ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ, ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΘΡΗΣΚΕΥΜΑΤΩΝ ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΗΣ ΠΟΛΙΤΙΚΗΣ. Χημεία

Transcript

1 ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ, ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΘΡΗΣΚΕΥΜΑΤΩΝ ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΗΣ ΠΟΛΙΤΙΚΗΣ Χημεία Λύσεις Ασκήσεων Γ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ Ομάδας Προσανατολισμού Θετικών Σπουδών ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΙ ΕΚΔΟΣΕΩΝ «ΔΙΟΦΑΝΤΟΣ»

2 Λύσεις ασκήσεων χημείας γʹ λυκείου Ομάδας Προσανατολισμού Θετικών Σπουδών

3 Επιστημονικός υπεύθυνος ΣΤΕΛΙΟΣ ΛΙΟΔΑΚΗΣ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΑΡΧΙΚΗΣ ΕΚ ΟΣΗΣ Ομάδα συγγραφής ΣΤΕΛΙΟΣ ΛΙΟΔΑΚΗΣ, Δρ. Χημικός, Επίκουρος Καθηγητής ΕΜΠ ΔΗΜΗΤΡΗΣ ΓΑΚΗΣ, Δρ. Χημικός Μηχανικός, Λέκτορας ΕΜΠ ΔΗΜΗΤΡΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΠΟΥΛΟΣ, Χημ. Μηχ. Δ/θμιας Εκπαίδευσης ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΠΟΥΛΟΣ, Χημικός Δ/θμιας Εκπαίδευσης ΑΝΑΣΤΑΣΙΟΣ ΚΑΛΛΗΣ, Χημικός Δ/θμιας Εκπαίδευσης Ομάδα Τεχνικής Υποστήριξης: ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ ΜΕΡΚΟΣ, Δρ. Χημικός Μηχανικός ΕΜΠ ΑΝΤΖΕΛΑ ΛΑΖΑΡΟΥ, φωτογράφος ΤΕΙ Αθήνας Υπεύθυνος στο Πλαίσιο του Παιδαγωγικού Ινστιτούτου: ΑΝΤΩΝΙΟΣ ΜΠΟΜΠΕΤΣΗΣ, Χημικός, Μ.Ed., Ph.D., Σύμβουλος Π.Ι. Ομάδα Κρίσης: ΒΑΣΙΛΕΙΑ ΧΑΤΖΗΝΙΚΗΤΑ, Επίκουρος καθηγήτρια Παν/μιου Αιγαίου ΣΠΥΡΙΔΩΝ ΑΒΡΑΜΙΩΤΗΣ, Δρ. Χημικός καθηγητής Δ.Ε. ΠΑΡΑΣΚΕΥΑΣ ΓΙΑΛΟΥΡΗΣ, Δρ. Χημικός καθηγητής Δ.Ε. ΣΟΥΛΤΑΝΑ ΛΕΥΚΟΠΟΥΛΟΥ, Δρ. Χημικός, Σχολικός Σύμβουλος ΜΙΧΑΗΛ ΜΠΑΣΙΟΣ, Χημικός, καθηγητής Δ.Ε. ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΕΠΑΝΕΚ ΟΣΗΣ Η επανέκδοση του παρόντος βιβλίου πραγματοποιήθηκε από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Υπολογιστών & Εκδόσεων «Διόφαντος» μέσω ψηφιακής μακέτας, η οποία δημιουργήθηκε με χρηματοδότηση από το ΕΣΠΑ / ΕΠ «Εκπαίδευση & Διά Βίου Μάθηση» / Πράξη «ΣΤΗΡΙΖΩ». Οι διορθώσεις πραγματοποιήθηκαν κατόπιν έγκρισης του Δ.Σ. του Ινστιτούτου Εκπαιδευτικής Πολιτικής

4 ΥΠΟΥΡΓΕΙΟ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ, ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΘΡΗΣΚΕΥΜΑΤΩΝ ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΗΣ ΠΟΛΙΤΙΚΗΣ Στέλιος Λιοδάκης Δημήτρης Γάκης Δημήτρης Θεοδωρόπουλος Παναγιώτης Θεοδωρόπουλος Αναστάσιος Κάλλης Η συγγραφή και η επιστηµονική επιµέλεια του βιβλίου πραγµατοποιήθηκε υπό την αιγίδα του Παιδαγωγικού Ινστιτούτου Λύσεις ασκήσεων χημείας γʹ λυκείου Ομάδας Προσανατολισμού Θετικών Σπουδών ΙΝΣΤΙΤΟΥΤΟ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΙ ΕΚΔΟΣΕΩΝ «ΔΙΟΦΑΝΤΟΣ»

5 Περιεχόμενα Κεφάλαιο 1: Οξειδοαναγωγή Ηλεκτρόλυση 5 Κεφάλαιο 2: Θερμοχημεία 13 Κεφάλαιο 3: Χημική κινητική 19 Κεφάλαιο 4: Χημική ισορροπία 25 Κεφάλαιο 5: Οξέα Βάσεις Ιοντική ισορροπία 42 Κεφάλαιο 6: Ηλεκτρονιακή δομή των ατόμων 76 Κεφάλαιο 7: Οργανική Χημεία 84

6 5 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1: ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΗ -ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΣΗ Οι απαντήσεις προκύπτουν εύκολα από τη θεωρία. Ερωτήσεις - ασκήσεις - προβλήματα 13. Η 3 ΡΟ 4 : 3 + x + ( 8) 0 ή x +5 Ρ 4 : ο Α.Ο. στα ελεύθερα στοιχεία είναι 0 ΡΗ 3 : x+30ήx 3 Η 3 ΡΟ 3 : 2 + x + ( 6) 0 ή x Μn 2 : x + ( 4) 0 ή x +4 Κ 2 ΜnΟ 4 : 2 + x + ( 8) 0 ή x +6 KMn 4 : 1 + x + ( 8) 0 ή x Στις 5 πρώτες ουσίες βρίσκεται εύκολα με βάση τα προηγούμενα. Στη χλωράσβεστο: Cl Ca Cl To Cl στο Cl έχει προφανώς Α.Ο. 1 To Cl στο Cl έχει Α.Ο. x όπου x + ( 2) 1 ή x Η συμπλήρωση των κενών γίνεται εύκολα μελετώντας τη θεωρία. 17. Με κανόνες που εφαρμόσαμε σε προηγούμενες ασκήσεις γίνεται εύκολα η αντιστοίχηση. 18. α. Προφανώς (Σ). β. Υπάρχουν οξειδώσεις όπου δεν παρατηρείται πραγματική αποβολή ηλεκτρονίων (κατά το σχηματισμό ομοιοπολικών δεσμών) (Λ). γ. Προφανώς (Σ). δ. Όπως και το β (Λ). ε. Το οξειδωτικό οξειδώνει και το ίδιο ανάγεται (Λ). στ. Όπως και το ε (Λ).

7 6 19. Εύκολα φαίνεται ότι η σωστή απάντηση είναι η (γ), γιατί το Na οξειδώνεται από 0 +1 και προκαλεί αναγωγή. 20. Με τις γνώσεις της θεωρίας είναι εύκολο να γίνει η αντιστοίχηση. 21. Ο πρώτος ορισμός περιλαμβάνει πραγματική και φαινομενική αποβολή ηλεκτρονίων ενώ ο δεύτερος περιλαμβάνει μόνο πραγματική αποβολή ηλεκτρονίων. 22. Η (γ) όπου οι αριθμοί οξείδωσης παραμένουν σταθεροί. 23. Στην πρώτη ο C είναι αναγωγικό σώμα γιατί οξειδώνεται. Στην δεύτερη ο C είναι οξειδωτικό σώμα γιατί ανάγεται. 24. i. ο Ρ αναγωγικό γιατί οξειδώνεται, το ΗΝΟ 3 οξειδωτικό γιατί το Ν ανάγεται από ii. C αναγωγικό γιατί ο C οξειδώνεται, Fe οξειδωτικό γιατί ο Fe ανάγεται. Με ανάλογο τρόπο βρίσκουμε το οξειδωτικό και αναγωγικό στις επόμενες αντιδράσεις. 25. Τα κενά συμπληρώνονται εύκολα αν μελετήσουμε τη θεωρία. 26. Τα κενά συμπληρώνονται εύκολα αν μελετήσουμε τη θεωρία. 27. Στη (γ) όπου το S ανάγεται από Στη (δ) όπου το Η ανάγεται από Οξειδοαναγωγικές είναι: η (α) όπου ο C οξειδώνεται από και το Ο ανάγεται από 0 2 και η (β) όπου οξειδώνονται δύο στοιχεία, ο C από και ορισμένα άτομα χλωρίου από 1 0, ανάγεται δε το Ο από Συμπληρώνουμε ορισμένες χαρακτηριστικές από αυτές τις αντιδράσεις, τις υπόλοιπες μπορείτε εύκολα να τις συμπληρώσετε αν

8 7 μελετήσετε τα παραδείγματα αυτά και όσα έχουμε αναφέρει στη θεωρία. 30. Mg + 2HCl MgCl 2 + Η 2 (Mg πιο αναγωγικό από το H 2 ). Cu + ΗΒr δε γίνεται γιατί ο Cu είναι λιγότερο αναγωγικός από το Η 2. Cl 2 + MgI 2 MgCl 2 + I 2 (Cl 2 πιο οξειδωτικό από το Ι 2 ) Ι 2 + NaBr δε γίνεται (Βr 2 πιο οξειδωτικό από το Ι 2 ) x Fe + (1+9)HN 3 3Fe(N 3 ) 3 + 1Ν + 5Η 2 3 x 1 2 x ΚMn 4 + 5Η 2 S + 3H 2 S 4 5S + 2ΜnS 4 + K 2 S 4 + 8Η 2 5 x x K 2 Cr C + 4H 2 S 4 Cr 2 (S 4 ) 3 + 3C 2 + K 2 S 4 + 4H 2 3 x x 1 CaCl 2 + SnS 4 + H 2 S 4 CaCl 2 + Sn(S 4 ) 2 + H 2 2 x x S 2 + 2H 2 S S + 2S + 2H 2 4 x 1 ή S 2 + 2H 2 S 3S + 2H x H KMn 4 + 3H 2 S MnS 4 + K 2 S 4 + 8H 2 5 x 2

9 To Cl οξειδώνεται από 0 +5 και ανάγεται από x Cl 2 + 6ΚΟΗ 5KCl + 1KCl 3 + 3H 2 1 x 5 To Cl 2 δρα ως οξειδωτικό και αναγωγικό και η αντίδραση αυτή χαρακτηρίζεται αυτοοξειδοαναγωγή Ag + 4HN 3 3AgN 3 + N + 2H g 21,6 g 38. Cu + 2H 2 S 4 CuS 4 + S 2 + 2H 2 63, 5 g x gg 22, 4 x L x 1,49 L 22, 4 L 3,36 L ακαθ 9, 525 g καθ ή y 95,25 g y και περιεκτικότητα 95,25%. 39. Cu δεν αντιδρά με το HCl. x 9,525 g Zn + 2HCl ZnCl 2 + Η 2 65 g x Σε , 4 L 4,48 L x 13 g g 7 g κράματος υπάρχουν Cu ή y 35 g g y και περιεκτικότητα 35%. 40. Έστω ότι το μίγμα περιέχει x mol Cu και y mol Ag. Cu + 2H 2 S 4 CuS 4 + S 2 + 2H 2 x mol x mol 2Ag + 2H 2 S 4 Ag 2 S 4 + S 2 + 2H 2 y y mol 2 mol

10 9 Άρα 63, 5x+ 108y 27, 95 y x , 4 4, 48 02, 0,1 63,5 g 6,35 g Cu 0,2 108 g 21,6 g Ag 41. Από την ηλεκτρονιακή δομή του 20 Μ(2, 8, 8, 2) προκύπτει ότι έχει Α.Ο. +2 στις ενώσεις του. M + 2HCl MCl 2 + Η 2 M r g 8 g 22, 4 L 4,48 L Μ 40 r ml 200 ml 0,5 mol FeS4 ή x 0,1 mol x 2KMnΟ FeSΟ 4 + 8Η 2 SΟ 4 2MnS 4 + K 2 S 4 + 5Fe 2 (SΟ 4 ) Η 2 2 mol y 1000 ml ωé 10 mol ή y 0,02 mol 0,1 mol 0,1 mol KMn4 0,02 mol ή ω 200 ml 1000 ml 0,2 mol SnCl2 ή x 0,008 mol 40 ml x 2KMnΟ 4 + 5SnCl 2 +16HCl 2MnCl 2 + 5SnCl 4 + 2KCl + 8H 2 2 mol y 5 mol ή y 0,0032 mol 0,008 mol n και η συγκέντρωση c V 0,0032 mol 0,2 L 0,016 M 44. 5Sn + xkmn 4 + 8xHCl xmncl 2 + 5SnCl x + xkcl + 4xH ,9 g x mol ή x 2 0,4 0,1 mol

11 Αν μελετήσουμε τη θεωρία είναι εύκολο να απαντήσουμε στις ερωτήσεις αυτές. 46. Απλή, στηρίζεται στη μελέτη της θεωρίας. 47. Πολύ απλή. 48. Στηρίζεται στους ορισμούς που αναφέρουμε στη θεωρία , 5 g Ag g Cu 1 2 5,4 g x ή x 1,5875 g H 4e 2 + 2H 2 4 Faraday 1 mol Άρα, σωστό είναι το (β) Br Br2 2 F 1 mol ή x 0,08 F x 0,04 mol 1 2H 2e H F 0,16 F 0,5 mol y ή y 0,04 mol Ο Στην άνοδο θα σχηματιστεί Ι 2 και στην κάθοδο Η C 108 g Ag ή x 96,5 C x 0,108 g Q 96, 5 C t 9650 s I 001, A 54. Η σωστή απάντηση είναι η (γ) 55. Στο δοχείο από χαλκό μπορούν να αποθηκευθούν όλα τα διαλύματα, ενώ στο δοχείο από αργίλιο μπορούν να αποθηκευθούν τα διαλύματα KCl, MgS 4 και Mg(N 3 ) 2.

12 α. 6Hg + xk 2 Cr 2 Ο xHCl 6HgCl x + 2x CrCl 3 + 2xKCl + + 7xH g x mol x 1 10 g 25 mol 3000 β. 6Hg + K 2 Cr 2 Ο HCl 6HgCl + 2CrCl 3 + 2KCl + 7H 2 Ο y y mol 6 mol 3Hg + K 2 Cr 2 Ο HCl 3HgCl 2 + 2CrCl 3 + 2KCl + 7H 2 Ο ω ω mol 3 mol ( y + ω) () 1 y ω 45 y 001, + ( 2) ω 0, , α 08, 80% οξειδώθηκε σε Hg , + 0, Fe + CuS 4 FeS 4 + Cu α. 56 g 63, 5 g 5 g x x 567, g Αν αντιδράσει όλος ο σίδηρος θα παραχθούν 5,67 g Cu. Επομένως θα αντιδράσει ποσότητα σιδήρου μικρότερη από 5 g και το επιχαλκωμένο έλασμα θα ζυγίζει α g όπου 5 < α < 5,67. Επομένως θα ζυγίζει 5,075 g. β. Αν αντιδράσουν y mol Fe θα έχουμε: Fe + CuSΟ 4 FeSΟ 4 + Cu y mol y mol 63,5x x 5,075 y 0,01 Αποτέθηκαν δηλαδή 0,01 63,5 g 0,635 g Cu

13 Έχουμε 8 g S ή 8 mol S 0,25 mol S 32 S + 2 S 2 0,25 mol 0,25 mol S 2 + Cl 2 + 2H 2 Ο H 2 S 4 + 2HCl 0,25 mol 0,25 mol 0,5 mol H 2 S 4 + 2NaH Na 2 S 4 + 2H 2 0,25 mol 0,5 mol HCl + NaH NaCl + H 2 0,5 mol 0,5 mol 1 L 0,5 mol NaH x 0,5 + 0,5 mol ( ) x 2 L 59. Q I t ( ) 2 C 1930 C C 1g H2 355, g Cl2 ή x 0,02 g και y 0,71 g 1930 C x y Κατά την ηλεκτρόλυση η μάζα του διαλύματος ελαττώνεται γιατί απομακρύνονται Η 2 και Cl 2. Η μάζα του τελικού διαλύματος θα είναι (2000 0,02 0,71) g 1999,27 g.

14 13 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: ΘΕΡΜΟΧΗΜΕΙΑ Οι απαντήσεις προκύπτουν εύκολα από τη θεωρία. Ασκήσεις - προβλήματα α. Ενθαλπία αντίδρασης ΔΗ - Κανονική ενθαλπία αντίδρασης ΔΗ 11. Βλέπε θεωρία. 12. Βλέπε θεωρία. 13. Η σωστή απάντηση είναι η γ. 14. Η σωστή απάντηση είναι η α. 15. Τα 124 g 3010 kj ω 150,5 kj 62, g ω 16. H 2 (g) + Cl 2 (g) 2HCl(g) ΔH 184,6 kj 17. Η διαφορά οφείλεται στη διαφορετική φυσική κατάσταση του Η Αl 2 Ο 3 2Αl ΔH 1600 kj 1 mol 1600 kj x 3200 kj 2 mol x C + 2 C 2 ΔH 394 kj 12 gr 394 kj y 97,46 g y 3200 kj 19. CH 4 + 2Ο 2 C 2 + 2H 2 ΔΗ 802 kj C 2 H 4 + 3Ο 2 2CΟ 2 + 3H 2 Ο ΔH 1010 kj

15 14 Έστω x mol CH 4 και y mol C 2 H 4 στα 6 g του μίγματος που καίγονται. Από τα δεδομένα έχουμε: 16x + 28y 6 802x y 261,4 Λύνουμε και βρίσκουμε: x 0,2 και y 0,1, δηλαδή 3,2 g CH 4 και 2,8 g C 2 H Υπολογίζουμε τις ποσότητες HCl και NaH: 3 0,2 mol HCl 0,6 mol HCl και 2 0,25 mol NaH 0,5 mol NaH HCl + NaH NaCl + H 2 ΔΗ 57,1 kj Αρχικά/ mol 0,6 0,5 Αντιδρούν/mol: 0,5 0,5 Αντιδρούν 0,5 mol HCl και ελευθερώνονται 0,5 57,1 kj 28,55 kj 21. NH 4 N 3 (s) NH 4+ (aq) + N 3- (aq) ΔH 25,06 kj Διαλύονται 80 g 10 g ΝΗ ΝΟ 25 και απορροφώνται, 06 kj 4 3 x δηλαδή x 3,13 kj 22. Βλέπε θεωρία β. Θερμιδομετρία 23. Q m c Δθ Q cal 25 kcal 24. Q (m c + k) Δθ Q ( ) 8 cal cal 26,4 kcal 25. m νερού 7, km 3 1 g/ml 7, g Q 7, cal 7,2 4, J 1 βόμβα J ω βόμβες 23 ω J

16 Q (1500 4, ) 4 J J 2 gch , 08 kj x 2797,2 kj 180 g x ΔΗ 2797,2 kj/mol m L καίγεται και ελευθερώνει , kcal kcal Q m c ΔT x 1 70 x 216,8 Δηλαδή θερμαίνονται 216,8 kg H Q cal 76 kcal Καίγονται x mol CH 4 και y mol C 2 H 4 οπότε έχουμε: 16x + 28y 6 (1) 210x + 340y 76 (2) Λύνουμε και βρίσκουμε x 0,2 και y 0,1, δηλαδή 3,2 g CH 4 και 2,8 g C 2 H 4. γ. Νόμοι Θερμοχημείας 29. Η σωστή απάντηση προφανώς είναι η γ C(γραφ) + 2Ο 2 (g) 2C 2 (g) ΔΗ 787 kj H 2 (g) Ο 2(g) Η 2 Ο(g) ΔΗ 285,8 kj 2CΟ 2 (g) + H 2 Ο(g) C 2 H 2 (g) Ο 2(g) ΔΗ +1297,9 kj 2C(γραφ) + H 2 (g) C 2 H 2 (g) ΔΗ x kj Σύμφωνα με τo νόμο του Hess: x , ,9 ή x 225,1 31. C(γραφ) + Ο 2 (g) C 2 (g) ΔΗ 393,5 kj 2S(ρομβικό) + 2Ο 2 (g) 2SΟ 2 (g) ΔΗ 592,2 kj + CΟ 2 (g) + 2SΟ 2 (g) CS 2 (l) (g) ΔΗ kj C(γραφ) + 2S(ρομβικό) CS 2 (l) ΔΗ +86,3 kj