Transcript

1 ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΗΜΕΡΗΣΙΟΥ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ 6 ΙΟΥΝΙΟΥ 2014 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ: ΧΗΜΕΙΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΘΕΜΑ Α Για τις προτάσεις Α1 έως και Α5 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της πρότασης και, δίπλα, το γράμμα που αντιστοιχεί στην σωστή επιλογή. Α1. Από τις παρακάτω αλκοόλες δεν αφυδατώνεται προς αλκένιο η CH CH OH α. 3 2 β. CH C 3 CH CH3 OH γ. CH C CH OH 3 2 δ. CH CH CH 3 3 ΟH Α2. Με προσθήκη νερού σε αλκίνιο, παρουσία Hg, HgSO 4 και H 2 SO 4, μπορεί να παραχθεί: α. μόνο κετόνη. β. καρβονυλική ένωση. γ. κυανιδρίνη. δ. αλκοόλη. Α3. Από όλα τα στοιχεία της 2ηςπεριόδου του περιοδικού πίνακα την χαμηλότερη τιμή ενέργειας 1ου ιοντισμού ( Ei 1 ) έχει: α. το αλκάλιο. β. η αλκαλική γαία. Α4. Το χημικό στοιχείο Χ με ηλεκτρονιακή δομή [Αr]3d 10 4s 2 4p 5 ανήκει στην: α. 4ηπερίοδο και στην 7ηομάδα του περιοδικού πίνακα. β. 4η περίοδο και στην 17η ομάδα του περιοδικού πίνακα. γ. 5ηπερίοδο και στην 4ηομάδα του περιοδικού πίνακα. δ. 4ηπερίοδο και στην 5ηομάδα του περιοδικού πίνακα. A5. Όξινο διάλυμα είναι το διάλυμα του: α. COONa 0,1 M. β. 3NH 3 Cl 0,1 M. γ. KCN 0,1 M. Απαντήσεις: γ, β, α, β, β. ΘΕΜΑ Β Β1. Να χαρακτηρίσετε τις προτάσεις που ακολουθούν, γράφοντας στο τετράδιό σας δίπλα στο γράμμα που αντιστοιχεί σε κάθε πρόταση, την λέξη Σωστό, αν η πρόταση είναι σωστή, ή Λάθος, αν η πρόταση είναι λανθασμένη. α. Το 17 Cl σχηματίζει ενώσεις με έναν μόνο ομοιοπολικό δεσμό. β. Διάλυμα NaHSO 4 0,1 M έχει ph > 7 στους25 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. Απαντήσεις: Λ, Λ, Σ, Σ, Σ. γ. το αλογόνο. δ. το ευγενές αέριο. δ. NaCl 0,1 M. Μονάδες 10

2 Β2. α. Να αναφέρετε δύο διαφορές μεταξύ του σ και του π δεσμού. Δεσμός σ: δημιουργείται με επικάλυψη κατά τον άξονα που συνδέει τους πυρήνες των συνδεόμενων ατόμων, ενώ ο π δεσμός δημιουργείται με πλευρική επικάλυψη p ατομικών τροχιακών με παράλληλους άξονες. Ο σ δεσμός έχει κυλινδρική συμμετρία, ενώ ο π έχει συμμετρία πάνω και κάτω από την κομβική επιφάνεια που περιέχει τον άξονα που συνδέει τα συνδεόμενα άτομα. Ο σ δεσμός μπορεί να προκύψει από επικάλυψη s-s, s-p, p-p ατομικών τροχιακών, ενώ ο π δεσμός από p ατομικά τροχιακά. Ο π δεσμός είναι ασθενέστερος του σ δεσμού. β. Οι τέσσερις πρώτες ενέργειες ιοντισμού ενός στοιχείου είναι αντίστοιχα: 3 4 = 738kJ/mol E = 1.450kJ/mol E = 7,7 10 kj/mol E = 1,1 10 kj/mol Ei 1 i 2 Σε ποια ομάδα του περιοδικού ικού πίνακα ανήκει το στοιχείο αυτό και γιατί; Το στοιχείο ανήκει στην ΙΙΑ (2η) ομάδα του περιοδικού πίνακα, επειδή από τις τιμές που δίνονται φαίνεται ότι η E είναι πολύ μεγαλύτερη από τηνee λόγω καταστροφής της δομής ευγενούς αερίου που έχει σχηματιστεί i 3 μετά την απόσπαση 2 ηλεκτρονίων και το τρίτο ηλεκτρόνιο θα αποσπαστεί όχι από την εξωτερική αλλά από εσωτερικότερη στιβάδα του ατόμου. γ. Δίνεται πρωτολυτικός δείκτης ΗΔ με pκ a = 5. Αν ο δείκτης προστεθεί σε ένα διάλυμα χυμού μήλου, που έχει pη = 3, ποια 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) Αφού pκ a = 5, η K a του δείκτη ΗΔ είναι Στο διάλυμά του, όταν το ph = 3, ισχύει K a (ΗΔ) = [Δ - ] 10-3 /[HΔ] => [Δ - ]/[HΔ] = 10-5 / 10-3 = Το χρώμα του διαλύματος θα είναι κόκκινο, επειδή το ph του διαλύματος είναι 3. (Ο δείκτης με pκ a = 5 θα «δείχνει» κόκκινο χρώμα από ph = pκ a 1 = 4 και μικρότερο, ενώ κίτρινο από ph = pκ a + 1 = 6 και περισσότερο). 5 ΗΑ είναι μεγαλύτερη, μικρότερη ή ίση του Δίνεται Κ = 10. w Αφού Κ b (ΝΗ 3 ) = 10-5 => Κ a (ΝΗ + 4 ) = Κ w / 10-5 = Επειδή το διάλυμα έχει βασικό ph ( = 8), η βάση Β - είναι ισχυρότερη από το οξύ ΝΗ + 4. Δηλαδή Κ b (B - ) > Κ a (ΝΗ + 4 ) => Κ b (B - ) > 10-9 => 1 / Κb (B - ) < 1 / 10-9 => K w / Κ b (B - ) < K w / 10-9 => K a HA < ΘEΜΑ Γ Γ1. α. Σε ένα δοχείο περιέχεται 1-πεντίνιο ή 2-πεντίνιο. Πώς θα διαπιστώσετε ποια από τις δύο ουσίες περιέχεται στο δοχείο; (μονάδες 2) Το 1-πεντίνιο αντιδρά είτε με Na παράγοντας αέριο Η 2 είτε με CuCl + NH 3 δίνοντας ίζημα, σε αντίθεση με το 2- πεντίνιο που δεν αντιδρά. HC C-(CH 2 ) Na NaC C-(CH 2 2) ½ H 2 HC C-(CH 2 ) CuCl + NH 3 CuC C-(CH 2 ) NH 4 Cl i 2 i3 5 δ. Διάλυμα άλατος ΝΗ 4 Α έχει ph = 8. Με δεδομένο ότι η Κ b της ΝΗ 3 είναι10, να εξετάσετε αν η τιμή Κ a του i 4 Μονάδες 15

3 β. Σε δύο δοχεία περιέχονται μεθανικός μεθυλεστέρας (ΗCΟΟCΗ 3 ) και αιθανικός αιθυλεστέρας (CΗ 3 COOCH 2 ). Δεν ξέρουμε όμως σε ποιο δοχείο περιέχεται η κάθε ουσία. Πώς θα διαπιστώσετε σε ποιο δοχείο περιέχεται η καθεμία; (Και στα δύο παραπάνω ερωτήματα να γράψετε τις χημικές εξισώσεις που τεκμηριώνουν την απάντησή σας). Μονάδες 6 Με όξινη υδρόλυση (εναλλακτικά: σαπωνοποίηση) των εστέρων και επεξεργασία των προϊόντων με όξινο διάλυμα KΜnO 4. Τα προϊόντα της υδρόλυσης του μεθανικού μεθυλεστέρα θα οξειδωθούν και θα γίνει αποχρωματισμός του διαλύματος του KΜnO 4. Αυτό δεν θα συμβεί με τα προϊόντα υδρόλυσης του αιθανικού αιθυλεστέρα. Όξινη υδρόλυση: HCOO + Η 2 O + H COOCH 2 + Η 2 O HCOOΗ + OH + H COOΗ + CH 2 OH Οξείδωση των προϊόντων της υδρόλυσης: 5 HCOOΗ + 2 KΜnO H 2 SO 4 5 CO 2 + K 2 SO MnSO H 2 O 5 OH + 6 KΜnO H 2 SO 4 5 CO K 2 SO MnSO H 2 O Άλλη επιλογή είναι να γίνει αλογονοφορμική αντίδραση στα προϊόντα της υδρόλυσης. Μόνο η αιθανόλη αντιδρά δίνοντας κίτρινο ίζημα: CH 2 OH + 4 Ι ΝaOH HCOONa + CHI NaI + 5 H 2 O Γ2. Δίνεται το παρακάτω διάγραμμα χημικών διεργασιών. Με δεδομένο ότι η ένωση Θ αλλάζει το χρώμα όξινου διαλύματος Κ 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 Με όξινη υδρόλυση (εναλλακτικά: σαπωνοποίηση) των εστέρων και επεξεργασία των προϊόντων με όξινο διάλυμα KΜnO 4. Τα προϊόντα της υδρόλυσης του μεθανικού μεθυλεστέρα θα οξειδωθούν και θα γίνει αποχρωματισμός του διαλύματος του KΜnO 4. Α: HC CH Β: H 2 C=CH 2 Γ: CH 2 Cl Δ: CH 2 MgCl Ε: CHO Z: CH CH 2 OMgCl Θ: CH CH 2 OΗ

4 Γ3. Oμογενές μίγμα δύο κορεσμένων μονοσθενών αλκοολών (Α) και (Β) μάζας 44,4 g χωρίζεται σε τρία ίσα μέρη. Στο 1ο μέρος προσθέτουμε περίσσεια Na, οπότε ελευθερώνονται 2,24 L αερίου σε πρότυπες συνθήκες (stp). Στο 2ο μέρος προσθέτουμε περίσσεια SOCl 2 και στα οργανικά προϊόντα που προκύπτουν επιδρούμε με Μg σε απόλυτο αιθέρα. Στην συνέχεια προσθέτουμε νερό, οπότε προκύπτει ένα (1) μόνο οργανικό προϊόν. Στο 3ο μέρος προσθέτουμε διάλυμα Ι 2 /NaOH, οπότε καταβυθίζονται 0,05 mol κίτρινου ιζήματος. Να προσδιορίσετε τον συντακτικό τύπο και την ποσότητα σε mol της κάθε αλκοόλης στο αρχικό μίγμα. Δίνονται: Αr(Η) = 1, Αr(C) = 12, Αr(O) = 16 Μονάδες 12 Από τις διεργασίες που γίνονται στο 2ο μέρος προκύπτει ότι οι αλκοόλες Α και Β είναι ισομερείς, αφού προκύπτει ένα μόνο οργανικό προϊόν, το αλκάνιο RH. Δηλαδή: ROH + SOCl 2 RCl + SO 2 + HCl απόλ. αιθέρα RCl + Mg RMgCl RMgCl + Η 2 O RH + Mg(OH)Cl Θεωρούμε ότι στο αρχικό μίγμα υπάρχουν α mol της αλκοόλης Α (ROH) και β mol της αλκοόλης Β (R OH). Άρα στο 1ο μέρος θα υπάρχουν α/3 mol και β/3 mol, αντίστοιχα. Από την αντίδραση με το Na: ROH + Na RONa + ½ Η 2 (1) Τα mol του Η 2 είναι 2,24 / 22,4 = 0,2 mol. R OH + Na R ONa + ½ Η 2 (2) Από τις εξισώσεις (1) και (2) ισχύει: α/3 + β/3 = 0,2 mol => α + β = 0,6 mol. Μπορεί τώρα να υπολογιστεί η Μr των ισομερών αλκοολών: Μr = 44,4 / 0,6 = 74. Οπότε από C v H 2v+2 O => 14v + 18 = 74 => v = 4. Άρα οι αλκοόλες έχουν μοριακό τύπο C 4 H 9 OH. Από την διεργασία του 3ου μέρους η μία ισομερής αλκοόλη δίνει την αλογονοφορμική αντίδραση. Από τις αλκοόλες με μοριακό τύπο C 4 H 9 OH μόνο η 2-βουτανόλη δίνει κίτρινο ίζημα σε αναλογία mol 1:1. Επομένως στο 3ο μέρος υπάρχουν 0,05 mol 2-βουτανόλης. Άρα στο αρχικό μίγμα θα υπάρχουν 0,15 mol. Η άλλη αλκοόλη θα είναι η 1- βουτανόλη (εξαιτίας των διεργασιών του 2ου μέρους). Η ποσότητά της θα είναι 0,6 0,15 = 0,45 mol. Τελικά στο αρχικό μίγμα υπάρχουν: 0,45 mol 1-βουτανόλης και 0,15 mol 2-βουτανόλης. ΘΕΜΑ Δ Σε πέντε δοχεία περιέχονται τα επόμενα διαλύματα: διάλυμα ΝaΝΟ 3 0,1 M (Y1) διάλυμα ΝΗ 3 0,1 M (Y2) διάλυμα ΗCl 0,1 M (Y3) διάλυμα ΝaΟΗ 0,1 M (Y4) διάλυμα ΝΗ 4 Cl 0,1 M (Y5) Δ1. Nα βρείτε ποιο διάλυμα περιέχεται σε κάθε δοχείο με βάση τα δεδομένα του παρακάτω πίνακα: Δοχείο 1 pη Δοχείο pη περιέχεται: HCl 0,1 M NH 4 Cl 0,1 M NaNO 3 0,1 M NH 3 0,1 M (Y3) (Y5) (Y1) (Y2) NaOH 0,1 M (Y4)

5 Δ2. Το κυριότερο όξινο συστατικό του ξινισμένου γάλακτος είναι το γαλακτικό οξύ: ΟH α. Για την ογκομέτρηση 10 ml ξινισμένου γάλακτος απαιτούνται 5 ml διαλύματος ΝaΟΗ 0,1 Μ. Να υπολογίσετε την συγκέντρωση του γαλακτικού οξέος στο ξινισμένο γάλα (κανένα άλλο συστατικό του γάλακτος δεν αντιδρά με ΝaΟΗ). (μονάδες 3) Εξουδετέρωση του γαλακτικού οξέος: CH(OH)COOH + NaOH CH(OH)COONa + H 2 O. Ισχύει: η oξ = η βασ => c oξ V oξ = c βασ V βασ => c oξ = 0, => c oξ = 0,05 Μ Για την διαπίστωση του OH μπορεί να γίνει αντίδραση με όξινο διάλυμα KΜnO 4 οπότε θα γίνει αλλαγή χρώματος του διαλύματος του KΜnO 4 4. (Μπορεί να γίνει και με αλογονοφορμική π.χ. Ι 2 + ΝaΟΗ, οπότε θα σχηματιστεί κίτρινο ίζημα). 5 CH(OH)COOH + 2 KΜnO H 2 2SO 4 5 CΟ-COOH + K 2 SO MnSO H 2 O Δ3. Με ποια αναλογία όγκων πρέπει να αναμείξουμε το διάλυμα Υ4 (ΝaOH) με το διάλυμα Υ5 (ΝΗ 4 Cl), ώστε να προκύψει ρυθμιστικό διάλυμα (Υ6) με ph = 9; Έστω ότι είναι V α ο όγκος του διαλύματος του άλατος NH 4 Cl και Vβ ο όγκος του ΝαΟΗ. Με την ανάμειξη των διαλυμάτων γίνεται η αντίδραση: (mol) NH 4 Cl + ΝαΟΗ αρχικά 0,1 V α 0,1 V β αντ/σχημ 0,1 V β τελικά 0,1(V α V β ) Στο διάλυμα Υ6 οι συγκεντρώσεις θα είναι: [NH 4+ ] = 0,1(V α V β )/ V α + V β (Μ) και [NH 3 ] = 0,1 V β / V α + V β (Μ). Επειδή το διάλυμα Υ6 είναι ρυθμιστικό με ph = 9, με βάση την εξίσωση των ρυθμιστικών διαλυμάτων: ph = pk a + log [NH 3 ]/[NH 4+ ] διαπιστώνεται ότι χρειάζεται η pk a του NH 4+. Άρα πρέπει να υπολογιστεί η K b της ΝΗ 3 ή η Κ a του NH 4+. Από τα δεδομένα, το διάλυμα της ΝΗ 3 (Υ2) έχει ph = 11. pη = 11 <=> [Η 3 Ο + ] = <=> [ΟΗ-] = Κ w /[Η 3 Ο + ] = 10-3 Μ. Επομένως K b ΝΗ 3 (10-3 ) 2 / 0,1 => K b ΝΗ 3 = Οπότε και Κ a του NH + 4 = Κ w / K b ΝΗ 3 = Αντικαθιστώντας στην εξίσωση ph = pk a + log [NH 3 ]/[NH 4+ ] προκύπτει [NH 3 ] = [NH 4+ ] => 0,1 V β = 0,1(V α V β ) => 2 V β = V α => CH CH 3 COOH β. Να προτείνετε από μία εργαστηριακή δοκιμασία για την ανίχνευση της καρβοξυλομάδας και της υδροξυλομάδας του γαλακτικού οξέος. (Να γράψετε τις σχετικές χημικές εξισώσεις). (μονάδες 2) Για την διαπίστωση του COOH αρκεί αντίδραση με ανθρακικό αλάτι, οπότε εκλύεται CO 2 : CH(OH)COOH + NaΗCO 3 CH(OH)COONa + H 2 O + CO 2 0,1 V β V β / V α = 1/2 NH 3 + Η 2 Ο + 0,1 V β 0,1 V β NaCl Μονάδες 9

6 Δ4. Σε ίσους όγκους V διαλυμάτων Υ2 (ΝΗ 3 0,1 Μ) Υ4 (ΝaΟΗ 0,1 Μ) Υ6 (ΝΗ 3 / ΝΗ 4 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 αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Μονάδες 6 Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. 14 Δίνονται: = 10 καιθθ = 25 C. Κw Με βάση τα προηγούμενα δεδομένα, το αρχικό ph του διαλύματος Υ2 είναι 11. Σε V L του διαλύματος της ΝΗ 3 προστίθενται χ L νερού, ώστε το ph από 11 να μειωθεί και να γίνει 10. Η αρχική συγκέντρωση c 1 της ΝΗ 3 είναι 0,1 Μ. Όταν το ph γίνει 10, η νέα συγκέντρωση c 2 της ΝΗ 3 θα υπολογιστεί από: Kb ΝΗ 3 (10-4 ) 2 / c 2 => c 2 = 10-3 M. Από την σχέση της αραίωσης c 1 V = c 2 V 2 προκύπτει ότι V 2 = 100 V. Επομένως τα χ L νερού είναι: 100 V - V = 99 V χ = 99 V. Το διάλυμα του NaOH (Υ4) έχει συγκέντρωση c 3 = 0,1 Μ και αρχικό ph 13. Με προσθήκη νερού το ph θα γίνει 12. Επειδή το NaOH είναι ισχυρή βάση και διίσταται πλήρως, στο αραιωμένο διάλυμα η συγκέντρωση c 4 του ΝaΟΗ θα είναι 10-2 Μ. Από την σχέση της αραίωσης c 3 V = c 4 V 4 προκύπτει ότι V 4 = 10 V. Επομένως τα ψ L νερού είναι: 10 V - V = 9 V. ψ = 9 V. Επειδή το Υ6 είναι ρυθμιστικό διάλυμα έχει ως ένα χαρακτηριστικό ότι μπορεί να αραιωθεί μέσα σε κάποια όρια χωρίς πρακτική μεταβολή του ph του. Επομένως, για να μεταβληθεί το ph του Υ6 κατά μία μονάδα, θα χρειαστεί μεγαλύτερη ποσότητα νερού από τις αντίστοιχες για τα διαλύματα Υ4 και Υ2. Τελικά: ψ < χ < ω.