Στέφανος Γεροντόπουλος, Γιάννης Παπαδαντωνάκης, Μαρίνος Ιωάννου 15/11/2020 ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΘΕΜΑ Α ΧΗΜΕΙΑ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΤΙΚΟΥ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ

Transcript

1 ΧΗΜΕΙΑ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΤΙΚΟΥ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ 15/11/2020 ΘΕΜΑ Α Στέφανος Γεροντόπουλος, Γιάννης Παπαδαντωνάκης, Μαρίνος Ιωάννου ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ Για τις ερωτήσεις Α1 έως και Α5 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση. Α1. Η πυκνότητα του ηλεκτρονιακού νέφους εκφράζεται από: α. τον κύριο κβαντικό αριθμό (n) β. το τετράγωνο της κυματοσυνάρτησης (ψ2) γ. τον κβαντικό αριθμό του spin (s) δ. την σταθερά του Planck (h). Α2. Α3. Ο αριθμός οξείδωσης του αζώτου (Ν) στις ενώσεις Ν2Η4 και ΚΝΟ2 είναι αντίστοιχα: α. -2 και 3 β. -3 και 1 γ. 2 και 3 δ. 3 και 5. Το μόριο του διοξειδίου του άνθρακα, CO2, είναι: α. πολικό που περιέχει πολωμένους δεσμούς β. μη πολικό με μη πολωμένους δεσμούς γ. πολικό με μη πολωμένους δεσμούς δ. μη πολικό που περιέχει πολωμένους δεσμούς. Α4. Διάλυμα γλυκόζης 0,1 Μ, διάλυμα Δ1 έρχεται σε επαφή μέσω ημιπερατής μεμβράνης με διάλυμα ζάχαρης 0,2 Μ, διάλυμα Δ2. Αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα: α. το διάλυμα της ζάχαρης να γίνει λιγότερο γλυκό β. να αυξηθεί ο όγκος του διαλύματος της γλυκόζης γ. τελικά να έχουμε διαλύματα τα οποία περιέχουν γλυκόζη και ζάχαρη. δ. να αυξηθεί η ποσότητα της γλυκόζης στο διάλυμα Δ1. Δίνεται ότι τα διαλύματα είναι μοριακά και βρίσκονται σε ίδια θερμοκρασία. Α5. Για τις εξώθερμες αντιδράσεις ισχύει: α. κατά την πραγματοποίησή τους απορροφούν ενέργεια υπό μορφή θερμότητας στο περιβάλλον β. η ενέργεια του χημικού συστήματος αυξάνεται γ. η ενθαλπία των προϊόντων είναι μικρότερη από την ενθαλπία των αντιδρώντων. δ. πραγματοποιούνται μόνο στο εργαστήριο 1

2 ΘΕΜΑ Β Β1. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασμένες; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. i. Τα p ατομικά τροχιακά έχουν σφαιρική συμμετρία. ΛΑΝΘΑΣΜΕΝΗ: Σφαιρική συμμετρία έχουν μόνο τα s ατομικά τροχιακά. ii. Όταν τα μέταλλα στα αντιδρώντα είναι σε ελεύθερη κατάσταση και στα προϊόντα σε χημική τους ένωση δρουν ως οξειδωτικά. ΛΑΝΘΑΣΜΕΝΗ: Ο αριθμός οξείδωσης του μετάλλου αυξάνεται από μηδέν σε κάποια θετική τιμή άρα το μέταλλο οξειδώνεται και δρα ως αναγωγικό. iii. Η ισχύς των δυνάμεων διασποράς εξαρτάται από το σχήμα του μορίου. ΣΩΣΤΗ: Τα γραμμικά μόρια εμφανίζουν ισχυρότερες δυνάμεις διασποράς από τα διακλαδισμένα. iv. Στις καύσεις τα προϊόντα έχουν υψηλότερη ενθαλπία από τα αντιδρώντα. ΛΑΝΘΑΣΜΕΝΗ: Οι καύσεις είναι εξώθερμες αντιδράσεις συνεπώς τα προϊόντα έχουν χαμηλότερη ενθαλπία από τα αντιδρώντα. Β2. Το άτομο του φωσφόρου, P, έχει ατομικό αριθμό Ζ = 15. i. Να βρείτε τη θέση του φωσφόρου στον περιοδικό πίνακα η Περίοδος, p τομέας, 15η Ομάδα 15P: 1s 2s 2p 3s 3p ii. Να γράψετε τις τετράδες των κβαντικών αριθμών των ηλεκτρονίων της εξωτερικής στιβάδας του ατόμου του φωσφόρου στη θεμελιώδη κατάσταση. 3s2: (3, 0, 0, ½), (3, 0, 0, -½) 3p3: (3, 1, 0, ½), (3, 1, 1, ½), (3, 1, -1, ½) {Η τιμή του s μπορεί να είναι και -½} iii. Να υπολογίσετε τον αριθμό οξείδωσης του ατόμου του φωσφόρου στα παρακάτω μόρια ή ιόντα: PO43x 4 (-2) = -3 ή x = 5 άρα Α.Ο(P) = 5 PH3 x 3 = 0 ή x = -3 άρα Α.Ο(P) = -3 H3PO3 3 x 3 (-2) = 0 ή x = 3 άρα Α.Ο(P) = 3 P4 Α.Ο(P) = 0 καθώς έχουμε στοιχείο σε ελεύθερη κατάσταση. iv. Ο φωσφόρος οξειδώνεται από οξειδωτικά οξέα. Να συμπληρώσετε στοιχειομετρικούς συντελεστές στις παρακάτω χημικές εξισώσεις. P (πυκνό-θερμό) H2SO4 H3PO4 SO2 H2O 2P 5(πυκνό-θερμό) H2SO4 2H3PO4 5SO2 2H2O P (αραιό) HNO3 H2O H3PO4 ΝO 3P 5 (αραιό) HNO3 2H2O 3H3PO4 5ΝO 2

3 v. Το φωσφορικό οξύ, H3PO4, χρησιμοποιείται ως μέσο οξίνησης στο όξινο διάλυμα KMnO4 και στο όξινο διάλυμα K2Cr2O7. Να συμπληρώσετε τις παρακάτω χημικές εξισώσεις. 5CH3OH 6KMnO4 6H3PO4 5CO2 2Mn3(PO4)2 2K3PO4 19H2O 9CH3CH=O 3K2Cr2O7 8H3PO4 9CH3COOH 6CrPO4 2K3PO4 12H2O Β3. Β4. Να αντιστοιχίσετε τις χημικές ενώσεις της στήλης Α με το σημείο βρασμού τους στη στήλη Β. Να αιτιολογήσετε την επιλογή σας. ΣΤΗΛΗ Α ΣΤΗΛΗ Β o α. CH3CH3 97 C β. KCl 1420 oc γ. CH3CH2OH -89 oc δ. CH3CH2CH2OH 78 oc ε. CH4-161,5 oc CH3CH3-89 oc, KCl 1420OC, CH3CH2OH 78 oc, CH3CH2CH2OH 97 oc, CH4-161,5 oc Το KCl είναι η μοναδική ιοντική ένωση συνεπώς θα έχει το υψηλότερο σημείο βρασμού. Οι αλκοόλες αναπτύσσουν δεσμούς υδρογόνου μεταξύ των μορίων τους συνεπώς θα έχουν υψηλότερα σημεία βρασμού από τα αλκάνια που αναπτύσσουν μόνο δυνάμεις διασποράς. Μεταξύ των αλκοολών υψηλότερο σημείο βρασμού έχει η CH3CH2CH2OH και μεταξύ των αλκανίων το CH3CH3 καθώς έχουν μεγαλύτερη σχετική μοριακή μάζα, Mr. Να υπολογίσετε την ενθαλπία της αντίδρασης με χημική εξίσωση: C2H4(g) 6F2(g) 2CF4(l) 4HF(l) Δίνονται οι θερμοχημικές εξισώσεις: H2(g) F2(g) 2HF(l) ΔΗ1= -537 Kj (1) C(s) 2F2(g) CF4(l) ΔΗ2= -680 Kj (2) 2C(s) 2H2(g) C2H4(g) ΔΗ3= 52,3 Kj (3) Πολλαπλασιάζουμε τις (1) και (2) με το 2 και αντιστρέφουμε την (3) 2H2(g) 2 F2(g) 4HF(l) ΔΗ1= Kj 2C(s) 4F2(g) 2CF4(l) ΔΗ2= Kj C2H4(g) 2C(s) 2H2(g) ΔΗ3= -52,3 Kj Προσθέτουμε τις παραπάνω θερμοχημικές εξισώσεις οπότε: C2H4(g) 6F2(g) 2CF4(l) 4HF(l) ΔΗ= ,3Kj 3

4 ΘΕΜΑ Γ Γ1. Δίνονται τα παρακάτω υδατικά διαλύματα, που βρίσκονται στην ίδια θερμοκρασία: Διάλυμα Δ1 γλυκόζης 0,5 Μ, Διάλυμα Δ2 ουρίας 0,6 % w/v, Διάλυμα Δ3 γλυκόζης 3 % w/w και πυκνότητας 1,2 g/l, i. Να υπολογίσετε την ωσμωτική πίεση του διαλύματος Δ1. Π1 = C1RT ή Π1 = 12,3 at ii. Να υπολογίσετε τη συγκέντρωση και την ωσμωτική πίεση του διαλύματος Δ2. Σε 100 L του Δ2 υπάρχουν 0,6g ουρίας Σε 1000 L του Δ2 υπάρχουν 6 g ουρίας Υπολογίζουμε τα ol της ουρίας: 6 n = ή n = ή n = 0,1 ol Mr(ουρίας) 60 Άρα C2 = 0,1 M και Π2 = C2RT ή Π2 = 2,46 at Μονάδες 3 iii. Να υπολογίσετε τη συγκέντρωση και την ωσμωτική πίεση του διαλύματος Δ3. Σε 100 g του Δ3 υπάρχουν 3 g γλυκόζης Σε 1000 L του Δ3 υπάρχουν x ol γλυκόζης Μετατρέπουμε τα g του διαλύματος σε L: 100 ή V = ή V = 83,3 L V 1,2 Υπολογίζουμε τα ol της γλυκόζης: 3 1 n = ή n = ή n = ol 180 Mr(γλυκόζης) 60 d = Σε 83,3 L του Δ3 υπάρχουν 1/60 ol γλυκόζης Σε 1000 L του Δ3 υπάρχουν x ol γλυκόζης Από την παραπάνω αναλογία βρίσκουμε x = 0,2 ol γλυκόζης άρα C3 = 0,2 Μ. Π3 = C3RT ή Π3 = 4,92 at iv. Πόσα L νερού πρέπει να προσθέσουμε σε 40 L του Δ1 για να προκύψει διάλυμα Δ4 με ωσμωτική πίεση 2,46 at. Έχουμε αραίωση συνεπώς τα ol της γλυκόζης θα είναι ίδια στα διαλύματα Δ1 και Δ4 οπότε: n1 = n4 ή Π1V1/RT = Π4V4/RT ή V4 = 0,2 L Άρα πρέπει να προσθέσουμε 0,2-0,04 = 0,16 L ή 160 L νερού. 4

5 v. Με ποια αναλογία όγκων πρέπει να αναμείξουμε τα Δ1 και Δ4 για να προκύψει διάλυμα Δ5 με ωσμωτική πίεση 4,92 at. Για τα ol της γλυκόζης στα διαλύματα Δ1, Δ4 και Δ5 ισχύει: n1 n4 = n5 ή Π1V1/RT Π4V4/RT = Π5V5/RT ή Π1V1 Π4V4 = Π5(V1V4) ή V1/V4 = 1/3 Δίνονται R = 0,082 at L/ol K, T = 300 K, Μr(ΓΛΥΚΟΖΗΣ) = 180, Mr(ΟΥΡΙΑΣ) = 60 Γ2. Δίνεται η θερμοχημική εξίσωση: 2HCl(aq) Ca(OH)2(aq) CaCl2(aq) 2H2O(aq) ΔΗ = -27 Kcal Αναμιγνύονται 200 L διαλύματος HCl 0,2 Μ με 300 L διαλύματος Ca(OH)2 0,1 Μ. Να υπολογίσετε: i. Το ποσό της θερμότητας που εκλύεται. Υπολογίζουμε τα ol του HCl και του Ca(OH)2: n(hcl) = CV = 0,04 ol n(ca(oh)2) = CV = 0,03 ol ol Αρχικά Αντιδρούν Παράγονται Τελικά 2HCl(aq) 0,04 2x Ca(OH)2(aq) 0,03 x 0,04-2x CaCl2(aq) 2H2O(aq) x x 0,03 - x Αντιδρά πλήρως το HCl δηλαδή 0,04-2x = 0 ή x = 0,02 ol 2 ol HCl εκλύουν 27 Kcal 0,04 ol HCl εκλύουν Q; Από την αναλογία Q=0,54Kcal ii. Τις συγκεντρώσεις όλων των ουσιών στο διάλυμα που προκύπτει. Το διάλυμα που προκύπτει έχει όγκο 0,2 0,30 = 0,5 L και περιέχει 0,01 ol Ca(OH)2 και 0,02 ol CaCl2: n(ca(oh)2) ή C(Ca(OH)2) = 0,02 Μ C(Ca(OH)2) = V(τελικός) n(cacl2) C(CaCl2) = ή C(CaCl2) = 0,04 Μ V(τελικός) 5

6 ΘΕΜΑ Δ Δ1. Μίγμα Mg και Co οξειδώνεται από περίσσεια αραιού διαλύματος HNO3 και πραγματοποιούνται οι παρακάτω αντιδράσεις: Mg (αραιό) HNO3 Mg(NO3)2 NO H2O Co (αραιό) HNO3 Co(NO3)3 NO H2O i. Να συμπληρώσετε τους στοιχειομετρικούς συντελεστές στις παραπάνω χημικές εξισώσεις. 3Mg 8(αραιό) HNO3 3Mg(NO3)2 2NO 4H2O Co 4(αραιό) HNO3 Co(NO3)3 NO 2H2O ii. Αν για την οξείδωση του κάθε μετάλλου καταναλώθηκε ο ίδιος αριθμός ol HNO3 και παράχθηκαν συνολικά 8,96 L αερίου ΝΟ, μετρημένα σε STP συνθήκες, να βρείτε τη γραμμομοριακή σύσταση του μίγματος Mg και Co. Έστω ότι το μίγμα περιέχει x ol Mg και y ol Co. Από την στοιχειομετρία των αντιδράσεων έχουμε: Τα 3 ol Mg αντιδρούν με 8ol HNO Τα x ol Mg αντιδρούν με 8x/3ol HNO3 Το 1 ol Co αντιδρά με 4 ol HNO3 Τα y ol Co αντιδρούν με 4y ol HNO3 Ισχύει ότι 8x/3 = 4ψ ή 2x = 3ψ (1) Τα 3 ol Mg δίνουν 2 ol NO Τα x ol Mg δίνουν 2x/3 ol NO Το 1 ol Co δίνει 1 ol NO Τα y ol Mg δίνουν y ol NO Υπολογίζουμε τα ol του ΝΟ: V 8,96 n(nο)= ή n(no) = ή n(no) = 0,4 ol 22,4 22,4 Οπότε 2x 3y = 1,2 (2) Από την επίλυση των 1 και 2 προκύπτει x = 0,3 ol και y = 0,2 ol. Άρα το μίγμα περιέχει 0,3 ol Mg και 0,2 ol Co. Δ2. 4 L διαλύματος HCl 0,1M αναμιγνύονται με 0,5 L διαλύματος KMnO4 0,2 M οξινισμένο με H2SO4 και πραγματοποιείται η παρακάτω χημική αντίδραση: HCl KMnO4 H2SO4 Cl2 MnSO4 K2SO4 H2O i. Να συμπληρώσετε τους στοιχειομετρικούς συντελεστές στην παραπάνω χημική εξίσωση. 10HCl 2KMnO4 3H2SO4 5Cl2 2MnSO4 K2SO4 8H2O Μονάδα 1 6

7 ii. Να εξετάσετε αν θα αποχρωματιστεί το διάλυμα του KMnO4. Υπολογίζουμε τα ol του HCl και του KMnO4): n(hcl) = CV = 0,4 ol n(kmno4) = CV = 0,1 ol ol Αρχικά Αντιδρούν Παράγονται Τελικά 10HCl 0,4 10x 0,4-10x 2KMnO4 0,1 2x 3H2SO4 5Cl2 2MnSO4 K2SO4 8H2O 0,1-2x Αντιδρά πλήρως το HCl οπότε 0,4-10x = 0 ή x = 0,04 ol Περισσεύουν 0,1 2 0,04 = 0,02 ol KMnO4 άρα το διάλυμα δεν αποχρωματίζεται. Δ3. Ποσότητα CO χωρίζεται σε δύο μέρη: Το πρώτο μέρος οξειδώνεται πλήρως από διάλυμα K2Cr2O7 οξινισμένο με H2SO4 και πραγματοποιείται η παρακάτω χημική αντίδραση: CO K2Cr2O7 H2SO4 CO2 Cr2(SO4)3 K2SO4 H2O i. Το δεύτερο μέρος αντιδρά με περίσσεια Ο2 και πραγματοποιείται η παρακάτω χημική αντίδραση: CO ½ Ο2 CO2, ΔΗ = -280 Kj Να συμπληρώσετε τους στοιχειομετρικούς συντελεστές στην χημική εξίσωση της οξείδωσης του CO από το διάλυμα του K2Cr2O7. 3CO K2Cr2O7 4H2SO4 3CO2 Cr2(SO4)3 K2SO4 4H2O Μονάδα 1 ii. Αν για την οξείδωση του CO καταναλώθηκαν 0,4 L διαλύματος K2Cr2O7 0,25 Μ και στην αντίδραση του CO με το Ο2 εκλύθηκαν 56 Kj θερμότητας να υπολογίσετε τη μάζα του CO που αντέδρασε. Έστω ότι το πρώτο μέρος περιέχει x ol και το δεύτερο μέρος y ol CO: Για το πρώτο μέρος: n(k2cr2o7) = CV = 0,1 ol Τα 3 ol CO αντιδρούν με 1 ol K2Cr2O7 Τα x ol CO αντιδρούν με 0,1 ol K2Cr2O7 Από την παραπάνω αναλογία προκύπτει x = 0,3 ol. Για το δεύτερο μέρος: Το 1 ol CO εκλύει 280 Kj Τα y ol CO εκλύουν 56 Kj Από την παραπάνω αναλογία προκύπτει y = 0,2 ol. Προφανώς 0,3 0,2 = 0,5 ol CO. n(co) = ή = n(co) Mr(CO) ή = 0,5 28 ή = 14 g Mr(CO) Δίνονται Ar(C) = 12, Ar(O) = 16. 7

8 Δ4. Διαθέτουμε 48 g κορεσμένης μονοσθενούς αλκοόλης Α. Όλη η ποσότητα της Α οξειδώνεται από διάλυμα K2Cr2O7 οξινισμένο με H2SO4 και παράγονται δύο οργανικές ενώσεις Β και Γ με αναλογία ol 1:3. Το μίγμα των Β και Γ αντιδρά με περίσσεια αντιδραστηρίου Fehling και σχηματίζονται 28,6 g ιζήματος. Να βρείτε τους συντακτικούς τύπους των Α, Β και Γ. Η αλκοόλη Α οξειδώνεται προς μίγμα οργανικών ενώσεων άρα θα είναι της μορφής CvH2v1CH2OH. Το μίγμα των ενώσεων Β και Γ αντιδρά με το αντιδραστήριο Fehling άρα η μία από τις δύο ενώσεις είναι αλδεΰδη και η άλλη είναι καρβοξυλικό οξύ ή το CO2 αν η Α είναι η CH3OH. Οι πιθανές αντιδράσεις οξείδωσης της Α είναι: 3CvH2v1CH2OH K2Cr2O7 4H2SO4 3CvH2v1CH=O Cr2(SO4)3 K2SO4 7H2O 3CvH2v1CH2OH 2K2Cr2O7 8H2SO4 3CvH2v1COOH 2Cr2(SO4)3 2K2SO4 11H2O 3CH3OH K2Cr2O7 4H2SO4 3HCH=O Cr2(SO4)3 K2SO4 7H2O 3CH3OH 2K2Cr2O78H2SO4 3HCOOH 2Cr2(SO4)3 K2SO4 11H2O CH3OH K2Cr2O7 4H2SO4 CO2 Cr2(SO4)3 K2SO4 6H2O Σε κάθε περίπτωση τα ol της αλκοόλης Α θα είναι ίσα με τα συνολικά ol των Β και Γ. Επίσης το ίζημα που παράγεται είναι το Cu2O. Υπολογίζουμε τα ol του Cu2O: 28,6 n(cu2o) = ή n(cu2o) = ή n(cu2o) = 0,2 ol 143 Mr(Cu2O) 1η Περίπτωση: Αν η Β είναι η αλδεΰδη τότε το μίγμα θα περιέχει x ol αλδεΰδης και 3x ol της Γ. CvH2v1CH=O 2CuSO4 5NaOH CvH2v1COONa Cu2O 2Na2SO4 3H2O Το 1 ol CvH2v1CH=O παράγει 1 ol Cu2O Τα x ol CvH2v1CH=O παράγουν 0,2 ol Cu2O Από την αναλογία προκύπτει x = 0,2 ol οπότε το μίγμα των Β και Γ περιέχει 0,2 ol B και 0,6 ol Γ άρα οξειδώθηκαν συνολικά 0,2 0,6 = 0,8 ol της αλκοόλης A. Προφανώς: n(α) = ή Mr(A) = 48 ή Mr(A) = 60 Mr(Α) 0,8 Mr(A) = 60 ή (ν1)ar(c) (2v4)Ar(H) Ar(O) = 60 ή ν = 2 Άρα οι συντακτικοί τύποι των Α, Β και Γ είναι: Α:CH3CH2CH2OH, B: CH3CH2CH=Ο, Γ: CH3CH2CΟΟΗ 8

9 2 η Περίπτωση. Αν η Γ είναι η αλδεΰδη τότε το μίγμα θα περιέχει 3x ol αλδεΰδης και x ol της Β. C vh 2v1CH=O 2CuSO 4 5NaOH C vh 2v1COONa Cu 2O 2Na 2SO 4 3H 2O Το 1 ol C vh 2v1CH=O παράγει 1 ol Cu 2O Τα 3x ol C vh 2v1CH=O παράγουν 0,2 ol Cu 2O Από την αναλογία προκύπτει x = 0,2/3 ol οπότε το μίγμα των Β και Γ περιέχει 0,2/3 ol B και 0,2 ol Γ άρα οξειδώθηκαν συνολικά 0,2/3 0,2 = 0,8/3 ol της αλκοόλης A. Προφανώς: n(α) = 48 ή Mr(A) = ή Mr(A) = 180 Mr(Α) 0,8/3 Mr(Α) = 180 ή (ν 1)Ar(C) (2v 4)Ar(H) Ar(O) = 180 ή ν = 10,57 το οποίο απορρίπτεται. Δίνονται Ar(C)=12, Ar(O)=16, Ar(Η) = 1, Ar(Cu) = 63,5 Μονάδες 7 ΕΥΧΟΜΑΣΤΕ ΕΠΙΤΥΧΙΑ!!!! 9