14 Ιουνίου 2013 ΧΗΜΕΙΑ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Απαντήσεις Θεμάτων Επαναληπτικών Πανελληνίων Εξετάσεων Ημερησίων Γενικών Λυκείων Περιεχόμενα ΘΕΜΑ Α... 1 Α1. Β... 1 Α2. Γ... 1 Α3. Δ... 1 Α4. Α... 1 Α5. Α.... 2 Α5. Β.... 2 ΘΕΜΑ Β... 2 Β1.... 2 Β2.... 3 Β3.... 3 ΘΕΜΑ Γ.... 4 Γ1.... 4 Γ2.... 5 ΘΕΜΑ Δ.... 5 Δ1.... 5 Δ2.... 6 Δ3.... 6 Δ4.... 6 Δ5.... 7 ΘΕΜΑ Α Α1. β Α2. γ Α3. δ Α4. α 1
Α5. α. 1. Τα ατομικά τροχιακά έχουν διαφορετικές ενέργειες μεταξύ τους, ενώ τα υβριδικά τροχιακά έχουν όλα την ίδια ενέργεια (π.χ. τα s και p διαφορετική ενέργεια, ενώ τα sp3 και τα 4 έχουν ίδια ενέργεια), 2. Τα ατομικά έχουν διαφορετική μορφή από τα υβριδικά τροχιακά (π.χ. τα s είναι σφαρικά, τα p έχουν σχήμα ομοαξονικών ίσων λοβών ενώ τα sp3 είναι ομοαξονικοί άνισοι λοβοί), 3. Τα ατομικά τροχιακά έχουν διαφορετικό προσανατολισμό στο χώρο από τα υβριδικά τροχιακά που προκύπτουν από το συνδυασμό τους. Α5. β. 1. Ο βαθμός ιοντισμού ενός ασθενούς οξέος εξαρτάται από τη θερμοκρασία, τη φύση του ηλεκτρολύτη, τη φύση του διαλύτη, τη συγκέντρωση του διαλύματος και την παρουσία κοινού ιόντος, ενώ η σταθερά ιοντισμού εξαρτάται μόνο από τη θερμοκρασία, 2. Ο βαθμός ιοντισμού αποτελεί ένα μέτρο της ισχύος του οξέος με την προϋπόθεση όμως ότι η σύγκριση των οξέων γίνεται κάτω από τις ίδιες συνθήκες θερμοκρασίας και συγκέντρωσης, στον ίδιο διαλύτη και χωρίς παρουσία κοινού ιόντος. Αντίθετα η σταθερά ιοντισμού ενός ασθενούς οξέος αποτελεί ένα μέτρο της ισχύος του οξέος, για μια ορισμένη θερμοκρασία, ανεξάρτητα από τις άλλες συνθήκες π.χ. συγκέντρωση οξέος κλπ., 3. Ακόμη η σταθερά ιοντισμού ενός ασθενούς οξέος έχει μονάδες ενώ ο βαθμός ιοντισμού είναι καθαρός αριθμός. ΘΕΜΑ Β Β1. α. Λάθος Μια κορεσμένη μονοσθενής αλκοόλη, όπου εκατέρωθεν του άνθρακα που φέρει το -ΟΗ βρίσκονται τριτοταγή άτομα άνθρακα ομοίως δεν μπορεί να αφυδατωθεί προς αλκένιο. Επίσης μια κορεσμένη μονοσθενής πρωτοταγής αλκοόλη, που δίπλα στον άνθρακα που φέρει το -ΟΗ έχει τριτοταγές άτομα άνθρακα ομοίως δεν μπορεί να αφυδατωθεί προς αλκένιο. CH 3 π.χ. CH 3 CCH 2 CH 3 Άρα η μεθανόλη δεν είναι η μοναδική κορεσμένη μονοσθενής αλκοόλη που δεν μπορεί να αφυδατωθεί προς αλκένιο. 2
β. Σωστό αντίδραση υποκατάστασης εστεροποίηση γ. Λάθος Αν το στοιχείο Α ανήκει στην ομάδα των αλκαλικών γαιών σχηματίζει οξείδιο με χημικό τύπο ΑΟ. δ. Σωστό ΝΗ 4 F ΝΗ 4 F - ΝΗ 4 Η 2 Ο ΝΗ 3 H 3 O F - H 2 O HF ΟΗ K a (ΝΗ 4 ) = Κ W / K b (NH 3 ) = 10 14 /10-5 = 10-9 K b (F - ) = Κ W / K a (HF)= 10 14 /10-4 = 10-10 K a (ΝΗ 4 ) > K b (F - ) => [H 3 O ] > [ΟΗ ] Το υδατικό διάλυμα ΝΗ 4 F είναι όξινο. ε. Λάθος To ΝΗ 4 δρα ως οξύ κατά Brönsted-Lowry, ΝΗ 4 Η 2 Ο ΝΗ 3 H 3 O Β2. 6C 1s 2 2s 2 2p 2 1Η 1s 1 Mε βάση την ηλεκτρονιακή δομή ατόμου 6 C και ατόμων 1 Η στη θεμελιώδη κατάσταση o μοριακός τύπος που αναμέναμε είναι της μορφής CΗ 2, με δύο σ δεσμούς μεταξύ των δύο p τροχιακών του 6 C που φέρουν μονήρη ηλεκτρόνια και των s τροχιακών δύο ατόμων 1 Η. Ωστόσο ο μοριακός αυτός τύπος διαφέρει από το μοριακό τύπο της αντίστοιχης ένωσης, δηλαδή του μεθανίου CΗ 4, που απαντάται στη φύση, λόγω του υβριδισμού των ατομικών τροχιακών του 6 C. Έτσι έχουμε σχηματισμό τεσσάρων σ δεσμών με επικάλυψη τεσσάρων sp 3 υβριδικών τροχιακών του 6 C με τέσσερα s τροχιακά των ατόμων 1 Η. Β3. Μπορούμε να διακρίνουμε την CH 3 ΟΗ από τις άλλες αλκοόλες, καθώς αυτή έχει τρία στάδια οξείδωσης. Με περίσσεια KMnO 4 παρουσία Η 2 SO 4 μετατρέπεται από μεθανάλη σε μεθανικό οξύ και τελικά σε αέριο CO 2. Το διοξείδιο του άνθρακα αν διαβιβαστεί στη συνέχεια σε διάλυμα Ca() 2 (ασβεστόνερο) προκαλεί θόλωμα λόγω του σχηματισμού του λευκού ιζήματος CaCO 3. 5CH 3 6KMnO 4 9Η 2 SO 4 5CO 2 6MnSO 4 3K 2 SO 4 19H 2 O 3
Μπορούμε να διακρίνουμε την CH 3 CH 2 με προσθήκη I 2 / Na καθώς είναι η μόνη πρωτοταγής αλκοόλη που δίνει την αλογονοφορμική αντίδραση οδηγώντας στο σχηματισμό κίτρινου ιζήματος (CHΙ 3 ). CH 3 CH 2 4I 2 6Na CHΙ 3 ΗCOONa 5NaI 5H 2 O H CH 3 CH 2 CH 2 δεν σχηματίζει κίτρινο ίζημα με προσθήκη I 2 / Na, ενώ με περίσσεια KMnO 4 παρουσία Η 2 SO 4 οξειδώνεται, αποχρωματίζει το διάλυμα του οξειδωτικού και προκύπτει όξινο διάλυμα (CH 3 CH 2 CΟ) χωρίς έκλυση αερίου. 5CH 3 CH 2 CH 2 4KMnO 4 Η 2 SO 4 5CH 3 CH 2 CΟ2MnSO 4 2K 2 SO 4 11H 2 O Θέμα Γ. Γ1. α. Α: ΗCOOCH 2 CH 2 CH 3 Β: ΗCOONa Γ: CH 3 CH 2 CH 2 Δ: CH 3 CH 2 CH=O Ε: CH 3 CH 2 CHCO O ǁ Z: CH 3 CH 2 CHCO β. i. ΗCOOCH 2 CH 2 CH 3 Na ΗCOONa CH 3 CH 2 CH 2 ii.6ηcoona2k 2 Cr 2 O 7 11Η 2 SΟ 4 6CO 2 2Cr 2 (SO 4 ) 3 2K 2 SO 4 3Na 2 SO 4 14H 2 O iii. CH 3 CH 2 CH=O ΗCN CH 3 CH 2 CHCN 2H 2 O/H CH 3 CH 2 CHCO NH 3 iv. O ǁ 5CH 3 CH 2 CHCO2KMnO 4 3Η 2 SΟ 4 5CH 3 CH 2 CCO2MnSO 4 K 2 SO 4 8H 2 O 4
Γ2. C ν H 2ν2 Ο, Χ και Ψ, αλκοόλες ή αιθέρες Έστω x mol Χ με μοριακό τύπο C ν H 2ν2 Ο και x mol Ψ με μοριακό τύπο C κ H 2κ2 Ο (ισομοριακά), όπου ν κ 18,4 g = x (14v 18) g x (14κ 18) g 1 Εξετάζουμε τις ακόλουθες περιπτώσεις: (α) Αν και οι δύο, Χ και Ψ είναι αλκοόλες: C ν H 2ν2 Ο Na C ν H 2ν1 ΟNa 1/2 Η 2 x mol x/2 mol C κ H 2κ2 Ο Na C κ H 2κ1 ΟNa 1/2 Η 2 x mol x/2 mol x/2 mol x/2 mol = x mol = 2,24 L/22,4 L/mol = 0,1 mol 1 => 18,4 =0,1 (14v 18) g 0,1 (14κ 18) => v κ = 10,57 απορρίπτεται (β) Αν μόνο η Χ αλκοόλη: C ν H 2ν2 Ο Na C ν H 2ν1 ΟNa 1/2 Η 2 x mol x/2 mol x/2 mol = 2,24 L/22,4 L/mol = 0,1 mol => x = 0,2 mol 1 => 18,4 =0,2 (14v 18) g 0,2 (14κ 18) => v κ = 4 Για αιθέρα ισχύει κ 2 και επειδή ν κ, απορρίπτεται το ν=κ=2 Συνεπώς για κ=3 => ν=1 δηλαδή Χ: CH 3 Ψ: CH 3 OCH 2 CH 3 ή Χ: CH 3 OCH 2 CH 3 Ψ: CH 3 Θέμα. 1. Στο ισοδύναμο σημείο n Na = n HA = 0,02V mol (mol) Na HA NaA H 2 O 5
αρχ: 0,02V 0,02V αντ/παρ: -0,02V -0,02V 0,02V 0,02V τελ - 0,02V 0,02V c NaA = 0,02V mol / 2V L = 0,01 M NaA Na A - 0,01 M 0,01 M 0,01 M A - H 2 O HA ΟΗ αρχ: 0,01 ιοντ/παρ: -x x x ιοντ. ισ. 0,01 - x x x ph = 8 => = 6 => [ΟΗ ] = x= 10-6 K b = x 2 / 0,01 - x 10-12 / 0,01 = 10-10 K a HA = Κ W / K b = 10 14 /10-10 = 10-4 K a HA =10-4 2. Όταν αραιώνεται με Η 2 Ο σε δεκαπλάσιο όγκο το διάλυμα Β γίνεται cb τελ = cb αρχ /10, υποδεκαπλασιάζεται η συγκέντρωση. Επίσης εφόσον κατά την αραίωση το ph του διαλύματος μεταβάλλεται κατά μία μονάδα, αυξάνεται δηλαδή κατά μία μονάδα θα έχουμε ph αρχ = 2 => [H 3 O ] αρχ = 10-2 ph τελ = 3 => [H 3 O ] τελ = 10-3 => [H 3 O ] τελ = [H 3 O ] αρχ /10 και αφού όταν υποδεκαπλασιάζεται η συγκέντρωση υποδεκαπλασιάζεται η [H 3 O ], το οξύ ΗΒ είναι ισχυρό άρα ΗΒ H 2 O H 3 O Β - cb αρχ M cb αρχ M cb αρχ M ph αρχ = 2 => cb αρχ = [H 3 O ] αρχ = 10-2 Μ 3. K a HΓ = α 2 c = (0,01) 2 0,1 = 10-5 cb αρχ =10-2 Μ Επομένως τα οξέα ΗΑ, ΗΒ, ΗΓ κατά σειρά αυξανόμενης ισχύος έχουν ως εξής: 4. ΗΓ < ΗΑ < ΗΒ K a HA = α αρχ2 c αρχ 1 6
K a HA = α τελ2 c τελ 2 όμως α τελ = 2α αρχ, άρα από 1 και 2 α αρχ2 c αρχ = α τελ2 c τελ => α αρχ2 c αρχ = 4α αρχ 2 c τελ => c τελ = c αρχ /4 = όμως c αρχ V αρχ = c τελ V τελ => c αρχ 0,1 L = c αρχ /4 V τελ => V τελ = 0,4 L και V Η2Ο = V τελ - V αρχ = 0,4 L - 0,1 L = 0,3 L ή 300 ml 5. cha αρχ VHA αρχ = cha τελ VHA τελ => cha τελ = 0,02 M 0,6 L/ 1 L = 0,012 M chγ αρχ VHΓ αρχ = chγ τελ VHΓ τελ => chγ τελ = 0,1 M 0,4 L/ 1 L = 0,04 M (M) HA H 2 O H 3 O A - αρχ: 0,012 ιοντ/παρ: -y y y ιοντ. ισ. 0,012 - y y y (M) HΓ H 2 O H 3 O Γ - αρχ: 0,04 ιοντ/παρ: -ω ω ω ιοντ. ισ. 0,04 - ω ω ω [H 3 O ] = y ω K aha = 10-4 => (y ω) y/0,012 - y = 10-4 => (y ω) y / 0,012 10-4 3 K ahγ = 10-5 => (y ω) ω/0,04 - ω= 10-5 => (y ω) ω / 0,04 10-5 4 Από τις 3 και 4 => οπότε [H 3 O ] = 4 10-3,5 y = 3ω ω = 10-3,5 και y = 3 10-3,5 7