מתכונת 7 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 · מולקולות ללא דו־קוטב קבוע

רב-ברירה

בטבלה שלפניך מוצג מידע על המבנה המרחבי של ארבע מולקולות.
המולקולהH2S\text{H}_2\text{S}H2​SBCl3\text{BCl}_3BCl3​OCS\text{OCS}OCSCCl4\text{CCl}_4CCl4​
המבנה המרחבי של המולקולהזוויתימשולש מישוריקוויטטראדר
במולקולה OCS\text{OCS}OCS אטום הפחמן הוא האטום המרכזי, והוא קשור בקשר כפול לאטום החמצן ובקשר כפול לאטום הגופרית.
לאילו מבין המולקולות הנתונות אין דו־קוטב קבוע?

המולקולה	$\text{H}_2\text{S}$	$\text{BCl}_3$	$\text{OCS}$	$\text{CCl}_4$
המבנה המרחבי של המולקולה	זוויתי	משולש מישורי	קווי	טטראדר

א.
$\text{BCl}_3$ ו־ $\text{CCl}_4$
ב.
$\text{H}_2\text{S}$ ו־ $\text{OCS}$
ג.
$\text{OCS}$ ו־ $\text{CCl}_4$
ד.
$\text{H}_2\text{S}$ ו־ $\text{BCl}_3$

◂ פתרון מלא לשאלה 1

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א – BCl3\text{BCl}_3BCl3​ ו־CCl4\text{CCl}_4CCl4​

למולקולה אין דו־קוטב קבוע אם אין בה קשרים קוטביים, או שהקשרים הקוטביים זהים ומסודרים סימטרית כך שהקוטביות מתקזזת.
- H2S\text{H}_2\text{S}H2​S: שני קשרי S–H קוטביים (הפרש 2.5−2.1=0.42.5-2.1=0.42.5−2.1=0.4) במבנה זוויתי – הקוטביות אינה מתקזזת ⇐ יש דו־קוטב קבוע.
- BCl3\text{BCl}_3BCl3​: שלושה קשרים B–Cl זהים (הפרש 1.0) במבנה משולש מישורי סימטרי (זוויות של 120∘120^\circ120∘) ⇐ מתקזזים – אין דו־קוטב קבוע.
- OCS\text{OCS}OCS: המבנה קווי O=C=S, אך שני הקשרים שונים: הקשר C=O קוטבי (הפרש 3.5−2.5=1.03.5-2.5=1.03.5−2.5=1.0), ואילו בקשר C=S אין הפרש אלקטרושליליות (2.5−2.5=02.5-2.5=02.5−2.5=0). פיזור המטען אינו סימטרי (קצה החמצן שלילי חלקית) ⇐ יש דו־קוטב קבוע.
- CCl4\text{CCl}_4CCl4​: ארבעה קשרים C–Cl זהים בטטראדר סימטרי ⇐ אין דו־קוטב קבוע.
התשובה א. ב – אלה דווקא שתי המולקולות הקוטביות. ג – OCS\text{OCS}OCS אמנם קווית, אך קשריה שונים ולכן היא קוטבית. ד – H2S\text{H}_2\text{S}H2​S זוויתית ולכן קוטבית.
טעות נפוצה: לקבוע שכל מולקולה קווית אינה קוטבית (בהשוואה ל־CO2\text{CO}_2CO2​) בלי לבדוק אם הקשרים זהים.

שאלה 2 · גזים – מספר מולים ולחץ

רב-ברירה

בכלי A יש 16 גרם של גז חמצן, O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ .
בכלי B יש 16 גרם של גז מתאן, CH4(g)\text{CH}_{4(g)}CH4(g)​ .
נפח הכלים זהה והטמפרטורה בשני הכלים זהה.
מהי הקביעה הנכונה?

א.
מספר המולים של הגז בכלי A שווה למספר המולים של הגז בכלי B , ולכן הלחץ בשני הכלים שווה.
ב.
הלחץ בכלי A גדול פי 2 מן הלחץ בכלי B .
ג.
הלחץ בכלי B גדול פי 2 מן הלחץ בכלי A .
ד.
מספר המולים של הגז בכלי A גדול ממספר המולים של הגז בכלי B .

◂ פתרון מלא לשאלה 2

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג

מסות מולריות: MO2=2⋅16.0=32.0 g/molM_{\text{O}_2} = 2\cdot 16.0 = 32.0\ \text{g/mol}MO2​​=2⋅16.0=32.0 g/mol, MCH4=12.0+4⋅1.0=16.0 g/molM_{\text{CH}_4} = 12.0 + 4\cdot 1.0 = 16.0\ \text{g/mol}MCH4​​=12.0+4⋅1.0=16.0 g/mol.
n=mM:nO2=16 g32.0 g/mol=0.5 mol,nCH4=16 g16.0 g/mol=1.0 moln = \frac{m}{M}:\quad n_{\text{O}_2} = \frac{16\ \text{g}}{32.0\ \text{g/mol}} = 0.5\ \text{mol},\qquad n_{\text{CH}_4} = \frac{16\ \text{g}}{16.0\ \text{g/mol}} = 1.0\ \text{mol}n=Mm​:nO2​​=32.0 g/mol16 g​=0.5 mol,nCH4​​=16.0 g/mol16 g​=1.0 mol
בכלי B יש פי 2 מולים (לכן א ו־ד שגויות).
לפי PV=nRTPV = nRTPV=nRT: כאשר VVV ו־TTT שווים, הלחץ עומד ביחס ישר למספר המולים: PBPA=nBnA=1.0 mol0.5 mol=2\frac{P_B}{P_A} = \frac{n_B}{n_A} = \frac{1.0\ \text{mol}}{0.5\ \text{mol}} = 2PA​PB​​=nA​nB​​=0.5 mol1.0 mol​=2. הלחץ בכלי B גדול פי 2 – תשובה ג (ו־ב שגויה).
טעות נפוצה: להניח שמסות שוות של גזים פירושן מספר מולים שווה – יש לחלק במסה המולרית של כל גז.

שאלה 3 · אינטראקציות של פרופיל אמין במצב נוזל ובמים

רב-ברירה

לפניך ייצוג מלא לנוסחת המבנה של מולקולת פרופיל אמין (אמין ראשוני).
לפניך ארבעה היגדים, I-IV:
I. במצב נוזל בין המולקולות של פרופיל אמין יש רק אינטראקציות ון־דר־ולס.
II. במצב נוזל יש בין המולקולות של פרופיל אמין גם קשרי מימן, הנוצרים בין אטום מימן הקשור לאטום חנקן במולקולה אחת לבין זוג האלקטרונים הלא קושר של אטום חנקן במולקולה שכנה.
III. בתמיסה מימית של פרופיל אמין נוצרים קשרי מימן בין אטומי מימן הקשורים לאטומי פחמן במולקולות האמין לבין אטומי החמצן של מולקולות המים.
IV. בתמיסה מימית של פרופיל אמין נוצרים קשרי מימן בין אטומי מימן של מולקולות המים לבין זוג האלקטרונים הלא קושר של אטום החנקן.
מה הם ההיגדים הנכונים?

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

◂ פתרון מלא לשאלה 3

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – היגדים II ו־IV.

קשר מימן נוצר בין אטום מימן הקשור לאטום N, O או F במולקולה אחת, לבין זוג אלקטרונים לא קושר על אטום N, O או F במולקולה אחרת.
- I – שגוי, II – נכון: במולקולת פרופיל אמין יש שני אטומי מימן הקשורים לאטום חנקן (קבוצת −NH2-\text{NH}_2−NH2​; הפרש האלקטרושליליות 3.0−2.1=0.93.0-2.1=0.93.0−2.1=0.9), ולאטום החנקן יש זוג אלקטרונים לא קושר. לכן בין מולקולות האמין במצב נוזל יש קשרי מימן N–H···N, נוסף על אינטראקציות ון־דר־ולס. המילה "רק" בהיגד I הופכת אותו לשגוי.
- III – שגוי: אטומי מימן הקשורים לפחמן (הפרש אלקטרושליליות 0.4) אינם יוצרים קשרי מימן.
- IV – נכון: אטום מימן של מולקולת מים (קשור לחמצן) יוצר קשר מימן עם זוג האלקטרונים הלא קושר של אטום החנקן. (בתמיסה נוצרים גם קשרי מימן בין אטומי H של קבוצת −NH2-\text{NH}_2−NH2​ לבין אטומי החמצן של המים.)
ההיגדים הנכונים: II ו־IV – תשובה ב.

שאלה 4 · מסת מומס לפי מספר מולי היונים – אשלגן גופרתי

רב-ברירה

הכינו תמיסה מימית של אשלגן גופרתי, K2SO4(aq)\text{K}_2\text{SO}_{4(aq)}K2​SO4(aq)​ . מספר המולים הכולל של היונים בתמיסה הוא 0.060.060.06 מול.
מהי מסת האשלגן הגופרתי שהומסה?

א.
$2.70$ גרם
ב.
$3.49$ גרם
ג.
$5.23$ גרם
ד.
$10.46$ גרם

◂ פתרון מלא לשאלה 4

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – 3.493.493.49 גרם (0.020.020.02 מול K2SO4\text{K}_2\text{SO}_4K2​SO4​).

תשובה ב נכונה.
תהליך ההמסה: K2SO4(s)→H2O2K(aq)++SO42−(aq)\text{K}_2\text{SO}_{4(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} 2\text{K}^{+}_{(aq)} + \text{SO}_4^{2-}{}_{(aq)}K2​SO4(s)​H2​O​2K(aq)+​+SO42−​(aq)​
מכל מול מומס מתקבלים 333 מול יונים, ולכן:
n(K2SO4)=0.06 mol3=0.02 moln(\text{K}_2\text{SO}_4) = \frac{0.06\ \text{mol}}{3} = 0.02\ \text{mol}n(K2​SO4​)=30.06 mol​=0.02 mol
מסה מולרית: Mw(K2SO4)=2⋅39.1+32.1+4⋅16.0=174.3 gmolM_w(\text{K}_2\text{SO}_4) = 2\cdot 39.1 + 32.1 + 4\cdot 16.0 = 174.3\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}Mw​(K2​SO4​)=2⋅39.1+32.1+4⋅16.0=174.3 molg​
m=n⋅Mw=0.02 mol⋅174.3 gmol=3.49 gm = n\cdot M_w = 0.02\ \text{mol}\cdot 174.3\ \frac{\text{g}}{\text{mol}} = 3.49\ \text{g}m=n⋅Mw​=0.02 mol⋅174.3 molg​=3.49 g
למה האחרות שגויות:
- א. 2.702.702.70 גרם מתקבל מנוסחה שגויה KSO4\text{KSO}_4KSO4​ (135.2 gmol135.2\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}135.2 molg​) – בלי להתחשב במטען 2−2-2− של יון הגופרה ובצורך בשני יוני K+\text{K}^{+}K+.
- ג. 5.235.235.23 גרם מתקבל מהנחה שגויה שכל יחידה מתפרקת לשני יונים בלבד (0.030.030.03 מול מומס).
- ד. 10.4610.4610.46 גרם מתקבל כאשר מתייחסים ל־0.060.060.06 מול כאל מספר המולים של המומס.
טעות נפוצה: לבלבל בין מספר המולים של המומס לבין מספר המולים של היונים שבתמיסה.

שאלה 5 · חומר המעלה את ה־pH של מים

רב-ברירה

לכוס המכילה מים מזוקקים הכניסו חומר מסוים, והתקבלה תמיסה. הוספת החומר למים גרמה לעלייה בערך ה־ pH .
מהו החומר שהוסיפו למים?

א.
$\text{NaC}\ell_{(s)}$
ב.
$\text{CH}_3\text{NH}_{2(g)}$
ג.
$\text{HNO}_{3(\ell)}$
ד.
$\text{CH}_3\text{OH}_{(\ell)}$

◂ פתרון מלא לשאלה 5

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – מתילאמין מגיב עם מים כבסיס ונוצרים יוני OH−\text{OH}^{-}OH−.

תשובה: ב.
- ב – נכון: מתילאמין (אמין ראשוני, RNH2\text{RNH}_2RNH2​) מגיב עם מים כבסיס – מקבל יון H+\text{H}^{+}H+ ממולקולת מים: CH3NH2(g)+H2O(ℓ)→CH3NH3(aq)++OH(aq)−\text{CH}_3\text{NH}_{2(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow \text{CH}_3\text{NH}_{3(aq)}^{+} + \text{OH}^{-}_{(aq)}CH3​NH2(g)​+H2​O(ℓ)​→CH3​NH3(aq)+​+OH(aq)−​. נוצרים יוני OH−\text{OH}^{-}OH−, התמיסה בסיסית, וה־pH עולה (מעל 7).
- א – לא נכון: נתרן כלורי מתמוסס במים ליונים: NaCℓ(s)→H2ONa(aq)++Cℓ(aq)−\text{NaC}\ell_{(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{C}\ell^{-}_{(aq)}NaCℓ(s)​H2​O​Na(aq)+​+Cℓ(aq)−​. אין יצירה של יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ או OH−\text{OH}^{-}OH−, וה־pH נשאר 7.
- ג – לא נכון: חומצה חנקתית מגיבה עם מים כחומצה: 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)​ – ה־pH יורד.
- ד – לא נכון: מתנול מתמוסס במים כמולקולות שלמות (CH3OH(ℓ)→H2OCH3OH(aq)\text{CH}_3\text{OH}_{(\ell)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{CH}_3\text{OH}_{(aq)}CH3​OH(ℓ)​H2​O​CH3​OH(aq)​) ואינו מגיב עם המים כחומצה או כבסיס – ה־pH אינו משתנה.

שאלה 6 · מספר מולי חלקיקים מומסים – אשלגן גופרתי, אתנול וברזל חנקתי

רב-ברירה

לכל אחד משלושה כלים הכניסו 0.5 מול חומר, והוסיפו מים עד שהתקבלה תמיסה בנפח 1 ליטר.
בדיאגרמה שלפניך מוצג מספר המולים הכולל של חלקיקי החומר המומס בכל אחת משלוש התמיסות a , b ו־ c :
באיזו מן השורות א-ד החומרים המומסים בתמיסות a , b ו־ c מוצגים בהתאם לדיאגרמה?

א.
a: $\text{Fe(NO}_3)_3$ ; b: $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}$ ; c: $\text{K}_2\text{SO}_4$
ב.
a: $\text{K}_2\text{SO}_4$ ; b: $\text{Fe(NO}_3)_3$ ; c: $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}$
ג.
a: $\text{K}_2\text{SO}_4$ ; b: $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}$ ; c: $\text{Fe(NO}_3)_3$
ד.
a: $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}$ ; b: $\text{K}_2\text{SO}_4$ ; c: $\text{Fe(NO}_3)_3$

◂ פתרון מלא לשאלה 6

התשובה הנכונה: ג

תשובה:

ג — a: K2SO4\text{K}_2\text{SO}_4K2​SO4​ (1.5 מול), b: CH3CH2OH\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}CH3​CH2​OH (0.5 מול), c: Fe(NO3)3\text{Fe(NO}_3)_3Fe(NO3​)3​ (2.0 מול).

נרשום את תהליכי ההמסה של 0.5 מול מכל חומר:
- K2SO4(s)→2K(aq)++SO42−(aq)\text{K}_2\text{SO}_{4(s)} \rightarrow 2\text{K}^{+}_{(aq)} + \text{SO}_4^{2-}{}_{(aq)}K2​SO4(s)​→2K(aq)+​+SO42−​(aq)​ ← 3 יונים ליחידה: 3×0.5 mol=1.5 mol3\times 0.5\ \text{mol}=1.5\ \text{mol}3×0.5 mol=1.5 mol יונים.
- CH3CH2OH(l)→CH3CH2OH(aq)\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}_{(l)} \rightarrow \text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}_{(aq)}CH3​CH2​OH(l)​→CH3​CH2​OH(aq)​ ← חומר מולקולרי, המולקולות אינן מתפרקות ליונים: 0.5 mol0.5\ \text{mol}0.5 mol מולקולות.
- Fe(NO3)3(s)→Fe(aq)3++3NO3−(aq)\text{Fe(NO}_3)_{3(s)} \rightarrow \text{Fe}^{3+}_{(aq)} + 3\text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}Fe(NO3​)3(s)​→Fe(aq)3+​+3NO3−​(aq)​ ← 4 יונים ליחידה: 4×0.5 mol=2.0 mol4\times 0.5\ \text{mol}=2.0\ \text{mol}4×0.5 mol=2.0 mol יונים.
לפי הדיאגרמה: a — 1.5 מול (K2SO4\text{K}_2\text{SO}_4K2​SO4​), b — 0.5 מול (אתנול), c — 2.0 מול (Fe(NO3)3\text{Fe(NO}_3)_3Fe(NO3​)3​). תשובה ג נכונה.
•א: ב־a יהיו 2.0 מול וב־c 1.5 מול — הפוך מהדיאגרמה.
•ב: ב־b יהיו 2.0 מול וב־c 0.5 מול — אינו מתאים.
•ד: ב־a יהיו 0.5 מול וב־b 1.5 מול — אינו מתאים.
טעות נפוצה: לספור את יון החנקה NO3−\text{NO}_3^{-}NO3−​ כמה חלקיקים נפרדים — יון רב־אטומי הוא חלקיק אחד בתמיסה.

שאלה 7 · חוק הס – יצירת פחמן חד־חמצני

רב-ברירה

לפניכם ערכי ΔH0\Delta\text{H}^0ΔH0 עבור תגובות השרפה (1)–(2) :
(1) C(s)+O2(g)→CO2(g)\text{C}_{(s)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{CO}_{2(g)}C(s)​+O2(g)​→CO2(g)​ ΔH10=−393.5kJ\qquad \Delta\text{H}^0_1=-393.5\text{kJ}ΔH10​=−393.5kJ
(2) 2CO(g)+O2(g)→2CO2(g)2\text{CO}_{(g)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{CO}_{2(g)}2CO(g)​+O2(g)​→2CO2(g)​ ΔH20=−566.0kJ\qquad \Delta\text{H}^0_2=-566.0\text{kJ}ΔH20​=−566.0kJ
לפניכם תגובה (3) :
(3) 2C(s)+O2(g)→2CO(g)2\text{C}_{(s)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{CO}_{(g)}2C(s)​+O2(g)​→2CO(g)​ ΔH30= ?\qquad \Delta\text{H}^0_3=\ ?ΔH30​= ?
מהו ערכו של ΔH30\Delta\text{H}^0_3ΔH30​ עבור תגובה (3)?

א.
$+221.0\ \text{kJ}$
ב.
$+172.5\ \text{kJ}$
ג.
$-1353.0\ \text{kJ}$
ד.
$-221.0\ \text{kJ}$

◂ פתרון מלא לשאלה 7

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – ΔH30=−221.0 kJ\Delta H^0_3=-221.0\ \text{kJ}ΔH30​=−221.0 kJ

לפי חוק הס, אם תגובה מתקבלת מצירוף של תגובות אחרות, שינוי האנטלפיה שלה הוא הצירוף המתאים של שינויי האנטלפיה שלהן.
בתגובה (3) יש 2 מול C במגיבים, ולכן מכפילים את תגובה (1) ב־2. CO צריך להופיע בתוצרים, ולכן הופכים את תגובה (2) (היפוך משנה את סימן ΔH\Delta HΔH):
2C(s)+2O2(g)→2CO2(g)2ΔH10=2⋅(−393.5 kJ)=−787.0 kJ2\text{C}_{(s)} + 2\text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{CO}_{2(g)} \qquad 2\Delta H^0_1=2\cdot(-393.5\ \text{kJ})=-787.0\ \text{kJ}2C(s)​+2O2(g)​→2CO2(g)​2ΔH10​=2⋅(−393.5 kJ)=−787.0 kJ
2CO2(g)→2CO(g)+O2(g)−ΔH20=+566.0 kJ2\text{CO}_{2(g)} \rightarrow 2\text{CO}_{(g)} + \text{O}_{2(g)} \qquad -\Delta H^0_2=+566.0\ \text{kJ}2CO2(g)​→2CO(g)​+O2(g)​−ΔH20​=+566.0 kJ
בחיבור מצמצמים 2CO2(g)2\text{CO}_{2(g)}2CO2(g)​ ומול אחד של O2\text{O}_2O2​ משני הצדדים, ומתקבלת תגובה (3):
ΔH30=2ΔH10−ΔH20=−787.0 kJ+566.0 kJ=−221.0 kJ\Delta H^0_3=2\Delta H^0_1-\Delta H^0_2=-787.0\ \text{kJ}+566.0\ \text{kJ}=-221.0\ \text{kJ}ΔH30​=2ΔH10​−ΔH20​=−787.0 kJ+566.0 kJ=−221.0 kJ
תשובה ד.
- א – סימן הפוך: מתקבל אם הופכים בטעות גם את תגובה (1).
- ב (+172.5 kJ+172.5\ \text{kJ}+172.5 kJ) מתקבלת אם הופכים את תגובה (2) אבל שוכחים להכפיל את תגובה (1) ב־2: −393.5+566.0=+172.5-393.5+566.0=+172.5−393.5+566.0=+172.5.
- ג (−1353.0 kJ-1353.0\ \text{kJ}−1353.0 kJ) מתקבלת אם מחברים את 2ΔH102\Delta H^0_12ΔH10​ ו־ ΔH20\Delta H^0_2ΔH20​ בלי להפוך את תגובה (2).

שאלה 8 · דרגות חמצון של חנקן – רק חיזור

רב-ברירה

התרכובות א-ד מכילות אטומי חנקן.
באיזו תרכובת אטומי החנקן יוכלו לעבור רק תהליך חיזור?

א.
$\text{HNO}_{3(l)}$
ב.
$\text{NH}_{3(g)}$
ג.
$\text{N}_2\text{O}_{(g)}$
ד.
$\text{NO}_{2(g)}$

◂ פתרון מלא לשאלה 8

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א – HNO3\text{HNO}_3HNO3​ (דרגת חמצון +5)

אטום יכול לעבור רק חיזור (קליטת אלקטרונים, ירידה בדרגת החמצון) כאשר הוא נמצא בדרגת החמצון המרבית האפשרית לו. לחנקן (5 אלקטרוני ערכיות) דרגת החמצון המרבית היא +5 והמזערית −3.
•א: HNO3\text{HNO}_3HNO3​ – +1+x+3(−2)=0+1+x+3(-2)=0+1+x+3(−2)=0 ← N: +5 (המרבית) – יכול לעבור רק חיזור.
•ב: NH3\text{NH}_3NH3​ – H: +1, לכן N: −3 (המזערית) – יכול לעבור רק חמצון.
•ג: N2O\text{N}_2\text{O}N2​O – 2x+(−2)=02x+(-2)=02x+(−2)=0 ← N: +1 – יכול לעבור גם חמצון וגם חיזור.
•ד: NO2\text{NO}_2NO2​ – x+2(−2)=0x+2(-2)=0x+2(−2)=0 ← N: +4 – יכול לעבור גם חמצון (עד +5) וגם חיזור.
טעות נפוצה: לבחור ב־ד משום שבמולקולה "יש הרבה חמצן" – הקובע הוא דרגת החמצון של החנקן, ו־+4 אינה הדרגה המרבית.

שאלה 9 · כריות אוויר במכוניות – כימיה שמצילה חיים

שאלת מאמר20 נקודות

ניתוח קטע ממאמר מדעי – חובה
קראו את הקטע שלפניכם, וענו על הסעיפים שאחריו לפי ההנחיות (שאלת חובה – 20 נקודות).
כריות אוויר – כימיה של שבריר שנייה
כרית אוויר במכונית היא אמצעי בטיחות שמגן על הנוסעים בעת התנגשות.
בזמן התנגשות חזיתית הגוף של הנהג ממשיך לנוע קדימה ועלול לפגוע
בהגה או בלוח המחוונים. כרית האוויר מתנפחת בתוך פחות מעשירית השנייה,
ממלאת את הרווח בין הנוסע ובין חלקי המכונית ובולמת את תנועתו
בהדרגה. כדי שהכרית תתנפח במהירות כזאת, יש לייצר בתוכה כמות גדולה
של גז בזמן קצר מאוד.
התנפחות הכרית אינה מתרחשת בעזרת משאבה. בכריות האוויר הראשונות נמצאה בתוך
מכל מתכת קטן, העשוי פלדה או אלומיניום, טבלייה של חומר יוני
מוצק בשם נתרן אזידי, NaN3(s)\text{NaN}_{3(s)}NaN3(s)​ . החומר בנוי מיוני נתרן, Na+\text{Na}^{+}Na+ , ומיוני
אזיד, N3−\text{N}_3^{-}N3−​ . כאשר חיישן במכונית מזהה התנגשות, הוא שולח אות חשמלי
שמחמם את הטבלייה, והנתרן האזידי מתפרק במהירות ליסודותיו: נתרן מוצק וגז
חנקן, N2(g)\text{N}_{2(g)}N2(g)​ . הגז החם ממלא את הכרית ומנפח אותה.
הנתרן שנוצר בתגובה הוא מתכת המגיבה בקלות עם מים
ועם הלחות שבאוויר, ולכן אסור שיגיע אל הנוסעים. לשם כך מוסיפים
לטבלייה אשלגן חנקתי, KNO3(s)\text{KNO}_{3(s)}KNO3(s)​ , המגיב עם הנתרן. בתגובה זו נוצר עוד
גז חנקן ונוצרות תחמוצות של מתכות. התחמוצות מגיבות עם צורן דו־חמצני,
SiO2(s)\text{SiO}_{2(s)}SiO2(s)​ , שגם הוא נמצא בטבלייה, ונוצר חומר דמוי זכוכית שאינו מסוכן.
נתרן אזידי הוא חומר רעיל, ולכן חיפשו המהנדסים חלופות. בחלק מכריות
האוויר החדשות יש מכל סגור ובו גז דחוס, בדרך כלל הגז
האציל ארגון, Ar(g)\text{Ar}_{(g)}Ar(g)​ , ולעיתים גם הליום, He(g)\text{He}_{(g)}He(g)​ . הגזים האצילים כמעט אינם
מגיבים עם חומרים אחרים, ולכן אפשר לאחסן אותם שנים רבות במכל
סגור. בעת התנגשות נפתח המכל, והגז הדחוס יוצא אל הכרית יחד
עם גז חם שנוצר בתגובה כימית של כמות קטנה של חומר
מוצק.
חנקן, המרכיב העיקרי של האוויר, וארגון מופקים מאוויר. כדי להפריד ביניהם
מקררים את האוויר עד שהוא הופך לנוזל, ואחר כך מחממים אותו
בהדרגה: כל אחד מן המרכיבים רותח בטמפרטורה אחרת ונאסף בנפרד. הליום,
לעומת זאת, מופק מגז טבעי.
גם אחרי ההתנפחות התהליך אינו נגמר: הכרית עשויה בד ובו פתחים
קטנים, ומיד לאחר שהנוסע נלחץ אל הכרית, הגז יוצא דרך הפתחים
והכרית מתרוקנת. כך הכרית בולמת את הנוסע ואינה הודפת אותו לאחור.
האבקה הלבנה שנראית במכונית לאחר הפעלת כרית האוויר היא בדרך כלל
אבקה שמונעת מן הבד להידבק לעצמו כשהכרית מקופלת.
כריות אוויר הצילו חיים רבים. הן מיועדות לפעול יחד עם חגורת הבטיחות
ואינן מחליפות אותה. לאחר הפעלתן אי אפשר להשתמש בהן שוב, ויש
להחליף את כרית האוויר ואת המתקן המנפח אותה.
ענו על כל הסעיפים א–ה ועל אחד מן הסעיפים ו או ז.

א.

בכריות האוויר הראשונות מתרחשת תגובת פירוק של נתרן אזידי.

(1)

רשמו את הנוסחה של החומר היוני שמוסיפים לטבלייה כדי שיגיב עם הנתרן. הקפידו לרשום את מצב הצבירה.

(2)

נתרן אזידי מוצק אינו מוליך חשמל, אך תמיסה מימית של נתרן אזידי מוליכה חשמל. הסבירו עובדה זו.

(3)

נסחו ואזנו את תגובת הפירוק של נתרן אזידי ליסודותיו. התבססו על הקטע והקפידו לרשום מצבי צבירה.

ב.

(1)

ציינו מאפיין מאקרוסקופי אחד המשותף לכל אחד מזוגות החומרים האלה:
i. נתרן אזידי – אשלגן חנקתי
ii. נתרן – אלומיניום

(2)

מהו ההיגד הנכון?
i. אוויר ונתרן אזידי הם חומרים טהורים.
ii. חנקן ואשלגן חנקתי הם חומרים טהורים.

ג.

(1)

הסבירו את ההיגד: "ליון נתרן, Na+\text{Na}^{+}Na+ , ולאטום ניאון, Ne\text{Ne}Ne , יש אותו מספר אלקטרונים ואותה הערכת אלקטרונים, אך אלה חלקיקים שונים".

(2)

נתון חלקיק X שיש לו 7 פרוטונים, 7 נייטרונים ו־ 10 אלקטרונים.
קבעו מה הם סמל היסוד, המספר האטומי, מספר המסה והמטען של החלקיק X .

ד.

לפניכם שני היגדים המתייחסים למכל הסגור ובו ארגון דחוס, המותקן בכרית אוויר (שורות 19–21). נפח המכל קבוע. ביום חם עולה הטמפרטורה של המכל. קבעו מהו ההיגד הנכון.
i. כאשר הטמפרטורה של המכל עולה, הלחץ של הארגון במכל גדל.
ii. כאשר הטמפרטורה של המכל עולה, מספר אטומי הארגון במכל גדל.

ה.

בקטע מוזכרים שלושה גזים: חנקן, ארגון והליום.
נתונות טמפרטורות הרתיחה של הגזים האלה: 4K4\text{K}4K , 77K77\text{K}77K , 87K87\text{K}87K .
מבין הטמפרטורות הנתונות, קבעו מהי טמפרטורת הרתיחה של ארגון. ציינו את הגורם המשפיע על קביעתכם.

ו.

סעיף ו הוא סעיף בחירה. אם תבחרו לענות עליו, אל תענו על סעיף ז.
חשבו את הנפח של 42.0 גרם גז חנקן, N2(g)\text{N}_{2(g)}N2(g)​ , בתנאים שבהם הלחץ הוא 1.5 atm1.5\ \text{atm}1.5 atm והטמפרטורה היא 330K330\text{K}330K . פרטו את חישוביכם.
נתון: R=0.082 atm⋅litermol⋅KR=0.082\ \frac{\text{atm}\cdot\text{liter}}{\text{mol}\cdot\text{K}}R=0.082 mol⋅Katm⋅liter​ .

ז.

סעיף ז הוא סעיף בחירה. אם תבחרו לענות עליו, אל תענו על סעיף ו.
נניח שבמפעל לייצור כריות אוויר השתמשו בשנה מסוימת ב־ 520 טון נתרן אזידי.
חשבו כמה טון גז חנקן נוצרים בפירוק כל הנתרן האזידי הזה לפי התגובה שניסחתם בסעיף א(3). פרטו את חישוביכם.
נתון: 1 טון =1×106=1\times10^{6}=1×106 גרם.

◂ פתרון מלא לשאלה 9

סעיף א

(1)

תשובה:

KNO3(s)\text{KNO}_{3(s)}KNO3(s)​

לפי שורות 14–15: "מוסיפים לטבלייה אשלגן חנקתי, KNO3(s)\text{KNO}_{3(s)}KNO3(s)​ , המגיב עם הנתרן". אשלגן חנקתי הוא חומר יוני (בנוי מיוני K+\text{K}^{+}K+ ויוני NO3−\text{NO}_3^{-}NO3−​) – מוצק בטמפרטורת החדר.

(2)

תשובה:

במוצק היוני היונים קבועים במקומם בסריג ואינם ניידים; בהמסה במים היונים נפרדים, נעשים ניידים (ממוימים) ומוליכים זרם חשמלי.

הולכת חשמל דורשת חלקיקים טעונים ניידים.
נתרן אזידי הוא חומר יוני הבנוי מיוני Na+\text{Na}^{+}Na+ ומיוני N3−\text{N}_3^{-}N3−​ (שורות 9–10). במצב מוצק היונים מסודרים בסריג יוני וקבועים במקומם (רק רוטטים), ולכן המוצק אינו מוליך חשמל. בהמסה במים הסריג מתפרק, היונים מוקפים במולקולות מים (יונים ממוימים) ונעשים ניידים:
NaN3(s)→H2O(l)Na(aq)++N3−(aq)\text{NaN}_{3(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}} \text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{N}_3^{-}{}_{(aq)}NaN3(s)​H2​O(l)​​Na(aq)+​+N3−​(aq)​
כאשר מחברים את התמיסה למקור מתח, היונים נעים אל האלקטרודות, והתמיסה מוליכה חשמל.

(3)

תשובה:

2NaN3(s)→2Na(s)+3N2(g)2\text{NaN}_{3(s)} \rightarrow 2\text{Na}_{(s)} + 3\text{N}_{2(g)}2NaN3(s)​→2Na(s)​+3N2(g)​

2NaN3(s)→2Na(s)+3N2(g)2\text{NaN}_{3(s)} \rightarrow 2\text{Na}_{(s)} + 3\text{N}_{2(g)}2NaN3(s)​→2Na(s)​+3N2(g)​
•הנתרן האזידי נמצא בטבלייה מוצקה (שורות 8–9), ולכן מצב הצבירה שלו (s)(s)(s).
•לפי שורות 11–12 מתקבלים "נתרן מוצק וגז חנקן": Na(s)\text{Na}_{(s)}Na(s)​ ו־N2(g)\text{N}_{2(g)}N2(g)​ (חנקן הוא גז דו־אטומי).
איזון: Na: 2=2; N: 2⋅3=6=3⋅22\cdot3=6=3\cdot22⋅3=6=3⋅2.

סעיף ב

(1)

תשובה:

i. מוצקים בטמפרטורת החדר שאינם מוליכים חשמל במצב מוצק, אך תמיסותיהם המימיות מוליכות חשמל. ii. מוליכים חשמל במצב מוצק (או: בעלי ברק מתכתי).

i. נתרן אזידי, NaN3\text{NaN}_3NaN3​ – אשלגן חנקתי, KNO3\text{KNO}_3KNO3​: שניהם חומרים יוניים, ולכן מאפיין משותף אפשרי: מוצקים בטמפרטורת החדר (בקטע שניהם מופיעים במצב מוצק, שורות 9 ו־15) שאינם מוליכים חשמל במצב מוצק, אך התמיסות המימיות שלהם מוליכות חשמל.
ii. נתרן – אלומיניום: שניהם מתכות, ולכן מאפיין משותף אפשרי: מוליכים חשמל במצב מוצק; או: בעלי ברק מתכתי; או: מוליכים חום היטב.
(יש לציין מאפיין מאקרוסקופי – תכונה שאפשר למדוד או לראות – ולא תיאור של מבנה החלקיקים.)

(2)

תשובה:

ההיגד ii נכון.

ההיגד ii נכון. חנקן הוא יסוד (N2\text{N}_2N2​) ואשלגן חנקתי הוא תרכובת (KNO3\text{KNO}_3KNO3​) – לכל אחד מהם נוסחה כימית אחת, והוא בנוי מסוג אחד של חומר, ולכן שניהם חומרים טהורים.
ההיגד i אינו נכון: נתרן אזידי הוא אכן חומר טהור (תרכובת), אבל אוויר הוא תערובת של גזים – לפי שורות 25–27, חנקן הוא "המרכיב העיקרי של האוויר", ואת מרכיבי האוויר מפרידים זה מזה לפי טמפרטורות הרתיחה השונות שלהם.

סעיף ג

(1)

תשובה:

לשניהם 10 אלקטרונים בהערכה 2,8; אך מספר הפרוטונים בגרעין שונה – 11 ב־Na+\text{Na}^{+}Na+ ו־10 ב־Ne – ולכן אלה חלקיקים של יסודות שונים (והמטען שונה).

- אטום נתרן (מספר אטומי 11): 11 פרוטונים ו־11 אלקטרונים, הערכה 2,8,1. היון Na+\text{Na}^{+}Na+ נוצר כאשר האטום מוסר את אלקטרון הערכיות היחיד שלו – נשארים 10 אלקטרונים בהערכה 2,8.
- אטום ניאון (מספר אטומי 10): 10 פרוטונים ו־10 אלקטרונים בהערכה 2,8.
לכן מספר האלקטרונים והערכת האלקטרונים זהים.
אבל מספר הפרוטונים בגרעין שונה: 11 ביון הנתרן ו־10 באטום הניאון. מספר הפרוטונים (המספר האטומי) קובע את זהות היסוד, ולכן אלה חלקיקים של יסודות שונים. בנוסף, Na+\text{Na}^{+}Na+ הוא יון בעל מטען 1+1+1+ (11−1011-1011−10), ואילו אטום הניאון ניטרלי (10−10=010-10=010−10=0).

(2)

תשובה:

714N3−^{14}_{7}\text{N}^{3-}714​N3− – חנקן, מספר אטומי 7, מספר מסה 14, מטען 3−3-3−.

- מספר אטומי = מספר הפרוטונים = 7. היסוד שמספרו האטומי 7 (לפי הטבלה המחזורית) הוא חנקן, N.
- מספר מסה = מספר הפרוטונים + מספר הנייטרונים = 7+7=7+7=7+7= 14.
- מטען = מספר הפרוטונים − מספר האלקטרונים = 7−10=7-10=7−10= −3-3−3.
לכן X הוא היון 714N3−^{14}_{7}\text{N}^{3-}714​N3− – אטום חנקן (2,5) שקיבל 3 אלקטרונים והשלים את רמת האנרגיה החיצונית לאוקטט (2,8).

סעיף ד

תשובה:

ההיגד i נכון.

ההיגד i נכון.
- ii אינו נכון: המכל סגור (שורות 19 ו־21–22), ולכן לא נכנסים אליו ולא יוצאים ממנו אטומי ארגון – מספר האטומים (מספר המולים) קבוע.
- i נכון: לפי P=nRTVP=\frac{nRT}{V}P=VnRT​: n ו־V קבועים, והטמפרטורה T גדלה – ולכן הלחץ P של הגז גדל. ברמת החלקיקים: בטמפרטורה גבוהה יותר המהירות הממוצעת של אטומי הארגון גדלה, ולכן הם פוגעים בדפנות המכל לעיתים קרובות יותר ובעוצמה רבה יותר.

סעיף ה

תשובה:

87K87\text{K}87K; הגורם: גודל ענן האלקטרונים (חוזק אינטראקציות ואן דר ואלס) – לאטום Ar ענן האלקטרונים הגדול ביותר (18 אלקטרונים).

טמפרטורת הרתיחה של ארגון: 87K87\text{K}87K (הגבוהה ביותר).
הליום וארגון בנויים מאטומים בודדים (גזים אצילים), וחנקן בנוי ממולקולות דו־אטומיות לא קוטביות. בין החלקיקים של כל אחד מהם פועלות רק אינטראקציות ואן דר ואלס.
הגורם המשפיע: חוזק אינטראקציות ואן דר ואלס תלוי בגודל ענן האלקטרונים של החלקיקים – ככל שענן האלקטרונים גדול יותר, האינטראקציות חזקות יותר וטמפרטורת הרתיחה גבוהה יותר.
מספר האלקטרונים בחלקיק: He – 2, N2\text{N}_2N2​ – 2⋅7=142\cdot7=142⋅7=14, Ar – 18. לאטומי הארגון ענן האלקטרונים הגדול ביותר, ולכן טמפרטורת הרתיחה שלו הגבוהה ביותר: 87K87\text{K}87K. (להשלמה: 4K4\text{K}4K – הליום, 77K77\text{K}77K – חנקן. ההבדל בטמפרטורות הרתיחה מאפשר להפריד חנקן וארגון מאוויר נוזלי, שורות 26–27.)

סעיף ו

תשובה:

V=27.1 LV=27.1\ \text{L}V=27.1 L

מספר המולים של חנקן:
MN2=2⋅14.0=28.0 gmoln=mM=42.0 g28.0 gmol=1.50 molM_{\text{N}_2}=2\cdot14.0=28.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}} \qquad n=\frac{m}{M}=\frac{42.0\ \text{g}}{28.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}}=1.50\ \text{mol}MN2​​=2⋅14.0=28.0 molg​n=Mm​=28.0 molg​42.0 g​=1.50 mol
הנפח לפי חוק הגזים האידיאליים PV=nRTPV=nRTPV=nRT:
V=nRTP=1.50 mol⋅0.082 atm⋅Lmol⋅K⋅330 K1.5 atm=27.1 LV=\frac{nRT}{P}=\frac{1.50\ \text{mol}\cdot 0.082\ \frac{\text{atm}\cdot\text{L}}{\text{mol}\cdot\text{K}}\cdot 330\ \text{K}}{1.5\ \text{atm}}=27.1\ \text{L}V=PnRT​=1.5 atm1.50 mol⋅0.082 mol⋅Katm⋅L​⋅330 K​=27.1 L
תשובה: הנפח הוא כ־27.1 L27.1\ \text{L}27.1 L (כ־27 L27\ \text{L}27 L).
טעות נפוצה: שימוש במסה המולרית של אטום חנקן (14.0 gmol14.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}14.0 molg​) במקום של המולקולה N2\text{N}_2N2​.

סעיף ז

תשובה:

336 טון N2\text{N}_2N2​ (3.36×1023.36\times10^{2}3.36×102 טון).

ניסוח התגובה (סעיף א(3)):
2NaN3(s)→2Na(s)+3N2(g)2\text{NaN}_{3(s)} \rightarrow 2\text{Na}_{(s)} + 3\text{N}_{2(g)}2NaN3(s)​→2Na(s)​+3N2(g)​
מסת הנתרן האזידי בגרמים:
mNaN3=520 ton⋅1×106 gton=5.20×108 gm_{\text{NaN}_3}=520\ \text{ton}\cdot 1\times10^{6}\ \frac{\text{g}}{\text{ton}}=5.20\times10^{8}\ \text{g}mNaN3​​=520 ton⋅1×106 tong​=5.20×108 g
מסה מולרית: MNaN3=23.0+3⋅14.0=65.0 gmolM_{\text{NaN}_3}=23.0+3\cdot14.0=65.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}MNaN3​​=23.0+3⋅14.0=65.0 molg​
מספר המולים של NaN3\text{NaN}_3NaN3​:
nNaN3=mM=5.20×108 g65.0 gmol=8.00×106 moln_{\text{NaN}_3}=\frac{m}{M}=\frac{5.20\times10^{8}\ \text{g}}{65.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}}=8.00\times10^{6}\ \text{mol}nNaN3​​=Mm​=65.0 molg​5.20×108 g​=8.00×106 mol
יחס מולים NaN3:N2=2:3\text{NaN}_3:\text{N}_2=2:3NaN3​:N2​=2:3:
nN2=8.00×106 mol⋅32=1.20×107 moln_{\text{N}_2}=8.00\times10^{6}\ \text{mol}\cdot\frac{3}{2}=1.20\times10^{7}\ \text{mol}nN2​​=8.00×106 mol⋅23​=1.20×107 mol
מסת החנקן: MN2=28.0 gmolM_{\text{N}_2}=28.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}MN2​​=28.0 molg​
mN2=n⋅M=1.20×107 mol⋅28.0 gmol=3.36×108 g=3.36×108 g1×106 gton=336 tonm_{\text{N}_2}=n\cdot M=1.20\times10^{7}\ \text{mol}\cdot28.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}=3.36\times10^{8}\ \text{g}=\frac{3.36\times10^{8}\ \text{g}}{1\times10^{6}\ \frac{\text{g}}{\text{ton}}}=336\ \text{ton}mN2​​=n⋅M=1.20×107 mol⋅28.0 molg​=3.36×108 g=1×106 tong​3.36×108 g​=336 ton
תשובה: נוצרים 336 טון גז חנקן.
טעות נפוצה: שימוש ביחס מולים 1:11:11:1 במקום 2:32:32:3.

פרק שני

שאלה 10 · ייבוש ממסים בסידן הידרידי: מבנה, קישור וחישובים

שאלה פתוחה20 נקודות

מבנה האטום, מבנה וקישור, חישובים
במעבדות לכימיה אורגנית נדרשים לעתים ממסים "יבשים", כלומר ממסים שאינם מכילים אפילו כמות קטנה של מים. אחד החומרים שמשמשים להרחקת שאריות של מים מממסים הוא התרכובת היונית סידן הידרידי, CaH2(s)\text{CaH}_{2(s)}CaH2(s)​.
את סידן ההידרידי מכינים בתגובה בין המתכת סידן, Ca(s)\text{Ca}_{(s)}Ca(s)​ , ובין גז מימן, בטמפרטורה גבוהה:
Ca(s)+H2(g)→CaH2(s)\text{Ca}_{(s)} + \text{H}_{2(g)} \rightarrow \text{CaH}_{2(s)}Ca(s)​+H2(g)​→CaH2(s)​

א.

תארו את מבנה הסידן, Ca(s)\text{Ca}_{(s)}Ca(s)​ , והסבירו מדוע החומר מוליך חשמל בטמפרטורת החדר.

ב.

סידן הידרידי מגיב עם מים לפי התגובה:
CaH2(s)+2H2O(ℓ)→Ca(OH)2(s)+2H2(g)ΔH0<0\text{CaH}_{2(s)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow \text{Ca(OH)}_{2(s)} + 2\text{H}_{2(g)} \qquad \Delta H^0 < 0CaH2(s)​+2H2​O(ℓ)​→Ca(OH)2(s)​+2H2(g)​ΔH0<0
משתמשים בסידן הידרידי רק לייבוש ממסים שמכילים כמות קטנה מאוד של מים.
הסבירו מדוע אין להוסיף סידן הידרידי לממס אורגני שמכיל כמות גדולה של מים.

ג.

אחד הממסים שמייבשים בעזרת סידן הידרידי הוא טטרה־הידרו־פוראן (THF).
לפניכם ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של מולקולת THF :
רשמו נוסחה מולקולרית של THF .

ד.

לפניכם ייצוגים מקוצרים לנוסחאות מבנה של שלוש מולקולות נוספות:
איזו מולקולה או אילו מולקולות הן איזומרים של THF ? הסבירו את בחירתכם.

ה.

טמפרטורת הרתיחה של THF (66∘C66^{\circ}\text{C}66∘C) נמוכה מטמפרטורת הרתיחה של מים באותם תנאים. הסבירו עובדה זו.

ו.

המַסו 54.0 גרם THF במים והכינו 250 מ"ל תמיסה.

(i)

הסבירו מדוע THF מתמוסס במים.

(ii)

חשבו את הריכוז המולרי של התמיסה שהוכנה.

ז.

התרכובת היונית סידן הידרידי, CaH2(s)\text{CaH}_{2(s)}CaH2(s)​ , מורכבת מיוני סידן, Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+ , ומיוני מימן שליליים (יוני הידריד), H−\text{H}^{-}H− .
רשמו נוסחאות ייצוג אלקטרונים של יוני סידן ושל יוני הידריד.

◂ פתרון מלא לשאלה 10

סעיף א

תשובה:

סריג מתכתי: יוני Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+ בסידור קבוע בתוך "ים" של אלקטרונים ערכיים ניידים (שני אלקטרונים מכל אטום); האלקטרונים הניידים מאפשרים הולכת חשמל.

מבנה: סידן הוא מתכת, ולכן מבנהו סריג מתכתי. לאטום סידן (Z=20Z = 20Z=20) הערכה אלקטרונית 2,8,8,22,8,8,22,8,8,2 – שני אלקטרונים ערכיים.
בסריג מסודרים בסדר קבוע ותלת־ממדי יונים חיוביים Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+ (גרעין + 18 האלקטרונים הפנימיים), וביניהם נעים אלקטרונים ערכיים חופשיים ("ים של אלקטרונים") – שני אלקטרונים מכל אטום. הקשר המתכתי הוא המשיכה החשמלית בין היונים החיוביים ובין ים האלקטרונים.
הולכת חשמל: כדי שחומר יוליך חשמל דרושים בו חלקיקים טעונים ניידים. בסידן המוצק האלקטרונים הערכיים אינם שייכים לאטום מסוים ויכולים לנוע בכל הסריג. כאשר מחברים את המתכת למקור מתח, האלקטרונים נעים בכיוון אחד (אל הקוטב החיובי) – נוצר זרם חשמלי. לכן סידן מוליך חשמל במצב מוצק, בטמפרטורת החדר.
טעות נפוצה: לכתוב שהיונים בסריג המתכתי נעים – היונים נמצאים במקומות קבועים; האלקטרונים הם החלקיקים הניידים.

סעיף ב

תשובה:

עם כמות גדולה של מים מתרחשת תגובה רבה: התגובה אקסותרמית ומשחררת הרבה חום, ונפלט נפח גדול של גז מימן דליק – הממס הדליק עלול להתחמם ולרתוח, הלחץ עולה, ויש סכנת שרפה ופיצוץ.

לפי ניסוח התגובה, סידן הידרידי מגיב עם מים, והתגובה אקסותרמית (ΔH0<0\Delta H^0 < 0ΔH0<0) – משתחרר חום. בתגובה נוצר גז מימן, H2(g)\text{H}_{2(g)}H2(g)​, שהוא גז דליק.
•כאשר יש בממס רק עקבות של מים, כמות המים שמגיבה קטנה: משתחרר מעט חום ונוצרת כמות קטנה של גז, והמים מורחקים מן הממס בבטחה (התוצר Ca(OH)2\text{Ca(OH)}_2Ca(OH)2​ מוצק, ואפשר להפריד אותו מן הממס).
•כאשר יש בממס כמות גדולה של מים, מגיבה כמות גדולה של מים: משתחררת כמות גדולה של חום – הממס האורגני (שהוא בדרך כלל נדיף ודליק) מתחמם ועלול לרתוח; נוצר נפח גדול של גז מימן – הלחץ בכלי עולה, והמימן הדליק, יחד עם אדי הממס החמים, עלול להתלקח ואף להתפוצץ.
לכן משתמשים בסידן הידרידי רק להרחקת שאריות קטנות של מים.

סעיף ג

תשובה:

C4H8O\text{C}_4\text{H}_8\text{O}C4​H8​O

בייצוג המקוצר כל קודקוד שאין לידו סמל הוא אטום פחמן, ואטומי מימן הקשורים לפחמן אינם מסורטטים.
•בטבעת יש 5 קודקודים: אטום חמצן אחד (מסומן ב־O) ו־4 אטומי פחמן.
•כל אטום פחמן קשור בשני קשרים בטבעת; כדי להשלים ארבעה קשרים, קשורים לכל פחמן 2 אטומי מימן ⇐ 4⋅2=84 \cdot 2 = 84⋅2=8 אטומי מימן.
•לאטום החמצן שני קשרים (לשני אטומי פחמן) ואין אטומי מימן הקשורים אליו.
הנוסחה המולקולרית: C4H8O\text{C}_4\text{H}_8\text{O}C4​H8​O.

סעיף ד

תשובה:

מולקולות 2 ו־3.

איזומרים הם חומרים בעלי אותה נוסחה מולקולרית ונוסחאות מבנה שונות. הנוסחה המולקולרית של THF היא C4H8O\text{C}_4\text{H}_8\text{O}C4​H8​O (סעיף ג).
נקבע את הנוסחה המולקולרית של כל מולקולה:
- מולקולה 1 (אתר: שתי קבוצות אתיל הקשורות לאטום חמצן): 4 אטומי פחמן, אטום חמצן אחד; כל הקשרים יחידים ואין טבעת ⇐ C4H10O\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}C4​H10​O – אינה איזומר (יש בה 10 אטומי מימן).
- מולקולה 2 (קטון: קבוצת קרבוניל C=O\text{C=O}C=O בפחמן השני): 4 אטומי פחמן, אטום חמצן אחד ⇐ C4H8O\text{C}_4\text{H}_8\text{O}C4​H8​O – איזומר של THF.
- מולקולה 3 (כהל עם קשר כפול בין שני אטומי פחמן): 4 אטומי פחמן, קבוצת הידרוקסיל אחת ⇐ C4H8O\text{C}_4\text{H}_8\text{O}C4​H8​O – איזומר של THF.
למולקולות 2 ו־3 אותה נוסחה מולקולרית כמו ל־THF, C4H8O\text{C}_4\text{H}_8\text{O}C4​H8​O, אבל נוסחאות המבנה שלהן שונות (שרשרת פתוחה עם קבוצה פונקציונלית אחרת, לעומת טבעת עם אטום חמצן), ולכן הן איזומרים של THF.
טעות נפוצה: לבחור במולקולה 1 משום שגם היא אתר כמו THF – איזומרים נקבעים לפי הנוסחה המולקולרית, לא לפי הקבוצה הפונקציונלית.

סעיף ה

תשובה:

בין מולקולות המים יש קשרי מימן רבים; בין מולקולות THF אין קשרי מימן (אין אטום מימן הקשור לאטום חמצן), יש רק אינטראקציות ואן דר ואלס ודו־קוטב–דו־קוטב, שבסך הכול חלשות יותר.

שני החומרים מולקולריים; ברתיחה נפרדות המולקולות זו מזו, ולכן טמפרטורת הרתיחה תלויה בחוזק הקשרים הבין־מולקולריים.
- מים: במולקולת H2O\text{H}_2\text{O}H2​O שני אטומי מימן קשורים לאטום חמצן (אטום בעל אלקטרושליליות גבוהה) ויש לאטום החמצן שני זוגות אלקטרונים לא קושרים. לכן בין מולקולות המים נוצרים קשרי מימן רבים (מספר מוקדים רב ליצירת קשרי מימן בכל מולקולה).
- THF: במולקולה אין אטום מימן הקשור לאטום חמצן (כל אטומי המימן קשורים לאטומי פחמן), ולכן בין מולקולות THF אין קשרי מימן. בין המולקולות יש אינטראקציות ואן דר ואלס ואינטראקציות דו־קוטב–דו־קוטב (המולקולה קוטבית).
הקשרים הבין־מולקולריים בין מולקולות המים (קשרי מימן רבים) חזקים יותר מן הקשרים בין מולקולות THF, ולכן דרושה אנרגיה רבה יותר כדי להפריד בין מולקולות המים – טמפרטורת הרתיחה של המים גבוהה יותר, ושל THF נמוכה יותר.

סעיף ו

(i)

תשובה:

בין מולקולות THF למולקולות המים נוצרים קשרי מימן (בין אטום החמצן של THF לאטומי המימן של המים), הדומים בחוזקם לקשרים שנשברו.

בהמסה נשברים קשרי מימן בין מולקולות המים ואינטראקציות ואן דר ואלס ודו־קוטב בין מולקולות THF, ונוצרים קשרים חדשים בין מולקולות THF למולקולות המים.
לאטום החמצן במולקולת THF יש זוגות אלקטרונים לא קושרים, והוא בעל אלקטרושליליות גבוהה. לכן בין אטום החמצן של מולקולת THF ובין אטום מימן של מולקולת מים (הקשור לאטום חמצן) נוצר קשר מימן; בנוסף נוצרות אינטראקציות דו־קוטב ואינטראקציות ואן דר ואלס.
הקשרים שנוצרים בין מולקולות THF למולקולות המים דומים בחוזקם לקשרים שנשברו, ולכן THF מתמוסס במים.
טעות נפוצה: לכתוב שנוצרים קשרי מימן בין מולקולות THF לבין עצמן – למולקולת THF אין אטום מימן הקשור לחמצן; קשר המימן נוצר רק עם מולקולות המים.

(ii)

תשובה:

C=3.00 molLC = 3.00\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}C=3.00 Lmol​

מסה מולרית של THF, C4H8O\text{C}_4\text{H}_8\text{O}C4​H8​O:
Mw=4⋅12.0+8⋅1.0+16.0=72.0 gmolM_w = 4 \cdot 12.0 + 8 \cdot 1.0 + 16.0 = 72.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}Mw​=4⋅12.0+8⋅1.0+16.0=72.0 molg​
מספר המולים:
n=mMw=54.0 g72.0 gmol=0.750 moln = \frac{m}{M_w} = \frac{54.0\ \text{g}}{72.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}} = 0.750\ \text{mol}n=Mw​m​=72.0 molg​54.0 g​=0.750 mol
נפח התמיסה: V=250 mL=0.250 LV = 250\ \text{mL} = 0.250\ \text{L}V=250 mL=0.250 L
הריכוז המולרי:
C=nV=0.750 mol0.250 L=3.00 molLC = \frac{n}{V} = \frac{0.750\ \text{mol}}{0.250\ \text{L}} = 3.00\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}C=Vn​=0.250 L0.750 mol​=3.00 Lmol​
טעות נפוצה: להציב את הנפח במ"ל (250250250) במקום בליטר (0.2500.2500.250).

סעיף ז

תשובה:

[Ca]2+[\text{Ca}]^{2+}[Ca]2+ – הסמל בתוך סוגריים מרובעים, ללא אלקטרונים ערכיים; [H:]−[\text{H}:]^{-}[H:]− – זוג אלקטרונים אחד (2 אלקטרונים) ליד סמל המימן, בתוך סוגריים מרובעים.

יון סידן: לאטום סידן הערכה 2,8,8,22,8,8,22,8,8,2. ביצירת היון Ca2+\text{Ca}^{2+}Ca2+ האטום מוסר את שני האלקטרונים הערכיים, והערכת היון 2,8,82,8,82,8,8 – ברמה החיצונית שהייתה לאטום אין עוד אלקטרונים. בנוסחת ייצוג האלקטרונים כותבים את הסמל בלי נקודות, בתוך סוגריים מרובעים, ומטען היון מימין למעלה:
[Ca]2+[\text{Ca}]^{2+}[Ca]2+
יון הידריד: לאטום מימן אלקטרון אחד. ביצירת היון H−\text{H}^{-}H− האטום קולט אלקטרון אחד, ולכן ליון שני אלקטרונים ברמה הראשונה (רמה מלאה, כמו בהליום). מסרטטים זוג אלקטרונים ליד הסמל, בתוך סוגריים מרובעים, ומטען היון מימין למעלה:
[H:]−[\text{H}:]^{-}[H:]−
טעות נפוצה: לסרטט שמונה אלקטרונים סביב יון ההידריד – ברמה הראשונה יש מקום לשני אלקטרונים בלבד.

שאלה 11 · נוזלי קירור: כהלים, קשרי מימן וריכוז אתילן גליקול

שאלה פתוחה20 נקודות

תרכובות פחמן, מבנה וקישור, חישובים
נוזל הקירור במנועי מכוניות הוא בדרך כלל תמיסה מימית של כהל – לרוב אתילן גליקול. כהלים משמשים גם כממסים, כחומרי חיטוי וכמרכיבים בתכשירים רבים.
בטבלה 1 מוצגים שלושה כהלים:
כהלסמל
אתנולA
1־פרופנולB
אתילן גליקול (1,2־אתאנדיול)C
טבלה 1
לפניכם ייצוגים מקוצרים לנוסחאות המבנה של הכהלים A , B ו־ C :

כהל	סמל
אתנול	A
1־פרופנול	B
אתילן גליקול (1,2־אתאנדיול)	C

א.

רשמו נוסחה מולקולרית של כל אחד מן הכהלים שמוצגים בטבלה 1.

ב.

טמפרטורת הרתיחה של אתנול נמוכה מטמפרטורת הרתיחה של 1־פרופנול. מהו הגורם לכך?

ג.

כהלים נוספים שמשמשים כממסים וכמרכיבים בנוזלים טכניים רשומים בטבלה 2:
כהלנוסחת מבנה
2־פרופנולCH3−CH(OH)−CH3\text{CH}_3{-}\text{CH}(\text{OH}){-}\text{CH}_3CH3​−CH(OH)−CH3​
1,2־פרופאנדיולCH3−CH(OH)−CH2−OH\text{CH}_3{-}\text{CH}(\text{OH}){-}\text{CH}_2{-}\text{OH}CH3​−CH(OH)−CH2​−OH
1־בוטנולCH3−CH2−CH2−CH2−OH\text{CH}_3{-}\text{CH}_2{-}\text{CH}_2{-}\text{CH}_2{-}\text{OH}CH3​−CH2​−CH2​−CH2​−OH
1,3־פרופאנדיולHO−CH2−CH2−CH2−OH\text{HO}{-}\text{CH}_2{-}\text{CH}_2{-}\text{CH}_2{-}\text{OH}HO−CH2​−CH2​−CH2​−OH
טבלה 2
רשמו ייצוג מקוצר של נוסחאות המבנה של הכהלים שרשומים בטבלה 2 ושבמולקולות שלהם שתי קבוצות הידרוקסיל.

כהל	נוסחת מבנה
2־פרופנול	$\text{CH}_3{-}\text{CH}(\text{OH}){-}\text{CH}_3$
1,2־פרופאנדיול	$\text{CH}_3{-}\text{CH}(\text{OH}){-}\text{CH}_2{-}\text{OH}$
1־בוטנול	$\text{CH}_3{-}\text{CH}_2{-}\text{CH}_2{-}\text{CH}_2{-}\text{OH}$
1,3־פרופאנדיול	$\text{HO}{-}\text{CH}_2{-}\text{CH}_2{-}\text{CH}_2{-}\text{OH}$

ד.

טמפרטורת הרתיחה של אתילן גליקול (C) גבוהה בהרבה מטמפרטורת הרתיחה של 1־פרופנול (B). מהו הגורם לכך?

ה.

כהל נוסף שמשמש כממס הוא 2־מתיל־1־פרופנול, (CH3)2CH−CH2−OH(\text{CH}_3)_2\text{CH}{-}\text{CH}_2{-}\text{OH}(CH3​)2​CH−CH2​−OH .
רשמו ייצוג מלא של נוסחת המבנה של מולקולת 2־מתיל־1־פרופנול.

ו.

לפניכם ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של מולקולה של אחד הכהלים שבטבלה 1:
בחרו את הסמל (A , B או C) המתאים לייצוג המקוצר של נוסחת המבנה הנתונה.

ז.

2־פרופנול, CH3−CH(OH)−CH3\text{CH}_3{-}\text{CH}(\text{OH}){-}\text{CH}_3CH3​−CH(OH)−CH3​ , משמש כחומר חיטוי.
לפניכם ייצוג מקוצר לנוסחאות המבנה של שלוש מולקולות:
איזה ייצוג מקוצר משלושת הייצוגים האלה מתאים לייצוג המקוצר של נוסחת המבנה של מולקולת 2־פרופנול?

ח.

הסבירו מדוע אתילן גליקול מתמוסס במים.

ט.

לפניכם נתונים על ריכוז אתילן גליקול, C2H6O2\text{C}_2\text{H}_6\text{O}_2C2​H6​O2​ , בארבעה נוזלי קירור, המסומנים I–IV :
נתונים: MwM_wMw​ (אתילן גליקול) =62.0 grammol= 62.0\ \frac{\text{gram}}{\text{mol}}=62.0 molgram​ ; נפח בקבוק של נוזל קירור = 4.0 ליטר ; 1 ק"ג =1000= 1000=1000 גרם

(i)

מהי מסת אתילן הגליקול בבקבוק אחד של נוזל קירור III ? פרטו את חישוביכם.

(ii)

מערכת הקירור של מכונית מסוימת צריכה להכיל לפחות 2.8 ק"ג אתילן גליקול. טכנאי מילא את המערכת בשני בקבוקים של נוזל קירור III .
קבעו אם המערכת מכילה את הכמות הנדרשת של אתילן גליקול (בהנחה שנוזל זה הוא המקור היחיד לאתילן גליקול במערכת). פרטו את חישוביכם.

◂ פתרון מלא לשאלה 11

סעיף א

תשובה:

A: C2H6O\text{C}_2\text{H}_6\text{O}C2​H6​O ; B: C3H8O\text{C}_3\text{H}_8\text{O}C3​H8​O ; C: C2H6O2\text{C}_2\text{H}_6\text{O}_2C2​H6​O2​

בייצוג מקוצר כל קודקוד וכל קצה קו (שאין לידם סמל) הם אטום פחמן; אטומי המימן הקשורים לפחמן אינם מסורטטים, ואטומי המימן של קבוצות OH\text{OH}OH כן מופיעים.
- A (אתנול): 2 אטומי פחמן (CH3\text{CH}_3CH3​ ו־CH2\text{CH}_2CH2​: 3+2=53 + 2 = 53+2=5 אטומי H) וקבוצת OH\text{OH}OH (עוד H אחד ו־O אחד) ⇐ C2H6O\text{C}_2\text{H}_6\text{O}C2​H6​O.
- B (1־פרופנול): 3 אטומי פחמן (CH3\text{CH}_3CH3​, CH2\text{CH}_2CH2​, CH2\text{CH}_2CH2​: 3+2+2=73 + 2 + 2 = 73+2+2=7) וקבוצת OH\text{OH}OH ⇐ C3H8O\text{C}_3\text{H}_8\text{O}C3​H8​O.
- C (אתילן גליקול): 2 אטומי פחמן (שתי קבוצות CH2\text{CH}_2CH2​: 4 אטומי H) ושתי קבוצות OH\text{OH}OH ⇐ C2H6O2\text{C}_2\text{H}_6\text{O}_2C2​H6​O2​.

סעיף ב

תשובה:

אורך השרשרת: שרשרת האתנול קצרה יותר (2 C לעומת 3 C) ⇐ ענן אלקטרונים קטן יותר ⇐ אינטראקציות ואן דר ואלס חלשות יותר (מספר קבוצות ה־OH זהה).

בשתי המולקולות קבוצת הידרוקסיל אחת, ולכן בין המולקולות של כל אחד מן החומרים נוצרים קשרי מימן בהיקף דומה. ההבדל הוא באורך השרשרת הפחמנית: במולקולת אתנול 2 אטומי פחמן ובמולקולת 1־פרופנול 3. למולקולת האתנול ענן אלקטרונים קטן יותר, ולכן אינטראקציות ואן דר ואלס בין מולקולותיה חלשות יותר – וטמפרטורת הרתיחה שלו נמוכה יותר (כ־78∘C78^{\circ}\text{C}78∘C לעומת כ־97∘C97^{\circ}\text{C}97∘C).

סעיף ג

תשובה:

1,2־פרופאנדיול ו־1,3־פרופאנדיול (הייצוגים המקוצרים מסורטטים בפתרון).

שתי קבוצות OH\text{OH}OH יש רק ב־1,2־פרופאנדיול וב־1,3־פרופאנדיול (ב־2־פרופנול וב־1־בוטנול יש קבוצת OH\text{OH}OH אחת).
- 1,2־פרופאנדיול: שרשרת של 3 אטומי פחמן; קבוצת OH\text{OH}OH על הפחמן האמצעי וקבוצת OH\text{OH}OH על הפחמן שבקצה.
- 1,3־פרופאנדיול: שרשרת של 3 אטומי פחמן; קבוצת OH\text{OH}OH על כל אחד משני הפחמנים שבקצוות.
בייצוג המקוצר לא כותבים את סמלי הפחמן ואת אטומי המימן הקשורים לפחמן, אבל כותבים את קבוצות OH\text{OH}OH במלואן.

סעיף ד

תשובה:

מספר קבוצות ההידרוקסיל: באתילן גליקול שתי קבוצות OH ⇐ יותר מוקדים ליצירת קשרי מימן ⇐ יותר קשרי מימן בין המולקולות.

גודל ענני האלקטרונים של שתי המולקולות דומה (אתילן גליקול – 34 אלקטרונים, 1־פרופנול – 34 אלקטרונים), ולכן ההבדל אינו נובע מאינטראקציות ואן דר ואלס.
הגורם הוא מספר קבוצות ההידרוקסיל (מספר המוקדים ליצירת קשרי מימן): במולקולת אתילן גליקול שתי קבוצות OH\text{OH}OH, ובמולקולת 1־פרופנול קבוצה אחת. לכן כל מולקולת אתילן גליקול יוצרת יותר קשרי מימן עם המולקולות השכנות, הקשרים הבין־מולקולריים חזקים יותר, וטמפרטורת הרתיחה גבוהה בהרבה (כ־197∘C197^{\circ}\text{C}197∘C לעומת כ־97∘C97^{\circ}\text{C}97∘C).

סעיף ה

תשובה:

ייצוג מלא: שרשרת C−C−C−O−H\text{C}{-}\text{C}{-}\text{C}{-}\text{O}{-}\text{H}C−C−C−O−H וקבוצת CH3\text{CH}_3CH3​ על הפחמן האמצעי; כל האטומים (4 C, 10 H, 1 O) וכל הקשרים מסורטטים.

בייצוג מלא מסרטטים את כל האטומים ואת כל הקשרים:
•שרשרת: C−C−C−O−H\text{C}{-}\text{C}{-}\text{C}{-}\text{O}{-}\text{H}C−C−C−O−H; אטום החמצן קשור לפחמן שבקצה ולאטום מימן.
•על הפחמן השני (האמצעי) קשורה קבוצת מתיל – אטום C ושלושה אטומי H.
•הפחמן הראשון קשור ל־3 אטומי H, הפחמן השני ל־1 H, והפחמן הקשור לחמצן ל־2 H.
בדיקה: C4H10O\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}C4​H10​O – 4 אטומי פחמן, 3+1+2+3+1=103 + 1 + 2 + 3 + 1 = 103+1+2+3+1=10 אטומי מימן ואטום חמצן אחד; לכל C ארבעה קשרים, ל־O שני קשרים ולכל H קשר אחד.

סעיף ו

תשובה:

B (1־פרופנול)

סופרים את אטומי הפחמן: לשרשרת יש 3 קודקודים וקצוות שאין לידם סמל ⇐ 3 אטומי פחמן.
יש קבוצת OH\text{OH}OH אחת בלבד (הכתובה HO\text{HO}HO משום שהיא מצוירת בצד שמאל), והיא קשורה לפחמן שבקצה השרשרת.
כהל בעל 3 אטומי פחמן וקבוצת OH\text{OH}OH אחת בקצה השרשרת הוא 1־פרופנול ⇐ B. (A – רק 2 אטומי פחמן; C – שתי קבוצות OH\text{OH}OH.)
טעות נפוצה: לספור את HO\text{HO}HO כאטום פחמן, או להתבלבל בגלל הכיוון השונה של הציור – כיוון הציור אינו משנה את המולקולה.

סעיף ז

תשובה:

ייצוג 3

במולקולת 2־פרופנול שרשרת של 3 אטומי פחמן, וקבוצת OH\text{OH}OH קשורה לפחמן האמצעי.
- ייצוג 1: אטום חמצן בתוך השרשרת, בין שני אטומי פחמן (אתר: CH3−O−CH2−CH3\text{CH}_3{-}\text{O}{-}\text{CH}_2{-}\text{CH}_3CH3​−O−CH2​−CH3​) – אין קבוצת OH\text{OH}OH. אינו מתאים (זהו איזומר).
- ייצוג 2: קבוצת OH\text{OH}OH על הפחמן שבקצה השרשרת – 1־פרופנול. אינו מתאים (איזומר).
- ייצוג 3: שרשרת של 3 אטומי פחמן וקבוצת OH\text{OH}OH על הפחמן האמצעי ⇐ 2־פרופנול.

סעיף ח

תשובה:

בין קבוצות ה־OH של מולקולות אתילן גליקול ובין מולקולות המים נוצרים קשרי מימן, הדומים בחוזקם לקשרי המימן שנשברים.

בהמסה נשברים קשרי מימן בין מולקולות המים ובין מולקולות אתילן גליקול, ונוצרים קשרים בין מולקולות אתילן גליקול למולקולות המים.
במולקולת אתילן גליקול שתי קבוצות OH\text{OH}OH ושרשרת פחמנית קצרה. אטום המימן של קבוצת OH\text{OH}OH יכול ליצור קשר מימן עם אטום חמצן של מולקולת מים, ואטום החמצן של קבוצת OH\text{OH}OH יכול ליצור קשר מימן עם אטום מימן של מולקולת מים. לכן בין מולקולות אתילן גליקול למולקולות המים נוצרים קשרי מימן רבים, הדומים בחוזקם לקשרים שנשברו, ואתילן גליקול מתמוסס במים (מתערבב איתם בכל יחס).

סעיף ט

(i)

תשובה:

m=1488 g≈1.49 kgm = 1488\ \text{g} \approx 1.49\ \text{kg}m=1488 g≈1.49 kg

לפי התרשים, ריכוז אתילן גליקול בנוזל III: C=6.0 molLC = 6.0\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}C=6.0 Lmol​
מספר המולים בבקבוק (V=4.0 LV = 4.0\ \text{L}V=4.0 L):
n=C⋅V=6.0 molL⋅4.0 L=24 moln = C \cdot V = 6.0\ \frac{\text{mol}}{\text{L}} \cdot 4.0\ \text{L} = 24\ \text{mol}n=C⋅V=6.0 Lmol​⋅4.0 L=24 mol
המסה:
m=n⋅Mw=24 mol⋅62.0 gmol=1488 g≈1.49 kgm = n \cdot M_w = 24\ \text{mol} \cdot 62.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}} = 1488\ \text{g} \approx 1.49\ \text{kg}m=n⋅Mw​=24 mol⋅62.0 molg​=1488 g≈1.49 kg

(ii)

תשובה:

כן: 2⋅1488 g=2976 g≈2.98 kg>2.8 kg2 \cdot 1488\ \text{g} = 2976\ \text{g} \approx 2.98\ \text{kg} > 2.8\ \text{kg}2⋅1488 g=2976 g≈2.98 kg>2.8 kg

מסת אתילן הגליקול בשני בקבוקים:
m=2⋅1488 g=2976 gm = 2 \cdot 1488\ \text{g} = 2976\ \text{g}m=2⋅1488 g=2976 g
המרה לקילוגרם: m=2976 g1000 gkg=2.976 kg≈2.98 kgm = \frac{2976\ \text{g}}{1000\ \frac{\text{g}}{\text{kg}}} = 2.976\ \text{kg} \approx 2.98\ \text{kg}m=1000 kgg​2976 g​=2.976 kg≈2.98 kg
2.98 kg>2.8 kg2.98\ \text{kg} > 2.8\ \text{kg}2.98 kg>2.8 kg ⇐ כן, המערכת מכילה את הכמות הנדרשת.

שאלה 12 · מתאן: גזים, קצב תגובה וחישובים

שאלה פתוחה20 נקודות

סטויכיומטריה - מצב גז וקצב תגובות
השאלה עוסקת במתאן, CH4(g)\text{CH}_{4(g)}CH4(g)​ , המרכיב העיקרי של הגז הטבעי, ובתגובות שלו.

א.

(i)

שני כלים סגורים, שהנפחים שלהם שווים וקבועים, הוחזקו באותה טמפרטורה קבועה.
הכלי הראשון מכיל 8.0 גרם מתאן, CH4(g)\text{CH}_{4(g)}CH4(g)​ , והכלי השני מכיל 16.0 גרם חמצן, O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ .
קבע אם הלחץ בכלי השני גדול מהלחץ בכלי הראשון, קטן ממנו או שווה לו. נמק את קביעתך.

(ii)

מקררים את הכלי המכיל מתאן מ-50oC50^{o}\text{C}50oC ל-0oC0^{o}\text{C}0oC (המתאן נשאר גז).
איזה מהגרפים IV-I שלפניך הוא תיאור סכמתי נכון של הלחץ בכלי במהלך הקירור כתלות בזמן?
נמק את קביעתך.

ב.

בתנור גז מתאן נשרף בחמצן, ומתקבלים פחמן דו-חמצני ומים.

(i)

נסח ואזן את תגובת השרפה של מתאן, כאשר המים מתקבלים במצב גז.

(ii)

ביצעו את התגובה בתוך מזרק, כשהטמפרטורה (150oC150^{o}\text{C}150oC) והלחץ נשמרו קבועים.
קבע אם במהלך התגובה נפח המזרק גדל, קטן או לא השתנה. נמק את קביעתך.

ג.

התייחס לתגובה שניסחת בסעיף ב i.

(i)

בנוכחות פלטינה, Pt(s)\text{Pt}_{(s)}Pt(s)​ , המשמשת זרז, קצב התגובה גבוה יותר.
קבע איזה מבין ההיגדים a או b מתאר נכון את השפעת הזרז.
a. בנוכחות הזרז התגובה מתרחשת במסלול שאנרגיית השפעול שלו נמוכה יותר, ולכן קצב התגובה גבוה יותר.
b. הזרז מגיב עם המתאן ונצרך במהלך התגובה, ולכן כמות התוצרים המתקבלת גדולה יותר.

(ii)

מתאן נשרף מהר יותר בחמצן טהור מאשר באוויר (המכיל כ-21% חמצן), כאשר הטמפרטורה והלחץ זהים.
ציין את הגורם המשפיע על קצב התגובה שמסביר עובדה זו.

ד.

בתעשייה מפיקים מימן ממתאן ומאדי מים, על פי התגובה:
CH4(g)+H2O(g)→CO(g)+3H2(g)\text{CH}_{4(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(g)} \rightarrow \text{CO}_{(g)} + 3\text{H}_{2(g)}CH4(g)​+H2​O(g)​→CO(g)​+3H2(g)​
בניסוי הגיבו 4.0 גרם CH4(g)\text{CH}_{4(g)}CH4(g)​ עם 5.4 גרם H2O(g)\text{H}_2\text{O}_{(g)}H2​O(g)​ , והתגובה התרחשה עד תום.
חשב את הנפח של H2(g)\text{H}_{2(g)}H2(g)​ שהתקבל, בטמפרטורה של 27oC27^{o}\text{C}27oC ובלחץ של 750 mmHg (נתון: 1 atm = 760 mmHg).
פרט את חישוביך.

◂ פתרון מלא לשאלה 12

סעיף א

(i)

תשובה:

הלחצים שווים – בשני הכלים 0.500 mol גז.

הלחץ בשני הכלים שווה.
נחשב את מספר המולים בכל כלי, n=mMn = \frac{m}{M}n=Mm​:
- M(CH4)=12.0+4⋅1.0=16.0 gmolM(\text{CH}_4) = 12.0 + 4\cdot 1.0 = 16.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(CH4​)=12.0+4⋅1.0=16.0 molg​ ⟸ n(CH4)=8.0 g16.0 g/mol=0.500 moln(\text{CH}_4) = \frac{8.0\ \text{g}}{16.0\ \text{g/mol}} = 0.500\ \text{mol}n(CH4​)=16.0 g/mol8.0 g​=0.500 mol
- M(O2)=2⋅16.0=32.0 gmolM(\text{O}_2) = 2\cdot 16.0 = 32.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(O2​)=2⋅16.0=32.0 molg​ ⟸ n(O2)=16.0 g32.0 g/mol=0.500 moln(\text{O}_2) = \frac{16.0\ \text{g}}{32.0\ \text{g/mol}} = 0.500\ \text{mol}n(O2​)=32.0 g/mol16.0 g​=0.500 mol
לפי משוואת הגזים P=nRTVP = \frac{nRT}{V}P=VnRT​: הנפח והטמפרטורה שווים בשני הכלים, וגם מספר המולים שווה – לכן גם הלחץ שווה. הלחץ של גז תלוי במספר מולי הגז ולא בסוג הגז או במסה שלו.
טעות נפוצה: לקבוע שבכלי עם המסה הגדולה יותר הלחץ גדול יותר.

(ii)

תשובה:

גרף III.

גרף III.
נימוק: בכלי סגור שנפחו קבוע, מספר מולי הגז ונפח הכלי אינם משתנים, ולפי P=nRTVP = \frac{nRT}{V}P=VnRT​ הלחץ עומד ביחס ישר לטמפרטורה בקלווין.
•במהלך הקירור הטמפרטורה יורדת, ולכן הלחץ יורד – נפסלים גרף I (לחץ קבוע) וגרף II (לחץ עולה).
•הטמפרטורה הסופית היא 0oC=0+273=273 K0^{o}\text{C} = 0 + 273 = 273\ \text{K}0oC=0+273=273 K, ולא 0 K, והגז נשאר בכלי – לכן הלחץ אינו מגיע לאפס. נפסל גרף IV, שבו הלחץ יורד עד אפס.
גרף III מתאר ירידה בלחץ מערך התחלתי לערך סופי השונה מאפס.
טעות נפוצה: לחשוב ש-0oC0^{o}\text{C}0oC פירושו לחץ אפס – יש להמיר לסולם קלווין.

סעיף ב

(i)

תשובה:

CH4(g)+2O2(g)→CO2(g)+2H2O(g)\text{CH}_{4(g)} + 2\text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{CO}_{2(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(g)}CH4(g)​+2O2(g)​→CO2(g)​+2H2​O(g)​

CH4(g)+2O2(g)→CO2(g)+2H2O(g)\text{CH}_{4(g)} + 2\text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{CO}_{2(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(g)}CH4(g)​+2O2(g)​→CO2(g)​+2H2​O(g)​
בדיקה: אטומי C – 1 בכל צד; אטומי H – 4 משמאל, 2⋅2=42\cdot 2 = 42⋅2=4 מימין; אטומי O – 2⋅2=42\cdot 2 = 42⋅2=4 משמאל, 2+2=42 + 2 = 42+2=4 מימין.

(ii)

תשובה:

הנפח לא השתנה.

נפח המזרק לא השתנה.
נימוק: בטמפרטורה של 150oC150^{o}\text{C}150oC כל החומרים בתגובה – גם המים – במצב גז. לפי הניסוח, מכל 3 מול גז מגיבים (1 mol CH4+2 mol O21\ \text{mol}\ \text{CH}_4 + 2\ \text{mol}\ \text{O}_21 mol CH4​+2 mol O2​) נוצרים 3 מול גז תוצרים (1 mol CO2+2 mol H2O1\ \text{mol}\ \text{CO}_2 + 2\ \text{mol}\ \text{H}_2\text{O}1 mol CO2​+2 mol H2​O). מספר מולי הגז במזרק אינו משתנה.
בטמפרטורה ובלחץ קבועים, נפח הגז עומד ביחס ישר למספר מולי הגז (V=nRTPV = \frac{nRT}{P}V=PnRT​; לפי השערת אבוגדרו), ולכן הנפח אינו משתנה.
טעות נפוצה: לספור את מספר סוגי החומרים או את המסות במקום את מולי הגז.

סעיף ג

(i)

תשובה:

היגד a.

היגד a נכון.
זרז הוא חומר המגביר את קצב התגובה: בנוכחותו התגובה מתרחשת במסלול שונה, שאנרגיית השפעול שלו נמוכה יותר, ולכן הקצב גבוה יותר באותה טמפרטורה.
היגד b שגוי: זרז אינו נצרך בתגובה – בסופה הוא נשאר בכמותו ההתחלתית. הזרז גם אינו משנה את כמות התוצרים המתקבלת מכמות נתונה של מגיבים; הוא משנה רק את מהירות התגובה.

(ii)

תשובה:

ריכוז המגיב – ריכוז החמצן.

הגורם הוא ריכוז המגיבים – ריכוז החמצן.
בחמצן טהור ריכוז ה-O2\text{O}_2O2​ (מספר המולים ביחידת נפח) גדול בהרבה מאשר באוויר, שבו רוב הגז הוא חנקן שאינו משתתף בתגובה. ככל שריכוז המגיבים גדול יותר, קצב התגובה גבוה יותר.

סעיף ד

תשובה:

V(H2)=18.7 LV(\text{H}_2) = 18.7\ \text{L}V(H2​)=18.7 L (המגיב המגביל: CH4\text{CH}_4CH4​)

1. מספר המולים של המגיבים:
M(CH4)=12.0+4⋅1.0=16.0 gmolM(\text{CH}_4) = 12.0 + 4\cdot 1.0 = 16.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(CH4​)=12.0+4⋅1.0=16.0 molg​ ⟸ n(CH4)=4.0 g16.0 g/mol=0.25 moln(\text{CH}_4) = \frac{4.0\ \text{g}}{16.0\ \text{g/mol}} = 0.25\ \text{mol}n(CH4​)=16.0 g/mol4.0 g​=0.25 mol
M(H2O)=2⋅1.0+16.0=18.0 gmolM(\text{H}_2\text{O}) = 2\cdot 1.0 + 16.0 = 18.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(H2​O)=2⋅1.0+16.0=18.0 molg​ ⟸ n(H2O)=5.4 g18.0 g/mol=0.30 moln(\text{H}_2\text{O}) = \frac{5.4\ \text{g}}{18.0\ \text{g/mol}} = 0.30\ \text{mol}n(H2​O)=18.0 g/mol5.4 g​=0.30 mol
2. מגיב מגביל: לפי הניסוח היחס CH4:H2O=1:1\text{CH}_4 : \text{H}_2\text{O} = 1:1CH4​:H2​O=1:1. ל-0.25 mol CH40.25\ \text{mol}\ \text{CH}_40.25 mol CH4​ נדרשים 0.25 mol H2O0.25\ \text{mol}\ \text{H}_2\text{O}0.25 mol H2​O, ויש 0.30 mol0.30\ \text{mol}0.30 mol – לכן CH4\text{CH}_4CH4​ הוא המגיב המגביל (המים בעודף של 0.05 mol0.05\ \text{mol}0.05 mol).
3. מולי מימן: היחס CH4:H2=1:3\text{CH}_4 : \text{H}_2 = 1:3CH4​:H2​=1:3
n(H2)=3⋅0.25 mol=0.75 moln(\text{H}_2) = 3\cdot 0.25\ \text{mol} = 0.75\ \text{mol}n(H2​)=3⋅0.25 mol=0.75 mol
4. המרת יחידות:
P=750 mmHg760 mmHg/atm=0.987 atmT=27+273=300 KP = \frac{750\ \text{mmHg}}{760\ \text{mmHg/atm}} = 0.987\ \text{atm} \qquad T = 27 + 273 = 300\ \text{K}P=760 mmHg/atm750 mmHg​=0.987 atmT=27+273=300 K
5. נפח המימן לפי משוואת הגזים PV=nRTPV = nRTPV=nRT:
V=nRTP=0.75 mol⋅0.082 atm⋅Lmol⋅K⋅300 K0.987 atm=18.7 LV = \frac{nRT}{P} = \frac{0.75\ \text{mol} \cdot 0.082\ \frac{\text{atm}\cdot\text{L}}{\text{mol}\cdot\text{K}} \cdot 300\ \text{K}}{0.987\ \text{atm}} = 18.7\ \text{L}V=PnRT​=0.987 atm0.75 mol⋅0.082 mol⋅Katm⋅L​⋅300 K​=18.7 L
טעות נפוצה: לחשב לפי המגיב שבעודף (המים), או להציב בנוסחה את הלחץ ב-mmHg בלי להמיר ל-atm.

שאלה 13 · אבץ ותרכובותיו: מוליכות חשמלית ותגובות חמצון־חיזור

שאלה פתוחה20 נקודות

חמצון־חיזור, מבנה וקישור
ענו על הסעיפים א, ב, ג, ד ועל אחד מן הסעיפים ה או ו.
נערכו ניסויים עם אבץ ועם תרכובת של אבץ.
נתונים:
•גרגרי אבץ, Zn(s)\text{Zn}_{(s)}Zn(s)​ , בצבע אפור־כסוף.
•תמיסה מימית של חומצה הידרוכלורית, HCl(aq)\text{HCl}_{(aq)}HCl(aq)​ , שהיא חסרת צבע.
•אבקה לבנה של אבץ חמצני, ZnO(s)\text{ZnO}_{(s)}ZnO(s)​ .

א.

בבדיקת מוליכות חשמלית נמצא שגם גרגרי האבץ וגם תמיסת החומצה ההידרוכלורית מוליכים חשמל.

(i)

הסבירו מדוע גרגרי האבץ מוליכים חשמל.

(ii)

הסבירו מדוע תמיסת החומצה ההידרוכלורית מוליכה חשמל.

ב.

ניסוי 1
הכניסו גרגרי אבץ לתמיסה של חומצה הידרוכלורית. הבחינו בבועות גז, והגרגרים הלכו וקטנו.
נתון ניסוח נטו של התגובה שהתרחשה:
Zn(s)+2H3O(aq)+→Zn(aq)2++H2(g)+2H2O(l)\text{Zn}_{(s)} + 2\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} \rightarrow \text{Zn}^{2+}_{(aq)} + \text{H}_{2(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(l)}Zn(s)​+2H3​O(aq)+​→Zn(aq)2+​+H2(g)​+2H2​O(l)​
כאשר קירבו גפרור בוער לפתח המבחנה נשמע פיצוץ קטן: גז המימן, H2(g)\text{H}_{2(g)}H2(g)​ , הגיב עם חמצן, O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ , מן האוויר, ונוצרו אדי מים, H2O(g)\text{H}_2\text{O}_{(g)}H2​O(g)​ .
רשמו ניסוח מאוזן לתגובה של גז המימן עם החמצן, שגרמה לפיצוץ הקטן.

ג.

ניסוי 2
בתעשייה מפיקים אבץ מאבץ חמצני: מחממים לטמפרטורה גבוהה תערובת של אבץ חמצני, ZnO(s)\text{ZnO}_{(s)}ZnO(s)​ , ופחם, C(s)\text{C}_{(s)}C(s)​ . נוצרים אדי אבץ, Zn(g)\text{Zn}_{(g)}Zn(g)​ , והגז פחמן חד־חמצני, CO(g)\text{CO}_{(g)}CO(g)​ .
רשמו ניסוח מאוזן לתגובה שהתרחשה בניסוי 2.

ד.

נתונים:
•בניסוי 1 הגיבו 0.10 mol0.10\ \text{mol}0.10 mol של Zn(s)\text{Zn}_{(s)}Zn(s)​ .
•בניסוי 2 הגיבו 0.10 mol0.10\ \text{mol}0.10 mol של ZnO(s)\text{ZnO}_{(s)}ZnO(s)​ .
לפניכם שלוש טענות I–III על מספר המולים של האלקטרונים שעברו בכל אחד מן הניסויים.
התבססו על נתונים בשאלה כולה וקבעו איזו טענה נכונה. נמקו את קביעתכם.
I. בניסוי 1 עברו 0.10 mol0.10\ \text{mol}0.10 mol אלקטרונים, ובניסוי 2 עברו 0.20 mol0.20\ \text{mol}0.20 mol אלקטרונים.
II. בכל אחד מן הניסויים עברו 0.20 mol0.20\ \text{mol}0.20 mol אלקטרונים.
III. בניסוי 1 עברו 0.20 mol0.20\ \text{mol}0.20 mol אלקטרונים, ובניסוי 2 עברו 0.40 mol0.40\ \text{mol}0.40 mol אלקטרונים.

ה.

סעיף ה הוא סעיף בחירה. אם תבחרו לענות עליו, אל תענו על סעיף ו.
נתרן מתכתי, Na(s)\text{Na}_{(s)}Na(s)​ , הגיב עם מים.
נתון ניסוח התגובה שהתרחשה:
2Na(s)+2H2O(l)→2Na(aq)++H2(g)+2OH(aq)−2\text{Na}_{(s)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow 2\text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{H}_{2(g)} + 2\text{OH}^{-}_{(aq)}2Na(s)​+2H2​O(l)​→2Na(aq)+​+H2(g)​+2OH(aq)−​
התבססו על מידע זה וקבעו עבור כל אחד מן ההיגדים שלפניכם אם הוא נכון או לא נכון.
נמקו את קביעותיכם.

(i)

אטומי הנתרן הם המחזר בתגובה.

(ii)

אטומי החמצן במולקולות המים, H2O(l)\text{H}_2\text{O}_{(l)}H2​O(l)​ , הם המחמצנים בתגובה.

ו.

סעיף ו הוא סעיף בחירה. אם תבחרו לענות עליו, אל תענו על סעיף ה.
נתרן מתכתי, Na(s)\text{Na}_{(s)}Na(s)​ , הגיב עם מים.
נתון ניסוח התגובה שהתרחשה:
2Na(s)+2H2O(l)→2Na(aq)++H2(g)+2OH(aq)−2\text{Na}_{(s)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow 2\text{Na}^{+}_{(aq)} + \text{H}_{2(g)} + 2\text{OH}^{-}_{(aq)}2Na(s)​+2H2​O(l)​→2Na(aq)+​+H2(g)​+2OH(aq)−​
התבססו על מידע זה וקבעו עבור כל אחד מן ההיגדים שלפניכם אם הוא נכון או לא נכון.
נמקו את קביעותיכם.

(i)

יוני ההידרוקסיד, OH(aq)−\text{OH}^{-}_{(aq)}OH(aq)−​ , הם תוצר של תהליך חיזור.

(ii)

כאשר מגיבים 2 mol2\ \text{mol}2 mol של נתרן, עוברים בתגובה 2 mol2\ \text{mol}2 mol של אלקטרונים.

◂ פתרון מלא לשאלה 13

סעיף א

(i)

תשובה:

בסריג המתכתי של האבץ יש אלקטרונים חופשיים לנוע (ים אלקטרונים).

אבץ הוא מתכת, הבנויה מסריג מתכתי: יונים חיוביים של אבץ מסודרים בסריג, וביניהם ״ים״ של אלקטרוני ערכיות שאינם קשורים לאטום מסוים (אלקטרונים חופשיים לנוע). כאשר מחברים את המתכת למקור מתח, האלקטרונים החופשיים נעים בכיוון מסוים – זרם חשמלי – ולכן האבץ מוליך חשמל.

(ii)

תשובה:

בתמיסה יש יונים ניידים: H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}H3​O(aq)+​ ו־Cl(aq)−\text{Cl}^{-}_{(aq)}Cl(aq)−​.

מימן כלורי הוא חומר מולקולרי, אך בתגובה עם מים נוצרים יונים:
HCl(g)+H2O(l)→H3O(aq)++Cl(aq)−\text{HCl}_{(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(l)} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{Cl}^{-}_{(aq)}HCl(g)​+H2​O(l)​→H3​O(aq)+​+Cl(aq)−​
בתמיסה יש אפוא יוני H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}H3​O(aq)+​ ו־Cl(aq)−\text{Cl}^{-}_{(aq)}Cl(aq)−​, המוקפים במולקולות מים וחופשיים לנוע. כאשר מפעילים מתח, היונים החיוביים נעים לעבר הקוטב השלילי והיונים השליליים – לעבר הקוטב החיובי, ולכן התמיסה מוליכה חשמל.
טעות נפוצה: לנמק במולקולות HCl – מולקולות אינן נושאות מטען ואינן מוליכות; המוליכות נובעת מהיונים שנוצרו בתגובה עם המים.

סעיף ב

תשובה:

2H2(g)+O2(g)→2H2O(g)2\text{H}_{2(g)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(g)}2H2(g)​+O2(g)​→2H2​O(g)​

2H2(g)+O2(g)→2H2O(g)2\text{H}_{2(g)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(g)}2H2(g)​+O2(g)​→2H2​O(g)​
בדיקת איזון: H – 4 בכל צד; O – 2 בכל צד.
•תהליך חמצון: דרגת החמצון של H עולה מ־0 (ב־H2\text{H}_2H2​) ל־+1 (ב־H2O\text{H}_2\text{O}H2​O).
•תהליך חיזור: דרגת החמצון של O יורדת מ־0 (ב־O2\text{O}_2O2​) ל־−2 (ב־H2O\text{H}_2\text{O}H2​O).
טעות נפוצה: לרשום H2+O2→H2O\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{O}H2​+O2​→H2​O בלי לאזן את אטומי החמצן.

סעיף ג

תשובה:

ZnO(s)+C(s)→Zn(g)+CO(g)\text{ZnO}_{(s)} + \text{C}_{(s)} \rightarrow \text{Zn}_{(g)} + \text{CO}_{(g)}ZnO(s)​+C(s)​→Zn(g)​+CO(g)​

ZnO(s)+C(s)→Zn(g)+CO(g)\text{ZnO}_{(s)} + \text{C}_{(s)} \rightarrow \text{Zn}_{(g)} + \text{CO}_{(g)}ZnO(s)​+C(s)​→Zn(g)​+CO(g)​
בדיקת איזון: Zn – 1, O – 1, C – 1 בכל צד.
•תהליך חיזור: דרגת החמצון של Zn יורדת מ־+2 (ב־ZnO) ל־0 (ב־Zn).
•תהליך חמצון: דרגת החמצון של C עולה מ־0 (ב־C) ל־+2 (ב־CO).

סעיף ד

תשובה:

טענה II.

קביעה: הטענה הנכונה היא II.
נימוק:
- ניסוי 1: כל אטום Zn מוסר 2 אלקטרונים (דרגת החמצון עולה מ־0 ל־+2): Zn→Zn2++2e−\text{Zn} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + 2e^{-}Zn→Zn2++2e−. היחס n(e−):n(Zn)=2:1n(e^{-}) : n(\text{Zn}) = 2:1n(e−):n(Zn)=2:1, ולכן n(e−)=2⋅0.10 mol=0.20 moln(e^{-}) = 2 \cdot 0.10\ \text{mol} = 0.20\ \text{mol}n(e−)=2⋅0.10 mol=0.20 mol (אותם אלקטרונים מתקבלים בידי שני יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ שיוצרים מולקולת H2\text{H}_2H2​ אחת).
- ניסוי 2: אטום C מוסר 2 אלקטרונים (0 ← +2) ואטום Zn ב־ZnO מקבל 2 אלקטרונים (+2 ← 0). לכל יחידת ZnO שמגיבה עוברים 2 אלקטרונים, ולכן n(e−)=2⋅0.10 mol=0.20 moln(e^{-}) = 2 \cdot 0.10\ \text{mol} = 0.20\ \text{mol}n(e−)=2⋅0.10 mol=0.20 mol.
טענה I שגויה – בניסוי 1 אטום אבץ מוסר 2 אלקטרונים, לא 1. טענה III שגויה – בניסוי 2 נספרו האלקטרונים פעמיים (גם אלה שנמסרו וגם אלה שהתקבלו), אך אלה אותם אלקטרונים שעוברים מהפחמן לאבץ.
טעות נפוצה: לחבר את האלקטרונים שמוסר המחזר ואת האלקטרונים שמקבל המחמצן – מספר האלקטרונים שעוברים שווה למספר שמוסר המחזר (שהוא גם המספר שמקבל המחמצן).

סעיף ה

(i)

תשובה:

נכון.

ההיגד נכון.
דרגת החמצון של הנתרן עולה מ־0 ב־Na(s)\text{Na}_{(s)}Na(s)​ ל־+1 ב־Na(aq)+\text{Na}^{+}_{(aq)}Na(aq)+​ – כל אטום נתרן מוסר אלקטרון אחד (עובר חמצון). חומר שמוסר אלקטרונים לחומר אחר הוא המחזר, ולכן אטומי הנתרן הם המחזר.

(ii)

תשובה:

לא נכון.

ההיגד לא נכון.
דרגת החמצון של אטומי החמצן במים היא −2, וגם ביוני ההידרוקסיד, OH−\text{OH}^{-}OH−, היא −2 – אין שינוי, ולכן אטומי החמצן אינם מקבלים אלקטרונים ואינם המחמצנים. המחמצנים הם אטומי המימן במולקולות המים (חלקם), שדרגת החמצון שלהם יורדת מ־+1 (ב־H2O\text{H}_2\text{O}H2​O) ל־0 (ב־H2\text{H}_2H2​).

סעיף ו

(i)

תשובה:

לא נכון.

ההיגד לא נכון.
ביוני ההידרוקסיד דרגות החמצון הן O: −2 ו־H: +1, בדיוק כמו במולקולות המים שמהן נוצרו (O: −2, H: +1). לא חל שינוי בדרגות החמצון של האטומים המרכיבים את יוני ההידרוקסיד, ולכן הם אינם תוצר של תהליך חיזור (תוצר החיזור הוא H2\text{H}_2H2​, שבו דרגת החמצון של המימן ירדה מ־+1 ל־0).

(ii)

תשובה:

נכון.

ההיגד נכון.
כל אטום נתרן מוסר אלקטרון אחד: Na→Na++e−\text{Na} \rightarrow \text{Na}^{+} + e^{-}Na→Na++e− (דרגת החמצון עולה מ־0 ל־+1). היחס n(e−):n(Na)=1:1n(e^{-}) : n(\text{Na}) = 1:1n(e−):n(Na)=1:1, ולכן כאשר מגיבים 2 mol2\ \text{mol}2 mol נתרן עוברים 2 mol2\ \text{mol}2 mol אלקטרונים. (בדיקה: שני אטומי H מתחזרים מ־+1 ל־0 ויוצרים מולקולת H2\text{H}_2H2​ אחת – הם מקבלים יחד 2 אלקטרונים.)

שאלה 14 · תמיסות HNO₃ ו־NaOH: pH, מיהול וסתירה

שאלה פתוחה20 נקודות

חומצות ובסיסים וסטויכיומטריה
בכל אחד משני כלים A ו־ B יש 500 מ"ל מים, H2O(l)\text{H}_2\text{O}_{(l)}H2​O(l)​ .
לכלי A הוסיפו 1.26 גרם חומצה חנקתית נוזלית, HNO3(l)\text{HNO}_{3(l)}HNO3(l)​ .
לכלי B הוסיפו 0.80 גרם נתרן הידרוקסידי מוצק, NaOH(s)\text{NaOH}_{(s)}NaOH(s)​ .
החומרים התמוססו לחלוטין. הנח שנפח התמיסות לא השתנה.

א.

(i)

נסח את התהליך שהתרחש בכלי A ואת התהליך שהתרחש בכלי B .

(ii)

קבע אם ה־ pH של התמיסה בכל אחד מן הכלים A ו־ B היה גדול מ־ 7 , קטן מ־ 7 או שווה ל־ 7. נמק.

(iii)

חשב את הריכוז המולרי של התמיסה שהתקבלה בכלי B . פרט את חישוביך.

ב.

ל־ 100 מ"ל מן התמיסה שבכלי A הוסיפו בהדרגה 900 מ"ל מים ומדדו את ה־ pH של התמיסה.
קבע איזה מן הגרפים IV-I שלפניך מתאר נכון את השינוי ב־ pH של התמיסה במהלך הוספת המים. נמק.

ג.

ערבבו 100 מ"ל מן התמיסה שבכלי B עם 25 מ"ל תמיסה של חומצה גופרתית, H2SO4(aq)\text{H}_2\text{SO}_{4(aq)}H2​SO4(aq)​ .
התרחשה תגובה. ה־ pH של התמיסה בתום התגובה היה שווה ל־ 7 .
נתון: H2SO4(l)+2H2O(l)→2H3O(aq)++SO42−(aq)\text{H}_2\text{SO}_{4(l)}+2\text{H}_2\text{O}_{(l)}\rightarrow2\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}+\text{SO}_4^{2-}{}_{(aq)}H2​SO4(l)​+2H2​O(l)​→2H3​O(aq)+​+SO42−​(aq)​

(i)

רשום ניסוח נטו לתגובה שהתרחשה.

(ii)

חשב את הריכוז המולרי של תמיסת H2SO4(aq)\text{H}_2\text{SO}_{4(aq)}H2​SO4(aq)​ . פרט את חישוביך ונמק.

ד.

ערבבו 100 מ"ל מן התמיסה שבכלי A עם 100 מ"ל מן התמיסה שבכלי B .
קבע עבור כל אחד מן ההיגדים i ו־ ii שלפניך, אם הוא נכון או לא נכון. נמק כל קביעה.

(i)

ה־ pH של התמיסה שהתקבלה שווה ל־ 7 .

(ii)

התמיסה שהתקבלה אינה מוליכה זרם חשמלי, כי כל היונים הפכו למים.

◂ פתרון מלא לשאלה 14

סעיף א

(i)

תשובה:

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

כלי A – HNO3\text{HNO}_3HNO3​ היא חומצה: מולקולות HNO3\text{HNO}_3HNO3​ מוסרות פרוטון למולקולות המים:
HNO3(l)+H2O(l)→H3O(aq)++NO3−(aq)\text{HNO}_{3(l)}+\text{H}_2\text{O}_{(l)}\rightarrow\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}+\text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}HNO3(l)​+H2​O(l)​→H3​O(aq)+​+NO3−​(aq)​
כלי B – NaOH הוא חומר יוני; בהמסתו במים הסריג מתפרק והיונים עוברים לתמיסה כיונים ממוימים (מעל החץ רושמים H2O(l)\text{H}_2\text{O}_{(l)}H2​O(l)​):
NaOH(s)→Na(aq)++OH(aq)−\text{NaOH}_{(s)}\rightarrow\text{Na}^{+}_{(aq)}+\text{OH}^{-}_{(aq)}NaOH(s)​→Na(aq)+​+OH(aq)−​

(ii)

תשובה:

A: קטן מ־7; B: גדול מ־7.

- כלי A – pH קטן מ־7. נוצרו 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−] – התמיסה חומצית.
- כלי B – pH גדול מ־7. בתמיסה יש יוני OH(aq)−\text{OH}^{-}_{(aq)}OH(aq)−​, ולכן [OH−]>[H3O+][\text{OH}^{-}]>[\text{H}_3\text{O}^{+}][OH−]>[H3​O+] – התמיסה בסיסית.

(iii)

תשובה:

0.0400 M0.0400\ \text{M}0.0400 M

שלב 1 – מסה מולרית ומולים: MNaOH=23.0+16.0+1.0=40.0 gmolM_{\text{NaOH}}=23.0+16.0+1.0=40.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}MNaOH​=23.0+16.0+1.0=40.0 molg​
n=mM=0.80 g40.0 gmol=0.0200 moln=\frac{m}{M}=\frac{0.80\ \text{g}}{40.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}}=0.0200\ \text{mol}n=Mm​=40.0 molg​0.80 g​=0.0200 mol
שלב 2 – ריכוז: V=500 mL=0.500 LV=500\ \text{mL}=0.500\ \text{L}V=500 mL=0.500 L
C=nV=0.0200 mol0.500 L=0.0400 molL=0.0400 MC=\frac{n}{V}=\frac{0.0200\ \text{mol}}{0.500\ \text{L}}=0.0400\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}=0.0400\ \text{M}C=Vn​=0.500 L0.0200 mol​=0.0400 Lmol​=0.0400 M
(זה גם הריכוז של יוני Na+\text{Na}^{+}Na+ ושל יוני OH−\text{OH}^{-}OH−, לפי יחס 1:1.)

סעיף ב

תשובה:

גרף III

הגרף המתאים: III.
התמיסה בכלי A חומצית (pH<7\text{pH}<7pH<7). בהוספת מים מספר המולים של יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ אינו משתנה, אבל נפח התמיסה גדל פי 10, ולכן ריכוז יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ יורד וה־pH עולה. התמיסה נשארת חומצית – ה־pH נשאר קטן מ־7.
- גרף I – לא נכון: ה־pH יורד – כלומר החומציות עולה, בניגוד לירידת ריכוז H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+.
- גרף II – לא נכון: ה־pH עולה מעל 7 – מיהול במים אינו יכול להפוך תמיסה חומצית לבסיסית.
- גרף IV – לא נכון: מתאר תמיסה בסיסית (pH>7\text{pH}>7pH>7).

סעיף ג

(i)

תשובה:

H3O(aq)++OH(aq)−→2H2O(l)\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}+\text{OH}^{-}_{(aq)}\rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(l)}H3​O(aq)+​+OH(aq)−​→2H2​O(l)​

תגובת סתירה; יוני Na+\text{Na}^{+}Na+ ו־SO42−\text{SO}_4^{2-}SO42−​ הם יונים צופים:
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)​

(ii)

תשובה:

0.0800 M0.0800\ \text{M}0.0800 M

נימוק: pH 7 בתום התגובה ← סתירה מלאה: nH3O+=nOH−n_{\text{H}_3\text{O}^{+}}=n_{\text{OH}^{-}}nH3​O+​=nOH−​ (יחס 1:1).
שלב 1 – מולי OH−\text{OH}^{-}OH− ב־100 מ"ל מתמיסה B:
nOH−=C⋅V=0.0400 molL⋅0.100 L=4.00⋅10−3 moln_{\text{OH}^{-}}=C\cdot V=0.0400\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot0.100\ \text{L}=4.00\cdot10^{-3}\ \text{mol}nOH−​=C⋅V=0.0400 Lmol​⋅0.100 L=4.00⋅10−3 mol
שלב 2 – מולי H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4H2​SO4​: nH3O+=4.00⋅10−3 moln_{\text{H}_3\text{O}^{+}}=4.00\cdot10^{-3}\ \text{mol}nH3​O+​=4.00⋅10−3 mol; לפי הניסוח הנתון, כל מולקולת H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4H2​SO4​ נותנת שני יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+:
nH2SO4=4.00⋅10−3 mol2=2.00⋅10−3 moln_{\text{H}_2\text{SO}_4}=\frac{4.00\cdot10^{-3}\ \text{mol}}{2}=2.00\cdot10^{-3}\ \text{mol}nH2​SO4​​=24.00⋅10−3 mol​=2.00⋅10−3 mol
שלב 3 – ריכוז:
C=nV=2.00⋅10−3 mol0.0250 L=0.0800 MC=\frac{n}{V}=\frac{2.00\cdot10^{-3}\ \text{mol}}{0.0250\ \text{L}}=0.0800\ \text{M}C=Vn​=0.0250 L2.00⋅10−3 mol​=0.0800 M
טעות נפוצה: להתעלם מהיחס 2:1 ולקבל 0.160 M0.160\ \text{M}0.160 M.

סעיף ד

(i)

תשובה:

נכון – מספר מולי H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ שווה למספר מולי OH−\text{OH}^{-}OH− (4.00⋅10−3 mol4.00\cdot10^{-3}\ \text{mol}4.00⋅10−3 mol כל אחד).

ההיגד נכון.
ריכוז תמיסה A: nHNO3=1.26 g63.0 gmol=0.0200 moln_{\text{HNO}_3}=\frac{1.26\ \text{g}}{63.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}}=0.0200\ \text{mol}nHNO3​​=63.0 molg​1.26 g​=0.0200 mol; C=0.0200 mol0.500 L=0.0400 MC=\frac{0.0200\ \text{mol}}{0.500\ \text{L}}=0.0400\ \text{M}C=0.500 L0.0200 mol​=0.0400 M – שווה לריכוז תמיסה B.
ב־100 מ"ל מכל תמיסה:
nH3O+=0.0400 molL⋅0.100 L=4.00⋅10−3 mol=nOH−n_{\text{H}_3\text{O}^{+}}=0.0400\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot0.100\ \text{L}=4.00\cdot10^{-3}\ \text{mol}=n_{\text{OH}^{-}}nH3​O+​=0.0400 Lmol​⋅0.100 L=4.00⋅10−3 mol=nOH−​
היחס בתגובת הסתירה הוא 1:1, ולכן כל יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ וכל יוני OH−\text{OH}^{-}OH− מגיבים – אין עודף של אף אחד מהם, וה־pH שווה ל־7 (היונים Na+\text{Na}^{+}Na+ ו־NO3−\text{NO}_3^{-}NO3−​ אינם משנים את ה־pH).

(ii)

תשובה:

לא נכון – בתמיסה נשארו יוני Na(aq)+\text{Na}^{+}_{(aq)}Na(aq)+​ ו־NO3−(aq)\text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}NO3−​(aq)​ ניידים.

ההיגד לא נכון. רק יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ ו־OH−\text{OH}^{-}OH− הגיבו ויצרו מים. היונים הצופים Na(aq)+\text{Na}^{+}_{(aq)}Na(aq)+​ ו־NO3−(aq)\text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}NO3−​(aq)​ נשארו בתמיסה (תמיסה של נתרן חנקתי). אלה יונים ממוימים ניידים, ולכן התמיסה מוליכה זרם חשמלי.

טבלת התשובות

שאלה	סעיף	תשובה
1	-	א – $\text{BCl}_3$ ו־ $\text{CCl}_4$
2	-	ג
3	-	ב – היגדים II ו־IV.
4	-	ב – $3.49$ גרם ( $0.02$ מול $\text{K}_2\text{SO}_4$ ).
5	-	ב – מתילאמין מגיב עם מים כבסיס ונוצרים יוני $\text{OH}^{-}$ .
6	-	ג — a: $\text{K}_2\text{SO}_4$ (1.5 מול), b: $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH}$ (0.5 מול), c: $\text{Fe(NO}_3)_3$ (2.0 מול).
7	-	ד – $\Delta H^0_3=-221.0\ \text{kJ}$
8	-	א – $\text{HNO}_3$ (דרגת חמצון +5)
9	א 1	$\text{KNO}_{3(s)}$
	א 2	במוצק היוני היונים קבועים במקומם בסריג ואינם ניידים; בהמסה במים היונים נפרדים, נעשים ניידים (ממוימים) ומוליכים זרם חשמלי.
	א 3	$2\text{NaN}_{3(s)} \rightarrow 2\text{Na}_{(s)} + 3\text{N}_{2(g)}$
	ב 1	i. מוצקים בטמפרטורת החדר שאינם מוליכים חשמל במצב מוצק, אך תמיסותיהם המימיות מוליכות חשמל. ii. מוליכים חשמל במצב מוצק (או: בעלי ברק מתכתי).
	ב 2	ההיגד ii נכון.
	ג 1	לשניהם 10 אלקטרונים בהערכה 2,8; אך מספר הפרוטונים בגרעין שונה – 11 ב־ $\text{Na}^{+}$ ו־10 ב־Ne – ולכן אלה חלקיקים של יסודות שונים (והמטען שונה).
	ג 2	$^{14}_{7}\text{N}^{3-}$ – חנקן, מספר אטומי 7, מספר מסה 14, מטען $3-$ .
	ד	ההיגד i נכון.
	ה	$87\text{K}$ ; הגורם: גודל ענן האלקטרונים (חוזק אינטראקציות ואן דר ואלס) – לאטום Ar ענן האלקטרונים הגדול ביותר (18 אלקטרונים).
	ו	$V=27.1\ \text{L}$
	ז	336 טון $\text{N}_2$ ( $3.36\times10^{2}$ טון).
10	א	סריג מתכתי: יוני $\text{Ca}^{2+}$ בסידור קבוע בתוך "ים" של אלקטרונים ערכיים ניידים (שני אלקטרונים מכל אטום); האלקטרונים הניידים מאפשרים הולכת חשמל.
	ב	עם כמות גדולה של מים מתרחשת תגובה רבה: התגובה אקסותרמית ומשחררת הרבה חום, ונפלט נפח גדול של גז מימן דליק – הממס הדליק עלול להתחמם ולרתוח, הלחץ עולה, ויש סכנת שרפה ופיצוץ.
	ג	$\text{C}_4\text{H}_8\text{O}$
	ד	מולקולות 2 ו־3.
	ה	בין מולקולות המים יש קשרי מימן רבים; בין מולקולות THF אין קשרי מימן (אין אטום מימן הקשור לאטום חמצן), יש רק אינטראקציות ואן דר ואלס ודו־קוטב–דו־קוטב, שבסך הכול חלשות יותר.
	ו i	בין מולקולות THF למולקולות המים נוצרים קשרי מימן (בין אטום החמצן של THF לאטומי המימן של המים), הדומים בחוזקם לקשרים שנשברו.
	ו ii	$C = 3.00\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}$
	ז	$[\text{Ca}]^{2+}$ – הסמל בתוך סוגריים מרובעים, ללא אלקטרונים ערכיים; $[\text{H}:]^{-}$ – זוג אלקטרונים אחד (2 אלקטרונים) ליד סמל המימן, בתוך סוגריים מרובעים.
11	א	A: $\text{C}_2\text{H}_6\text{O}$ ; B: $\text{C}_3\text{H}_8\text{O}$ ; C: $\text{C}_2\text{H}_6\text{O}_2$
	ב	אורך השרשרת: שרשרת האתנול קצרה יותר (2 C לעומת 3 C) ⇐ ענן אלקטרונים קטן יותר ⇐ אינטראקציות ואן דר ואלס חלשות יותר (מספר קבוצות ה־OH זהה).
	ג	1,2־פרופאנדיול ו־1,3־פרופאנדיול (הייצוגים המקוצרים מסורטטים בפתרון).
	ד	מספר קבוצות ההידרוקסיל: באתילן גליקול שתי קבוצות OH ⇐ יותר מוקדים ליצירת קשרי מימן ⇐ יותר קשרי מימן בין המולקולות.
	ה	ייצוג מלא: שרשרת $\text{C}{-}\text{C}{-}\text{C}{-}\text{O}{-}\text{H}$ וקבוצת $\text{CH}_3$ על הפחמן האמצעי; כל האטומים (4 C, 10 H, 1 O) וכל הקשרים מסורטטים.
	ו	B (1־פרופנול)
	ז	ייצוג 3
	ח	בין קבוצות ה־OH של מולקולות אתילן גליקול ובין מולקולות המים נוצרים קשרי מימן, הדומים בחוזקם לקשרי המימן שנשברים.
	ט i	$m = 1488\ \text{g} \approx 1.49\ \text{kg}$
	ט ii	כן: $2 \cdot 1488\ \text{g} = 2976\ \text{g} \approx 2.98\ \text{kg} > 2.8\ \text{kg}$
12	א i	הלחצים שווים – בשני הכלים 0.500 mol גז.
	א ii	גרף III.
	ב i	$\text{CH}_{4(g)} + 2\text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{CO}_{2(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(g)}$
	ב ii	הנפח לא השתנה.
	ג i	היגד a.
	ג ii	ריכוז המגיב – ריכוז החמצן.
	ד	$V(\text{H}_2) = 18.7\ \text{L}$ (המגיב המגביל: $\text{CH}_4$ )
13	א i	בסריג המתכתי של האבץ יש אלקטרונים חופשיים לנוע (ים אלקטרונים).
	א ii	בתמיסה יש יונים ניידים: $\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}$ ו־ $\text{Cl}^{-}_{(aq)}$ .
	ב	$2\text{H}_{2(g)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(g)}$
	ג	$\text{ZnO}_{(s)} + \text{C}_{(s)} \rightarrow \text{Zn}_{(g)} + \text{CO}_{(g)}$
	ד	טענה II.
	ה i	נכון.
	ה ii	לא נכון.
	ו i	לא נכון.
	ו ii	נכון.
14	א i	A: $\text{HNO}_{3(l)}+\text{H}_2\text{O}_{(l)}\rightarrow\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}+\text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}$ ; B: $\text{NaOH}_{(s)}\rightarrow\text{Na}^{+}_{(aq)}+\text{OH}^{-}_{(aq)}$ (מים מעל החץ)
	א ii	A: קטן מ־7; B: גדול מ־7.
	א iii	$0.0400\ \text{M}$
	ב	גרף III
	ג i	$\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}+\text{OH}^{-}_{(aq)}\rightarrow 2\text{H}_2\text{O}_{(l)}$
	ג ii	$0.0800\ \text{M}$
	ד i	נכון – מספר מולי $\text{H}_3\text{O}^{+}$ שווה למספר מולי $\text{OH}^{-}$ ( $4.00\cdot10^{-3}\ \text{mol}$ כל אחד).
	ד ii	לא נכון – בתמיסה נשארו יוני $\text{Na}^{+}_{(aq)}$ ו־ $\text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}$ ניידים.

פרק ראשון

שאלה 1 · מולקולות ללא דו־קוטב קבוע

שאלה 2 · גזים – מספר מולים ולחץ

שאלה 3 · אינטראקציות של פרופיל אמין במצב נוזל ובמים

שאלה 4 · מסת מומס לפי מספר מולי היונים – אשלגן גופרתי

תשובה ב נכונה.

למה האחרות שגויות:

שאלה 5 · חומר המעלה את ה־pH של מים

תשובה: ב.

שאלה 6 · מספר מולי חלקיקים מומסים – אשלגן גופרתי, אתנול וברזל חנקתי

שאלה 7 · חוק הס – יצירת פחמן חד־חמצני

שאלה 8 · דרגות חמצון של חנקן – רק חיזור

שאלה 9 · כריות אוויר במכוניות – כימיה שמצילה חיים

ניתוח קטע ממאמר מדעי – חובה

כריות אוויר – כימיה של שבריר שנייה

סעיף א

הולכת חשמל דורשת חלקיקים טעונים ניידים.

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

ההיגד i נכון.

סעיף ה

סעיף ו

מספר המולים של חנקן:

תשובה: הנפח הוא כ־27.1 L27.1\ \text{L}27.1 L (כ־27 L27\ \text{L}27 L).

סעיף ז

מסת הנתרן האזידי בגרמים:

מספר המולים של NaN3\text{NaN}_3NaN3​:

תשובה: נוצרים 336 טון גז חנקן.

פרק שני

שאלה 10 · ייבוש ממסים בסידן הידרידי: מבנה, קישור וחישובים

מבנה האטום, מבנה וקישור, חישובים

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

סעיף ה

סעיף ו

סעיף ז

שאלה 11 · נוזלי קירור: כהלים, קשרי מימן וריכוז אתילן גליקול

תרכובות פחמן, מבנה וקישור, חישובים

טבלה 1

טבלה 2

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

סעיף ה

סעיף ו

סעיף ז

סעיף ח

סעיף ט

שאלה 12 · מתאן: גזים, קצב תגובה וחישובים

סטויכיומטריה - מצב גז וקצב תגובות

נמק את קביעתך.

סעיף א

הלחץ בשני הכלים שווה.

גרף III.

סעיף ב

נפח המזרק לא השתנה.

סעיף ג

היגד a נכון.

סעיף ד

1. מספר המולים של המגיבים:

4. המרת יחידות:

שאלה 13 · אבץ ותרכובותיו: מוליכות חשמלית ותגובות חמצון־חיזור

חמצון־חיזור, מבנה וקישור

נתונים:

ניסוי 1

ניסוי 2

נתונים:

נמקו את קביעותיכם.

נמקו את קביעותיכם.

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

נימוק:

סעיף ה

ההיגד נכון.

תשובה: הנפח הוא כ־ $27.1\ \text{L}$ (כ־ $27\ \text{L}$ ).

מספר המולים של $\text{NaN}_3$ :

שלב 1 – מולי $\text{OH}^{-}$ ב־100 מ"ל מתמיסה B: