Χημεία Γ Λυκείου. Στέφανος Γεροντόπουλος, Σταυρούλα Γκιτάκου, Μαρίνος Ιωάννου

Transcript

1 Χημεία Γ Λυκείου Στέφανος Γεροντόπουλος, Σταυρούλα Γκιτάκου, Μαρίνος Ιωάννου ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΘΕΜΑ Α 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: A1. Κατά τη διάρκεια της αντίδρασης με χημική εξίσωση: 2SO 2 (g) + O 2 (g) 2SO 3 (g) α. Η συγκέντρωση του O 2 αυξάνεται β. Ο ρυθμός κατανάλωσης του SO 2 είναι ίσος με το ρυθμό παραγωγής του SO 3 γ. Η συγκέντρωση του SO 3 αυξάνεται με σταθερό ρυθμό δ. Ο ρυθμός μεταβολής της συγκέντρωσης του SO 3 είναι ίσος με την ταχύτητα αντίδρασης. A2. Σε κενό δοχείο σταθερού όγκου και θερμοκρασίας εισάγονται 2α mol NO και α mol O 2 και αποκαθίσταται η χημική ισορροπία με χημική εξίσωση: 2NO(g) + O 2 (g) 2 NO 2 (g) Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι λανθασμένη: α. κατά τη διάρκεια της αντίδρασης τα mol του ΝΟ είναι διπλάσια από τα mol του Ο 2 β. κατά τη διάρκεια της αντίδρασης ο ρυθμός μεταβολής της συγκέντρωσης του ΝΟ 2 είναι διπλάσιος από το ρυθμό μεταβολής της συγκέντρωσης του Ο 2 γ. αν στο μίγμα ισορροπίας εισάγουμε ποσότητα αδρανούς αερίου δεν θα επηρεαστεί η θέση της χημικής ισορροπίας. δ. Η πίεση του μίγματος των αερίων στην ισορροπία είναι μεγαλύτερη της αρχικής. A3. Αν στην ισορροπία με χημική εξίσωση: 2A(g) + B(s) η Kc έχει μονάδα μέτρησης mol/l η τιμή του x είναι : α. 1 β. 2 γ. 3 δ. 4 Γ(g) + xδ(g) A4. Στο ισοδύναμο σημείο της ογκομέτρησης διαλύματος HF με πρότυπο διάλυμα NaOH ισχύει ότι α. [H 3 O + ] [OH - ] β. [H 3 O + ] [OH - ] γ. [H 3 O + ] = [OH - ] δ. το διάλυμα έχει κίτρινο χρώμα. 1

2 A5. Σε ποιο από τα παρακάτω υδατικά διαλύματα, που βρίσκονται στην ίδια θερμοκρασία, θα παρατηρηθεί αύξηση της τιμής του ph, αν προσθέσουμε διάλυμα HCl 0,1 M; α. Διάλυμα NH 3 0,1 M β. Διάλυμα HCN 0,1 M γ. Διάλυμα HNO 3 0,1 M δ. Διάλυμα H 2 SO 4 0,1 M. ΘΕΜΑ Β Β1. Να χαρακτηρίσετε καθεμία από τις παρακάτω προτάσεις ως Σωστή (Σ) ή Λανθασμένη (Λ), αιτιολογώντας πλήρως την απάντησή σας. i. Αν η αντίδραση με χημική εξίσωση: 2A(g) + B(s) Γ(g) έχει ΔΗ = -30 Kj/mol και Ea = 45 Kj/mol τότε η η αντίδραση με χημική εξίσωση έχει Ea = 15 Kj/mol ΛΑΝΘΑΣΜΕΝΗ: Ea = 75 Kj/mol Γ(g) 2A(g) + B(s) ii. Η δράση των ενζύμων είναι αποτελεσματικότερη σε θερμοκρασίες μεγαλύτερες των 50 ο C. ΛΑΝΘΑΣΜΕΝΗ: Τα ένζυμα χάνουν την καταλυτική τους δράση σε υψηλές θερμοκρασίες. iii. Θεωρώντας ως δεδομένο ότι αύξηση της θερμοκρασίας κατά 10 ο C τριπλασιάζει την ταχύτητα μίας αντίδρασης η αύξηση της θερμοκρασίας κατά 30 ο C θα κάνει την ταχύτητα της αντίδρασης εννέα φορές μεγαλύτερη. ΛΑΝΘΑΣΜΕΝΗ: υ(τελικη) = 3 3 υ(αρχικη) = 27 υ(αρχικη) iv. Δεν μπορούμε να αυξήσουμε την ταχύτητα της αντίδρασης: Zn(s) + CuSO 4 (aq) ZnSO 4 (aq) + Cu(s) διατηρώντας τη θερμοκρασία σταθερή. ΛΑΝΘΑΣΜΕΝΗ: Μπορούμε να την αυξήσουμε με περισσότερους του ενός τρόπους όπως για παράδειγμα χρησιμοποιώντας ψευδάργυρο με μεγαλύτερη επιφάνεια επαφής δηλαδή ψευδάργυρο σε μικρότερους κόκκους. Μονάδες 4 x 2 Β2. Σε δοχείο έχει αποκατασταθεί η ισορροπία με χημική εξίσωση: C(s) + H 2 O(g) CO(g) + H 2 (g) Διατηρώντας σταθερή τη θερμοκρασία αυξάνουμε τον όγκο του δοχείου και αυτό έχει ως αποτέλεσμα: i. στην νέα χημική ισορροπία τα mol του Η 2 να είναι: α. περισσότερα β. λιγότερα γ. όσα και τα αρχικά. Επιλέξτε τη σωστή απάντηση και αιτιολογήστε την επιλογή σας. Η χημική ισορροπία μετατοπίζεται προς τα δεξιά αφού Δn(αερίων) = 1 άρα τα mol(h 2 ) αυξάνονται. ii. στην νέα χημική ισορροπία η συγκέντρωση του CO να είναι: α. μεγαλύτερη β. μικρότερη γ.ίση με την αρχική. Επιλέξτε τη σωστή απάντηση και αιτιολογήστε την επιλογή σας. 2

3 Η χημική ισορροπία μετατοπίζεται προς τα δεξιά αφού Δn(αερίων) = 1, τα mol(co) αυξάνονται όμως η [CO] μειώνεται λόγω της αύξησης του όγκου του δοχείου. iii. η απόδοση της προς τα δεξιά αντίδρασης να: α. αυξηθεί β. μειωθεί γ. μη μεταβληθεί. Επιλέξτε τη σωστή απάντηση και αιτιολογήστε την επιλογή σας. Η χημική ισορροπία μετατοπίζεται προς τα δεξιά αφού Δn(αερίων) = 1 οπότε η απόδοση της προς τα δεξιά αντίδρασης αυξάνεται. Μονάδες 3 x 2 Β3. Δίνονται τα υδατικά διαλύματα που βρίσκονται στους 25 ο C: διάλυμα του ασθενούς οξέος RCOOH, διάλυμα Δ 1, διάλυμα του άλατος RCOOK, διάλυμα Δ 2. Αν τα δύο διαλύματα έχουν ίσες συγκεντρώσεις και τιμές ph που διαφέρουν κατά 5 μονάδες στους 25 ο C να βρείτε τη κοινή συγκέντρωση των δύο διαλυμάτων. Μπορούν να γίνουν όλες οι γνωστές προσεγγίσεις, Kw = mol / L RCOOH + Η 2 Ο RCOO - + Η 3 Ο + Αρχικά C - - Ιοντίζονται x - - Παράγονται - x x Τελικά C - x x x Ka = x x C - x x 2 ή Ka = ή Ka = C - x x 2 C (1) mol / L RCOOK RCOO - + Κ + Αρχικά C - - Τελικά - C C mol / L RCOO - + Η 2 Ο RCOΟΗ + ΟΗ - Αρχικά C - - Ιοντίζονται y - - Παράγονται - y y Τελικά C - y y y Kb = Kw Ka ή Kb = ph(rcooh) = ph(rcook) - 5 ή logx = -logz - log10 5 ή logx = -log10 5 z ή x = 10 5 z (3) Στο διάλυμα Δ 2 ισχύει: y y C - y [H 3 O + ][OH - ] = ή y z = ή y = /z (4) Από τις σχέσεις 1,2,3 και 4 βρίσκουμε C = 0,01 M. y 2 ή Kb = ή Kb = C - y y 2 C (2) 3

4 Β4. Δίνονται τα υδατικά διαλύματα, που βρίσκονται στους 25 o C: Διάλυμα ΗΝΟ 3, διάλυμα Δ 1, διάλυμα HF, διάλυμα Δ 2, τα οποία έχουν ίσους όγκους και την ίδια τιμή ph. Αραιώνουμε ποσότητα από καθένα από τα Δ 1 και Δ 2 με ίσο όγκο νερού οπότε παρασκευάζονται τα διαλύματα Δ 3 και Δ 4 αντίστοιχα. Να συγκρίνετε: i. τις συγκεντρώσεις των διαλυμάτων Δ 1 και Δ 2. mol / L ΗΝΟ 3 + Η 2 Ο - ΝΟ 3 + Η 3 Ο + Αρχικά C(ΗΝΟ 3 ) - - Ιοντίζονται - C(ΗΝΟ 3 ) C(ΗΝΟ 3 ) mol / L HF + Η 2 Ο F - + Η 3 Ο + Αρχικά C(HF) - - Ιοντίζονται x - - Παράγονται - x x Τελικά C(HF) - x x x ph(ηνο 3 ) = ph(hf) ή -logc(ηνο 3 ) = -logx ή C(ΗΝΟ 3 ) = x < C(HF) ii. τις τιμές ph των διαλυμάτων Δ 3 και Δ 4, Με την αραίωση με ίσο όγκο νερού οι συγκεντρώσεις των δύο οξέων γίνονται: C(ΗΝΟ 3 )(τ) = C(ΗΝΟ 3 )/2 και C(HF)(τ) = C(HF)/2. mol / L ΗΝΟ 3 + Η 2 Ο - ΝΟ 3 + Η 3 Ο + Αρχικά C(ΗΝΟ 3 )(τ) - - Ιοντίζονται - C(ΗΝΟ 3 )(τ) C(ΗΝΟ 3 )(τ) mol / L HF + Η 2 Ο F - + Η 3 Ο + Αρχικά C(HF)(τ) - - Ιοντίζονται y - - Παράγονται - y y Τελικά C(HF)(τ) - y y y Προφανώς ph(δ 3 ) = -logc(ηνο 3 )(τ) = -logc(ηνο 3 )/2 > -logy = ph(δ 4 ) iii. τα mol του Η 3 Ο + στα διαλύματα Δ 1 και Δ 3, mol(η 3 Ο + )(Δ 1 ) = mol(η 3 Ο + )(Δ 3 ) γιατί και στα δύο διαλύματα ιοντίζεται όλη η ποσότητα του ΗΝΟ 3 αφού είναι ισχυρό οξύ. iv. τα mol του Η 3 Ο + στα διαλύματα Δ 2 και Δ 4. Με την αραίωση η θέση της ιοντικής ισορροπίας του ασθενή ηλεκτρολύτη HF μετατοπίζεται προς τα δεξιά οπότε mol(η 3 Ο + )(Δ 2 ) < mol(η 3 Ο + )(Δ 4 ) Να θεωρήσετε ότι γίνονται οι προσεγγίσεις όπου απαιτείται. Μονάδες 4 x 1,5 4

5 ΘΕΜΑ Γ Γ1. Σε κενό δοχείο σταθερού όγκου εισάγονται ποσότητες αερίων Α,Β και πραγματοποιείται αντίδραση με χημική εξίσωση: Α(g) + 2Β(g) 2Γ(g) + 3Δ(g) Το παρακάτω διάγραμμα απεικονίζει τη μεταβολή της συγκέντρωσης δύο από τις ουσίες που συμμετέχουν στην αντίδραση: C(M) 1,2 1,0 0,8 0,6 καμπύλη 2 0,4 0,2 καμπύλη 1 i. Να βρείτε σε ποιες ουσίες αντιστοιχούν οι καμπύλες 1 και 2. Από την στοιχειομετρία της αντίδρασης βρίσκουμε ότι η καμπύλη 1 απεικονίζει τη μεταβολή της συγκέντρωσης του αντιδρώντος Α και η καμπύλη 2 αυτή του προϊόντος Γ. Μονάδες 3 ii. Να υπολογίσετε τη μέση ταχύτητα της αντίδρασης. iii. 0 U ΜΕΣΗ = ΔC(Γ) Δt ή U ΜΕΣΗ = 1 2 Να υπολογίσετε τις συγκεντρώσεις των Α, Β, Γ και Δ τις χρονικές στιγμές 0 και 8 min. Aπό το διάγραμμα έχουμε: Α Β Γ Δ t = 0 min 0,8 M 0,8 M 0 0 t = 8 min 0,4 M 0 M 0,8 M 1,2 M Μονάδες 3 Μονάδες 8 x 0,5 Γ2. Σε κενό δοχείο σταθερού όγκου εισάγονται 8 mol CO 2 και 8 mol NO και αποκαθίσταται η ισορροπία σύμφωνα με τη χημική εξίσωση: CO 2 (g) + NO(g) CO(g) + NO 2 (g) Η θερμοκρασία είναι ίση με θ ο 1 C και στη θερμοκρασία αυτή η ισορροπία έχει Kc = 2,25 i. Να βρείτε τη σύσταση του μίγματος στην ισορροπία. mol CO 2 (g) + NO(g) CO(g) + NO 2 (g) Αρχικά Αντιδρούν x x - - Παράγονται - - x x X.I 8 - x 8 - x x x Στην χημική ισορροπία έχουμε: t(min) 0,8-0 8 ή U ΜΕΣΗ = 0,05 mol/l min 5

6 x x Κc = [CO][NO 2 ] [CO 2 ][NO] ή Κc = 8 - x 8 - x ή x = 4,8 mol ii. Άρα η σύσταση του μίγματος στη Χ.Ι είναι: Mol(CO 2 ) = 3,2 Mol(NO) = 3,2 Mol(CO) = 4,8 Mol(NO 2 ) = 4,8 Να υπολογίσετε την απόδοση της αντίδρασης. a = x 4,8 ή a = ή a = 0,6 n 8 Μονάδες 4 x 1 Μονάδες 2 iii. Πόσα mol NO 2 πρέπει να προσθέσουμε στο δοχείο, με σταθερή θερμοκρασία, ώστε μετά την αποκατάσταση της νέας χημικής ισορροπίας στο δοχείο να υπάρχουν ίσα mol NO και CO. Έστω n τα mol του NO 2 πρέπει να προσθέσουμε στο δοχείο. Η χημική ισορροπία θα μετατοπισθεί προς τα αριστερά: mol CO 2 (g) + NO(g) CO(g) + NO 2 (g) Αρχικά 3,2 3,2 4,8 4,8 + n Αντιδρούν - - y y Παράγονται y y - - X.I 3,2 + y 3,2 + y 4,8 - y 4,8 + n - y Προφανώς 3,2 + y = 4,8 y ή 2y = 1,6 ή y = 0,8 mol Από την έκφραση της Kc βρίσκουμε: n Κc = [CO][NO 2 ] [CO 2 ][NO] ή Κc = 4 4 ή n = 5 mol Μονάδες 6 iv. Μετά την αποκατάσταση της παραπάνω χημικής ισορροπίας εισάγουμε στο δοχείο ποσότητα CO 2 και την ίδια χρονική στιγμή μειώνουμε τη θερμοκρασία στους θ 2 ο C. Αν οι ποσότητες των υπολοίπων ουσιών στο δοχείο παραμένουν αμετάβλητες να εξηγήσετε αν η προς τα δεξιά αντίδραση είναι ενδόθερμη ή εξώθερμη. Για να παραμείνουν οι ποσότητες των υπολοίπων ουσιών στο δοχείο αμετάβλητες μετά την προσθήκη του CO 2 θα πρέπει η μείωση της θερμοκρασίας να μετατοπίζει την θέση της χημικής ισορροπίας προς τα αριστερά άρα η αντίδραση με φορά προς τα δεξιά είναι ενδόθερμη. Μονάδες 3 6

7 ΘΕΜΑ Δ Διαθέτουμε διάλυμα του ασθενούς οξέος ΗΑ 0,1Μ διάλυμα Δ 1. Δ1. Να υπολογίσετε το ph του διαλύματος Δ 1. Στο διάλυμα έχουμε τον ασθενή ηλεκτρολύτη ΗΑ: mol / L HΑ + Η 2 Ο Α - + Η 3 Ο + Αρχικά C(ΗΑ) Ιοντίζονται x - - Παράγονται - x x Τελικά C(HΑ) 1 - x x x Από την έκφραση της Ka λαμβάνοντας προσεγγίσεις βρίσκουμε x = 10-3 M οπότε ph = 3. Μονάδες 3 Δ2. Πόσα ml νερού πρέπει να προσθέσουμε σε 200 ml του Δ 1 για να σχηματιστεί διάλυμα Δ 2 στο οποίο το ΗΑ θα έχει διπλάσιο βαθμό ιοντισμού σε σχέση με το Δ 1. a o = x ή a 10-3 o = ή a o = 10-2 οπότε a τ = C 0,1 mol / L HΑ + Η 2 Ο Α - + Η 3 Ο + Αρχικά C(ΗΑ) Ιοντίζονται a τ C(ΗΑ) Παράγονται - a τ C(ΗΑ) 2 a τ C(ΗΑ) 2 Τελικά C(HΑ) 2 - a τ C(ΗΑ) 2 a τ C(ΗΑ) 2 a τ C(ΗΑ) 2 Από την έκφραση της Ka λαμβάνοντας προσεγγίσεις βρίσκουμε C(ΗΑ) 2 = 0,025 Μ n ΑΡΧΙΚΑ = n ΤΕΛΙΚΑ ή C ΑΡΧΙΚH ΑΡΧΙΚΟΣ = C ΤΕΛΙΚΗ ΤΕΛΙΚΟΣ ή ΤΕΛΙΚΟΣ = 0,8 L άρα (H 2 O) = 600 ml Μονάδες 4 Δ3. Σε 500 ml του Δ 1 προσθέτουμε μερικές σταγόνες δείκτη ΗΔ. Αν στο διάλυμα ισχύει η σχέση [ΗΔ] = 10 3 [Δ - ] να υπολογίσετε τη σταθερά ιοντισμού του ΗΔ. Για τον δείκτη ΗΔ ισχύει: [Δ-] ph = pka + log [ΗΔ] ή 3 = pka + log10-3 ή pka = 6 ή Ka = 10-6 Μονάδες 4 Δ4. Σε 400 ml του Δ 1 προσθέτουμε 600 ml διαλύματος ασθενούς οξέος ΗΒ 0,05 Μ, διάλυμα Δ 3 και 9 L νερού οπότε προκύπτει διάλυμα Δ 4. Να υπολογίσετε: i. Τη συγκέντρωση των Η 3 Ο + στο διάλυμα Δ 4. Αναμιγνύονται διαλύματα ουσιών που δεν αντιδρούν οπότε: n ΑΡΧΙΚΑ = n ΤΕΛΙΚΑ ή C ΑΡΧΙΚΗ ΑΡΧΙΚΟΣ = C ΤΕΛΙΚΗ ΤΕΛΙΚΟΣ C(HA) = 0,004 Μ C(HB)= 0,003 Μ 7

8 mol / L HΑ + Η 2 Ο Α - + Η 3 Ο + Αρχικά C(ΗΑ) - - Ιοντίζονται y - - Παράγονται - y y Τελικά C(HΑ) - y y y + z mol / L HB + Η 2 Ο B - + Η 3 Ο + Αρχικά C(ΗB) - - Ιοντίζονται z - - Παράγονται - z z Τελικά C(HΑ) - z z y + z Από την έκφραση της Ka(HA) για το ασθενές οξύ HA και της Ka(HΒ) για το ασθενές οξύ HΒ βρίσκουμε, κάνοντας τις κατάλληλες προσεγγίσεις, y + z = M. ii. Το βαθμό ιοντισμού του ΗΒ στο Δ 4. Από την έκφραση της Ka(HΒ) για το ασθενές οξύ HΒ αντικαθιστώντας το y + z με M βρίσκουμε z = M οπότε ο βαθμός ιοντισμού του ΗΒ στο Δ 4 είναι: x a = ή a = ή a = 0,1 C(ΗΒ) Μονάδες Δ5. Σε 2 L του Δ 1 προσθέτουμε 1 L διαλύματος Ca(OH) 2 0,04 M, διάλυμα Δ 5 και 4 L διαλύματος NaOH 0,005 M, διάλυμα Δ 6 οπότε προκύπτει διάλυμα Δ 7. Να υπολογίσετε το ph του διαλύματος Δ 7. Έχουμε ανάμιξη διαλυμάτων ουσιών που αντιδρούν μεταξύ τους. Βρίσκουμε τα mol της καθεμιάς: mol ΗΑ = 0,1 2 = 0,2 mol Ca(OH) 2 = 0,04 1 = 0,04 mol NaOH = 0,005 4 = 0,02 Η ποσότητα του ασθενούς οξέος ΗΑ επαρκεί για την πλήρη εξουδετέρωση και του Ca(OH) 2 και του NaOH: mol 2HA + Ca(OH) 2 CaA 2 + 2H 2 O Αρχικά 0,2 0, Αντιδρούν 0,08 0, Παράγονται - - 0,04 0,04 Τελικά 0,12-0,04 0,04 mol HA + NaA NaA + H 2 O Αρχικά 0,12 0, Αντιδρούν 0,02 0, Παράγονται - - 0,02 0,02 Τελικά 0,10-0,02 0,02 Στο διάλυμα που προκύπτει έχουμε το ασθενές οξύ HA, το άλας CaA 2 και το άλας NaA με συγκεντρώσεις: 8

9 C(HA) 3 = 0,10 7 C(CaA 2 ) = 0,04 7 C(NaA) = 0,02 7 M M M mol / L CaA 2 2A - + Ca +2 Αρχικά C(CaA 2 ) - - Τελικά - 2C(CaA 2 ) C(CaA 2 ) mol / L NaA A - + Na + Αρχικά C(NaA) - - Τελικά - C(NaA) C(NaA) mol / L HΑ + Η 2 Ο Η 3 Ο + + Α - Αρχικά C(ΗΑ) Ιοντίζονται k - - Παράγονται - k k Τελικά C(HΑ) - k k k + 2C(CaA 2 ) + C(NaA) Από την έκφραση της Ka λαμβάνοντας προσεγγίσεις βρίσκουμε k = 10-5 M οπότε ph = 5. Μονάδες Δίνονται Ka(HA) = 10-5, Ka(HΒ) = , Κw = 10-14, και από τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπονται οι γνωστές προσεγγίσεις. ΕΥΧΟΜΑΣΤΕ ΕΠΙΤΥΧΙΑ!!!! 9