בגרות בכימיה 2021

פרק שני (60 נקודות)

ענה על שלוש מן השאלות 14-10, לפי ההנחיות בכל שאלה (לכל שאלה 20 נקודות).

10. כימיה של מזון

שמן חוחובה מופק מזרעי שיח החוחובה ומשמש בעיקר להכנת מוצרים קוסמטיים. שמן החוחובה אינו מכיל טריגליצרידים.

חומצות השומן בשמן החוחובה מופיעות במבנה מיוחד, כמתואר בייצוג המקוצר לנוסחת המבנה של מולקולה (1).

לפניך ייצוג מקוצר לנוסחאות המבנה של שתי מולקולות המצויות בשמנים שונים:

מולקולה (1)

מולקולה (2)

1. רשום את הקבוצות הפונקציונאליות בכל אחת מן המולקולות (1) ו- (2).

הרכב השמן בזרע החוחובה תלוי באזור הגידול שלו. הטבלה שלפניך מציגה את חומצות השומן העיקריות שמרכיבות את שמן החוחובה המופק מזרעי החוחובה מאזור מסוים במקסיקו.

2. רשום ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של מולקולת חומצה גונדואית וייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של מולקולת חומצה פלמיטית.
3. כמה מול חומצה גונדואית, C₁₉H₃₇COOH_(ℓ), אפשר להפיק מ-100 גרם חומצות שומן בשמן חוחובה? העזר בנתוני הטבלה.

שמן חוחובה מסוג אחר מכיל חומצה אלאידית. חומצה אלאידית היא חומצת שומן אומגה 9 והיא איזומר של חומצה אולאית.

4. רשום ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של מולקולת חומצה אלאידית.

5. טמפרטורת ההיתוך של חומצה אלאידית גבוהה מטמפרטורת ההיתוך של חומצה אולאית. הסבר מדוע.

השמן שמופק מזרעים של שיחי חוחובה שגדלים בנגב, מכיל אחוז גבוה יותר של חומצות שומן רוויות. אחת מהן היא חומצה אראכידית.

נתון ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של מולקולת חומצה אראכידית:

6. כתוב רישום מקוצר של חומצה אראכידית.
7. אפשר לקבל חומצה אראכידית מאחת החומצות המוצגות בטבלה בתהליך הידרוגנציה.
   קבע איזו חומצה מתאימה לקבלת חומצה אראכידית. הסבר את קביעתך.

8. אחת הדרכים להפקת שמן חוחובה היא הוספת הקסאן, C₆H_14(ℓ), לזרעים גרוסים וניעורם.
   שמן חוחובה מתמוסס היטב בהקסאן, C₆H_14(ℓ). הסבר מדוע.

11. חומצות ובסיסים מבנה וקישור

חומץ הוא נוזל ביתי נפוץ שיש בכל מטבח.
הנוזל בעל הריח הייחודי משמש לא רק להכנת רטבים אלא גם לניקוי.
חומץ הוא תמיסה של חומצה אצטית,  CH₃COOH_(ℓ), במים.

1. על בקבוק חומץ ביתי רשום “חומץ 5%” – כלומר ב- 100 מ”ל תמיסה יש 5 גרם של חומצה אצטית.
   
   1. חשב את הריכוז המולרי של החומצה האצטית בבקבוק החומץ. פרט את חישוביך.

   חומצה אצטית מגיבה עם מים על פי תגובה (1):

   (1) CH₃COOH_(ℓ) + H₂O_(ℓ) → CH₃COO^–_(aq) + H₃O⁺_(aq)

   2. קבע אם ה- pH של תמיסת חומץ קטן מ- 7, גדול מ- 7 או שווה ל- 7. נמק את קביעתך.

2. כדי שהשימוש בחומץ הביתי יהיה בטיחותי לניקוי, מומלץ למהול אותו במים. מוסיפים 400 מ”ל מים (כשתי כוסות) ל- 100 מ”ל חומץ (כחצי כוס).
   
   1. חשב את הריכוז המולרי של החומצה האצטית בתמיסת החומץ המתקבלת לאחר המיהול. פרט את חישוביך.
   2. קבע אם ה- pH של תמיסת החומץ לאחר המיהול יהיה גבוה, נמוך או שווה ל- pH של תמיסת החומץ לפני המיהול. הסבר את קביעתך.

כאשר מצב הצבירה של חומצה אצטית הוא גז, חלק ממולקולות החומצה האצטית יוצרות צמדים (דימרים), בכל צמד יש קשרי מימן מחברים בין המולקולות הבודדות.

3. קבע באיזה מן האיורים (1)-(3) שלפניך, קשרי המימן הנוצרים בין מולקולות החומצה האצטית מתוארים נכון. נמק את קביעתך.

   איור (1)

   איור (2)
   איור (3)
   

4. נוהגים להשתמש בחומץ ביתי להסרת אבנית שמצטברת בקומקום.
   נתונה תגובה (2) המתרחשת בין חומצה לבין סידן פחמתי, CaCO_3(s), שהוא הרכיב העיקרי של אבנית:
   

   (2) CaCO_3(s) + 2H₃O⁺_(aq) → CO_2(g) + 3H₂O_(ℓ) + Ca²⁺_(aq)

   אותה התגובה מתרחשת כאשר מטפטפים תמיסת HCℓ_(aq) על סלעים המכילים אבן גיר CaCO_3(s).

   כך מזהים נוכחות של אבן גיר בסלעים.

   1. לתמיסת HCℓ_(aq) בנפח 10 מ”ל ובריכוז 0.5M הוסיפו  CaCO_3(s). כל המגיבים הגיבו בשלמות על פי תגובה (2).
      חשב מהי מסת הסידן הפחמתי שהגיב בתגובה זו. פרט את חישוביך.
   2. קבע אם ה- pH של תמיסת HCℓ_(aq) במהלך התרחשות תגובה (2), ירד, עלה, או לא השתנה. נמק את קביעתך.

5. לתמיסת HCℓ_(aq) בנפח 12 מ”ל ובריכוז 0.5M הוסיפו 0.25 גרם סידן פחמתי CaCO_3(s), והוא הגיב במלואו.
   האם ה- pH של התמיסה בתום התגובה גדול מ- 7, קטן מ- 7 או שווה ל- 7?.
   פרט את חישוביך או נמק במילים.

12. חמצון חיזור, חישובים, אנרגייה

השאלה עוסקת בתרכובת היונית אמון חנקתי NH₄NO_3(s).

אמון חנקתי מוצק, NH₄NO_3(s), המוספג בתערובת נוזלית של פחמימנים, הוא חומר נפץ שמשמש לפיצוץ סלעים כדי לסלול דרכים באזורים הרריים. האמון החנקתי מתפרק בעת הפיצוץ.

נתונה תגובת הפירוק המלא של אמון חנקתי, NH₄NO_3(s):

(1) 2NH₄NO_3(s) → 2N_2(g) + O_2(g) + 4H₂O_(g)

1. קבע אם תגובה (1) היא תגובת חמצון חיזור. נמק את קביעתך.

הגרף שלפניך מתאר את הרכב האוויר בטמפרטורה של 25°C ובלחות של 60% בלחץ 1 אטמוספירה.

2. תוצרי הפירוק המלא של אמון חנקתי אינם גורמים לזיהום אוויר. הסבר עובדה זו.

3. להלן °ΔH לתגובות (2) ו- (3).
   

   (2) N_2(g) + 2H_2(g) + 1½O_2(g) → NH₄NO_3(s)     ΔH⁰₂=-365.6kJ

   (3) H_2(g) + ½O_2(g) → H₂O_(g)      ΔH⁰₃=-241.8kJ

   חשב את ΔH⁰₁ עבור תגובה (1), שהיא תגובת הפירוק המלא של אמון חנקתי.

4. בפירוק החלקי של אמון חנקתי, NH₄NO_3(s), מתקבלות תרכובות חנקן שונות כגון N₂O_(g) ו- NO_2(g).
   חשב את דרגות החמצון של אטומי החנקן בכל אחד מסוגי היונים המרכיבים את NH₄NO_3(s) ובשתי תרכובות החנקן הנתונות.

5. התרכובת אמון חנקתי, NH₄NO_3(s), משמשת בעיקר לדשן לגידולים חקלאיים.
   אמון חנקתי, NH₄NO_3(s), נוצר בתגובה של חומצה חנקתית, HNO_3(ℓ), עם אמוניה גזית, NH_3(g).
   ניסוח התגובה הוא:
   

   (4) NH_3(g) + HNO_3(ℓ) → NH₄NO_3(s)

   חשב את מסת האמוניה, NH_3(g), שנדרשת להכנת 1.0 ק”ג אמון חנקתי, NH₄NO_3(s), על פי תגובה (4).
   נתון: 1 ק”ג = 1,000 גרם.

לדישון בעונת הקיץ, הדשן אמון חנקתי, NH₄NO_3(s), משווק בתמיסה מימית בריכוז 9.5M.

6. רשום ניסוח לתגובת ההמסה של אמון חנקתי, NH₄NO_3(s), במים.
7. לדישון בעונת החורף משתמשים בתמיסה בריכוז אחר – 7.9M.
   איזו מן הפעולות c-a שלפניך יש לבצע בתמיסה לדישון בעונת הקיץ כדי שתתאים לדישון בעונת החורף? הסבר את בחירתך.
   
   1. הקטנת נפח התמיסה על ידי אידוי מים.
   2. הגדלת נפח התמיסה על ידי הוספת מים.
   3. הוספת אמון חנקתי מוצק, NH₄NO_3(s), לתמיסה.

13. מבנה וקישור, אנרגייה

אלכוג’ל הוא חומר שמשמש לחיטוי וניקוי הידיים כאשר מים וסבון אינם זמינים.

האלכוג’ל הוא תערובת נוזלית של שני סוגי כוהל שונים המומסים במים.

לפניך טבלה ובה נתונים על כהלים שאפשר למצוא באלכוג’ל.

	שם הכוהל	טמפרטורת רתיחה (C°)	ייצוג מקוצר של נוסחת מבנה של מולקולת הכוהל
1	אתאנול	78
2	1-פרופאנול	97
3	2-פרופאנול	82
4	גליצרול

1. א
   
   1. רשום נוסחת ייצוג אלקטרונית לכל אחת ממולקולות הכוהל הרשומות בטבלה.
   2. אילו שני כהלים מבין הכהלים הנתונים בטבלה הם איזומרים?נמק.
2. הסבר מדוע טמפרטורת הרתיחה של 1-פרופאנול גבוהה מטמפרטורת הרתיחה של אתאנול.
3. איזה מבין ההיגדים (1) – (3) שלפניך מסביר את ההבדל בין טמפרטורת הרתיחה של 1-פרופאנול לבין טמפרטורת הרתיחה של 2-פרופאנול. נמק.
   (1) שטח הפנים של מולקולת 1-פרופאנול גדול משטח הפנים של מולקולת 2-פרופאנול.
   (2) מולקולת 1-פרופאנול היא קוטבית, ואילו מולקולת 2-פרופאנול אינה קוטבית.
   (3) גודל ענן האלקטרונים של מולקולת 1-פרופאנול שונה מגודל ענן האלקטרונים של מולקולת 2-פרופאנול.
4. קבע אם טמפרטורת הרתיחה של גליצרול גבוהה מטמפרטורת הרתיחה של 2-פרופאנול או נמוכה ממנה. נמק את קביעתך.
   בתשובתך התייחס לכל סוגי הכוחות הפועלים בין המולקולות בכל אחת משתי התרכובות.

5. אם נרטיב את כפות ידינו במים, נשפוך עליהן אלכוג’ל המכיל 70% אתאנול, C₂H₅OH_(ℓ), ונשפשף אותן מעט זו בזו, נרגיש שהידיים מתחממות.
   
   1. האם בתהליך המתואר הידיים קולטות אנרגייה או פולטות אנרגייה? נמק.
   2. קבע איזו מן התגובות (1) או (2) היא התגובה הגורמת לתחושת ההתחממות בידיים. נמק את קביעתך.

   $$\begin{gathered} \left(1\right) {\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_5{\mathrm{OH}}_{\left(\mathcal{l}\right)}\stackrel{{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{\left(\mathcal{l}\right)}}{\to }{\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_5{\mathrm{OH}}_{\left(\mathrm{aq}\right)} ∆{\mathrm{H}}^0<0 \\ \left(2\right) {\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_5{\mathrm{OH}}_{\left(\mathcal{l}\right)}\to {\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_5{\mathrm{OH}}_{\left(\mathrm{g}\right)} ∆{\mathrm{H}}^0>0 \end{gathered}$$

   3. מהו השינוי שעובר האתאנול על פי התגובה שבחרת בתת סעיף ii : אידוי, המסה במים, עיבוי או פירוק?

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

6. יש להימנע משימוש באלכוג’ל ליד מקור אש שכן החומר דליק ועלול לגרום לשרפה.
   נתונות ארבע דיאגרמות של שינוי אנתלפיה.
   מהי הדיאגרמה שמתארת בצורה הנכונה את שינוי האנתלפיה בתגובת השריפה של אתאנול?
   נמק את בחירתך, והסבר מדוע פסלת כל אחת מהדיאגרמות האחרות.
   

14. חומרים יוניים, חישובים.

השאלה עוסקת בחומרים יונים ובתכונותיהם.

1. כל החומרים היוניים הם מוצקים בטמפרטורת החדר.
   הסבר קביעה זו ברמה מיקרוסקופית.

2. חומר יוני אינו מוליך חשמל בטמפרטורת החדר.

הסבר קביעה זו ברמה מיקרוסקופית.

3. לפניך ארבעה ניסוחים (1) – (4)

$$\begin{gathered} \left(1\right) {\mathrm{K}}_{\left(\mathcal{l}\right)}^{+}+{\mathrm{I}}_{\left(\mathcal{l}\right)}^{–}\stackrel{∆}{\to }{\mathrm{KI}}_{\left(\mathrm{s}\right)} \\ \left(2\right){\mathrm{KI}}_{\left(\mathrm{s}\right)}\stackrel{{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{\left(\mathcal{l}\right)}}{\to }{\mathrm{K}}_{\left(aq\right)}^{+}+{\mathrm{I}}_{\left(aq\right)}^{–} \\ \left(3\right){\mathrm{KI}}_{\left(\mathrm{s}\right)}+{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_{\left(\mathcal{l}\right)}\to {\mathrm{K}}_{\left(aq\right)}^{+}+{\mathrm{I}}_{\left(aq\right)}^{–} \\ \left(4\right){\mathrm{KI}}_{\left(\mathrm{s}\right)}\stackrel{∆}{\to }{\mathrm{K}}_{\left(\mathcal{l}\right)}^{+}+{\mathrm{I}}_{\left(\mathcal{l}\right)}^{–} \end{gathered}$$

1. 1. קבע איזה מן הניסוחים (1) – (4) מסמל תהליך היתוך של אשלגן יודי, KI_(s).
   2. קבע איזה מן הניסוחים (1) – (4) מסמל תהליך המסה במים של אשלגן יודי, KI_(s).

4. המיסו 16.6 גרם KI_(s) במים והתקבלה תמיסה בנפח 1 ליטר.
   מהו מספר המולים הכולל של היונים בתמיסה? פרט את חישוביך.
5. אלומיניום גופרי הוא מוצק שמשמש בתעשייה הכימית ליצירת מימן גופרי, H₂S_(g).
   
   1. רשום את הנוסחה האמפירית של אלומיניום גופרי.
   2. אלומיניום גופרי מגיב עם מים ויוצר אלומיניום הידרוקסידי, Aℓ(OH)_3(s), ומימן גופרי, H₂S_(g). נסח ואזן את התגובה.
   3. מהי המסה של אלומיניום הידרוקסידי, Aℓ(OH)_3(s), שנוצר כאשר 30 ק”ג של אלומיניום גופרי מגיבים עם מים? פרט את חישוביך.
      נתון: 1 ק”ג = 1000 גרם.
6. מגנזיום גופרתי, MgSO_4(s), המכונה “מלח אנגלי” משמש, בין השאר, מלח אמבט להרגעה.
   מילאו אמבט במים והמיסו במים מגנזיום גופרתי. נפח התמיסה באמבט היה 220 ליטר וריכוז יוני המגנזיום, Mg²⁺_(aq), באמבט היה 0.022M.
   מהי מסת המגנזיום הגופרתי, MgSO_4(s), שהומסה במים? פרט את חישוביך.