ΘΕΜΑΤΑ ΚΑΙ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ 2014

Transcript

1 ΧΗΜΕΙΑ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΘΕΜΑ Α Για τις προτάσεις Α1 έως και Α να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της πρότασης και, δίπλα, το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή επιλογή. Α1. Από τις παρακάτω αλκοόλες δεν αφυδατώνεται προς αλκένιο η Α2. Με προσθήκη νερού σε αλκίνιο, παρουσία Hg, HgSO και H 2 SO, μπορεί να παραχθεί α. μόνο κετόνη β. καρβονυλική ένωση γ. κυανιδρίνη δ. αλκοόλη. Α3. Από όλα τα στοιχεία της 2 ης περιόδου του περιοδικού πίνακα τη χαμηλότερη τιμή ενέργειας 1 ου ιοντισμού (E i1 )έχει α. το αλκάλιο β. η αλκαλική γαία γ. το αλογόνο δ. το ευγενές αέριο. Α. Το χημικό στοιχείο Χ με ηλεκτρονιακή δομή [Ar]3d s 2 p ανήκει στην α. η περίοδο και στην 7 η ομάδα του περιοδικού πίνακα β. η περίοδο και στην 17 η ομάδα του περιοδικού πίνακα γ. η περίοδο και στην η ομάδα του περιοδικού πίνακα δ. η περίοδο και στην η ομάδα του περιοδικού πίνακα.

2 Α. Όξινο διάλυμα είναι το διάλυμα του α. CH 3 COONa 0,1 M β. CH 3 NH 3 Cl 0,1 M γ. CN 0,1 M δ. NaCl 0,1 M ΘΕΜΑ Β Β1. Να χαρακτηρίσετε τις προτάσεις που ακολουθούν, γράφοντας στο τετράδιό σας δίπλα στο γράμμα που αντιστοιχεί σε κάθε πρόταση, τη λέξη Σωστό, αν η πρόταση είναι σωστή, ή Λάθος, αν η πρόταση είναι λανθασμένη. α. Το 17 Cl σχηματίζει ενώσεις με ένα μόνο ομοιοπολικό δεσμό. β. Διάλυμα ΝaΗSO 0,1 Μ έχει ph>7 στους 2 ο C. γ. Διάλυμα NaHCO 3 1 M και Na 2 CO 3 1 M είναι ρυθμιστικό διάλυμα. δ. Στην ένωση CH 2 =CH-CH=CH 2 όλα τα άτομα του άνθρακα έχουν sp 2 υβριδικά τροχιακά. ε. Η προσθήκη HCN σε καρβονυλική ένωση είναι αντίδραση ανοικοδόμησης. Μονάδες Β2. α. Να αναφέρετε δύο διαφορές μεταξύ του σ και του π δεσμού. (μονάδες ) β. Οι τέσσερις πρώτες ενέργειες ιοντισμού ενός στοιχείου είναι αντίστοιχα E i1 =738 kj/mol E i2 =10 kj/mol E i3 =7,7 3 kj/mol E i =1,1 kj/mol Σε ποια ομάδα του περιοδικού πίνακα ανήκει το στοιχείο αυτό και γιατί; (μονάδες ) γ. Δίνεται πρωτολυτικός δείκτης ΗΔ με p a =. Αν ο δείκτης προστεθεί σε ένα διάλυμα χυμού μήλου, που έχει ph=3, τι τιμή θα έχει ο λόγος [Δ - ] / [ΗΔ]; Με δεδομένο ότι η όξινη μορφή του δείκτη έχει χρώμα κόκκινο και η βασική κίτρινο, τι χρώμα θα αποκτήσει το διάλυμα; (μονάδες 3) δ. Διάλυμα άλατος ΝΗ Α έχει ph=8. Με δεδομένο ότι η b της NH 3 είναι - να εξετάσετε αν η τιμή Κ a του ΗΑ είναι μεγαλύτερη, μικρότερη ή ίση του -. Δίνεται W = -1 (μονάδες ) Μονάδες 1

3 ΘΕΜΑ Γ Γ1. α. Σε ένα δοχείο περιέχεται 1-πεντίνιο ή 2-πεντίνιο. Πώς θα διαπιστώσετε ποια από τις 2 ουσίες περιέχεται στο δοχείο; (μονάδες 2) β. Σε δύο δοχεία περιέχονται μεθανικός μεθυλεστέρας (HCOOCH 3 ) και αιθανικός αιθυλεστέρας (CH 3 COOCH 2 CH 3 ). Δεν ξέρουμε όμως σε ποιο δοχείο περιέχεται η κάθε ουσία. Πώς θα διαπιστώσετε σε ποιο δοχείο περιέχεται η καθεμία; (μονάδες ) (Και στα δύο παραπάνω ερωτήματα να γράψετε τις χημικές εξισώσεις που τεκμηριώνουν την απάντησή σας). Μονάδες 6 Γ2. Δίνεται το παρακάτω διάγραμμα χημικών διεργασιών. Με δεδομένο ότι η ένωση Θ αλλάζει το χρώμα όξινου διαλύματος 2 Cr 2 O 7 από πορτοκαλί σε πράσινο, να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ και Θ. Μονάδες 7 Γ3. Ομοιογενές μίγμα δύο κορεσμένων μονοσθενών αλκοολών (Α) και (Β) μάζας, g χωρίζεται σε τρία ίσα μέρη. Στο 1 ο μέρος προσθέτουμε περίσσεια Νa, οπότε ελευθερώνονται 2.2 L αερίου σε πρότυπες συνθήκες (stp). Στο 2 ο μέρος προσθέτουμε περίσσεια SOCl 2 και στα οργανικά προϊόντα που προκύπτουν επιδρούμε με Mg σε απόλυτο αιθέρα. Στη συνέχεια προσθέτουμε νερό, οπότε προκύπτει ένα (1) μόνο οργανικό προϊόν. Στο 3 ο μέρος προσθέτουμε διάλυμα I 2 /Na, οπότε καταβυθίζονται 0,0 mol κίτρινου ιζήματος. Να προσδιορίσετε το συντακτικό τύπο και την ποσότητα σε mol της κάθε αλκοόλης στο αρχικό μίγμα. Δίνονται: Ar(H)=1, Ar( C )=12, Ar=16 Μονάδες 12

4 ΘΕΜΑ Δ Σε πέντα δοχεία περιέχονται τα επόμενα διαλύματα: διάλυμα NaNO 3 0,1M (Y1) διάλυμα ΝΗ 3 0,1 Μ (Υ2) διάλυμα HCl 0,1 Μ (Υ3) διάλυμα Na 0,1 M (Y) διάλυμα NH Cl 0,1 M (Y) Δ1. Να βρείτε ποιο διάλυμα περιέχεται σε κάθε δοχείο με βάση τα δεδομένα του παρακάτω πίνακα Δοχείο ph Δ2. Το κυριότερο όξινο συστατικό του ξινισμένου γάλακτος είναι το γαλακτικό οξύ α. Για την ογκομέτρηση ml του ξινισμένου γάλακτος απαιτούνται ml διαλύματος ΝaΟΗ 0,1 Μ. Να υπολογίσετε τη συγκέντρωση του γαλακτικού οξέος στο ξινισμένο γάλα (κανένα άλλο συστατικό του γάλακτος δεν αντιδρά με Na). (μονάδες 3) β. Να προτείνετα από μία εργαστηριακή δοκιμασία για την ανίχνευση της καρβοξυλομάδας και της υδροξυλομάδας του γαλακτικού οξέος. (Να γράψετε τις σχετικές χημικές εξισώσεις). (μονάδες 2) Δ3. Με ποια αναλογία όγκων πρέπει να αναμείξουμε το διάλυμα Υ (Na) με το διάλυμα Υ (NH Cl), ώστε να προκύψει ρυθμιστικό διάλυμα (Υ6) με ph=9. Μονάδες 9 Δ. Σε ίσους όγκους V των διαλυμάτων Υ2 (NH 3 0,1 M) Y (Na 0,1 M) Y6 (NH 3 / NH Cl) προστίθεται νερό όγκου x L, y L, ω L αντίστοιχα, ώστε να μεταβληθεί το ph τους κατά μία μονάδα. Να διατάξετε κατά αύξουσα σειρά τις τιμές x, y, ω και να αιτιολογήστε την απάντησή σας.

5 Μονάδες 6 Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. Δίνονται W= -1 και θ=2 ο C. ΘΕΜΑ Α Α1 γ Α2 β Α3 α Α β Α β ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΘΕΜΑ Β Β1. α Λ, β Λ, γ Σ, δ Σ, ε Σ Β2. α. Ενδεικτικά γράφουμε δύο διαφορές: 1. Ο δεσμός σ έχει μεγαλύτερη επικάλυψη από το π, άρα και μεγαλύτερη σταθερότητα. 2. Ο δεσμός σ σχηματίζεται με αξονική επικάλυψη ατομικών τροχιακών s s, s p, p p και υβριδικών τροχιακών μεταξύ τους ή υβριδικών ατομικών τροχιακών. Ο δεσμός π σχηματίζεται με πλευρική επικάλυψη p p ατομικών τροχιακών. β. Στη 2 η ομάδα του περιοδικού πίνακα διότι: Παρατηρούμε ότι Ε i1 <E i2 <<<E i3 <E i. Όσο αυξάνεται το πλήθος των ηλεκτρονίων που απομακρύνονται, αυξάνεται το δραστικό πυρηνικό φορτίο, άρα αυξάνεται και η Ε ix. Όμως κατά την απομάκρυνση του 3 ου ηλεκτρονίου έχουμε πολύ μεγάλη αύξηση της Ε i. Αυτό σημαίνει ότι υπεισέρχεται και δεύτερος παράγοντας που αυξάνει την E i. Αυτός είναι το πλήθος των κατειλημμένων στιβάδων. Δηλαδή το 3 ο ηλεκτρόνιο απομακρύνεται από μια πλησιέστερη προς τον πυρήνα στιβάδα, άρα το στοιχείο έχει ηλεκτρονιακή δομή ns 2. Επομένως ανήκει στην 2 η ομάδα. + [H3O ].[ Δ ] [ Δ ] a γ. a δείκτη = ή = (1) + [HΔ] [HΔ] [H O ] Αφού το ph=3=> [Η 3 Ο + ]= -3 Μ 3 [ Δ ] Από (1): = [HΔ] 3 = 1 0

6 Γνωρίζουμε ότι όταν σε ένα διάλυμα που περιέχει πρωτολυτικό δείκτη ΗΔ, ισχύει: [HΔ], στο διάλυμα κυριαρχεί το χρώμα της όξινης μορφής (ΗΔ). Αφού στο [ Δ ] 1 [HΔ] 0 παραπάνω διάλυμα ισχύει: = > [ Δ ] 1 1 Το διάλυμα θα αποκτήσει το χρώμα της όξινης μορφής, δηλαδή κόκκινο. δ. Το άλας διίσταται: ΝΗ Α ΝΗ + + Α - Το κατιόν ΝΗ + συμπεριφέρεται ως οξύ, αφού είναι συζυγές οξύ της ασθενούς βάσης ΝΗ 3. ΝΗ + + Η 2 Ο ΝΗ 3 + Η 3 Ο + Αν μόνο το NH + αντιδρούσε με το νερό, έπρεπε το διάλυμα να είναι όξινο. Άρα και το ανιόν Α - αντιδρά με το νερό: Α - + Η 2 Ο ΗΑ + ΟΗ - Αφού το ph=8, δηλαδή το διάλυμα είναι βασικό, σημαίνει ότι το Α - είναι ισχυρότερο ως βάση απ ότι το ιόν ΝΗ + ως οξύ, άρα: b w w A > a NH + ή > ή Κ b HA< b NH 3 ή Κ b HA< a HA b NH 3 ΘΕΜΑ Γ Γ1. α. Με αμμωνιακό διάλυμα CuCl: προσθέτουμε σε δείγμα από το περιεχόμενο του δοχείου διάλυμα CuCl / NH 3. Αν δημιουργηθεί κεραμέρυθρο ίζημα, η ένωση θα είναι το 1- πεντίνιο, διότι όλα τα αλκίνια της μορφής RC CH αντιδρούν με διάλυμα CuCl / NH 3 και δίνουν ίζημα. CH 3 CH 2 CH 2 C CH + CuCl + NH 3 CH 3 CH 2 CH 2 C CCu + NH Cl Aν δεν δημιουργηθεί ίζημα θα είναι το CH 2 CH 2 C CCH 3, διότι δεν αντιδρά με διάλυμα CuCl / NH 3. β. Σε δείγμα από τα δύο δοχεία προσθέτουμε υδατικό διάλυμα Νa οπότε ο εκάστοτε εστέρας σαπωνοποιείται. Ο ένας: HCOOCH 3 + Na HCOONa + CH 3 (A) Ο άλλος: CH 3 COOCH 2 CH 3 + Na CH 3 COONa + CH 3 CH 2 (B) Στο δοχείο που υπάρχει ο εστέρας (Α) έχει δημιουργηθεί το διάλυμα Δ1, ενώ στο δοχείο που υπάρχει ο εστέρας (Β) έχει δημιουργηθεί το διάλυμα Δ2. Στην συνέχεια, στα δύο δοχεία προσθέτουμε αλκαλικό διάλυμα Ι 2. Στο δοχείο που θα περιέχει την CH 3 CH 2 θα δημιουργηθεί κίτρινο ίζημα ( η CH 3 και καμία άλλη από τις ενώσεις των δύο δοχείων δεν δίνει την αλογονοφορμική αντίδραση ).

7 CH 3 CH 2 + Ι Νa ΗCOONa + CΗΙ 3 + NaI + H 2 O. Στο άλλο δοχείο προφανώς θα υπάρχει ο άλλος εστέρας (HCOOCH 3 ). Γ2. Α: HC CH B. CH 2 CH 2 Γ. CH 3 CH 2 Cl Δ. CH 3 CH 2 MgCl Ε. CH 3 CH=Ο Ζ. CH 3 CH 2 CHCH 3 OMgCl Θ. CH 3 CH 2 CHCH 3 Γ3. Έστω η Α: C ν Η 2ν+1 ΟΗ και η B: C μ Η 2μ+1 ΟΗ και έστω x mol C ν Η 2ν+1 ΟΗ και y mol C μ Η 2μ+1 ΟΗ περιέχονται στο μίγμα. Θα πρέπει: x(1ν + 18) + y (1μ + 18) =, (1) Στο κάθε μέρος θα περιέχονται x/3 mol Α και y/3 mol B. Στο πρώτο μέρος (και οι δύο αντιδρουν με Na) CνΗ 2ν+1 ΟΗ + Na CνΗ 2ν+1 ΟNa + ½ H 2 x/3 mol x/6 mol C μ Η 2μ+1 ΟΗ + Na C μ Η 2μ+1 ΟNa + ½ H 2 y/3 mol y/6 mol Επειδή V H 2 = 2,2 L (STP) ή n = 2,2/22, = 0,1 mol θα πρέπει x/6 +y/6 = 0,1 ή x + y 0,6 H 2 Στο δεύτερο μέρος (και οι δύο αλκοόλες αντιδρούν με SOCl 2 ) CνΗ 2ν+1 ΟΗ + SOCl 2 CνΗ 2ν+1 Cl + SO 2 + HCl C μ Η 2μ+1 ΟΗ + SOCl 2 C μ Η 2μ+1 Cl+ SO 2 + HCl Τα οργανικά προιόντα αντιδρούν με Mg και στην συνέχεια υδρολύονται C ν Η 2ν+1 Cl + Μg C ν Η 2ν+1 MgCl + H 2 O C ν Η 2ν+2 + Mg()Cl C μ Η 2μ+1 Cl+ Μg C μ Η 2μ+1 MgCl + H 2 O C μ Η 2μ+2 + Mg()Cl Αφού οι ενώσεις ( αλκάνια ) C ν Η 2ν+2 και C μ Η 2μ+2 είναι ένα προιόν θα πρέπει να έχουν ίδιο μοριακό τύπο, δηλαδή ν = μ (3) και ίδιο συντακτικό τύπο (), άρα και οι αλκοόλες θα έχουν την ίδια ανθρακική αλυσίδα. Στο τρίτο μέρος Αφού γίνεται αλογονοφορμική, τουλάχιστον η μία αλκοόλη θα δίνει την αντίδραση αυτή, σύμφωνα με το σχήμα : CH 3 CHR + I Na RCOONa + CHI 3 + NaI + H 2 O () Αφού τα mol του ιζήματος είναι 0,0 mol και τα mol της (ή των αλκοολών ) που αντιδρούν θα είναι 0,0 mol. Αν και οι δύο αλκοόλες δίνουν την αλογονοφορμική αντίδραση, τότε τα mol

8 τους είναι (x + y) / 3 = 0,6/2 = 0,2, περισσότερα από αυτά που δίνουν πραγματικά την αλογονοφορμική (). Άρα, μόνο η η μία αλκοόλη δίνει την αλογονoφορμική. Αφού ν = μ, τότε x/3 ή y/3 = 0,0. Άρα, x/3 = 0,0 ή x= 0,1 mol και από (2) y = 0, mol. (1) και (3) ν = μ =, άρα Α. CH 3 CH 2 CHCH 3 Από την (Α) με τις παραπάνω διεργασίες προκύπτει το αλκάνιο CH 3 CH 2 CH 2 CH 3, άρα η (Β) θα είναι η CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 ΟΗ, διότι από αυτήν προκύπτει το ίδιο αλκάνιο CH 3 CH 2 CH 2 CH 3. Έτσι έχουμε 0,1 mol CH 3 CH 2 CHCH 3 Και 0, mol CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 ΟΗ ΘΕΜΑ Δ Δ1. Δοχείο 1 Υ3 Δοχείο 2 Υ Δοχείο 3 Υ1 Δοχείο Υ2 Δοχείο Υ Δ2. Α. Το γαλακτικό οξύ αντιδρά με το ΝaOΗ CH 3 CHCO + Na CH 3 CHCOONa + H 2 O n γαλ = n ΝαΟΗ ή C γαλ V γαλ = C Na V Na ή C γαλ = 0,0 Μ Β. Για να ανιχνεύσουμε το CO προσθέτουμε ΝaHCO 3, οπότε αν εκλυθεί αέριο CO 2 περιέχεται καρβοξυλομάδα: CH 3 CHCO + ΝaHCO 3 CH 3 CHCOONa + CO 2 Το CO 2 ανιχνεύεται μέσω της δημιουργίας λευκού ιζήματος αν αυτό διαβιβαστεί σε διάλυμα Ca() 2. Στην συνέχεια στην ένωση που προκύπτει (CH 3 CHCOONa) προσθέτω Νa. Aν εκλυθεί αέριο, υπάρχει και ΟΗ CH 3 CHCOONa + Νa CH 3 CHCOONa + ½ H 2 ONa Δ3. Έστω V L χρησιμοποιούμε από το διάλυμα Na 0,1M και V L από το διάλυμα NH Cl 0,1M. Στο διάλυμα Na περιέχονται: 0,1V mol Na Στο διάλυμα NH Cl περιέχονται: 0,1V mol NH Cl

9 Μετά την ανάμιξη πραγματοποιείται η αντίδραση: Νa + NH Cl NH 3 + NaCl + H 2 O Για να προκύψει ρυθμιστικό διάλυμα πρέπει να αντιδράσει όλο το Na και να περισσέψει NH Cl. Δηλαδή: 0,1V mol Na αντιδρούν με 0,1V mol ΝΗ Cl και παράγονται 0,1V mol NΗ 3. Έτσι το ρυθμιστικό διάλυμα που θα παραχθεί θα περιέχει: 0,1V mol NΗ 3 (βάση) και (0,1V -0,1V ) mol NH Cl (oξύ) με συγκεντρώσεις: c NH 3 0,1V = M και c V + V NH Cl 0,1(V V ) = M V + V Αφού είναι ρυθμιστικό διάλυμα θα ισχύει: c ph=p a +log c β οξ (1) Θα υπολογίσω την b της ΝΗ 3 από το διάλυμα ΝΗ 3 0,1Μ (Υ 1 ) με ph=11 ή p=3 ή [ΟΗ - ]= -3 Μ NH 3 + H 2 O NH Ioντίζ. Παρ. xm xm xm Aλλά [ΟΗ - ]=x= -3 Μ Άρα για την ΝΗ 3 [NH ].[ ] b = ή Κ b = = [NH3] 0,1 Άρα 1 w a NH + = = = b NH3 9 0,1V Άρα από την (1) έχω: 9=-log -9 V + V +log 0,1(V V ) V + V ή V =V -V => V V = 1 2 Δ. Το διάλυμα Υ 2 (διάλυμα ΝΗ 3 0,1Μ) έχει ph=11 και είναι βασικό. Με αραίωση το ph των βασικών διαλυμάτων ελαττώνεται, άρα με αραίωση το νέο ph του Υ 2 θα είναι ή p= ή [ΟΗ - ]= - Μ. Έστω c η νέα συγκέντρωση της ΝΗ 3. Θα ισχύει από (2): -. = => c = -3 Μ c Αφού το διάλυμα της ΝΗ 3 αραιώθηκε ισχύει: c.v 0,1V c.v=c.v ή V = = ή V = 0V 3 c Άρα θα πρέπει για να γίνει ο όγκος από V 0V να προσθέσω 99πλάσιο όγκο νερού, δηλαδή x=99v.

10 Το διάλυμα Υ (διάλυμα Na 0,1M) είχε ph=13 ή p=1 ή [ΟΗ - ]=0,1Μ. Αν αραιώσω πάλι το ph ελαττώνεται, δηλαδή ph=12 ή p=2 ή [ΟΗ - ]= -2 Μ Το Νa διίσταται: Νa Na ;c = -2 Μ -2 Μ Δηλαδή το αραιωμένο διάλυμα θα έχει συγκέντρωση -2 Μ. Ισχύει πάλι: c.v 0,1V c.v=c.v ή V = = ή V = V 2 c Άρα θα πρέπει, για να γίνει ο όγκος από V V να προσθέσω 9πλάσιο όγκο νερού, δηλαδή y=9v. Άρα μέχρι τώρα x> y. To Y 6 είναι ρυθμιστικό διάλυμα. Ξέρουμε ότι με αραίωση, δεν αλλάζει το ph του ρυθμιστικού διαλύματος, εκτός και αν η αραίωση είναι πολύ μεγάλη για να έχουμε μεταβολή όγκου κατά μία μονάδα, άρα ω>>>x> y. ΤΙΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΕΠΙΜΕΛΗΘΗΚΕ Ο ΤΟΜΕΑΣ ΧΗΜΙΚΩΝ ΤΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΩΝ «ΟΜΟΚΕΝΤΡΟ» ΦΛΩΡΟΠΟΥΛΟΥ