ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΧΗΜΕΙΑΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΗ ΥΛΗ: ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑΚΗ ΟΜΗ - ΙΟΝΤΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 0//03 ΘΕΜΑ Α Α. δ A. α A3. α A4. γ A5. i) Σύµφωνα µε τον Lewis: Οξέα είναι ουσίες που είναι δέκτες ζεύγους ηλεκτρονίων, και βάσεις είναι οι ουσίες που είναι δότες ζεύγους ηλεκτρονίων. ) σελ. 8 σχολικό βιβλίο ΘΕΜΑ Β Β. Το CH 3 COOH είναι ασθενές οξύ, άρα κατά τη διάλυση του στο νερό ιοντίζεται µερικώς: CH 3 COOH + H O CH 3 COO - + H 3 O + Η > 0 ι.ι. (c x) Μ x Μ x Μ επειδή επιτρέπονται οι προσεγγίσεις ισχύουν οι σχέσεις: x x Ka= () cx c Ka a c = a c () a α) η ποσότητα του CH 3 COOH αυξάνεται, ο όγκος παραµένει σταθερός άρα η τελική συγκέντρωση του διαλύµατος αυξάνεται. (i) Κα (CH3COOH) : σταθερό, η θερµοκρασία παραµένει σταθερή. ()[CH 3 COO - ] : αυξάνεται, από τη σχέση () (i) a CH3COOH : µειώνεται, από τη σχέση () (iv) ph: µειώνεται, από τη σχέση () η [H 3 O + ] αυξάνεται άρα το ph µειώνεται. Φροντιστήρια ΣΥΣΤΗΜΑ Σελίδα
β) Τ = αυξάνεται, η συγκέντρωση παραµένει σταθερή. (i) Κα (CH3COOH) : αυξάνεται, ο ιοντισµός είναι ενδόθερµο φαινόµενο και µε αύξηση της θερµοκρασίας, λόγω Le Chatelier η ισορροπία ιοντισµού µετατοπίζεται προς τα ιόντα [H 3 O + ] και [ΟΗ - ]. ()[CH 3 COO - ] : αυξάνεται, από τη σχέση () (i) a CH3COOH : αυξάνεται, από τη σχέση () (iv) ph: µειώνεται, από τη σχέση () η [H 3 O + ] αυξάνεται, άρα το ph µειώνεται. γ) Κατά την ανάµειξη δύο διαλυµάτων το τελικό διάλυµα έχει ενδιάµεση τιµή συγκέντρωσης. Στο τελικό διάλυµα η συγκέντρωση µειώνεται καθώς το διάλυµα που προστίθεται έχει µικρότερη συγκέντρωση. (i) Κα (CH3COOH) : σταθερό, η θερµοκρασία παραµένει σταθερή. ()[CH 3 COO - ] : µειώνεται, από τη σχέση () (i) a CH3COOH : αυξάνεται, από τη σχέση () (iv) ph: αυξάνεται, από τη σχέση () η [H 3 O + ] µειώνεται, άρα το ph αυξάνεται. Β. ιάλυµα : ph = 0 => [H 3 O + ] = 0-0 M => [OH - ] = 0-4 M NaA c M H O + Na + A c M c M Μόνο το Α - αντιδρά µε το νερό καθώς το συζυγές οξύ του είναι ασθενές. Α + ΗΟ ι.ι.: (c - x)m ΗΑ + ΟΗ 4 x M x M = 0 M x 0 Kb = = A c x 8 8 c -0 () ιάλυµα : ph = 0 => [H 3 O + ] = 0-0 M => [OH - ] = 0-4 M Φροντιστήρια ΣΥΣΤΗΜΑ Σελίδα
NaB c M H O + Na + B c M c M Μόνο το Β - αντιδρά µε το νερό καθώς το συζυγές οξύ του είναι ασθενές. B + ΗΟ ι.ι.: (c - y)m ΗB + ΟΗ 4 y M y M = 0 M 8 y 0 Kb = = B c y c -0 8 () Από τα δεδοµένα: c > c άρα c 0-8 > c 0-8 από (),() => Kb A- < Kb B- άρα Kw Ka HA Kw Ka < άρα Ka HA > Ka HB HB ηλαδή το ασθενές οξύ ΗΑ είναι ισχυρότερο από το ασθενές οξύ ΗΒ. Β3. Α. ΛΑΘΟΣ Το τελευταίο ηλεκτρόνιο κατά την ηλεκτρονιακή δόµηση ενός χηµικού στοιχείου στη θεµελιώδη κατάσταση, µπορεί να τοποθετηθεί σε d τροχιακό της στιβάδας Μ (3d). Στην περίπτωση αυτή το στοιχείο ανήκει στην τέταρτη περίοδο του Π.Π. γιατί πρώτα συµπληρώνεται η 4s υποστιβάδα και µετά τοποθετούνται ηλεκτρόνια στην 3d. Όµως τελικά η 4s αποκτά υψηλότερη ενέργεια, άρα η εξωτερική στιβάδα θα έχει n = 4. Β. ΣΩΣΤΟ + HO + ΗΟ Η3O + ΟΗ Η > 0 Ο αυτοιντισµός του Η Ο είναι ενδόθερµο φαινόµενο, και µε αύξηση θερµοκρασίας, λόγω Le Chatelier, η ισορροπία µετατοπίζεται προς τα δεξιά. ηλαδή η Kw > 0-4 και η pkw < 4. Στο καθαρό νερό ισχύει: ph = poh και από τη σχέση ph + poh = pkw προκύπτει ph = /pkw <7. Γ. ΛΑΘΟΣ Σε κάθε υδατικό διάλυµα, σε σταθερή θερµοκρασία, το γινόµενο [Η 3 Ο + ][ΟΗ - ] παραµένει σταθερό και ίσο µε Kw. Φροντιστήρια ΣΥΣΤΗΜΑ Σελίδα 3
. ΛΑΘΟΣ + HCl + ΗΟ Cl + Η3O 8 8 0 M 0 M Η [Η 3 Ο + ] HCl < 0-6, δηλαδή λαµβάνουµε υπ όψιν και τα [Η 3 Ο + ] που προκύπτουν από τον αυτοιντισµό του Η Ο. Άρα [Η 3 Ο + ] ολικά > [ΟΗ - ] ολικά που σηµαίνει ph < 7 στους 5 ο C. Ε. ΣΩΣΤΟ Το ατοµικό πρότυπο του Bohr αναφέρεται σε συγκεκριµένη θέση τροχιά του ηλεκτρονίου, ενώ η αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg µιλάει για την πιθανότητα να βρίσκεται το ηλεκτρόνιο σε ορισµένη θέση του χώρου. ΘΕΜΑ Γ Γ. α. 8Ο: s s p 4 VI A οµάδα (6η κατά IUPAC) και η περίοδος Να : s s p 6 3s 6S : s s p 6 3s 3p 4 I A οµάδα (η κατά IUPAC) και 3η περίοδος VI A οµάδα (6η κατά IUPAC) και 3η περίοδος 9K : s s p 6 3s 3p 6 4s I A οµάδα (η κατά IUPAC) και 4η περίοδος 9Cu : s s p 6 3s 3p 6 3d 0 4s I B οµάδα (η κατά IUPAC) και 4η περίοδος β. Η ατοµική ακτίνα εξαρτάται από τον κύριο κβαντικό αριθµό (n) και από το δραστικό πυρηνικό φορτίο. (i) Όπως προκύπτει από τις παραπάνω ηλεκτρονικές δοµές, τα στοιχεία Να και Κ, ανήκουν στην ίδια οµάδα του Π.Π. άρα έχουν περίπου ίδιο δραστικό πυρηνικό φορτίο. Το 9 Κ όµως, έχει µεγαλύτερο κύριο κβαντικό αριθµό, δηλαδή κατανέµει σε περισσότερες στιβάδες τα ηλεκτρόνια του, άρα η έλξη του πυρήνα στα ηλεκτρόνια της εξωτερικής στιβάδας είναι ασθενέστερη και το µέγεθός του είναι µεγαλύτερο από του Να. () 6 S - : s s p 6 3s 3p 6 Από την ηλεκτρονιακή κατανοµή προκύπτει ότι τα ηλεκτρόνια για το 6 S και το ανιόν του 6 S -, κατανέµονται σε ίδιο αριθµό στιβάδων. Το ανιόν όµως έχει επιπλέον δύο ηλεκτρόνια, ενώ το πυρηνικό φορτίο είναι ίδιο, µε αποτέλεσµα να αυξάνονται οι απώσεις µεταξύ των ηλεκτρονίων καθώς επίσης να ελαττώνεται η έλξη του πυρήνα στα εξωτερικά ηλεκτρόνια. Εποµένως η ατοµική ακτίνα του 6 S - είναι µεγαλύτερη από το 6 S. Φροντιστήρια ΣΥΣΤΗΜΑ Σελίδα 4
γ. Το άτοµο του στοιχείου Μ στη θεµελιώδη κατάσταση έχει επιπλέον ηλεκτρόνια σε σχέση µε το Μ +. Άρα ο ατοµικός αριθµός του Μ είναι. Μ: s s p 6 3s, δηλαδή το στοιχείο Μ ανήκει στον s τοµέα. δ. i) 6 ηλεκτρόνια χαρακτηρίζονται µε ms = + ½ ) 8 ηλεκτρόνια ανήκουν σε τροχιακά µε ml = 0 (s, s, p z, 3s ). Γ. α. X: s s p 6 3s 3p 4 άρα Ζ = 6 β. (i) η ένωση Κ ΧΟ 3 είναι ιοντική και αποτελείται από τα ιόντα Li + - και ΧΟ 3 για το 3 Li : s s άρα η δοµή Lewis του Li είναι Li η δοµή Lewis για το ΧΟ - 3 είναι: ηλεκτρόνια σθένους: 6 + 36 + = 6 δεσµικά ηλεκτρόνια : 6 µη δεσµικά : 0 ηλεκτρονική οµή: () (i) η ένωση ΧΟ είναι οµοιοπολική: + O X O Li I O ηλεκτρόνια σθένους: 6 + 6 = 8 δεσµικά ηλεκτρόνια : 4 µη δεσµικά : 4 άρα : OXO το στοιχείο Χ όµως δεν έχει αποκτήσει 8 ηλεκτρόνια, άρα ένα ζεύγος ηλεκτρονίων του Ο από µη δεσµικό µετατρέπεται σε δεσµικό. Ηλεκτρονική οµή Lewis: O X= O Φροντιστήρια ΣΥΣΤΗΜΑ Σελίδα 5
γ. Παρατηρούµε ότι η Εi 3 αυξάνεται απότοµα, άρα το κατιόν Υ + έχει αποκτήσει ιδιαίτερα σταθερή δοµή που αντιστοιχεί σε δοµή ευγενούς αερίου. Άρα το στοιχείο Υ ανήκει στη ΙΙΑ οµάδα της 3ης περιόδου. H ενέργεια ιοντισµού εξαρτάται από την ατοµική ακτίνα, από το φορτίο του πυρήνα και από τα ενδιάµεσα ηλεκτρόνια. Το στοιχείο Υ έχει µεγαλύτερη ατοµική ακτίνα από το στοιχείο Χ, διότι σε µια περίοδο η ατοµική ακτίνα µειώνεται από αριστερά προς τα δεξιά, καθώς όσο αυξάνεται ο ατοµικός αριθµός (δηλαδή όσο πάµε δεξιά) αυξάνεται το δραστικό πυρηνικό φορτίο. Εποµένως το στοιχείο Υ έχει µικρότερη Ei ιοντισµού από το στοιχείο Χ. ΘΕΜΑ. ph = 3 => [Η 3 Ο + ] = 0-3 M Το ΗΑ είναι ασθενές οξύ, οπότε κατά τη διάλυση του στο H O αποκαθίσταται η ισορροπία ιοντισµού: ΗΑ + Η Ο Α - + Η 3 Ο + ισορροπία (Μ): c x x x = 0-3 M x x Κα= () (θεωρούµε c x c) c-x c () 3-5 [0 ] 0 = c = 0 c - Μ. Άρα: a HA = 0-3 / 0 - = 0 - ή %, α 0, η προσέγγιση c x c δεκτή. c HA = m HA / (Mr V) => Mr =,8 / 0,0, = 90. i) Υ: n = 0, 0, = 0,0 mol. Υ: Κατά την αραίωση η συγκέντρωση µειώνεται, άρα ο βαθµός ιοντισµού αυξάνεται, εποµένως: α = α + 00% α = α = 0,0 Επίσης ισχύει: n = n = n = 0,0 mol To Ka παραµένει σταθερό (η θερµοκρασία σταθερή). Φροντιστήρια ΣΥΣΤΗΜΑ Σελίδα 6
a c Ka= ac, (α 0,, οι προσεγγίσεις ισχύουν) a 0-5 = 40-4 c c = 0,05 M, V = 0,0 / 0,05 V = 800 ml. VH O = 800 00 = 600 ml. 3. Y3: Από το ερώτηµα ( ) προκύπτει ότι το Αr του Α είναι 89. Άρα Μr NaA = 3 + 89 = n NaA =, / = 0, mol και c NaA = 0, / 0, = M. To NaA διίσταται στο Η Ο: NaA cm H O + Na + A cm cm Μόνο το Α - αντιδρά µε το νερό καθώς το συζυγές οξύ του είναι ασθενές. Α + ΗΟ ι.ι.: (c- φ)m ΗΑ + ΟΗ φ M φ M Kb Ka =Kw A i HA 0 Kb = A 0 4 = 5 0 9 φ Kb = A (), Kb A- / c < 0 c φ - => c φ c, Στην (): φ 9 0 = φ = 0-4,5 Μ [ΟΗ - ] = 0-4,5 Μ poh = 4,5 και ph = 9,5 4. Φ: n = 0,4 c mol Φ: Κατά την αραίωση, η συγκέντρωση του διαλύµατος µειώνεται άρα από τη σχέση [OH ] [OH ] kb= (a<0,δηλαδή οι προσεγγίσεις ισχύουν) προκύπτει ότι η [OH - ] µειώνεται. c [OH ] c Μείωση 0% σηµαίνει πως η τελική [ΟΗ - ] είναι ίση µε το 80% της αρχικής [ΟΗ - ], Φροντιστήρια ΣΥΣΤΗΜΑ Σελίδα 7
δηλαδή [ΟΗ - ] = 0,8[ΟΗ - ] (). Επίσης ισχύει n = n, 0,4c = c V (). H Kb παραµένει σταθερή, άρα: [OH ] [OH ] [OH ] 0,64[OH ] =, και απο την () =, c = 0,64c c c c c στην () : 0,64 c V =0,4c, V = 0,65 L, εποµένως το νερό που προσθέσαµε είναι 65mL 400mL = 5mL. ΤΙΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΤΟΥ ΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΟΣ ΕΠΙΜΕΛΗΘΗΚΕ Ο ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΣΙΑΠΚΑΣ ΗΜΗΤΡΗΣ Φροντιστήρια ΣΥΣΤΗΜΑ Σελίδα 8