאטום חמצן ובקשר יחיד לאטום חמצן שני – אטום החמצן השני קשור לקבוצת CH2\text{CH}_2CH2​ – CH3\text{CH}_3CH3​.
•בסך הכול: 555 אטומי פחמן, 101010 אטומי מימן ו־333 אטומי חמצן.

(2)

תשובה:

הידרוקסיל ואסטר.

•הקבוצה −OH-\text{OH}−OH הקשורה לאטום הפחמן השני – הידרוקסיל.
•הקבוצה −C(=O)−O−-\text{C}(=\text{O})-\text{O}-−C(=O)−O− – אסטר.
טעות נפוצה: לזהות את −COO−-\text{COO}-−COO− כ"קרבוקסיל" – בקבוצה קרבוקסילית אטום החמצן קשור לאטום מימן, ואילו כאן הוא קשור לאטום פחמן.

(3)

תשובה:

חלקים קוטביים (הידרוקסיל, אסטר) יוצרים קשרי מימן עם מולקולות מים; החלקים הלא קוטביים (CH3\text{CH}_3CH3​, CH2CH3\text{CH}_2\text{CH}_3CH2​CH3​) יוצרים אינטראקציות ון־דר־ולס עם מולקולות השמן.

מסיסות במים: במולקולה A\text{A}A יש קבוצת הידרוקסיל (O−H\text{O}-\text{H}O−H), ולאטומי החמצן שבה ובקבוצה האסטרית יש 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 בשמנים: מולקולות השמן בנויות בעיקר משרשראות פחמימניות לא קוטביות. במולקולה A\text{A}A יש חלקים פחמימניים לא קוטביים (קבוצות CH3\text{CH}_3CH3​ וקבוצת האתיל), ולכן בין מולקולות A\text{A}A לבין מולקולות השמן נוצרות אינטראקציות ון־דר־ולס.
טעות נפוצה: לתאר קשרים בין חומרים במקום בין מולקולות הממס למולקולות המומס.

שאלה 13 · תרכובות מנגן: חמצון-חיזור וחומצות

שאלה פתוחה20 נקודות

חמצון חיזור וחומצות ובסיסים
למנגן, Mn , תרכובות רבות: אשלגן פרמנגנט, KMnO4\text{KMnO}_4KMnO4​ , משמש לחיטוי, ומנגן דו-חמצני, MnO2\text{MnO}_2MnO2​ , נמצא בסוללות רבות. לפניך שלוש תגובות (1)-(3) של תרכובות מנגן.
(1)MnO2(s)+4HCl(aq)→MnCl2(aq)+Cl2(g)+2H2O(l)(1)\quad \text{MnO}_{2(s)} + 4\text{HCl}_{(aq)} \rightarrow \text{MnCl}_{2(aq)} + \text{Cl}_{2(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(l)}(1)MnO2(s)​+4HCl(aq)​→MnCl2(aq)​+Cl2(g)​+2H2​O(l)​
(2)2KMnO4(s)→K2MnO4(s)+MnO2(s)+O2(g)(2)\quad 2\text{KMnO}_{4(s)} \rightarrow \text{K}_2\text{MnO}_{4(s)} + \text{MnO}_{2(s)} + \text{O}_{2(g)}(2)2KMnO4(s)​→K2​MnO4(s)​+MnO2(s)​+O2(g)​ (בחימום)
(3)4MnO2(s)→2Mn2O3(s)+O2(g)(3)\quad 4\text{MnO}_{2(s)} \rightarrow 2\text{Mn}_2\text{O}_{3(s)} + \text{O}_{2(g)}(3)4MnO2(s)​→2Mn2​O3(s)​+O2(g)​ (בחימום חזק)

א.

(i)

העתק את הטבלה שלפניך למחברת הבחינה.
דרגת החמצון של אטומי Mn+7+6+4+3+2
תרכובת המנגן
קבע את דרגת החמצון של אטומי Mn בכל אחת מתרכובות המנגן שבתגובות (1) - (3), והשלם את הטבלה בהתאם.

(ii)

נתון: דרגת החמצון המרבית של מנגן היא +7+7+7 , והמזערית היא 0.
מבין תרכובות המנגן המופיעות בתגובות (1) , (2) , (3), ציין את התרכובות שבהן אטומי Mn יכולים גם לקבל אלקטרונים וגם למסור אלקטרונים. נמק.

ב.

קבע עבור כל אחד מן ההיגדים c , b , a שלפניך אם הוא נכון או לא נכון. נמק כל קביעה.
a. בתגובה (1) המימן הכלורי, HCl(aq)\text{HCl}_{(aq)}HCl(aq)​ , פועל כמחזר.
b. בתגובה (2), כאשר מגיבים 2 מול KMnO4\text{KMnO}_4KMnO4​ , עוברים 2 מול אלקטרונים.
c. בתגובה (3) MnO2\text{MnO}_2MnO2​ פועל גם כמחמצן וגם כמחזר.

ג.

לפניך שתי תגובות (4) - (5) שהתרחשו בתמיסות של מימן כלורי, HCl(aq)\text{HCl}_{(aq)}HCl(aq)​ :
בתגובה (4) הוסיפו לתמיסה MnO2(s)\text{MnO}_{2(s)}MnO2(s)​ (זהו ניסוח יוני של תגובה (1)).
בתגובה (5) הוסיפו לתמיסה אחרת כסף חנקתי מוצק, AgNO3(s)\text{AgNO}_{3(s)}AgNO3(s)​ , ונוצר משקע לבן.
(4)MnO2(s)+4H3O(aq)++2Cl(aq)−→Mn(aq)2++Cl2(g)+6H2O(l)(4)\quad \text{MnO}_{2(s)} + 4\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + 2\text{Cl}^{-}_{(aq)} \rightarrow \text{Mn}^{2+}_{(aq)} + \text{Cl}_{2(g)} + 6\text{H}_2\text{O}_{(l)}(4)MnO2(s)​+4H3​O(aq)+​+2Cl(aq)−​→Mn(aq)2+​+Cl2(g)​+6H2​O(l)​
(5)Ag(aq)++Cl(aq)−→AgCl(s)(5)\quad \text{Ag}^{+}_{(aq)} + \text{Cl}^{-}_{(aq)} \rightarrow \text{AgCl}_{(s)}(5)Ag(aq)+​+Cl(aq)−​→AgCl(s)​
קבע אם במהלך כל אחת מן התגובות (4) ו- (5) ה- pH של התמיסה עלה, ירד או לא השתנה (הנח שנפח התמיסה לא השתנה). נמק.

ד.

הכניסו 2.00 גרם נתרן הידרוקסידי, NaOH(s)\text{NaOH}_{(s)}NaOH(s)​ , לתוך 100 מ"ל תמיסת חומצה גופריתית, H2SO4(aq)\text{H}_2\text{SO}_{4(aq)}H2​SO4(aq)​ , בריכוז 0.250 M.
לפניך ניסוח התגובה שהתרחשה.
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)​
קבע אם בתום התגובה ה- pH של התמיסה שהתקבלה היה גדול מ- 7 , קטן מ- 7 , או שווה ל- 7.
פרט את חישוביך, והסבר.

◂ פתרון מלא לשאלה 13

סעיף א

(i)

תשובה:

ראו הטבלה בפתרון.

דרגת החמצון של K היא +1+1+1, של O היא −2-2−2 ושל Cl (ביון כלוריד) היא −1-1−1; סכום דרגות החמצון בתרכובת הוא 0:
- KMnO4\text{KMnO}_4KMnO4​: (+1)+x+4⋅(−2)=0(+1) + x + 4\cdot(-2) = 0(+1)+x+4⋅(−2)=0 ⟸ x=+7x = +7x=+7
- K2MnO4\text{K}_2\text{MnO}_4K2​MnO4​: 2⋅(+1)+x+4⋅(−2)=02\cdot(+1) + x + 4\cdot(-2) = 02⋅(+1)+x+4⋅(−2)=0 ⟸ x=+6x = +6x=+6
- MnO2\text{MnO}_2MnO2​: x+2⋅(−2)=0x + 2\cdot(-2) = 0x+2⋅(−2)=0 ⟸ x=+4x = +4x=+4
- Mn2O3\text{Mn}_2\text{O}_3Mn2​O3​: 2x+3⋅(−2)=02x + 3\cdot(-2) = 02x+3⋅(−2)=0 ⟸ x=+3x = +3x=+3
- MnCl2\text{MnCl}_2MnCl2​: x+2⋅(−1)=0x + 2\cdot(-1) = 0x+2⋅(−1)=0 ⟸ x=+2x = +2x=+2
דרגת החמצון של אטומי Mn+7+6+4+3+2
תרכובת המנגןKMnO4\text{KMnO}_4KMnO4​K2MnO4\text{K}_2\text{MnO}_4K2​MnO4​MnO2\text{MnO}_2MnO2​Mn2O3\text{Mn}_2\text{O}_3Mn2​O3​MnCl2\text{MnCl}_2MnCl2​

דרגת החמצון של אטומי Mn	+7	+6	+4	+3	+2
תרכובת המנגן	$\text{KMnO}_4$	$\text{K}_2\text{MnO}_4$	$\text{MnO}_2$	$\text{Mn}_2\text{O}_3$	$\text{MnCl}_2$

(ii)

תשובה:

K2MnO4\text{K}_2\text{MnO}_4K2​MnO4​, MnO2\text{MnO}_2MnO2​, Mn2O3\text{Mn}_2\text{O}_3Mn2​O3​, MnCl2\text{MnCl}_2MnCl2​.

K2MnO4\text{K}_2\text{MnO}_4K2​MnO4​ (+6+6+6), MnO2\text{MnO}_2MnO2​ (+4+4+4), Mn2O3\text{Mn}_2\text{O}_3Mn2​O3​ (+3+3+3) ו-MnCl2\text{MnCl}_2MnCl2​ (+2+2+2).
נימוק: אטום מקבל אלקטרונים כאשר דרגת החמצון שלו יורדת, ומוסר אלקטרונים כאשר היא עולה.
•בתרכובות אלה דרגת החמצון של Mn נמצאת בין המזערית (0) למרבית (+7+7+7), ולכן היא יכולה גם לרדת (Mn מקבל אלקטרונים) וגם לעלות (Mn מוסר אלקטרונים).
•ב-KMnO4\text{KMnO}_4KMnO4​ דרגת החמצון של Mn היא +7+7+7, המרבית – היא יכולה רק לרדת, ולכן אטום Mn בתרכובת זו יכול רק לקבל אלקטרונים.

סעיף ב

תשובה:

a – נכון; b – לא נכון (עוברים 4 מול אלקטרונים); c – נכון.

a – נכון. בתגובה (1) חלק מאטומי הכלור עוברים מדרגת חמצון −1-1−1 (ב-HCl\text{HCl}HCl) ל-0 (ב-Cl2\text{Cl}_2Cl2​): הם מוסרים אלקטרונים, ולכן HCl\text{HCl}HCl פועל כמחזר. (המחמצן הוא MnO2\text{MnO}_2MnO2​: Mn יורד מ-+4+4+4 ל-+2+2+2.)
b – לא נכון. בתגובה (2) אטומי חמצן מוסרים אלקטרונים: 2 אטומי O עוברים מ-−2-2−2 ל-0 (ב-O2\text{O}_2O2​):
2 mol O⋅2 mol e−mol O=4 mol e−2\ \text{mol O} \cdot 2\ \frac{\text{mol e}^-}{\text{mol O}} = 4\ \text{mol e}^-2 mol O⋅2 mol Omol e−​=4 mol e−
בדיקה דרך המחמצן: מתוך 2 מול Mn (+7+7+7), מול אחד יורד ל-+6+6+6 (מקבל 1 mol e−1\ \text{mol e}^-1 mol e−) ומול אחד יורד ל-+4+4+4 (מקבל 3 mol e−3\ \text{mol e}^-3 mol e−) – סה"כ 4 mol e−4\ \text{mol e}^-4 mol e−. לכן עוברים 4 מול אלקטרונים ולא 2.
c – נכון. בתגובה (3) דרגת החמצון של Mn יורדת מ-+4+4+4 (ב-MnO2\text{MnO}_2MnO2​) ל-+3+3+3 (ב-Mn2O3\text{Mn}_2\text{O}_3Mn2​O3​) – אטומי Mn מקבלים אלקטרונים, כלומר MnO2\text{MnO}_2MnO2​ פועל כמחמצן. באותה תגובה חלק מאטומי החמצן שב-MnO2\text{MnO}_2MnO2​ עוברים מ-−2-2−2 ל-0 (ב-O2\text{O}_2O2​) – מוסרים אלקטרונים, כלומר MnO2\text{MnO}_2MnO2​ פועל גם כמחזר.

סעיף ג

תשובה:

בתגובה (4) ה-pH עלה; בתגובה (5) ה-pH לא השתנה.

- תגובה (4) – ה-pH עלה. יוני H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}H3​O(aq)+​ הם מגיבים (4 מול לכל מול MnO2\text{MnO}_2MnO2​) והופכים למים, ואינם מופיעים בצד התוצרים. ריכוז יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+ קטן, התמיסה פחות חומצית ⟸ ה-pH עולה.
- תגובה (5) – ה-pH לא השתנה. בתגובת השיקוע משתתפים רק יוני Ag+\text{Ag}^+Ag+ ו-Cl−\text{Cl}^-Cl−; יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+ אינם מגיבים ואינם נוצרים, והנפח לא השתנה – ריכוזם נשאר קבוע, ולכן ה-pH לא השתנה. (יוני NO3−\text{NO}_3^-NO3−​ שנוספו אינם משפיעים על ה-pH.)
טעות נפוצה: לחשוב שכל תגובה המתרחשת בתמיסה חומצית משנה את ה-pH – ה-pH משתנה רק אם ריכוז יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+ משתנה.

סעיף ד

תשובה:

pH שווה ל-7: n(OH−)=n(H3O+)=0.0500 moln(\text{OH}^-) = n(\text{H}_3\text{O}^+) = 0.0500\ \text{mol}n(OH−)=n(H3​O+)=0.0500 mol – סתירה מלאה.

1. מולי OH−\text{OH}^-OH−:
M(NaOH)=23.0+16.0+1.0=40.0 gmolM(\text{NaOH}) = 23.0 + 16.0 + 1.0 = 40.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(NaOH)=23.0+16.0+1.0=40.0 molg​
n(NaOH)=mM=2.00 g40.0 g/mol=0.0500 moln(\text{NaOH}) = \frac{m}{M} = \frac{2.00\ \text{g}}{40.0\ \text{g/mol}} = 0.0500\ \text{mol}n(NaOH)=Mm​=40.0 g/mol2.00 g​=0.0500 mol
NaOH(s)→Na(aq)++OH(aq)−\text{NaOH}_{(s)} \rightarrow \text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}NaOH(s)​→Na(aq)+​+OH(aq)−​ ⟸ n(OH−)=0.0500 moln(\text{OH}^-) = 0.0500\ \text{mol}n(OH−)=0.0500 mol
2. מולי H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+:
n(H2SO4)=C⋅V=0.250 molL⋅0.100 L=0.0250 moln(\text{H}_2\text{SO}_4) = C \cdot V = 0.250\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 0.100\ \text{L} = 0.0250\ \text{mol}n(H2​SO4​)=C⋅V=0.250 Lmol​⋅0.100 L=0.0250 mol
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)​ – מכל מול חומצה גופריתית מתקבלים 2 מול יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+:
n(H3O+)=2⋅0.0250 mol=0.0500 moln(\text{H}_3\text{O}^+) = 2 \cdot 0.0250\ \text{mol} = 0.0500\ \text{mol}n(H3​O+)=2⋅0.0250 mol=0.0500 mol
3. השוואה: לפי הניסוח H3O+:OH−=1:1\text{H}_3\text{O}^+ : \text{OH}^- = 1:1H3​O+:OH−=1:1. יש 0.0500 mol0.0500\ \text{mol}0.0500 mol מכל אחד – הכמויות שקולות, ואף אחד מהם אינו בעודף.
4. מסקנה: בתום התגובה מתקבלת סתירה מלאה. בתמיסה נשארים יוני Na+\text{Na}^+Na+ ו-SO42−\text{SO}_4^{2-}SO42−​ (תמיסת נתרן גופרתי), שאינם משפיעים על ה-pH – ה-pH שווה ל-7.
טעות נפוצה: לחשב את מולי H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+ כשווים למולי החומצה (0.0250 mol0.0250\ \text{mol}0.0250 mol) ולהסיק שהבסיס בעודף – חומצה גופריתית משחררת 2 יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+ לכל מולקולה.

שאלה 14 · פרופאן ופנטאן – מבנה ואנרגטיקה

שאלה פתוחה20 נקודות

מבנה וקישור, אנרגייה
שאלה זו עוסקת בפחמימנים פרופאן, C3H8(g)\text{C}_3\text{H}_{8(g)}C3​H8(g)​, ופנטאן, C5H12(ℓ)\text{C}_5\text{H}_{12(\ell)}C5​H12(ℓ)​. פרופאן הוא אחד המרכיבים העיקריים של גז בישול.

א.

(i)

הסבר מדוע, בטמפרטורת החדר, פנטאן הוא נוזל ואילו פרופאן הוא גז.

(ii)

בתנאים מתאימים, פרופאן מתמוסס בפנטאן.
הסבר מדוע פרופאן, C3H8(g)\text{C}_3\text{H}_{8(g)}C3​H8(g)​, מתמוסס בפנטאן, C5H12(ℓ)\text{C}_5\text{H}_{12(\ell)}C5​H12(ℓ)​.

(iii)

נסח את תהליך ההמסה של פרופאן בפנטאן.

ב.

(i)

בשרפה מלאה של פרופאן נוצרים פחמן דו־חמצני ומים.
סרטט את נוסחת הייצוג האלקטרונית של מולקולת פרופאן, C3H8\text{C}_3\text{H}_8C3​H8​, ואת נוסחת הייצוג האלקטרונית של מולקולת מים, H2O\text{H}_2\text{O}H2​O.

(ii)

היעזר בטבלת האלקטרושליליות שבדף הנוסחאות.
(1) קבע איזה קשר קוטבי יותר: הקשר C–H במולקולת פרופאן או הקשר O–H במולקולת מים.
(2) נתון: למולקולת המים מבנה זוויתי. קבע אם מולקולת המים קוטבית. נמק.

ג.

אנתלפיית האידוי של פנטאן היא 26.4 kJmol26.4\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}}26.4 molkJ​.

(i)

נסח את תהליך האידוי של פנטאן ורשום את ערכו וסימנו של ΔH0\Delta H^0ΔH0 לתהליך.

(ii)

נתון ניסוח התגובה של שרפה מלאה של פנטאן נוזלי (1) וכן שינוי האנתלפייה המלווה את התגובה.
(1)C5H12(ℓ)+8O2(g)→5CO2(g)+6H2O(ℓ)ΔH10=−3509 kJ(1)\quad \text{C}_5\text{H}_{12(\ell)} + 8\text{O}_{2(g)} \rightarrow 5\text{CO}_{2(g)} + 6\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}\qquad \Delta H_1^0 = -3509\ \text{kJ}(1)C5​H12(ℓ)​+8O2(g)​→5CO2(g)​+6H2​O(ℓ)​ΔH10​=−3509 kJ
נתון ניסוח התגובה של שרפה מלאה של פנטאן גז (2).
(2)C5H12(g)+8O2(g)→5CO2(g)+6H2O(ℓ)ΔH20=?(2)\quad \text{C}_5\text{H}_{12(g)} + 8\text{O}_{2(g)} \rightarrow 5\text{CO}_{2(g)} + 6\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}\qquad \Delta H_2^0 = ?(2)C5​H12(g)​+8O2(g)​→5CO2(g)​+6H2​O(ℓ)​ΔH20​=?
חשב את הערך של ΔH20\Delta H_2^0ΔH20​. פרט את חישוביך.

ד.

מכל בנפח 2.0 ליטר מכיל אדי פנטאן, C5H12(g)\text{C}_5\text{H}_{12(g)}C5​H12(g)​, בטמפרטורה של 47∘C47^{\circ}\text{C}47∘C ובלחץ של 0.80 אטמוספרה.
חשב כמה אנרגייה (בקילוג'אול) תשתחרר בשרפה מלאה של כל אדי הפנטאן שבמכל לפי תגובה (2).
היעזר בנתונים שבשאלה ובתשובותיך בסעיפים הקודמים, והנח שערך ΔH20\Delta H_2^0ΔH20​ אינו תלוי בטמפרטורה. 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​.

◂ פתרון מלא לשאלה 14

סעיף א

(i)

תשובה:

ענן האלקטרונים ושטח הפנים של מולקולת פנטאן גדולים יותר, ולכן אינטראקציות ואן דר ואלס בין מולקולותיו חזקות יותר.

שני החומרים הם פחמימנים – חומרים מולקולריים שמולקולותיהם לא קוטביות. לכן בין המולקולות בשני החומרים פועלות אינטראקציות ואן דר ואלס בלבד.
במולקולת פנטאן יש 5 אטומי פחמן ו־42 אלקטרונים, ובמולקולת פרופאן 3 אטומי פחמן ו־26 אלקטרונים. ענן האלקטרונים של מולקולת פנטאן גדול יותר, והמולקולה ארוכה יותר – שטח המגע בין המולקולות גדול יותר. לכן אינטראקציות ואן דר ואלס בין מולקולות פנטאן חזקות יותר.
בטמפרטורת החדר אין די אנרגייה כדי להתגבר לגמרי על האינטראקציות בין מולקולות פנטאן, ולכן הוא נוזל; האינטראקציות החלשות בין מולקולות פרופאן מתגברות כבר בטמפרטורה נמוכה בהרבה, ולכן הוא גז.

(ii)

תשובה:

שני החומרים לא קוטביים; אינטראקציות ואן דר ואלס שנוצרות ביניהם מפצות על אלה שמתפרקות.

שני החומרים בנויים ממולקולות לא קוטביות, ובכל אחד מהם פועלות בין המולקולות אינטראקציות ואן דר ואלס בלבד.
בהמסה מתפרקות אינטראקציות ואן דר ואלס בין מולקולות הפרופאן ובין מולקולות הפנטאן, ונוצרות במקומן אינטראקציות ואן דר ואלס בין מולקולות פרופאן למולקולות פנטאן. אלה אינטראקציות מאותו סוג, והן מפצות על האינטראקציות שהתפרקו, ולכן מולקולות הפרופאן יכולות להתפזר בין מולקולות הפנטאן.

(iii)

תשובה:

C3H8(g)→C5H12(ℓ)C3H8(C5H12)\text{C}_3\text{H}_{8(g)} \xrightarrow{\text{C}_5\text{H}_{12(\ell)}} \text{C}_3\text{H}_{8(\text{C}_5\text{H}_{12})}C3​H8(g)​C5​H12(ℓ)​​C3​H8(C5​H12​)​

C3H8(g)→C5H12(ℓ)C3H8(C5H12)\text{C}_3\text{H}_{8(g)} \xrightarrow{\text{C}_5\text{H}_{12(\ell)}} \text{C}_3\text{H}_{8(\text{C}_5\text{H}_{12})}C3​H8(g)​C5​H12(ℓ)​​C3​H8(C5​H12​)​
מולקולות הפרופאן אינן מתפרקות; הן עוברות ממצב גז למצב מומס, מוקפות במולקולות הממס פנטאן. (הכיתוב (C5H12)(\text{C}_5\text{H}_{12})(C5​H12​) במקום (aq)(aq)(aq) מציין שהממס אינו מים.)

סעיף ב

(i)

תשובה:

פרופאן: שרשרת C–C–C בקשרים יחידים, וכל פחמן משלים 4 קשרים עם אטומי H (8 אטומי H). מים: אטום O במרכז, שני קשרים יחידים ל־H ושני זוגות לא קושרים על O.

- פרופאן: לפחמן 4 אלקטרוני ערכיות ולמימן 1. שלושת אטומי הפחמן קשורים זה לזה בשרשרת בקשרים יחידים, וכל אטום פחמן משלים ל־4 קשרים עם אטומי מימן: לפחמני הקצה 3 אטומי H, ולפחמן האמצעי 2. סך אלקטרוני הערכיות 3⋅4+8⋅1=203\cdot 4 + 8\cdot 1 = 203⋅4+8⋅1=20 – עשרה זוגות קושרים, בלי זוגות לא קושרים.
- מים: לחמצן 6 אלקטרוני ערכיות. אטום O במרכז, קשור בשני קשרים יחידים לשני אטומי H, ועליו שני זוגות אלקטרונים לא קושרים (אוקטט). סך אלקטרוני הערכיות 6+2⋅1=86 + 2\cdot 1 = 86+2⋅1=8.

(ii)

תשובה:

(1) O–H קוטבי יותר. (2) מולקולת המים קוטבית – הקשרים הקוטביים אינם מסודרים באופן סימטרי.

(1) הפרשי האלקטרושליליות:
•C–H: 2.5−2.1=0.42.5 - 2.1 = 0.42.5−2.1=0.4
•O–H: 3.5−2.1=1.43.5 - 2.1 = 1.43.5−2.1=1.4
הפרש האלקטרושליליות בקשר O–H גדול בהרבה, ולכן הוא קוטבי יותר (δ−\delta^{-}δ− על O, δ+\delta^{+}δ+ על H).
(2) מולקולת המים קוטבית. שני הקשרים O–H קוטביים, ובמבנה הזוויתי שני אטומי המימן (בעלי δ+\delta^{+}δ+) נמצאים באותו צד של המולקולה ואטום החמצן (בעל δ−\delta^{-}δ−) בצד השני. מרכז המטען החיובי אינו חופף למרכז המטען השלילי – הקוטביות של הקשרים אינה מתקזזת, ולמולקולה קצה חיובי וקצה שלילי.

סעיף ג

(i)

תשובה:

C5H12(ℓ)→C5H12(g)ΔH0=+26.4 kJ\text{C}_5\text{H}_{12(\ell)} \rightarrow \text{C}_5\text{H}_{12(g)}\qquad \Delta H^0 = +26.4\ \text{kJ}C5​H12(ℓ)​→C5​H12(g)​ΔH0=+26.4 kJ

C5H12(ℓ)→C5H12(g)ΔH0=+26.4 kJ\text{C}_5\text{H}_{12(\ell)} \rightarrow \text{C}_5\text{H}_{12(g)}\qquad \Delta H^0 = +26.4\ \text{kJ}C5​H12(ℓ)​→C5​H12(g)​ΔH0=+26.4 kJ
אידוי הוא תהליך אנדותרמי – יש להשקיע אנרגייה כדי להתגבר על האינטראקציות בין המולקולות בנוזל – ולכן הסימן חיובי.

(ii)

תשובה:

ΔH20=−3535.4 kJ\Delta H_2^0 = -3535.4\ \text{kJ}ΔH20​=−3535.4 kJ

לפי חוק הס: נהפוך את תהליך האידוי (ונהפוך את סימן ΔH\Delta HΔH) ונחבר אותו לתגובה (1):
C5H12(g)→C5H12(ℓ)ΔH0=−26.4 kJ\text{C}_5\text{H}_{12(g)} \rightarrow \text{C}_5\text{H}_{12(\ell)}\qquad \Delta H^0 = -26.4\ \text{kJ}C5​H12(g)​→C5​H12(ℓ)​ΔH0=−26.4 kJ
C5H12(ℓ)+8O2(g)→5CO2(g)+6H2O(ℓ)ΔH10=−3509 kJ\text{C}_5\text{H}_{12(\ell)} + 8\text{O}_{2(g)} \rightarrow 5\text{CO}_{2(g)} + 6\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}\qquad \Delta H_1^0 = -3509\ \text{kJ}C5​H12(ℓ)​+8O2(g)​→5CO2(g)​+6H2​O(ℓ)​ΔH10​=−3509 kJ
סכום: C5H12(g)+8O2(g)→5CO2(g)+6H2O(ℓ)\text{C}_5\text{H}_{12(g)} + 8\text{O}_{2(g)} \rightarrow 5\text{CO}_{2(g)} + 6\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}C5​H12(g)​+8O2(g)​→5CO2(g)​+6H2​O(ℓ)​
ΔH20=−26.4 kJ+(−3509 kJ)=−3535.4 kJ\Delta H_2^0 = -26.4\ \text{kJ} + (-3509\ \text{kJ}) = -3535.4\ \text{kJ}ΔH20​=−26.4 kJ+(−3509 kJ)=−3535.4 kJ
הגיוני: C5H12(g)\text{C}_5\text{H}_{12(g)}C5​H12(g)​ נמצא ברמת אנתלפייה גבוהה יותר מ־C5H12(ℓ)\text{C}_5\text{H}_{12(\ell)}C5​H12(ℓ)​, ולכן בשרפתו משתחררת יותר אנרגייה.

סעיף ד

תשובה:

כ־216 kJ216\ \text{kJ}216 kJ (2.2⋅102 kJ2.2\cdot 10^{2}\ \text{kJ}2.2⋅102 kJ).

המרת טמפרטורה: T=47+273=320 KT = 47 + 273 = 320\ \text{K}T=47+273=320 K.
לפי משוואת הגזים PV=nRTPV = nRTPV=nRT:
n=PVRT=0.80 atm⋅2.0 L0.082 atm⋅Lmol⋅K⋅320 K=0.0610 moln = \frac{PV}{RT} = \frac{0.80\ \text{atm}\cdot 2.0\ \text{L}}{0.082\ \frac{\text{atm}\cdot\text{L}}{\text{mol}\cdot\text{K}}\cdot 320\ \text{K}} = 0.0610\ \text{mol}n=RTPV​=0.082 mol⋅Katm⋅L​⋅320 K0.80 atm⋅2.0 L​=0.0610 mol
לפי תת־סעיף ג ii, בשרפה של 1 מול C5H12(g)\text{C}_5\text{H}_{12(g)}C5​H12(g)​ משתחררים 3535.4 kJ:
Q=0.0610 mol⋅3535.4 kJmol=216 kJQ = 0.0610\ \text{mol}\cdot 3535.4\ \frac{\text{kJ}}{\text{mol}} = 216\ \text{kJ}Q=0.0610 mol⋅3535.4 molkJ​=216 kJ
בשרפת אדי הפנטאן שבמכל ישתחררו כ־216 kJ.
טעות נפוצה: להשתמש ב־ΔH10\Delta H_1^0ΔH10​ (פנטאן נוזלי) – במכל הפנטאן נמצא במצב גז, ולכן יש להשתמש ב־ΔH20\Delta H_2^0ΔH20​.

טבלת התשובות

שאלה	סעיף	תשובה
1	-	ב – ענן האלקטרונים של מולקולת הקסאן (50 אלקטרונים) גדול מזה של מולקולת פנטאן (42 אלקטרונים).
2	-	ג – מעבר פרוטונים בין יונים הוא הסבר ברמה המיקרוסקופית, ולא דבר שאפשר לראות או לחוש.
3	-	ב – היגדים II ו־III בלבד.
4	-	ד – $\Delta H^0 = +178\ \text{kJ}$
5	-	א – 9.2 גרם אתאנול (1.8 מול אטומים)
6	-	ב – $0.16\ \text{M}$
7	-	ב – I ו־II
8	-	ב – לתרכובות I, II ו־III אותה נוסחה מולקולרית, $\text{C}_4\text{H}_8\text{O}$ , ומבנה שונה; ל־IV – $\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}$ .
9	א	$C\approx 0.099\ \text{M}$ ( $0.0989\ \text{mol/L}$ )
	ב	$\text{H}_2\text{SO}_{4(l)}+2\text{H}_2\text{O}_{(l)}\rightarrow 2\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}+\text{SO}_4^{2-}{}_{(aq)}$ ; $\text{Ca(OH)}_{2(s)}\xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}}\text{Ca}^{2+}_{(aq)}+2\text{OH}^{-}_{(aq)}$ ; $\text{KNO}_{3(s)}\xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}}\text{K}^{+}_{(aq)}+\text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}$
	ג	תמיסת חומצה גופרתית: pH < 7; תמיסת סידן הידרוקסידי: pH > 7; תמיסת אשלגן חנקתי: pH = 7
	ד	מחמצן: $\text{O}_{2(g)}$ ; מחזר: $\text{S}_{(s)}$
	ה i	בין מולקולות המים פועלים קשרי מימן ואינטראקציות ואן דר ואלס; בין מולקולות $\text{H}_2\text{S}$ פועלות רק אינטראקציות ואן דר ואלס (חזקות מעט יותר משל המים בגלל ענן אלקטרונים גדול יותר). קשרי המימן חזקים בהרבה, ולכן סך הכוחות בין מולקולות המים חזק יותר.
	ה ii	$\text{O}_{2(g)}\xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}}\text{O}_{2(aq)}$
	ו i	$\text{CaO}_{(s)}+\text{H}_2\text{O}_{(l)}\rightarrow\text{Ca(OH)}_{2(s)}$
	ו ii	$\Delta H^0<0$ – לפי הקטע (שורה 10) "התערובת מתחממת מאוד"; התגובה אקסותרמית.
	ז	$\text{H}_2\text{O}_{(g)}\rightarrow\text{H}_2\text{O}_{(s)}$ (מעבר ישיר ממצב גז למצב מוצק)
	ח	הטמפרטורה היא גורם המשפיע על קצב התגובה: בקרקע קרה הטמפרטורה נמוכה, ולכן קצב התגובה (1), שבה נוצרת החומצה, קטן יותר.
10	א i	החלקיק Y.
	א ii	2,8,7
	ב i	קשר קוולנטי טהור.
	ב ii	לאטום Cl יש 7 אלקטרוני ערכיות; להשלמת אוקטט חסר לו אלקטרון אחד, ולכן הוא יוצר קשר יחיד אחד.
	ג	ענן האלקטרונים של $\text{Cl}_2$ גדול מזה של $\text{F}_2$ – אינטראקציות ון־דר־ולס חזקות יותר.
	ד	גם $\text{Cl}_2$ וגם $\text{CCl}_4$ אינם קוטביים; האינטראקציות ון־דר־ולס בין $\text{Cl}_2$ ל־ $\text{CCl}_4$ דומות בחוזקן לאלה שבחומרים הטהורים.
	ה i	$\text{CaCl}_2$
	ה ii	$[\,:\!\ddot{\underset{\cdot\cdot}{\text{Cl}}}\!:\,]^{-}$ $\quad$ $\text{Ca}^{2+}$ $\quad$ $[\,:\!\ddot{\underset{\cdot\cdot}{\text{Cl}}}\!:\,]^{-}$
	ה iii	$\text{Ca}_{(s)} + \text{Cl}_{2(g)} \rightarrow \text{CaCl}_{2(s)}$
	ו	$\text{H}_{2(g)} + \text{Cl}_{2(g)} \rightarrow 2\text{HCl}_{(g)}$
11	א	H₃C–CH₂–O–H: כל אטום פחמן יוצר 4 קשרים יחידים; אטום החמצן קשור לפחמן ולמימן ועליו שני זוגות אלקטרונים לא קושרים (ראו האיור).
	ב	אתנול: $\text{C}_2\text{H}_6\text{O}$ ; פרופאן: $\text{C}_3\text{H}_8$
	ג	לענני האלקטרונים אותו גודל (26 אלקטרונים); בין מולקולות אתנול יש קשרי מימן, ובין מולקולות פרופאן רק אינטראקציות ואן דר ואלס – לכן טמפרטורת הרתיחה של אתנול גבוהה יותר.
	ד	שני החומרים נוזלים.
	ה	$\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(l)} \rightarrow \text{C}_2\text{H}_5\text{OH}_{(aq)}$
	ו	מולקולות אתנול יוצרות קשרי מימן עם מולקולות המים; פרופאן אינו קוטבי ואינו יכול ליצור קשרי מימן עם מולקולות המים – בינו לבין המים נוצרות רק אינטראקציות ואן דר ואלס חלשות.
	ז	בין מולקולות כלורואתאן אין קשרי מימן (אין אטום H הקשור ל־O, N או F), ויש רק אינטראקציות דו־קוטב–דו־קוטב ואן דר ואלס, החלשות יחסית – לכן טמפרטורת הרתיחה שלו נמוכה מטמפרטורת החדר.
12	א 1	נוזל A: 2־פרופנול ( $7\%$ ); נוזל B: אצטון – פרופנון ( $60\%$ ).
	א 2	2־פרופנול: $\text{CH}_3\text{CH(OH)CH}_3$ ; אצטון: $\text{CH}_3\text{COCH}_3$ .
	א 3	2־פרופנול: $\text{C}_3\text{H}_8\text{O}$ ; אצטון: $\text{C}_3\text{H}_6\text{O}$ .
	א 4	נוכחות קשרי מימן בין מולקולות 2־פרופנול (קבוצת הידרוקסיל), לעומת היעדר קשרי מימן בין מולקולות אצטון.
	ב 1	$\text{NH}_3$
	ב 2	$2$ גרם
	ב 3	$0.118\ \text{mol}$
	ג	בנוזל B – זו מולקולה של אתיל אתאנואט, $\text{CH}_3\text{COOCH}_2\text{CH}_3$ , המופיע רק בגרף של נוזל B.
	ד 1	ראו איור: כל אטומי הפחמן, החמצן והמימן וכל הקשרים מסורטטים.
	ד 2	הידרוקסיל ואסטר.
	ד 3	חלקים קוטביים (הידרוקסיל, אסטר) יוצרים קשרי מימן עם מולקולות מים; החלקים הלא קוטביים ( $\text{CH}_3$ , $\text{CH}_2\text{CH}_3$ ) יוצרים אינטראקציות ון־דר־ולס עם מולקולות השמן.
13	א i	ראו הטבלה בפתרון.
	א ii	$\text{K}_2\text{MnO}_4$ , $\text{MnO}_2$ , $\text{Mn}_2\text{O}_3$ , $\text{MnCl}_2$ .
	ב	a – נכון; b – לא נכון (עוברים 4 מול אלקטרונים); c – נכון.
	ג	בתגובה (4) ה-pH עלה; בתגובה (5) ה-pH לא השתנה.
	ד	pH שווה ל-7: $n(\text{OH}^-) = n(\text{H}_3\text{O}^+) = 0.0500\ \text{mol}$ – סתירה מלאה.
14	א i	ענן האלקטרונים ושטח הפנים של מולקולת פנטאן גדולים יותר, ולכן אינטראקציות ואן דר ואלס בין מולקולותיו חזקות יותר.
	א ii	שני החומרים לא קוטביים; אינטראקציות ואן דר ואלס שנוצרות ביניהם מפצות על אלה שמתפרקות.
	א iii	$\text{C}_3\text{H}_{8(g)} \xrightarrow{\text{C}_5\text{H}_{12(\ell)}} \text{C}_3\text{H}_{8(\text{C}_5\text{H}_{12})}$
	ב i	פרופאן: שרשרת C–C–C בקשרים יחידים, וכל פחמן משלים 4 קשרים עם אטומי H (8 אטומי H). מים: אטום O במרכז, שני קשרים יחידים ל־H ושני זוגות לא קושרים על O.
	ב ii	(1) O–H קוטבי יותר. (2) מולקולת המים קוטבית – הקשרים הקוטביים אינם מסודרים באופן סימטרי.
	ג i	$\text{C}_5\text{H}_{12(\ell)} \rightarrow \text{C}_5\text{H}_{12(g)}\qquad \Delta H^0 = +26.4\ \text{kJ}$
	ג ii	$\Delta H_2^0 = -3535.4\ \text{kJ}$
	ד	כ־ $216\ \text{kJ}$ ( $2.2\cdot 10^{2}\ \text{kJ}$ ).

פרק ראשון

שאלה 1 · אינטראקציות ון־דר־ולס וגודל ענן האלקטרונים

התשובה הנכונה: ב.

שאלה 2 · תצפיות בתגובת גיר עם יוני הידרוניום

התשובה: ג.

שאלה 3 · חמצן דו־פלואורי – דרגת חמצון, קוטביות וכוחות בין מולקולות

שאלה 4 · אנתלפיית פירוק של סידן פחמתי מנתוני מסה ואנרגיה

התשובה הנכונה: ד.

שאלה 5 · השוואת מספר אטומים בדגימות – מסה, מולים ונפח גז

שאלה 6 · ריכוז יוני גופרה לאחר המסת מלח בתמיסה

יוני גופרה מן האלומיניום הגופרתי:

שאלה 7 · גורמים המשפיעים על קצב הבעירה של פחם

התשובה הנכונה: ב.

שאלה 8 · זיהוי איזומרים וקבוצות פונקציונליות

תשובה: ב.

שאלה 9 · מאמר: חומציות הקרקע – סיד, גופרית והורטנזיות

חומציות הקרקע – מה הגנן צריך לדעת?

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

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

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

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

סעיף ה

סעיף ו

סעיף ז

סעיף ח

פרק שני

שאלה 10 · היסוד כלור: איזוטופים, קישור ותכונות

מבנה האטום, מבנה וקישור

נמקו את תשובתכם.

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

הסבר:

סעיף ד

הסבר:

סעיף ה

סעיף ו

שאלה 11 · אתנול ופרופאן – ייצוג אלקטרונים, מצבי צבירה ומסיסות

מבנה וקישור

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

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

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

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

טמפרטורת הרתיחה של אתנול (78∘C78^{\circ}\text{C}78∘C) גבוהה בהרבה מזו של פרופאן (−42∘C-42^{\circ}\text{C}−42∘C).

סעיף ד

סעיף ה

סעיף ו

סעיף ז

שאלה 12 · נוזלי ניקוי – תרכובות פחמן, קשרים בין־מולקולריים ומסיסות

מבנה וקישור, תרכובות פחמן

מולקולה A

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

בנוזל B.

סעיף ד

שאלה 13 · תרכובות מנגן: חמצון-חיזור וחומצות

חמצון חיזור וחומצות ובסיסים

סעיף א

K2MnO4\text{K}_2\text{MnO}_4K2​MnO4​ (+6+6+6), MnO2\text{MnO}_2MnO2​ (+4+4+4), Mn2O3\text{Mn}_2\text{O}_3Mn2​O3​ (+3+3+3) ו-MnCl2\text{MnCl}_2MnCl2​ (+2+2+2).

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

1. מולי OH−\text{OH}^-OH−:

2. מולי H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+:

שאלה 14 · פרופאן ופנטאן – מבנה ואנרגטיקה

מבנה וקישור, אנרגייה

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

רוצים להשלים את חוויית הלמידה?

כל האתר במבט אחד

טמפרטורת הרתיחה של אתנול ( $78^{\circ}\text{C}$ ) גבוהה בהרבה מזו של פרופאן ( $-42^{\circ}\text{C}$ ).

$\text{K}_2\text{MnO}_4$ ( $+6$ ), $\text{MnO}_2$ ( $+4$ ), $\text{Mn}_2\text{O}_3$ ( $+3$ ) ו- $\text{MnCl}_2$ ( $+2$ ).

1. מולי $\text{OH}^-$ :

2. מולי $\text{H}_3\text{O}^+$ :