בגרות בכימיה 2020 פתרון


בגרות בכימיה 2020 – פתרון

 

  1. איזו נוסחת ייצוג אלקטרונית מייצגת נכון את חלקיקי התרכובת CaCℓ2(s)?
    1. בגרות בכימיה 2020 שאלה 1א
    2. בגרות בכימיה 2020 שאלה 1ב
    3. בגרות בכימיה 2020 שאלה 1ג
    4. בגרות בכימיה 2020 שאלה 1ד
  2. אנרגיית היינון הראשונה של אטום חמצן, 0 ,גבוהה מאנרגיית היינון הראשונה של אטום גופרית, S.
    מהו הגורם לכך?

    1. באטום חמצן יש פחות רמות אנרגייה מאוכלסות באלקטרונים משיש באטום גופרית.
    2. האלקטרושליליות של אטום חמצן גבוהה יותר מן האלקטרושליליות של אטום גופרית.
    3. מספר הפרוטונים באטום חמצן קטן ממספר הפרוטונים באטום גופרית.
    4. בטבלה המחזורית , חמצן ממוקם מעל גופרית.

    הסבר
    בגלל שלאטום החמצן פחות רמות אנרגייה מאוכלסות באלקטרונים המרחק בין הגרעין לאלקטרון שרוצים לנתק קטן יותר ולכן המשיכה החשמלית ביניהם חזקה יותר ויש להשקיע יותר אנרגיה כדי לנתק את האלקטרון.

  3. נתונות הנוסחאות המולקולריות של ארבע מולקולות CF4 , CH2FCℓ , CCℓ4 , CH4 .
    לכל המולקולות מבנה מרחבי של טטראדר .
    לפניו ארבעה היגדים, א-ד, הנוגעים לקשרים הקוולנטים במולקולה ולקוטביות המולקולה.
    מהו ההיגד הנכון?

    1. במולקולה CF4 כל הקשרים הקוולכטיים לא קוטביים והמולקולה לא קוטבית.
    2. במולקולה CH4 כל הקשרים הקוולנטיים לא קוטביים והמולקולה קוטבית.
    3. במולקולה CCℓ4 כל הקשרים הקוולנטיים קוטביים והמולקולה לא קוטבית.
    4. במולקולה CH2FCℓ כל הקשרים הקוולכטיים קוטביים והמולקולה לא קוטבית.

    הסבר
    הקשר בין אטום הפחמן C לבין אטום הכלור C הוא קשר קוטבי כי יש הפרש בערכי האלקטרושליליות בין אטומי הפחמן לאטומי הכלור. המולקולה לא קוטבית כי לא קיים בה עיוות קבוע בענן האלקטרונים (המולקולה בעלת מבנה סימטרי).

  4. בכלי A יש 22 גרם של גז פחמן דו-חמצני CO2(g).
    בכלי B יש 22 גרם של גז פרופאן C3H8(g).
    הטמפרטורה בשני הכלים זהה, אך הלחץ בכלי A קטן מהלחץ בכלי B.
    מהי הקביעה הנכונה?

    1. מספר המולים של הגז בכלי A גדול ממספר המולים של הגז בכלי B.
    2. מספר המולים של הגז בכלי A קטן ממספר המולים של הגז בכלי B.
    3. נפח כלי A קטן מנפח כלי B.
    4. נפח כלי A גדול מנפח כלי B.

    הסבר

    CO2(g)
    22 m (גרם)
    44 Mw (גרם / מול)
    0.5 n (מול)
    C3H8(g)
    22 m (גרם)
    44 Mw (גרם / מול)
    0.5 n (מול)

    ניתן לראות שמספר המולים בשני הכלים שווה.
    היות והטמפרטורה זהה בשני הכלים והלחץ בכלי A קטן מזה שבכלי B מולקולות הגז בכלי A מתפשטות על פני נפח גדול יותר ולכן הנפח של כלי A גדול יותר ( יש יחס הפוף בין הנפח ללחץ).

  5. לכוס כימית המכילה 400 מ"ל תמיסת אשלגן ברומי, KBr(aq) , בריכוז 0.2M , הוסיפו 400 מ"ל תמיסת מגנזיון ברומי , MgBr2(aq) , בריכוז 0.1M , וערבבו את שתי התמיסות.
    לפניך 4 היגדים I – IV , המתייחסים לנתונים בכוס לאחר הערבוב.

    1. מספר המולים של יוני ברומיד, Br‾(aq) , בכוס הוא 0.12 מול.
    2. מספר המולים של יוני ברומיד, Br‾(aq) , בכוס הוא 0.16 מול.
    3. ריכוז יוני ברומיד, Br‾(aq) , בכוס הוא 0.3M.
    4. ריכוז יוני ברומיד, Br‾(aq) , בכוס הוא 0.2M.

    מהם שני ההיגדים הנכונים

    1. היגדים I ו- III.
    2. היגדים I ו- IV.
    3. היגדים II ו- IV.
    4. היגדים II ו- III.

    הסבר

    Br(aq) KBr(aq)
    1 1 יחס מולים
    0.2 0.2 (M) C
    0.4 0.4 V (ליטר)
    \cfrac { 0.08\times 1 }{ 1 } =0.08 0.08 n (מול)
    Br(aq) MgBr2(aq)
    2 : 1 יחס מולים
    0.2 0.1 (M) C
    0.4 0.4 V (ליטר)
    \cfrac { 0.04\times 2 }{ 1 } =0.08 0.04 n (מול)

    כדי לחשב את הריכוז הכולל נסכום את המולים של יוני הברום משתי התמיסות (0.08 + 0.08) ונסכום את הנפח ונחלק.
    C=\cfrac { n }{ V } =\cfrac { 0.08+0.08 }{ 0.4+0.4 } =0.2

  6. נתונות שלוש מתכות, אבץ Zn(s) , בדיל Sn(s) , נחושת Cu(s) , המדורגות על פי כושרן היחסי לחזר:
    Zn(s) > Sn(s) > Cu(s)
    בשלושה כלים נפרדים A , B , C , נתונות שלוש תמיסות המכילות, בין השאר , את היונים של המתכות.
    בכל אחד מהכלים יש תמיסה אחרת כפי שמוצג בטבלה.

    כלי A כלי B כלי C
    יונים חיוביים בתמיסה יוני אבץ

    Zn2+(aq)

    יוני בדיל

    Sn2+(aq)

    יוני נחושת

    Cu2+(aq)

    הכניסו אחת מן המתכות, אבץ Zn(s) , בדיל Sn(s) , או נחושת Cu(s) , לאחד מן הכלים A , B או C.
    התרחשה תגובה ובה התקבלה, בין השאר, המתכת בדיל Sn(s) .
    מהי המתכת ומהי התמיסה שהגיבו?

    1. המתכת נחושת , Cu(s) , הגיבה עם התמיסה שבכלי B.
    2. המתכת אבץ, Zn(s) , הגיבה עם התמיסה שבכלי C.
    3. המתכת נחושת , Cu(s) , הגיבה עם התמיסה שבכלי A.
    4. המתכת אבץ, Zn(s) , הגיבה עם התמיסה שבכלי B.

    הסבר

    המתכת אבץ Zn(s) היא מחזרת טובה יותר מהמתכת בדיל Sn(s) ולכן היא תגיב עם יוני הבדיל  Sn2+(aq) ותמסור להם אלקטרונים.

  7. לפניך ניסוח התגובה של מתיל אמין, CH3NH2(g), עם מים.
    CH3NH2(g) + H2O(ℓ) → CH3NH3+(aq) + OH‾(aq)
    מהי הקביעה הנכונה?

    1. בתגובה הנתונה המים, H2O(ℓ) ,מגיבים כבסיס.
    2. בתגובה הנתונה מתיל אמין, CH3NH2(g) ,מגיב כבסיס.
    3. בתום התגובה מתקבלת תמיסה חומצית (pH<7).
    4. בתגובה מתרחש מעבר אלקטרונים ממולקולות מתיל אמין, CH3NH2 , למולקולות המים.

    הסבר
    החומר CH3NH2(g) מגיב כבסיס כי הוא מקבל יוני H+ (פרוטון).

  8. לפניך דיאגרמה של שינוי אנתלפייה.
    מהו הערך שך אנתלפיית האידוי של ברום?

    1. 10\cfrac { kJ }{ moℓ }
    2. 30\cfrac { kJ }{ moℓ }
    3. 40\cfrac { kJ }{ moℓ }
    4. 223\cfrac { kJ }{ moℓ }
    בגרות בכימיה 2020 שאלה 8 גרף

    הסבר

    תשובה: ב
    תהליך אידוי הוא מעבר מנוזל לגז.

    Br2(ℓ)  → Br2(g)


ניתוח קטע ממאמר מדעי – חובה

  1. קרא את הקטע שלפניך, וענה על כל הסעיפים א-ה שאחריו (שאלת חובה – 20 נקודות).

צעד קטן על הירח, צעד גדול לכימיה

הפעם הראשונה שבה נחתו אסטרונאוטים על הירח וחזרו לכדור הארץ בשלום, היתה בתאריך 20 ביולי, 1969 במשימת אפולו 11. מאז היו עוד חמש נחיתות מאוישות על פכי הירח במשימת אפולו. סוכנות החלל 1 האמריקנית נאס"א (NASA) הודיעה על כוונתה להנחית שוב אסטרונאוטים על הירח בשנת 2024.

כדי להמריא מן הירח חזרה לכדור הארץ, יש להתגבר על כוח המשיכה של הירח. במנוע החללית משתמשים בדלקים היפרגולים. דלקים היפרגולים הם דלקים נוזליים שמגיבים ביניהם בטמפרטורת החדר במגע בלבד ללא צורך בחימום או מתן ניצוץ להתחלת התגובה.

בפרויקט אפולו היו הדלקים ההיפרגולים תערובת נוזלית של הידרזין, N2H4(ℓ) , ומתיל הידרזין , NH(CH3)NH2(ℓ) , שאוחסנה במכל אחד ו- N2O4(ℓ), שנשמר בלחץ גבוה במכל אחג. כאשר הנוזלים באו במגע זה עם זה , התרחשה תגובה באופן מיידי שיצרה זרם של גז לוהט בלחץ גבוה והוא גרם להמראת החללית מפני הירח. כאשר המריאה החללית, נפלטו גיצים ונוצרה להבה על כן השיגור שנשאר על אדמת הירח.

נאסא

בעת השהות על הירח, האסטרונאוטים לקחו דגימות קרקע והן שימשו ומשמשות עד היום לחקר הרכבו, גילו ואופן היווצרותו. החומרים המרכיבים את אדמת הירח שונים מן החומרים הנפוצים על פני כדור הארץ. לדוגמה, על פני כדור הארץ יוני Fe2+ עוברים חמצון על ידי החמצן שבאוויר והופכים ליוני Fe3+ . תהליך זה אינו מתרחש כלל בירח, ולכן אין באדמת הירח תרכובות המכיללות יוני Fe3+ אלא תרכובות המכילות יוני Fe2+ בלבד.

בדגימות הקרקע שלקחו האסטרונאוטים מן הירח, נמצאו גם תרכובות שהכילו את האיזוטופ הנדיר _{ 74 }^{ 182 }{ W }.

האיזוטופ _{ 74 }^{ 182 }{ W } נוצר על פני הירח בתהליך התפרקות רדיואקטיבית של האיזוטופ _{ 72 }^{ 182 }{ Hf }. מן המידע שהיה למדענים על האיזוטופ _{ 74 }^{ 182 }{ W }, הם הסיקו כי הירח נוצר כ- 60 מיליון שנה אחרי היווצרות מערכת השמש.

מדינות רבות בעולם מתכננות משימות לחקר הירח. אף על פי שכיום הצטבר מידע רב בנוגע לכימיה של הירח, עדיין צפויים גילויים חדשים בעניין זה גם בעתיד.

מקור: https://www.chemistryworld.com/2128.tag

  1. אחד המרכיבים של הדלק ההיפרגולי הוא תערובת נוזלית של הידרזין ומתיל הידרזין.
    רשום ייצוג מלא של נוסחת מבנה למולקולת הידרזין, N2H4 , וייצוג מלא של נוסחת המבנה למולקולת מתיל הידרזין NH(CH3)NH2.
    תשובה

    נוסחת מבנה הידרזין

    הידרזין

    נוסחת-מבנה-מתיל-הידרזיןמתיל הידרזין

     

  2. על פי הקטע כאשר הנוזלים N2H4(ℓ) , NH(CH3)NH2(ℓ) ,ו- N2O4(ℓ) באים במגע זה עם זה, מתרחשת תגובה באופן מיידי.
    לפניך שני היגדים i ו- ii המתייחסים לתגובה שהתרחשה.קבע בעבוד כל אחד מהם אם הוא נכון או לא נכון.
    נמק כל אחת מן הקביעות , על פי הכתוב בקטע.

    1. עבור התגובה שהתרחשה ΔH0<0.
      נכון. כי התגובה המתרחשת יוצרת זרם גז לוהט זה אומר שנפלטת אנרגיה רבה. או יש גיצים, וזה מעיד על אנרגיה שנפלטת או הלהבה על כן השיגור, או האנרגיה המשתחררת מאפשרת לחללית להמריא.
    2. אנרגיית השפעול של התגובה שהתרחשה גבוהה.
      לא נכון. רשום במאמר שהתגובה מתרחשת במגע בלבד בין המגיבים ללא צורך בחימום או מתן ניצוץ.
  3. בתגובה של N2O4(ℓ) עם N2H4(ℓ) נוצרים H2O(g) ו- N2(g).
    1. נסח ואזן את התגובה.

      N2O4() + 2N2H4() → 4H2O(g)  + 3N2(g)

    2. בתגובה זו, מגיבים בשלמות 10 ק"ג N2H4(ℓ). מהו מספר המולים הכולל של גזים הנפלטים בתגובה?
      פרט את חישוביך.

      H2O(g) N2H4()
      4 2 יחס מולים
      10000 m (גרם)
      32 Mw (גרם/מול)
      \cfrac { 312\times 4 }{ 2 } =625 312.5 n (מול)
      N2(g) N2H4()
      3 2 יחס מולים
      10000 m (גרם)
      32 Mw (גרם/מול)
      \cfrac { 312\times 3 }{ 2 } =468.75 312.5 n (מול)

      ביחד מספר המולים הכולל של הגזים שנפלטים הוא:

      468.75 + 625 = 1093.75mol

  4. איזו מתרכובות הברזל עשויה להימצא על פני הירח: FeS(s) או Fe2S3(s)?
    נמק על פי הכתוב בקטע.FeS(s). בקטע כתוב שעל הירח אין יוני ברזל +Fe3 ,רק יוני  +Fe2.
    בתרכובת FeS(s). יש יוני +Fe2. בתרכובת Fe2S3(s) יש יוני +Fe3 .
  5. האיזוטופ _{ 74 }^{ 182 }{ W } נוצר מן האיזוטופ _{ 72 }^{ 182 }{ Hf } בשני שלבים עוקבים של התפרקות רדיואקטיבית –  שלב 1 ושלב 2.
    האיזוטופ A הוא תוצר שלב 1 ומגיב בשלב 2.

    1. קרינה רדיואקטיבית מסוג ביתא + _{ 72 }^{ 182 }{ Hf }\longrightarrow A
    2. קרינה רדיואקטיבית מסוג ____ + A\quad \longrightarrow \quad _{ 74 }^{ 182 }{ W }
    1. מהו המספר האטומי של האיזוטופ A?
      היות ובשלב הראשון יש קרינת בתא β. אז המספר האטומי עולה באחד יחסית ליסוד המגיב Hf ולכן המספר האטומי הוא של יסוד A הוא 73.
    2. מהו מספר המסה של האיזוטופ A?
      בהמשך להסבר מהסעיף הקודם מספר המסה לא משתנה ונשאר 182.
    3. מהו סמל היסוד A?
      הסמל של היסוד A הוא _{ 73 }^{ 182 }{ Ta }.
    4. מהו סוג הקרינה הרדיואקטיבית הנפלטת בשלב 2?
      קרינת בתא β . כי שוב יש עליה במספר האטומי באחד.

פרק שני (60 נקודות)

ענה על שלוש מן השאלות 14-10 (לכל שאלה 20 נקודות).

  1. מושגי יסוד ומבנה וקישור

השאלה רכה במבנה ובתכונות של שכי חומרים מולקולריים: A ו- B הנמצאים בשני כלים נפרדים.

לפניך טבלה שבה נתונים על שני החומרים:

החומר טמפרטורת היתוך

(°C)

טמפרטורת רתיחה

(°C)

A -45 157
B -114 78
  1. מהו מצב הצבירה של כל אחד מן החומרים A ו- B בטמפרטות החדר (25°C)? נמק.
    מצב הצבירה של חומר A הוא נוזל. כי בטמפרטורת החדר נמצאים מעל לטמפרטורת ההיתוך שלו אבל מתחת לטמפרטורת הרתיחה שלו.
    מצב הצבירה של חומר B הוא נוזל. כי בטמפרטורת החדר נמצאים מעל לטמפרטורת ההיתוך שלו אבל מתחת לטמפרטורת הרתיחה שלו.
  2. לפניך שני איורים המתארים באופן חלקי את המבנה המיקרוסקופי של שני החומרים A ו- B בטמפרטורת החדר.
    מקרא:

    לבן = מימן

    אדום = חמצן

    תכלת = פחמן

    איור 1

    איור 2

    1. לפניך ארבעה היגדים a-d. בנוגע לכל אחד מהם ציין אם הוא נכון או לא נכון.
      1. המולקולות של שני החומרים מורכבות מאותם סוגים של אטומים. נכון (בשניהם יש אטומי מימן פחמן וחמצן)
      2. הקבוצה הפונקציונלית של מולקולות חומר A שונה מן הקבוצה הפונקציונלית של מולקולות חומר B. לא נכון ( בשניהם הקבוצה הפונקציונאלית היא כהל)
      3. מספר אטומי הפחמן במולקולות חומר A שונה ממספר אטומי הפחמן במולקולות חומר B. נכון (במולקולה של חומר – Aאיור 2 יש 6 אטומי פחמן ואילו במולקולה של חומר B- איור 1 יש 2 אטומי פחמן )
      4. בשני החומרים A ו- B אופני התנועה של המולקולות הם מסוג תנודה (ויברציה) בלבד. לא נכון (יש גם סיבוב וגם תנודה).
    2. בהתבסס על האינטראקציות הפועלות בין המולקולות, קבע באיזה מן האיורים, איור 1 או איור 2 מתואר המבנה המיקרוסקופי של חומר A. נמק.
      חומר A הוא איור 2 בין המולקולות של שני החומרים יש גם קשרי מימן וגם אינטראקציות ואן דר ואלס. החלק שמאפשר יצירת קשרי מימן זהה בשני החומרים ואילו במולקולות של החומר שנמצא באיור 2 יש חלק הידרופובי גדול יותר ענן אלקטרונים גדול יותר (וגם שטח פנים גדול יותר) ולכן אינטראקציות הואן דר ואלס בין המולקולות שלו חזקות יותק נדרשת אנרגיה רבה יותר לניתוק אינטראקציות הואן דר ואלס שבין המולקולות שלו ולכן טמפרטורת הרתיחה שלו גבוהה יותר.
      לכן חומר A הוא איור 2.
  3. לכל אחד מן הכלים שנהם נמצאים החומרים A ו- B, הוסיפו נפח זהה של מים וערבנו. באיורים 3 ו- 4 מתואר המבנה המיקרוסקופי של תערובת כל אחד מן החומרים עם מים לאחר הערבוב.

    איור 3

    איור 4

    1. קבע באיזה מן האיורים, איור 3 או איור 4, מתוארת תמיסה באופן מיקרוסקופי? נמק את קביעתך.
      איור 3 תמיסה היא תערובת של ממס ומומס באיור 4 החומרים לא התערבבו ( לא התמוססו).
    2. נסח את תגובת ההמסה במים של החומר המתאים לאיור שבחרת בתת-סעיף גi.
      תשובה
      { CH }_{ 3 }{ CH }_{ 2 }O{ H }_{ (ℓ) }\xrightarrow { { H }_{ 2 }O } { CH }_{ 3 }{ CH }_{ 2 }O{ H }_{ (aq) }
    3. הסבר מדוע החומר האחר לא התמוסס במים. בתשובתך התבסס על האינטראקציות בין החלקיקים.
      חומר A לא מתמוסס במים .החומר שלא התמוסס במים הוא חומר שהחלק ההידרופובי שלו גדול יחסית (למרות שיש בין המולקולות שלו גם קשרי מימן אבל הם זניחים יחסית) ולכן מולקולות המים לא מצליחות לחדור בין המולקולות של חומר A וליצור איתם קשרי מימן.
    4. מהו ההבדל המאקרוסקופי בין שתי התערובות המתוארות באיורים 3 ו- 4?
      באיור 3 נקבל תמיסה צלולה ואילו באיור 4 נראה 2 שכבות (אולי גם עכירות).

  1. חמצון-חיזור וסטוכיומטריה

ישראל היא אחת היצרניות הגדולות ביותר בעולם של היסוד ברום, Br2(ℓ) ותרכובותיו.

לפניך תגובה (1) שבה ברום מגיב עם מים ליצירת תמיסת HBrO(aq), ,שיכולה לשמש לחיטוי והלבנה.

(1)   Br2(ℓ) + H2O(ℓ) → HBrO(aq) + HBr(g)

  1. i.  קבע אם Br2(ℓ) מגיב בתגובה (1) רק כמחמצן, רק כמחזר או גם כמחמצן וגם כמחזר. נמק את קביעתך.
    הברום מגיב בתגובה גם כמחמצן וגם כמחזר ניתן לראות על פי השינויים בדרגות החמצון:
    רואים שאטומי הברום Br גם עולים וגם יורדים בדרגת החמצון מ-0 ל-1+ ומ-0 ל-1-. זה אומר שהם גם מוסרים וגם מקבלים אלקטרונים גם עוברים תגובת חמצון וגם תגובת חיזור. לכן הם משמשים גן כמחמצן וגם כמחזר.
    לתמיסה של HBrO(aq) הכניסו חומר מחזר. התרחשה תגובה.
    ii.  קבע אילו יונים יימצאו בתמיסה בתום התגובה: יוני Br‾(aq) או יוני BrO3(aq). נמק את קביעתך.
    לאטומי הברום בחומר HBrO דרגת חמצון 1+.
    בגרות בכימיה 2020 דרגות חמצון HBrO
    היות והוסיפו חומר מחזר אז אטומי הברום הגיבו כחומר מחמצן ולכן קבלו אלקטרונים (עברו תגובת חיזור). וירדו בדרגת החמצון. ולכן התוצר הוא: Br(aq) . שבו לברום דרגת חמצון 1-. ( ביון השני BrO3(aq) לברום דרגת חמצון של 5+ הוא יהיה תוצר של תהליך חמצון ולא חיזור של אטומי הברום בחומר HBrO(aq)).

לפניך תגובה (2) שבה נוצרים יוני BrO3(aq).

(2)   3BrO‾(aq) → 2Br‾(aq) + BrO3(aq)

  1. i.   כמה מול אלקטרונים עברו בתגובה שבה נוצר 1 מול יוני BrO3(aq)? נמק .
    יוני BrO3(aq) הם רעילים. הריכוז המירבי המותר של BrO3(aq) במים הוא 0.01 מיקרוגרם לליטר.
    בגרות בכימיה 2020 - מעברי אלקטרונים

    e‾ ב
    4 1 יחס מולים
    \cfrac { 1\times 4 }{ 1 } =4 1 n (מול)

    עוברים 4 מול אלקטרונים.
    נתון: 1 מיקרוגרם = 10-6 × 1 גרם.
    ii  .מהו המספר המירבי המותר של יוני BrO3(aq) ב- 1 ליטר מים? פרט את חישוביך.
    נתון: במול אחד של חלקיקים יש 1023×6.02 חלקיקים.
    n=\cfrac { m }{ Mw } =\cfrac { 1\times { 10 }^{ -8 } }{ 127.9 } =7.81\times { 10 }^{ -11 }moℓ

    N = n × NA = 7.81×10-11 × 6.02×1023  = 4.7×1013

    המספר המרבי של יוני ה- BrO3(aq) הוא 4.7×1013

היסוד ברום הוא רעיל ומסוכן ולכן נשמר במיכלי אחסון סגורים. במקרה של דליפה מגיבים את אדי הנדום עם אמוניה, NH3(g) , מתרחשת תגובה (3).

(3)   3Br2(g) + 8NH3(g) → N2(g) + 6NH4Br(s)

  1. i.     קבע אם בתגובה (3), NH3(g) מגיב כמחמצן בלבד, כמחזר בלבד או גם כמחמצן וגם כמחזר.
    לפי השינויים בדרגות החמצון ניתן לקבוע  שהחומר NH3(g) מגיב כמחזר בלבד כי אטומי החנקן N עולים בדרגת החמצון מ-3- ל-0 הן מוסרים אלקטרונים ועוברים תגובת חמצון.
    ii.    כמה קילוגרם NH4Br(s) נוצרים כאשר מגיבים 0.8 ק"ג של אדי ברום עם אמוניה? פרט את חישוביך.

    NH4Br(s) Br2(g)
    6 : 3 יחס מולים
    9800 8000 m (גרם)
    98 160 Mw (גרם/מול)
    \cfrac { 50\times 6 }{ 3 } =100 50 n (מול)

    מתקבלים 9.8 קילוגרם של  NH4Br(s).

    iii.  מהו נפח גז החנקן,  , בתנאי STP הנוצר כאשר מגיבים 8.0 ק"ג אדי ברום עם אמוניה?
    פרט את חישוביך.
    נתון: נפח מולרי של גז בתנאי STP הוא 22.4 ליטר.

    N2(g) Br2(g)
    1 : 3 יחס מולים
    \cfrac { 50\times 1 }{ 3 } =16.66 50 n (מול)
    22.4 Vm (ליטר / מול)
    373.33 V (ליטר)

    נפח גז החנקן המתקבל הוא 373.33 ליטר.


  1. כימיה של מזון

אצות עשירות ברכיבים תזונתיים רבים. הן מכילות את כל אבות המזון, ויטמינים ומינרלים רבים.

בטבלה שלפניך מוצגים נתונים של שתי חומצות שומן חיוניות שיש באצות:

שם חומצת השומן חומצה אריכדונית
(ARA)
חומצה אייקוספנטנואית
(ESP)
טמפרטורת היתוך (ºC) -49 -54
ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של המולקולה. חומצה-ארכידונית —————-
רישום מקוצר של חומצת השומן —————— C20: 5ω3 cis cis cis cis cis
  1. i.    מה הן חומצות שומן חיוניות?
    חומצת שומן שהגוף לא יכול לייצר בעצמו והוא צריך אותה לתפקודים שונים ולכן היא נצרכת ממזונות שונים.
    ii.  כתוב רישום מקוצר של חומצת השומן ARA.
    C20:4 w 6 all cis
    iii.  רשום ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של מולקולת חומצת השומן EPA.
    בגרות בכימיה 2020 חומצת השומן EPA
  2. טמפרטורת ההיתוך של חומצה סטיארית C18:0, (St) , היא 69.6ºC.
    לחומצה סטיארית טמפרטורת היתוך גבוהה הרבה יותר מטמפרטורות ההיתוך של חומצות השומן הנתונות ARA ו- EPA.
    הסבר קביעה זו. בתשובתך התבסס על האינטראקציות הפועלות בין המולקולות.
    חומצות השומן ARA ו- EPA הן חומצות שומן לא רוויות יש בהם קשרים מסוג C=C קשרים אלה גורמים לכיפוף במבנה המולקולה ולכן המולקולות הללו נארזות האריזה פחות צפופה יחסית למולקולות החומצה הסטארית. לכן אינטראקציות הואן דר ואלס הקיימות בין מולקולות ARA או בין מולקולות EPA חלשות יותר מאינטראקציות הו.ד.ו הקיימות בין מולקולות החומצה הסטארית ולכן נדרשת פחות אנרגיה לנתק את הקשרים הקיימים ביניהם ולכן טמפרטורת ההיתוך שלהם נמוכה מזו של החומצה הסטארית.

כאשר מייצרים תוסף מזון מאצות , רצוי להוסיף נוגדי חמצון כדי למנוע את חמצון חומצות השומן החיוניות שיש באצות ולשמור עליהן לאורך זמן.

נתונות נוסחאות מבנה מקוצרות של הוויטמינים C ו- E הפועלים כנוגדי חמצון (אנטיאוקסידנטים):

ויטמין C ויטמין E
ויטמין C ויטמין E
  1. אטום הפחמן המסומן ב- * בנוסחת המבנה המקוצרת של ויטמין C משתתף בתהליך שבו הוויטמין משמש נוגד חמצון.
    1. מהי דרגת החמצון של אטום הפחמן המסומן ב- * בנוסחת המבנה המקוצרת של ויטמין C?
      דרגת החמצון של אטום הפחמן המסומן ב * הוא 1+.

    2. מבין ההיגדים a-c שלפניך, ציין מה הם ההיגדים המתאימים לתיאור פעילותו של ויטמין C כנוגד חמצון.
      1. דרגת החמצון של אטום הפחמן המסומן ב-* עולה.
      2. ויטמין C מגיב כמחמצן בתהליכי חמצון-חיזור.
      3. ויטמין C מונע תהליכי חמצון בלתי רצויים של חומרים.
    3. קבע איזה ויטמין, C או E, מתאים פחות לשמש נוגד חמצון שמתמוסס בתערובת של חומצות השומן הנתונות . הסבר את קביעתך.
      ויטמין C יתמוסס פחות טוב בחומצות השומן כי בין מולקולות ויטמין C יש בעיקר קשרי מימן בין המולקולות. ואילו בין מולקולות חומצות השומן יש בעיקר אינטראקציות ואן דר ואלס ולכן מולקולות ויטמין C לא יצרו קשרי מימן עם מולקולות חומצות השומן.
      בין מולקולות ויטמין E יש בעיקר אינטראקציות ואן דר ואלס בין המולקולות (חלק הידרופובי גדול מאוד ) ולכן הם יתמוססו היטב עם מולקולות השמן ויצרו איתם אינטראקציות ואן דר ואלס.
  2. אחד המינרלים החשובים שיש באצות הוא התרכובת KI. תרכובת זו היא מקור ליוני יודיד ‾ I.
    לפי הוראות משרד הבריאות , הצריכה היומית המומלצת של יוד היא 150 מיקרוגרם יוני יודיד.
    דפי אצות "נורי" משמשים להכנת סושי ומאכלים אחרים. בדף אצת "נורי", שמשקלו 2.5 גרם, יש 45 מיקרוגרם יוני יודיד.
    קבע אם מנת מרק שהוכנה מ- 10 גרם דפי אצות "נורי" מכילה בדיוק את כמות יוני היודיד המומלצת ליום , יותר מן הכמות המומלצת או פחות ממנה. פרט את חישוביך והסבר.
    10 גרם אצות זה 4 דפי אצה (כי כל דף הוא 2.5 גרם)

    I (מיקרוגרם) דף אצה אחד
    45 1
    \cfrac { 4\times 45 }{ 1 } =180 4

    הכמות יותר גדולה מהכמות המומלצת ליום.


  1. חומצות ובסיסים

כניסוי שערכו תלמידים כמענדה, הם סימנו כוס באות A והמיסו בה 3.6 גרם נתרן הידרוקסידי מוצק, NaOH(s) , במים.

בכוס A התקבלה תמיסה בנפח של 600 מ"ל.

  1. i.  נסח את תהליך ההמסה שהתרחש כעת הכנת התמיסה בכוס A.
    ניסוח התהליך
    { NaOH }_{ (s) }\xrightarrow { { H }_{ 2 }O } { Na }_{ (aq) }^{ + }\quad +\quad { OH }_{ (aq) }^{ - }
    ii.  האם ה- pH של התמיסה בכוס A קטן מ- 7, שווה ל- 7 או גדול מ- 7? נמק.
    ה-pH  יהיה גדול מ- 7 כי יש בתמיסה עודף יוני הידרוקסיד OH(aq).

התלמידים חילקו את התמיסה שבכוס A באופן שווה לשלוש כוסות כימיות I, II, II. בכל כוס 200 מ"ל תמיסה, כפי שמתואר באיור 1.

ניסוי

איור 1

  1. i.    לפניך 4 היגדים a-d, המתייחסים לתמיסות בכוסות I, II, III, כפי שמתואר באיור 1.
    ציין מהם ההיגדים הנכונים מן ההיגדים a-d.

    1. מספר המולים של המרמס בכל אחת מן הכרסות קטן ממספר המולים של המומס בתמיסה שהייתה בכוס A. נכון כי מספר המולים של המומס מתחלק לשלושת הכוסות באופן שווה.
    2. מספר המולים של המומס בכל אחת מן הכוסות שווה למספר המולים של המומס בתמיסה שהייתה בכוס A. לא נכון
    3. ריכוז התמיסה בכל אחת מן הכוסות קטן מריכוז התמיסה שהייתה בכוס A. לא נכון הריכוז לא משתנה והוא זהה לריכוז בתמיסה המקורית.
    4. ריכוז התמיסה בכל אחת מן הכוסות שררה לריכוז התמיסה שהייתה בכוס A. נכון

    ii.   חשב את מספר המולים של המומס בכל אחת מן הכוסות I, II, III. פרט את חישוביך.
    נחשב את מספר המולים של המומס בכל אחת מהכוסות. היות והמסה הכוללת של המומס  NaOH(s) הייתה 3.6 גרם והיא התחלקה ל-3 כוסות אז בכל כוס יש 1.2 גרם של  NaOH(s).

    NaOH(s)
    1.2 m (גרם)
    40 Mw (גרם/מול)
    0.03 n (מול)

    מספר המולים של המומס בכל אחת מהכוסות הוא 0.03 מול.
    *ניתן גם לחלק את המסה למסה המולרית ולמצוא את מספר המולים הכולל ואותו לחלק ל- 3.

  2. התלמידים הוסיפו לכל אחת מן הכוסות I, II, III תמיסות שונות זו מזו.
    לכוס I הוסיפו התלמידים נפח מסוים של תמיסה של חומצת מימן כלורי, HCℓ(aq) , בריכוז 0.2M, וערבבו היטב. התרחשה תגובה.
    בתום התגובה ערך ה- pH היה 7.

    1. נסח ניסוח נטו לתגובה שהתרחשה.

      H3O+(aq)  +  OH(aq)  → 2H2O()

    2. מהו נפח תמיסת HCℓ(aq) שהוסיפו לכוס I? פרט את  חישוביך.
      ראשית נחשב את מספר המולים של המומס בכל אחת מהכוסות היות והמסה הכוללת של המומס  NaOH(s) הייתה 3.6 גרם והיא התחלקה ל-3 כוסות אז בכל כוס יש 1.2 גרם של  NaOH(s).

      NaOH(s)
      1.2 m (גרם)
      40 Mw (גרם/מול)
      0.03 n (מול)

      כעת נחשב כמה מול יוני הידרוקסיד OH(aq) יש בכוס הראשונה:

      OH(aq) NaOH(s)
      1 : 1 יחס מולים
      \cfrac { 0.03\times 1 }{ 1 } =0.03 0.03 n (מול)

      כעת נחשב כמה מול יוני הידרוניום H3O+(aq) נדרשו לסתירה מלאה של התמיסה. בכוס I.

      H3O+(aq) OH(aq)
      1 : 1 יחס מולים
      \cfrac { 0.03\times 1 }{ 1 } =0.03 0.03 n (מול)

      וכעת נחשב את מספר המולים של חומצת ה- HCℓ(aq)  שנדרשו לסתירה וכן את נפח התמיסה.

      HCℓ(aq) H3O+(aq)
      1 : 1 יחס מולים
      \cfrac { 0.03\times 1 }{ 1 } =0.03 0.03 n (מול)
      0.2 C (מול/ ליטר)
      0.15 V (ליטר)

      נפח תמיסת HCℓ(aq) שהוסיפו לכוס I הוא 0.15 ליטר.

    לכוס 11 הוסיפו התלמידים 150 מ"ל תמיסת חרמצה גופרתית, H2SO4(aq) , בריכוז 0.2M, וערבבו היטב. התרחשה תגובה.

    1. קבע אם בתום התגובה ה- pH בכוס II היה חומצי, בסיסי או ניטרלי.
      פרט את חישוביך או נמק באופן מילולי.
      ראשית נחשב כמה מול יש מהחומצה H2SO4(aq):

      H2SO4(aq)
      0.2 C (מול / ליטר)
      0.15 V (ליטר)
      0.03 n (מול)

      כעת נחשב כמה מול יוני הידרוניום יש בתמיסה הזו:

      H3O+(aq) H2SO4(aq)
      2 : 1 יחס מולים
      \cfrac { 0.03\times 2 }{ 1 } =0.06 0.03 n (מול)

      וכעת נבדוק האם יש עודף מאחד מהיונים בתום תגובת הסתירה:

      H3O+(aq) OH(aq)
      1 : 1 יחס מולים
      0.03 0.06 n (מול) התחלה
      \cfrac { 0.03\times 1 }{ 1 } =0.03 0.03  n (מול) תגובה
          0.03  n (מול) סוף

      היות ונותר עודף יוני הידרוניום ה-pH בתום תגובה יהיה קטן מ-7.

  3. לכוס III הוסיפו התלמידים 80 מ"ל תמיסת אלומיניום כלורי, AℓCℓ3(aq). צבע התמיסה נהפך ללבן עכור.
    לפניך ניסוח נטו לתגובה שהתרחשה.

    Aℓ3+(aq) + 3OH‾(aq) → Aℓ(OH)3(s)

    כל המגיבים הגיבו בשלמות.

    חשב את ריכוז תמיסת AℓCℓ3(aq) שהוסיפו לכוס III.
    נחשב כמה מול יוני אלומיניום Aℓ3+(aq) מגיבים עם יוני ההידרוקסיד  OH(aq) (נזכיר שכבר מצאנו בסעיפים הקודמים כמה מול יוני הידרוקסיד יש בכל אחת מהכוסות)

    Aℓ3+(aq) OH(aq)
    1 : 3 יחס מולים
    \cfrac { 0.03\times 1 }{ 3 } =0.01 0.03 n (מול)

    כעת נחשב כמה מול אלומיניום כלורי  AℓCℓ3(aq) יש בתמיסה ונחשב את נפח התמיסה שהשתתפה בתגובה:

    AℓCℓ3(aq) Aℓ3+(aq)
    1 : 1 יחס מולים
    \cfrac { 0.01\times 1 }{ 1 } =0.01 0.01 n (מול)
    0.08  V (ליטר)
    0.125 C(M)

    נפח תמיסת ה- AℓCℓ3(aq) הוא 0.125M .


  1. מבנה וקישור, אנרגייה

שאלה זו עוסקת בחומרים פחמן דו-חמצני, CO2(g) , ופחמן דו-גופרי, CS2(ℓ).

  1. i.    הסבר מדוע, בטמפרטורת החדר, פחמן דו-גופרי הוא נוזל ואילו פחמן דו-חמצני הוא גז.
    שני החומרים הם חומרים מולקולריים שבים המולקולות שלהם ישנן אינטראקציות ואן דר ואלס. לפחמן גופרי יש ענן אלקטרונים גדול יותר מענן האלקטרונים של הפחמן הדו חמצני ולכן אינטראקציות הואן דר ואלס בין המולקולות שלו חזקות יותר. בטמפרטורת החדר אין מספיק אנרגיה לנתק את הקשרים שיש בין מולקולות הפחמן הדו גופרי אבל יש מספיק אנרגיה לנתק את הקשרים הקיימים בין מולקולות הפחמן הדו חמצני. לכן הפחמן הדו גופרי הוא נוזל ואילו פחמן דו חמצני הוא גז.

בתנאים מתאימים, פחמן דו-חמצני מתמוסס בפחמן דו-גופרי.

  1. הסבר מדוע פחמן דו-חמצני, CO2(g) , מתמוסס בפחמן דו-גופרי, CS2(ℓ).
    פחמן דו חמצני נמס בפחמן דו גופרי כי בערבוב החומרים נוצרות בין המולקולות שלהן אינטראקציות ואן דר ואלס.
  2. נסח את תהליך ההמסה של פחמן דו-חמצני בפחמן דו-גופרי.
    { CO }_{ 2(g) }\xrightarrow { { CS }_{ 2 } } { CO }_{ 2{ (CS) }_{ 2 } }
  1. i.   סרטט את נוסחת הייצוג האלקטרונית של מולקולת CO2 ואת נוסחת הייצוג האלקטרונית של מולקולת CS2.

    ii.    בטבלה שלפניך נתונים ערכי אנתלפיית הקשר של שני סוגי הקשרים המופיעים במולקולות CO2 ו- CS2.
    התאם לכל ערך את סוג הקשר המתאים. ציין את הגורמים להבדל בין אנתלפיות הקשר.

    אנתלפיית הקשר
    kJmoℓ (קג'אול למול)
    הקשר
    803 C = O
    573 C = S

    הקשר C = O קוטבי והקשר C = S לא קוטבי.
    אטום החמצן O בקשר C = O בעל רדיוס קטן מאטום הגופרית S בקשר C = S .

  2. אנתלפיית האידוי של פחמן דו-גופרי היא 27.6kJmoℓ.
    1. נסח את התגובה של אידוי פחמן דו-גופרי ורשום את ערכו וסימנו של ΔH0 לתגובה.

      CS2(ℓ) → CS2(g)          ΔH0=27.6kJ

    נתון ניסוח התגובה של שרפת פחמן דו-גופרי נוזלי (1) וכן שינוי האנתלפייה המלווה את התגובה.

    (1) CS2(ℓ) + 3O2(g) → CO2(g) + 2SO2(g)            ΔH01=-1076.1 kJ

    נתון ניסוח התגובה של שרפת פחמן דו-גופרי גז (2).

    (2) CS2(g) + 3O2(g) → CO2(g) + 2SO2(g)        ΔH02=?

    1. חשב את הערך של ΔH02. פרט את חישוביך.
      נתון:

      (1) CS2(ℓ) + 3O2(g) → CO2(g) + 2SO2(g)            ΔH01=-1076.1 kJ

      כדי להגיע לחישוב האנתלפיה של התגובה:

      (2) CS2(g) + 3O2(g) → CO2(g) + 2SO2(g)        ΔH02=?

      נעזר בתגובה שניסחנו בסעיף ג i.
      את התגובה הזו נהפוך (נכפול ב- 1-) ונסכום עם תגובה (1).

            CS2(g)CS2(ℓ)          ΔH0=-27.6kJ
      (1) CS2(ℓ) + 3O2(g) → CO2(g) + 2SO2(g)       ΔH01=-1076.1


      (2) CS2(g)   + 3O2(g) → CO2(g)   +    2SO2(g)   ΔH02 = -1103.7 kJ

      שינוי האנתלפיה עבור עבור תגובה (2) הוא:  ΔH02 = -1103.7 kJ     

       

  3. בכל מולקולה של גופרית דו-חמצנית, SO2 , אטום הגופרית קשור לשני אטומי חמצן.
    נסמן כל אחד מן הקשרים ב- S–O.
    נתון אנתלפיית הקשר של O=O היא 497kJmoℓ.
    חשב את ערכה של אנתלפיית הקשר בקשר S–O במולקולת SO2.
    היעזר בנתונים שבשאלה, ובתשובותיך בסעיפים הקודמים. פרט את חישוביך.
    יש לעבוד עם תגובה מספר (2) שבה כל מרכיבי התגובה נמצאים במצב גז.
החומר 2SO2(g) CO2(g) 3O2(g) CS2(g)
הקשר S – O C = O O = O C = S
מספר מול קשרים 4 2 3 2

ΔH02 = 2ΔH0(C=S) + 3ΔH0(O = O) – { 2ΔH0(C = O) + 4ΔH0(S – O)

   -1103.7 = 2×573 + 3×497 – ( 2×803 + 4×ΔH0(S – O))

ערכה של אנרגיית הקשר  S–O  הוא 533.675 קג'אול למול        ( ΔH0(S – O) = 533.675kJmoℓ).