ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ΧΗΜΕΙΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ Θέματα και Απαντήσεις

Transcript

1 ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 208 ΧΗΜΕΙΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ Θέματα και Απαντήσεις Επιμέλεια: Ομάδα Χημικών

2 Παρασκευή, Ιουνίου 208 ΧΗΜΕΙΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ Για τις προτάσεις Α έως και Α5 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της πρότασης και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή επιλογή. Α. Ποια από τις παρακάτω ενώσεις δίνει την αντίδραση Fehling; α. CH3CCH2CH3 γ. CH3CH2COOH O β. CH3CH2CHO δ. HC CCH3 Μονάδες 5 ΑΠΑΝΤΗΣΗ: β Α2. Πολλές ουσίες με σημαντική φαρμακευτική δράση μπορεί να δημιουργήσουν ζεύγη συζυγών οξέων-βάσεων. Ποιο από τα παρακάτω ζεύγη αποτελεί συζυγές ζεύγος οξέος-βάσης; α. H2CO3/CO3 2- β. HCO3 - /CO3 2- γ. H3O + /OH - δ. H3PO4/PO4 3- Μονάδες 5 ΑΠΑΝΤΗΣΗ: β Α3. Ποιο από τα παρακάτω υδατικά διαλύματα είναι όξινο (θ=25c): α. CH3NH2(aq) β. KNO3(aq) γ. (CH3)2NH2Cl(aq) δ. CH3COONa(aq) Μονάδες 5 ΑΠΑΝΤΗΣΗ: γ Α4. Δίνεται η ένωση: H H H-C-C=C-C C-H H H 2

3 Η ένωση περιλαμβάνει τον ακόλουθο αριθμό σ (σίγμα) και π (πι) δεσμών: α. 0σ, 2π β. 9σ, 5π γ. 9σ, π δ. 0σ, 3π Μονάδες 5 ΑΠΑΝΤΗΣΗ: δ Α5. Δίνεται η ένωση γλυκερόλη (,2,3-προπανοτριόλη), η οποία αποτελεί την πρώτη ύλη για την παρασκευή του εκρηκτικού νιτρογλυκερίνη. β CH2OH α CHOH β CH2OH Ποιοι αριθμοί οξείδωσης αντιστοιχούν στα άτομα άνθρακα α και β; ΑΠΑΝΤΗΣΗ: δ Μονάδες 5 Β. Δίνονται τα στοιχεία 2Mg (μαγνήσιο) και 5Β (βόριο). α. Να βρείτε την περίοδο και την ομάδα στην οποία ανήκει κάθε στοιχείο. (μονάδες 2) β. Να αιτιολογήσετε ποιο από αυτά έχει μεγαλύτερη ατομική ακτίνα. (μονάδες 2) Έστω Χ ένα από τα δύο στοιχεία. Δίνονται οι πέντε πρώτες ενέργειες ιοντισμού του στοιχείου Χ: Εi = 800 kj/mol, Εi2 = 2427 kj/mol, Εi3 = 3659 kj/mol, Εi4 = kj/mol, Εi5 = kj/mol γ. Να εξηγήσετε ποιο από τα δύο στοιχεία (Mg ή B) είναι το στοιχείο Χ. (μονάδες 3) δ. Σε ποια υποστιβάδα βρίσκεται το ηλεκτρόνιο που απομακρύνεται ευκολότερα από το χημικό στοιχείο Χ; (μονάδα ) ε. Να εξηγήσετε γιατί Εi < Εi2. (μονάδες 2) Μονάδες 0 ΑΠΑΝΤΗΣΗ α. 2Mg: s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3

4 Ανήκει στην 3 η περίοδο και 2 η ομάδα του Περιοδικού Πίνακα. 5Β: s 2 2s 2 2p Ανήκει στην 2 η περίοδο και 3 η ομάδα του Περιοδικού Πίνακα. β. Το Mg έχει μεγαλύτερη ατομική ακτίνα έχει διότι βρίσκεται πιο κάτω και πιο αριστερά στον Π.Π. αυτό συμβαίνει διότι το Μg έχει περισσότερες στιβάδες (nmax=3) με e - και μικρότερο ΔΠΦ.( κατά προσέγγιση το φορτίο του πυρήνα ελαττωμένο κατά το φορτίο των εσωτερικών στιβάδων). γ. Εi < Εi2 < Εi3 << Εi4 < Εi5 Αφού ισχύει Εi3 << Εi4 συμπεραίνουμε ότι στον 4 ο ιοντισμό του στοιχείου Χ παρατηρείται απώλεια δομής ευγενούς αερίου. Το στοιχείο Χ είναι το Β: Β 3+ (g) Β 4+ (g) + e -, Εi4 s 2 s δ. Κατά τον ο ιοντισμό του Β το απομακρύνεται e - από την υποστιβάδα 2p. ε. Β(g) Β + (g) + e -, Εi Β + (g) Β 2+ (g) + e -, Εi2 Αποσπάται πιο δύσκολα e - από θετικά φορτισμένο ιόν, απ ότι από ουδέτερο άτομο, οπότε Εi < Εi2 Β2. Μια βιομηχανική μέθοδος παρασκευής της μεθανόλης είναι η υδρογόνωση του μονοξειδίου του άνθρακα σύμφωνα με την αντίδραση: CO(g) + 2H2(g) CΗ3OH(g), ΔΗ<O Στο διάγραμμα δίνονται οι καμπύλες αντίδρασης των δύο αντιδρώντων: α. Σε ποιο αντιδρών αντιστοιχεί κάθε καμπύλη; (μονάδα ) β. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. (μονάδες 2) 4

5 γ. Στο ακόλουθο διάγραμμα δίνεται η μεταβολή της συγκέντρωσης της μεθανόλης, συναρτήσει του χρόνου σε δύο διαφορετικές θερμοκρασίες Τ και Τ2 με τις υπόλοιπες συνθήκες σταθερές. i. Να αιτιολογήσετε ποια θερμοκρασία είναι μεγαλύτερη. (μονάδες 3) ii. Με βάση το διάγραμμα, εξηγήστε γιατί υπάρχει διαφορά στους χρόνους αποκατάστασης της ισορροπίας στις δύο θερμοκρασίες. (μονάδες 3) Μονάδες 9 ΑΠΑΝΤΗΣΗ α) Η καμπύλη () αντιστοιχεί στο Η2 και η καμπύλη (2) αντιστοιχεί στο CO. β) α τρόπος (mol) CO(g) + 2H2(g) CΗ3OH(g) αρχικά x y αντιδρούν ω 2ω παράγονται - - ω Χ.Ι. x-ω y-2ω ω Έχουμε στη Χ.Ι. όταν C CO = C H2 Επομένως y > x x ω = y 2ω β τρόπος Η μεταβολή της συγκέντρωσης είναι διπλάσια στην καμπύλη () απ ότι στην καμπύλη (2). Άρα σύμφωνα με τους στοιχειομετρικούς συντελεστές η καμπύλη () αντιστοιχεί στο Η2 και η καμπύλη (2) αντιστοιχεί στο CO. γ) i. Τ2 > Τ γιατί στη θερμοκρασία Τ2 η ισορροπία μετατοπίζεται προς αριστερά (δηλαδή προς την κατεύθυνση που απορροφάται θερμότητα) άρα η ποσότητα της CΗ3OH ελαττώνεται. ii. Η αύξηση θερμοκρασίας προκαλεί πάντα αύξηση της ταχύτητας, οπότε το σύστημα οδηγείται συντομότερα σε κατάσταση χημικής ισορροπίας. 5

6 Β3. Για την απολύμανση των πληγών χρησιμοποιείται υδατικό διάλυμα υπεροξειδίου του υδρογόνου Η2Ο2 (aq), το οποίο διασπάται σύμφωνα με την αντίδραση: Η2Ο2 (aq) 2Η2Ο(l) + Ο2 (g), ΔΗ = -96 kj αντίδραση () Η ίδια αντίδραση μπορεί να πραγματοποιηθεί καταλυτικά με την προσθήκη σταγόνων υδατικού διαλύματος ΚI(aq) σύμφωνα με τη χημική εξίσωση KI (aq) Η2Ο2 (aq) 2Η2Ο(l) + Ο2(g) αντίδραση (2) α. Να εξηγήσετε αν η κατάλυση είναι ομογενής ή ετερογενής (μονάδες 2) β. Ποιο από τα ακόλουθα 4 διαγράμματα περιγράφει ορθότερα τις αντιδράσεις () και (2); (μονάδα ) γ. Να εξηγήσετε την απάντησή σας. (μονάδες 3) ΑΠΑΝΤΗΣΗ Μονάδες 6 α) Η κατάλυση είναι ομογενής, αφού καταλύτης (ΚI(aq)) και το καταλυόμενο σύστημα (Η2Ο2 (aq)) βρίσκονται στην ίδια φάση. β) Σωστό είναι το σχήμα 3. 6

7 γ) Η αντίδραση έχει ΔΗ=-96kJ, δηλαδή είναι εξώθερμη, οπότε τα προϊόντα έχουν μικρότερη ενέργεια από τα αντιδρώντα. Η χρήση καταλύτη προκαλεί μείωση της ενέργειας ενεργοποίησης (Εa) της αντίδρασης. Γ. Δίνεται το μονοακόρεστο ελαϊκό οξύ: ή πιο σύντομα: CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH το οποίο είναι το οξύ σε μεγαλύτερη αναλογία στο παρθένο ελαιόλαδο. Αυτό μπορεί να αντιδράσει με διάφορα αντιδραστήρια. Στο παρακάτω διάγραμμα σας δίνονται τα αντιδραστήρια ή προϊόντα: α. Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών προϊόντων Α,Β,Γ,Δ,Ε,Ζ,Θ,Ι,Κ,Λ και να βρείτε τα αντιδραστήρια Χ και Ψ. (μονάδες 2) β. Ποιο από τα παραπάνω αντιδραστήρια χρησιμοποιείται για έναν απλό εργαστηριακό έλεγχο ακορεστότητας; (μονάδα ) γ. Να γραφεί η πλήρης αντίδραση της ένωσης Μ με το KMnO 4/H + για να παραχθεί η ένωση Ε. (μονάδες 3) δ. Να εξηγήσετε αν η ένωση Ε δίνει την ιωδοφορμική αντίδραση. (μονάδα ) ε. Γράψτε ένα από τα πιθανά προϊόντα της αντίδρασης, καθώς και την αντίστοιχη ασταθή ένωση από την οποία έχει προέλθει. (μονάδες 2) 2Ο CH3(CH2)7CC(CH2)7COOH + Η2Ο Η ΗgSO 4 /H2SO4 Μονάδες 9 7

8 ΑΠΑΝΤΗΣΗ α. A: CH3(CH2)7CH-CH(CH2)7COOH Βr Br ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 208 B: CH3(CH2)7C C(CH2)7COONa Γ: CH3(CH2)7CH2-CH2(CH2)7COONa Δ: CH3(CH2)7CH2-CH2(CH2)7COOΗ E: CH3(CH2)7CH2C(CH2)7COOH O Ζ: CH3(CH2)7CH2CΗ(CH2)7COOH CN CH3 Θ: CH3(CH2)7CH2C(CH2)7COOH OMgBr CH3 Ι: CH3(CH2)7CH2C(CH2)7COOH OΗ K: CH3(CH2)7CH2CΗ(CH2)7COOH COOH Λ: CH3(CH2)7CH2-CH2(CH2)7COOCH2CH3 Αντιδραστήριο Χ: Η2Ο Αντιδραστήριο Ψ: ΗCl β. Το διάλυμα Br2 σε CCl4. γ. 5CH3(CH2)7CH2CΗ(CH2)7COOH+2ΚΜnO4+3H2SO4 5CH3(CH2)7CH2C(CH2)7COOH+K2SO4+2MnSO4+8H2O OΗ O δ. Η ένωση Ε δε δίνει την αλογονοφορμική αντίδραση γιατί δεν είναι μεθυλοκετόνη. ε. CH3(CH2)7C C(CH2)7COOH+ Η2Ο Hg/HgSO 4 H2SO 4 CH3(CH2)7C=CH(CH2)7COOH CH3(CH2)7C-CH(CH2)7COOH OΗ Ο ασταθής ένωση 8

9 Γ2. Σε 4g ελαϊκού οξέος προσθέτουμε 800ml διαλύματος Br2 σε CCl4 με C=M και προκύπτει το διάλυμα Δ. α. Πόσα g του προϊόντος προσθήκης παράγονται; (μονάδες 3) β. Να βρεθεί ο όγκος του αερίου C2H4 μετρημένος σε STP που πρέπει να προστεθεί στο διάλυμα Δ ώστε να αποχρωματιστεί το διάλυμα. (μονάδες 3) Δίνονται: Mr ελαϊκού οξέος=282 και Ar(Br)=80. ΑΠΑΝΤΗΣΗ n ελαϊκού οξέος = m M r = = 0,5mol n Br2 = CV = 0,8 = 0,8mol Μονάδες 6 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH + Br2 CH3(CH2)7CHCH(CH2)7COOH (mol) Br Br αρχικά 0,5 0,8 αντιδρούν 0,5 0,5 παράγονται - - 0,5 τελικά - 0,3 0,5 α. m προϊόντος = n M r = 0,5 442 = 22g CH2=CH2 + Br2 CH2-CH2 Br Br ;0,3mol 0,3mol β. V C2 H 4 (STP) = 0,3 22,4 = 6,72L Δ. Το CH4 είναι το κύριο συστατικό του φυσικού αερίου και έχει πολλές χρήσεις. Ένας τρόπος σύνθεσής του περιγράφεται με την ακόλουθη αντίδραση: C(s) + 2H2(g) CH4(g) Σε κλειστό δοχείο όγκου 0L εισάγονται ισομοριακές ποσότητες C(s) και H2(g), οπότε σε θερμοκρασία Τ αποκαθίσταται η παραπάνω ισορροπία με σταθερά Κc=0,. Η απόδοση της αντίδρασης είναι 50%. Να υπολογίσετε τα αρχικά mol των αντιδρώντων που εισήχθησαν στο δοχείο. Μονάδες 6 9

10 ΑΠΑΝΤΗΣΗ (mol/l) C(s) + 2H2(g) CH4(g) αρχικά x x αντιδρούν y 2y παράγονται - - y Χ.Ι. x-y x-2y y A=50% α = 0,5 α = 2y x = 0,5 x = 4y Κ c = [CH 4 ] [H 2 ] 2 = y 0 ( x 2y 0 ) 2 = y 0 ( 2y 0 ) 2 0, = Οι αρχικές ποσότητες είναι: 00mol C και 00mol H2. y 0 4y 2 4y = y = 25 x = Δ2. Μία από τις χρήσεις του CH4(g) είναι η παρασκευή του τοξικού αερίου υδροκυανίου (ΗCN), το οποίο συντίθεται σύμφωνα με την αντίδραση: _CH4(g) + _NH3(g) +_O2(g) _HCN(g)+_H2O(g) α. Να μεταφέρετε τη χημική εξίσωση στο τετράδιό σας συμπληρώνοντας τους συντελεστές. (μονάδες 3) β. Ποσότητα αερίου HCN απομονώνεται και χρησιμοποιείται για την παρασκευή ισομοριακής ποσότητας μεθανικού νατρίου (HCOONa). Το HCOONa διαλύεται σε νερό και παρασκευάζεται διάλυμα Δ όγκου 2L. Από το διάλυμα Δ λαμβάνεται ποσότητα 20mL η οποία ογκομετρείται με πρότυπο διάλυμα HCl (aq) συγκέντρωσης 0,2Μ. Η καμπύλη ογκομέτρησης δίνεται παρακάτω: Το σημείο Ο είναι το ισοδύναμο σημείο της ογκομέτρησης. i) Να προσδιορίσετε τη συγκέντρωση του ογκομετρούμενου διαλύματος. (μονάδες 2) ii) Με βάση την καμπύλη ογκομέτρησης να αποδείξετε ότι η Κa του ΗCOOH είναι 0-4. (μονάδες 3) iii) Να υπολογίσετε το ph στο ισοδύναμο σημείο. (μονάδες 2) iv) Στον ακόλουθο πίνακα δίνονται τέσσερις πιθανοί δείκτες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό του τελικού σημείου της ογκομέτρησης. 0

11 Να επιλέξετε τον καταλληλότερο δείκτη (μονάδα ) και να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. (μονάδες 2) Δείκτης Περιοχή ph αλλαγής χρώματος Κυανούν της θυμόλης,7-3,2 Ερυθρό του Κογκό 3,0-5,0 Κυανούν της βρωμοθυμόλης 6,0-7,6 Ερυθρό της κρεσόλης 7,2-8,8 v) Να υπολογίσετε τον όγκο του αερίου HCN (σε L μετρημένο σε STP), το οποίο χρησιμοποιήθηκε για την παρασκευή του διαλύματος Δ. (μονάδες 3) Μονάδες 6 ΑΠΑΝΤΗΣΗ α. 2CH4(g) + 2NH3(g) + 3O2(g) 2HCN(g) + 6H2O(g) β. i) Κατά την ογκομέτρηση πραγματοποιείται η αντίδραση: HCΟONa + HCl HCΟOH + NaCl Από τη στοιχειομετρία της αντίδρασης έχουμε: n n C V C V C 0,02 0,2 0, 02 HCOONa HCl C HCOONa 0,2M HCOONa HCOONa HCl HCl HCOONa ii) n n 3 HCOONa CHCOONa VHCOONa 0,2 0, HCl CHCl VHCl 0,2 0,0 2 0 mol mol (mol) HCl + HCOOΝa HCOOH + NaCl αρχικά αντιδρούν παράγονται τελικά Vτελ.=0,03L 2 0 C HCOONa 0,03 C C HCOOH ΝaCl 3 Μ Μ 0, Μ 0,03

12 (Μ) NaCl Na + + Cl - τελικά Tα ιόντα Νa +, Cl - δεν αντιδρούν με μόρια Η2Ο, διότι προέρχονται από ισχυρούς ηλεκτρολύτες. (M) HCOONa HCOO - + Na + τελικά (M) αρχικά HCOOH + Η2Ο HCOO- + H3O + x ιοντίζονται παράγονται - x x ισορροπία -x x+ x ph 4 [H O ] M x 0 4 M x(x ) K α x Επειδή x x K x α x K α x K α 0 4 iii) n n 3 HCOONa CHCOONa VHCOONa 0,2 0, HCl CHCl VHCl 0,2 0, mol mol (mol) HCl + HCOOΝa HCOOH + NaCl αρχικά αντιδρούν παράγονται τελικά Vτελ.=0,04L 2

13 C C HCOOH ΝaCl ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ ,Μ 0, ,Μ 0,04 (Μ) NaCl Na + + Cl - τελικά 0, 0, 0, Tα ιόντα Νa +, Cl - δεν αντιδρούν με μόρια Η2Ο, διότι προέρχονται από ισχυρούς ηλεκτρολύτες. (M) HCOOH + Η2Ο HCOO- + H3O + αρχικά 0, ιοντίζονται ω παράγονται - ω ω ισορροπία 0,-ω ω ω 2 ω K α(hcooh) 0, ω K K α , ω 0, 0, 2,5 [Η Ο ] 0 M ph 2, 3 5 α 2 ω 0, 0 4 ω 0 2,5 M iv) Καταλληλότερος δείκτης είναι το κυανούν της θυμόλης, γιατί το ph στο ισοδύναμο σημείο περιέχεται στην περιοχή αλλαγής χρώματος του δείκτη. v) n HCOONa (Δ) CHCOONa VHCOONa 0,2 2 0,4mol n HCΝ V STP HCN n HCΝ V m 0,4 22,4 V STP HCN 8,96L Δ3. Στο υδατικό διάλυμα του HCOONa έχει αποκατασταθεί η ισορροπία: HCOO - (aq) + H2O(l) HCOOH(aq) + OH - (aq) Να εξηγήσετε, χωρίς υπολογισμούς, τι επίδραση θα έχει στη συγκέντρωση των ιόντων του HCOO - της κατάστασης ισορροπίας: α. η προσθήκη μικρής ποσότητας HCl(g) β. η προσθήκη μικρής ποσότητας NaOH(s) γ. η αύξηση του όγκου του δοχείου. Μονάδες 3 Δίνεται ότι: Όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία θ=25 ο C. Kw=0-4 Tα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. ΑΠΑΝΤΗΣΗ 3

14 α. Το HCl διαλύεται και ιοντίζεται σύμφωνα με την: HCl + H2O H3O + + Cl - Τα H3O + αντιδρούν με τα ΟΗ - σύμφωνα με την H3O + + ΟΗ - H2O + H2O Συνεπώς η ισορροπία HCOO - (aq) + Η2Ο(l) HCOOΗ(aq) + ΟΗ- (aq) θα μετατοπιστεί προς τα δεξιά, άρα η [HCOO - ] θα ελαττωθεί. β. Το ΝaOH διαλύεται και διίσταται σύμφωνα με την: ΝaOH Na + + OH - Συνεπώς λόγω Ε.Κ.Ι. η ισορροπία HCOO - (aq) + Η2Ο(l) HCOOΗ(aq) + ΟΗ- (aq) θα μετατοπιστεί προς τα αριστερά, άρα η [HCOO - ] θα αυξηθεί. γ. Η αύξηση του όγκου δε θα έχει καμία επίδραση στη ισορροπία, αφού η συγκέντρωση των σωματιδίων της ισορροπίας δεν μεταβάλλονται. Άρα και η [HCOO - ] θα παραμείνει αμετάβλητη. ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ Τα σημερινά θέματα καλύπτουν όλο το φάσμα της εξεταστέας ύλης. Χαρακτηρίζονται από πρωτοτυπία, κλιμακούμενη δυσκολία και απαιτούν χρόνο για τη λύση τους. Οι καλά προετοιμασμένοι μαθητές, με την απαιτούμενη προσοχή, δε θα αντιμετωπίσουν δυσκολίες στη λύση τους. 4