ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΧΗΜΕΙΑ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ / Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: 1 ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 17 01 2016 ΕΠΙΜΕΛΕΙΑ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑΤΟΣ: Μαρία Ρήγα, Σταυρούλα Γκιτάκου, Μαρίνος Ιωάννου ΘΕΜΑ Α A1. Δίνεται η ισορροπία: ΘΕΜΑΤΑ 2A(g) + B(g) Γ(g) Προσθέτουμε σε κενό δοχείο ίσο αριθμό mol Β και Γ και καθόλου A. Στην ισορροπία θα έχουμε οπωσδήποτε: α. [Α] = [Β] β. [Α] < [Γ] γ. [Β] > [Γ] δ. [Β] = [Γ] A2. Δοχείο σταθερού όγκου περιέχει α mol HI σε ισορροπία με H 2 και I 2, που περιγράφεται με την εξίσωση: Η 2 (g) + I 2 (g) 2HI(g) Αν εισάγουμε στο σύστημα αυτό β mol HI, τότε ο αριθμός των mol του HI που θα περιέχεται τελικά στο δοχείο, θα είναι: α. ίσος με α+β β. μικρότερος από α+β και μεγαλύτερος από α γ. μικρότερος από α δ. ίσος με α. A3. Υδατικό διάλυμα ΚΟΗ συγκέντρωσης 10-8 Μ στους 25 ο C έχει ph: α. 6 β. 6,98 γ. 7,02 δ. 8 A4. Υδατικό διάλυμα HClO 4 έχει στους 25 C ph = 1. Κατά τη συνεχή αραίωση το ph του διαλύματος αυτού: α. αυξάνεται συνεχώς β. αυξάνεται μέχρι την τιμή 14 γ. αυξάνεται αλλά παραμένει πάντα μικρότερο του 7 δ. μειώνεται μέχρι την τιμή μηδέν. Σελίδα 1 από 6
A5. Αν εξουδετερώσουμε πλήρως διάλυμα CH 3 COOH 0,1 M με διάλυμα NaOH προκύπτει διάλυμα για το ph του οποίου, στους 25 ο C, ισχύει: α. ph > 7 β. ph = 7 γ. ph < 7 δ. ph 7. ΘΕΜΑ Β Β1. Να χαρακτηρίσετε τις παρακάτω προτάσεις ως Σωστές ή Λανθασμένες και να αιτιολογήσετε τις απαντήσεις σας: i. Η σταθερά Κc για την ισορροπία: Ν 2 (g) + 3Η 2 (g) 2ΝΗ 3 (g) ΔΗ = -22Kcal αυξάνεται, όταν αυξηθεί η θερμοκρασία. ΛΑΝΘΑΣΜΕΝΗ: Η σταθερά Κc για την ισορροπία αυτή μειώνεται όταν αυξηθεί η θερμοκρασία αφού η αντίδραση είναι εξώθερμη. ii. Σε κλειστό δοχείο βρίσκονται σε ισορροπία 2 mol Α, 2 mol Β και 3 mol Γ, σύμφωνα με τη χημική εξίσωση: Α(g) + Β(g) Γ(g), ΔΗ < 0. Μεταβάλλοντας έναν παράγοντα ισορροπίας, στην τελική ισορροπία που αποκαθίσταται βρέθηκε ότι περιέχονται 4 mol Γ. Αυτό μπορεί να συνέβη γιατί έγινε αφαίρεση ποσότητας Γ. ΛΑΝΘΑΣΜΕΝΗ: Μετά την αποκατάσταση της νέας χημικής ισορροπίας mol Γ < 3. iii. Όλα τα υδραλογόνα όταν διαλύονται στο νερό ιοντίζονται σε ποσοστό 100 %. ΛΑΝΘΑΣΜΕΝΗ: Το HF είναι ασθενές οξύ. iv. Όσο πιο ισχυρός είναι ο χημικός δεσμός Η-Α τόσο ισχυρότερο είναι το οξύ ΗΑ. ΛΑΝΘΑΣΜΕΝΗ: Όσο πιο ισχυρός είναι ο χημικός δεσμός Η-Α τόσο ασθενέστερο είναι το οξύ ΗΑ. v. Κατά την ανάμειξη 1 L διαλύματος οξέος ΗΑ με 1 L διαλύματος οξέος ΗΒ το ph του διαλύματος καθορίζεται κατά κύριο λόγο από τον ιοντισμό του ΗΑ. Δίνεται Ka(ΗΑ) = 10-3, Ka(ΗΒ) = 10-6. ΛΑΝΘΑΣΜΕΝΗ: Το ph του τελικού διαλύματος εξαρτάται και από τις συγκεντρώσεις των ΗΑ και ΗΒ. x 3 Β2. Αντιστοιχήστε το κάθε διάλυμα της στήλης (I) με την τιμή ph της στήλης (II). ΣΤΗΛΗ (I) ΣΤΗΛΗ (II) Α. διάλυμα KOH 0,01 M i. 2,7 Β. διάλυμα HBr 0,01 M ii. 11,3 Γ. διάλυμα Ca(OH) 2 0,05 M iii. 13 Δ. διάλυμα NH 3 0,2 M iv. 12 Ε. διάλυμα CH 3 COOH 0,2 M v. 2 Ζ. διάλυμα HCl 0,2 M vi. 0,7 Η. διάλυμα CH 3 COOH 0,1 M vii. 2,9 Θ. διάλυμα NH 3 0,1 M viii. 11,1 Α 12 Β 2 Γ 13 Δ 11,3 Ε 2,7 Ζ 0,7 Η 2,9 Θ 11,1 (Μονάδες 8) Σελίδα 2 από 6
Β3. Υδατικό διάλυμα έχει ph = 6,5 σε ορισμένη θερμοκρασία. Να εξετάσετε αν το διάλυμα αυτό είναι όξινο, ουδέτερο ή βασικό. Δίνονται: Κw = 4 10-14 και log2 = 0,3. [Η 3 Ο + ] [ΟΗ - ] = Κw (1) Έστω ότι το διάλυμα είναι ουδέτερο οπότε [Η 3 Ο + ] = [ΟΗ - ] (2) Από τις σχέσεις 1 και 2 έχουμε: [Η 3 Ο + ] 2 = 4 10-14 ή [Η 3 Ο + ] = 2 10-7 Μ ή ph = -log 2 10-7 = 7-0,3 = 6,7 Άρα το διάλυμα είναι όξινο. Μονάδες 2 x 1 ΘΕΜΑ Γ Γ1. Σε δοχείο όγκου V εισάγονται 9 mol της αέριας ένωσης Α και n mol της αέριας ένωσης Β. Το μίγμα των αερίων θερμαίνεται σε θερμοκρασία 200 ο C, παρουσία καταλύτη, οπότε πραγματοποιείται η αντίδραση: Α(g) + 3Β(g) Μετά την αποκατάσταση της ισορροπίας βρέθηκε ότι τα mol όλων των σωμάτων είναι ίσα μεταξύ τους. Να βρεθούν: i. Η ποσότητα της ένωσης Β. 2Γ(g) mol Α(g) + 3Β(g) 2Γ(g) Αρχικά 9 n - Αντιδρούν x 3x - Παράγονται - - 2x Χ.Ι 9 - x n 3x 2x 9 x = 2x ή 3x = 9 ή x = 3 mol n 3x = 2x ή n = 15 mol ii. iii. Η απόδοση της αντίδρασης. Σε έλλειψη είναι το Β οπότε η απόδοση είναι 60 %. Αν ο όγκος του δοχείου είναι 2 L να βρείτε την Kc της ισορροπίας. Aπό την έκφραση της Kc έχουμε Kc = 1/9. Μονάδες 2 Γ2. Δίνεται διάλυμα HCl 0,1 M, διάλυμα Δ 1. i. Ποιο το pη του διαλύματος Δ 1 ; Πινακάκι 2 γραμμών με C ΟΞΕΟΣ(1) οπότε [H 3 O + ] (1) = 0,1 mol/l άρα pη = 1. Μονάδες 3 ii. Πόσα ml νερού πρέπει να προστεθούν σε 400 ml του διαλύματος Δ 1 για να μεταβληθεί το pη του κατά μία μονάδα; Με την προσθήκη νερού σε διάλυμα οξέος το ph αυξάνει και τείνει στο 7. Άρα το ph του διαλύματος που θα προκύψει θα είναι ίσο με 2 οπότε [H 3 O + ] (2) = 0,01 mol/l. Πινακάκι 2 γραμμών με C ΟΞΕΟΣ(2) οπότε C ΟΞΕΟΣ(2) = 0,01 mol/l. Σελίδα 3 από 6
Από τον τύπο της αραίωσης έχουμε: n ΑΡΧΙΚΑ = n ΤΕΛΙΚΑ ή C ΑΡΧ V ΑΡΧ = C ΤΕΛ V ΤΕΛ ή 0,1 0,4 = 0,01 V ΤΕΛ ή V ΤΕΛ = 4 L οπότε V ΝΕΡΟΥ = 3,6 L ή 3600 ml iii. Πόσα mol στερεού ΚOH, πρέπει να προστεθούν σε 400 ml του διαλύματος Δ 1, χωρίς να μεταβληθεί ο όγκος του διαλύματος, για να προκύψει διάλυμα Δ 3 με ph = 13; Το ΚΟΗ αντιδρά με το ΗCl. Βρίσκουμε τα mol του ΗCl και του KOH. mol HCl = 0,1 0,4 = 0,04 mol KΟΗ = n mol KΟΗ + ΗCl KCl + Η 2 Ο Αρχικά n 0,04 - - Αντιδρούν x x - - Παράγονται - - x x Τελικά n - x 0,04 - x x x Αφού προκύπτει διάλυμα Δ 3 με ph = 13 αντιδρά όλο το HCl άρα 0,04 x = 0 ή x = 0,04 mol. Στο τελικό διάλυμα έχουμε την ισχυρή βάση ΚΟΗ με συγκέντρωση: C ΒΑΣΗΣ(1) = n - 0,04 0,4 Πινακάκι 2 γραμμών με C ΒΑΣΗΣ(1) οπότε [ΟΗ - ] (1) = C ΒΑΣΗΣ(1) = 0,1 mol/l αφού ph = 13 και poh = 1. C ΒΑΣΗΣ(1) = n - 0,04 = 0,1 η1 n = 0,08 mol 0,4 ΘΕΜΑ Δ Δίνονται τα παρακάτω υδατικά διαλύματα: Διάλυμα ΗΑ άγνωστης συγκέντρωσης, διάλυμα Δ 1. Διάλυμα HB 0,2 Μ, διάλυμα Δ 2. Διάλυμα ΝaΒ 0,2 Μ, διάλυμα Δ 3. Δ1. Κατά την αραίωση 10 ml του διαλύματος Δ 1 σε δεκαπλάσιο όγκο προκύπτει διάλυμα Δ 4 του οποίου το ph διαφέρει κατά μία μονάδα σε σχέση με αυτό του Δ 1. Με την ανάμιξη ίσων όγκων των διαλυμάτων Δ 2 και Δ 3 προκύπτει διάλυμα Δ 5 του οποίου το ph είναι ίσο με 4. Με βάση τα παραπάνω δεδομένα: i. Να δείξετε ότι το ΗΑ είναι ισχυρό οξύ. ii. Να συγκρίνετε τα οξέα ΗΑ και ΗΒ ως προς την ισχύ. Έστω ότι το ΗΑ είναι ισχυρό. Πινακάκι 2 γραμμών με C(HA) (1) οπότε pη(1) = -log C(HA) (1) Από τον τύπο της αραίωσης έχουμε: n ΑΡΧΙΚΑ = n ΤΕΛΙΚΑ ή C ΑΡΧ V ΑΡΧ = C ΤΕΛ V ΤΕΛ ή 0,01 C(HA) (1) = 0,1 C(HA) (2) ή C(HA) (2) = 0,1 C(HA) (1) Πινακάκι 2 γραμμών με C ΟΞΕΟΣ(2) οπότε pη(2) = -log C(HA) (2) = -log 0,1 C(HA) (1) = ph(1) + 1 ή ΔpH = 1 που ισχύει άρα το ΗΑ είναι πράγματι ισχυρό. Έστω ότι και το ΗΒ είναι ισχυρό. Έχουμε ανάμιξη διαλυμάτων ουσιών που δεν αντιδρούν οπότε: Σελίδα 4 από 6
C(HB) = 0,1 Μ n ΑΡΧΙΚΑ = n ΤΕΛΙΚΑ η- C ΑΡΧΙΚΗ V ΑΡΧΙΚΟΣ = C ΤΕΛΙΚΗ V ΤΕΛΙΚΟΣ C(NaB) = 0,1 M Πινακάκι 2 γραμμών με C(HB) για τον ιοντισμό του ΗΒ οπότε [H 3 O + ] (ΗΒ) = 0,1 mol/l άρα pη = 1 4 οπότε το ΗΒ δεν είναι ισχυρό αλλά ασθενές. + 4 Δ2. Με την ανάμιξη 100 ml του Δ 1 με 50 ml του Δ 2 και 50 ml του Δ 3 προκύπτει διάλυμα Δ 6 του οποίου το ph είναι ίσο με 2,5. Να προσδιορίσετε την συγκέντρωση του ΗΑ στο διάλυμα Δ 1. Αρχικά θα προσδιορίσουμε την Ka(HB): Για το διάλυμα Δ 5 κάνουμε Πινακάκι 2 γραμμών με C(NaB) για την διάσταση του άλατος, πινακάκι 4 γραμμών με C(HB) και x για τον ιοντισμό του HB, Ε.Κ.Ι στα B -. Από την έκφραση της Ka για το ασθενές οξύ HB βρίσκουμε Ka(HB) = 10-4. Έχουμε ανάμιξη διαλυμάτων ουσιών που αντιδρούν μεταξύ τους γιατί το ισχυρό οξύ ΗΑ αντιδρά με το άλας NaB. Βρίσκουμε τα mol του ΗA, του ΗΒ και του ΝaΒ. mol HA = 0,1 C mol HB = 0,01 mol NaB = 0,01 mol HA + NaB HB + NaA Αρχικά 0,1 C 0,01 0,01 - Αντιδρούν y y - - Παράγονται - - y y Τελικά 0,1 C - y 0,01 - y y y Αφού προκύπτει διάλυμα Δ 6 με ph = 2,5 δεν μπορούμε να συμπεράνουμε ποιο αντιδρών είναι σε έλλειψη και σε ποιο σε περίσσεια οπότε θα κάνουμε διερεύνηση. Έστω ότι αντιδρούν πλήρως και το ΗΑ και το NaB οπότε: 0,01 y = 0 ή y = 0,01 και 0,1 C y = 0 ή C(HA) = 0,1 M. Στο τελικό διάλυμα έχουμε το ασθενές οξύ ΗΒ με συγκέντρωση C(HΒ) (1) = 0,1 M. Πινακάκι 4 γραμμών με C(HΒ) (1) και z. Από την έκφραση της Ka για το ασθενές οξύ HB βρίσκουμε, κάνοντας τις κατάλληλες προσεγγίσεις, z = 10-2,5 mol/l άρα pη = 2,5. Άρα πράγματι έχουμε πλήρη αντίδραση και η C(HA) είναι πράγματι 0,1 M. Μονάδες 8 Δ3. Αν αναμείξουμε διάλυμα Ca(OH) 2 0,5 M με 500 ml του Δ 1 και 1100 ml του Δ 2 προκύπτει διάλυμα, διάλυμα Δ 7, του οποίου το ph είναι ίσο με 5. Να υπολογίσετε την ποσότητα του διαλύματος του Ca(OH) 2 που προσθέσαμε. Έχουμε ανάμιξη διαλυμάτων ουσιών που αντιδρούν μεταξύ τους γιατί η ισχυρή βάση Ca(OH) 2 αντιδρά, αρχικά με το ισχυρό οξύ ΗΑ και στη συνέχεια με το ασθενές οξύ ΗΒ. Βρίσκουμε τα mol του Ca(OH) 2, του ΗA και του ΗΒ. mol Ca(OH) 2 = 0,5 V mol HA = 0,5 0,1 = 0,05 mol HB = 1,1 0,2 = 0,22 Σελίδα 5 από 6
mol 2HA + Ca(OH) 2 CaA 2 + 2H 2 O Αρχικά 0,05 0,5 V - - Αντιδρούν 2κ κ - - Παράγονται - - κ 2κ Τελικά 0,05 2κ 0,5 V - κ κ 2κ Αφού προκύπτει διάλυμα Δ 7 με ph = 5 δεν μπορούμε να συμπεράνουμε ποιο αντιδρών είναι σε έλλειψη και σε ποιο σε περίσσεια οπότε θα κάνουμε διερεύνηση. Έστω ότι αντιδρούν πλήρως και το ΗΑ και το Ca(OH) 2 οπότε: 0,05 2κ ή κ = 0,025 και 0,5 V - κ = 0 ή V = 0,05 L ή V = 50 ml Στο τελικό διάλυμα έχουμε το ασθενές οξύ ΗΒ με συγκέντρωση C(HΒ) (2) = 0,22/1,65 M. Πινακάκι 4 γραμμών με C(HΒ) (2) και λ. Από την έκφραση της Ka για το ασθενές οξύ HB βρίσκουμε ότι το ph του Δ7 σε αυτή την περίπτωση θα ήταν μικρότερο από 5 άρα με την ισχυρή βάση αντιδρά και μέρος του ΗΒ. mol 2HA + Ca(OH) 2 CaA 2 + 2H 2 O Αρχικά 0,05 0,5 V - - Αντιδρούν 2κ κ - - Παράγονται - - κ κ Τελικά 0,05 2κ 0,5 V - κ κ κ mol 2HΒ + Ca(OH) 2 CaΒ 2 + 2H 2 O Αρχικά 0,22 0,5 V - κ - - Αντιδρούν 2μ μ - - Παράγονται - - μ μ Τελικά 0,22 2μ 0,5 V κ μ μ μ 0,05 2κ ή κ = 0,025 και 0,5 V κ μ = 0 ή 0,5 V = κ + μ ή V = 0,05 + 2μ. Στο διάλυμα που προκύπτει έχουμε το ασθενές οξύ ΗΒ και το άλας CaB 2 με συγκεντρώσεις: 0,22 2μ C(HB) (3) = 1,6 + V μ C(CaB 2 ) (3) = 1,6 + V Πινακάκι 2 γραμμών με C(CaB 2 ) (3) για την διάσταση του άλατος, πινακάκι 4 γραμμών με C(HB) (3) και ρ για τον ιοντισμό του ΗΒ, Ε.Κ.Ι στα Β -. Από την έκφραση της Ka για το ΗΑ βρίσκουμε, κάνοντας τις κατάλληλες προσεγγίσεις, μ = 0,1 οπότε V = 0,05 + 0,2 = 0,25 L ή 250 ml. Μονάδες 9 Δίνονται Κw = 10-14, από τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπονται οι γνωστές προσεγγίσεις. ΕΥΧΟΜΑΣΤΕ ΕΠΙΤΥΧΙΑ!!!! Σελίδα 6 από 6