امتحان بجروت في الكيمياء 2019

الفصل الثاني (60 درجة)

أجب عن ثلاثة من الأسئلة 14-10 (لكلّ سؤال 20 درجة).

10. مبنى الذرّة، الدوريّة، المبنى والترابط

الهاتف الذكيّ يحوي موادّ فيها أكثر من 70 عنصرًا: فلزّات ولافلزّات وعناصر شائعة وعناصر نادرة.

1. المركِّبات الأساسيّة في زجاج شاشة الهاتف الذكيّ هي: ثاني أكسيد السيليكون، SiO_2(s)، وأكسيد الصوديوم، Na₂O_(s) ، وأكسيد الألومنيوم، Aℓ₂O_3(s).
   1. انسخ الجدول الذي أمامك إلى دفتر الامتحان، وأكمله.

      	SiO2(s)	Aℓ2O3(s)
      نوع الجسيمات في المادّة
      نوع الأربطة بين الجسيمات

   2. اكتب صِيَغ تمثيل إلكترونيّة للجسيمات التي يتركّب منها المركَّب Na₂O_(s).
   3. من أجل تقوية زجاج الشاشة، يستبدلون قسمًا من أيونات الصوديوم بأيونات أكبر. لهذا الغرضيغمسون زجاج الشاشة في مركَّب أيونيّ منصهر ملائم. حدِّد أيّ مركَّب يلائم هذه العمليّة: نترات الليثيوم، LiNO_3(ℓ)، أم نترات البوتاسيوم، KNO_3(ℓ). علّل تحديدك.
2. شاشة اللَّمس، الموجودة تحت الزجاج، مبنيّة من طبقة شفّافة من أكسيد الإينديوم، In₂O_3(s) وموادّ إضافيّة. النظير الشائع للإينديوم هو ${}_{49}{}^{115}\mathrm{In}$. ما هو عدد الپروتونات وعدد النيوترونات وعدد الإلكترونات في جسيمات الإينديوم في المركَّب ¹¹⁵In₂O_3(s)؟
3. الرقاقة (الشريحة) الإلكترونيّة مبنيّة من سيليكون، Si_(s)، بإضافة ذرّات عناصر مثل: الفوسفور، ₁₅P، أو الچاليوم، ₃₁Ga، أو الأرسين، ₃₃As.
   1. طاقة التأيّن الأولى للسيليكون، Si، هي 789^kJ⁄_moℓ. طاقة التأيّن الأولى للفوسفور، P، هي 1012^kJ⁄_moℓ. فسّر لماذا طاقة التأيّن الأولى للفوسفور، P، أعلى من طاقة التأيّن الأولى للسيليكون، Si.
   2. أمامك قيمتان لطاقتَي تأيّن 947^kJ⁄_moℓ وَ 1251^kJ⁄_moℓ. ما هي القيمة التي تلائم طاقة التأيّن الأولى للأرسين، As؟ علّل.
4. بطّاريّة الهواتف الذكيّة تحوي، من ضمن موادّ أخرى، چرافيت، C_(s).
   1. اكتب ثلاثة مميّزات للمبنى الميكروسكوبيّ للچرافيت.
   2. الچرافيت موصِل للتيّار الكهربائيّ. فسّر لماذا.

---

11. كيمياء الغذاء والطاقة

الزبدة هي منتَج غنيّ بالدهن، تُنتَج من الحليب أو من الشَّمِينِتْ في عمليّة تُسمّى مَخْضًا.

1. يُزوِّد الدهن %99.4 من القيمة الكالوريّة (السعريّة) للزبدة.. القيمة الكالوريّة لِ 100 غرام زبدة هي 733 كيلو – كالوري. معطى أنّ: القيمة الكالوريّة لِ 1 غرام دهن هي 9 كيلو – كالوري. احسب كم غرام دهن يوجد في 100 غرام زبدة. فصّل حساباتك.

وجد العلماء أنّ الزبدة تحوي أكثر من 200 نوع من التريچليسيريدات. أمامك جدول يعرضالأحماضالدهنيّة الأساسيّة التي تُركِّب التريچليسيريدات في الزبدة.

الحامض الدهنيّ	الرمز	كتابة مختصرة للحامض الدهنيّ	النسبة المئويّة
حامضالميريستيك	M	C14:0	12%
حامضالپلاميتيك	P	C16:0	26%
حامضالستاريك	S	C18:0	11%
حامضالأولييك	O	C18:1ω9 , cis	28%

2. عندما نُخرِج الزبدة من الث لا لاجة، فإنّها تَطْرى في درجة حرارة الغرفة ويمكن دهنها بسهولة. أمامك قائمة لتريچليسيريدات موجودة في الزبدة: MOO , SPS , SPM , MPO , SPP , POO ثلاثة من التريچليسيريدات التي في القائمة تجعل الزبدة تَطْرى في درجة حرارة الغرفة. حدِّد ما هي هذه التريچليسيريدات الثلاثة. فسّر لماذا تجعل هذه التريچليسيريدات الزبدة تَطْرى.
3. حامضالبوتيريك، C4:0، هو مركِّب نسبته المئويّة قليلة في تريچليسيريدات الزبدة. عندما تتلف الزبدة، بسبب حلمأة هذه التريچليسيريدات، يَنتُج حامضالبوتيريك الذي ينشر رائحة كريهة.
   1. التريچليسيريد SPB هو أحد التريچليسيريدات المركَّب من حامضالبوتيريك أيضًا. الحرف B هو رمز حامضالبوتيريك. اكتب تمثيلاً مختصرًا للصيغة البنائيّة للتريچليسيريد SPB. معطى التمثيل المختصر للصيغة البنائيّة لجزيء چليسيرول:
   2. التأثيرات المتبادلة التي بين جزيئات التريچليسيريد SPB أضعف من التأثيرات المتبادلة التي بين جزيئات التريچليسيريد SPP. اذكر ما هو سبب ذلك.
4. الأحماضالدهنيّة، التي على شكل تريچليسيريدات، تُخزَن في الجسم في خلايا دهنيّة وتُستعمَل، من ضمن בין استعمالات أخرى، مصدرًا للطاقة. تمرّ الأحماضالدهنيّة التي في الخلايا بسلسلة عمليّات يَنتُج فيها ثاني أكسيد الكربون، CO_2(g)، وماء، H₂O_(ℓ)، كما يحدث في تفاعل الحرق الكامل لمركَّبات الكربون. التفاعل (1) الذي أمامك هو تفاعل حرق حامضالبوتيريك:

   (1)  C₃H₇COOH_(ℓ) + 5O_2(g) → 4CO_2(g) + 4H₂O_(ℓ)         ΔH⁰₍₁₎=?

   معطاة ثلاثة تفاعلات، I-III:

   I.   C_(s) + O_2(g) → CO_2(g)                                 ΔH⁰_(I)=-393.5kJ II.   H_2(g) + ¹⁄₂O_2(g) → H₂O_(ℓ)                           ΔH⁰_(II)=-286.0kJ III.  4C_(s) + 4H_2(g) + O_2(g) → C₃H₇COOH_(ℓ)     ΔH⁰_(III)=-534.0kJ

   استعن بهذه المعطيات، واحسب قيمة ΔH⁰₍₁₎ . فصّل حساباتك.
5. أجروا في المختبر التفاعل (2) الذي أمامك:

   (2)  C₃H₇COOH_(g) + 5O_2(g) → 4CO_2(g) + 4H₂O_(g)       ΔH⁰₍₂₎=-2,065.6kJ

   الجدول الذي أمامك يعرضقيَم إنتالبيات رباط.

   الرباط	O–H (في جزيئات H2O)	C=O (في جزيئات CO2)
   إنتالبيا الرباط (kJ⁄moℓ)	463	803

   احسب كمّيّة الطاقة التي يجب بذلها من أجل فكّ جميع الأربطة التساهميّة (الكوڤلنتيّة) في الموادّ المتفاعِلة في تفاعل 1 مول C₃H₇COOH_(g). فصّل حساباتك.

---

12. الحسابات الكيميائيّة

معدن المغنيسيوم، Mg_(s)، يُستعمَل أساسًا في صناعة السيّارات والطيران. في أغلب الأحيان، يستعملون سبائك لِ Mg_(s) مع الألومنيوم، Aℓ_(s)، لكنّهم، في بعضالأحيان، يُضيفون إلى السبيكة كمّيّات ضئيلة من معادن أخرى، مثل التيتانيوم، Ti_(s) (العدد الذرّيّ للتيتانيوم هو 22).

1. في 1 كغم من إحدى سبائك المغنيسيوم يوجد 0.1 غرام Ti_(s) . احسب كم ذرّة Ti توجد في 1 كغم من هذه السبيكة. فصّل حساباتك. معطى أنّه: في مول واحد جسيمات يوجد 6.02×10²³ جسيم.

في أواخر القرن العشرين، أُقيم في سْدُوم مصنع لإنتاج المعدن Mg_(s)، من أجل استغلال التركيز العالي لأيونات المغنيسيوم، Mg²⁺_(aq)، في مياه البحر الميّت.

2. تركيز أيونات Mg²⁺_(aq) تركيز أيونات 39.2 غرام في اللتر. احسب التركيز المولاريّ لأيونات Mg²⁺_(aq) في مياه البحر الميّت. فصّل حساباتك.
3. يُنتِجون من مياه البحر الميّت خليطًا يُسمّى كرنليت، الذي أحد مركِّباته هو كلوريد المغنيسيوم، MgCℓ_2(s). في إحدى مراحل إنتاج Mg_(s) يَصْهَرون الكرنليت في درجة حرارة 700°C ويُمرِّرون عبره تيّارًا كهربائيًّا. في هذه الشروط يحدث التفاعل (1): $\left(1\right) {\mathrm{Mg}}_{\left(\mathrm{\ell }\right)}^{2+} + 2{\mathrm{C\ell }}_{\left(\mathrm{\ell }\right)}^{–} \stackrel{ \mathrm{ك}\mathrm{ه}\mathrm{ر}\mathrm{ب}\mathrm{ا}\mathrm{ئ}\mathrm{ي} \mathrm{ت}\mathrm{ي}\mathrm{ّ}\mathrm{ا}\mathrm{ر}\mathrm{ّ}}{\to }{\mathrm{Mg}}_{\left(\mathrm{s}\right)} + {\mathrm{C\ell }}_{2\left(\mathrm{g}\right)}$
   1. فسّر لماذا يجب صَهْر الكرنليت قبل تمرير تيّار كهربائيّ عبره.
   2. احسب حجم غاز Cℓ_2(g) الذي يَنتُج أثناء إنتاج 1 طنّ Mg_(s). فصّل حساباتك. معطى أنّه: في 1 طنّ يوجد 1,000,000 غرام (1×10⁶ غرام). في شروط التفاعل، حجم 1 مول غاز هو 80 لترًا.
4. جزء من Cℓ_2(g) الذي يُنتَج في مصنع المغنيسيوم يُستعمَل لإنتاج البروم، Br_2(ℓ). يَدفقون غاز Cℓ_2(g) إلى محلول يحوي أيونات بروم Br‾_(aq) . يحدث التفاعل (2).

   (2)  Cℓ_2(g) + 2Br‾_(aq) → Br_2(ℓ) + 2Cℓ ‾_(aq)

   تركيز أيونات Br‾_(aq) في المحلول الذي يُستعمَل لإنتاج Br_2(ℓ) هو 0.125M. احسب حجم المحلول اللازم لإنتاج 1,000 مول Br_2(ℓ) . فصّل حساباتك.
5. أجروا في المختبر تجربة لإنتاج بروم حسب التفاعل (2). دَفقوا غاز Cℓ_2(g) إلى 100 ملل محلول يحوي أيونات Br‾_(aq) بتركيز 0.5M. تفاعلت الموادّ بالكامل.
   1. احسب كتلة Br_2(ℓ) الذي نتج. فصّل حساباتك.
   2. احسب حجم غاز Cℓ_2(g) الذي تَفاعَلَ. فصّل حساباتك. معطى أنّه: في شروط التجربة، حجم 1 مول غاز هو 25 لترًا.

---

13. الأكسدة – الاختزال

يتناول السؤال القدرة النسبيّة لمعادن معيّنة على الاختزال والقدرة النسبيّة لأيونات مميَّئة على الأكسدة. أمامك قائمة لأيونات معدنيّة مميَّئة:

Cu²⁺_(aq)  ,  Ag⁺_(aq) ,  Fb²⁺_(aq) ,  Zn²⁺_(aq)

1. أجروا في المختبر تجربة في مرحلتين. في المرحلة الأولى غمسوا شريط نحاس، Cu_(s)، في كأس تحوي محلولاً عديم اللون لنترات الفضّة، AgNO_3(aq) . في التفاعل الذي حدث، تفاعلت كلّ أيونات الفضّة Ag⁺_(aq) . تغيّر لون المحلول إلى أزرق فاتح، ونتج في قاع الكأس راسب رماديّ.
   1. اكتب معادلة صافية موازَنة للتفاعل الذي حدث في المرحلة الأولى من التجربة.
   في المرحلة الثانية، بعد انتهاء التفاعل الذي حدث في المرحلة الأولى، فصلوا الراسب الرماديّ عن المحلول. بعد ذلك غمسوا شريط خارصين، Zn_(s)، في المحلول. حدث تفاعل. نتج محلول عديم اللون وراسب لونه بنّيّ – أحمر.
   2. اكتب معادلة صافية موازَنة للتفاعل الذي حدث في المرحلة الثانية من التجربة.
   3. رتِّب المعادن: نحاس، Cu_(s)، وفضّة، Ag_(s)، وخارصين، Zn_(s)، حسب قدرتها النسبيّة على الاختزال من العالي إلى المنخفض. علّل إجابتك حسب نتائج مرحلتَي التجربة.
2. المعادن المُعرَّضة للبيئة تمرّ بتآكل أحيانًا. لمنع التآكل يتّخذون وسائل حماية مختلفة.
   1. من أجل منع التآكل، يَطلون مواسير الحديد، Fe_(s)، المطمورة في الأرضبخارصين، Zn_(s) . طَلْي مواسير الحديد بالنحاس، Cu_(s)، لا يمنع تآكل الحديد. حدِّد أيّ معدن، Cu_(s) أم Zn_(s)، هو مادّة مختزِلة أفضل من Fe_(s). علّل تحديدك.
   2. تمثال الحرّيّة في نيويورك مبنيّ من أعمدة حديديّة موصولة بها ألواح نحاسيّة. في نقاط التماسّ بين الأعمدة الحديديّة والألواح النحاسيّة يحدث تآكل. فسّر لماذا يحدث تآكل في نقاط التماسّ هذه.
3. رتِّب الأيونات Fe²⁺_(aq) وَ Cu²⁺_(aq)  وَ Ag⁺_(aq) وَ  Zn²⁺_(aq)، حسب قدرتها النسبيّة على الأكسدة، من العالي إلى المنخفض. اعتمد على المعلومات التي في البندين “أ” وَ “ب”.
4. أيونات الهيدرونيوم، H₃O⁺_(aq)، يمكنها أن تتفاعل كمُؤكسِد.. عندما يغمسون شريط Fe_(s) في محلول لحامضكلوريد الهيدروجين، HCℓ_(aq)، يحدث التفاعل (1):

   (1) Fe_(s) + 2H₃O⁺_(aq) → Fe²⁺_(aq) + H_2(g) + 2H₂O_(ℓ)

   حدِّد أيّ أيون من الأيونَيْن، H₃O⁺_(aq) أم Fe²⁺_(aq)، هو مُؤكسِد أفضل. علّل.

---

14. الحوامض والقواعد والحسابات الكيميائيّة

في كلّ واحد من الوعاءين A وَ B يوجد 500 ملل ماء، H₂O_(ℓ). إلى الوعاء A دَفقوا 100 ملل غاز بروميد الهيدروجين، HBr_(g) . إلى الوعاء B دَفقوا 100 ملل غاز أمونيا، NH_3(g) .

1. א
   1. اكتب معادلة التفاعل الذي حدث في الوعاء A ومعادلة التفاعل الذي حدث في الوعاء B.
   2. حدِّد هل pH المحلول في كلّ واحد من الوعاءين A وَ B في نهاية التفاعل، كان أكبر من 7 أم أصغر من 7 أم يساوي 7. علّل.
   3. احسب التركيز المولاريّ للمحلول الذي نتج في الوعاء A . فصّل حساباتك. معطى أنّه: في شروط التفاعل، حجم 1 مول غاز هو 25 لترًا.
2. إلى 100 ملل من المحلول الذي في الوعاء A ، أضافوا بالتدريج 900 ملل ماء، وقاسوا pH المحلول. حدِّد أيّ رسم بيانيّ من الرسوم البيانيّة IV-I التي أمامك يصف صحيحًا التغيُّر في pH المحلول أثناء إضافة الماء. علّل.
3. خلطوا 100 ملل من المحلول الذي في الوعاء A مع 20 ملل من محلول هيدروكسيد البوتاسيوم، KOH_(aq). حدث تفاعل. pH المحلول في نهاية التفاعل كان مساويًا لِ 7.
   1. اكتب معادلة صافية للتفاعل الذي حدث.
   2. احسب التركيز المولاريّ لمحلول KOH_(aq). فصّل حساباتك وعلّل.
4. عندما يَتَماسّ غاز HBr_(g) مع غاز NH_3(g)، يحدث التفاعل:

   HBr_(g) + NH_3(g) → NH₄Br_(s)

   المادّة الصلبة بروميد الأمونيوم، NH₄Br_(s)، التي تَنتُج في هذا التفاعل تذوب جيّدًا في الماء. حدِّد بالنسبة لكلّ واحد من القولين i وَ ii اللذين أمامك، إذا كان صحيحًا أم غير صحيح. علّل كلّ تحديد.
   1. التفاعل بين HBr_(g) وَ NH_3(g) هو تفاعل حامض- قاعدة.
   2. المحلول المائيّ لِ NH₄Br_(aq) موصِل للتيّار الكهربائيّ.