ΤΑΞΗ: Γ ΓΕΝΙΚΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΣ: ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥ ΩΝ ΜΑΘΗΜΑ: ΧΗΜΕΙΑ ΘΕΜΑ Α Ηµεροµηνία: Κυριακή 17 Απριλίου 016 ιάρκεια Εξέτασης: ώρες ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ Α.1 α Α. γ Α. γ Α.4 δ Ο αριθµός των ηλεκτρονίων µε nl4 είναι ίσος µε 8 (υποστοιβάδες p και 4s) για όλα τα άτοµα που έχουν Ζ >19, αφού έχουν συµπληρωθεί αυτές οι υποστοιβάδες. Έτσι, δεν απαιτείται η συµπλήρωση της δοµής του στοιχείου για να επιλέξει τη σωστή απάντηση. Α.5 α ΘΕΜΑ Β Β.1 α-σ, β-λ, γ-λ, δ-λ, ε-σ Β. α Η ένωση Α έχει γενικό τύπο C ν H ν1 COOH µε ν 0. Επειδή δεν οξειδώνεται, δεν είναι το ΗCOOH, άρα θα είναι ν 1. Η ένωση Β δίνει την αλογονοφορµική αντίδραση, οπότε είναι της µορφής: C µ H µ1 CH(ΟΗ)CH µε µ 0 Επειδή κατά τη θέρµανση της Β παρουσία χαλκού, παράγεται καρβονυλική ένωση που δεν ανάγει το αντιδραστήριο Tollens, δηλαδή κετόνη, θα είναι τελικά µ 1 Η ένωση Γ είναι της µορφής C ν H ν1 COOCH(CH )C µ H µ1 και έχει πέντε άτοµα άνθρακα, αφού έχει µοριακό τύπο C 5 H Ο και προκύπτει η σχέση: ν1µ5 νµ Με βάση τα παραπάνω προκύπτει νµ 1 και προκύπτουν οι συντακτικοί τύποι: Α: CH COOH Β: CH CH(OH)CH Γ: CH COOCH(CH )CH Οι χηµικές εξισώσεις των αντιδράσεων που πραγµατοποιούνται, είναι: ΤΑ ΘΕΜΑΤΑ ΠΡΟΟΡΙΖΟΝΤΑΙ ΓΙΑ ΑΠΟΚΛΕΙΣΤΙΚΗ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΜΟΝΑ ΑΣ ΣΕΛΙ Α: 1 ΑΠΟ 1
CH COOH CH CH(OH)CH Η Η CH COOCH(CH )CH Η Ο CH CH(OH)CH 4Ι 6ΟΗ - CH COO - CHΙ 5Ι - 5Η Ο CH CH(OH)CH o Cu 00 C CH COCH Η β. Με την προσθήκη αφυδατικού µέσου στην ισορροπία: CH COOH (l) CH CH(OH)CH (l) CH COOCH(CH )CH (l) Η Ο (l) ελαττώνεται η συγκέντρωση του νερού και σύµφωνα µε την αρχή Le Chatelier η χηµική ισορροπία µετατοπίζεται προς την κατεύθυνση που παράγεται νερό, δηλαδή προς τα δεξιά, οπότε αυξάνει την απόδοση της παρασκευής του εστέρα. Β. α. ιάλυµα 1 NH 4 A NH 4 A - NH 4 H O NH H O Επειδή το pη του διαλύµατος είναι 7, πρέπει και το ιόν Α - να αντιδρά µε το νερό, σύµφωνα µε τη χηµική εξίσωση: Α - Η Ο ΗΑΟΗ -. Επίσης πρέπει να ισχύει b(a-) a (NH 4 ) -9 ώστε [ΟΗ - ] [Η Ο ]. Εποµένως το οξύ ΗΑ είναι ασθενές οξύ µε a -5 ιάλυµα Έστω n mol η ποσότητα του NaOH που περιέχεται στον όγκο των V ml. Εποµένως στον όγκο των Vml περιέχονται n mol NaOH. Αφού παρατηρείται η αλλαγή χρώµατος του διαλύµατος κατά την προσθήκη των Vml διαλύµατος NaOH θα ισχύει: n HB n NaOH n mol Τη στιγµή που έχουµε προσθέσει Vml του πρότυπου διαλύµατος NaOH στο διάλυµα ( ) του οξέος ΗΒ έχουµε: mol HB NaOH NaB H O αρχικά n n Αντ/παρ - n - n n τελικά n 0 n ηλαδή έχουµε ρυθµιστικό διάλυµα ΗΒ, NaΒ του οποίου τα συστατικά έχουν ίσα mol, άρα και ίσες συγκεντρώσεις. Εποµένως pηpκ a (HB) ή a (HB) -4. Έτσι ισχύει Κ a (HB)> a (HA) οπότε το οξύ ΗΒ είναι ισχυρότερο. ΤΑ ΘΕΜΑΤΑ ΠΡΟΟΡΙΖΟΝΤΑΙ ΓΙΑ ΑΠΟΚΛΕΙΣΤΙΚΗ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΜΟΝΑ ΑΣ ΣΕΛΙ Α: ΑΠΟ 1
β) a (HA)< a (HB) ή b (A - )> b (B - ). Αφού τα διαλύµατα έχουν την ίδια συγκέντρωση, οι βάσεις Α -, Β - είναι µονοπρωτικές και b (A - )> b (B - ) ισχύει: [ΟΗ - ] Α - > [ΟΗ - ] Β - οπότε pη NaA > pη NaB. Β.4 α. Το στοιχείο 4 Σ 1 έχει ηλεκτρονική δοµή: 1s s p 6 s p 6 d 4s 4p 4 και ανήκει στην 4 η περίοδο και 16 η οµάδα. Έστω Ζ 1, Ζ και Ζ οι ατοµικοί αριθµοί των στοιχείων Σ 1, Σ και Σ αντίστοιχα. Αφού ο ατοµικός αριθµός του Σ διαφέρει από αυτόν του Σ 1 κατά, θα διακρίνουµε περιπτώσεις: Αν ισχύει ότι Ζ Ζ 1 47, το στοιχείο Σ θα έχει την ηλεκτρονιακή δόµηση: 1s s p 6 s p 6 d 4s 4p 6 5s 1 και ανήκει στην 5 η περίοδο. Η περίπτωση αυτή απορρίπτεται, γιατί το Σ ανήκει σε διαφορετική περίοδο από το Σ 1. Άρα θα ισχύει: Ζ Ζ 1 4-1 και το Σ θα έχει την ηλεκτρονιακή δόµηση: 1s s p 6 s p 6 d 4s 4p 1 οπότε ανήκει στην 4 η περίοδο και στην 1 η οµάδα. Αφού το Σ ανήκει στην ίδια οµάδα µε το Σ 1, θα ανήκει στη 16 η οµάδα και επειδή έχει τη µικρότερη ατοµική ακτίνα από όλα τα στοιχεία της οµάδας αυτής, θα ανήκει στη η περίοδο. Αυτό συµβαίνει γιατί σε µια οµάδα του περιοδικού πίνακα η ατοµική ακτίνα ελαττώνεται από κάτω προς τα πάνω, αφού ελαττώνεται ο αριθµός των στιβάδων των στοιχείων της οµάδας. Με βάση τα παραπάνω, το Σ θα έχει δύο στιβάδες και δοµή τελευταίου ηλεκτρονίου p 4 αφού ανήκει στη 16 η οµάδα και η ηλεκτρονιακή του δοµή είναι: 1s s p 4 οπότε Ζ 8. Συνοπτικά, έχουµε: Ζ 1 και Ζ 8 Το Σ 1 ανήκει στην 16 η οµάδα και στην 4 η περίοδο Το Σ ανήκει στην 1 η οµάδα και στην 4 η περίοδο Το Σ ανήκει στην 16 η οµάδα και στην η περίοδο ΤΑ ΘΕΜΑΤΑ ΠΡΟΟΡΙΖΟΝΤΑΙ ΓΙΑ ΑΠΟΚΛΕΙΣΤΙΚΗ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΜΟΝΑ ΑΣ ΣΕΛΙ Α: ΑΠΟ 1
ΘΕΜΑ Γ Γ.1 α. β. Κατά µήκος µιας περιόδου του περιοδικού πίνακα η ατοµική ακτίνα των στοιχείων ελαττώνεται από αριστερά προς τα δεξιά. Αυτό είναι συνέπεια της αύξησης του ατοµικού αριθµού, οπότε και του δραστικού πυρηνικού φορτίου των ατόµων άρα και της ισχυρότερης έλξης των ηλεκτρονίων της εξωτερικής στιβάδας από τον πυρήνα. Όταν µεγαλώνει η ατοµική ακτίνα, αυξάνει και η µέση απόσταση του πιο µακρινού ηλεκτρονίου από τον πυρήνα, οπότε ελαττώνεται η έλξη του ηλεκτρονίου από τον πυρήνα µε αποτέλεσµα να µειώνεται η ενέργεια ιοντισµού. Από τα παραπάνω συµπεραίνουµε ότι: Το Σ 1 έχει µεγαλύτερη ενέργεια ιοντισµού από το Σ, γιατί βρίσκεται πιο δεξιά στην ίδια περίοδο: E i 1 (Σ 1 ) > E i 1 (Σ ) Το Σ έχει µεγαλύτερη ενέργεια ιοντισµού από το Σ 1, γιατί βρίσκεται πιο πάνω στην ίδια οµάδα: E i 1 (Σ ) > E i 1 (Σ 1 ) Τελικά έχουµε: E i 1 (Σ ) < E i 1 (Σ 1 ) < E i 1 (Σ ) Α: CH CH OH Β: CH CHO Γ: CH COOH : CH COOCH CH Ε: CH CH Cl Ζ: HCOONα Θ: CH CH CN Λ: HCOOCH CH β. Στην ένωση Θ που έχει συντακτικό τύπο CH CH C N το άτοµο άνθρακα που ενώνεται µε το άτοµο αζώτου (τριπλός δεσµός), έχει υβριδισµό sp. Τα άλλα δύο άτοµα άνθρακα, έχουν υβριδισµό sp. Γ. Τα ισοµερή αλκυλοβρωµίδια µε τύπο C H 7 Br είναι δύο: Το CH CH CH Br (προπυλοβρωµίδιο) και το CH CH(Br)CH (ισοπροπυλοβρωµίδιο) µε κοινή Mr 1 71 80 1 Έστω ότι έχουµε x mol από το κάθε ένα, αφού το µείγµα είναι ισοµοριακό. m m n Mr n Mr 1x 1x 46x m1 1 1 µειγµ 4,6 46x x 0, 1 mol Αντιδρούν και τα δύο αλκυλοβρωµίδια µε υδατικό διάλυµα NaOH ως εξής: ΤΑ ΘΕΜΑΤΑ ΠΡΟΟΡΙΖΟΝΤΑΙ ΓΙΑ ΑΠΟΚΛΕΙΣΤΙΚΗ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΜΟΝΑ ΑΣ ΣΕΛΙ Α: 4 ΑΠΟ 1
mol CH CH CH Br NaOH CH CH CH OH NaBr αρχικά 0,1 τελικά - 0,1 mol CH CH(Br)CH NaOH CH CH(OH)CH NaBr αρχικά 0,1 τελικά - 0,1 Οι ενώσεις που παράγονται, είναι οι αντίστοιχες αλκοόλες που αποτελούν το µείγµα Μ. Αφού το µείγµα Μ χωρίζεται σε δύο ίσα µέρη, το κάθε µέρος θα περιέχει 0,05 mol από την καθεµία αλκοόλη. α. Και οι δύο αλκοόλες οξειδώνονται από Cr O 7 ως εξής: CH CH CH ΟΗ Cr O 7 8H SO 4 CH CΗ CΟΟΗ Cr (SO 4 ) SO 4 11H O 0,1 Αντιδρούν 0,05 mol CH CH CH ΟΗ µε mol Cr O 7 CH CH(ΟΗ)CH Cr O 7 4H SO 4 CH CΟCΗ Cr (SO 4 ) SO 4 7H O 0,05 Αντιδρούν 0,05 mol CH CH(ΟΗ)CH µε mol Cr O 7 Τα συνολικά mol του Cr O 7 που απαιτούνται για την πλήρη οξείδωση του πρώτου µέρους, είναι: 0,1 0,05 nαπαιτ 0, 05 mol n n 0,05 c V V 0,5 L ή 50 ml V c 0, β. Κατά τη θέρµανση του δεύτερου µέρους µε Cu παράγονται οι αντίστοιχες καρβονυλικές ενώσεις: mol CH CH CH ΟΗ o Cu 00 C CH CH CHΟ Η αρχικά 0,05 τελικά - 0,05 0,05 mol CH CH(ΟΗ)CH o Cu 00 C CH CΟCH Η αρχικά 0,05 τελικά - 0,05 0,05 ΤΑ ΘΕΜΑΤΑ ΠΡΟΟΡΙΖΟΝΤΑΙ ΓΙΑ ΑΠΟΚΛΕΙΣΤΙΚΗ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΜΟΝΑ ΑΣ ΣΕΛΙ Α: 5 ΑΠΟ 1
ΘΕΜΑ Το µείγµα Μ που προκύπτει, περιέχει την προπανάλη και την προπανόνη. Από τις δύο αυτές ενώσεις, µόνο η προπανάλη ανάγει το φελίγγειο υγρό και δίνει ίζηµα Cu O, ως εξής: CH CH CHΟ CuSO 4 5NaOH CH CH COONa Cu O Na SO 4 H O Αντιδρούν 0,05 mol CH CH CHΟ και παράγονται 0,05 mol Cu O Άρα προκύπτουν 0,05 mol Cu O 1. Η αντίδραση που πραγµατοποιείται, φαίνεται παρακάτω: mol ΝH CuO N Cu H O αντιδρούν n περίσσεια - τελικά - n/ n/ Το αέριο που παράγεται είναι το Ν : n 1 0, n0, mol α. Το στερεό που παράγεται είναι ο Cu: n Cu n Vm, 4 n V,4 0, n Cu 0, mol β. Τα mol της ΝΗ που αντέδρασαν είναι n, όπως φαίνεται παραπάνω. Άρα αντέδρασαν: n 0, H mol ΤΑ ΘΕΜΑΤΑ ΠΡΟΟΡΙΖΟΝΤΑΙ ΓΙΑ ΑΠΟΚΛΕΙΣΤΙΚΗ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΜΟΝΑ ΑΣ ΣΕΛΙ Α: 6 ΑΠΟ 1
. Το διάλυµα Υ1 περιέχει NH συγκέντρωσης Cn/V0,/V mol/l V L δ. HCl C Μ Υ V L C M Υ δ. ΝH 4 Cl Ο ιοντισµός του ισχυρού οξέος HCl έχει ως εξής Το ΝH 4 Cl διίσταται ως εξής V L δ. HCl C HCl C/ Μ δ. ΝH 4 Cl C ΝH4Cl C/ Μ Το ιόν του ΝΗ 4 αντιδρά µε το Η Ο υπό την επίδραση κοινού ιόντος Η Ο από τον ιοντισµό του ΗCl mol/l ΗCl Η Ο Η Ο Cl - αρχικά C/ τελικά - C/ C/ mol/l ΝH 4 Cl ΝΗ 4 Cl - αρχικά C/ τελικά - C/ C/ mol/l ΝΗ 4 Η Ο ΝΗ Η Ο αρχικά C/ - C/ ιοντίζονται x - παράγονται - x x τελικά C/-x x C/ x Ο βαθµός ιοντισµού του ΝΗ n 4 είναι α n ιοντ αρχ ( H ( Η 4 4 ) x α (1) ) C ΤΑ ΘΕΜΑΤΑ ΠΡΟΟΡΙΖΟΝΤΑΙ ΓΙΑ ΑΠΟΚΛΕΙΣΤΙΚΗ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΜΟΝΑ ΑΣ ΣΕΛΙ Α: 7 ΑΠΟ 1
Για το ιόννη 4 ισχύει: [ H][ HO ] Κ a (NH 4 ) [ Η ] τη σχέση (1) έχουµε: 1 5C C 0,M 4 C C Κ a a Κ a a C C x ( x ) x C C x a και από Η ποσότητα της ΝΗ που διαβιβάστηκε στο δοχείο Α (0, mol), διαλύθηκε πλήρως στο νερό και δηµιουργείται διάλυµα Υ1 συγκέντρωσης C mol/l που όπως βρήκαµε είναι ίση µε 0, mol. V L δ. NH 0, Μ Υ1 Άρα C H n H V V L δ. HCl 0, M Υ V 0, 0, V 1L V L δ. ΝH 4 Cl C ΝH4Cl 0,V/V0,1 Μ Έχω ανάµειξη µε αντίδραση. Βρίσκω αρχικά τα mol του HCl και της ΝΗ και κάνω την αντίδραση. mol ΝΗ ΗCl ΝH 4 Cl αρχικά 0,V 0,V - αντιδρούν 0,V 0,V - παράγονται - - 0,V τελικά 0 0 0,V n H Βρίσκω τη C του ΝΗ 4 Cl: C H 4 Cl V Έχω πλέον ένα διάλυµα άλατος. 0, V V 4 Cl H Cl mol/l ΝH 4 Cl ΝΗ 4 Cl - αρχικά 0,1 τελικά - 0,1 0,1 Υ4 C 4 0,1M ΤΑ ΘΕΜΑΤΑ ΠΡΟΟΡΙΖΟΝΤΑΙ ΓΙΑ ΑΠΟΚΛΕΙΣΤΙΚΗ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΜΟΝΑ ΑΣ ΣΕΛΙ Α: 8 ΑΠΟ 1
V L mol/l ΝΗ 4 Η Ο ΝΗ Η Ο αρχικά 0,1 - ιοντίζονται ψ - παράγονται - ψ ψ τελικά 0,1-ψ ψ ψ a (NH 4 ) δ. NH 0, Μ Υ1 4 a (NH 4 ) w b( H ) [ H][ HO ] ψ ψ ψ [ Η ] 0,1 ψ 0,1 V L δ. ΝH 4 Cl 0, M Για την ΝH : C βασ 0,1 Μ Υ 0,1 a [H O ] 4 0,1a V L () δ. NH C NH 0,V/V0,1 Μ δ. ΝH 4 Cl C ΝH4Cl 0,V/V0,1 Μ Για το ΝΗ 4 Cl: C οξ 0,1 Μ Το παραπάνω σύστηµα αποτελεί ένα Ρυθµιστικό ιάλυµα Για το συζυγές ζεύγος ΝH - ΝΗ 4 ισχύει: w a (NH 4 ) b( H ) Αφού ισχύουν οι προσεγγίσεις, ισχύει η σχέση Henderson - Hasselbach ph 5 p a log C βάσης C οξέος 0, 1 ph 5 p a log 0,1 [H O ] 5 w a (NH 4 ) [ OH ] 5 w b( H ) ph 5 p a [OH - ] 5 b H ) () Γνωρίζουµε ότι για τα διαλύµατα Υ4 και Υ5 που παράγονται ισχύει ότι [H O ] 4 [OH - ] 5 και από τη σχέση () έχουµε: [H O ] 4 b H ) και από τη σχέση () βγαίνει ότι: 0,1 b H ) a ( ( ( Υ5 0,1 ( a (NH 4 ) b( H ) ) b w ( H ) 0,1 ( b H ) ) ( 14 b ( H ) 0,1 ( b H ) ) ( ΤΑ ΘΕΜΑΤΑ ΠΡΟΟΡΙΖΟΝΤΑΙ ΓΙΑ ΑΠΟΚΛΕΙΣΤΙΚΗ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΜΟΝΑ ΑΣ ΣΕΛΙ Α: 9 ΑΠΟ 1
. 1 L ( b H ) ) -15 b H ) -5 ( ( για το συζυγές οξύ ΝΗ 4 ισχύει: a (NH 4 ) ιάλυµα Υ4 [H O ] 4 ψ 0,1 a 0,1 9 ph 4 -log[h O ] 4 -log -5 ph 4 5 ιάλυµα Υ5 ph 5 p a ph 5 -log -9 ph 5 9 δ. ΝH 4 Cl C ΝH4Cl 0, Μ Υ δ. ΝaOH VL 0, M Είναι δεδοµένο ότι [OH - ] 8 [H O ] b( H ) w -5 14 5 ιάλυµα a (NH 4 ) -9 [OH - ] 8 [H O ]. Γνωρίζουµε επίσης ότι [H O ] [OH - ] w -14 8 [H O ] -14 [H O ] 14 - [H 8 O ] -11 και ph-log[h O ] -log -11 11 ΤΑ ΘΕΜΑΤΑ ΠΡΟΟΡΙΖΟΝΤΑΙ ΓΙΑ ΑΠΟΚΛΕΙΣΤΙΚΗ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΜΟΝΑ ΑΣ ΣΕΛΙ Α: ΑΠΟ 1
ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ: i) Έστω ότι έχω πλήρη αντίδραση µεταξύ NaOH και n NH 4 Cl δηλαδή για το NaOH: n0,mol 0, V V1L Έχω ανάµειξη µε αντίδραση. Βρίσκω αρχικά τα mol του NaOH και του NH 4 Cl και κάνω την αντίδραση. mol NH 4 Cl NaOH ΝH NaCl Η Ο αρχικά 0, 0, - αντιδρούν 0, 0, - παράγονται - - 0, 0, τελικά 0 0 0, 0, Τα ιόντα που παράγονται από τη διάσταση του NaCl δεν αντιδρούν µε το νερό. Βρίσκω τη συγκέντρωση της ΝΗ : Cn/V0,/0,1 Μ Ένα τέτοιο διάλυµα ΝΗ ιοντίζεται mol/l ΝH Η Ο ΝΗ 4 ΟΗ - αρχικά 0,1 - ιοντίζονται ω - παράγονται - ω ω τελικά 0,1-ω ω ω [ H 4 ][ OH b( H ) [ Η ] ] ω ω -5 ω ω 6-0,1 ω 0,1 0,1 Άρα [OH - ] - [H O 14 ] w [ OH ph-log[h O ]-log -11 11 ] 5 [H O ] -11 Το ph του διαλύµατος που προκύπτει είναι ίσο µε το επιθυµητό ph. Άρα o όγκος του διαλύµατος NaOH που θα προσθέσω είναι 1L ΤΑ ΘΕΜΑΤΑ ΠΡΟΟΡΙΖΟΝΤΑΙ ΓΙΑ ΑΠΟΚΛΕΙΣΤΙΚΗ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΜΟΝΑ ΑΣ ΣΕΛΙ Α: 11 ΑΠΟ 1
ii) Αν n > 0, Έχουµε τελικά εκτός από ΝΗ και περίσσεια ισχυρής βάσης άρα ph > 11 απορρίπτεται. iii) Αν n < 0, Έχουµε τελικά εκτός από ΝΗ και περίσσεια NH 4 Cl άρα ph < 11 απορρίπτεται. ΤΑ ΘΕΜΑΤΑ ΠΡΟΟΡΙΖΟΝΤΑΙ ΓΙΑ ΑΠΟΚΛΕΙΣΤΙΚΗ ΧΡΗΣΗ ΤΗΣ ΦΡΟΝΤΙΣΤΗΡΙΑΚΗΣ ΜΟΝΑ ΑΣ ΣΕΛΙ Α: 1 ΑΠΟ 1