מתכונת 9 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 · הרכב חלקיקים – איזוטופים ויונים

רב-ברירה

בטבלה שלפניך מוצג מספר הפרוטונים, מספר הנויטרונים ומספר האלקטרונים בארבעה חלקיקים, A-D .
החלקיקABCD
מספר הפרוטונים17171819
מספר הנויטרונים18202220
מספר האלקטרונים17181818
מהי הקביעה הנכונה ?

החלקיק	A	B	C	D
מספר הפרוטונים	17	17	18	19
מספר הנויטרונים	18	20	22	20
מספר האלקטרונים	17	18	18	18

א.
A ו־ B הם חלקיקים של שני איזוטופים של אותו יסוד.
ב.
B ו־ D הם חלקיקים של אותו יסוד, כי מספר הנויטרונים בהם שווה.
ג.
D הוא יון שלילי.
ד.
C ו־ D הם חלקיקים של שני איזוטופים של אותו יסוד, כי מספר האלקטרונים בהם שווה.

◂ פתרון מלא לשאלה 1

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א – ל־A ול־B אותו מספר פרוטונים (17, כלור) ומספר נויטרונים שונה.

היסוד נקבע לפי מספר הפרוטונים (המספר האטומי). איזוטופים הם אטומים של אותו יסוד (אותו מספר פרוטונים) שמספר הנויטרונים שלהם שונה, ולכן גם מספר המסה שלהם שונה. מטען החלקיק = מספר הפרוטונים פחות מספר האלקטרונים.
החלקיקABCD
היסוד (לפי מספר הפרוטונים)ClClArK
מספר המסה = פרוטונים + נויטרונים35374039
המטען = פרוטונים − אלקטרונים0−1-1−10+1+1+1
א – נכון: ב־A וב־B יש 17 פרוטונים – שניהם של היסוד כלור. מספר הנויטרונים שונה (18 לעומת 20), ולכן אלה שני איזוטופים: 35Cl{}^{35}\text{Cl}35Cl ו־37Cl{}^{37}\text{Cl}37Cl (B הוא היון 37Cl−^{37}\text{Cl}^{-}37Cl−, אך היותו יון אינו משנה את היסוד ואת האיזוטופ).
ב – שגוי: מספר הנויטרונים אינו קובע את היסוד. ב־B יש 17 פרוטונים (כלור) וב־D יש 19 פרוטונים (אשלגן).
ג – שגוי: ב־D יש 19 פרוטונים ו־18 אלקטרונים: 19−18=+119-18=+119−18=+1 – זהו יון חיובי, K+\text{K}^{+}K+.
ד – שגוי: מספר האלקטרונים אינו קובע את היסוד (חלקיקים של יסודות שונים יכולים להיות בעלי אותו מספר אלקטרונים). ל־C יש 18 פרוטונים (ארגון) ול־D יש 19 (אשלגן).
טעות נפוצה: לזהות את היסוד לפי מספר האלקטרונים או לפי מספר הנויטרונים במקום לפי מספר הפרוטונים.

החלקיק	A	B	C	D
היסוד (לפי מספר הפרוטונים)	Cl	Cl	Ar	K
מספר המסה = פרוטונים + נויטרונים	35	37	40	39
המטען = פרוטונים − אלקטרונים	0	$-1$	0	$+1$

שאלה 2 · נוסחה אמפירית של תרכובת יונית: אלומיניום וגופרית

רב-ברירה

אלומיניום, Al(s)\text{Al}_{(s)}Al(s)​ , מגיב עם גופרית, S8(s)\text{S}_{8(s)}S8(s)​ .
מהי הנוסחה האמפירית של התרכובת שנוצרת בתגובה זו?

א.
$\text{AlS}$
ב.
$\text{Al}_2\text{S}_3$
ג.
$\text{Al}_3\text{S}_2$
ד.
$\text{AlS}_8$

◂ פתרון מלא לשאלה 2

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – Al2S3\text{Al}_2\text{S}_3Al2​S3​

התשובה הנכונה: ב.
אלומיניום הוא מתכת בטור 3 (3 אלקטרוני ערכיות; היערכות 2,8,32,8,32,8,3) ויוצר יון Al3+\text{Al}^{3+}Al3+. גופרית היא אל־מתכת בטור 6 (6 אלקטרוני ערכיות; היערכות 2,8,62,8,62,8,6) ויוצרת יון S2−\text{S}^{2-}S2− (קולטת 2 אלקטרונים ומגיעה לאוקטט). בין מתכת לאל־מתכת נוצרת תרכובת יונית. סכום המטענים בתרכובת חייב להיות אפס: 2⋅(+3)+3⋅(−2)=02\cdot(+3)+3\cdot(-2)=02⋅(+3)+3⋅(−2)=0. לכן היחס הוא 2 יוני אלומיניום ל־3 יוני גופרית, והנוסחה האמפירית היא Al2S3\text{Al}_2\text{S}_3Al2​S3​.
- א – לא נכון. ביחס 1:1 סכום המטענים הוא (+3)+(−2)=+1(+3)+(-2)=+1(+3)+(−2)=+1, ולא אפס.
- ג – לא נכון. Al3S2\text{Al}_3\text{S}_2Al3​S2​ מתקבל מהחלפת המטענים בטעות: 3⋅(+3)+2⋅(−2)=+53\cdot(+3)+2\cdot(-2)=+53⋅(+3)+2⋅(−2)=+5.
- ד – לא נכון. בתרכובת היונית אין מולקולות S8\text{S}_8S8​; הנוסחה S8\text{S}_8S8​ היא של היסוד גופרית בלבד.

שאלה 3 · מגמות בטור של המתכות העפרוריות

רב-ברירה

שאלה זו עוסקת באטומים של שלושה יסודות שונים הנמצאים באותו טור (באותה משפחה) – טור המתכות העפרוריות – בטבלה המחזורית.
האטומים מסומנים באותיות X\text{X}X , Y\text{Y}Y , Z\text{Z}Z .
נתון: הרדיוס האטומי של X\text{X}X קטן מהרדיוס האטומי של Y\text{Y}Y, והרדיוס האטומי של Y\text{Y}Y קטן מהרדיוס האטומי של Z\text{Z}Z.
מהו המשפט הנכון?

א.
אנרגיית היינון הראשונה של היסוד $\text{X}$ היא הגדולה ביותר.
ב.
מספר אלקטרוני הערכיות של אטום היסוד $\text{Z}$ הוא הגדול ביותר.
ג.
המטען הגרעיני של אטום היסוד $\text{X}$ הוא הגדול ביותר.
ד.
לאטומים של $\text{Y}$ ושל $\text{Z}$ מספר שווה של רמות אנרגיה מאוכלסות.

◂ פתרון מלא לשאלה 3

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א – ל־X\text{X}X הרדיוס הקטן ביותר (הכי מעט רמות אנרגיה מאוכלסות), ולכן אנרגיית היינון הראשונה שלו היא הגדולה ביותר.

תשובה א נכונה. לכל היסודות בטור המתכות העפרוריות יש אותו מספר אלקטרוני ערכיות (222). בירידה בטור גדל מספר רמות האנרגיה המאוכלסות, ולכן הרדיוס האטומי גדל. מכיוון ש־X\text{X}X בעל הרדיוס הקטן ביותר, הוא הגבוה ביותר בטור מבין השלושה: יש לו הכי מעט רמות אנרגיה מאוכלסות, ואלקטרוני הערכיות שלו קרובים יותר לגרעין ונמשכים אליו בחוזק הרב ביותר. לכן אנרגיית היינון הראשונה שלו היא הגדולה ביותר (הגורם המשפיע: מספר רמות האנרגיה המאוכלסות).
למה האחרות שגויות:
- ב. ליסודות באותו טור יש אותו מספר אלקטרוני ערכיות (222), ולכן לאף אחד מהם אין מספר גדול יותר.
- ג. X\text{X}X הוא הגבוה ביותר בטור, כלומר מספרו האטומי הקטן ביותר – המטען הגרעיני שלו הוא הקטן ביותר, לא הגדול ביותר.
- ד. ל־Z\text{Z}Z רדיוס גדול יותר מל־Y\text{Y}Y כי הוא נמצא נמוך יותר בטור, כלומר יש לו יותר רמות אנרגיה מאוכלסות.
טעות נפוצה: להסיק ש"מטען גרעיני גדול = רדיוס קטן" גם בתוך טור. בטור, הגורם המכריע לגודל האטום הוא מספר רמות האנרגיה המאוכלסות.

שאלה 4 · מסיסות חומרים צבעוניים בהקסאן

רב-ברירה

לפניכם ייצוג מקוצר של נוסחאות המבנה של שני חומרים מוצקים צבעוניים, A ו־ B :
צבעו של חומר A כתום, וצבעו של חומר B צהוב.
נתונות שתי כוסות המכילות נפח זהה של הקסאן, C6H14(l)\text{C}_6\text{H}_{14(l)}C6​H14(l)​ , שהוא נוזל חסר צבע שקוף וצלול.
הטמפרטורה של ההקסאן בשתי הכוסות זהה. לכל אחת מן הכוסות מכניסים אחד מן החומרים.
רק באחת מן הכוסות מתקבלת תמיסה בלבד.
מהו צבע התמיסה המתקבלת?

א.
צהוב
ב.
חום
ג.
שקוף
ד.
כתום

◂ פתרון מלא לשאלה 4

התשובה הנכונה: ד

תשובה:

ד – כתום: חומר A, שאין במולקולות שלו קבוצות היוצרות קשרי מימן, מתמוסס בהקסאן.

התשובה: ד (כתום).
הקסאן הוא חומר מולקולרי לא קוטבי; בין מולקולותיו פועלות אינטראקציות ואן דר ואלס בלבד. חומר מולקולרי מתמוסס בהקסאן כאשר בין מולקולות המומס פועלות בעיקר אינטראקציות ואן דר ואלס, הדומות לאינטראקציות שנוצרות בין מולקולות המומס למולקולות ההקסאן.
- חומר A (כתום): המולקולה בנויה משתי טבעות פחמימניות הקשורות בקבוצה –N=N–. אין במולקולה אטום H הקשור לאטום N או O, ולכן אין קשרי מימן בין מולקולות A. רוב המולקולה אינו קוטבי, וענן האלקטרונים שלה גדול. בין מולקולות A למולקולות ההקסאן נוצרות אינטראקציות ואן דר ואלס חזקות יחסית, ולכן A מתמוסס בהקסאן והתמיסה כתומה.
- חומר B (צהוב): במולקולה קבוצת אמין, NH2\text{NH}_2NH2​ (שני אטומי H הקשורים לאטום N), וקבוצת NO2\text{NO}_2NO2​ קוטבית. בין מולקולות B נוצרים קשרי מימן (בין אטומי H של קבוצת NH2\text{NH}_2NH2​ לאטומי O או N של מולקולות שכנות) ואינטראקציות דו־קוטב–דו־קוטב. מולקולות ההקסאן אינן יכולות ליצור קשרי מימן עם מולקולות B, ולכן B אינו מתמוסס בהקסאן.
א – לא נכון: חומר B (הצהוב) אינו מתמוסס בהקסאן.
ב – לא נכון: בכל כוס יש חומר אחד בלבד, ולא נוצרת תערובת של שני החומרים.
ג – לא נכון: תמיסה של חומר צבעוני היא צבעונית; אילו אף חומר לא היה מתמוסס, לא הייתה מתקבלת תמיסה כלל.

שאלה 5 · שימור מסה בכלי פתוח – שיש וחומצה

רב-ברירה

נערך ניסוי שבו הונחו על מאזניים שני כלים: כלי A וכלי B .
בכלי A היו שבבי שיש, המכילים סידן פחמתי, CaCO3(s)\text{CaCO}_{3(s)}CaCO3(s)​ , ובכלי B הייתה תמיסה של מימן כלורי, HCl(aq)\text{HCl}_{(aq)}HCl(aq)​ .
המסה הכוללת של החומרים והכלים שנמדדה במאזניים הייתה 152.40 גרם (ראו איור I) .
שָפכו את כל התמיסה שהייתה בכלי B לכלי A . בכלי A נראו מיד בועות גז.
לאחר שהבעבוע פסק, הניחו על המאזניים את כלי B הריק ואת כלי A (ראו איורים II ו־ III).
ניסוח התגובה שהתרחשה הוא:
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)​
לפניכם איורים I–III , המתארים את שלושת השלבים בניסוי.
מהי המסה הכוללת שנמדדה במאזניים בתום התגובה (איור III)?

א.
מסה גדולה מ־ 152.40 גרם.
ב.
מסה קטנה מ־ 152.40 גרם.
ג.
מסה שווה ל־ 152.40 גרם.
ד.
אי אפשר לקבוע את המסה הכוללת ללא נתונים על מסת השיש ועל ריכוז התמיסה.

◂ פתרון מלא לשאלה 5

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – הגז CO2\text{CO}_2CO2​ שנוצר יצא מן הכלי הפתוח, ולכן המסה שנמדדה קטנה מ־ 152.40 גרם.

לפי חוק שימור המסה, בתגובה כימית מסת התוצרים שווה למסת המגיבים – האטומים אינם נוצרים ואינם נעלמים.
אבל המאזניים שוקלים רק את מה שנשאר על הכף. בתגובה נוצר הגז CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ (הבועות), והכלי פתוח – ולכן הגז יצא מן הכלי אל האוויר ולא נשקל. מסת החומרים שנשארו על המאזניים קטנה ממסת המגיבים בדיוק במסת הפחמן הדו־חמצני שיצא. לכן המסה שנמדדה באיור III קטנה מ־ 152.40 גרם – תשובה ב.
- א שגויה: לא נוסף למערכת חומר מבחוץ (התגובה אינה צורכת חומר מן האוויר), ולכן המסה אינה יכולה לגדול.
- ג שגויה: המסה הכוללת של כל החומרים אכן נשמרת, אבל חלק מהם (הגז) כבר אינו על המאזניים.
- ד שגויה: אין צורך בכמויות כדי לקבוע את כיוון השינוי; בכל מקרה שבו נוצר גז ויוצא מן הכלי, המסה הנמדדת קטנה.
טעות נפוצה: לענות "שווה" בגלל חוק שימור המסה בלי לשים לב שהמערכת פתוחה ושנוצר גז.

שאלה 6 · חוק הס – תחמוצות חנקן

רב-ברירה

לפניכם התגובות (1) – (3):
(1) 12N2(g)+12O2(g)→NO(g)\frac{1}{2}\text{N}_{2(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{NO}_{(g)}21​N2(g)​+21​O2(g)​→NO(g)​ ΔH10=+90.3 kJ\qquad \Delta H_1^0 = +90.3\ \text{kJ}ΔH10​=+90.3 kJ
(2) 12N2(g)+O2(g)→NO2(g)\frac{1}{2}\text{N}_{2(g)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{NO}_{2(g)}21​N2(g)​+O2(g)​→NO2(g)​ ΔH20=+33.2 kJ\qquad \Delta H_2^0 = +33.2\ \text{kJ}ΔH20​=+33.2 kJ
(3) NO(g)+12O2(g)→NO2(g)\text{NO}_{(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{NO}_{2(g)}NO(g)​+21​O2(g)​→NO2(g)​ ΔH30=?\qquad \Delta H_3^0 = ?ΔH30​=?
מהו ערכו של ΔH30\Delta H_3^0ΔH30​ עבור תגובה (3) ?

א.
$+57.1\ \text{kJ}$
ב.
$-57.1\ \text{kJ}$
ג.
$+123.5\ \text{kJ}$
ד.
$-123.5\ \text{kJ}$

◂ פתרון מלא לשאלה 6

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – −57.1 kJ-57.1\ \text{kJ}−57.1 kJ

התשובה הנכונה: ב.
לפי חוק הס: הופכים את תגובה (1) (ומחליפים את סימן ΔH\Delta HΔH) ומחברים לתגובה (2):
NO(g)→12N2(g)+12O2(g)\text{NO}_{(g)} \rightarrow \frac{1}{2}\text{N}_{2(g)} + \frac{1}{2}\text{O}_{2(g)}NO(g)​→21​N2(g)​+21​O2(g)​ ΔH=−90.3 kJ\qquad \Delta H = -90.3\ \text{kJ}ΔH=−90.3 kJ
12N2(g)+O2(g)→NO2(g)\frac{1}{2}\text{N}_{2(g)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{NO}_{2(g)}21​N2(g)​+O2(g)​→NO2(g)​ ΔH=+33.2 kJ\qquad \Delta H = +33.2\ \text{kJ}ΔH=+33.2 kJ
בחיבור מצטמצמים 12N2(g)\frac{1}{2}\text{N}_{2(g)}21​N2(g)​ ו־12O2(g)\frac{1}{2}\text{O}_{2(g)}21​O2(g)​ (מימין נשאר 12O2(g)\frac{1}{2}\text{O}_{2(g)}21​O2(g)​ משמאל), ומתקבלת תגובה (3):
ΔH30=−ΔH10+ΔH20=−90.3 kJ+33.2 kJ=−57.1 kJ\Delta H_3^0 = -\Delta H_1^0 + \Delta H_2^0 = -90.3\ \text{kJ} + 33.2\ \text{kJ} = -57.1\ \text{kJ}ΔH30​=−ΔH10​+ΔH20​=−90.3 kJ+33.2 kJ=−57.1 kJ
- א – הערך הנכון בסימן הפוך (כאילו הפכו את (2) במקום את (1)).
- ג – חיבור שתי התגובות בלי להפוך את (1): 90.3+33.2=123.590.3 + 33.2 = 123.590.3+33.2=123.5.
- ד – אותו סכום בסימן הפוך.

שאלה 7 · הכנת תמיסות בסיסיות מבסיסים מוצקים

רב-ברירה

הכינו ארבע תמיסות, D - A , על ידי המסה של בסיס מוצק במים והוספת מים עד לנפח הרשום בטבלה.
הבסיסמסת הבסיס (גרם)נפח התמיסה (מ"ל)
ANaOH(s)\text{NaOH}_{(s)}NaOH(s)​2.0250
BKOH(s)\text{KOH}_{(s)}KOH(s)​5.611000
CLiOH(s)\text{LiOH}_{(s)}LiOH(s)​2.39200
DNaOH(s)\text{NaOH}_{(s)}NaOH(s)​8.02000
מהי הקביעה הנכונה?

	הבסיס	מסת הבסיס (גרם)	נפח התמיסה (מ"ל)
A	$\text{NaOH}_{(s)}$	2.0	250
B	$\text{KOH}_{(s)}$	5.61	1000
C	$\text{LiOH}_{(s)}$	2.39	200
D	$\text{NaOH}_{(s)}$	8.0	2000

א.
תמיסה D, שהומסה בה המסה הגדולה ביותר של בסיס, היא התמיסה הבסיסית ביותר.
ב.
לתמיסות B ו־ D אותו pH .
ג.
ה־ pH של תמיסה A הוא הגבוה ביותר.
ד.
הריכוז של יוני $\text{OH}^{-}_{(aq)}$ בתמיסה C הוא $0.02\ \text{M}$ .

◂ פתרון מלא לשאלה 7

התשובה הנכונה: ב

תשובה:

ב – בתמיסות B ו־D ריכוז יוני OH−\text{OH}^-OH− זהה, 0.1 M0.1\ \text{M}0.1 M, ולכן ה־pH שלהן שווה.

התשובה הנכונה: ב.
שלושת הבסיסים יוניים ומשחררים בהמסה יון OH−\text{OH}^-OH− אחד ליחידת נוסחה, למשל: LiOH(s)→Li(aq)++OH(aq)−\text{LiOH}_{(s)} \rightarrow \text{Li}^{+}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}LiOH(s)​→Li(aq)+​+OH(aq)−​, ולכן [OH−][\text{OH}^-][OH−] שווה לריכוז הבסיס.
נחשב n=mMn = \frac{m}{M}n=Mm​ ו־ C=nVC = \frac{n}{V}C=Vn​ (מסות מולריות: MNaOH=40.0 g/molM_{\text{NaOH}} = 40.0\ \text{g/mol}MNaOH​=40.0 g/mol, MKOH=56.1 g/molM_{\text{KOH}} = 56.1\ \text{g/mol}MKOH​=56.1 g/mol, MLiOH=23.9 g/molM_{\text{LiOH}} = 23.9\ \text{g/mol}MLiOH​=23.9 g/mol):
תמיסהnnn (mol)VVV (L)[OH−][\text{OH}^-][OH−] (M)
A2.0 g40.0 g/mol=0.05\frac{2.0\ \text{g}}{40.0\ \text{g/mol}} = 0.0540.0 g/mol2.0 g​=0.050.2500.05 mol0.250 L=0.2\frac{0.05\ \text{mol}}{0.250\ \text{L}} = 0.20.250 L0.05 mol​=0.2
B5.61 g56.1 g/mol=0.1\frac{5.61\ \text{g}}{56.1\ \text{g/mol}} = 0.156.1 g/mol5.61 g​=0.11.0000.1 mol1.000 L=0.1\frac{0.1\ \text{mol}}{1.000\ \text{L}} = 0.11.000 L0.1 mol​=0.1
C2.39 g23.9 g/mol=0.1\frac{2.39\ \text{g}}{23.9\ \text{g/mol}} = 0.123.9 g/mol2.39 g​=0.10.2000.1 mol0.200 L=0.5\frac{0.1\ \text{mol}}{0.200\ \text{L}} = 0.50.200 L0.1 mol​=0.5
D8.0 g40.0 g/mol=0.2\frac{8.0\ \text{g}}{40.0\ \text{g/mol}} = 0.240.0 g/mol8.0 g​=0.22.0000.2 mol2.000 L=0.1\frac{0.2\ \text{mol}}{2.000\ \text{L}} = 0.12.000 L0.2 mol​=0.1
ב־B וב־D אותו ריכוז של יוני OH−\text{OH}^-OH− (0.1 M0.1\ \text{M}0.1 M), ולכן אותו pH.
•א – לא נכון: הבסיסיות נקבעת לפי הריכוז ולא לפי המסה; ב־D הריכוז 0.1 M0.1\ \text{M}0.1 M בלבד, כי הנפח גדול.
•ג – לא נכון: ה־pH הגבוה ביותר בתמיסה C (0.5 M0.5\ \text{M}0.5 M), ולא ב־A (0.2 M0.2\ \text{M}0.2 M).
•ד – לא נכון: [OH−][\text{OH}^-][OH−] ב־C הוא 0.5 M0.5\ \text{M}0.5 M; הערך 0.020.020.02 מתקבל מכפל n⋅Vn\cdot Vn⋅V במקום חלוקה.

תמיסה	$n$ (mol)	$V$ (L)	$[\text{OH}^-]$ (M)
A	$\frac{2.0\ \text{g}}{40.0\ \text{g/mol}} = 0.05$	0.250	$\frac{0.05\ \text{mol}}{0.250\ \text{L}} = 0.2$
B	$\frac{5.61\ \text{g}}{56.1\ \text{g/mol}} = 0.1$	1.000	$\frac{0.1\ \text{mol}}{1.000\ \text{L}} = 0.1$
C	$\frac{2.39\ \text{g}}{23.9\ \text{g/mol}} = 0.1$	0.200	$\frac{0.1\ \text{mol}}{0.200\ \text{L}} = 0.5$
D	$\frac{8.0\ \text{g}}{40.0\ \text{g/mol}} = 0.2$	2.000	$\frac{0.2\ \text{mol}}{2.000\ \text{L}} = 0.1$

שאלה 8 · מיהול תמיסת אשלגן זרחתי

רב-ברירה

נתונה תמיסה של אשלגן זרחתי, K3PO4(aq)\text{K}_3\text{PO}_{4(aq)}K3​PO4(aq)​ , שנפחה 75 מ"ל וריכוזה 0.20 M0.20\ \text{M}0.20 M .
הוסיפו לתמיסה 225 מ"ל מים מזוקקים וערבבו.
נבדקו ריכוזי היונים בתמיסה הסופית.
מבין השורות א–ד בטבלה שלפניכם, באיזו שורה ריכוזי היונים בתמיסה הסופית הם הנכונים?
ריכוז יוני אשלגן K(aq)+\text{K}^{+}_{(aq)}K(aq)+​ (M)ריכוז יוני זרחה PO43−(aq)\text{PO}_4^{3-}{}_{(aq)}PO43−​(aq)​ (M)
א.0.150.050
ב.0.200.067
ג.0.0500.15
ד.0.0500.050

	ריכוז יוני אשלגן $\text{K}^{+}_{(aq)}$ (M)	ריכוז יוני זרחה $\text{PO}_4^{3-}{}_{(aq)}$ (M)
א.	0.15	0.050
ב.	0.20	0.067
ג.	0.050	0.15
ד.	0.050	0.050

א.
$[\text{K}^{+}]=0.15\ \text{M}$ , $[\text{PO}_4^{3-}]=0.050\ \text{M}$
ב.
$[\text{K}^{+}]=0.20\ \text{M}$ , $[\text{PO}_4^{3-}]=0.067\ \text{M}$
ג.
$[\text{K}^{+}]=0.050\ \text{M}$ , $[\text{PO}_4^{3-}]=0.15\ \text{M}$
ד.
$[\text{K}^{+}]=0.050\ \text{M}$ , $[\text{PO}_4^{3-}]=0.050\ \text{M}$

◂ פתרון מלא לשאלה 8

התשובה הנכונה: א

תשובה:

א – [K+]=0.15 M[\text{K}^{+}]=0.15\ \text{M}[K+]=0.15 M, [PO43−]=0.050 M[\text{PO}_4^{3-}]=0.050\ \text{M}[PO43−​]=0.050 M.

התשובה: א.
מספר המולים של K3PO4\text{K}_3\text{PO}_4K3​PO4​ בתמיסה:
n=C⋅V=0.20 molL⋅0.075 L=0.015 moln=C\cdot V=0.20\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot 0.075\ \text{L}=0.015\ \text{mol}n=C⋅V=0.20 Lmol​⋅0.075 L=0.015 mol
הנפח הסופי: V=75 mL+225 mL=300 mL=0.300 LV=75\ \text{mL}+225\ \text{mL}=300\ \text{mL}=0.300\ \text{L}V=75 mL+225 mL=300 mL=0.300 L.
CK3PO4=nV=0.015 mol0.300 L=0.050 MC_{\text{K}_3\text{PO}_4}=\frac{n}{V}=\frac{0.015\ \text{mol}}{0.300\ \text{L}}=0.050\ \text{M}CK3​PO4​​=Vn​=0.300 L0.015 mol​=0.050 M
תהליך ההמסה: K3PO4(s)→3K(aq)++PO43−(aq)\text{K}_3\text{PO}_{4(s)} \rightarrow 3\text{K}^{+}_{(aq)} + \text{PO}_4^{3-}{}_{(aq)}K3​PO4(s)​→3K(aq)+​+PO43−​(aq)​, ולכן:
[PO43−]=0.050 M[\text{PO}_4^{3-}]=0.050\ \text{M}[PO43−​]=0.050 M ו־[K+]=3⋅0.050=0.15 M[\text{K}^{+}]=3\cdot0.050=0.15\ \text{M}[K+]=3⋅0.050=0.15 M.
- ב – חישוב לפי נפח המים שהוספו בלבד (225 מ"ל): 0.015 mol0.225 L=0.067 M\frac{0.015\ \text{mol}}{0.225\ \text{L}}=0.067\ \text{M}0.225 L0.015 mol​=0.067 M, ו־[K+]=0.20 M[\text{K}^{+}]=0.20\ \text{M}[K+]=0.20 M – שגוי.
- ג – היחס בין היונים הפוך (המקדם 3 שייך ליוני K+\text{K}^{+}K+).
- ד – שכחת המקדם 3 של יוני האשלגן.

שאלה 9 · מאמר: כיבוי שריפות – לא תמיד במים

שאלת מאמר20 נקודות

ניתוח קטע ממאמר מדעי – חובה
קראו את הקטע שלפניכם, וענו על הסעיפים שאחריו לפי ההנחיות (שאלת חובה – 20 נקודות).
כיבוי שריפות – לא תמיד במים
1 כדי שתתרחש שריפה נדרשים שלושה מרכיבים: חומר בעירה (דלק), חמצן וחום. כיבוי שריפה
2 מבוסס על סילוק של לפחות אחד מן המרכיבים האלה: קירור, ניתוק מן החמצן או הפסקת
3 אספקת הדלק. המים הם חומר הכיבוי הנפוץ ביותר: הם זולים וזמינים, ובעת התאדותם הם
4 קולטים כמות גדולה של חום ומקררים את החומר הבוער.
5 אולם מים אינם מתאימים לכל סוגי השריפות. בשריפה של דלקים נוזליים, כמו בנזין, אין
6 להתיז מים: הבנזין, שהוא תערובת של פחמימנים, אינו מתמוסס במים וצף על פניהם, ולכן
7 סילון המים עלול לפזר את הנוזל הבוער ולהרחיב את השריפה. גם בשריפה של מכשירים
8 חשמליים אין להשתמש במים, משום שמים שאינם טהורים מוליכים זרם חשמלי.
9 במטפים רבים משתמשים בפחמן דו־חמצני, CO2\text{CO}_2CO2​. במטף נמצא הפחמן הדו־חמצני בלחץ גבוה,
10 במצב נוזלי. כאשר מפעילים את המטף, נפלט גז הכבד מן האוויר, והוא יוצר מעין "שמיכה"
11 המנתקת את החומר הבוער מן החמצן. אולם פחמן דו־חמצני אינו מתאים לכיבוי שריפה של
12 מתכות כמו מגנזיום, משום שמגנזיום בוער ממשיך להגיב גם עם פחמן דו־חמצני:
2Mg(s)+CO2(g)⟶2MgO(s)+C(s)2\text{Mg}_{(s)} + \text{CO}_{2(g)} \longrightarrow 2\text{MgO}_{(s)} + \text{C}_{(s)}2Mg(s)​+CO2(g)​⟶2MgO(s)​+C(s)​
13 בעבר היו נפוצים "מטפי סודה־חומצה". במטף כזה הייתה תמיסה של סודה לשתייה (נתרן מימן
14 פחמתי), NaHCO3(aq)\text{NaHCO}_{3(aq)}NaHCO3(aq)​, ומעליה בקבוקון ובו חומצה גופרתית, H2SO4\text{H}_2\text{SO}_{4}H2​SO4​. בעת הפעלת המטף
15 נשפכה החומצה אל התמיסה, ונוצר גז פחמן דו־חמצני, שהלחץ שלו דחף את הנוזל החוצה מן המטף:
2NaHCO3(aq)+H2SO4(aq)⟶Na2SO4(aq)+2CO2(g)+2H2O(ℓ)2\text{NaHCO}_{3(aq)} + \text{H}_2\text{SO}_{4(aq)} \longrightarrow \text{Na}_2\text{SO}_{4(aq)} + 2\text{CO}_{2(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}2NaHCO3(aq)​+H2​SO4(aq)​⟶Na2​SO4(aq)​+2CO2(g)​+2H2​O(ℓ)​
16 במטפים אחרים, המיועדים בעיקר לשריפות במטבחים, נמצאת תמיסה מימית בסיסית של מלחי אשלגן.
17 במשך שנים רבות השתמשו גם בהָלוֹנִים – תרכובות פחמן המכילות ברום ופלואור, כמו CF3Br\text{CF}_3\text{Br}CF3​Br.
18 ההלונים יעילים מאוד בכיבוי, אך התברר שהם פוגעים בשכבת האוזון שבאטמוספרה, ולכן הייצור
19 שלהם הוגבל מאוד במסגרת אמנה בין־לאומית. במקומם פותחו חומרי כיבוי אחרים שאינם
20 מכילים ברום, כמו C3HF7\text{C}_3\text{HF}_7C3​HF7​. בטבלה שלפניכם מוצגות טמפרטורות הרתיחה של כמה חומרי כיבוי,
21 בלחץ של 1 אטמוספרה.
שם החומרנוסחה מולקולריתטמפרטורת רתיחה (∘C^{\circ}\text{C}∘C)
מיםH2O\text{H}_2\text{O}H2​O100
הלוןCF3Br\text{CF}_3\text{Br}CF3​Br−58-58−58
חומר כיבוי חלופיC3HF7\text{C}_3\text{HF}_7C3​HF7​−16-16−16
22 החיפוש אחר חומרי כיבוי יעילים, בטוחים וידידותיים לסביבה נמשך גם היום.
---
ענו על הסעיפים א, ד, ה, ו, ז ועל אחד מן הסעיפים ב או ג.

שם החומר	נוסחה מולקולרית	טמפרטורת רתיחה ( $^{\circ}\text{C}$ )
מים	$\text{H}_2\text{O}$	100
הלון	$\text{CF}_3\text{Br}$	$-58$
חומר כיבוי חלופי	$\text{C}_3\text{HF}_7$	$-16$

א.

במטף סודה־חומצה היו 168 g168\ \text{g}168 g של NaHCO3\text{NaHCO}_3NaHCO3​ בתמיסה, ובבקבוקון היו 0.800 mol0.800\ \text{mol}0.800 mol של H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4H2​SO4​ . הפעילו את המטף, והתגובה המתוארת בקטע התרחשה עד שאחד המגיבים נגמר.
מהו נפח הפחמן הדו־חמצני, CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ , שנוצר, בטמפרטורה של 27∘C27^{\circ}\text{C}27∘C ובלחץ של 1 atm1\ \text{atm}1 atm ? הניחו שכל הפחמן הדו־חמצני שנוצר השתחרר כגז. פרטו את חישוביכם.

ב.

סעיף ב הוא סעיף בחירה. אם תבחרו לענות עליו, אל תענו על סעיף ג.
הסבירו מדוע טמפרטורת הרתיחה של מים גבוהה בהרבה מטמפרטורת הרתיחה של ההלון CF3Br\text{CF}_3\text{Br}CF3​Br , אף שענן האלקטרונים של מולקולת CF3Br\text{CF}_3\text{Br}CF3​Br גדול יותר.

ג.

סעיף ג הוא סעיף בחירה. אם תבחרו לענות עליו, אל תענו על סעיף ב.
הסבירו מדוע טמפרטורת הרתיחה של C3HF7\text{C}_3\text{HF}_7C3​HF7​ גבוהה מטמפרטורת הרתיחה של CF3Br\text{CF}_3\text{Br}CF3​Br .

ד.

לפניכם שני ניסוחים של תגובות. התבססו על הקטע וקבעו מהו הניסוח (הנטו) המתאר את התגובה שהתרחשה במטף סודה־חומצה. נמקו את קביעתכם.
I. HCO3−(aq)+H3O(aq)+⟶CO2(g)+2H2O(ℓ)\text{HCO}_3^{-}{}_{(aq)} + \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} \longrightarrow \text{CO}_{2(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}HCO3−​(aq)​+H3​O(aq)+​⟶CO2(g)​+2H2​O(ℓ)​
II. HCO3−(aq)+OH(aq)−⟶CO32−(aq)+H2O(ℓ)\text{HCO}_3^{-}{}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)} \longrightarrow \text{CO}_3^{2-}{}_{(aq)} + \text{H}_2\text{O}_{(\ell)}HCO3−​(aq)​+OH(aq)−​⟶CO32−​(aq)​+H2​O(ℓ)​

ה.

ברומותימול כחול הוא אינדיקטור.
נתונים:
•כאשר מוסיפים ברומותימול כחול לתמיסה של מימן כלורי, HCℓ(aq)\text{HC}\ell_{(aq)}HCℓ(aq)​ , צבע התמיסה צהוב.
•כאשר מוסיפים ברומותימול כחול לתמיסה של נתרן הידרוקסידי, NaOH(aq)\text{NaOH}_{(aq)}NaOH(aq)​ , צבע התמיסה כחול.
לקחו דוגמה מן התמיסה שבמטף המיועד לשריפות במטבחים, והוסיפו לה ברומותימול כחול.
התבססו על המידע בקטע ועל הנתונים, וקבעו מה יהיה צבע התמיסה. נמקו את קביעתכם.

ו.

התבססו על הקטע, וקבעו אם בתגובה של מגנזיום בוער עם פחמן דו־חמצני, החומר CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ הוא מחמצן או מחזר. נמקו את קביעתכם.

ז.

בנזין הוא תערובת של פחמימנים, למשל אוקטאן, C8H18\text{C}_8\text{H}_{18}C8​H18​ .
התבססו על הקטע והסבירו מדוע בנזין אינו מתמוסס במים.

◂ פתרון מלא לשאלה 9

סעיף א

תשובה:

המגיב המגביל הוא H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4H2​SO4​; V(CO2)=39.4 LV(\text{CO}_2) = 39.4\ \text{L}V(CO2​)=39.4 L

לפי הניסוח שבקטע (אחרי שורה 15): 2NaHCO3(aq)+H2SO4(aq)→Na2SO4(aq)+2CO2(g)+2H2O(ℓ)2\text{NaHCO}_{3(aq)} + \text{H}_2\text{SO}_{4(aq)} \rightarrow \text{Na}_2\text{SO}_{4(aq)} + 2\text{CO}_{2(g)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(\ell)}2NaHCO3(aq)​+H2​SO4(aq)​→Na2​SO4(aq)​+2CO2(g)​+2H2​O(ℓ)​
1. המסה המולרית: M(NaHCO3)=23.0+1.0+12.0+3⋅16.0=84.0 gmolM(\text{NaHCO}_3) = 23.0 + 1.0 + 12.0 + 3 \cdot 16.0 = 84.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(NaHCO3​)=23.0+1.0+12.0+3⋅16.0=84.0 molg​
2. מספר המולים: n(NaHCO3)=mM=168 g84.0 gmol=2.00 moln(\text{NaHCO}_3) = \frac{m}{M} = \frac{168\ \text{g}}{84.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}} = 2.00\ \text{mol}n(NaHCO3​)=Mm​=84.0 molg​168 g​=2.00 mol
3. המגיב המגביל: לפי היחס NaHCO3:H2SO4=2:1\text{NaHCO}_3 : \text{H}_2\text{SO}_4 = 2 : 1NaHCO3​:H2​SO4​=2:1, כדי להגיב עם 2.00 mol2.00\ \text{mol}2.00 mol של NaHCO3\text{NaHCO}_3NaHCO3​ דרושים 2.00 mol2=1.00 mol\frac{2.00\ \text{mol}}{2} = 1.00\ \text{mol}22.00 mol​=1.00 mol של H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4H2​SO4​. יש רק 0.800 mol0.800\ \text{mol}0.800 mol, ולכן H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4H2​SO4​ הוא המגיב המגביל (NaHCO3\text{NaHCO}_3NaHCO3​ בעודף).
4. מספר המולים של הגז: n(CO2)=2⋅n(H2SO4)=2⋅0.800 mol=1.60 moln(\text{CO}_2) = 2 \cdot n(\text{H}_2\text{SO}_4) = 2 \cdot 0.800\ \text{mol} = 1.60\ \text{mol}n(CO2​)=2⋅n(H2​SO4​)=2⋅0.800 mol=1.60 mol
5. T=27+273=300 KT = 27 + 273 = 300\ \text{K}T=27+273=300 K ; לפי PV=nRTPV = nRTPV=nRT: V=nRTP=1.60 mol⋅0.082 atm⋅Lmol⋅K⋅300 K1 atm=39.4 LV = \frac{nRT}{P} = \frac{1.60\ \text{mol} \cdot 0.082\ \frac{\text{atm} \cdot \text{L}}{\text{mol} \cdot \text{K}} \cdot 300\ \text{K}}{1\ \text{atm}} = 39.4\ \text{L}V=PnRT​=1 atm1.60 mol⋅0.082 mol⋅Katm⋅L​⋅300 K​=39.4 L
תשובה: נוצרים 39.4 L39.4\ \text{L}39.4 L של פחמן דו־חמצני.
טעות נפוצה: לחשב את כמות התוצר לפי NaHCO3\text{NaHCO}_3NaHCO3​ (שהוא בעודף) ולקבל 2.00 mol2.00\ \text{mol}2.00 mol ו־49.2 L49.2\ \text{L}49.2 L, בלי לבדוק מהו המגיב המגביל.

סעיף ב

תשובה:

בין מולקולות מים יש קשרי מימן, ובין מולקולות CF3Br\text{CF}_3\text{Br}CF3​Br אין קשרי מימן (אין בהן אטומי H); קשרי המימן גוברים על ההשפעה של ענן האלקטרונים הגדול.

קביעה: האינטראקציות בין מולקולות המים חזקות מן האינטראקציות בין מולקולות CF3Br\text{CF}_3\text{Br}CF3​Br, ולכן טמפרטורת הרתיחה של מים (100∘C100^{\circ}\text{C}100∘C) גבוהה בהרבה מזו של ההלון (−58∘C-58^{\circ}\text{C}−58∘C) – לפי הטבלה בקטע.
הסבר:
- מים: אטומי H קשורים לאטום O, ולכן בין מולקולות המים נוצרים קשרי מימן – אינטראקציות חזקות יחסית. ענן האלקטרונים של מולקולת מים קטן (10 אלקטרונים), ולכן אינטראקציות ון־דר־ולס ביניהן חלשות.
- CF3Br\text{CF}_3\text{Br}CF3​Br: במולקולה אין אטומי מימן כלל, ולכן אין קשרי מימן בין המולקולות. פועלות ביניהן אינטראקציות ון־דר־ולס (ודו־קוטב–דו־קוטב). ענן האלקטרונים גדול (6+3⋅9+35=686 + 3 \cdot 9 + 35 = 686+3⋅9+35=68 אלקטרונים), ולכן אינטראקציות ון־דר־ולס חזקות יחסית.
•במקרה זה קשרי המימן שבין מולקולות המים חזקים יותר מסך האינטראקציות בין מולקולות CF3Br\text{CF}_3\text{Br}CF3​Br, ולכן נדרשת יותר אנרגיה כדי להפריד בין מולקולות המים.

סעיף ג

תשובה:

ענן האלקטרונים של C3HF7\text{C}_3\text{HF}_7C3​HF7​ (82 אלקטרונים) גדול מזה של CF3Br\text{CF}_3\text{Br}CF3​Br (68), והמולקולה גדולה יותר (שטח פנים גדול יותר) – אינטראקציות ון־דר־ולס חזקות יותר; בשני החומרים אין קשרי מימן.

קביעה: האינטראקציות בין מולקולות C3HF7\text{C}_3\text{HF}_7C3​HF7​ חזקות מן האינטראקציות בין מולקולות CF3Br\text{CF}_3\text{Br}CF3​Br, ולכן טמפרטורת הרתיחה שלו (−16∘C-16^{\circ}\text{C}−16∘C) גבוהה מזו של CF3Br\text{CF}_3\text{Br}CF3​Br (−58∘C-58^{\circ}\text{C}−58∘C) – לפי הטבלה בקטע.
הסבר:
•בשני החומרים אין קשרי מימן: ב־CF3Br\text{CF}_3\text{Br}CF3​Br אין אטומי H, וב־C3HF7\text{C}_3\text{HF}_7C3​HF7​ אטום ה־H קשור לאטום פחמן ולא ל־N, O או F. בין המולקולות של שני החומרים פועלות אינטראקציות ון־דר־ולס (ושתי המולקולות קוטביות).
- ענן האלקטרונים: ב־C3HF7\text{C}_3\text{HF}_7C3​HF7​ יש 3⋅6+1+7⋅9=823 \cdot 6 + 1 + 7 \cdot 9 = 823⋅6+1+7⋅9=82 אלקטרונים, וב־CF3Br\text{CF}_3\text{Br}CF3​Br – 6+3⋅9+35=686 + 3 \cdot 9 + 35 = 686+3⋅9+35=68 אלקטרונים. ענן אלקטרונים גדול יותר – אינטראקציות ון־דר־ולס חזקות יותר.
•גם שטח הפנים של מולקולת C3HF7\text{C}_3\text{HF}_7C3​HF7​ (11 אטומים, שלושה מהם אטומי פחמן בשרשרת) גדול משטח הפנים של מולקולת CF3Br\text{CF}_3\text{Br}CF3​Br (5 אטומים), ולכן שטח המגע בין המולקולות גדול יותר.
•לכן נדרשת יותר אנרגיה כדי להפריד בין מולקולות C3HF7\text{C}_3\text{HF}_7C3​HF7​.

סעיף ד

תשובה:

ניסוח I.

קביעה: ניסוח I.
נימוק: לפי שורות 13–15 בקטע, במטף נשפכה חומצה גופרתית אל תמיסת NaHCO3\text{NaHCO}_3NaHCO3​, ונוצר גז פחמן דו־חמצני. בתמיסה מימית של חומצה גופרתית יש יוני הידרוניום: H2SO4(ℓ)+2H2O(ℓ)→2H3O(aq)++SO42−(aq)\text{H}_2\text{SO}_{4(\ell)} + 2\text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow 2\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{SO}_4^{2-}{}_{(aq)}H2​SO4(ℓ)​+2H2​O(ℓ)​→2H3​O(aq)+​+SO42−​(aq)​. בניסוח I יוני HCO3−\text{HCO}_3^{-}HCO3−​ מגיבים עם יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^{+}H3​O+ שמקורם בחומצה, ונוצר CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ – בהתאם לקטע. (יוני Na+\text{Na}^{+}Na+ ו־SO42−\text{SO}_4^{2-}SO42−​ אינם משתתפים בתגובה ולכן אינם מופיעים בניסוח הנטו.) בניסוח II מגיבים יוני OH−\text{OH}^{-}OH− – יונים של תמיסה בסיסית, שאינה מעורבת במטף זה – ולא נוצר גז.

סעיף ה

תשובה:

כחול.

קביעה: צבע התמיסה יהיה כחול.
נימוק: לפי שורה 16 בקטע, במטף המיועד לשריפות במטבחים נמצאת תמיסה מימית בסיסית של מלחי אשלגן – כלומר בתמיסה יש עודף של יוני OH(aq)−\text{OH}^{-}_{(aq)}OH(aq)−​ ביחס ליוני H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}H3​O(aq)+​. לפי הנתונים, ברומותימול כחול צבוע בכחול בתמיסה בסיסית (כמו NaOH(aq)\text{NaOH}_{(aq)}NaOH(aq)​), ובצהוב בתמיסה חומצית (כמו HCℓ(aq)\text{HC}\ell_{(aq)}HCℓ(aq)​). לכן צבע התמיסה יהיה כחול.

סעיף ו

תשובה:

CO2\text{CO}_2CO2​ הוא מחמצן – דרגת החמצון של C יורדת מ־+4 ל־0.

קביעה: CO2(g)\text{CO}_{2(g)}CO2(g)​ הוא מחמצן.
נימוק: לפי שורות 11–12 בקטע והניסוח שאחריהן: 2Mg(s)+CO2(g)→2MgO(s)+C(s)2\text{Mg}_{(s)} + \text{CO}_{2(g)} \rightarrow 2\text{MgO}_{(s)} + \text{C}_{(s)}2Mg(s)​+CO2(g)​→2MgO(s)​+C(s)​.
•דרגת החמצון של C ב־CO2\text{CO}_2CO2​: x+2⋅(−2)=0⇒x=+4x + 2 \cdot (-2) = 0 \Rightarrow x = +4x+2⋅(−2)=0⇒x=+4; ב־C(s)\text{C}_{(s)}C(s)​ (יסוד): 0.
•דרגת החמצון של Mg: ב־Mg(s)\text{Mg}_{(s)}Mg(s)​ (יסוד) 0; ב־MgO\text{MgO}MgO: x+(−2)=0⇒x=+2x + (-2) = 0 \Rightarrow x = +2x+(−2)=0⇒x=+2.
דרגת החמצון של אטומי הפחמן ירדה (מ־+4 ל־0) – הם קיבלו אלקטרונים ועברו חיזור, ואילו אטומי המגנזיום מסרו אלקטרונים ועברו חמצון. החומר שמקבל אלקטרונים וגורם לחמצון של המגיב האחר הוא המחמצן – ולכן CO2\text{CO}_2CO2​ הוא מחמצן (והמגנזיום – מחזר).

סעיף ז

תשובה:

מולקולות הפחמימנים אינן קוטביות ואינן יכולות ליצור קשרי מימן עם מולקולות המים; ביניהן לבין מולקולות המים נוצרות רק אינטראקציות ון־דר־ולס חלשות.

קביעה: בנזין אינו מתמוסס במים (שורות 5–6 בקטע), משום שמולקולות הפחמימנים אינן יכולות ליצור עם מולקולות המים קשרי מימן.
הסבר:
•מולקולות פחמימנים, כמו אוקטאן, בנויות מאטומי C ו־H בלבד. הקשרים C–H כמעט אינם קוטביים (הפרש אלקטרושליליות 0.4), ומולקולות הפחמימנים אינן קוטביות; בין מולקולות הבנזין פועלות אינטראקציות ון־דר־ולס.
•בין מולקולות המים פועלים קשרי מימן.
•במולקולות הפחמימנים אין אטומי N, O או F – אין אטומי H הקשורים אליהם ואין זוגות אלקטרונים לא קושרים – ולכן אינן יכולות ליצור קשרי מימן עם מולקולות מים. בין מולקולות הפחמימן למולקולות המים ייווצרו רק אינטראקציות ון־דר־ולס חלשות, שאינן יכולות להחליף את קשרי המימן שבין מולקולות המים. לכן הבנזין אינו מתמוסס במים, ונשאר כשכבה נפרדת הצפה על פני המים.

פרק שני

שאלה 10 · שרפת מגנזיום, גורם מגביל וקשרי מימן במתילאמין

שאלה פתוחה20 נקודות

מבנה וקישור, חישובים
מגנזיום, Mg(s)\text{Mg}_{(s)}Mg(s)​ , היא מתכת קלה בצבע אפור־כסוף. סרט מגנזיום שמציתים אותו נשרף באוויר באור לבן ובוהק מאוד, ולכן בעבר השתמשו במגנזיום במבזקי צילום, וכיום משתמשים בו בזיקוקים ובאבוקות איתות.
בשרפה מגיב המגנזיום עם חמצן, O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ , ונוצרת אבקה לבנה של מגנזיום חמצני, MgO(s)\text{MgO}_{(s)}MgO(s)​ .
לפניכם ניסוח לא מאוזן של התגובה:
Mg(s)+O2(g)→MgO(s)\text{Mg}_{(s)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow \text{MgO}_{(s)}Mg(s)​+O2(g)​→MgO(s)​

א.

העתיקו את ניסוח התגובה למחברת הבחינה ואזנו אותו.

ב.

ציינו שינוי מאקרוסקופי אחד היכול להעיד על התרחשות התגובה.

ג.

בטבלה שלפניכם מוצגים נתונים המתאימים לשניים מן החומרים בתגובה.
סימול החומרהולכה חשמלית במצב מוצקהולכה חשמלית במצב נוזל
A√√
B×√
מבין כל החומרים בתגובה, קבעו מהו חומר A\text{A}A ומהו חומר B\text{B}B .

סימול החומר	הולכה חשמלית במצב מוצק	הולכה חשמלית במצב נוזל
A	√	√
B	×	√

ד.

בחרו באחד מן החומרים שקבעתם בסעיף ג, והסבירו את נתוני ההולכה החשמלית של חומר זה במצב צבירה מוצק ובמצב צבירה נוזל.

ה.

בכלי סגור הציתו 7.297.297.29 גרם מגנזיום, Mg(s)\text{Mg}_{(s)}Mg(s)​ , בנוכחות 4.04.04.0 גרם חמצן, O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ . התגובה התרחשה על פי התגובה שאיזנתם בסעיף א, עד שאחד המגיבים נגמר.
קבעו מהו הגורם המגביל, וחשבו את המסה של MgO(s)\text{MgO}_{(s)}MgO(s)​ שנוצרה. פרטו את חישוביכם.

ו.

מתילאמין, CH3NH2\text{CH}_3\text{NH}_2CH3​NH2​ , הוא חומר מולקולרי המשמש בתעשייה לייצור תרופות וחומרי הדברה.
לפניכם ארבעה איורים 1–4. בכל איור מסורטטות שתי מולקולות מתילאמין וקו מקווקו ביניהן.
קבעו איזה מן האיורים 1, 2, 3, 4 מתאר בצורה נכונה קשר מימני בין שתי מולקולות מתילאמין.

◂ פתרון מלא לשאלה 10

סעיף א

תשובה:

2Mg(s)+O2(g)→2MgO(s)2\text{Mg}_{(s)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{MgO}_{(s)}2Mg(s)​+O2(g)​→2MgO(s)​

מאזנים את אטומי החמצן: במולקולת O2\text{O}_2O2​ יש 222 אטומי חמצן, ולכן נוצרות 222 יחידות MgO\text{MgO}MgO; לפיהן נקבע המקדם 222 ל־Mg\text{Mg}Mg:
2Mg(s)+O2(g)→2MgO(s)2\text{Mg}_{(s)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{MgO}_{(s)}2Mg(s)​+O2(g)​→2MgO(s)​
בדיקה: Mg\text{Mg}Mg: 2=22=22=2; O\text{O}O: 2=22=22=2.
טעות נפוצה: לכתוב MgO2\text{MgO}_2MgO2​ כדי לאזן – אסור לשנות את נוסחת החומר.

סעיף ב

תשובה:

הופעת אור לבן ובוהק (שחרור חום), או היווצרות אבקה לבנה במקום המתכת האפורה־כסופה.

שינוי מאקרוסקופי אפשרי: פליטת אור לבן ובוהק (וחום).
תשובה אפשרית נוספת: המתכת האפורה־כסופה הופכת לאבקה לבנה (מגנזיום חמצני).
טעות נפוצה: לתאר שינוי ברמה המיקרוסקופית, למשל "נוצרו יוני Mg2+\text{Mg}^{2+}Mg2+".

סעיף ג

תשובה:

A\text{A}A – מגנזיום, Mg\text{Mg}Mg; B\text{B}B – מגנזיום חמצני, MgO\text{MgO}MgO.

חומר A מוליך חשמל גם במצב מוצק וגם במצב נוזל – תכונה של מתכת: A\text{A}A הוא מגנזיום, Mg\text{Mg}Mg.
חומר B אינו מוליך במצב מוצק אך מוליך במצב נוזל – תכונה של חומר יוני: B\text{B}B הוא מגנזיום חמצני, MgO\text{MgO}MgO (תרכובת של מתכת ואל־מתכת).
O2\text{O}_2O2​ הוא חומר מולקולרי שאינו מוליך חשמל באף מצב צבירה, ולכן אינו מתאים לאף שורה.

סעיף ד

תשובה:

מגנזיום: אלקטרונים ניידים בסריג המתכתי גם במוצק וגם בנוזל. (או: MgO\text{MgO}MgO – במוצק היונים אינם ניידים, בנוזל הם ניידים.)

הולכה חשמלית מחייבת נוכחות של חלקיקים טעונים ניידים.
אפשרות 1 – מגנזיום (A\text{A}A): מגנזיום הוא מתכת, הבנויה מסריג מתכתי של יונים חיוביים Mg2+\text{Mg}^{2+}Mg2+ ו"ים" של אלקטרונים ניידים (בלתי מאותרים). האלקטרונים הניידים קיימים גם במצב מוצק וגם במצב נוזל, ולכן המגנזיום מוליך חשמל בשני המצבים.
אפשרות 2 – מגנזיום חמצני (B\text{B}B): MgO\text{MgO}MgO הוא חומר יוני, הבנוי מסריג של יוני Mg2+\text{Mg}^{2+}Mg2+ ויוני O2−\text{O}^{2-}O2−. במצב מוצק היונים קבועים במקומם בסריג (אינם ניידים), ואין בחומר אלקטרונים ניידים – לכן אינו מוליך. במצב נוזל הסריג נהרס והיונים ניידים – לכן החומר מוליך חשמל.
טעות נפוצה: לכתוב "אלקטרונים חופשיים" או "יונים חופשיים" במקום "ניידים".

סעיף ה

תשובה:

הגורם המגביל: O2\text{O}_2O2​; נוצרו 0.2500.2500.250 מול, כלומר כ־10.1 g10.1\ \text{g}10.1 g MgO\text{MgO}MgO.

מספר מולי המגיבים:
n(Mg)=mMw=7.29 g24.3 gmol=0.300 moln(\text{Mg}) = \frac{m}{M_w} = \frac{7.29\ \text{g}}{24.3\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}} = 0.300\ \text{mol}n(Mg)=Mw​m​=24.3 molg​7.29 g​=0.300 mol
Mw(O2)=2⋅16.0=32.0 gmolM_w(\text{O}_2) = 2\cdot 16.0 = 32.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}Mw​(O2​)=2⋅16.0=32.0 molg​ ; n(O2)=4.0 g32.0 gmol=0.125 moln(\text{O}_2) = \frac{4.0\ \text{g}}{32.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}} = 0.125\ \text{mol}n(O2​)=32.0 molg​4.0 g​=0.125 mol
קביעת הגורם המגביל (לפי 2Mg+O2→2MgO2\text{Mg} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{MgO}2Mg+O2​→2MgO, יחס מולים Mg:O2=2:1\text{Mg}:\text{O}_2 = 2:1Mg:O2​=2:1):
כדי שיגיבו 0.300 mol0.300\ \text{mol}0.300 mol מגנזיום נדרשים 0.3002=0.150 mol\frac{0.300}{2} = 0.150\ \text{mol}20.300​=0.150 mol O2\text{O}_2O2​, אך יש רק 0.125 mol0.125\ \text{mol}0.125 mol. לכן O2\text{O}_2O2​ הוא הגורם המגביל (והמגנזיום בעודף: מגיבים רק 2⋅0.125=0.250 mol2\cdot 0.125 = 0.250\ \text{mol}2⋅0.125=0.250 mol Mg\text{Mg}Mg).
מספר מולי MgO\text{MgO}MgO: n(O2):n(MgO)=1:2n(\text{O}_2) : n(\text{MgO}) = 1:2n(O2​):n(MgO)=1:2 ולכן n(MgO)=2⋅0.125 mol=0.250 moln(\text{MgO}) = 2\cdot 0.125\ \text{mol} = 0.250\ \text{mol}n(MgO)=2⋅0.125 mol=0.250 mol
מסת MgO\text{MgO}MgO: Mw(MgO)=24.3+16.0=40.3 gmolM_w(\text{MgO}) = 24.3 + 16.0 = 40.3\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}Mw​(MgO)=24.3+16.0=40.3 molg​
m=n⋅Mw=0.250 mol⋅40.3 gmol=10.1 gm = n\cdot M_w = 0.250\ \text{mol} \cdot 40.3\ \frac{\text{g}}{\text{mol}} = 10.1\ \text{g}m=n⋅Mw​=0.250 mol⋅40.3 molg​=10.1 g
טעות נפוצה: לקבוע את הגורם המגביל לפי המגיב שמספר המולים שלו קטן יותר בלי להתחשב ביחס המולים, או לחשב את התוצר לפי המגיב שבעודף.

סעיף ו

תשובה:

איור 1.

איור 1 נכון. קשר מימני נוצר בין אטום מימן הקשור קוולנטית לאטום קטן ואלקטרושלילי מאוד (F\text{F}F, O\text{O}O או N\text{N}N) במולקולה אחת, לבין זוג אלקטרונים לא קושר של אטום F\text{F}F, O\text{O}O או N\text{N}N במולקולה שכנה.
באיור 1 אטום מימן של קשר N−H\text{N}-\text{H}N−H במולקולה אחת (קשר קוטבי מאוד, הפרש אלקטרושליליות 0.90.90.9, ולכן על המימן מטען חלקי חיובי) נמשך אל זוג האלקטרונים הלא קושר של אטום החנקן במולקולה השכנה – קשר מימני תקין.
למה האחרים שגויים:
- איור 2: המימן המשתתף קשור לאטום פחמן. קשר C−H\text{C}-\text{H}C−H כמעט אינו קוטבי, ולכן מימן זה אינו יוצר קשר מימני.
- איור 3: הקו המקווקו מחבר בין שני אטומי חנקן (זוג אלקטרונים לא קושר מול זוג אלקטרונים לא קושר), ללא אטום מימן ביניהם – זה אינו קשר מימני.
- איור 4: הקו המקווקו מחבר בין שני אטומי מימן (שניהם בעלי מטען חלקי חיובי) – אין זוג אלקטרונים לא קושר, ולכן זה אינו קשר מימני.
טעות נפוצה: לבדוק רק שבמולקולה יש אטום N\text{N}N, בלי לבדוק שהמימן המשתתף קשור לאטום N\text{N}N ושבצד השני של הקשר יש זוג אלקטרונים לא קושר.

שאלה 11 · חומצה פורמית – ריכוז, pH, קשרי מימן ונטרול חומצה

שאלה פתוחה20 נקודות

חומצות ובסיסים, מבנה וקישור
ענה על הסעיפים א, ג, ה, ועל אחד מן הסעיפים ב או ד.
חומצה פורמית (חומצה מתאנואית), HCOOH(l)\text{HCOOH}_{(l)}HCOOH(l)​ , היא החומצה הקרבוקסילית הפשוטה ביותר.
היא נמצאת בטבע, למשל בעקיצות של נמלים, ומשמשת בתעשייה, למשל בעיבוד עורות ובתכשירים להסרת אבנית.

א.

בתמיסה מסוימת של חומצה פורמית יש 4.6 גרם HCOOH\text{HCOOH}HCOOH ב־ 100 מ"ל תמיסה.

(i)

חשב את הריכוז המולרי של החומצה הפורמית בתמיסה. פרט את חישוביך.

(ii)

חומצה פורמית מגיבה עם מים על פי תגובה (1) :
(1)HCOOH(l)+H2O(l)⟶HCOO(aq)−+H3O(aq)+(1)\quad \text{HCOOH}_{(l)}+\text{H}_2\text{O}_{(l)}\longrightarrow\text{HCOO}^{-}_{(aq)}+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}(1)HCOOH(l)​+H2​O(l)​⟶HCOO(aq)−​+H3​O(aq)+​
קבע אם ה־ pH של התמיסה קטן מ־ 7, גדול מ־ 7 או שווה ל־ 7 . נמק את קביעתך.

ב.

סעיף ב הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ד.
לקחו 20 מ"ל מן התמיסה שבסעיף א, והוסיפו לה מים עד שנפח התמיסה היה 250 מ"ל.

(i)

חשב את הריכוז המולרי של החומצה הפורמית בתמיסה לאחר המיהול.
פרט את חישוביך.

(ii)

קבע אם ה־ pH של התמיסה לאחר המיהול יהיה גבוה, נמוך או שווה ל־ pH של התמיסה לפני המיהול. הסבר את קביעתך.

ג.

בחומצה פורמית נוזלית נוצרים קשרי מימן בין המולקולות.
קבע באיזה מן האיורים (1)-(3) שלפניך, מתואר נכון קשר מימן בין שתי מולקולות של חומצה פורמית. נמק את קביעתך.

ד.

סעיף ד הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ב.
כדי לנטרל חומצה שנשפכה במעבדה, מפזרים עליה נתרן מימן פחמתי, NaHCO3(s)\text{NaHCO}_{3(s)}NaHCO3(s)​ .
נתונה תגובה (2) המתרחשת בין נתרן מימן פחמתי ובין תמיסה חומצית:
(2)NaHCO3(s)+H3O(aq)+⟶Na(aq)++CO2(g)+2H2O(l)(2)\quad \text{NaHCO}_{3(s)}+\text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)}\longrightarrow\text{Na}^{+}_{(aq)}+\text{CO}_{2(g)}+2\text{H}_2\text{O}_{(l)}(2)NaHCO3(s)​+H3​O(aq)+​⟶Na(aq)+​+CO2(g)​+2H2​O(l)​

(i)

לתמיסת חומצה חנקתית, HNO3(aq)\text{HNO}_{3(aq)}HNO3(aq)​ , בנפח 25 מ"ל ובריכוז 0.40M הוסיפו NaHCO3(s)\text{NaHCO}_{3(s)}NaHCO3(s)​ . כל המגיבים הגיבו בשלמות על פי תגובה (2).
חשב את מסת הנתרן מימן פחמתי שהגיב בתגובה זו. פרט את חישוביך.

(ii)

קבע אם ה־ pH של תמיסת HNO3(aq)\text{HNO}_{3(aq)}HNO3(aq)​ במהלך התרחשות תגובה (2), ירד, עלה או לא השתנה.
נמק את קביעתך.

ה.

לתמיסת HNO3(aq)\text{HNO}_{3(aq)}HNO3(aq)​ בנפח 20 מ"ל ובריכוז 0.50M הוסיפו 0.70 גרם נתרן מימן פחמתי, NaHCO3(s)\text{NaHCO}_{3(s)}NaHCO3(s)​ , והוא הגיב במלואו על פי תגובה (2).
האם ה־ pH של התמיסה בתום התגובה גדול מ־ 7 , קטן מ־ 7 או שווה ל־ 7 ?
פרט את חישוביך.

◂ פתרון מלא לשאלה 11

סעיף א

(i)

תשובה:

C=1.0 MC=1.0\ \text{M}C=1.0 M

מסה מולרית של חומצה פורמית, HCOOH\text{HCOOH}HCOOH (CH2O2\text{CH}_2\text{O}_2CH2​O2​):
M=12.0+2⋅1.0+2⋅16.0=46.0 gmolM=12.0+2\cdot1.0+2\cdot16.0=46.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M=12.0+2⋅1.0+2⋅16.0=46.0 molg​
מספר המולים ב־100 מ"ל:
n=mM=4.6 g46.0 gmol=0.10 moln=\frac{m}{M}=\frac{4.6\ \text{g}}{46.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}}=0.10\ \text{mol}n=Mm​=46.0 molg​4.6 g​=0.10 mol
הריכוז המולרי (V=0.100 LV=0.100\ \text{L}V=0.100 L):
C=nV=0.10 mol0.100 L=1.0 molLC=\frac{n}{V}=\frac{0.10\ \text{mol}}{0.100\ \text{L}}=1.0\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}C=Vn​=0.100 L0.10 mol​=1.0 Lmol​
תשובה: ריכוז החומצה הפורמית הוא 1.0 M1.0\ \text{M}1.0 M.

(ii)

תשובה:

pH < 7

ה־pH של התמיסה קטן מ־7.
לפי תגובה (1), חומצה פורמית מוסרת יון מימן (H+\text{H}^+H+) למולקולת מים – היא מתנהגת כחומצה. בתגובה נוצרים יוני הידרוניום, H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^+_{(aq)}H3​O(aq)+​, ולכן ריכוזם בתמיסה גדול מריכוז יוני OH−\text{OH}^-OH− – התמיסה חומצית ו־pH שלה קטן מ־7.

סעיף ב

(i)

תשובה:

C=0.080 MC=0.080\ \text{M}C=0.080 M

מולי החומצה ב־20 מ"ל תמיסה:
n=C⋅V=1.0 molL⋅0.020 L=0.020 moln=C\cdot V=1.0\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot0.020\ \text{L}=0.020\ \text{mol}n=C⋅V=1.0 Lmol​⋅0.020 L=0.020 mol
במיהול מספר המולים של החומצה אינו משתנה. נפח התמיסה הסופי הוא 250 מ"ל (המים נוספו עד לנפח זה):
C=nV=0.020 mol0.250 L=0.080 molLC=\frac{n}{V}=\frac{0.020\ \text{mol}}{0.250\ \text{L}}=0.080\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}C=Vn​=0.250 L0.020 mol​=0.080 Lmol​
תשובה: ריכוז החומצה הפורמית לאחר המיהול הוא 0.080 M0.080\ \text{M}0.080 M.
טעות נפוצה: לחבר 20 מ"ל ו־250 מ"ל (270 מ"ל). הנוסח "הוסיפו מים עד שנפח התמיסה היה 250 מ"ל" פירושו שהנפח הסופי הוא 250 מ"ל.

(ii)

תשובה:

גבוה יותר (אך עדיין קטן מ־7).

ה־pH לאחר המיהול גבוה יותר (ועדיין קטן מ־7).
במיהול ריכוז החומצה קטן, ולכן ריכוז יוני H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^+_{(aq)}H3​O(aq)+​ הנוצרים בתגובה (1) קטן. התמיסה פחות חומצית, ולכן ה־pH שלה עולה ומתקרב ל־7, אבל התמיסה נשארת חומצית.

סעיף ג

תשובה:

איור (2).

איור (2) מתאר נכון קשר מימן.
קשר מימן נוצר בין אטום מימן הקשור לאטום חמצן (קשר O–H קוטבי מאוד, הפרש אלקטרושליליות 3.5−2.1=1.43.5-2.1=1.43.5−2.1=1.4; על אטום ה־H מטען חלקי חיובי) במולקולה אחת, ובין זוג אלקטרונים לא קושר של אטום חמצן (מטען חלקי שלילי) במולקולה השכנה. באיור (2) אטום ה־H של קבוצת ה־OH במולקולה השמאלית נמשך לאטום ה־O של הקשר הכפול C=O במולקולה הימנית: O–H⋯O=C\text{O–H}\cdots\text{O=C}O–H⋯O=C.
- איור (1) שגוי – אטום המימן המשתתף בקשר קשור לאטום פחמן. הקשר C–H\text{C–H}C–H כמעט אינו קוטבי (הפרש אלקטרושליליות 2.5−2.1=0.42.5-2.1=0.42.5−2.1=0.4), ולכן אטום ה־H הזה אינו יוצר קשר מימן.
- איור (3) שגוי – הקשר מתואר בין שני אטומי מימן (H⋯H\text{H}\cdots\text{H}H⋯H), שלשניהם מטען חלקי חיובי; הם דוחים זה את זה.

סעיף ד

(i)

תשובה:

m(NaHCO3)=0.840 gm(\text{NaHCO}_3)=0.840\ \text{g}m(NaHCO3​)=0.840 g

מולי יוני ההידרוניום: HNO3\text{HNO}_3HNO3​ היא חומצה חזקה, 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)−​, ולכן [H3O+]=0.40 M[\text{H}_3\text{O}^+]=0.40\ \text{M}[H3​O+]=0.40 M.
nH3O+=C⋅V=0.40 molL⋅0.025 L=0.010 moln_{\text{H}_3\text{O}^+}=C\cdot V=0.40\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot0.025\ \text{L}=0.010\ \text{mol}nH3​O+​=C⋅V=0.40 Lmol​⋅0.025 L=0.010 mol
יחס מולים לפי תגובה (2): NaHCO3:H3O+=1:1\text{NaHCO}_3:\text{H}_3\text{O}^+=1:1NaHCO3​:H3​O+=1:1 → nNaHCO3=0.010 moln_{\text{NaHCO}_3}=0.010\ \text{mol}nNaHCO3​​=0.010 mol.
מסה מולרית: MNaHCO3=23.0+1.0+12.0+3⋅16.0=84.0 gmolM_{\text{NaHCO}_3}=23.0+1.0+12.0+3\cdot16.0=84.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}MNaHCO3​​=23.0+1.0+12.0+3⋅16.0=84.0 molg​
m=n⋅M=0.010 mol⋅84.0 gmol=0.840 gm=n\cdot M=0.010\ \text{mol}\cdot84.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}=0.840\ \text{g}m=n⋅M=0.010 mol⋅84.0 molg​=0.840 g
תשובה: הגיבו 0.840 g0.840\ \text{g}0.840 g נתרן מימן פחמתי.

(ii)

תשובה:

ה־pH עלה.

ה־pH עלה.
בתגובה (2) יוני H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^+_{(aq)}H3​O(aq)+​ מגיבים עם הנתרן מימן פחמתי ונצרכים (הופכים למים ולפחמן דו־חמצני). ריכוז יוני ההידרוניום בתמיסה קטן, התמיסה פחות חומצית, ולכן ה־pH עולה.

סעיף ה

תשובה:

pH < 7 – נשאר עודף של כ־0.0017 mol0.0017\ \text{mol}0.0017 mol יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+.

מולי יוני ההידרוניום בתחילה:
nH3O+=C⋅V=0.50 molL⋅0.020 L=0.010 moln_{\text{H}_3\text{O}^+}=C\cdot V=0.50\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\cdot0.020\ \text{L}=0.010\ \text{mol}nH3​O+​=C⋅V=0.50 Lmol​⋅0.020 L=0.010 mol
מולי הנתרן מימן פחמתי:
nNaHCO3=mM=0.70 g84.0 gmol=0.00833 moln_{\text{NaHCO}_3}=\frac{m}{M}=\frac{0.70\ \text{g}}{84.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}}=0.00833\ \text{mol}nNaHCO3​​=Mm​=84.0 molg​0.70 g​=0.00833 mol
גורם מגביל: לפי תגובה (2) היחס הוא 1:11:11:1. הנתרן מימן פחמתי (0.00833 mol0.00833\ \text{mol}0.00833 mol) הגיב במלואו – הוא הגורם המגביל – ונצרכו 0.00833 mol0.00833\ \text{mol}0.00833 mol יוני H3O+\text{H}_3\text{O}^+H3​O+.
nH3O+, נותר=0.010 mol−0.00833 mol=0.0017 moln_{\text{H}_3\text{O}^+,\ \text{נותר}}=0.010\ \text{mol}-0.00833\ \text{mol}=0.0017\ \text{mol}nH3​O+, נותר​=0.010 mol−0.00833 mol=0.0017 mol
בתום התגובה נשארו בתמיסה יוני H3O(aq)+\text{H}_3\text{O}^+_{(aq)}H3​O(aq)+​ בעודף, ולכן התמיסה חומצית – pH קטן מ־7.

שאלה 12 · 1־בוטנול ודיאתיל אתר – איזומרים, אינטראקציות ומסיסות

שאלה פתוחה20 נקודות

תרכובות פחמן ומבנה וקישור
1־בוטנול ודיאתיל אתר הם שני חומרים מולקולריים המשמשים כממסים. בעבר שימש דיאתיל אתר גם כחומר הרדמה בניתוחים.
בטבלה שלפניך מוצגים נתונים על שני החומרים:
שם החומר1־בוטנולדיאתיל אתר
טמפרטורת רתיחה (∘C^{\circ}\text{C}∘C)11835
ייצוג מקוצר לנוסחת המבנהCH3CH2CH2CH2OH\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{OH}CH3​CH2​CH2​CH2​OHCH3CH2OCH2CH3\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OCH}_2\text{CH}_3CH3​CH2​OCH2​CH3​
נוסחה מולקולרית------------------C4H10O\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}C4​H10​O

שם החומר	1־בוטנול	דיאתיל אתר
טמפרטורת רתיחה ( $^{\circ}\text{C}$ )	118	35
ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה	$\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{OH}$	$\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OCH}_2\text{CH}_3$
נוסחה מולקולרית	------------------	$\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}$

א.

(i)

מהם איזומרים?

(ii)

כתוב את הנוסחה המולקולרית של 1־בוטנול, וקבע אם 1־בוטנול ודיאתיל אתר הם איזומרים.

(iii)

רשום ייצוג מלא לנוסחת המבנה של מולקולת דיאתיל אתר.

ב.

1־בוטנול ודיאתיל אתר הם איזומרים, אך טמפרטורת הרתיחה של 1־בוטנול גבוהה בהרבה מטמפרטורת הרתיחה של דיאתיל אתר.
הסבר עובדה זו. בתשובתך התבסס על האינטראקציות הפועלות בין המולקולות.

ג.

היעזר בטבלת הקבוצות הפונקציונליות שבדף הנוסחאות.

(i)

ציין את שם הקבוצה הפונקציונלית בכל אחד מן החומרים, 1־בוטנול ודיאתיל אתר.

(ii)

מבין ההיגדים a-c שלפניך, ציין מה הם ההיגדים הנכונים.
a. לשני החומרים אותה מסה מולרית.
b. בין מולקולות 1־בוטנול פועלים קשרי מימן.
c. מולקולות דיאתיל אתר אינן יכולות ליצור קשרי מימן עם מולקולות מים.

(iii)

קבע איזה חומר, מים או דיאתיל אתר, מתמוסס פחות בהקסאן, C6H14(ℓ)\text{C}_6\text{H}_{14(\ell)}C6​H14(ℓ)​. הסבר את קביעתך.

ד.

לניסוי במעבדה דרושה תמיסה מימית של 1־בוטנול בריכוז 0.20 M0.20\ \text{M}0.20 M.
תלמיד המיס 7.4 גרם 1־בוטנול במים והשלים את נפח התמיסה ל־400 מ"ל.
קבע אם ריכוז התמיסה שהכין התלמיד שווה לריכוז הדרוש, גדול ממנו או קטן ממנו. פרט את חישוביך והסבר.

◂ פתרון מלא לשאלה 12

סעיף א

(i)

תשובה:

תרכובות בעלות אותה נוסחה מולקולרית ונוסחות מבנה שונות.

איזומרים הם תרכובות שיש להן אותה נוסחה מולקולרית (אותם סוגי אטומים ואותו מספר מכל סוג), אך נוסחות מבנה שונות – האטומים מסודרים וקשורים זה לזה בדרך שונה. לכן לאיזומרים יש תכונות שונות (למשל טמפרטורות רתיחה שונות).

(ii)

תשובה:

C4H10O\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}C4​H10​O; כן, הם איזומרים.

ספירה בייצוג המקוצר CH3CH2CH2CH2OH\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_2\text{OH}CH3​CH2​CH2​CH2​OH:
•אטומי פחמן: 4.
•אטומי מימן: 3+2+2+2+1=103 + 2 + 2 + 2 + 1 = 103+2+2+2+1=10.
•אטומי חמצן: 1.
הנוסחה המולקולרית: C4H10O\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}C4​H10​O – זהה לנוסחה המולקולרית של דיאתיל אתר, אך נוסחות המבנה שונות (ב־1־בוטנול אטום החמצן נמצא בקצה השרשרת בקבוצת OH, ובדיאתיל אתר הוא נמצא בין שני אטומי פחמן). לכן שני החומרים הם איזומרים.

(iii)

תשובה:

שרשרת C–C–O–C–C שבה כל אטום פחמן קשור לאטומי מימן כך שלכל פחמן 4 קשרים (סך הכול 10 אטומי מימן).

בייצוג מלא מסרטטים את כל האטומים ואת כל הקשרים: אטום החמצן קשור בקשרים יחידים לשני אטומי פחמן, ולכל אחד מהם קשורה קבוצה נוספת של פחמן. כל אטום פחמן יוצר 4 קשרים: לפחמני הקצה (CH3\text{CH}_3CH3​) 3 אטומי מימן, ולפחמנים הצמודים לחמצן (CH2\text{CH}_2CH2​) 2 אטומי מימן. לאטום החמצן 2 קשרים (ושני זוגות אלקטרונים לא קושרים, שאין חובה לסרטט בייצוג מלא).

סעיף ב

תשובה:

בין מולקולות 1־בוטנול יש קשרי מימן (קבוצת OH), ובין מולקולות דיאתיל אתר אין קשרי מימן (אין H הקשור ל־O); ענני האלקטרונים בגודל זהה, ולכן האינטראקציות בין מולקולות הבוטנול חזקות יותר.

- 1־בוטנול: במולקולה יש קבוצת OH – אטום מימן הקשור לאטום חמצן, שהוא אלקטרושלילי מאוד. לכן בין המולקולות נוצרים קשרי מימן (אטום H של קבוצת OH במולקולה אחת נמשך לזוג אלקטרונים לא קושר של אטום O במולקולה אחרת), ובנוסף פועלות אינטראקציות ואן דר ואלס.
- דיאתיל אתר: אטום החמצן קשור לשני אטומי פחמן, ואין במולקולה אטום מימן הקשור לאטום חמצן. לכן אין קשרי מימן בין מולקולות האתר; ביניהן פועלות אינטראקציות ואן דר ואלס בלבד (כולל משיכה בין דו־קטבים).
•לשני החומרים אותה נוסחה מולקולרית (C4H10O\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}C4​H10​O, 42 אלקטרונים), כלומר ענני אלקטרונים בגודל דומה, ולכן אינטראקציות ואן דר ואלס דומות בחוזקן.
קשרי מימן חזקים מאינטראקציות ואן דר ואלס, ולכן כדי להתגבר על האינטראקציות בין מולקולות 1־בוטנול נדרשת אנרגייה רבה יותר – טמפרטורת הרתיחה שלו גבוהה יותר.

סעיף ג

(i)

תשובה:

1־בוטנול – קבוצת הידרוקסיל (כוהל); דיאתיל אתר – קבוצה אתרית (אתר).

- 1־בוטנול: קבוצת הידרוקסיל, −OH-\text{OH}−OH, הקשורה לאטום פחמן – הקבוצה האופיינית לכוהלים.
- דיאתיל אתר: אטום חמצן הקשור בשני קשרים יחידים לשני אטומי פחמן, C−O−C\text{C}-\text{O}-\text{C}C−O−C – הקבוצה האופיינית לאתרים.

(ii)

תשובה:

a ו־b.

- a – נכון: לשני החומרים אותה נוסחה מולקולרית, C4H10O\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}C4​H10​O, ולכן אותה מסה מולרית: 4⋅12.0+10⋅1.0+16.0=74.0 g/mol4\cdot 12.0 + 10\cdot 1.0 + 16.0 = 74.0\ \text{g/mol}4⋅12.0+10⋅1.0+16.0=74.0 g/mol.
- b – נכון: ב־1־בוטנול יש קבוצת OH, ולכן נוצרים קשרי מימן בין המולקולות (ראו סעיף ב).
- c – לא נכון: לאטום החמצן בדיאתיל אתר יש זוגות אלקטרונים לא קושרים. אטום מימן של מולקולת מים (הקשור לאטום O) יכול להימשך לזוג כזה – נוצר קשר מימן בין מולקולת האתר למולקולת המים. רק בין מולקולות האתר עצמן לא נוצרים קשרי מימן, כי אין בהן אטום H הקשור ל־O.

(iii)

תשובה:

מים.

המים מתמוססים פחות בהקסאן.
הקסאן הוא פחמימן שמולקולותיו לא קוטביות, ובין מולקולותיו פועלות אינטראקציות ואן דר ואלס בלבד.
- מים: בין מולקולות המים פועלים קשרי מימן רבים וחזקים (לכל מולקולה שני אטומי H ושני זוגות לא קושרים). בין מולקולות מים למולקולות הקסאן יכולות להיווצר רק אינטראקציות ואן דר ואלס חלשות, שאינן מפצות על פירוק קשרי המימן בין מולקולות המים. לכן המים כמעט אינם מתמוססים בהקסאן.
- דיאתיל אתר: בין מולקולותיו פועלות אינטראקציות ואן דר ואלס בלבד, ורוב המולקולה היא שרשראות פחמימניות. בין מולקולות האתר למולקולות ההקסאן נוצרות אינטראקציות ואן דר ואלס בחוזק דומה לאלה שמתפרקות, ולכן האתר מתמוסס היטב בהקסאן.

סעיף ד

תשובה:

גדול מן הריכוז הדרוש (0.25 M0.25\ \text{M}0.25 M לעומת 0.20 M0.20\ \text{M}0.20 M).

MC4H10O=4⋅12.0+10⋅1.0+16.0=74.0 g/molM_{\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}} = 4\cdot 12.0 + 10\cdot 1.0 + 16.0 = 74.0\ \text{g/mol}MC4​H10​O​=4⋅12.0+10⋅1.0+16.0=74.0 g/mol
n=mM=7.4 g74.0 g/mol=0.10 moln = \frac{m}{M} = \frac{7.4\ \text{g}}{74.0\ \text{g/mol}} = 0.10\ \text{mol}n=Mm​=74.0 g/mol7.4 g​=0.10 mol
נפח התמיסה: V=400 mL=0.400 LV = 400\ \text{mL} = 0.400\ \text{L}V=400 mL=0.400 L
C=nV=0.10 mol0.400 L=0.25 molLC = \frac{n}{V} = \frac{0.10\ \text{mol}}{0.400\ \text{L}} = 0.25\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}C=Vn​=0.400 L0.10 mol​=0.25 Lmol​
0.25 M>0.20 M0.25\ \text{M} > 0.20\ \text{M}0.25 M>0.20 M, ולכן ריכוז התמיסה שהכין התלמיד גדול מן הריכוז הדרוש.
טעות נפוצה: להציב את הנפח במיליליטר (0.10400\frac{0.10}{400}4000.10​) – בנוסחה C=nVC = \frac{n}{V}C=Vn​ הנפח בליטרים.

שאלה 13 · תכשיר אמבט ממלחי ים המלח – מגנזיום כלורי וגליצרול: ריכוזים ושיקוע

שאלה פתוחה20 נקודות

חישובים
ענה על הסעיפים א, ב, ג, ד, ו, ועל אחד מן הסעיפים ה או ז.
המלחים המופקים ממי ים המלח עשירים במגנזיום כלורי, MgCl2\text{MgCl}_2MgCl2​ .
לפי הוראות היצרן של תכשיר לאמבט, יש להכין תמיסה מימית של מגנזיום כלורי, MgCl2(aq)\text{MgCl}_{2(aq)}MgCl2(aq)​ , המכילה 19.06 גרם מומס ב־ 1 ליטר תמיסה.

א.

נסח את תהליך ההמסה במים של MgCl2(s)\text{MgCl}_{2(s)}MgCl2(s)​ .

ב.

מהו הריכוז המולרי של מגנזיום כלורי בתמיסה שבהוראות היצרן? פרט את חישוביך.

ג.

מהו מספר המולים הכולל של חלקיקי החומר המומס ב־1 ליטר של התמיסה שבהוראות היצרן? נמק.

ד.

נתונה תמיסת MgCl2(aq)\text{MgCl}_{2(aq)}MgCl2(aq)​ שריכוזה אינו ידוע. כדי לקבוע את הריכוז המולרי של התמיסה לקחו ממנה דגימה בנפח של 10.0 mL והוסיפו לה תמיסת כסף חנקתי, AgNO3(aq)\text{AgNO}_{3(aq)}AgNO3(aq)​ , בריכוז 0.100 M .
התרחשה התגובה:
Ag(aq)++Cl(aq)−→AgCl(s)\text{Ag}^{+}_{(aq)} + \text{Cl}^{-}_{(aq)} \rightarrow \text{AgCl}_{(s)}Ag(aq)+​+Cl(aq)−​→AgCl(s)​
נדרשו 30.0 mL מתמיסת AgNO3(aq)\text{AgNO}_{3(aq)}AgNO3(aq)​ כדי שתגיב עם כל יוני Cl(aq)−\text{Cl}^{-}_{(aq)}Cl(aq)−​ שבדגימה.
חשב את מספר המולים של יוני Cl(aq)−\text{Cl}^{-}_{(aq)}Cl(aq)−​ בדגימה. פרט את חישוביך.

ה.

סעיף ה הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ז.
קבע אם ריכוז התמיסה שנבדקה מתאים להוראות היצרן. פרט את חישוביך, ונמק את קביעתך.

ו.

לתכשירי אמבט מוסיפים לעיתים גליצרול, C3H8O3(l)\text{C}_3\text{H}_8\text{O}_{3(l)}C3​H8​O3(l)​ , שהוא חומר מולקולרי.
נסח את תהליך ההמסה במים של גליצרול.

ז.

סעיף ז הוא סעיף בחירה. אם תבחר לענות עליו, אל תענה על סעיף ה.
הכינו 1 ליטר של תמיסה על ידי המסת MgCl2(s)\text{MgCl}_{2(s)}MgCl2(s)​ ו־ C3H8O3(l)\text{C}_3\text{H}_8\text{O}_{3(l)}C3​H8​O3(l)​ במים.
הריכוז המולרי של יוני Cl(aq)−\text{Cl}^{-}_{(aq)}Cl(aq)−​ בתמיסה זו הוא 0.100 M .
מספר המולים הכולל של חלקיקי שני החומרים המומסים הוא 0.400 מול.
כמה גרם גליצרול, C3H8O3(l)\text{C}_3\text{H}_8\text{O}_{3(l)}C3​H8​O3(l)​ , המיסו במים כדי לקבל 1 ליטר של תמיסה זו? פרט את חישוביך.

◂ פתרון מלא לשאלה 13

סעיף א

תשובה:

MgCl2(s)→Mg(aq)2++2Cl(aq)−\text{MgCl}_{2(s)} \rightarrow \text{Mg}^{2+}_{(aq)} + 2\text{Cl}^{-}_{(aq)}MgCl2(s)​→Mg(aq)2+​+2Cl(aq)−​

מגנזיום כלורי הוא חומר יוני. בהמסה במים היונים מתפרקים מן הסריג היוני ומוקפים מולקולות מים (הידרציה). מכל יחידת MgCl2\text{MgCl}_2MgCl2​ מתקבלים יון מגנזיום אחד ושני יוני כלוריד:
MgCl2(s)→H2O(l)Mg(aq)2++2Cl(aq)−\text{MgCl}_{2(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}} \text{Mg}^{2+}_{(aq)} + 2\text{Cl}^{-}_{(aq)}MgCl2(s)​H2​O(l)​​Mg(aq)2+​+2Cl(aq)−​

סעיף ב

תשובה:

0.200 M0.200\ \text{M}0.200 M

M(MgCl2)=24.3+2×35.5=95.3 gmolM(\text{MgCl}_2) = 24.3 + 2\times35.5 = 95.3\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(MgCl2​)=24.3+2×35.5=95.3 molg​
n=mM=19.06 g95.3 gmol=0.200 moln = \frac{m}{M} = \frac{19.06\ \text{g}}{95.3\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}} = 0.200\ \text{mol}n=Mm​=95.3 molg​19.06 g​=0.200 mol
C=nV=0.200 mol1 L=0.200 molL (M)C = \frac{n}{V} = \frac{0.200\ \text{mol}}{1\ \text{L}} = 0.200\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\ (\text{M})C=Vn​=1 L0.200 mol​=0.200 Lmol​ (M)

סעיף ג

תשובה:

0.600 mol0.600\ \text{mol}0.600 mol יונים

לפי תהליך ההמסה (סעיף א), מכל מול MgCl2\text{MgCl}_2MgCl2​ מתקבלים מול אחד של יוני Mg(aq)2+\text{Mg}^{2+}_{(aq)}Mg(aq)2+​ ו־2 מול יוני Cl(aq)−\text{Cl}^{-}_{(aq)}Cl(aq)−​ – סך הכול 3 מול חלקיקים.
ב־1 ליטר תמיסה מומסים 0.200 mol0.200\ \text{mol}0.200 mol MgCl2\text{MgCl}_2MgCl2​ (סעיף ב), ולכן:
n(Mg2+)=0.200 moln(\text{Mg}^{2+}) = 0.200\ \text{mol}n(Mg2+)=0.200 mol ; n(Cl−)=2×0.200 mol=0.400 moln(\text{Cl}^{-}) = 2\times0.200\ \text{mol} = 0.400\ \text{mol}n(Cl−)=2×0.200 mol=0.400 mol
ntotal=0.200 mol+0.400 mol=0.600 moln_{\text{total}} = 0.200\ \text{mol} + 0.400\ \text{mol} = 0.600\ \text{mol}ntotal​=0.200 mol+0.400 mol=0.600 mol

סעיף ד

תשובה:

3.00×10−3 mol3.00\times10^{-3}\ \text{mol}3.00×10−3 mol יוני Cl−\text{Cl}^{-}Cl−

מולים של Ag+\text{Ag}^{+}Ag+: AgNO3(s)→Ag(aq)++NO3−(aq)\text{AgNO}_{3(s)} \rightarrow \text{Ag}^{+}_{(aq)} + \text{NO}_3^{-}{}_{(aq)}AgNO3(s)​→Ag(aq)+​+NO3−​(aq)​, לכן [Ag+]=0.100 M[\text{Ag}^{+}] = 0.100\ \text{M}[Ag+]=0.100 M.
V=30.0 mL=0.0300 LV = 30.0\ \text{mL} = 0.0300\ \text{L}V=30.0 mL=0.0300 L
n(Ag+)=C⋅V=0.100 molL×0.0300 L=3.00×10−3 moln(\text{Ag}^{+}) = C\cdot V = 0.100\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\times 0.0300\ \text{L} = 3.00\times10^{-3}\ \text{mol}n(Ag+)=C⋅V=0.100 Lmol​×0.0300 L=3.00×10−3 mol
יחס מולים לפי התגובה: n(Ag+):n(Cl−)=1:1n(\text{Ag}^{+}) : n(\text{Cl}^{-}) = 1:1n(Ag+):n(Cl−)=1:1
n(Cl−)=3.00×10−3 moln(\text{Cl}^{-}) = 3.00\times10^{-3}\ \text{mol}n(Cl−)=3.00×10−3 mol

סעיף ה

תשובה:

לא מתאים: ריכוז MgCl2\text{MgCl}_2MgCl2​ בתמיסה שנבדקה הוא 0.150 M0.150\ \text{M}0.150 M, נמוך מ־0.200 M0.200\ \text{M}0.200 M שבהוראות היצרן.

ריכוז התמיסה שנבדקה:
לפי MgCl2(s)→Mg(aq)2++2Cl(aq)−\text{MgCl}_{2(s)} \rightarrow \text{Mg}^{2+}_{(aq)} + 2\text{Cl}^{-}_{(aq)}MgCl2(s)​→Mg(aq)2+​+2Cl(aq)−​, היחס n(MgCl2):n(Cl−)=1:2n(\text{MgCl}_2) : n(\text{Cl}^{-}) = 1:2n(MgCl2​):n(Cl−)=1:2:
n(MgCl2)=3.00×10−3 mol2=1.50×10−3 moln(\text{MgCl}_2) = \frac{3.00\times10^{-3}\ \text{mol}}{2} = 1.50\times10^{-3}\ \text{mol}n(MgCl2​)=23.00×10−3 mol​=1.50×10−3 mol
V=10.0 mL=0.0100 LV = 10.0\ \text{mL} = 0.0100\ \text{L}V=10.0 mL=0.0100 L
C=nV=1.50×10−3 mol0.0100 L=0.150 MC = \frac{n}{V} = \frac{1.50\times10^{-3}\ \text{mol}}{0.0100\ \text{L}} = 0.150\ \text{M}C=Vn​=0.0100 L1.50×10−3 mol​=0.150 M
השוואה: לפי הוראות היצרן הריכוז צריך להיות 0.200 M0.200\ \text{M}0.200 M (סעיף ב). התמיסה שנבדקה מהולה יותר (0.150 M<0.200 M0.150\ \text{M} < 0.200\ \text{M}0.150 M<0.200 M), ולכן אינה מתאימה להוראות היצרן.
טעות נפוצה: לחלק את מספר מולי יוני הכלוריד בנפח ולקבל 0.300 M0.300\ \text{M}0.300 M – זה ריכוז יוני Cl−\text{Cl}^{-}Cl−, ולא ריכוז MgCl2\text{MgCl}_2MgCl2​.

סעיף ו

תשובה:

C3H8O3(l)→C3H8O3(aq)\text{C}_3\text{H}_8\text{O}_{3(l)} \rightarrow \text{C}_3\text{H}_8\text{O}_{3(aq)}C3​H8​O3(l)​→C3​H8​O3(aq)​

גליצרול הוא חומר מולקולרי; בהמסה המולקולות נפרדות זו מזו ומוקפות מולקולות מים (נוצרים קשרי מימן עם המים), אך אינן מתפרקות ליונים:
C3H8O3(l)→H2O(l)C3H8O3(aq)\text{C}_3\text{H}_8\text{O}_{3(l)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}_{(l)}} \text{C}_3\text{H}_8\text{O}_{3(aq)}C3​H8​O3(l)​H2​O(l)​​C3​H8​O3(aq)​

סעיף ז

תשובה:

23.0 g23.0\ \text{g}23.0 g גליצרול

חלקיקים שמקורם ב־MgCl2\text{MgCl}_2MgCl2​:
n(Cl−)=C⋅V=0.100 molL×1 L=0.100 moln(\text{Cl}^{-}) = C\cdot V = 0.100\ \frac{\text{mol}}{\text{L}}\times 1\ \text{L} = 0.100\ \text{mol}n(Cl−)=C⋅V=0.100 Lmol​×1 L=0.100 mol
לפי MgCl2(s)→Mg(aq)2++2Cl(aq)−\text{MgCl}_{2(s)} \rightarrow \text{Mg}^{2+}_{(aq)} + 2\text{Cl}^{-}_{(aq)}MgCl2(s)​→Mg(aq)2+​+2Cl(aq)−​: n(Mg2+)=0.100 mol2=0.0500 moln(\text{Mg}^{2+}) = \frac{0.100\ \text{mol}}{2} = 0.0500\ \text{mol}n(Mg2+)=20.100 mol​=0.0500 mol
סך היונים: 0.100 mol+0.0500 mol=0.150 mol0.100\ \text{mol} + 0.0500\ \text{mol} = 0.150\ \text{mol}0.100 mol+0.0500 mol=0.150 mol
מולקולות גליצרול (אינן מתפרקות – כל מול גליצרול הוא מול חלקיקים אחד):
n(C3H8O3)=0.400 mol−0.150 mol=0.250 moln(\text{C}_3\text{H}_8\text{O}_3) = 0.400\ \text{mol} - 0.150\ \text{mol} = 0.250\ \text{mol}n(C3​H8​O3​)=0.400 mol−0.150 mol=0.250 mol
מסה: M(C3H8O3)=3×12.0+8×1.0+3×16.0=92.0 gmolM(\text{C}_3\text{H}_8\text{O}_3) = 3\times12.0 + 8\times1.0 + 3\times16.0 = 92.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}}M(C3​H8​O3​)=3×12.0+8×1.0+3×16.0=92.0 molg​
m=n⋅M=0.250 mol×92.0 gmol=23.0 gm = n\cdot M = 0.250\ \text{mol}\times 92.0\ \frac{\text{g}}{\text{mol}} = 23.0\ \text{g}m=n⋅M=0.250 mol×92.0 molg​=23.0 g

שאלה 14 · שלושה יסודות a, b, c – תגובות ותוצרים: קישור, חמצון־חיזור, חומצות ובסיסים

שאלה פתוחה20 נקודות

מבנה וקישור, חמצון חיזור, חומצות ובסיסים
בטבלה שלפניכם מצוינים נתונים על שלושה יסודות המסומנים באופן שרירותי באותיות: a,b,c\text{a}, \text{b}, \text{c}a,b,c .
סמל שרירותי של היסודטמפרטורת ההיתוך של היסוד (∘C)(^{\circ}\text{C})(∘C)טמפרטורת הרתיחה של היסוד (∘C)(^{\circ}\text{C})(∘C)הולכה חשמלית של היסוד בטמפרטורת החדר
a6501090מוליך
b−210-210−210−196-196−196לא מוליך
c114184לא מוליך

סמל שרירותי של היסוד	טמפרטורת ההיתוך של היסוד $(^{\circ}\text{C})$	טמפרטורת הרתיחה של היסוד $(^{\circ}\text{C})$	הולכה חשמלית של היסוד בטמפרטורת החדר
a	650	1090	מוליך
b	$-210$	$-196$	לא מוליך
c	114	184	לא מוליך

א.

התאימו בין היסודות: יוד, I2(s)\text{I}_{2(s)}I2(s)​ , חנקן, N2(g)\text{N}_{2(g)}N2(g)​ , מגנזיום, Mg(s)\text{Mg}_{(s)}Mg(s)​ ובין האותיות a,b,c\text{a}, \text{b}, \text{c}a,b,c .

ב.

(i)

קבעו מהו סוג הקשרים בין אטומי היסוד המסומן באות b\text{b}b .

(ii)

הסבירו מדוע טמפרטורת הרתיחה של היסוד המסומן באות c\text{c}c גבוהה מטמפרטורת הרתיחה של היסוד המסומן באות b\text{b}b .

ג.

בתנאים מתאימים היסודות מגיבים ביניהם.
בתגובה בין היסוד שסומן באות a\text{a}a ובין היסוד שסומן באות b\text{b}b מתקבל תוצר יחיד שהוא מוצק בטמפרטורת החדר.
מהי דרגת החמצון של כל אחד מן החלקיקים בתוצר שהתקבל?

ד.

בתגובה בין היסוד שסומן באות a\text{a}a ובין היסוד שסומן באות c\text{c}c מתקבל תוצר יחיד שהוא מוצק בטמפרטורת החדר.
תוצר זה מסיס במים.

(i)

נסחו את תגובת ההמסה במים של התוצר.

(ii)

האם התמיסה הנוצרת מוליכה חשמל? נמקו את תשובתכם.

ה.

היסוד שסומן באות b\text{b}b מגיב בתנאים מתאימים עם גז מימן, H2(g)\text{H}_{2(g)}H2(g)​ , ומתקבל תוצר יחיד, שהוא גז בטמפרטורת החדר.
תוצר זה מגיב עם מים ונוצרת תמיסה.

(i)

מהי נוסחת התוצר?

(ii)

נסחו את תגובת התוצר עם מים.

(iii)

האם התמיסה הנוצרת חומצית, בסיסית, או ניטרלית? נמקו את תשובתכם.

ו.

גז מימן, H2(g)\text{H}_{2(g)}H2(g)​ , מגיב גם עם היסוד המסומן באות c\text{c}c , ומתקבל תוצר יחיד שהוא גז. תוצר זה מגיב עם מים ויוצר תמיסה חומצית.

(i)

נסחו את התגובה לקבלת התוצר.

(ii)

נסחו את התגובה בין התוצר המתקבל ובין מים.

ז.

היסוד המסומן באות a\text{a}a בוער בגז חמצן טהור, O2(g)\text{O}_{2(g)}O2(g)​ , ומתקבל תוצר יחיד.
רשמו את נוסחת התוצר בטמפרטורת החדר.

◂ פתרון מלא לשאלה 14

סעיף א

תשובה:

a – מגנזיום, Mg\text{Mg}Mg; b – חנקן, N2\text{N}_2N2​; c – יוד, I2\text{I}_2I2​.

- a מוליך חשמל בטמפרטורת החדר וטמפרטורות ההיתוך והרתיחה שלו גבוהות ⇐ מתכת ⇐ מגנזיום, Mg(s)\text{Mg}_{(s)}Mg(s)​.
- b ו־c אינם מוליכים ⇐ אל־מתכות מולקולריות.
  - b: טמפרטורת הרתיחה −196∘C-196^{\circ}\text{C}−196∘C – נמוכה מאוד ⇐ גז בטמפרטורת החדר ⇐ חנקן, N2(g)\text{N}_{2(g)}N2(g)​.
  - c: טמפרטורת ההיתוך 114∘C114^{\circ}\text{C}114∘C – גבוהה מטמפרטורת החדר ⇐ מוצק ⇐ יוד, I2(s)\text{I}_{2(s)}I2(s)​.

סעיף ב

(i)

תשובה:

קשר קוולנטי משולש (לא קוטבי) בין שני אטומי החנקן.

היסוד b הוא חנקן, N2\text{N}_2N2​. לכל אטום חנקן 5 אלקטרונים ערכיים; כדי להשלים שמונה אלקטרונים ברמה החיצונית, שני האטומים חולקים שלושה זוגות אלקטרונים – קשר קוולנטי משולש. האטומים זהים, ולכן הקשר לא קוטבי.

(ii)

תשובה:

שני החומרים מולקולריים ולא קוטביים; ענן האלקטרונים של I2\text{I}_2I2​ גדול בהרבה מזה של N2\text{N}_2N2​ ⇐ אינטראקציות ואן דר ואלס חזקות יותר.

שני היסודות בנויים ממולקולות דו־אטומיות לא קוטביות, ובין המולקולות של כל אחד מהם יש רק אינטראקציות ואן דר ואלס.
במולקולת I2\text{I}_2I2​ יש 2⋅53=1062 \cdot 53 = 1062⋅53=106 אלקטרונים, ובמולקולת N2\text{N}_2N2​ יש 2⋅7=142 \cdot 7 = 142⋅7=14 אלקטרונים. ענן האלקטרונים של I2\text{I}_2I2​ גדול בהרבה, ולכן אינטראקציות ואן דר ואלס בין מולקולות היוד חזקות יותר, ודרושה אנרגיה רבה יותר כדי להפריד ביניהן – טמפרטורת הרתיחה של c גבוהה יותר.
טעות נפוצה: לנמק בחוזק הקשר המשולש בחנקן – ברתיחה לא נשברים הקשרים הקוולנטיים שבתוך המולקולות.

סעיף ג

תשובה:

התוצר Mg3N2\text{Mg}_3\text{N}_2Mg3​N2​: Mg – +2+2+2, N – −3-3−3.

מגנזיום (טור 2) מוסר שני אלקטרונים ונהפך ליון Mg2+\text{Mg}^{2+}Mg2+; חנקן (טור 5) קולט שלושה אלקטרונים ונהפך ליון N3−\text{N}^{3-}N3−. כדי שהתרכובת תהיה ניטרלית דרושים 3 יוני Mg2+\text{Mg}^{2+}Mg2+ לכל 2 יוני N3−\text{N}^{3-}N3− ⇐ התוצר מגנזיום חנקני, Mg3N2(s)\text{Mg}_3\text{N}_{2(s)}Mg3​N2(s)​:
3Mg(s)+N2(g)→Mg3N2(s)3\text{Mg}_{(s)} + \text{N}_{2(g)} \rightarrow \text{Mg}_3\text{N}_{2(s)}3Mg(s)​+N2(g)​→Mg3​N2(s)​
דרגת החמצון של יון חד־אטומי שווה למטענו:
•יון מגנזיום, Mg2+\text{Mg}^{2+}Mg2+: דרגת חמצון +2+2+2.
•יון חנקן, N3−\text{N}^{3-}N3−: דרגת חמצון −3-3−3.
(בדיקה: 3⋅(+2)+2⋅(−3)=03 \cdot (+2) + 2 \cdot (-3) = 03⋅(+2)+2⋅(−3)=0.)

סעיף ד

(i)

תשובה:

MgI2(s)→H2OMg(aq)2++2I(aq)−\text{MgI}_{2(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{Mg}^{2+}_{(aq)} + 2\text{I}^{-}_{(aq)}MgI2(s)​H2​O​Mg(aq)2+​+2I(aq)−​

התוצר הוא החומר היוני מגנזיום יודי, MgI2(s)\text{MgI}_{2(s)}MgI2(s)​ (יון Mg2+\text{Mg}^{2+}Mg2+ ושני יוני I−\text{I}^{-}I−). בהמסה במים הסריג היוני מתפרק והיונים מתמיימים:
MgI2(s)→H2OMg(aq)2++2I(aq)−\text{MgI}_{2(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{Mg}^{2+}_{(aq)} + 2\text{I}^{-}_{(aq)}MgI2(s)​H2​O​Mg(aq)2+​+2I(aq)−​
בדיקה: Mg – 1 = 1; I – 2 = 2; מטען: 0=(+2)+2⋅(−1)0 = (+2) + 2 \cdot (-1)0=(+2)+2⋅(−1).

(ii)

תשובה:

כן – בתמיסה יש יונים ניידים.

כן. בתמיסה יש יונים ממוימים ניידים, Mg(aq)2+\text{Mg}^{2+}_{(aq)}Mg(aq)2+​ ו־I(aq)−\text{I}^{-}_{(aq)}I(aq)−​, שנעים לעבר הקטבים כאשר מחברים את התמיסה למקור מתח – התמיסה מוליכה חשמל.

סעיף ה

(i)

תשובה:

NH3\text{NH}_3NH3​ (אמוניה)

חנקן מגיב עם מימן ויוצר אמוניה:
N2(g)+3H2(g)→2NH3(g)\text{N}_{2(g)} + 3\text{H}_{2(g)} \rightarrow 2\text{NH}_{3(g)}N2(g)​+3H2(g)​→2NH3(g)​
לאטום חנקן 5 אלקטרונים ערכיים, והוא יוצר שלושה קשרים קוולנטיים עם שלושה אטומי מימן ⇐ NH3\text{NH}_3NH3​.

(ii)

תשובה:

NH3(g)+H2O(ℓ)→NH4+(aq)+OH(aq)−\text{NH}_{3(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow \text{NH}_4^{+}{}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}NH3(g)​+H2​O(ℓ)​→NH4+​(aq)​+OH(aq)−​

אמוניה היא בסיס: מולקולת NH3\text{NH}_3NH3​ מקבלת יון H+\text{H}^{+}H+ ממולקולת מים:
NH3(g)+H2O(ℓ)→NH4+(aq)+OH(aq)−\text{NH}_{3(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow \text{NH}_4^{+}{}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}NH3(g)​+H2​O(ℓ)​→NH4+​(aq)​+OH(aq)−​
בדיקה: N – 1 = 1; H – 3+2=4+13 + 2 = 4 + 13+2=4+1; O – 1 = 1; מטען: 0=(+1)+(−1)0 = (+1) + (-1)0=(+1)+(−1).

(iii)

תשובה:

בסיסית – נוצרים יוני OH−\text{OH}^{-}OH−.

בסיסית. בתגובת האמוניה עם המים נוצרים יוני הידרוקסיד, OH(aq)−\text{OH}^{-}_{(aq)}OH(aq)−​; עודף של יוני OH−\text{OH}^{-}OH− בתמיסה הופך אותה לבסיסית (pH>7\text{pH} > 7pH>7).

סעיף ו

(i)

תשובה:

H2(g)+I2(s)→2HI(g)\text{H}_{2(g)} + \text{I}_{2(s)} \rightarrow 2\text{HI}_{(g)}H2(g)​+I2(s)​→2HI(g)​

היסוד c הוא יוד. מימן ויוד יוצרים מימן יודי, HI\text{HI}HI (כל אטום יוד יוצר קשר קוולנטי אחד עם אטום מימן):
H2(g)+I2(s)→2HI(g)\text{H}_{2(g)} + \text{I}_{2(s)} \rightarrow 2\text{HI}_{(g)}H2(g)​+I2(s)​→2HI(g)​
בדיקה: H – 2 = 2; I – 2 = 2.

(ii)

תשובה:

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

מימן יודי הוא חומצה: מולקולת HI מוסרת יון H+\text{H}^{+}H+ למולקולת מים, ונוצרים יוני הידרוניום (התמיסה חומצית) ויוני יודיד:
HI(g)+H2O(ℓ)→H3O(aq)++I(aq)−\text{HI}_{(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{I}^{-}_{(aq)}HI(g)​+H2​O(ℓ)​→H3​O(aq)+​+I(aq)−​

סעיף ז

תשובה:

MgO(s)\text{MgO}_{(s)}MgO(s)​

מגנזיום (טור 2) מוסר שני אלקטרונים ונהפך ליון Mg2+\text{Mg}^{2+}Mg2+; חמצן (טור 6) קולט שני אלקטרונים ונהפך ליון O2−\text{O}^{2-}O2−. היחס בתרכובת הניטרלית 1:11:11:1:
2Mg(s)+O2(g)→2MgO(s)2\text{Mg}_{(s)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{MgO}_{(s)}2Mg(s)​+O2(g)​→2MgO(s)​
התוצר מגנזיום חמצני הוא חומר יוני – מוצק בטמפרטורת החדר: MgO(s)\text{MgO}_{(s)}MgO(s)​.

טבלת התשובות

שאלה	סעיף	תשובה
1	-	א – ל־A ול־B אותו מספר פרוטונים (17, כלור) ומספר נויטרונים שונה.
2	-	ב – $\text{Al}_2\text{S}_3$
3	-	א – ל־ $\text{X}$ הרדיוס הקטן ביותר (הכי מעט רמות אנרגיה מאוכלסות), ולכן אנרגיית היינון הראשונה שלו היא הגדולה ביותר.
4	-	ד – כתום: חומר A, שאין במולקולות שלו קבוצות היוצרות קשרי מימן, מתמוסס בהקסאן.
5	-	ב – הגז $\text{CO}_2$ שנוצר יצא מן הכלי הפתוח, ולכן המסה שנמדדה קטנה מ־ 152.40 גרם.
6	-	ב – $-57.1\ \text{kJ}$
7	-	ב – בתמיסות B ו־D ריכוז יוני $\text{OH}^-$ זהה, $0.1\ \text{M}$ , ולכן ה־pH שלהן שווה.
8	-	א – $[\text{K}^{+}]=0.15\ \text{M}$ , $[\text{PO}_4^{3-}]=0.050\ \text{M}$ .
9	א	המגיב המגביל הוא $\text{H}_2\text{SO}_4$ ; $V(\text{CO}_2) = 39.4\ \text{L}$
	ב	בין מולקולות מים יש קשרי מימן, ובין מולקולות $\text{CF}_3\text{Br}$ אין קשרי מימן (אין בהן אטומי H); קשרי המימן גוברים על ההשפעה של ענן האלקטרונים הגדול.
	ג	ענן האלקטרונים של $\text{C}_3\text{HF}_7$ (82 אלקטרונים) גדול מזה של $\text{CF}_3\text{Br}$ (68), והמולקולה גדולה יותר (שטח פנים גדול יותר) – אינטראקציות ון־דר־ולס חזקות יותר; בשני החומרים אין קשרי מימן.
	ד	ניסוח I.
	ה	כחול.
	ו	$\text{CO}_2$ הוא מחמצן – דרגת החמצון של C יורדת מ־+4 ל־0.
	ז	מולקולות הפחמימנים אינן קוטביות ואינן יכולות ליצור קשרי מימן עם מולקולות המים; ביניהן לבין מולקולות המים נוצרות רק אינטראקציות ון־דר־ולס חלשות.
10	א	$2\text{Mg}_{(s)} + \text{O}_{2(g)} \rightarrow 2\text{MgO}_{(s)}$
	ב	הופעת אור לבן ובוהק (שחרור חום), או היווצרות אבקה לבנה במקום המתכת האפורה־כסופה.
	ג	$\text{A}$ – מגנזיום, $\text{Mg}$ ; $\text{B}$ – מגנזיום חמצני, $\text{MgO}$ .
	ד	מגנזיום: אלקטרונים ניידים בסריג המתכתי גם במוצק וגם בנוזל. (או: $\text{MgO}$ – במוצק היונים אינם ניידים, בנוזל הם ניידים.)
	ה	הגורם המגביל: $\text{O}_2$ ; נוצרו $0.250$ מול, כלומר כ־ $10.1\ \text{g}$ $\text{MgO}$ .
	ו	איור 1.
11	א i	$C=1.0\ \text{M}$
	א ii	pH < 7
	ב i	$C=0.080\ \text{M}$
	ב ii	גבוה יותר (אך עדיין קטן מ־7).
	ג	איור (2).
	ד i	$m(\text{NaHCO}_3)=0.840\ \text{g}$
	ד ii	ה־pH עלה.
	ה	pH < 7 – נשאר עודף של כ־ $0.0017\ \text{mol}$ יוני $\text{H}_3\text{O}^+$ .
12	א i	תרכובות בעלות אותה נוסחה מולקולרית ונוסחות מבנה שונות.
	א ii	$\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O}$ ; כן, הם איזומרים.
	א iii	שרשרת C–C–O–C–C שבה כל אטום פחמן קשור לאטומי מימן כך שלכל פחמן 4 קשרים (סך הכול 10 אטומי מימן).
	ב	בין מולקולות 1־בוטנול יש קשרי מימן (קבוצת OH), ובין מולקולות דיאתיל אתר אין קשרי מימן (אין H הקשור ל־O); ענני האלקטרונים בגודל זהה, ולכן האינטראקציות בין מולקולות הבוטנול חזקות יותר.
	ג i	1־בוטנול – קבוצת הידרוקסיל (כוהל); דיאתיל אתר – קבוצה אתרית (אתר).
	ג ii	a ו־b.
	ג iii	מים.
	ד	גדול מן הריכוז הדרוש ( $0.25\ \text{M}$ לעומת $0.20\ \text{M}$ ).
13	א	$\text{MgCl}_{2(s)} \rightarrow \text{Mg}^{2+}_{(aq)} + 2\text{Cl}^{-}_{(aq)}$
	ב	$0.200\ \text{M}$
	ג	$0.600\ \text{mol}$ יונים
	ד	$3.00\times10^{-3}\ \text{mol}$ יוני $\text{Cl}^{-}$
	ה	לא מתאים: ריכוז $\text{MgCl}_2$ בתמיסה שנבדקה הוא $0.150\ \text{M}$ , נמוך מ־ $0.200\ \text{M}$ שבהוראות היצרן.
	ו	$\text{C}_3\text{H}_8\text{O}_{3(l)} \rightarrow \text{C}_3\text{H}_8\text{O}_{3(aq)}$
	ז	$23.0\ \text{g}$ גליצרול
14	א	a – מגנזיום, $\text{Mg}$ ; b – חנקן, $\text{N}_2$ ; c – יוד, $\text{I}_2$ .
	ב i	קשר קוולנטי משולש (לא קוטבי) בין שני אטומי החנקן.
	ב ii	שני החומרים מולקולריים ולא קוטביים; ענן האלקטרונים של $\text{I}_2$ גדול בהרבה מזה של $\text{N}_2$ ⇐ אינטראקציות ואן דר ואלס חזקות יותר.
	ג	התוצר $\text{Mg}_3\text{N}_2$ : Mg – $+2$ , N – $-3$ .
	ד i	$\text{MgI}_{2(s)} \xrightarrow{\text{H}_2\text{O}} \text{Mg}^{2+}_{(aq)} + 2\text{I}^{-}_{(aq)}$
	ד ii	כן – בתמיסה יש יונים ניידים.
	ה i	$\text{NH}_3$ (אמוניה)
	ה ii	$\text{NH}_{3(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow \text{NH}_4^{+}{}_{(aq)} + \text{OH}^{-}_{(aq)}$
	ה iii	בסיסית – נוצרים יוני $\text{OH}^{-}$ .
	ו i	$\text{H}_{2(g)} + \text{I}_{2(s)} \rightarrow 2\text{HI}_{(g)}$
	ו ii	$\text{HI}_{(g)} + \text{H}_2\text{O}_{(\ell)} \rightarrow \text{H}_3\text{O}^{+}_{(aq)} + \text{I}^{-}_{(aq)}$
	ז	$\text{MgO}_{(s)}$

פרק ראשון

שאלה 1 · הרכב חלקיקים – איזוטופים ויונים

שאלה 2 · נוסחה אמפירית של תרכובת יונית: אלומיניום וגופרית

התשובה הנכונה: ב.

שאלה 3 · מגמות בטור של המתכות העפרוריות

למה האחרות שגויות:

שאלה 4 · מסיסות חומרים צבעוניים בהקסאן

התשובה: ד (כתום).

שאלה 5 · שימור מסה בכלי פתוח – שיש וחומצה

שאלה 6 · חוק הס – תחמוצות חנקן

התשובה הנכונה: ב.

שאלה 7 · הכנת תמיסות בסיסיות מבסיסים מוצקים

התשובה הנכונה: ב.

שאלה 8 · מיהול תמיסת אשלגן זרחתי

התשובה: א.

שאלה 9 · מאמר: כיבוי שריפות – לא תמיד במים

ניתוח קטע ממאמר מדעי – חובה

כיבוי שריפות – לא תמיד במים

נתונים:

סעיף א

סעיף ב

הסבר:

סעיף ג

הסבר:

סעיף ד

סעיף ה

סעיף ו

סעיף ז

הסבר:

פרק שני

שאלה 10 · שרפת מגנזיום, גורם מגביל וקשרי מימן במתילאמין

מבנה וקישור, חישובים

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

סעיף ה

מספר מולי המגיבים:

סעיף ו

למה האחרים שגויים:

שאלה 11 · חומצה פורמית – ריכוז, pH, קשרי מימן ונטרול חומצה

חומצות ובסיסים, מבנה וקישור

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

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

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

סעיף א

מספר המולים ב־100 מ"ל:

תשובה: ריכוז החומצה הפורמית הוא 1.0 M1.0\ \text{M}1.0 M.

ה־pH של התמיסה קטן מ־7.

סעיף ב

מולי החומצה ב־20 מ"ל תמיסה:

תשובה: ריכוז החומצה הפורמית לאחר המיהול הוא 0.080 M0.080\ \text{M}0.080 M.

סעיף ג

סעיף ד

תשובה: הגיבו 0.840 g0.840\ \text{g}0.840 g נתרן מימן פחמתי.

ה־pH עלה.

סעיף ה

מולי יוני ההידרוניום בתחילה:

מולי הנתרן מימן פחמתי:

שאלה 12 · 1־בוטנול ודיאתיל אתר – איזומרים, אינטראקציות ומסיסות

תרכובות פחמן ומבנה וקישור

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

המים מתמוססים פחות בהקסאן.

סעיף ד

שאלה 13 · תכשיר אמבט ממלחי ים המלח – מגנזיום כלורי וגליצרול: ריכוזים ושיקוע

חישובים

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

סעיף ה 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 ה.

סעיף א

סעיף ב

סעיף ג

סעיף ד

סעיף ה

ריכוז התמיסה שנבדקה:

סעיף ו

סעיף ז

חלקיקים שמקורם ב־MgCl2\text{MgCl}_2MgCl2​:

תשובה: ריכוז החומצה הפורמית הוא $1.0\ \text{M}$ .

תשובה: ריכוז החומצה הפורמית לאחר המיהול הוא $0.080\ \text{M}$ .

תשובה: הגיבו $0.840\ \text{g}$ נתרן מימן פחמתי.

חלקיקים שמקורם ב־ $\text{MgCl}_2$ :