Επιμέλεια: Παναγιώτης Αθανασόπουλος. Διδάκτωρ Χημικός

Transcript

1 Απάντηση θέματος A: A1.β, Α.α, Α.δ, Α4.β, Α5. α. Σωστό, β. Σωστό, γ. Λάθος, δ. Λάθος, ε. Σωστό Σχόλιο [Π1]: 4 x5 = 0 μονάδες Σχόλιο [Π]: 1 x5 = 5 μονάδες Απάντηση θέματος Β: Β1: α) κάνω την κατανομή των ηλεκτρονίων σε υποστιβάδες: 1 g :1s s p 15 6 P:1s s p s p :1s s p s p 4s 6 Fe :1s s p s p d β) κάνω την κατανομή των ηλεκτρονίων σε ατομικά τροχιακά και προσδιορίζω τον αριθμό των μονήρων ηλεκτρονίων: 15P: Σχόλιο [Π]: 1 μονάδα Σχόλιο [Π4]: 1 μονάδα Σχόλιο [Π5]: 1 μονάδα Σχόλιο [Π6]: 1 μονάδα 1s s p x p ψ p z s p x p ψ p z Συνεπώς υπάρχουν μονήρη ηλεκτρόνια. 19Κ: Σχόλιο [Π7]: 1μονάδα 1s s p x p ψ p z s p x p ψ p z 4s Συνεπώς υπάρχει 1 μονήρες ηλεκτρόνιο. Fe + : Σχόλιο [Π8]: 1 μονάδα 1s s p x p ψ p z s p x p ψ p z d Συνεπώς υπάρχουν 4 μονήρη ηλεκτρόνια. Β: α. Κάνω τις ηλεκτρονικές κατανομές των 17 l και 16 S και βρίσκω τη θέση των στοιχείων στον περιοδικό πίνακα: l:1s s p 6 s p 5 συνεπώς ανήκει στην 17 η περίοδο και 17 η ομάδα. S:1s s p 6 s p 4 συνεπώς ανήκει στην 16 η περίοδο και 16 η ομάδα Σελίδα 1 από 1

2 Γράφουμε τη θεωρία του σχολικού βιβλίου «Οι παράμετροι που παίζουν καθοριστικό... την τιμή του δραστικού πυρηνικού φορτίου», σελίδες: 4 5. Από την ηλεκτρονική κατανομή προκύπτει πως τα δύο στοιχεία ανήκουν στην ίδια περίοδο. Οι παράμετροι που παίζουν καθοριστικό ρόλο στη διαμόρφωση της τιμής της ενέργειας ιοντισμού είναι η ατομική ακτίνα, το φορτίο του πυρήνα και τα ενδιάμεσα ηλεκτρόνια. Το φορτίο του πυρήνα σε συνδυασμό με τα ενδιάμεσα ηλεκτρόνια καθορίζουν την τιμή του δραστικού πυρηνικού φορτίου. Επειδή τα l και S ανήκουν στην ίδια περίοδο, έχουν τον ίδιο αριθμό εσωτερικών ηλεκτρονίων και γι αυτό τα εσωτερικά ηλεκτρόνια δεν καθορίζουν τη διαφορά στην ενέργεια πρώτου ιοντισμού των ατόμων l και S μεταξύ τους. Όσο πηγαίνουμε προς τα δεξιά του περιοδικού πίνακα στην ίδια περίοδο, αυξάνεται ο ατομικός αριθμός και κατά συνέπεια αυξάνεται το δραστικό πυρηνικό φορτίο του ατόμου. Έτσι, λόγω μεγαλύτερης έλξης των ηλεκτρονίων της εξωτερικής στιβάδας από τον πυρήνα, η μέση απόσταση του πιο μακρινού ηλεκτρονίου (με το μεγαλύτερο κύριο κβαντικό αριθμό) από τον πυρήνα του στο άτομο του l, είναι μικρότερη από την αντίστοιχη στο άτομο του S, δηλαδή η ατομική ακτίνα του l είναι μικρότερη από την ατομική ακτίνα του S. Εξαιτίας της μικρότερης ατομικής ακτίνας του l, η έλξη πυρήνα - ηλεκτρονίων εξωτερικής στιβάδας είναι ισχυρότερη στο άτομο του l, από την έλξη πυρήνα - ηλεκτρονίων εξωτερικής στιβάδας στο άτομο του S και για αυτό η ενέργεια πρώτου ιοντισμού του l είναι μεγαλύτερη την ενέργεια πρώτου ιοντισμού του S. Σχόλιο [Π9]: 1 μονάδα. Σχόλιο [Π]: 1 μονάδα. Επισημαίνουμε ότι κατά μήκος της ίδιας περιόδου σημαντικοί παράγοντες που πρέπει να επισημανθούν είναι η αύξηση της ατομικής ακτίνας και του πυρηνικού φορτίου, ενώ τα ενδιάμεσα ηλεκτρόνια δεν παίζουν καθοριστικό ρόλο αφού είναι ίσα και για τα δύο άτομα. β. Γνωρίζουμε ότι οι αντιδράσεις οξέος βάσης κατά Bronsted και Lowry είναι μετατοπισμένες προς την κατεύθυνση του ασθενέστερου οξέος κατά Bronsted και Lowry και της ασθενέστερης βάσης κατά Bronsted και Lowry. Το ΗΝΟ είναι πολύ ισχυρό οξύ, άρα η συζυγής του βάση ΝΟ είναι πολύ ασθενής. Το ΗF είναι ασθενές οξύ, άρα η συζυγής του βάση F είναι ασθενής. Συνεπώς η αντίδραση οξέος βάσης κατά Bronsted και Lowry: Σχόλιο [Π11]: 1 μονάδα. μετατοπίζεται προς τα δεξιά γιατί προς αυτή την κατεύθυνση βρίσκονται το ασθενέστερο οξύ κατά Bronsted και Lowry και η ασθενέστερη βάση κατά Bronsted και Lowry. Σχόλιο [Π1]: 1 μονάδα. γ. από τη θεωρία γνωρίζουμε πως στα ρυθμιστικά διαλύματα η συγκέντρωση των οξωνίων παρέχεται από την εξίσωση: Σελίδα από 1

3 οξέος [HO ] Ka συζυγούς βάσης, όπου Σχόλιο [Π1]: 1 μονάδα. [HO ]: Συγκέντρωση οξωνίων οξέος :Συγκέντρωση του οξέος συζυγούς βάσης :Συγκέντρωση της συζυγούς βάσης του οξέος Ka :Σταθερά ιοντισμού του οξέος Έστω V αρχικός,v τελικός ο αρχικός και ο τελικός όγκος του αρχικού και του τελικού διαλύματος αντίστοιχα. Πριν την αραίωση η αρχική συγκέντρωση των οξωνίων του ρυθμιστικού διαλύματος είναι: αρχική οξέος [HO ] αρχική Ka (1) αρχική συζυγούς βάσης Μετά την αραίωση έχουμε νέες συγκεντρώσεις για το οξύ και τη βάση: αρχική οξέος αρχικός αρχική οξέος Vαρχικός τελική οξέος Vτελικός τελική οξέος () Vτελικός αρχική βάσης αρχικός αρχική βάσης Vαρχικός τελική βάσης Vτελικός τελική βάσης () Vτελικός V V Προσδιορίζουμε την τελική συγκέντρωση [Η Ο + ] τελική : αρχική οξέος αρχικός () τελική οξέος τελικός (1) [HO ] τελική Ka [H O ] τελική Ka () τελική συζυγούς βάσης αρχική βάσης V αρχικός [H O ] Ka [H O ] [H O] αρχική (4) (1) αρχική οξέος τελική τελική αρχική βάσης V V V τελικός Από τη σχέση (4) είναι προφανές πως η συγκέντρωση των οξωνίων παραμένει πρακτικά σταθερή κατά την αραίωση του ρυθμιστικού διαλύματος και κατά συνέπεια το ph του διαλύματος διατηρείται πρακτικά σταθερό. δ. Κατά την ογκομέτρηση πραγματοποιείται η πλήρης εξουδετέρωση του Hl από την ΝΗ : l l 4 Το NH 4 l ως ιοντική ένωση διίσταται πλήρως στο νερό στα ιόντα: ΝΗ 4 l - + l - 4 Σχόλιο [Π14]: 1 μονάδα. Σχόλιο [Π15]: 1 μονάδα. Σελίδα από 1

4 Από τα δύο ιόντα, το ανιόν l -, δεν αντιδρά με το Η Ο γιατί είναι πολύ ασθενής βάση κατά Bronsted - Lowry, ενώ το κατιόν του ΝΗ + 4, είναι το συζυγές οξύ της ασθενούς βάσης ΝΗ και αντιδρά με το Η Ο σύμφωνα με την αντίδραση: 4 Έτσι το διάλυμα είναι όξινο, δηλαδή το ph του είναι μικρότερο του 7 στους 5 o. 1 Σχόλιο [Π16]: 1 μονάδα. ε. R 1 R O R + HN R 1 N Σχόλιο [Π17]: 1 μονάδα. R + H O H + R 1 N R R 1 O - υδροξυ - οξύ Σχόλιο [Π18]: 1 μονάδα. Tα R 1 και R είναι αλκύλια ή ένα από αυτά είναι το άτομο Η και το άλλο αλκύλιο. B. Παίρνουμε δείγματα από όλα τα δοχεία τα δοχεία. α) Προσθέτουμε σε όλα τα δείγματα το αντιδραστήριο Fehling. Στα δείγματα που θα σχηματιστεί καστανέρυθρο ίζημα (u O), υπάρχουν οι ενώσεις HH=O και Η H=O. Στα δείγματα αυτών των δύο ενώσεων προσθέτουμε Ι παρουσία του ΝαΟΗ. Στο δείγμα που θα σχηματιστεί χαρακτηριστικό έγχρωμο (κίτρινο) ίζημα HI περιέχεται η Η H=O. Στ άλλο δείγμα περιέχεται προφανώς η HH=O. β) Στα άλλα δύο δείγματα που περιέχονται οι ενώσεις ΗΟOΗ και Η ΟOΗ προσθέτουμε το όξινο διάλυμα ΚΜnO 4. Το οποίο αποχρωματίζεται μόνο από το ΗΟOΗ και παράγεται αέριο O. Στ άλλο δείγμα περιέχεται προφανώς το Η ΟOΗ. Απάντηση θέματος Γ: Γ1: Α: Β: H H H H H O Γ: H H H Σχόλιο [Π19]: Ενέργεια παρατήρηση 1x4 Συμπέρασμα 1x4 Γνωστικό 4 Πειραματικό 4! Υπάρχουν πολλές εναλλακτικές πορείες επίλυσης. 1 Στα θέματα, πουθενά δεν αναφέρεται πως η θερμοκρασία είναι 5 ο, άρα κάποιος θα μπορούσε να αμφισβητήσει την ορθότητα της πρότασης. Σελίδα 4 από 1

5 Δ: Ε: H H H I H H H MgI H H Ζ: H H H OMgI H Θ: H H H H Σχόλιο [Π0]: 7 x =14 mon;adew Γ: Βρίσκω τους συντακτικούς τύπους των ισομερών αλκοολών: H H H (Ι) και H H H (ΙΙ) Σχόλιο [Π1]: 1 μονάδα Έστω ότι περιέχονται α mol της αλκοόλης (Ι) και β mol της αλκοόλης (ΙΙ). Όταν χωρίζουμε το μείγμα σε δύο ίσα μέρη, τότε στο κάθε μέρος θα περιέχονται προφανώς α mol της αλκοόλης (Ι) και β mol της αλκοόλης (ΙΙ). Μέρος 1 ο Βρίσκω τα mol του HI : m 78,8 n n n 0, mol (1) 94 r Βρίσκω τα mol της (Ι): Από τη στοιχειομετρία της αλογονοφορμικής αντίδρασης: H H H + 4 I + 6 Na H OONa +HI +5NaI +5H O Σχόλιο [Π]: 1 μονάδα υπολογισμός των mol HI Σχόλιο [Π]: 1μονάδα η αντίδραση Tα 1mol αλκοόλης (Ι) παράγουν 1 mol HI Tα α mol αλκοόλης (Ι) παράγουν 0, mol HI 0, 1 0,mol (). Άρα στο αρχικό μείγμα περιέχονται α = 0,4mol (I). 1 Σχόλιο [Π4]: 1 μονάδα η στοιχειομετρία Σχόλιο [Π5]: 1 μονάδα το σωστό αποτέλεσμα. Μέρος ο Βρίσκω τα συνολικά mol του ΚΜnO 4 : n V n 0,1, n 0,mol no 4 Σελίδα 5 από 1

6 Βρίσκω τα mol του ΚΜnO 4 που οξείδωσαν την (Ι): 5 H H H + KMnO 4 + H SO4 5 H H +MnO 4 + K SO H O O Σχόλιο [Π6]: 1 μονάδα η αντίδραση Tα 5mol αλκοόλης αντιδρούν με mol ΚΜnO 4 Tα α=0, mol αλκοόλης αντιδρούν με x mol ΚΜnO 4 0, x1 0,08mol ΚΜnO 4 5 Βρίσκω τα mol της (ΙΙ) που οξειδώθηκαν: Τα mol του ΚΜnO 4 που αντέδρασαν με την (ΙΙ) είναι: Σχόλιο [Π7]: 1 μονάδα η στοιχειομετρία 0, 0,08 =0,4 mol ΚΜnO 4 Βρίσκω τα mol της (ΙΙ) από τη στοιχειομετρία της οξείδωσης: 5H H H +4ΚΜnO 4 +6H SO 4 5 H H O +MnSO 4 +4K SO H O Σχόλιο [Π8]: 1 μονάδα η αντίδραση. Tα 5mol αλκοόλης αντιδρούν με 4 mol ΚΜnO 4 Tα β mol αλκοόλης αντιδρούν με 0,4 mol ΚΜnO 4 50,4 1 0, mol. Άρα τα mol της αλκοόλης (ΙΙ) στο αρχικό μείγμα είναι β= 0,=0,6 mol 4 αλκοόλης (ΙΙ). Συνοψίζοντας τα προηγούμενα συμπεράσματα, τα mol των αλκοολών που υπήρχαν στο αρχικό μείγμα είναι: Σχόλιο [Π9]: 1 μονάδα η στοιχειομετρία. Σχόλιο [Π0]: 1 μονάδα το αποτέλεσμα. Υπάρχουν 0,4 mol αλκοόλης: H H H και 0,6 mol της αλκοόλης H H H : Απάντηση θέματος Δ: Δ1. Στο υδατικό διάλυμα Α, η ηλεκτρολυτική διάσταση του άλατος H OONα γράφεται: /M H H αρχικά 0,1 - - αντιδρούν παράγονται τελικά 0 0,1 0,1 Σελίδα 6 από 1

7 Από την αναλογία των συντελεστών της ηλεκτρολυτικής διάστασης (Α1) του H, προκύπτει η 1 συγκέντρωση του [H ]. Από τα δύο ιόντα, το κατιόν, δεν αντιδρά με το Η Ο. Το ανιόν H, είναι ασθενής βάση κατά Bronsted Lowry και αντιδρά με το νερό σύμφωνα με τη χημική εξίσωση: H /M H αρχικά 0,1 - αντιδρούν x παράγονται x x ισορροπία 0,1 - x x x Ισορροπία/ Μ (μετά τις προσεγγίσεις) 0,1 x x Βρίσκουμε τη σταθερά Κ της βάσης H : K K K K K K K 14 W 9 W a 5 (1) K Σχόλιο [Π1]: 1 μονάδα: η διάσταση του άλατος, ο ιοντισμός του ανιόντος και οι συνοδευόμενες στοιχειομετρίες. Σχόλιο [Π]: 1 μονάδα εφαρμογή K [H ] [ ] x K x x [H ] 5 [ ] M (). Σχόλιο [Π]: 1 μονάδα υπολογισμοί Βρίσκω το ρη του διαλύματος: () 5 () p log[ ] p () p 14 p p 14 5 p9 Σχόλιο [Π4]: 1 μονάδα εύρεση ροη, ph Δ. Προσδιορίζω το ph του αραιωμένου διαλύματος. Το ph του αραιωμένου διαλύματος θα είναι ελαττωμένο κατά μία μονάδα, δηλαδή: ph = 9-1 = 8 (4). Σχόλιο [Π5]: 1 μονάδα, δικαιολόγηση του μεταβολής ph Προσδιορίζω τη συγκέντρωση των [ΟΗ - ] στο αραιωμένο διάλυμα. ( 4) p 14 pp 14 8 p 6 [ ] 6 (5). Σχόλιο [Π6]: 1 μονάδα, εύρεση ph Σελίδα 7 από 1

8 Προσδιορίζω τη συγκέντρωση του H στο αραιωμένο διάλυμα. Αν είναι =c, η συγκέντρωση του H H, στο αραιωμένο διάλυμα, τότε σύμφωνα με τη στοιχειομετρία της διάστασης του άλατος: HO H H OO Na Τα 1 M H OONa παράγουν 1M HOO - Τα c M H OONa παράγουν c M HOO - Η συγκέντρωση της βάσης HOO - θα είναι και H =c M(6). Συντάσσουμε τον πίνακα της αντίδρασης της βάσης: H με το νερό: Αντίδραση: Αρχικά/ Μ c H HO H + Αντιδρούν/παράγονται/ Μ y y y Ισορροπία/ Μ c -y y y Ισορροπία/ Μ (μετά τις προσεγγίσεις) c y= -6 y= -6 K [H ] [ ] [H ] ( ) 6 c c 9 (6). Προσδιορίζω τον όγκο του νερού V (ml) που πρόσθεσα στα ml του διαλύματος Α. Από το νόμο της αραίωσης διαλυμάτων: V V V (V V ) V V V V H1 1 H1 1 H1 1 H H H 1 V V 00 V 990mL Σχόλιο [Π7]: 1 μονάδα Εφαρμογή τη K Σχόλιο [Π8]: 1 μονάδα. Υπολογισμοί Εύρεση της. Σχόλιο [Π9]: 1 μονάδα. Υπολογισμοί. Σχόλιο [Π40]: 1μονάδα. Αποτέλεσμα. Δ. Προσδιορίζω τα mol των Hl και HOONa στο αραιωμένο διάλυμα. Έστω ότι προσθέσαμε β ml Hl. 5 n l Hl V l n l mol Ηl Σελίδα 8 από 1

9 n V n mol H O (7) 1 H H 1 1 H Επειδή μετά την ανάμειξη των διαλυμάτων προκύπτει ρυθμιστικό διάλυμα H / H, είναι προφανές πως το Hl, είναι σε έλλειμμα σε σχέση με το H και αντιδρά πλήρως. Προσδιορίζω τη σύσταση του ρυθμιστικού διαλύματος μετά την αντίδραση των H και Hl Σχόλιο [Π41]: 1μονάδα. Αιτιολόγηση περίσσειας H OONa από τη στοιχειομετρία της αντίδρασης: Αντίδραση: Hl HOON HO + l Αρχικά/ mol - -5 β Αντιδρούν/παράγονται/ mol -5 β -5 β -5 β Τελικά/ mol β -5 β Σχόλιο [Π4]: 1 μονάδα η αντίδραση 1 μονάδα η στοιχειομετρία Σύνολο μονάδες. Το διάλυμα που προκύπτει είναι ρυθμιστικό και αποτελείται από H O και H OONa. Γράφω τη διάσταση του H OONa και υπολογίζω τα mol του H OO - που παράγονται: Αντίδραση: H OONa H O H OO - + Na + Αρχικά/ mol β Αντιδρούν/παράγονται/ mol β β β Τελικά/ mol β β Σχόλιο [Π4]: 1 μονάδα αντίδραση στοιχειομετρία. Γράφω τον ιοντισμό του H O λαμβάνοντας υπόψιν την επίδραση του κοινού ιόντος H OO - που παράγεται από τον ιοντισμό του H OONa: H O + H O H OO - + H O + Αρχικά/mol -5 β β Αντιδρούν/mol x Παράγονται/mol x x Ισορροπία/mol -5 β - x β +x x Σχόλιο [Π44]: 1 μονάδα διάσταση, ιοντισμός. Σελίδα 9 από 1

10 Βρίσκω την αρχική συγκέντρωση των ανιόντων H OO - στο ρυθμιστικό διάλυμα: 5 n β x [H OO ] [H OO ] M και λόγω των προσεγγίσεων: V [H OO ] 5 β M Βρίσκω την αρχική συγκέντρωση του H OOΗ στο ρυθμιστικό διάλυμα: 5 n βx [H O] [H O] M και λόγω των προσεγγίσεων: V [H O] 5 β M Εφαρμόζω την εξίσωση των Henderson και Hasselalch: 5 5 K [HO] 5 V [ ] 5 [HOO ] V mL Δ4. Τα συστατικά των δύο διαλυμάτων δεν αντιδρούν μεταξύ τους μετά την ανάμειξή τους. 5 Σχόλιο [Π45]: 1 μονάδα το Κα, 1 μονάδα, υπολογισμοί, αποτέλεσμα. Προσδιορίζω τις νέες συγκεντρώσεις των H OONa και HF στο διάλυμα που προκύπτει μετά την ανάμειξή τους. Σύμφωνα με το νόμο της αραίωσης θα ισχύουν: 1 1H V1 H 1 H 1 H H V1 V 50 V (V V ) H V 140 V (V V ) F 8 50 F 1 F 1 F 1 F F V1 V 1 Σχόλιο [Π46]: 1 μονάδα, εύρεση. Προσδιορίζω τη συγκέντρωση των ανιόντων H OO - από τη διάσταση του άλατος H OONa: Αντίδραση: HOO HOO Αρχικά/ Μ Αντιδρούν/παράγονται/ Μ Τελικά/ mμ Σχόλιο [Π47]: 1 μονάδα διάσταση ιοντισμοί, στοιχειομετρία. Σελίδα από 1

11 Προσδιορίζω τη συγκέντρωση των ανιόντων F - από τη διάσταση του άλατος NaF: Αντίδραση: F F Αρχικά/ Μ Αντιδρούν/παράγονται/ Μ Τελικά/ mμ Σχόλιο [Π48]: 1 μονάδα διάσταση ιοντισμοί, στοιχειομετρία. Από τα ιόντα της διάστασης του άλατος ΝαF, το ιόν συζυγής βάση του ασθενούς μονοπρωτικού οξέος εξίσωση: Βρίσκουμε τη σταθερά της βάσης: F :, δεν αντιδρά με το Η Ο. Το ανιόν F, είναι η F και αντιδρά με το νερό σύμφωνα με τη χημική K K K K K K K 14 W 9 W a 5 (8) K Σχόλιο [Π49]: 1 εφαρμογ η Κ. Γράφω την αντίδραση της βάσης: F με το νερό: Αντίδραση: F - HO F + ΟΗ Αρχικά/ Μ 8-1 Αντιδρούν/παράγονται/ Μ κ κ κ Ισορροπία/ Μ 8-1 -κ κ κ Ισορροπία/ Μ (μετά τις προσεγγίσεις) 8-1 κ κ+λ Γράφω την αντίδραση της βάσης: HOO με το νερό: Αντίδραση: H H Αρχικά/ Μ - Αντιδρούν/παράγονται/ λ λ λ Μ Ισορροπία/ Μ - - λ λ λ Ισορροπία/ Μ (μετά τις προσεγγίσεις) - λ κ+λ Σχόλιο [Π50]: 1 μονάδα ΕΚΙ H Για τη σταθερά ιοντισμού του ισχύουν: [H ] [ ] ( ) K H [H ] 9 (9). Σελίδα 11 από 1

12 Για τη σταθερά ιοντισμού του F ισχύουν: [ F] [ ] ( ) K F 1 [F ] 8 (). ( ) 9 8 (9), () 4 (11) ( ) [H ] [ ] ( 4 ) 5 (9),(11) K H [H ] (1) 6 6 (11), (1) 4 8 (1) Σχόλιο [Π51]: 1 μονάδα υπολογισμοί. Προσδιορίζω το ph του διαλύματος (1), (1) [ ] 8 p log p 5 ph 14 p ph 14 5 ph 9 Σχόλιο [Π5]: 1 μονάδα, ροη, ρη. Σελίδα 1 από 1