ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ Επιµέλεια: Οµάδα Χηµικών της Ώθησης
Παρασκευή, 0 Ιουνίου 0 Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ ΧΗΜΕΙΑ ΘΕΜΑ A Για τις ερωτήσεις Α έως και Α4 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση. Α. Ο τομέας p του περιοδικού πίνακα περιλαμβάνει: α. ομάδες β. 4 ομάδες γ. 6 ομάδες δ. ομάδες γ Α. Από τα επόμενα οξέα ισχυρό σε υδατικό διάλυμα είναι το: α. ΗΝΟ β. ΗCl4 γ. HF δ. HS β Α. Η αντίδραση CHCHCHCH + NaH(αλκοολικό) CHCHCHCH + ΝaCl + H Cl αποτελεί παράδειγμα: α. εφαρμογής του κανόνα του Maerkovnikov β. εφαρμογής του κανόνα του Saytzef γ. αντίδραση προσθήκης δ. υντίδραση υποκατάστασης β Α4. Η ένωση CH-C C-CHCH-CH έχει: α. 9σ και 4π δεσμούς β. 5σ και π δεσμούς γ. σ και π δεσμούς δ. σ και 5π δεσμούς γ
Α5. Να διατυπώσετε: α. την Απαγορευτική Αρχή του Pauli. (μονάδες ) β. τον ορισμό των δεικτών (οξέων-βάσεων). (μονάδες ) α. Είναι αδύνατο να υπάρχουν στο ίδιο άτομο δύο ηλεκτρόνια με ίδια τετράδα κβαντικών αριθμών. β. Δείκτες οξέων βάσεων ή ηλεκτρολυτικοί ή πρωτολυτικοί δείκτες, είναι ουσίες των οποίων το χρώμα αλλάζει ανάλογα με το ph του διαλύματος στο οποίο προστίθενται. (Οι δείκτες είναι συνήθως ασθενή οργανικά οξέα ή βάσεις των οποίων τα μόρια έχουν διαφορετικό χρώμα από τα αντίστοιχα ιόντα στα οποία έχουν ιοντιστεί). ΘΕΜΑ Β Β. Δίνονται τα στοιχεί: 7Ν, 8Ο, Νa. α. Ποιο από τα στοιχεία αυτά έχει περισσότερα μονήρη ηλεκτρόνια στη θεμελιώδη κατάσταση; (μονάδες ) β. Να γράψετε τον ηλεκτρονιακό τύπο Lewis της ένωσης NaN. (μονάδες ) α. 7Ν: s s p μονήρη e - 8Ο: s s p 4 μονήρη e - Νa: s s p 6 s μονήρες e - Περισσότερα μονήρη ηλεκτρόνια έχει το Ν. β. NaN: (ιοντική ανόργανη ένωση) Na + + N -. 7Ν: s s p 5 e - σθένους 8Ο: s s p 4 6 e - σθένους N - : 5 +. 6 +8 e - σθένους Ν Νa: s s p 6 s Na + : s s p 6 Ο ηλεκτρονιακός τύπος της ένωσης είναι: + Na Ν
Β. Να χαρακτηρίσετε τις προτάσεις που ακολουθούν, γράφοντας στο τετράδιό σας δίπλα στο γράμμα που αντιστοιχεί σε κάθε πρόταση τη λέξη Σωστό, αν η πρόταση είναι σωστή, ή Λάθος, αν η πρόταση είναι λανθασμένη. α. Ένα ηλεκτρόνιο σθένους του ατόμου 4Se στη θεμελιώδη κατάσταση μπορεί να βρίσκεται σε ατομικό τροχιακό με τους εξής κβαντικούς αριθμούς: n4, l, ml0. β. Οι πρώτες ενέργειες ιοντισμού τεσσάρων διαδοχικών στοιχείων του Περιοδικού Πίνακα (σε kj/mol), είναι 4, 68, 08, 496 αντίστοιχα. Τα στοιχεία αυτά μπορεί να είναι τα τρία τελευταία στοιχεία μιας περιόδου και το πρώτο στοιχείο της επόμενης περιόδου. + γ. Σε υδατικό διάλυμα HS4 0,M, η [ Η Ο ] 0,Μ στους 5 ο C. δ. Σε διάλυμα ασθενούς μονοπρωτικής βάσης Β, προσθέτουμε στερεό NaH, χωρίς μεταβολή όγκου. Ο βαθμός ιοντισμού της βάσης Β θα αυξηθεί. (μονάδες 4) Να αιτιολογήσετε όλες τις απαντήσεις σας. (μονάδες 8) α. Η ηλεκτρονιακή κατανομή για το 4Se είναι η εξής: s s p 6 s p 6 d 4s 4p 4 Η κατανομή των ηλεκτρονίων σθένους σε τροχιακά είναι: Όπως παρατηρούμε υπάρχουν 4 ηλεκτρόνια σε όλα τα τροχιακά της 4p υποστιβάδας επομένως η πρόταση είναι σωστή. β. Παρατηρούμε ότι οι ενέργειες πρώτου ιοντισμού των τριών πρώτων στοιχείων αυξάνουν σταδιακά, ενώ του τέταρτου στοιχείου μειώνεται αισθητά. Αυτό σημαίνει ότι τα τρία πρώτα στοιχεία ανήκουν στην ίδια περίοδο του Π.Π. με το τρίτο από αυτά να ανήκει στην ομάδα των ευγενών αερίων (8 η ομάδα). Συνεπώς το τέταρτο στοιχείο με τη μικρότερη Εi θα είναι το στοιχείο της πρώτης ομάδας της επόμενης περιόδου του Π.Π. Άρα η πρόταση είναι σωστή. γ. Το HS4 σε υδατικό διάλυμα ιονίζεται ως εξής: (Μ) HS4 + H HS4 - + H + 0, 0, 0, (M) HS4 - + H S4 - + H + Ισορ. 0,-x x x x<0, Άρα η συνολική συγκέντρωση των H + στο διάλυμα είναι [H + ]0,+x < 0,M. Άρα η πρόταση είναι λανθασμένη. δ. Στο διάλυμα της ασθενούς μονοπρωτικής βάσης Β έχει αποκατασταθεί η ιοντική ισορροπία: Β + H ΒΗ + + H - (Ι)
Με τη προσθήκη του στερεού NaH χωρίς μεταβολή του όγκου γίνεται η διάσταση: ΝaH Na + + H - Λόγω της επίδρασης κοινού ιόντος της H - η ισορροπία (Ι) μετατοπίζεται προς τα αριστερά με αποτέλεσμα ο βαθμός ιοντισμού της βάσης Β να ελαττώνεται. Άρα η πρόταση είναι λανθασμένη. Β. Σε τέσσερα δοχεία περιέχεται κάθε μια από τις ενώσεις: βουτανάλη, βουτανόνη, βουτανικό οξύ, -βουτανόλη. Αν στηριχτούμε στις διαφορετικές χημικές ιδιότητες των παραπάνω ενώσεων, πώς μπορούμε να βρούμε ποια ένωση περιέχεται σε κάθε δοχείο; Να γράψετε τα αντιδραστήρια και τις παρατηρήσεις στις οποίες στηριχτήκατε για να κάνετε τη διάκριση (δεν απαιτείται η γραφή χημικών εξισώσεων). Μονάδες 8 Παίρνουμε μικρές ποσότητες ουσιών από το κάθε δοχείο, σε νέα δοχεία και ρίχνουμε μεταλλικό Na. Στα δοχεία που θα παρατηρήσουμε έκλυση αερίου περιέχονται η - βουτανόλη και το βουτανικό οξύ που αντιδρούν σύμφωνα με: CHCHCHCH + Na CHCHCHCH + H H Na CHCHCHCH + Na CHCHCHCNa + H Έπειτα παίρνουμε μικρές ποσότητες ουσιών από τα αρχικά δοχεία που διαπιστώσαμε ότι γίνεται έκλυση αερίου και ρίχνουμε όξινο διάλυμα KMn4. Στο δοχείο που παρατηρείται αποχρωματισμός του διαλύματος περιέχεται η -βουτανόλη, ενώ στο άλλο το βουτανικό οξύ. Από τα αρχικά δοχεία που δεν είχε παρατηρηθεί έκλυση αερίου παίρνουμε μικρές ποσότητες ουσιών και ρίχνουμε όξινο διάλυμα KMn4. Στο δοχείο που παρατηρείται αποχρωματισμός του διαλύματος περιέχεται η βουτανάλη ενώ στο άλλο δοχείο περιέχεται η βουτανόνη. ΘΕΜΑ Γ Γ. Ένωση Α (C5H) κατά τη θέρμανσή της με NaH δίνει δύο οργανικές ενώσεις Β και Γ. Η ένωση Γ, με διάλυμα KMn4 οξινισμένο με HS4, δίνει την οργανική ένωση Δ. Η ένωση Δ με Cl και NaH δίνει τις οργανικές ενώσεις Β και Ε. Να γραφούν: α. οι χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων. (μονάδες 9) β. οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε. (μονάδες 5) Μονάδες 4
Η ένωση Α είναι εστέρας κορεσμένου μονοκαρβοξυλικού οξέος με κορεσμένη μονοσθενή αλκοόλη, αφού αντιδρά με NaH δίνοντας δύο οργανικές ενώσεις. Έστω CkHk+CCνΗν+ ο εστέρας Α. Τότε ισχύει κ++ν5 κ+ν4 (). (Α) CkHk+CCνΗν+ + NaH CkHk+CNa + CνΗν+H Η ένωση Γ είναι η αλκοόλη γιατί μόνο αυτή μπορεί να οξειδωθεί και να δώσει ένωση (Δ) που δίνει αλοφορμική αντίδραση. Οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων είναι: (A) CHCCHCH CH (B) CHCNa (Γ) CHCHCH H (Δ) CHCCH (Ε) CHCl Οι χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων είναι: (A) (B) (Γ) CHCCHCH + NaH CHCNa + CHCHCH CH H (Δ) 5CHCHCH + KMn4 + HS4 5CHCCH + MnS4 + KS4 + 8H H (Β) (Ε) CHCCH + Cl + 4NaH CHCNa + CHCl + NaCl + H Γ. Ορισμένη ποσότητα αιθανόλης οξειδώνεται με διάλυμα ΚCr7 0,M οξινισμένου με HS4. Από το σύνολο της ποσότητας της αλκοόλης, ένα μέρος μετατρέπεται σε οργανική ένωση Α και όλη η υπόλοιπη ποσότητα μετατρέπεται σε οργανική ένωση Β. Η ένωση Α, κατά την αντίδραση της με αντιδραστήριο Fehling, δίνει 8,6g ιζήματος. Η ένωση Β απαιτεί για πλήρη εξουδετέρωση 00mL διαλύματος NaH Μ. Να βρεθεί ο όγκος, σε L, του διαλύματος ΚCr7 που απαιτήθηκε για την οξείδωση (Ar(Cu)6,5, Ar()6). Μονάδες
Έστω ότι x mol CHCHH μετατρέπονται στην ένωση Α και y mol CHCHH μετατρέπονται στην ένωση Β. Επειδή η ένωση Α αντιδρά με το αντιδραστήριο Fehling είναι αλδεΰδη, ενώ η ένωση Β που εξουδετερώνεται με διάλυμα ΝaH είναι οξύ. Οι χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων είναι: CHCHH + KCr7 + 4HS4 CHCH + Cr(S4) + KS4 + 7H () x x mol mol x mol CHCHH + KCr7 + 8HS4 CHCH + Cr(S4) + KS4 + H () y y mol mol y mol CHCH + CuS4 + 5NaH CHCNa + Cu + NaS4 + H x mol x mol m 8,6 Για το Cu ισχύει: ncu 0, mol x0,mol M 4 r CHCH + NaH CHCNa + H y mol y mol Για το NaH ισχύει: n NaH C V 0, 0, mol y0,mol Από τη στοιχειομετρία των εξισώσεων, για τα mol του KCr7 έχουμε: x y x+ y 0,6 n ολ + 0,mol Άρα ο ζητούμενος όγκος του διαλύματος KCr7 είναι: nολ nολ 0, C V V L V C 0, ΘΕΜΑ Δ Διαθέτουμε τα υδατικά διαλύματα: Διάλυμα Υ: ασθενές μονοπρωτικό οξύ ΗΑ 0,Μ Διάλυμα Υ: NaH 0,Μ Δ. Αναμιγνύουμε 0mL διαλύματος Υ με ml διαλύματος Υ, οπότε προκύπτει διάλυμα Υ με ph4. Να υπολογιστεί η σταθερά ιοντισμού Κa του ΗΑ. Δ. Σε 8mL διαλύματος Υ προσθέτουμε ml διαλύματος Υ και προκύπτει διάλυμα Υ4. Να υπολογιστεί το ph του διαλύματος Υ4. Μονάδες 8
Δ. Υδατικό διάλυμα ασθενούς μονοπρωτικού οξέος ΗΒ όγκου 60mL (διάλυμα Υ5) ογκομετρείται με το διάλυμα Υ. Βρίσκουμε πειραματικά ότι, όταν προσθέσουμε 0mL διαλύματος Υ στο διάλυμα Υ5, προκύπτει διάλυμα με ph4, ενώ, όταν προσθέσουμε 50mL διαλύματος Υ στο διάλυμα Υ5, προκύπτει διάλυμα με ph5. Να βρεθούν: α) η σταθερά ιοντισμού Κa του οξέος ΗΒ (μονάδες 6) β) το ph στο ισοδύναμο σημείο της πιο πάνω ογκομέτρησης. (μονάδες 6) Μονάδες Δ. Κατά την ανάμειξη των δύο διαλυμάτων πραγματοποιείται αντίδραση των διαλυμένων ουσιών. n C V 0, 0,0 mol n HA HA HA NaH CNaH VNaH 0, 0,0 mol (mol) HA + NaH NaA + H αρχικά αντιδρούν παράγονται - - τελικά - Vτελ.+00mL Vτελ.0,0L CNaA C M 0,0 CHA C M 0,0 (M) ΝaA Na + + A - C C C (Μ) HA + ΗΟ H + + A - αρχικά C - - ιοντίζονται x - - παράγονται - x x ισορροπία C-x x x+c ph 4 [H + ] M x M
+ [ΗΟ ][Α ] x(x+ C) Kα [ΗΑ] Cx xc Επειδή C>> x Cx C Kα Kα x K α + C x C C Δ. Κατά την ανάμειξη των δύο διαλυμάτων πραγματοποιείται αντίδραση των διαλυμένων ουσιών. n C V 0, 0,08,8 mol n HA HA HA NaH CNaH VNaH 0, 0,0, mol (mol) αρχικά αντιδρούν HA + NaH NaA + H,8,,8 παράγονται - - τελικά - Vτελ.8+40mL Vτελ.0,04L,8 NaA 4,5 M 0,04 0,4 NaH M 0,04,8 0,4 (M) ΝaH Na + + H -,8,8 (M) ΝaA Na + + A - 4,5 4,5 4,5 (Μ) A - + ΗΟ HA + H - αρχικά 4,5 - - ιοντίζονται y - - παράγονται - y y ισορροπία 4,5 -y y y+ Κ K 4 w b(a ) Kα(ΗΑ)
K b(a ) y(y+ ) 4,5 y Kb Επειδή 4,5 Δοκιμαστικά: Επειδή [H y < y+ 4,5 y 4,5 <<, ισχύουν οι προσεγγίσεις ] y+ K b(a ) y 4,5 M ph ph 4pH ph y 4,5 M Δ. α) n C V C 0,06 0,06C mol HΒ(αρχ.) HΒ(αρχ.) HΒ(αρχ.) C V 0, 0,0 0,00mol n NaH () NaH NaH() Επειδή δε γνωρίζουμε τις ποσότητες αρχικά κάνουμε διερεύνηση. i) Έστω ότι αντιδρούν πλήρως. (mol) HΒ + NaH NaA + H αρχικά 0,06C 0,00 τελικά - - 0,00 To τελικό διάλυμα περιέχει ΝaB. NaB Na + + B - B - + ΗΟ + H - Άρα το διάλυμα θα έχει ph>7. Aπορρίπτεται. ii) Έστω ότι αντιδρά πλήρως το ΗΒ. (mol) HΒ + NaH NaA + H αρχικά 0,06C 0,00 τελικά - 0,00-0,06C 0,06C To τελικό διάλυμα περιέχει ΝaB, NaH. NaH Na + + H - NaB Na + + B - B - + ΗΟ + H - Άρα το διάλυμα θα έχει ph>7. Aπορρίπτεται. ii) Έστω ότι αντιδρά πλήρως το ΗΒ. (mol) HΒ + NaH NaB + H αρχικά 0,06C 0,00 αντιδρούν 0,00 0,00 παράγονται - - 0,00 τελικά 0,06C-0,00-0,00
Vτελ.60+080mL Vτελ.0,08L ΕΘΝΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 0 0,06C 0,00 0,08 0,00 C NaB C 0,08 C C (M) ΝaB Na + + B - C C C (Μ) + ΗΟ H + + B - αρχικά C - - ιοντίζονται ω - - παράγονται - ω ω ισορροπία C-ω ω ω+c ph 4 [H + ] M x M + [ΗΟ ][Β ] ω(ω+ C) Kα [ΗΒ] C ω Δοκιμαστικά: Cω C K ω+ C C 7 Kα (60C ) 60C α ωc C (Ι) K α 0,00 0,08 0,06C 0,00 0,08 n 0,06C mol HΒ(αρχ.) n NaH () NaH NaH() C V 0, 0,05 0,005mol Επειδή δε γνωρίζουμε τις ποσότητες αρχικά κάνουμε διερεύνηση. Όπως εξηγήσαμε προηγουμένως θα πρέπει να έχει αντιδράσει όλη η ποσότητα του NaH και να έχει απομείνει ΗΒ. (mol) HΒ + NaH NaB + H αρχικά 0,06C 0,005 αντιδρούν 0,005 0,005 παράγονται - - 0,005 τελικά 0,06C-0,005-0,005 Vτελ.60+50mL Vτελ.0,L 0,06C 0,005 C 0, 0,005 C NaB 0,
(M) ΝaB Na + + B - C C C (Μ) + ΗΟ H + + B - αρχικά C - - ιοντίζονται k - - παράγονται - k k ισορροπία C -k k k+c ph 5 [H + ] 5 M k 5 M k(k+ ) Kα k Δοκιμαστικά: k C Kα k+ 8 5 5 5 Kα (60C 5) 60C 5 k (ΙΙ) K α 5 0,005 0, 0,06C 0,005 0, Από τις σχέσεις (Ι),(ΙΙ) έχουμε: 5 5 4(60C 60C 60C 5 5) 60C 80C 8 C 0,M 0,06 0,0,005 0,00 0, 0, 5 M Επειδή >> k και >> k, ισχύουν οι προσεγγίσεις. M Από (Ι) έχουμε: Kα 60 0, Kα 5 5 β) Στο ισοδύναμο σημείο εξουδετερώνονται πλήρως το οξύ και η βάση. nh Β(αρχ.) CHΒ VHΒ 0, 0,06 6 mol HΒ + NaH NaB + H Από τη στοιχειομετρία της αντίδρασης : προκύπτει ότι τα mol του ΝaH είναι ίσα με τα mol του ΗΒ, δηλαδή 6 mol. n 0, 0,06 0, V V 0,06L n H Β NaH() NaH() NaH()
(mol) HΒ + NaH NaB + H αρχικά 6 6 αντιδρούν 6 6 παράγονται - - 6 τελικά - - 6 Vτελ.0,06+0,06.0,L 6 6 CNaB 0, 5 Μ (M) ΝaB Na + + B - (Μ) 5 5 5 B - + ΗΟ + H - αρχικά 5 - - ιοντίζονται λ - - παράγονται - λ λ ισορροπία 5 -λ λ λ Κ K 4 w b(β ) 5 Kα 5 λ K b(β ) 5 K b(b ) Επειδή 5 λ < 5 λ 5 K b λ 5 λ 5,5 M [H ] λ 5,5 Μ ph 5,5 ph 4pH ph 8,5 ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ Τα φετινά θέματα χαρακτηρίζονται απαιτητικά ιδίως για το χρόνο που απαιτείται για την ολοκλήρωσή τους. Απαιτούν πολύ καλή γνώση της ύλης και ταυτόχρονα ικανότητα για αριθμητικές πράξεις.