קובץ PDF

שאלה 1 - מבנה וקישור

מה המבנה הגיאומטרי של המולקולה $\text{ClF}_3$

  • למולקולה ClF3 יש בסה”כ 5 זוגות אלקטרונים מסביב לאטום הכלור:
    • 3 קשרים (Cl-F)
    • 2 זוגות לא קושרים (lone pairs)
  • לפי תאוריית VSEPR (AX3E2), המבנה המרחבי הוא T-shaped.

alt text

שאלה 2 - ספונטניות ויחס בין ΔG° ל-K

אם עבור תגובה ידוע כי $\Delta \text{G}^\circ = 0$ מה ערכו של $k$?

  • ידוע כי: ΔG° = -RT ln(K).
\[\begin{aligned} \Delta G^\circ &= -RT \ln(K) = 0 \\ \ln(K) &= 0 \\ K &= 1 \end{aligned}\]

כלומר אם האנרגיה החופשית הסטנדרטית שווה ל-0, אז קבוע שיווי המשקל K שווה ל-1.

שאלה 3 - קלאוזיס קלפאון

מהי נקודת הרתיחה הנורמלית של $\text{COCl}_2$?

נתון:

  • $\Delta H_{\text{vap}} = 27.4 \, \text{kJ/mol}$
  • $T_1 = -35.6 \, \text{C}$
  • $P_1 = 100\text{mmHg}$

שאלה 3 – קלאוזיוס קלפירון: נקודת הרתיחה הנורמלית של COCl2

נתונים:

  • ΔHvap = 27.4 kJ/mol = 27,400 J/mol
  • T1 = -35.6°C = 237.6 K
  • P1 = 100 mmHg
  • P2 = 760 mmHg (לחץ אטמוספרי)
  • נשתמש במשוואת קלאוזיוס-קלפירון בצורתה הלוגריתמית: ln(P2/P1) = (ΔHvap / R) * (1/T1 - 1/T2)

צעד חישוב:

  1. P2/P1 = 760 / 100 = 7.6
  2. ln(7.6) ≈ 2.028
  3. $\frac{\Delta H_{vap}}{R} = \frac{27400}{8.314} \approx 3295 \; K$

  4. נציב:

    \[\begin{aligned} 2.028 &= 3295 \times \left(\frac{1}{237.6} - \frac{1}{T2}\right) \\ \frac{1}{237.6} - \frac{1}{T2} &= \frac{2.028}{3295} \\ \frac{1}{T2} &= \frac{1}{237.6} - \frac{2.028}{3295} \\ \frac{1}{T2} &\approx 0.00421 - 0.000615 \\ \frac{1}{T2} &\approx 0.003595 \\ T2 &\approx \frac{1}{0.003595} \approx 278 \, K \end{aligned}\]

המרה לצלזיוס:

\[278 K - 273 \approx 5^{\circ} \text{C}\]

נפלתי בשאלה הזאת כי סימנתי מייד 278, בלי להמיר לצלזיוס. באסה.

התשובה: נקודת הרתיחה הנורמלית של COCl2 היא בערך 5°C.

שאלה 4 - לחץ אוסמוטי

תלמיד בודד חלבון כדי לקבוע מסה מולרית. הכין תמיסה בנפח $0.9 \text{ L}$ המכילה 30 גרם ומצא לחחץ אוסמוצה 12.7 טור ב-25 מעלות צלזיוס. מה המסה המולארית?

שאלה 4 – לחץ אוסמוטי ומסה מולרית של חלבון

נתונים:

  • לחץ אוסמוטי (π) = 12.7 טור
  • נפח התמיסה (V) = 0.9 L
  • מסה מומסת = 30 גרם
  • טמפרטורה = 25°C ≈ 298 K
  • קבוע הגזים R = 0.08206 L·atm/(mol·K) (בעת עבודה ב-atm וליטרים)

שלבי החישוב:

  1. ממירים את הלחץ מטור ל-atm: 12.7 טור / 760 ≈ 0.0167 atm
  2. נוסחת הלחץ האוסמוטי: π = (n/V) · R · T → n = (π · V) / (R · T)

  3. מציבים:

    \[n = \frac{0.0167 \text{ atm} \times 0.9 \text{ L}}{(0.08206 \times 298)}\]

    המחנה: 0.08206 × 298 ≈ 24.45 המונה: 0.0167 × 0.9 ≈ 0.01503

    \[\Rightarrow n = \frac{0.01503}{24.45} \approx 0.000615 \text{ mol}\]

  4. המסה המולרית (M): M = (מסה בגרם) / (כמות ב- moles)

    ⇒ $M = \frac{30 \text{ g}}{0.000615 \text{ mol}} \approx 48,780 \text{ g/mol}$

נעגל לסדר גודל ~ 4.9×10^4 g/mol.

התשובה הקרובה ביותר להבנתי הייתה $43,900 \text{ g/mol}$.

שאלה 5 - קוניגורציית אלקטרונים

$1s^2 2s^2 2p^6 3s^1$

ספירת אלקטרונים:

  • 1s^2 = 2 אלקטרונים
  • 2s^2 = 2 אלקטרונים
  • 2p^6 = 6 אלקטרונים
  • 3s^1 = 1 אלקטרון

סה”כ 11 אלקטרונים, המתאים ליסוד נתרן (Na).

שאלה 6 - חומצות ובסיסים

מה ערך $\text{pKa}$ של חומצה חלשה בריכוז $0.02 \text{ M}$ אם ph שלה הוא 3.7?

שאלה 6 – חומצות ובסיסים: pKa של חומצה חלשה

נתון:

\[\text{Given:} \quad C = 0.02\,M \quad\quad pH = 3.7 \quad\Longrightarrow\quad [\mathrm{H}^+] = 10^{-3.7} \approx 2 \times 10^{-4}\,M\] \[\text{Assume the dissociation:} \quad HA \rightleftharpoons H^+ + A^-\] \[\text{If } [\mathrm{H}^+] = x = 2 \times 10^{-4}, \quad [\mathrm{A}^-] \approx x = 2 \times 10^{-4}, \quad [HA] \approx 0.02 - x \approx 0.0198\] \[\begin{aligned} K_a &= \frac{[\mathrm{H}^+][\mathrm{A}^-]}{[HA]} \\ &= \frac{x \cdot x}{0.02 - x} \\ &\approx \frac{(2 \times 10^{-4})^2}{0.0198} \\ &= \frac{4 \times 10^{-8}}{0.0198} \\ &\approx 2 \times 10^{-6} \end{aligned}\] \[\begin{aligned} pK_a &= -\log(K_a) \\ &= -\log\bigl(2 \times 10^{-6}\bigr) \\ &\approx 5.7 \end{aligned}\]

הערה: לא הצלחתי את השאלה הזאת. בחרתי ג׳ 3.2 כי לא יצא לי ג׳ באף שאלה אחרת וזה היה נראה לי ערך מיוחד (נמוך מה ph). נראה לי שטעיתי.

שאלה 7 - גזים

בכלי A יש 22 גרם של גז פחמן דו חמצני $CO_2$ ובכלי B 22 גרם של גז פרופאן $C_3H_8$. הטמפרטורות שוות אך הלחץ בכלי A קטן יותר. מה נכון?

  • יותר מולים ב A
  • יותר מולים ב B
  • נפח A קטן יותר
  • נפח A גדול יותר

אפשר פשוט לפתור מהיגיון. בכל מקרה להלן פתרון מפורט של הבינה:

שאלה 7 – גזים: 22 גרם CO2 (בכלי A) מול 22 גרם C3H8 (בכלי B)

  • מסה מולרית של CO2 ≈ 44 g/mol => מספר מולק’ ≈ 0.5 mol
  • מסה מולרית של C3H8 ≈ 44 g/mol => מספר מולק’ ≈ 0.5 mol

הערה: בחישוב מדויק דווקא יצא לי שהיו מעט יותר מולים של $\text{A}$ - אבל ברמת דיוק של הרבה ספרות אחרי הנקודה ולא לשם כיוון השאלה.

כלומר בשני הכלים יש בערך אותו מספר מולים. הטמפרטורה זהה אך בכלי A הלחץ קטן יותר, לכן בהנחה שהנפחים יכולים להשתנות: $P = \frac{nRT}{V}$

  • אם P(A) קטן אך n,T זהים, בהכרח V(A) גדול יותר.

לכן התשובה הנכונה: “נפח A גדול יותר”.

שאלה 8 - חלקיקים כגלים

מה אורך הגל של דהברולי עבור כדור במסה של 100 גרם הנע במהירות של 100 מטר לשנייה?

שאלה 8 – אורך גל דה ברויי (de Broglie) לכדור מסה 100 גרם ומהירות 100 מ’/ש

נוסחה:

\[\lambda = \frac{h}{p} = \frac{h}{mv}\]
  • h (קבוע פלאנק) ≈ 6.626×10^-34 J·s
  • m = 0.1 kg (100 גרם)
  • v = 100 m/s
\[\lambda = \frac{6.626 \times 10^{-34}}{0.1 \times 100} = 6.626 \times 10^{-35} \text{ m}\]

התשובה שבחרתי: $6.63 \times 10^{-35}$ מטר.

שאלה 9 - זמן מחצית חיים

מה ערך מחצית החיים של תגובה מסדר ראשון אם נתון 45 אחוז מהתגובה מתרחשת בתוך 43 דקות.

שאלה 9 – זמן מחצית חיים של תגובת סדר ראשון

ידוע ש-45% מהחומר מגיב ב-43 דקות, כלומר נותרו 55% => 0.55 מהחומר.

משוואת קינטיקה סדר ראשון:

\[\ln\left(\frac{[A]_0}{[A]}\right) = k \cdot t\]

או

\[[A] = [A]_0 e^{-kt}\]

אם אחרי 43 דקות נותר 55%, אז:

\[\begin{aligned} [A]/[A]_0 &= 0.55 \\ &\Rightarrow ln(0.55) = -k·43 \\ &\Rightarrow k = -\frac{\ln(0.55)}{43} \end{aligned}\]

חישוב בקירוב:

  • ln(0.55) ≈ -0.5988
  • לכן k ≈ 0.5988 / 43 ≈ 0.0139 min^-1

זמן מחצית החיים (t½) לסדר ראשון:

\[t_{1/2} = \frac{\ln(2)}{k} \approx \frac{0.693}{0.0139} \approx 50 \text{ min}\]

כלומר, $50$ דקות.

שאלה 10 - דיאגרמת פאזות

נקודות שבהן החומר נמצא רק בפאזה אחת, להבנתי.