תמיכה טכנית: 054-2932368

סרגל התקדמות
0% הושלם
0/36 צעדים

פתרון מתכונת 2


פרק ראשון ( 40 נקודות)

ענו על שתי השאלות 1 ו-2 (לכל שאלה 20 נקודות)

  1. ענו על כל הסעיפים א – ח (לכל סעיף – 2.5 נקודות)
  1. נתונים ארבעה מיכלים A,B,C ו- D .
    במיכל A יש גז חמצן (O2(g))
    במיכל B יש גז חנקן (N2(g))
    במיכל C יש גז פלואור (F2(g))
    במיכל D יש גז גופרית (S8(g)).
    כל הכלים נמצאים באותה הטמפרטורה .
    מקררים את ארבעת הכלים כך שהטמפרטורה בכל ארבעת הכלים זהה כל הזמן. בודקים את מצב הצבירה בכל אחד מהכלים. באיזה כלי הגז יתעבה ראשון (נראה חומר במצב צבירה נוזלי ראשון)?

    1. כלי A
    2. כלי B
    3. כלי C
    4. כלי D
  2. נתונה התגובה הבאה:

    H2S(g) + O2(g)    →    SO3(ℓ) + H2O(ℓ)

    מי מהקביעות הבאות נכונה?

    1. בתגובה הנתונה אטומי הגופרית (S) בחומר H2S(g) משמשים כחומר מחמצן .
    2. בתגובה הנתונה אטומי הגופרית (S) בחומר SO3(g) משמשים כחומר מחזר .
    3. בתגובה הנתונה אטומי החמצן (O) בחומר O2(g) משמשים כחומר מחזר .
    4. בתגובה הנתונה אטומי החמצן (O) בחומר SO3(ℓ) הם תוצר של תהליך חיזור .
  3. איזה מסה של CaBr2(s) יש להמיס במים כדי ליצור תמיסה בנפח של 400 מ”ל שבה ריכוז יוני הברום Br(aq) הוא 0.2M ?
    1. 7.992 ג’
    2. 15.984 ג’
    3. 3.996 ג’
    4. 12.784 ג’
  4. ליסוד אורניום U איזוטופ רדיואקטיבי שעובר התפרקות באופן הבא :
    איזוטופ U
    מה מספר הנויטרונים ביסוד A ?

    1. 143
    2. 145
    3. 141
    4. 139
  5. נתון הגרף המתאר את שינויי האנרגיה החלים במהלך תגובה:
    גרף

    1. שינוי האנתלפיה עבור התגובה שעבורה מתואר הגרף הוא : 300kJ.
    2. שינוי האנתלפיה עבור התגובה שעבורה מתואר הגרף הוא : 220kJ−.
    3. שינויי האנתלפיה עבור  התגובה ההפוכה לתגובה שעבורה הגרף מתואר הוא : 80kJ−.
    4. שינוי האנתלפיה עבור התגובה ההפוכה לתגובה שעבורה הגרף מתואר הוא: 300kJ−.
  6. נתונות התגובות הבאות:
    1. 2H2(g) + O2(g)    →    2H2O(g)
    2. C(s) + 12O2(g)    →    CO(g)
    3. C(s) + O2(g)    →    CO2(g)
    4. 3H2(g) + N2(g)    →    2NH3(g)

    לארבעה כלים שונים הוכנסו בנפרד לכל כלי המגיבים של כל אחד מהתהליכים הנתונים. הכלים נאטמו, במהלך התרחשות התגובה נמדד הלחץ בכלי.
    באיזה מהכלים חלה עליה בלחץ במהלך התרחשות התגובה?

    1. בכלי i
    2. בכלי ii
    3. בכלי iii
    4. בכלי iv
  7. לתמיסת חומצה מלחית HCℓ(aq), מוסיפים תמיסת Na2S2O3(aq), ומתרחשת התגובה הבאה:

    2H3O+(aq) + S2O32−(aq)    →    3H2O(ℓ) + SO2(g) + 18S8(s)

    מהי הקביעה הנכונה ?

    1. התגובה הנתונה היא תגובת חמצון חיזור ובמהלך התגובה ה- pH בתמיסת החומצה עולה.
    2. התגובה הנתונה היא תגובת חמצון חיזור ובמהלך התגובה ה- pH בתמיסת החומצה יורד.
    3. התגובה הנתונה היא תגובת חמצון חיזור ובמהלך התגובה ה- pH בתמיסת החומצה לא משתנה.
    4. התגובה הנתונה היא תגובת חומצה בסיס.
  8. נתון הטריגליצריד הבא :
    מתכונת-2016-חחח
    אם נבצע במול של הטריגליצריד הידרוגנציה ולאחריה הידרוליזה, יתקבלו התוצרים :

    1. 1 מול גליצרול (CH2(OH)CH(OH)CH2(OH)), 1 מול של חומצת השומן C12:1, ו- 1 מול של חומצת השומן C20:0 .
    2. 1 מול גליצרול (CH2(OH)CH(OH)CH2(OH)), 1 מול של חומצת השומן C12:0, ו- 1 מול של חומצת השומן C20:0 .
    3. 1 מול של חומצת השומן C12:0, ו- 2 מול של חומצת השומן C20:0 .
    4. 1 מול גליצרול (CH2(OH)CH(OH)CH2(OH)), 1 מול של חומצת השומן C12:0, ו- 2 מול של חומצת השומן C20:0.

שאלה 2 – ניתוח קטע מאמר מדעי – חובה

קראו את הקטע שלפניכם , וענו על כל הסעיפים שאחריו שאלת חובה (20 נקודות).

אקריל אמיד במזון

אקריל אמיד, הוא חומר כימי מוצק בטמפרטורת החדר, מסיס במים (H2O(ℓ)) ובכלורופורם (CHCℓ3(ℓ)) .
האקריל אמיד התגלה בשנת 2002, במזונות שעשירים בעמילן או בסוכרים מחזרים, שמגיבים עם החומר אספרגין, בזמן טיגון / בישול / חימום מזון בטמפרטורות הגבוהות מ- 120°C, טמפרטורות בהם נוהגים, למשל, להשחים מזון כמו ציפס, קרוטונים של לחם, או בשר ועוד.
בתגובה האספרגין מתפרק, ונוצר האקריל אמיד.
התגלה שאקריל אמיד בריכוזים גבוהים פוגע בבריאות האדם. למשל, במערכת העצבים, והוא נחשב כחומר מסרטן. אולם, אין עדיין מידע מדויק האם בריכוזים שבהם הוא נמצא במזון המושחם הוא גורם נזק לאדם.
לפניכם נתונים הייצוגים המקוצרים של נוסחאות המבנה של אקריל אמיד ואספרגין.

נוסחאות מבנה אקריל אמיד ואספרגן

  1. מדוע רצוי לבשל בטמפרטורות נמוכות מ-  120°C מוצרי מזון המכילים סוכרים מחזרים?
    רצוי לעבוד בטמפרטורות הנמכות מ- 120°C, כי בטמפרטורות הגבוהות מטמפרטורה זו הסוכרים המחזרים מגיבים עם מולקולות האספרגין, ונוצר החומר אקריל אמיד שנחשב לחומר מסרטן.
  2. i.  רשמו לאספרגין ואלקריל אמיד את הייצוג המלא של נוסחת המבנה.
    אקריל אמיד
    אקריל אמידאספרגין
    אספרגין
    ii.  ציינו מהן הקבוצות הפונקציונאליות שיש בכל אחד מהחומרים אקריל אמיד ואספרגין.
    לאקריל אמיד יש את הקבוצות הפונקציונאליות הבאות :
    אלקן (C=C) ואמיד (אמיד )

    ואילו לאספרגין יש את הקבוצות הפונקציונאליות הבאות :
    חומצה קרבוקסילית( COOH–) אמין ( NH2–) ואמיד (אמיד)

בכל אחת מהמולקולות הנתונות מסומן אחד מהאטומים ב- * .

  1. האם אטום זה, בזמן יצירת האקריל אמיד (מאספרגין), עובר תהליך חמצון או חיזור ? נמקו קביעתכם.
    כדי לקבוע האם אטום הפחמן הוא תוצר של תהליך חיזור, או חמצון, צריך לבדוק דרגות חמצון.
    דרגת החמצון של הפחמן (C) המסומן באקריל אמיד היא 1-, כי הקשרים שלו לפחמנים האחרים לא משפיעים על דרגת החמצון שלו (הם בעלי אותה אלקטרו שליליות). ולכן, בהשוואה למימן היחידי שהוא מחובר, היות והאלקטרושליליות שלו גבוהה מזו של המימן, והם משתפים רק אלקטרון אחד, דרגת החמצון שלו היא 1-, כפי שמתואר בציור יחסית למימן (H) שהוא 1+.
    אקריל-אמיד-דרגות-חמצוןואילו באספרגין
    ניתן לראות, על פי אותו הסבר של הפרשי האלקטרושליליות, שהפחמן בסך הכל הוא בדרגת חמצון של 2-:
    אספרגין-דרגות-חמצוןולכן, על פי זה, היות והפחמן במעבר מאספרגין לאקריל אמיד, עולה בדרגת החמצון מ: 2- ל- 1-, ניתן לקבוע שהפחמן עובר תהליך חמצון.

אקריל אמיד נמס גם במים וגם בכלורופורם (נאמר בקטע הקריאה)

ד.

    1. רשמו תהליכי המסה לאקריל אמיד במים ובכלורופורם.
      ניסוח תהליך ההמסה במים הוא:
      תהליך-המסה-במים
      ניסוח תהליך ההמסה בכלורופום הוא:
      תהליך המסה בכלורופום
    2. הסבירו מדוע לאקריל אמיד מסיסות בכלורופורם .
      החומר אקריל אמיד נמס בכלורופורם, כי כלורופורם הוא חומר מולקולרי, שבין המולקולות שלו ישנן אינטראקציות ואן דר ואלס. אקריל אמיד הוא חומר מולקולרי, שבין המולקולות שלו ישנם אינטראקציות ואן דר ואלס וקשרי מימן. כשמערבבים את החומרים, נשברות חלק מאינטראקציות הואן דר ואלס בין מולקולות האקריל אמיד, וחלק מאינטראקציות הואן דר ואלס בין מולקולות הכלורופורם, ונוצרות אינטראקציות מסוג ואן דר ואלס, בין מולקולות הכלורופורם לבין מולקולות האקריל אמיד, ולכן לאקריל אמיד מסיסות בכלורופורם.
    3. האם התמיסה המימית של אקריל אמיד מוליכה חשמל? הסבירו קביעתכם.
      התמיסה המימית של אקריל אמיד לא מוליכה חשמל, כי אין בה מטענים ניידים (היא לא מכילה יונים ניידים).
  1. לאספרגין טמפרטורת רתיחה גבוהה מזו של אקריל אמיד . הסבירו מדוע ?
    לאספרגין טמפרטורת רתיחה גבוהה מזו של אקריל אמיד, כי לשני החומרים יש קשרי מימן ואינטראקציות ואן דר ואלס בין המולקולות. אבל, לאספרגין יש יותר מוקדים ליצירת קשרי מימן בין המולקולות, וכן  ענן אלקטרונים גדול יותר, כך שגם אינטראקציות הואן דר ואלס שבין המולקולות שלו חזקים יותר. ולכן, בסך הכל האינטראקציות הבין מולקולריות שלו חזקות יותר, ויש לו טמפרטורת רתיחה גבוהה יותר.
  2. התגובה בין האספרגין לבין הסוכרים יכולה להתרחש גם בטמפרטורות נמוכות מ- 120°C אבל בקצב איטי. הסבירו מדוע? כיצד ניתן לגרום לתגובה להתרחש בקצב גבוהה גם בטמפרטורות נמוכות מ-120°C?
    בטמפרטורות נמוכות יותר, למולקולות המגיב, אנרגיה קינטית ממוצעת קטנה יותר. ולכן, מהירות התנועה הממוצעת של חלקיקי החומר איטית יותר, ולכן יש פחות התנגשויות ואיתן פחות התנגשויות פוריות.
    בנוסף לכך, יש למולקולות המגיבים, אנרגיה כוללת קטנה יותר. ולכן, לפחות מולקולות יש מספיק אנרגיה כדי ליצור תצמידים משופעלים. או לפחות מולקולות, בזמן ההתנגשות ביניהם, יש אנרגיה הגבוהה ממה שנדרש כדי לעבור את המחסום האנרגטי / את אנרגיית השפעול.

    כדי להתגבר על האטת קצב התגובה בטמפרטורות נמוכות יותר, ניתן להשתמש בזרז. הזרז מאפשר יצירת מנגנון חלופי, שבו המגיבים הופכים לתוצרים. למנגנון זה יש אנרגיית שפעול נמוכה יותר( מחסום אנרגטי קטן יותר), ולכן הסיכוי שליותר מולקולות תהיה מספיק אנרגיה כדי לעבור את המחסום האנרגטי בזמן ההתנגשות, הוא גדול יותר, ולכן קצב התגובה יגדל.

פרק שני ( 60 נקודות)

ענו על שלוש מהשאלות 3 – 7 ( לכל שאלה – 20 נקודות)

שאלה 3 – תכונות חומרים חומצות ובסיסים

לפניכם רשימה של היגדים המתארים תכונות של חומרים, ומתחתיה רשימת חומרים (שימו לב שלחלק מהם נתון המבנה הגיאומטרי שלהם) .

  1. החומר מוצק בטמפרטורת החדר, ומוליך  במצב מותך.
  2. החומר בנוי ממולקולות דו אטומיות.
  3. החומר גז בטמפרטורת החדר, ותמיסתו המימית בעלת pH < 7 .
  4. לחומר בטמפרטורת החדר יש ים אלקטרונים חופשיים.
  5. לחומר מוליכות חשמלית במצב מוצק בלבד.
החומרים גרפיט C Ca MgCℓ2 HBr O2
המבנה המרחבי
של המולקולה
קווי קווי
  1. קבעו, עבור כל חומר מרשימת החומרים, איזה שריג יש לו במצב מוצק .
    החומרים גרפיט C Ca MgCℓ2 HBr O2
    סוג השריג אטומרי מתכתי יוני מולקולרי מולקולרי
  2. התאימו לכל אחד מהחומרים הנתונים, את ההיגד המתאים לו ביותר.
    החומר מספר
    ההיגד
    המתאים
    ההיגד המתאים
    גרפיט C V לחומר מוליכות חשמלית במצב מוצק בלבד 
    Ca IV לחומר בטמפרטורת החדר יש ים אלקטרונים חופשיים 
    MgCℓ2 I  החומר מוצק בטמפרטורת החדר, ומוליך חשמל במצב מותך
    HBr III החומר גז בטמפרטורת החדר, ותמיסתו המימית בעלת pH < 7 
    O2 II החומר בנוי ממולקולות דו אטומיות 
  3. i.  נסחו, לחומר שתואם להיגד III, את התגובה המתרחשת בזמן הוספתו למים.

    HBr(g)   +   H2O(ℓ)      →       H3O+(aq) + Br ‾(aq)

    ii.  האם התמיסה המימית של חומר זה מוליכה חשמל? והאם חומר זה במצב מותך מוליך חשמל? הסבירו קביעתכם לכל מקרה.
    התמיסה המימית של חומר III מוליכה חשמל, כי התמיסה מכילה יונים ניידים.
    במצב מותך חומר III לא מוליך חשמל, כי אין במבנה החומר חלקיקים טעונים ניידים (לא יונים ולא אלקטרונים). החומר בנוי ממולקולות (מדובר בחומר מולקולרי).

  4. רשמו ייצוג אלקטרוני לחומרים המולקולריים, שברשימת החומרים שבטבלה.
    ייצוג-אלקטרוני-חומרים-מולקולריים
  5. הסבירו מדוע ל- HBr טמפרטורת רתיחה גבוהה מזו של O2 .
    לחומר  HBr טמפרטורת רתיחה גבוהה יותר, כי מדובר בשני חומרים מולקולריים, שבין המולקולות שלהם ישנם אינטראקציות ואן דר ואלס,  ענן האלקטרונים של HBr (36 אלקטרונים) גדול מזה של החמצן ( 16 אלקטרונים).
    בנוסף לכך, מולקולות ה-  HBr  הן קוטביות, ומולקולות ה- O2 לא קוטביות. לכן, אינטראקציות הואן דר ואלס בין מולקולות ה- HBr חזקות יותר, נדרשת אנרגיה רבה יותר לניתוק אינטראקציות אלה, טמפרטורת הרתיחה של חומר זה גבוהה יותר.
  6. ציינו שתי תכונות מאקרוסקופיות, עבור החומר שהיגד IV מתאים לו, והסבירו ברמה המיקרוסקופית תכונות אלה.
    חומר IV הוא חומר מתכתי.
    חומר זה מוליך חשמל במצב מוצק, כי יש לו אלקטרונים ניידים.
    חומר זה ניתן לריקוע, כי בהפעלת כוח חיצוני על החומר, זזות חלק משכבות הקטיונים (היונים החיוביים המרכיבים את מבנה החומר הזה), אבל המשיכה החשמלית החזקה שקיימת בין ים האלקטרונים הניידים לבין הקטיונים, מונעת את התפרקות הסריג המתכתי .

שאלה 4 – סטוכיומטריה

בכלי A בצעו תגובת שריפה של 80 מ”ל  פחמימן גזי, עם כמות לא ידועה של חמצן גזי O2(g).
התקבלה תערובת גזים בנפח של 640 מ”ל  שהכילה פחמן דו חמצני (CO2(g)) ואדי מים (H2O(g)), שיחס הנפחים ביניהם הוא 1:1 (כל החומרים בתגובה הם גזים הנמצאים באותם התנאים של טמפרטורה ולחץ).

  1. מהי הנוסחה המולקולארית של הפחמימן שהשתתף בתגובה? פרטו חישוביכם.
    היות ויחס הנפחים בין הפחמן הדו חמצני שנוצר לבין אדי המים הוא 1:1, ונפח תערובת הגזים הכוללת שנוצרה היא 640 מ”ל, ניתן לקבוע שנפח כל אחד מהגזים הוא 320 מ”ל.
    למי שרוצה להראות זאת באופן מדוייק יותר ניתן להראות זאת באופן הבא :
    • אם נציין את נפח גז הפחמן הדו חמצני ב- a ליטר
    • אז נוכל לקבוע לפי יחס הנפחים שלהם

    H2O(g) CO2(g)
    1 : 1 היחס הנפחי
    a 1/1 חץ ימינה a V נפח (ליטר)

    • שגם נפח אדי המים הוא a ליטר
    ולכן 2a = 640
    a = 320
    כעת נוכל לנסח את התגובה הלא מאוזנת באופן הבא :

    CxHy(g) + O2(g)     →    CO2(g) + H2O(g)

    מתוך היחס בין הנפחים של המגיבים והתוצרים נוכל לדעת מה יחס המקדמים ביניהם (השערת אבוגדרו / חוק הנפחים):

    CxHy(g) + O2(g)     →    CO2(g) + H2O(g)

    נפח במ”ל:                                320       320                               80
    היות והיחס בין הנפחים הוא 1:4:4, ניתן לנסח את התגובה באיזון חלקי באופן הבא :

    1CxHy(g) + O2(g)     →    4CO2(g) + 4H2O(g)

    » אם לא ברור איך הגענו למקדמים, אז הדרך היא לחלק את כל נפחי הגזים הנתונים, בערך הקטן שביניהם וזה נותן לנו את היחס שביניהם שהוא גם המקדם בניסוח התגובה.
    » כמובן שאין צורך לרשום את הספרה אחת כמקדם. ציינו את זה כאן כדי להבליט את האיזון ושימו לב עדיין לא ידוע לנו מהו המקדם של החמצן.
    כעת, נוכל לחשב מהו ערכו של x ומהו ערכו של y .
    אם נתייחס לפחמן (C), בצד שמאל של ניסוח התגובה יש x אטומי פחמן, ובצד ימין של המשוואה יש ארבעה אטומי פחמן ולכן :
    x = 4
    ועבור המימן (H), בצד שמאל של ניסוח התגובה יש y אטומי מימן, ובצד ימין יש 8 אטומי מימן ולכן y = 8 .
    ולכן נוסחת החומר הלא ידוע היא : C4H8 .

  2. מה נפח החמצן שהשתתף בתגובת השריפה? פרטו חישוביכם.
    כעת נוכל לנסח את התגובה באופן מלא

    C4H8(g) + 6O2(g)     →    4CO2(g) + 4H2O(g)

    וכדי לחשב את נפח החמצן נוכל שוב להיעזר בהשערת אבוגדרו / חוק הנפחים:

    O2(g) C4H8(g)
    6 : 1 היחס הנפחי/
    יחס המקדמים
    480 6/1 חץ ימינה 80 V נפח (ליטר)

    נפח גז החמצן הנדרש בתגובה הוא 480 מ”ל.

לנוסחה המולקולארית של הפחמימן שמצאת בסעיף א יש מספר איזומרים.

  1. רשמו ייצוג מלא של נוסחת מבנה אפשרית לפחמימן שהשתתף בתגובת השריפה בכלי A .
    נוסחת מבנה

בתנאים שבהם התבצעה תגובת השריפה נפח 1 מול גז הוא 8 ליטר.

  1. מה מסת הפחמימן שהשתתפה בתגובת השריפה ? פרטו חישוביכם.
    C4H8  
    0.08 V (ל’)
    8 Vm (ל’/מול)
    n = VVm = 0.088 = 0.01 n (מול)
    56 Mw (ג’/מול)
    m = n × Mw
    m = 0.01 × 56 = 0.56
    m (ג’)

    מסת הפחמימן שהשתתפה בניסוי היא 0.56 ג’.

בניסוי אחר שהתבצע בכלי B, התרחשה התגובה באותו הלחץ, אבל בטמפרטורה גבוהה יותר מאשר בכלי A . גם בכלי הזה השתמשו ב- 80 מ”ל של אותו הפחמימן.

  1. האם נפח תערובת הגזים שהתקבל בתגובה זו היה גדול / קטן / שווה לנפח תערובת הגזים שהתקבל בכלי A ? הסבירו קביעתכם.
    היות והשתמשו באותו נפח של פחמימן, ניתן לראות על פי השערת אבוגדרו / חוק הנפחים, שהנפח שיתקבל יהיה זהה.
    יחס המקדמים בתהליך נשאר אותו הדבר, ולכן מכל אחד מהגזים שנוצרים תתקבל כמות של 320 מ”ל, ובסך הכל 640 מ”ל תערובת גזים.

שאלה 5 – חמצון חיזור, חומצות ובסיסים וסטוכיומטריה

בשני כלים נפרדים המכילים מים מזוקקים הוסיפו לכלי הראשון 1 מול נתרן Na(s) ולכלי השני 1 מול נתרן דו מימן זרחתי NaH2PO4(s).
נתונות התגובות שהתרחשו בכל אחד מהכלים:

I.   Na(s) + H2O(ℓ)           →       12H2(g) + Na+(aq) + OH ‾(aq)
II.  NaH2PO4(s) + H2O(ℓ) →  Na+(aq) + H3O+(aq) + HPO42(aq)

  1. מה אופי התמיסה (חומצי בסיסי או ניטרלי) המתקבל בכל אחת מהכלים? הסבירו קביעתכם.
    תמיסה I היא תמיסת בעלת אופי בסיסי כי התמיסה מכילה יוני הידרוקסיד OH ‾(aq).
    תמיסה II היא תמיסה בעלת אופי חומצי כי התמיסה מכילה יוני ההידרוניום H3O+(aq).
  2. קבעו עבור כל אחד מהתהליכים, האם הוא תגובת חמצון חיזור, חומצה בסיס, או גם וגם.
    קבעו עבור כל אחד מהתהליכים האם המים שימשו בתגובה כחומר מחזר / מחמצן/ בסיס/ חומצה.
    הסבירו קביעתכם לכל אחד מהכלים.
    • תגובה I, הוא תגובת חמצון חיזור כי יש שינוי בדרגות החמצון בתהליך זה אומר שיש מעבר אלקטרונים בתגובה:
    דרגות חמצון 12 ב
    המים בתגובה זו התנהגו כחומר מחמצן, כי המימן (H) שבמים ירד בדרגת החמצון מ- 1+ ל- 0, הוא קיבל אלקטרונים עבר תהליך חיזור.
    • תגובה II היא תגובת חומצה בסיס, כי בתגובה יש מעבר פרוטון  (+H) מ – NaH2PO4(s) למים.
    המים קיבלו פרוטון, והפכו ליון הידרוניום H3O+(aq). לכן, המים בתגובה זו התנהגו כבסיס (תגובה II היא לא תגובת חמצון חיזור כי אין שינוי בדרגות החמצון של כל מרכיביה אין מעבר אלקטרונים בתגובה). 

ערבבו את התמיסות שהתקבלו בשני הכלים.

  1. i.  נסחו את התגובה שהתרחשה.
    התגובה המתרחשת היא תגובת סתירה בין יוני ההידרוניום לבין יוני ההידרוקסיד.

    H3O+(aq) + OH ‾(aq)    →    2H2O(aq)

    ii. מה היה אופי התמיסה לאחר הערבוב ( בסיסי/ חומצי/ ניטראלי)? הסבירו קביעתכם.
    כדי לקבוע את אופי התמיסה, נבדוק כמה מול יוני הידרוניום היו בתמיסה השניה, וכמה מול יוני הידרוקסיד היו בתמיסה הראשונה, ונבדוק האם יש שארית מאחד מהם.

    OH‾(aq)   Na+(aq)  
    1 : 1 יחס מולים
    1 1/1 חץ ימינה 1 n מול

    בתמיסה הראשונה יש 1 מול יוני הידרוקסיד  OH ‾(aq).

    H3O+(aq)   NaH2PO4(s)  
    1 : 1 יחס מולים
    1 1/1 חץ ימינה 1 n מול

    בתמיסה השניה יש 1 מול יוני ההידרוניום H3O+(aq).
    כעת נבדוק ממי נשארה שארית ( מי הגיב בשלמות / מה הכמות המגבילה).

    OH‾(aq)   H3O+(aq)  
    1 : 1 יחס מולים
    1   1 n (מול) התחלה
    1 1/1 חץ ימינה 1 n (מול) תגובה
      n (מול) סוף

    היות ולא נותר עודף של יוני הידרוניום או יוני הידרוקסיד, התמיסה בעקבות הערבוב תהיה ניטרלית (בעלת pH=7).

  2. בניסוי אחר הוסיפו נתרן למים. בתגובה השתחררו 320 מ”ל גז מימן בתנאים בהם 1 מול גז תופס נפח של 32 ליטר.
    מהי מסת הנתרן שהשתתפה בתגובה? פרטו חישוביכם.

    Na H2  
    1 : 0.5 יחס מולים
    0.32 V (ל’)
    32 Vm (ל’/מול)
    0.02 1/0.5 חץ ימינה n = VVm = 0.3232 = 0.01 n (מול)
    23 Mw (ג’/מול)
    m = n × Mw
    m = 0.02 × 23 = 0.46
    m (ג’)

    מסת הנתרן שהגיבה היא 0.46 ג’.

שאלה 6 – טעם של כימיה

חומצת שומן החלב מורכבת מהטריגליצריד הבא:
מתכונת 61

כדי ללמוד על הרכב חומצות השומן בטריגליצריד עבר הטריגליצריד הידרוליזה.

  1. נסחו את תהליך ההידרוליזה של הטריגליצריד.
    פתרון 6א1
  2. מבין חומצות השומן הבאות איזו התקבלה בתהליך ההידרוליזה:
    C18:1 , C14:1 , C16:0 , C18:0
    חומצות השומן שהתקבלו הן: C14:0 , C16:0 , C18:1, ולכן מהרשימה הנתונה חומצות השומן שלא התקבלו בהידרוליזה הן : C14:1 , C18:0.
  3. ידוע שלחומצת השומן שמסומנה באות B בטריגליצריד יש את טמפרטורת ההיתוך הגבוהה ביותר מבין חומצות השומן שיצרו את הטריגליצריד
    1. הסבירו מדוע טמפרטורת ההיתוך של חומצת השומן המסומנת באות B גבוהה מטמפרטורת ההיתוך של חומצת השומן המסומנת באות A .
      חומצות השומן המסומנות באותיות A ו- B הן חומצות שומן רוויות, לחומצת השומן B יש ענן אלקטרונים גדול יותר (יותר פחמנים), ולכן אינטראקציות הואן דאר ואלס בין מולקולות חומצות השומן חזקות יותר, נדרשת אנרגיה רבה יותר לניתוק אינטראקציות אלה, טמפרטורת ההיתוך של חומצות השומן הזו גבוהה מזו של חומצת שומן A.
    2. הסבירו מדוע טמפרטורת ההיתוך של חומצת השומן המסומנת באות B גבוהה מטמפרטורת ההיתוך של חומצת השומן המסומנת באות C.
      חומצות שומן C היא חומצת שומן לא רוויה. היות וקיים בה קשר כפול נוצר כיפוף / עיוות במבנה המולקולה, ולכן למולקולות חומצות השומן C קשה יותר ליצור אריזה מאורגנת וצפופה. כתוצאה מכך, אינטראקציות הואן דר ואלס בין מולקולות חומצת השומן C חלשות יותר, נדרשת פחות אנרגיה לניתוק אינטראקציות הון דר ואלס ולכן טמפרטורת ההיתוך שלהן נמוכה יותר.
  4. בניסוי מבצעים הידרוגנציה לכמות לא ידועה של הטריגליצריד.
    בתגובה השתמשו ב – 5 ליטר גז מימן בתנאים שבהם 1 מול גז תופס נפח של 25 ליטר.

    1. רשמו את הייצוג המקוצר של נוסחת המבנה של התוצר המתקבל .
      פתרון 6ד11
    2. האם לתוצר המתקבל טמפרטורת היתוך גבוהה , נמוכה , או שווה לטריגליצריד של חומצת החלב? הסבירו קביעתכם.
      לתוצר המתקבל טמפרטורת היתוך גבוהה יותר, כי לתוצר המתקבל יש רק שרשראות פחמימניות רוויות. לכן מולקולות הטריגליצריד הזה יכולות להתארגן באריזה טובה וצפופה יותר, ולכן אינטראקציות הואן דר ואלס בין מולקולות הטריגליצריד הזה חזקות יותר, נדרשת אנרגיה רבה יותר לניתוק אינטראקציות אלה  וטמפרטורת ההיתוך גבוהה יותר.
    3. כמה מול טריגליצריד השתתפו במהלך ההידרוגנציה?
      נחשב כמה מול מימן הגיבו:
      n= VVm= 5
      25=0.2
      0.2 מול מימן
      היות וב-1 מול טריליצריד, יש 1 מול קשרים כפולים בין אטומי פחמן, ועבור כל מול קשרים כפולים בין אטומי הפחמן, נדרשים 1 מול מולקולות מימן, אז כמות הטריגליצריד שהשתתפה בתהליך היא גם 0.2 מול.

      טריגלצריד   H2  
      1 : 1 יחס מולים
      0.2 1/1 חץ ימינה 0.2 n מול

שאלה 7 – אנרגיה וקצב של תגובה

כשתמיסת עמילן באה במגע עם תמיסת יוד (I2(aq)), נוצר ביניהם תוצר הקרוי קומפלקס עמילן יוד.
למבנה הזה יש צבע כחול חזק מאוד.
כדי לבדוק את מהירותה של תגובה שבה אחד מהתוצרים הוא יוד ביצעו מספר ניסויים.
בסדרת הניסויים הראשונה הגיבו בשלוש מבחנות נפרדות תמיסת נתרן יודת NaIO3(aq) בריכוזים הבאים: במבחנה הראשונה 1M במבחנה השנייה 2M ובמבחנה השלישית 3M.
לכל מבחנה הוסיפו תמיסת NaHSO3(aq) המכילה גם עמילן, שמומס בה בסביבה חומצית.
נפח וריכוז כל אחד מהמרכיבים בתמיסה זו היה שווה בכל המקרים.
את התמיסה החומצית יצרו על ידי הזרמת הגז מימן כלורי HCℓ(g) לתמיסה המימית של NaHSO3(aq) .

  1. איזה יונים התקבלו מהזרמת הגז מימן כלורי לתמיסה? (ניתן להיעזר בניסוח תהליך התגובה בין הגז למים) .
    ניתן לראות איזה יונים התקבלו מהניסוח הבא :

    HCℓ(g) + H2O(ℓ)    →    H3O+(aq) + Cℓ ‾(aq)

בעקבות ערבוב שתי התמיסות מתרחשות 3 תגובות זו אחר זו שבמהלך תגובה B נוצר יוד.

A. IO3‾(aq) + 3HSO3(aq) + 3H2O(ℓ)    →    (aq) + 3SO42(aq) + 3H3O+(aq)
B. IO3(aq) + 5(aq) + 6H3O+(aq)    →    3I2(aq) + 9H2O(ℓ)
C. I2(aq) + HSO3(aq) + 4H2O(ℓ)    →    2I ‾(aq) + SO42(aq) +3H3O+(aq)

תגובה C מתרחשת בקצב מהיר מאוד.
היות וכמות המולים של יוני ה- HSO3(aq) שנותרים לאחר שלב A קטנה (כי הרוב מגיב בשלב A), מתחילים להיווצר במיכל התגובה, מולקולות יוד. אלו נקשרות לעמילן ונוצר הצבע הכחול הכהה.

  1. באיזה תמיסה התקבל הצבע הכחול כהה בזמן הקצר ביותר? הסבירו קביעתכם.
    הצבע הכחול התקבל בזמן הקצר ביותר, בתמיסה שבה ריכוז הנתרן יודת היה הגבוה ביותר.
    ככל שריכוז תמיסת הנתרן יודת גבוה יותר, גם ריכוז היונים בתמיסה גבוה יותר, ולכן יש יותר התנגשויות בין חלקיקי המגיבים, ואיתם יותר התנגשויות פוריות, שגורמות ליצירת היוד בזמן קצר יותר(בקצב מהיר יותר). כך נוצר הקומפלקס בין העמילן ליוד בזמן קצר יותר ומתקבל הצבע הכחול בתמיסה מהר יותר.

קצב התגובה המתרחשת על פי ניסוח  C גדול יותר מקצב התגובה המתרחשת בין היוד לבין העמילן.

  1. מה ניתן לקבוע מעובדה זו על גודל אנרגיית השפעול של שני תגובות אלה? הסבירו קביעתכם.
    ניתן להסיק מכך, שלתגובה המנוסחת בשלב C יש אנרגיית שפעול נמוכה יותר, ולכן ליותר חלקיקים במגיבים, בזמן ההתנגשות ביניהם, יש מספיק אנרגיה כדי ליצור תצמידים משופעלים (לעבור את המחסום האנרגטי / את אנרגיית השפעול), וליצור תוצרים בזמן קצר יותר.

בסדרת ניסויים שנייה בצעו את התגובה בשתי טמפרטורות שונות: ב- 5°C וב- 35°C.

  1. באיזה טמפרטורה יתקבל הצבע הכחול הכהה בזמן קצר יותר? הסבירו קביעתכם.
    ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, יש לחלקיקי המערכת אנרגיה קינטית ממוצעת גבוהה יותר, ולכן מהירות התנועה הממוצעת שלהן גבוהה יותר. לכן, ישנן יותר התנגשויות ויותר התנגשויות פוריות.
    בנוסף לכך, בגלל שלחלקיקי המגיבים יש אנרגיה גבוהה יותר, יש סיכוי גדול יותר שבזמן ההתנגשות יתקבלו תצמידים משופעלים, חלקיקים עם מספיק אנרגיה שהיא שווה או גבוהה לאנרגיית השפעול, וכתוצאה מכך התהליך יתרחש מהר יותר. לכן, התהליך קורה מהר יותר בטמפרטורה הגבוהה יותר.

תגובה נוספת בה נוצר יוד היא התגובה הבאה :

H2O2(ℓ) + 2I ‾(aq) + 2H3O+(aq)    →    I2(s) + 4H2O(ℓ)

בתגובה בה נוצרים 2.54 ג’ יוד עולה טמפרטורת התמיסה וישנו מעבר אנרגיה של 2.738kJ.

  1. i.  מה כיוון מעבר האנרגיה (מהמערכת לסביבה או להיפך). הסבירו קביעתכם.
    כיוון מעבר האנרגיה הוא מהמערכת לסביבה, כי טמפרטורת הסביבה עלתה, מה שמעיד על כך שהיא קלטה אנרגיה מהמערכת.
    ii. מהו שינוי האנתלפיה בתגובה? פרטו חישוביכם.
    כמות המולים של היוד שנוצרה בתגובה היא:

    n= mMw = 2.54254 = 0.01מול

    אנרגיה (kJ)   I2(s) מול
    2.738   0.01
    273.8 2.738/0.01 חץ ימינה 1

    ∆H° = – 273.8 kJ

    ערך שינוי האנתלפיה (ΔHº) הוא שלילי, כי עברה אנרגיה מהמערכת לסביבה. מדובר מתגובה אקסותרמית.