Οργανική χημεία γ λυκείου κονδύλης λατζώνης

źƝƛƓƫƚƖƠ ƀƐƛƐƒƘƬƢƖƠ

ŻƐƢƕƬƛƖƠ ƀƝƚƣƛƎƙƖƠ

ΧΗΜΕΙΑ Γ ΄ ΛΥ Κ Ε Ι Ο Υ Τεύχοσ Γ2 2016 - 2017

• Οργανική Χημεία • Ε π α ν α λ η π τ ι κά Θ έ μ α τ α

ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ

i

Χημεία Γ΄Λυκείου – Τεύχος Γ2 Παναγιώτης Γ. Κονδύλης, Ph.D, Τηλ. 6945-891908, e-mail: pkondylis@hotmail.com

Πολυνίκης Λατζώνης Τηλ. 6944-735073 polyneices@gmail.com

Ανανέωση ύλης ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ 2016

http://chemistrytopics.xyz

ii

Πρόλογος Το βιβλίο αυτό είναι το δεύτερο τεύχος (Γ2) της Χημείας Κατεύθυνσης Γ’ Λυκείου και έχει ως σκοπό να βοηθήσει τόσο το μαθητή που προετοιμάζεται για τις εξετάσεις, όσο και τον καθηγητή που διδάσκει το αντικείμενο αυτό. Περιλαμβάνει το τελευταίο κεφάλαιο της ύλης (Οργανική Χημεία), καθώς και επαναληπτικές ενότητες για όλα τα κεφάλαια της ύλης. Κάθε μία από τις ενότητες της Οργανικής Χημείας περιλαμβάνει: α) Τη θεωρία αναπτυγμένη διεξοδικά. β) Λυμένα παραδείγματα με επεξηγήσεις και σχόλια. γ) Φύλλο εργασίας για ένα γρήγορο έλεγχο γνώσης των αντιδράσεων της ενότητας ή και κάποιων βασικών ασκήσεων. δ) Χημεία και… τέρατα (διάφορα επιστημονικά και άλλα περίεργα από το Διαδίκτυο και άλλες πηγές που έχουν στόχο να διεγείρουν το ενδιαφέρον ή να ευαισθητοποιήσουν τον αναγνώστη) στα σχετικά επιστημονικά θέματα. ε) Θέματα προς απάντηση (ερωτήσεις, ασκήσεις και προβλήματα). Μερικά σημεία που πρέπει να προσεχθούν στην ανάπτυξη της ύλης είναι και τα εξής:  Σε πλαίσια είναι τα σημεία της θεωρίας που απαιτούν ιδιαίτερη προσοχή στη διατύπωσή τους, ενώ κάποιες σημαντικές παρατηρήσεις για τις ερωτήσεις, τις ασκήσεις ή τα προβλήματα επισημαίνονται με έγχρωμους κύκλους (●).  Τα σημεία της θεωρίας που είναι στο περιθώριο των σελίδων είναι κυρίως επεξηγηματικά ή δίνουν επιπλέον πληροφορίες. Πρέπει να ρίξετε μια ματιά!  Αποφεύγεται κατά τον δυνατόν η εκτενής παράθεση μεθοδολογίας επίλυσης προβλημάτων και όσα σημεία είναι πιο σημαντικά αναφέρονται συνήθως στα λυμένα παραδείγματα.  Όλες οι ερωτήσεις (πολλαπλής επιλογής, σωστού - λάθους, με αιτιολόγηση ή χωρίς, αντιστοίχησης, ανοικτού τύπου κτλ.) είναι μαζί και προηγούνται από τα προβλήματα. Στις τέσσερις επαναληπτικές ενότητες (Ε1, Ε2. Ε3 και Ε4) περιλαμβάνονται: α) Επισημάνσεις θεωρίας. Κάποια κομμάτια της θεωρίας που χρειάζονται ιδιαίτερη προσοχή στη διατύπωση (κανόνες, ορισμοί κτλ.). β) Επιγραμματική επανάληψη της θεωρίας ή της μεθοδολογίας επίλυσης ασκήσεων και προβλημάτων. γ) Λυμένες επαναληπτικές ασκήσεις και προβλήματα. δ) Επαναληπτικά θέματα προς λύση ταξινομημένα σε ερωτήσεις και προβλήματα. Στο τέλος του βιβλίου υπάρχουν πολλά επαναληπτικά κριτήρια αξιολόγησης, καθώς και οι απαντήσεις στις ερωτήσεις, τις ασκήσεις και τα προβλήματα. Ελπίζουμε το βιβλίο να λειτουργήσει αποτελεσματικά ως εργαλείο μελέτης για το μαθητή, αλλά και ως εργαλείο διδασκαλίας για τον καθηγητή του αντικειμένου και προσδοκούμε στις παρατηρήσεις σας.

iii

Στον Γιώργο, στον Δημήτρη, στον Παναγιώτη

… και στους μαθητές μας, που η περιέργεια και ο ενθουσιασμός τους μας δίνουν ιδέες και οι ερωτήσεις τους συχνά μας διδάσκουν τη διδακτική της Χημείας…

iv

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΜΕΡΟΣ Α: ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ Ενότητα 1: Ενότητα 2: Ενότητα 3: Ενότητα 4: Ενότητα 5: Ενότητα 6: Ενότητα 7: Ενότητα 8: Ενότητα 9: Ενότητα 10: Ενότητα 11:

Εισαγωγή στην Οργανική Χημεία Χημεία και… τέρατα: «No way out...» Δομή οργανικών ενώσεων Αντιδράσεις προσθήκης (1) Χημεία και… τέρατα: «Στα σύνορα φαντασίας και ονείρου...» Αντιδράσεις προσθήκης (2) Χημεία και… τέρατα: «Λίμνη αιθανίου στο Διάστημα!» Αντιδράσεις απόσπασης Χημεία και… τέρατα: «Μποπάλ ή welcome to death…» Αντιδράσεις υποκατάστασης Χημεία και… τέρατα: «Τρόμος πάνω από την πόλη…» Αντιδράσεις πολυμερισμού Χημεία και… τέρατα: «Chemistry by… accident» Αντιδράσεις οξείδωσης και αναγωγής Χημεία και… τέρατα: «Παρασκευή κατόπτρου αργύρου» Όξινος και βασικός χαρακτήρας Αλογονοφορμική - Διακρίσεις - Ταυτοποιήσεις Γενικά προβλήματα και θεωρητικές ασκήσεις

Κριτήριο Αξιολόγησης Οργανικής Χημείας ΜΕΡΟΣ Β΄: ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ Ε1. Ε2. Ε3. Ε4.

Γενικό μέρος (κεφάλαια 1-4 σχολικού) Διαλύματα ηλεκτρολυτών – pH (κεφάλαιο 5 σχολικού) Κβαντικοί αριθμοί και τροχιακά – Περιοδικός Πίνακας (κεφάλαιο 6 σχολικού) Οργανική χημεία (κεφάλαιο 7 σχολικού)

Επαναληπτικά Κριτήρια Αξιολόγησης ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ - ΛΥΣΕΙΣ

v

vi

vii

viii

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ

1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ

ΘΕΜΑΤΑ ΘΕΩΡΙΑΣ 1. Χαρακτηριστικές ομάδες και ομόλογες σειρές

Ο άνθρακας (C) είναι τετρασθενές στοιχείο.

Χαρακτηριστική Ομάδα (Χ.Ο.) είναι άτομα ή συγκροτήματα ατόμων στα οποία οφείλονται οι κοινές χαρακτηριστικές ιδιότητες των μελών μιας ομόλογης σειράς οργανικών ενώσεων, π.χ. το υδροξύλιο (−ΟΗ) στις αλκοόλες, το καρβοξύλιο (−COOH) στα καρβοξυλικά οξέα κτλ. Με τον όρο ομόλογη σειρά εννοούμε ένα σύνολο οργανικών ενώσεων με κοινά χαρακτηριστικά γνωρίσματα, όπως: ανάλογη σύνταξη και την ίδια Χ.Ο., τον ίδιο Γενικό Μοριακό Τύπο (Γ.Μ.Τ.), παρόμοιους τρόπους παρασκευής και ανάλογες χημικές ιδιότητες. Επίσης, κάθε μέλος διαφέρει από το προηγούμενο και το επόμενο κατά τη δισθενή ομάδα −CH2−. Παράδειγμα: Κορεσμένες μονοσθενείς αλκοόλες, Χ.Ο.: −ΟΗ (υδροξύλιο), Γ.Μ.Τ.:

CνH2ν+1OH (ν  1). Συντακτικός τύπος

Ονομασία

Μr

CH3OH

μεθανόλη (ν = 1)

32

CH3CH2OH

αιθανόλη (ν = 2)

46

CH3CH2CH2OH

1-προπανόλη (ν = 3)

60

CH3CH2CH2CH2OH

1-βουτανόλη (ν = 4)

74

2. Ρίζες αλκύλια (ή αλκυλόριζες) Τα αλκάνια είναι κορεσμένοι υδρογονάνθρακες με γενικό μοριακό τύπο: CνH2ν+2.

Αν από το γενικό μοριακό τύπο των αλκανίων αφαιρεθεί ένα άτομο H απομένει ο γενικός τύπος της μονοσθενούς ομάδας,

CνH2ν+2

−H

CνH2ν+1 −

που ονομάζεται αλκύλιο και συμβολίζεται γενικά με το γράμμα R (Radical = ρίζα). Ανάλογα με τον αριθμό των ατόμων C που συνδέονται με το τρισθενές άτομο C, τα αλκύλια διακρίνονται σε πρωτοταγή, δευτεροταγή ή τριτοταγή.

1

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

ΠΙΝΑΚΑΣ: Κυριότερα αλκύλια (*)

ΑΛΚΑΝΙΟ

ΑΛΚΥΛΙΟ

ΟΝΟΜΑΣΙΑ ΑΛΚΥΛΙΩΝ

CH4

μεθύλιο

CH3CH3

αιθύλιο προπύλιο

CH3CH2CH3

ισοπροπύλιο βουτύλιο

CH3CH2CH2CH3

δευτεροταγές βουτύλιο ισοβουτύλιο

τριτοταγές βουτύλιο

(*) Να γίνει απομνημόνευση του πίνακα.

3. Ομόλογες σειρές των υδρογονανθράκων Ως υδρογονάνθρακες χαρακτηρίζονται οι οργανικές ενώσεις που αποτελούνται αποκλειστικά από C και H. Οι σπουδαιότερες ομόλογες σειρές των υδρογονανθράκων είναι οι εξής:

Γενικοί μοριακοί τύποι: Αλκάνια: CνH2ν+2 (ν  1)

Αλκίνια: CνH2ν–2 (ν  2)

Αλκένια: CνH2ν (ν  2)

Αλκαδιένια: CνH2ν–2 (ν  3)

Πρώτα μέλη Αλκάνια: CH4 (μεθάνιο), CH3CH3 (αιθάνιο), CH3CH2CH3 (προπάνιο) κτλ. Αλκένια: CH2=CH2 (αιθένιο ή αιθυλένιο), CH3CH=CH2 (προπένιο ή προπυλένιο) κτλ. Αλκίνια: CH≡CH (αιθίνιο ή ακετυλένιο), CH3C≡CH (προπίνιο) κτλ. Αλκαδιένια: CH2=C=CH2 (προπαδιένιο), CH2=CH−CH=CH2 (1,3-βουταδιένιο) κτλ.

2

αιθύλιο: πρωτοταγές αλκύλιο ισοπροπύλιο: δευτεροταγές

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ

4. Κορεσμένες μονοσθενείς αλκοόλες - Κορεσμένοι μονοαιθέρες Ως πρωτοταγές χαρακτηρίζεται ένα άτομο C που συνδέεται άμεσα μόνο με ένα άλλο άτομο C, ως δευτεροταγές αυτό που ενώνεται με δύο άλλα άτομα C, ενώ ως τριτοταγές αυτό που ενώνεται με τρία άλλα άτομα C. Προφανώς, υπάρχει και τεταρτοταγές άτομο άνθρακα, αλλά όχι και τεταρτοταγής αλκοόλη!

Όταν τα δύο αλκύλια είναι ίδια ο αιθέρας χαρακτηρίζεται ως απλός, ενώ στην αντίθετη περίπτωση ως μικτός.

Οι κορεσμένες μονοσθενείς αλκοόλες είναι οργανικές ενώσεις που περιέχουν ένα −ΟΗ (υδροξύλιο) ως χαρακτηριστική ομάδα, ενώ διαθέτουν μόνο απλούς δεσμούς μεταξύ των ατόμων άνθρακα. Γ.Μ.Τ.: CνH2ν+1ΟΗ, ν  1. Πρώτα μέλη: CH3OH (μεθανόλη), CH3CH2OH (αιθανόλη ή οινόπνευμα). Οι αλκοόλες διακρίνονται σε πρωτοταγείς, δευτεροταγείς ή τριτοταγείς, ανάλογα με το αν το −ΟΗ ενώνεται με πρωτοταγές, δευτεροταγές ή τριτοταγές άτομο άνθρακα, αντίστοιχα.

Οι κορεσμένοι μονοαιθέρες είναι οι οργανικές ενώσεις που προκύπτουν θεωρητικά από τις κορεσμένες μονοσθενείς αλκοόλες με αντικατάσταση του ατόμου Η του –ΟΗ με ένα άλλο αλκύλιο, ίδιο ή διαφορετικό με το προηγούμενο:

Γενικός μοριακός τύπος: CνH2ν+2O (ν  2). Πρώτα μέλη: CH3OCH3 (διμεθυλαιθέρας), CH3CH2OCH3 (αιθυλομεθυλαιθέρας) κτλ.

5. Καρβονυλικές ενώσεις Οι καρβονυλικές ενώσεις διαθέτουν τη δισθενή χαρακτηριστική ομάδα καρβονύλιο:

Οι καρβονυλικές ενώσεις διακρίνονται σε αλδεΰδες και σε κετόνες. Στην περίπτωση κατά την οποία η μία τουλάχιστον ελεύθερη μονάδα σθένους του καρβονυλίου συνδέεται με άτομο Η, προκύπτουν οι κορεσμένες μονοσθενείς αλδεΰδες:

RCHO ή CνH2ν+1CHO (ν  0). Γ.Μ.Τ.: CνH2νO (ν  1). Πρώτα μέλη: ΗCHO (μεθανάλη ή φορμαλδεΰδη), CH3CHO (αιθανάλη ή ακεταλδεΰδη) κτλ.

προπανόνη ή ακετόνη

Στην περίπτωση που και οι δύο μονάδες σθένους του καρβονυλίου συνδέονται με αλκύλια προκύπτουν οι κορεσμένες μονοσθενείς κετόνες:

2-βουτανόνη ή απλά βουτανόνη

CμH2μ+1COCΗ2ω+1 (μ, ω  1). Γ.Μ.Τ.: CνH2νO (ν  3). Πρώτα μέλη: CH3COCH3 (προπανόνη ή ακετόνη), CH3COCH2CH3 (2-βουτανόνη) κτλ.

3

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

6. Κορεσμένα μονοκαρβοξυλικά (ή λιπαρά) οξέα Οι ενώσεις αυτές διαθέτουν ένα καρβοξύλιο ως χαρακτηριστική ομάδα, ή ενώ διαθέτουν μόνο απλούς δεσμούς μεταξύ ατόμων C. RCOOH ή CνΗ2ν+1COOH (ν  0). Γ.Μ.Τ.: CνH2νO2 (ν  1). Πρώτα μέλη: ΗCOOH (μεθανικό ή μυρμηκικό οξύ), CH3COOH (αιθανικό ή οξικό οξύ) κτλ.

7. Εστέρες Λέγονται έτσι οι οργανικές ενώσεις που προκύπτουν θεωρητικά από τα καρβοξυλικά οξέα, με αντικατάσταση του Η της –COOH με ένα αλκύλιο R΄:

CμΗ2μ+1COOCyH2y+1 (μ  0, y > 0), Γ.Μ.Τ.: CνH2νO2 (ν  2). Πρώτα μέλη: ΗCOOCH3 (μεθανικός μεθυλεστέρας), ΗCOOCH2CH3 (μεθανικός αιθυλεστέρας), CH3COOCH3 (αιθανικός ή οξικός μεθυλεστέρας) κτλ.

8. Αλκυλαλογονίδια Tα αλκυλαλογονίδια είναι ενώσεις, που προκύπτουν θεωρητικά από τα αλκάνια, με αντικατάσταση ενός ατόμου Η από άτομο αλογόνου (X). Γενικός τύπος: CνH2ν+1X ή RX (Χ = F, Cl, Br, I). Πρώτα μέλη: CH3Cl (χλωρομεθάνιο ή μεθυλοχλωρίδιο), CH3CH2Br (βρωμοαιθάνιο ή αιθυλοβρωμίδιο), CH3CH2CH2I (1-ιωδοπροπάνιο ή προπυλοϊωδίδιο), (CH3)2CHBr (2βρωμοπροπάνιο ή ισοπροπυλοβρωμίδιο).

9. Aμίνες Πρόκειται για οργανικές ενώσεις, που προκύπτουν θεωρητικά από την αμμωνία (ΝΗ3) με αντικατάσταση ενός, δύο ή και των τριών ατόμων Η της από αλκύλια. Η σπουδαιότερη κατηγορία αμινών είναι οι πρωτοταγείς αμίνες, RNH2, στις οποίες το N ενώνεται με ένα αλκύλιο (R), π.χ. η μεθυλαμίνη (CH3NH2), η αιθυλαμίνη (CH3CH2NH2) κτλ. Στις δευτεροταγείς αμίνες το Ν ενώνεται με δύο αλκύλια (ίδια ή διαφορετικά), ενώ στις τριτοταγείς αμίνες το Ν ενώνεται με τρία αλκύλια:

4

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ

10. Πίνακας: Κυριότερες άκυκλες ομόλογες σειρές Συνοπτικά, οι κυριότερες ομόλογες σειρές οργανικών ενώσεων εμφανίζονται στον πίνακα που ακολουθεί: Ομόλογη σειρά ΑΛΚΑΝΙΑ (κορεσμένοι υδρογονάνθρακες)

Γενικός τύπος

RH CνH2ν+2 (ν  1)

Πρώτα μέλη CH4 (μεθάνιο) CH3CH3 (αιθάνιο)

CνH2ν (ν  2)

CH2=CH2 (αιθένιο ή αιθυλένιο) CH3CH=CH2 (προπένιο)

CνH2ν−2 (ν  2)

CHCH (αιθίνιο ή ακετυλένιο) CH3CCH (προπίνιο)

ΑΛΚΕΝΙΑ (ακόρεστοι υδρογονάνθρακες με 1 διπλό δεσμό C=C) ΑΛΚΙΝΙΑ (ακόρεστοι υδρογονάνθρακες με 1 τριπλό δεσμό CC) ΑΛΚΑΔΙΕΝΙΑ (ακόρεστοι υδρογονάνθρακες με 2 διπλούς δεσμούς C=C) ΑΛΚΟΟΛΕΣ (κορεσμένες μονοσθενείς)

ROH CνH2ν+2O (ν  1)

CH2=C=CH2 (προπαδιένιο) CH2=CH‒CΗ=CH2 (1,3-βουταδιένιο) CH3OH (μεθανόλη) CH3CH2OH (αιθανόλη ή οινόπνευμα)

ΑΙΘΕΡΕΣ (κορεσμένοι μονοαιθέρες)

R−O−R CνH2ν+2O (ν  2)

CH3OCH3 (διμεθυλαιθέρας) CH3CH2OCH3 (αιθυλομεθυλαιθέρας)

ΑΛΚΥΛΑΛΟΓΟΝΙΔΙΑ

RΧ, X = F, Cl, Br, I CνH2ν+1Χ (ν  1)

CH3Br (βρωμομεθάνιο) CH3CH2Cl (χλωροαιθάνιο)

ΑΛΔΕΫΔΕΣ (κορεσμένες μονοσθενείς)

RCHO CνH2νO (ν  1)

HCHO (μεθανάλη ή φορμαλδεΰδη) CH3CHO (αιθανάλη ή ακεταλδεΰδη)

CνH2ν−2 (ν  3)

ΚΕΤΟΝΕΣ (κορεσμένες μονοσθενείς)

CνH2νO (ν  3) ΚΑΡΒΟΞΥΛΙΚΑ ΟΞΕΑ (κορεσμένα μονοκαρβοξυλικά) ΕΣΤΕΡΕΣ (κορεσμένων μονοκαρβοξυλικών οξέων με κορεσμένες μονοσθενείς αλκοόλες) ΝΙΤΡΙΛΙΑ (κορεσμένα μονοσθενή) ΑMINEΣ (κορεσμένες πρωτοταγείς μονοαμίνες)

RCOOH CνH2νO2 (ν  1)

CH3COCH3 (προπανόνη ή ακετόνη) CH3CH2COCH3 (2-βουτανόνη) HCOOH (μεθανικό ή μυρμηκικό οξύ) CH3COOH (αιθανικό ή οξικό οξύ)

RCΝ CνH2ν+1CN (ν  0)

HCOOCH3 (μεθανικός μεθυλεστέρας) CH3COOCH3 (αιθανικός μεθυλεστέρας) HCN (υδροκυάνιο ή μεθανονιτρίλιο) CH3CN (αιθανονιτρίλιο)

RΝΗ2 CνH2ν+3Ν (ν  1)

CH3NH2 (μεθυλαμίνη) CH3CH2NH2 (αιθυλαμίνη)

RCΟOR CνH2νO2 (ν  2)

11. Άλλες ομόλογες σειρές  Τα νιτρίλια. Διαθέτουν το κυάνιο (−CN ή πιο απλά −CN) ως χαρακτηριστική ομάδα. Γενικός τύπος: CνH2ν+1CN (ν  0) ή RCN. Πρώτα μέλη: ΗCN (μεθανονιτρίλιο ή υδροκυάνιο), CH3CN (αιθανονιτρίλιο) κτλ.

5

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

 Κορεσμένα διαλογονοπαράγωγα (διβρωμοπαράγωγα, διχλωροπαράγωγα κτλ.). Περιέχουν δύο άτομα αλογόνου στο ίδιο ή σε διαφορετικά άτομα άνθρακα. Γ.Μ.Τ.: CνH2νX2 (X = F, Cl, Br, I, ν  1). Π.χ.: CH2Cl2 (διχλωρομεθάνιο), CH3CHCl2 (1,1διχλωροαιθάνιο) κτλ.  Τα αντιδραστήρια Grignard είναι οργανομεταλλικές ενώσεις, παράγωγα των αλκυλαλογονιδίων, με τύπο RMgX (X = Cl, Br, I). Προκύπτουν από αλκυλαλογονίδια με επίδραση Mg σε διαλύτη τελείως άνυδρο (απόλυτο) αιθέρα:

Π.χ.: 12. Κύρια ανθρακική αλυσίδα Κύρια ανθρακική αλυσίδα είναι η μεγαλύτερη δυνατή αλληλουχία ατόμων άνθρακα σε μία οργανική ένωση η οποία όμως να περιέχει τον πολλαπλό δεσμό, διπλό ή τριπλό, καθώς και τη χαρακτηριστική ομάδα. Η αρίθμηση της κύριας ανθρακικής αλυσίδας αρχίζει από το άκρο που είναι πιο κοντά στη Χ.Ο., ή αν δεν υπάρχει Χ.Ο. από το άκρο που είναι πιο κοντά στον πολλαπλό δεσμό ή τέλος από το άκρο που είναι πιο κοντά στη διακλάδωση (αν δεν υπάρχει ούτε Χ.Ο. ούτε πολλαπλός δεσμός):

Το όνομα της κύριας αλυσίδας προκύπτει από τα εξής 3 συνθετικά: 1ο συνθετικό

2ο συνθετικό

3ο συνθετικό

μεθ- : 1 άτομο C αιθ- : 2 άτομα C προπ- : 3 άτομα C βουτ- : 4 άτομα C πεντ- : 5 άτομα C

-αν- : κορεσμένη ένωση -εν- : 1 διπλός δεσμός -ιν- : 1 τριπλός δεσμός -διεν- : 2 διπλοί δεσμοί -διιν- : 2 τριπλοί δεσμοί

-ιο: υδρογονάνθρακας -όλη: αλκοόλη -άλη: αλδεΰδη -όνη: κετόνη -ικό οξύ: καρβοξυλικό οξύ -νιτρίλιο: νιτρίλιο

13. Ονοματολογία οργανικών ενώσεων χωρίς διακλαδώσεις Η θέση της χαρακτηριστικής ομάδας (Χ.Ο.) καθορίζεται με έναν αριθμό που αναγράφεται στην αρχή του βασικού ονόματος και δηλώνει το άτομο C με το οποίο συνδέεται. Η θέση του διπλού ή του τριπλού δεσμού καθορίζεται με το μικρότερο στην αρίθμηση άτομο C του δεσμού. Π.χ.:

CH3CH2CH2CH=CH2

1-πεντένιο

CH3CH2C≡CH

2-πεντανόνη

2-βουτανόλη

CH3CH2CH2COOH

6

βουτανικό οξύ

1-βουτίνιο

CH3CH2CHO

προπανάλη

Σύμφωνα τις οδηγίες της IUPAC το 1-βουτίνιο ονομάζεται ως βουτ-1-ίνιο, η 2βουτανόλη ονομάζεται βουταν-2-όλη κτλ., αλλά αυτά δεν έχουν ακόμη υιοθετηθεί ευρέως από την ελληνική και τη παγκόσμια βιβλιογραφία.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ

Σημειώσεις ονοματολογίας: 1) Ο αριθμός 1 για τη θέση της αλδεϋδομάδας (−CHO) και της καρβοξυλομάδας (−COOH) παραλείπεται, καθώς βρίσκονται στην άκρη της κύριας ανθρακικής αλυσίδας καθορίζοντας την αρίθμησή της.

2) To άτομο C της αλδεϋδομάδας και της καρβοξυλομάδας (αλλά και του κυανίου, – CN) συμπεριλαμβάνεται στην αρίθμηση της κύριας ανθρακικής αλυσίδας.

3) Στην περίπτωση που η ένωση διαθέτει 2 ή περισσότερες ίδιες χαρακτηριστικές ομάδες, αυτό δηλώνεται με το πρόθεμα δι-, τρι- κτλ., ανάλογα με τον αριθμό των χαρακτηριστικών ομάδων, π.χ.:

Στην περίπτωση που η ένωση διαθέτει και X.O. και πολλαπλό δεσμό, η θέση τους υποδηλώνεται με αριθμούς που μπαίνουν, για μεν τον πολλαπλό δεσμό στην αρχή της ονομασίας για δε την X.O. πριν από το συνθετικό που δηλώνει την ύπαρξή της, π.χ.: 3-βουτεν-2-όλη

14. Ονοματολογία οργανικών ενώσεων με διακλαδώσεις Αν η οργανική ένωση περιέχει διακλαδώσεις (αλκύλια, αλογόνα κτλ.), η θέση τους καθορίζεται με αριθμούς που μπαίνουν μπροστά από τα ονόματά τους:

CH2=CHCH2Cl

3-χλωρο-1-προπένιo

2,2,4-τριμεθυλοπεντάνιο

4-αιθυλο-2,4-διμεθυλο-3-εξανόλη

αιθανοδιικό οξύ (ή οξαλικό οξύ)

Τα νιτρίλια περιέχουν το κυάνιο, −CN, ως Χ.Ο. και στην ονομασία τους περιέχουν την κατάληξη -νιτρίλιο. Στην αρίθμηση συνυπολογίζεται και το άτομο C που περιέχει το −CN: 3 1 CH3CH2CN προπανονιτρίλιο Ονομασία εστέρων. Οι εστέρες ονομάζονται με βάση το καρβοξυλικό οξύ από το οποίο προέρχονται, το αλκύλιο που έχει αντικαταστήσει το άτομο Η της −COOH και την κατάληξη εστέρας: ΟΞΥ HCOOH μεθανικό οξύ CH3COOH αιθανικό οξύ

HCOOCH3

ΕΣΤΕΡΑΣ μεθανικός μεθυλεστέρας αιθανικός ισοπροπυλεστέρας

Άλατα κορεσμένων μονοκαρβοξυλικών οξέων. Ονομάζονται από το αντίστοιχο οξύ και το όνομα του μετάλλου, π.χ.: (CH3COO)2Ca, αιθανικό ασβέστιο, ΗCOONa, μεθανικό ή μυρμηκικό νάτριο κτλ.

15. Ονομασίες με βάση τα αλκύλια Η ονομασία των αιθέρων προκύπτει με βάση τα αλκύλια που συνδέονται με το άτομο Ο και την κατάληξη -αιθέρας. Αν τα αλκύλια είναι διαφορετικά παρατίθενται κατ’ αλφαβητική σειρά, ενώ αν είναι ίδια με το πρόθεμα δι-:

CH3CH2CH2OCH3 μεθυλοπροπυλαιθέρας CH3CH2OCH2CH3 διαιθυλαιθέρας

7

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Οι αμίνες μπορούν επίσης να ονομαστούν με βάση τα αλκύλια που διαθέτουν. Έτσι, η ένωση CH3CH2NH2 ονομάζεται συνήθως αιθυλαμίνη. Ονομασία αντιδραστηρίων Grignard. Ονομάζονται με βάση το αλκύλιο που διαθέτουν και την κατάληξη –μαγνησιοαλογονίδιο. Π.χ.:

CH3CH2MgCl

Κατά IUPAC, οι αιθέρες ονομάζονται με βάση τη μεγαλύτερη ανθρακική αλυσίδα και τη μικρότερη αλυσίδα να παίζει το ρόλο της διακλάδωσης (πρόθεμα αλκόξυ), π.χ.:

CH3CH2CH2OCH3 μεθυξυπροπάνιο

αιθυλομαγνησιοχλωρίδιο

Με βάση τα αλκύλια που συνδέονται στο καρβονύλιο και την κατάληξη –κετόνη μπορούν να ονομαστούν και οι κετόνες, π.χ.:

16. Υδροξυνιτρίλια και υδροξυοξέα Τα υδροξυνιτρίλια περιέχουν δύο χαρακτηριστικές ομάδες, ένα −CN και ένα −ΟΗ. Ονομάζονται με την κατάληξη -νιτρίλιο και το –ΟΗ σαν διακλάδωση (με το πρόθεμα υδροξυ-). Ανάλογα ονομάζονται και τα υδροξυοξέα (που περιέχουν και −COOH και −ΟΗ), δηλαδή με την κατάληξη -ικό οξύ και το πρόθεμα υδροξυ-):

2-βουτανόνη ή αιθυλομεθυλοκετόνη

ΗΟCH2CH2CN 3-υδροξυπροπανονιτρίλιο 2-υδροξυπροπανικό οξύ (ή γαλακτικό οξύ)

17. Μερικές εμπειρικές ονομασίες Αιθυλένιο ή αιθένιο Ακετυλένιο ή αιθίνιο Ισοπρένιο ή 2-μεθυλο-1,3-βουταδιένιο Βινυλοχλωρίδιο ή χλωροαιθένιο Δευτεροταγής βουτανόλη ή 2-βουτανόλη Τριτοταγής βουτανόλη ή 2-μεθυλο-2-προπανόλη Φορμαλδεΰδη ή μεθανάλη Ακεταλδεΰδη ή αιθανάλη Ακετόνη ή προπανόνη

ΗCHO CH3CHO

Μυρμηκικό οξύ ή μεθανικό οξύ Οξικό οξύ ή αιθανικό οξύ Οξαλικό οξύ ή αιθανοδιικό οξύ

HCOOH CH3COOH

Ακρυλονιτρίλιο ή προπενονιτρίλιο 18. Βενζόλιο και ρίζα φαινύλιο Το βενζόλιο (C6H6) είναι η κύρια αρωματική ένωση και μπορεί να παρασταθεί με τους εξής τύπους:

8

προπανόνη ή διμεθυλοκετόνη

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ

ή Αν από το μόριο του βενζολίου αφαιρεθεί ένα άτομο Η προκύπτει η ρίζα φαινύλιο, που συμβολίζεται C6H5− ή Ph (ή Φ). Δύο σημαντικά παράγωγα του βενζολίου είναι και τα εξής:

19. Συντακτική ισομέρεια Ονομάζεται το φαινόμενο κατά το οποίο 2 ή και περισσότερες οργανικές ενώσεις έχουν τον ίδιο μοριακό τύπο αλλά διαφορετικό συντακτικό και επομένως παρουσιάζουν διαφορετικές ιδιότητες. Διακρίνεται: α) στην ισομέρεια αλυσίδας, β) στην ισομέρεια θέσης και γ) στην ισομέρεια ομόλογης σειράς. α) Ισομέρεια αλυσίδας. Οφείλεται αποκλειστικά στο διαφορετικό τρόπο σύνδεσης των ατόμων C στα μόρια των ισομερών ενώσεων και εμφανίζεται ως μοναδικό είδος συντακτικής ισομέρειας στα αλκάνια. Π.χ. στο μοριακό τύπο, C4H10, αντιστοιχούν τα εξής δύο συντακτικά ισομερή αλυσίδας:

CH3CH2CH2CH3 βουτάνιο

μεθυλοπροπάνιο

β) Ισομέρεια θέσης. Οφείλεται στη διαφορετική θέση μιας X.O. ή ενός διπλού (ή τριπλού) δεσμού, στα μόρια των ισομερών ενώσεων. Π.χ. οι ενώσεις,

CH3CH2CH2OH 1-προπανόλη

2-προπανόλη

αντιστοιχούν στον ίδιο μοριακό τύπο (C3H8Ο), έχουν την ίδια ανθρακική αλυσίδα και διαφέρουν μόνο στην θέση του –ΟΗ. Ισομέρεια θέσης παρουσιάζουν επίσης οι ενώσεις, CH3CH2CH=CH2 (1-βουτένιο) και CH3CH=CHCH3 (2-βουτένιο) που αντιστοιχούν στο μοριακό τύπο C4H8 και διαφέρουν μόνο στη θέση του διπλού δεσμού. Στον ίδιο μοριακό τύπο αντιστοιχεί και το μεθυλοπροπένιο, αλλά αυτό διαθέτει διαφορετική ανθρακική αλυσίδα στην οποία εμφανίζεται ένα μεθύλιο ως διακλάδωση.

CνH2ν‒2 αλκίνια ν≥2

αλκαδιένια ν≥3

γ) Ισομέρεια ομόλογης σειράς. Οφείλεται στη διαφορετική χαρακτηριστική ομάδα που περιέχουν οι ισομερείς ενώσεις (και που ανήκουν επομένως σε διαφορετικές ομόλογες σειρές). Χαρακτηριστικές περιπτώσεις ισομέρειας ομόλογης σειράς αποτελούν οι εξής: i. Τα αλκίνια με τα αλκαδιένια με Γ.Μ.Τ.: CνH2ν‒2 (ν  2 για τα αλκίνια και ν  3 για τα αλκαδιένια). Έτσι, στον τύπο C3H4 αντιστοιχούν ένα αλκίνιο (το προπίνιο, CH3CCH) και ένα αλκαδιένιο (το προπαδιένιο, CH2=C=CH2).

9

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

ii. Οι αλκοόλες (κορεσμένες μονοσθενείς) με τους αιθέρες (κορεσμένοι μονοαιθέρες), με Γ.Μ.Τ.: CνH2ν+2Ο (ν  1 για τις αλκοόλες, ν  2 για τους αιθέρες). Π.χ. στον τύπο C2H6Ο αντιστοιχούν μία αλκοόλη, η αιθανόλη (CH3CH2OH) και ένας αιθέρας, ο διαιθυλαιθέρας (CH3OCH3). Επίσης, στο μοριακό τύπο C3H8Ο αντιστοιχούν η 1προπανόλη, η 2-προπανόλη και ο αιθυλομεθυλαιθέρας:

iii. Οι αλδεΰδες (κορεσμένες, μονοσθενείς) με τις κετόνες (κορεσμένες, μονοσθενείς), με Γ.Μ.Τ.: CνH2νΟ (ν  1 για τις αλδεΰδες, ν  3 για τις κετόνες). Π.χ. στο μοριακό τύπο C3H6Ο αντιστοιχούν η προπανάλη (CH3CH2CHO) και η προπανόνη (CH3COCH3). Επίσης, στον τύπο C4H8Ο αντιστοιχούν δύο αλδεΰδες, και μία κετόνη:

iv. Τα οξέα (κορεσμένα μονοκαρβοξυλικά) με τους εστέρες (από κορεσμένα μονοκαρβοξυλικά οξέα και κορεσμένες μονοσθενείς αλκοόλες), με Γ.Μ.Τ.: CνH2νΟ2 (ν  1 για τα οξέα, ν  2 για τους εστέρες). Π.χ. στον τύπο C2H4Ο2 αντιστοιχούν το αιθανικό οξύ (CH3COOH) και ο μεθανικός μεθυλεστέρας (HCOOCH3). Επίσης, στον τύπο C3H6Ο2 αντιστοιχούν το προπανικό οξύ, ο μεθανικός αιθυλεστέρας και ο αιθανικός μεθυλεστέρας:

10

CνH2ν+2Ο αλκοόλες ν≥1

αιθέρες ν≥2

CνH2νΟ αλδεΰδες ν≥1

κετόνες ν≥3

CνH2νΟ2 καρβοξυλικά οξέα ν≥1

εστέρες ν≥2

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Οι σχετικές ατομικές μάζες των βασικών στοιχείων δίνονται στο τέλος του βιβλίου.

1.1. Να γραφούν οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων με τις εξής ονομασίες: α) 3-μεθυλο-1-πεντίνιο β) 2-μεθυλο-1,3-βουταδιένιο γ) 4-βρωμοβουτανάλη δ) 3-βουτεν-2-όνη ε) 4-εξενικό οξύ στ) αιθυλομεθυλαιθέρας ζ) 1,3-διβρωμοπροπάνιο η) μεθυλοβουτανόνη θ) δευτεροταγής βουτανόλη ι) οξικό νάτριο κ) οξαλικό οξύ λ) οξικός αιθυλεστέρας μ) προπανικός ισοπροπυλεστέρας ν) αιθυλαμίνη ξ) προπανονιτρίλιο ο) 3-μεθυλο-1-βουτανόλη 1.2. H οργανική ένωση του τύπου CH≡C−CH=CH2: Α) είναι αλκίνιο Β) είναι αλκίνιο ή αλκαδιένιο Γ) ανήκει στους υδρογονάνθρακες με γενικό μοριακό τύπο CνΗ2ν‒2 Δ) είναι υδρογονάνθρακας 1.3. H οργανική ένωση με τύπο CH3CH2COCH3 ανήκει: Α) στους εστέρες Β) στις αλδεΰδες Γ) στα καρβοξυλικά οξέα Δ) στις κετόνες 1.4. i. H οργανική ένωση με τύπο,

1.6. Ένωση διαθέτει στο μόριό της 4 άτομα C, 10 άτομα H και άγνωστο αριθμό ατόμων Ο. H ένωση αυτή μπορεί να είναι: Α) αλκοόλη ή αιθέρας Β) αλδεΰδη ή κετόνη Γ) καρβοξυλικό οξύ ή εστέρας Δ) αλκάνιο ή κετόνη 1.7. i. Κορεσμένη ένωση του τύπου C2H4O είναι: Α) αλκοόλη ή αιθέρας Β) αλδεΰδη ή κετόνη Γ) καρβοξυλικό οξύ ή εστέρας Δ) η ακεταλδεΰδη (αιθανάλη) ii. Κορεσμένη ένωση του τύπου CH2O2 μπορεί να είναι: Α) το καρβοξυλικό οξύ ΗCOOH Β) αλδεΰδη ή κετόνη Γ) καρβοξυλικό οξύ ή εστέρας Δ) μεθανάλη 1.8. Στον παρακάτω ανθρακικό σκελετό, με ποιο άτομο άνθρακα πρέπει να ενωθεί ένα −ΟΗ, ώστε να προκύψει δευτεροταγής αλκοόλη;

Α) Με το C(1) Γ) Με το C(3) Ε) Με το C(5)

Β) Με το C(2) Δ) Με το C(4)

1.9. Το μόριο μιας κετόνης διαθέτει τέσσερα άτομα C και ένα διπλό δεσμό C=C. Η ένωση αυτή έχει: Α) μοριακό τύπο C4H8O Β) 6 άτομα υδρογόνου στο μόριό της Γ) 8 άτομα υδρογόνου στο μόριό της Δ) 2 άτομα οξυγόνου στο μόριό της 1.10. Η ένωση 2-μεθυλοβουτανάλη έχει μοριακό τύπο: Α) C5H10O Β) C4H8O Γ) C4H10O Δ) C5H10O2

είναι: Α) εστέρας Γ) καρβοξυλικό οξύ

Β) αλδεΰδη Δ) κετόνη [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ]

ii. H οργανική ένωση με τύπο:

είναι: Α) αλκοόλη Γ) καρβοξυλικό οξύ

Β) αλδεΰδη Δ) κετόνη

1.5. Η ομόλογη σειρά οργανικών ενώσεων που δεν περιέχουν διπλό δεσμό C=O στα μόριό τους είναι: A) οι κετόνες B) οι αλδεΰδες Γ) οι αλκοόλες Δ) οι εστέρες

1.11. Η 2,3-διμεθυλο-2-βουτανόλη είναι: Α) κορεσμένη μονοσθενής αλκοόλη Β) δευτεροταγής αλκοόλη με 6 άτομα C Γ) τριτοταγής αλκοόλη με 4 άτομα C Δ) αλδεΰδη με 6 άτομα C στο μόριό της 1.12. Κορεσμένη καρβονυλική ένωση έχει Mr = 58. Η ένωση αυτή είναι: Α) η προπανάλη ή η ακετόνη Β) η προπανάλη Γ) η προπανόνη Δ) το προπανικό οξύ 1.13. Το κοινό χαρακτηριστικό των οργανικών ενώσεων, 2-μεθυλοβουτάνιο, 2,2-διμεθυλο-προπάνιο, 2-πεντανόλη, 2-χλωροπεντάνιο και 2-βρωμοπεντανικό οξύ είναι το ότι: Α) όλες περιέχουν αλογόνο Β) όλες περιέχουν οξυγόνο Γ) όλες διαθέτουν ένα μεθύλιο ως διακλάδωση Δ) οι περισσότερες από αυτές είναι αλκοόλες Ε) είναι όλες οργανικές ενώσεις

11

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

.14. Από τις ενώσεις που ακολουθούν, ποια διαθέτει δύο άτομα Βr σε γειτονικά άτομα C; Α) 2-βρωμοβουτάνιο Β) 2,2-διβρωμοπροπάνιο Γ) 1,2-διβρωμοαιθάνιο Δ) 1,1-διβρωμοαιθάνιο 1.15. Η ακεταλδεΰδη είναι το 2ο μέλος της ομόλογης σειρά των κορεσμένων μονοσθενών αλδεϋδών. Η ένωση αυτή: Α) έχει τύπο CH3CHO Β) ονομάζεται μεθανάλη ή φορμαλδεΰδη Γ) είναι ισομερής με κάποια κετόνη με μοριακό τύπο C2H4O Δ) είναι ισομερής με κάποιο αιθέρα 1.16. i. H προσταγλανδίνη E1 είναι μια ουσία που παράγει το σώμα για να ρυθμίσει τη θρόμβωση του αίματος, τον πυρετό, τον πόνο και τις φλεγμονές. Έχει τον εξής τύπο (έχουν παραληφθεί τα περισσότερα άτομα C και H):

Τι από τα παρακάτω δεν διαθέτει το μόριο αυτό; A) Κετονοομάδα B) Υδροξύλιο Γ) Αιθερομάδα Δ) Διπλό δεσμό Ε) Καρβοξύλιο ii. Ποιες χαρακτηριστικές ομάδες διαθέτει το μόριο της ασπιρίνης με τον τύπο που ακολουθεί;

Α) καρβοξύλιο και εστερομάδα Β) υδροξύλιο και κετονομάδα Γ) καρβοξύλιο και κετονομάδα Δ) υδροξύλιο και αιθερομάδα 1.17. Να χαρακτηρίσετε τις παρακάτω προτάσεις ως σωστές ή λανθασμένες. Α) Η ονομασία 1-βουτανόνη είναι λανθασμένη. Β) Η ονομασία 2-βουτανάλη είναι λανθασμένη. Γ) Η συστηματική ονομασία του οξικού οξέος, CH3COOH, είναι μεθανικό οξύ. Δ) Η ένωση με τύπο CH3CH2CH2OCH3 ονομάζεται προπανικός μεθυλαιθέρας. Ε) Οι ενώσεις διμεθυλαιθέρας και 1-προπανόλη ανήκουν στην ίδια ομόλογη σειρά.

1.18. Να αντιστοιχήσετε τα συνθετικά: 1. -εν-, 2. -άλη, 3. ιν-, 4. -ιο, 5. -άνιο, 6. αιθ-, με τις εξής πληροφορίες: Α. ακόρεστη ένωση με ένα διπλό δεσμό, Β. υδρογονάνθρακας, Γ. αλκάνιο, Δ. 2 άτομα C στην κύρια αλυσίδα, Ε. ακόρεστη ένωση με ένα τριπλό δεσμό, Ζ. αλδεΰδη, Η. αλκένιο.

12

1.19. Σε ποια ομόλογη σειρά ανήκουν οι ενώσεις: α) CH3CH2CH2CH2CH3 β) CH3CH2CH2CH=CH2 γ) CH3CH2CH2CCH δ) CH3CH2CH2CH(OH)CH3 ε) CH3CH2CH2CHO στ) CH3CH2OCH2CH3 ζ) CH3CH(CH3)CH2COCH3 η) CH3CH2CH2COOH θ) CH3CH2Cl ι) CH3COOCH2CH3 Να γραφούν οι μοριακοί τύποι σε κάθε περίπτωση, καθώς και ο γενικός μοριακός τύπος της ομόλογης σειράς στην οποία ανήκουν.

1.20. H ένωση 3,7-διμεθυλο-2,6-οκταδιεν-1-όλη ονομάζεται κοινά γερανιόλη και είναι μια ακόρεστη αλκοόλη, που εκκρίνεται από τη μέλισσα για να επισημανθούν λουλούδια πλούσια σε νέκταρ. Ποιος ο συντακτικός της τύπος; 1.21. Κορεσμένο μονοκαρβοξυλικό οξύ (Χ) έχει Mr = 74. α) Ποιος ο συντακτικός τύπος του οξέος Χ; β) Να γράψετε το συντακτικό τύπο, i. μιας κορεσμένης αλδεΰδης, ii. μιας κετόνης, iii. ενός κορεσμένου αιθέρα και iv. ενός κορεσμένου εστέρα, με τα ίδια άτομα C στο μόριό τους με αυτά του καρβοξυλικού οξέος Χ.

1.22. To στυρόλιο είναι αρωματικός υδρογονάνθρακας, παράγωγο του αιθενίου, που διαθέτει μία ρίζα φαινύλιο. Ποιος ο συντακτικός του τύπος; 1.23. α) Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους όλων των αλκοολών με μοριακό τύπο C4H10O. β) Να χαρακτηρίσετε τις αλκοόλες αυτές ως πρωτοταγείς, δευτεροταγείς ή τριτοταγείς. γ) Να γράψετε το συντακτικό τύπο όλων των αιθέρων που παρουσιάζουν ισομέρεια ομόλογης σειράς με τις παραπάνω αλκοόλες.

1.24. Οργανική ένωση διαθέτει το μοριακό τύπο C5H12O. α) Αν είναι επίσης γνωστό ότι είναι τριτοταγής αλκοόλη, ποιος ο συντακτικός της τύπος και ποια η ονομασία της; β) Να γράψετε το συντακτικό τύπο μιας κορεσμένης οργανικής ένωσης με τον ίδιο μοριακό τύπο, που να ανήκει σε άλλη ομόλογη σειρά.

1.25. Κορεσμένη καρβονυλική ένωση έχει τύπο C5H10O. Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους όλων των δυνατών ισομερών.

1.26. Κορεσμένο μονοκαρβοξυλικό οξύ έχει τύπο C4H8O2. α) Να γράψετε και να ονομάσετε όλα τα δυνατά ισομερή καρβοξυλικά οξέα. β) Να γράψετε και να ονομάσετε τους ισομερείς εστέρες των παραπάνω καρβοξυλικών οξέων.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ

1.27. Κορεσμένη οργανική ένωση έχει τύπο C4H8Cl2. Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους όλων των δυνατών ισομερών.

1.28. Δίνονται οι ενώσεις: α. CH3CH2COONa, β. CH3CN, γ. CH3COOCH3, δ. CH3NH2, καθώς και οι ονομασίες, 1. αιθανικός μεθυλεστέρας, 2. μεθυλαμίνη, 3. προπανικό νάτριο, 4. αιθανονιτρίλιο, 5. πεντίνιο. Να αντιστοιχίσετε τους παραπάνω τύπους με τις κατάλληλες ονομασίες. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] 1.29. Τα καροτένια είναι πορτοκαλί χρωστικές ουσίες που απαντώνται στα καρότα και σε άλλα φρούτα και λαχανικά. Τα καροτένια είναι υδρογονάνθρακες του τύπου C40H56 και διαθέτουν διπλούς δεσμούς, αλλά όχι τριπλούς. Με πλήρη

υδρογόνωση όλων των διπλών δεσμών που διαθέτουν μετατρέπονται σε ένωση (Α) με μοριακό τύπο C40H78. α) Πόσοι διπλοί δεσμοί υπάρχουν στα καροτένια; β) Να προβλέψετε αν η ένωση Α είναι αλκάνιο ή όχι. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας.

1.30. Άκυκλη κορεσμένη οργανική ένωση έχει μοριακό τύπο C3HxO. Ποιοι οι δυνατοί συντακτικοί τύποι της ένωσης; 1.31. Άκυκλος υδρογονάνθρακας έχει τύπο C4Hx (x ≥ 6). Ποιοι οι δυνατοί συντακτικοί τύποι του υδρογονάνθρακα;

Χημεία και… τέρατα (1): No way out... Το 1835 ο Friederich Wöhler, πρωτοπόρος στην Οργανική Χημεία, έγραψε ένα γράμμα σε έναν άλλον επιφανή επιστήμονα του 19ου αιώνα, τον Jöns Jacob Berzelius, στον οποίο επισήμανε: «Η Οργανική Χημεία ήδη είναι αρκετή για να με τρελάνει. Μου δίνει την εντύπωση ενός τροπικού δάσους, γεμάτη με ένα σωρό πράγματα, μιας τρομακτικής και ατέλειωτης ζούγκλας, στην οποία κανείς δεν τολμάει να μπει γιατί δεν υπάρχει διέξοδος...».

13

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

ΦΥΛΛΑΔΙΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 1 Α. Υδρογονάνθρακας (Χ) έχει τύπο C4Hx (x ≥ 6). Ποιοι οι δυνατοί συντακτικοί τύποι της ένωσης (Χ) και οι ονομασίες τους; ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. Β. Κορεσμένη οργανική ένωση (Υ) έχει τύπο C4HxΟ. Ποιοι οι δυνατοί συντακτικοί τύποι της ένωσης (Υ) και οι ονομασίες τους; ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

14

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗΝ ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ

Γ. Κορεσμένη οργανική ένωση (Ζ) έχει τύπο C4H8Ο2 και μπορεί να είναι καρβοξυλικό οξύ ή εστέρας. Ποιοι οι δυνατοί συντακτικοί τύποι της ένωσης (Ζ) και οι ονομασίες τους; ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

15

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

16

2 ΔΟΜΗ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ

ΘΕΜΑΤΑ ΘΕΩΡΙΑΣ 1. Η θεωρία δεσμού σθένους valence bond theory στα Αγγλικά.

Linus Carl Pauling (19011994). Αμερικανός χημικός, θεμελιωτής της θεωρίας του δεσμού σθένους. Βραβείο Νόμπελ το 1954 και το 1962.

Οι χημικοί δεσμοί περιγράφουν τον τρόπο με το οποίο τα άτομα συνδέονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν μόρια. Οι ηλεκτρονιακοί τύποι κατά Lewis δίνουν μία πρώτη περιγραφή (προκβαντική) των χημικών δεσμών, στηριζόμενοι στον κανόνα της οκτάδας. Με βάση τις αρχές της κβαντομηχανικής αναπτύχθηκαν δύο μοντέλα για την περιγραφή των χημικών δεσμών, η θεωρία δεσμού σθένους και η θεωρία των μοριακών τροχιακών. Ας φανταστούμε δύο άτομα Η να πλησιάζουν μεταξύ τους με σκοπό το σχηματισμό ενός μορίου Η2. Τα άτομα αυτά διαθέτουν από ένα ηλεκτρόνιο σε τροχιακό 1s. Με την προσέγγιση των δύο ατόμων τα τροχιακά 1s αλληλεπικαλύπτονται με αποτέλεσμα τη σταθεροποίηση του συστήματος, τη μείωση δηλαδή της ενέργειάς του. Όλα αυτά μέχρι τα δύο άτομα να πλησιάσουν σε μία ορισμένη απόσταση μεταξύ τους, οπότε περαιτέρω μείωση της απόστασης οδηγεί σε απότομη αποσταθεροποίηση (αύξηση της ενέργειας) του συστήματος, καθώς οι απωστικές δυνάμεις των δύο πυρήνων αυξάνονται απότομα και υπερνικούν τις ελκτικές δυνάμεις μεταξύ πυρήνων και ηλεκτρονίων:

Ε

πολύ κοντά Μήκος δεσμού

Το μήκος του δεσμού Η−Η είναι 0,74 Å ή 74 pm.

0,74Å

−436 kJ/mol

πολύ μακριά H

H

r

H H

Η απόσταση μεταξύ των δύο πυρήνων των ατόμων που αντιστοιχεί στην ελάχιστη ενέργεια του συστήματος ονομάζεται μήκος δεσμού. Γενικά, σύμφωνα με τη θεωρία δεσμού σθένους, ο σχηματισμός ομοιοπολικού δεσμού ανάμεσα σε δύο άτομα προϋποθέτει την επικάλυψη δύο ατομικών τροχιακών της στιβάδας σθένους των ατόμων που το καθένα περιέχει ένα μονήρες ηλεκτρόνιο. Τα αλκάνια είναι κορεσμένοι υδρογονάνθρακες με γενικό μοριακό τύπο: CνH2ν+2.

17

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Με την επικάλυψη αυτή σχηματίζεται ένα κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων με αντιπαράλληλα spin. Η έλξη του ζεύγους αυτού από τους πυρήνες των δύο ατόμων υπερνικά τις απωστικές δυνάμεις που αναπτύσσονται παράλληλα μεταξύ των πυρήνων και μεταξύ των υπολοίπων ηλεκτρονίων των ατόμων, οπότε τα άτομα συγκρατούνται ενωμένα μεταξύ τους με το λεγόμενο ομοιοπολικό δεσμό.

Η θεωρία του δεσμού σθένους είναι μία κβαντομηχανική περιγραφή της κατανομής των ηλεκτρονίων στους (ομοιοπολικούς) δεσμούς.

Η ισχύς του (ομοιοπολικού) δεσμού είναι τόσο μεγαλύτερη, όσο ο βαθμός επικάλυψης των ατομικών τροχιακών είναι μεγαλύτερος.

2. Η θεωρία των μοριακών τροχιακών Η θεωρία των μοριακών τροχιακών ξεκινά με την παραδοχή ότι τα ηλεκτρόνια ενός μορίου δεν εντοπίζονται στην περιοχή γύρω από ένα πυρήνα, αλλά είναι αποκεντρωμένα και κινούνται σε όλο το χώρο γύρω από τους πυρήνες των ατόμων που ενώνονται. Με άλλα λόγια: Τα ηλεκτρόνια που αντιστοιχούν στους δεσμούς δεν βρίσκονται πλέον σε ατομικά τροχιακά που ανήκουν σε ορισμένα άτομα, αλλά σε μοριακά τροχιακά, που επεκτείνονται σε όλο το μόριο. Όπως και τα ατομικά τροχιακά, τα μοριακά τροχιακά αντιστοιχούν σε συναρτήσεις που συσχετίζονται με την πιθανότητα εύρεσης του ηλεκτρονίου σε στοιχειώδη περιοχή του χώρου του μορίου, διαθέτουν δε πολλά από τα χαρακτηριστικά των ατομικών τροχιακών. Τα μοριακά τροχιακά καταλαμβάνουν συγκεκριμένες ενεργειακές στάθμες, οπτικοποιούνται δε με επιφάνειες, που περικλείουν ορισμένη πιθανότητα εύρεσης των ηλεκτρονίων του δεσμού.

3. Δεσμοί σ (σίγμα) Σύμφωνα με τη θεωρία δεσμού σθένους, περιγράψαμε τον απλό ομοιοπολικό δεσμό στο μόριο του Η2 με την επικάλυψη δύο 1s ατομικών τροχιακών. Η επικάλυψη αυτή οδηγεί στο σχηματισμό ηλεκτρονιακού νέφους, με κυλινδρική συμμετρία, που περιβάλλει και τους δύο πυρήνες. Ο δεσμός που σχηματίζεται κατά τον τρόπο αυτό χαρακτηρίζεται ως σ δεσμός:

+ Γενικότερα, ένας δεσμός τύπου σ προκύπτει με αξονική επικάλυψη μεταξύ ατομικών τροχιακών s - s, s - p και p - p, ώστε να εξασφαλιστεί η μεγαλύτερη δυνατή επικάλυψη:

18

Τα μοριακά τροχιακά προκύπτουν με συνδυασμό δύο ατομικών τροχιακών των ατόμων που συνδέονται. Προκύπτουν έτσι τους ισάριθμα Λόγω του σχήματός στα s μοριακάητροχιακά, δεσμιτροχιακά επικάλυψηένα γίνεται κό (σχετικά ενέρκατά μήκος τουχαμηλής άξονα του δεσμού (αξονική γειας) και έναεπικάλυψη). αντιδεσμικό (σχετικά υψηλής ενέργειας), που το καθένα συμπληρώνεται με δύο το πολύ ηλεκτρόνια, όπως και τα ατομικά τροχιακά. Έτσι, π.χ. με συνδυασμό δύο 1s ατομικών τροχιακών δύο ατόμων Η (που διαθέτουν από ένα ηλεκτρόνιο) προκύπτουν δύο μοριακά τροχιακά για το μόριο του Η2, ένα δεσμικό (πλήρες) και ένα αντιδεσμικό (κενό): σ*1s

Η2 1s

1s σ1s

Λόγω του σχήματός τους στα s τροχιακά η επικάλυψη γίνεται κατά μήκος του άξονα του δεσμού (αξονική επικάλυψη). Χαρακτηριστικό των σ δεσμών είναι το ότι η επικάλυψη των τροχιακών είναι αξονική, δηλαδή οι άξονες συμμετρίας των τροχιακών ταυτίζονται με τον άξονα που ορίζει ο σχηματιζόμενος δεσμός.

ΔΟΜΗ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ

Στους σ δεσμούς παρουσιάζεται μέγιστη ηλεκτρονιακή πυκνότητα στο χώρο μεταξύ των πυρήνων των ατόμων που συνδέονται. Επειδή τα s τροχιακά παρουσιάζουν σφαιρική συμμετρία μπορούν να σχηματίσουν όταν συνδυαστούν μόνο σ δεσμούς.

4. Δεσμοί π (πι) Υπάρχει, όμως, και ένας άλλος τρόπος επικάλυψης των p ατομικών τροχιακών: πλευρικά. Η επικάλυψη αυτή είναι μειωμένη σε σχέση με την αξονική και σχηματίζεται όταν οι άξονες των p τροχιακών είναι παράλληλοι: θέση πυρήνα άξονας του δεσμού

Ο δεσμός που σχηματίζεται με πλευρική (παράλληλη) επικάλυψη δύο p τροχιακών λέγεται π δεσμός και εμφανίζει μέγιστη ηλεκτρονιακή πυκνότητα πάνω και κάτω από τον άξονα του δεσμού, ενώ ο άξονας που συνδέει τους δύο πυρήνες των ατόμων βρίσκεται σε επιφάνεια στην οποία δεν έχει πιθανότητα να υπάρχει το ηλεκτρόνιο (κομβική επιφάνεια). Τόσο κατά το σχηματισμού ενός σ δεσμού, όσο και κατά το σχηματισμό ενός π δεσμού το σύστημα σταθεροποιείται ενεργειακά. Όμως, κατά το σχηματισμό του π δεσμού η επικάλυψη είναι μικρότερη με αποτέλεσμα ο π δεσμός να εμφανίζεται ασθενέστερος από τον σ δεσμό. Όλοι οι απλοί δεσμοί είναι πάντα σ δεσμοί. Ο διπλός ομοιοπολικός δεσμός αποτελείται από ένα σ δεσμό και ένα π δεσμό, ενώ στην περίπτωση τριπλού ομοιοπολικού δεσμού, ο ένας είναι σ δεσμός και οι άλλοι δύο είναι π δεσμοί. Με άλλα λόγια, μεταξύ δύο ατόμων δεν υπάρχει π δεσμός χωρίς την παρουσία και σ δεσμού. Ο π δεσμός είναι μεν ασθενέστερος από τον σ δεσμό (λόγω μικρότερης επικάλυψης), όμως συνολικά ο διπλός δεσμός είναι ισχυρότερος από τον απλό δεσμό, ενώ ο τριπλός δεσμός είναι ισχυρότερος και από τους δύο. Και αυτό γιατί ο διπλός δεσμός απαιτεί τη διάσπαση και του σ δεσμού και του π δεσμού, ενώ στην περίπτωση του τριπλού δεσμού απαιτείται η διάσπαση δύο π δεσμών και ενός σ δεσμού.

5. Εύρεση του αριθμού των σ και π δεσμών Αν θέλουμε να προσδιορίσουμε τον αριθμό των σ και των π δεσμών σε μία οργανική ένωση, δεν έχουμε παρά να γράψουμε το συντακτικό της τύπο και να μετρήσουμε, θεωρώντας ότι οι απλοί δεσμοί είναι σ, οι διπλοί αποτελούνται από έναν σ και έναν π δεσμό, ενώ οι τριπλοί δεσμοί έναν σ και δύο π δεσμούς. Π.χ. η ένωση 3-βουτινάλη,

19

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

έχει 8 σ και 3 π δεσμούς. Στην περίπτωση άκυκλης ένωσης, που ξέρουμε μόνο τον μοριακό της τύπο, μπορούμε να ακολουθήσουμε την εξής μεθοδολογία: α) Πολλαπλασιάζουμε τον αριθμό των ατόμων C επί 4, τον αριθμό των ατόμων Η επί 1, τον αριθμό των ατόμων Ο επί 2 και τον αριθμό των ατόμων Ν επί 3. Διαιρώντας το άθροισμα με το 2, έχουμε τους συνολικούς δεσμούς σ και π της ένωσης. β) Για τον αριθμό των σ δεσμών προσθέτουμε όλα τα άτομα της ένωσης και αφαιρούμε 1. Οι π δεσμοί προκύπτουν με αφαίρεση των σ δεσμών από τους συνολικούς. Π.χ. για ένωση με μοριακό τύπο C4H4O έχουμε: (4·4 + 1·4 + 2·1)/2 = 11 συνολικά δεσμοί (4 + 4 + 1) – 1 = 8 σ δεσμοί 11 – 8 = 3 π δεσμοί 6. Υβριδισμός Για την εξήγηση των ομοιοπολικών δεσμών που δεν μπορούν να ερμηνευτούν με απλή επικάλυψη ατομικών τροχιακών σύμφωνα με τη θεωρία δεσμού σθένους, προτάθηκε το 1931 από τον «μεγάλο» Linus Pauling η θεωρία του υβριδισμού, που εφαρμόζεται σε οργανικές ενώσεις και όχι μόνο. Υβριδισμός είναι ο γραμμικός συνδυασμός (πρόσθεση ή αφαίρεση) ατομικών τροχιακών προς δημιουργία νέων ισότιμων ατομικών τροχιακών (υβριδικών τροχιακών). Σύμφωνα με τη θεωρία αυτή, στην περίπτωση του CH4, δημιουργείται αρχικά μία προωθημένη κατάσταση με μετάβαση ενός από τα δύο ηλεκτρόνια 2s στο κενό τροχιακό 2p (δομή 2s1 2px1 2py1 2pz1). Στη συνέχεια τα 4 ατομικά τροχιακά του C (ένα s και τρία p) συνδυάζονται δημιουργώντας 4 ισότιμα ατομικά τροχιακά με «ανάμιξη» (υβριδισμό), που το καθένα περιέχει ένα μονήρες ηλεκτρόνιο:

2s

2p

προωθημένη κατάσταση

4 sp3 υβριδικά ατομικά τροχιακά

Τα 4 αυτά ατομικά υβριδικά τροχιακά του C έχουν όμοιο σχήμα, την ίδια ενέργεια και τετραεδρική διάταξη, ώστε να προκύπτει η μέγιστη δυνατή απόσταση μεταξύ των 4 μονήρων ηλεκτρονίων. Τα ατομικά αυτά τροχιακά χαρακτηρίζονται ως sp3 υβριδικά τροχιακά. Οι 4 δεσμοί C−H στο CH4 εξηγούνται με την επικάλυψη ενός sp3 υβριδικού τροχιακού του C με το ατομικό τροχιακό 1s του Η. Το σχήμα που προκύπτει είναι πάλι τετραεδρικό. Έτσι, το άτομο C σχηματίζει 4 ισότιμους σ δεσμούς:

20

Ξέρουμε ήδη, ότι το μόριο του μεθανίου (CH4) είναι τετραεδρικό και το άτομο του C, που βρίσκεται στο κέντρο ενός κανονικού τετραέδρου, ενώνεται με τα τέσσερα άτομα Η, που βρίσκονται στις κορυφές του, με αντίστοιχους απλούς ομοιοπολικούς δεσμούς. Το άτομο, όμως, του C έχει δομή 1s2 2s2 2p2. Πως μπορεί να ερμηνευτεί το γεγονός ότι οι τέσσερις δεσμοί C−H είναι ισότιμοι μεταξύ τους (π.χ. έχουν την ίδια ακριβώς απόσταση και την ίδια ακριβώς γεωμετρία);

Στον υβριδισμό η ενέργεια που απαιτείται για την προώθηση του ηλεκτρονίου από τροχιακό 2s σε τροχιακό 2p «αποζημιώνεται» με την ενέργεια που ελευθερώνεται κατά το σχηματισμό των δεσμών.

ΔΟΜΗ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ Στην πραγματικότητα ένα sp3 υβριδικό τροχιακό (αλλά και τα sp2 και sp που θα δούμε στη συνέχεια) δεν αποτελούνται από ένα λοβό αλλά από δύο, ένα μεγαλύτερο και ένα μικρότερο αντιδιαμετρικά. Μάλιστα σε αντίθεση με τα αμιγή p τροχιακά στα οποία ο πυρήνας βρίσκεται στην κομβική επιφάνεια, στα υβριδικά τροχιακά ο πυρήνας βρίσκεται στο μικρότερο λοβό:

Καθώς η επικάλυψη με τη συμμετοχή υβριδικών τροχιακών γίνεται μέσω του μεγαλύτερου λοβού τους, ο ο βαθμός επικάλυψης των υβριδικών τροχιακών με τα ατομικά τροχιακά ενός άλλου ατόμου είναι μεγαλύτερος και αυτό οδηγεί σε ισχυρότερους δεσμούς.

Το σημαντικό στην περίπτωση του απλού δεσμού C−C είναι ότι επιτρέπεται η περιστροφή των δύο −CH3 γύρω από τον άξονα του δεσμού C−C, διατηρώντας το δεσμό, αλλά αλλάζοντας τις σχετικές θέσεις των δεσμών C−H. Κατά την περιστροφή αυτή ο σ δεσμός μένει ανεπηρέαστος, καθώς η επικάλυψη μεταξύ των τροχιακών των δύο ατόμων C δεν μεταβάλλεται.

Στο αιθένιο (ή αιθυλένιο) τα δύο άτομα άνθρακα συνδέονται μεταξύ τους με διπλό δεσμό, ο οποίος, όπως έχουμε πει, αποτελείται από ένα σ δεσμό και ένα π δεσμό.

επικάλυψη sp3 – 1s (σ δεσμός)

sp3 sp3

sp3

sp3

109ο 28΄

H

H

H H

7. Η γεωμετρία του απλού δεσμού C−C (sp3 υβριδισμός) Στο μόριο του CH3CH3 η κατάσταση είναι ανάλογη με αυτή στο CH4. Το καθένα από τα δύο άτομα C διαθέτει τέσσερα υβριδικά ατομικά τροχιακά sp3. Ο σ δεσμός C−C δημιουργείται με επικάλυψη sp3 - sp3, ενώ οι σ δεσμοί C−H δημιουργούνται με επικάλυψη sp3 - 1s. Κάθε άτομο C ενώνεται τετραεδρικά με ένα άλλο άτομο άνθρακα και τρία άτομα Η: Επικάλυψη sp3 – sp3 υβριδικών ατομικών τροχιακών (σ δεσμός)

Επικάλυψη 1s – sp3

H H

sp sp3

3

sp3

sp 3

sp sp

3

H

3

sp3

sp3

H H

H

8. Η γεωμετρία του διπλού δεσμού C=C (sp2 υβριδισμός) Ας χρησιμοποιήσουμε ως παράδειγμα το μόριο του αιθενίου (CH2=CH2). Πως εξηγεί η θεωρία του υβριδισμού τη γεωμετρία και το είδος των δεσμών του; Αρχικά στη στιβάδα σθένους του άνθρακα επέρχεται πάλι η προωθημένη κατάσταση 1s2 2s1 2p3. Όμως, ο π δεσμός, εξηγείται μόνο με την πλευρική επικάλυψη «αμιγών» p τροχιακών που πρέπει να μείνουν «έξω» από τον υβριδισμό. Στο μαθηματικό «μίξερ» επομένως του υβριδισμού μπαίνουν μόνο το ένα s και δύο p ατομικά τροχιακά, δημιουργώντας τρία όμοια υβριδικά ατομικά τροχιακά του C, που χαρακτηρίζονται ως sp2. Tα sp2 υβριδικά τροχιακά εμφανίζουν επίπεδη τριγωνική γεωμετρία, ενώ το «αμιγές» p τροχιακό είναι κάθετο στο επίπεδο των τριών υβριδικών τροχιακών sp2. αμιγές p τροχιακό (δεν συμμετέχει στον υβριδισμό) 3 sp2 ισότιμα υβριδικά ατομικά τροχιακά

Οι σ δεσμοί C−H σχηματίζονται με επικάλυψη του τύπου sp2 - 1s, ενώ ο σ δεσμός C−C με επικάλυψη sp2 - sp2. Ο π δεσμός σχηματίζεται με πλευρική (παράλληλη) επικάλυψη των δύο p ατομικών τροχιακών, που είχαν μείνει έξω από το «παιγνίδι» του υβριδισμού:

21

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Σε αντίθεση με ότι συμβαίνει στο αιθάνιο (ελεύθερη περιστροφή γύρω από το δεσμό C−C), περιστροφή γύρω από το διπλό δεσμό C=C δεν μπορεί να γίνει, καθώς θα είχε ως αποτέλεσμα τη μειωμένη επικάλυψη των 2p τροχιακών των δύο ατόμων C και τελικά τη διάσπαση του π δεσμού.

Χαρακτηριστικό είναι το ότι τα έξι άτομα που απαρτίζουν το μόριο του αιθενίου βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο και ότι όλες οι γωνίες δεσμών είναι περίπου 120ο: ≈ 120ο ≈ 120ο

Ο π δεσμός είναι ασθενέστερος από το σ δεσμό και αυτό εξηγεί πολλές ιδιότητες των αλκενίων, π.χ. τις αντιδράσεις προσθήκης.

Με τη χρήση του sp2 υβριδισμού εξηγούνται οι δεσμοί και σε κάποιες ανόργανες ενώσεις (π.χ. στο BF3, βλ. παράδειγμα 7). Προωθημένη κατάσταση:

9. Η γεωμετρία του τριπλού δεσμού CC (sp υβριδισμός) Ας δούμε πως εξηγούνται οι δεσμοί στο αιθίνιο (CH≡CH) με τη θεωρία του υβριδισμού. Αρχικά επέρχεται πάλι η προωθημένη κατάσταση 2s1 2p3. Οι π δεσμοί, όμως εξηγούνται μόνο με την πλευρική επικάλυψη «αμιγών» p τροχιακών που πρέπει να μείνουν έξω από τον υβριδισμό. Στο «μίξερ» επομένως του υβριδισμού μπαίνουν ένα s και ένα p ατομικά τροχιακά δημιουργώντας δύο ισότιμα υβριδικά ατομικά τροχιακά του C που χαρακτηρίζονται ως sp. Tα τροχιακά αυτά εμφανίζουν ευθύγραμμη γεωμετρία, ενώ τα δύο «αμιγή» p τροχιακά είναι κάθετα στον άξονα του δεσμού και κάθετα μεταξύ τους. Οι δεσμοί C−H σχηματίζονται με επικάλυψη sp - 1s, ενώ ο σ δεσμός C−C με επικάλυψη sp - sp. Τέλος, οι δύο π δεσμοί εξηγούνται με πλευρική (παράλληλη) επικάλυψη των ατομικών τροχιακών του C, που είχαν μείνει έξω από το «παιγνίδι» του υβριδισμού:

Η σ

C

π π σ

C

σ

Η

 Ο τριπλός δεσμός στο ακετυλένιο (αιθίνιο) αποτελείται από ένα σ δεσμό και δύο π δεσμούς.

H θεώρηση του υβριδισμού sp εξηγεί τους δεσμούς και σε κάποιες ανόργανες ενώσεις (βλ. παράδειγμα 6) με βάση και τη θεωρία δεσμού σθένους.

22

2 ισότιμα sp υβριδικά ατομικά τροχιακά.

Πειραματικά δε μπορούμε να παρατηρήσουμε την ύπαρξη του διπλού ή του τριπλού δεσμού. Εκείνο που μπορούμε να παρατηρήσουμε είναι τη σχετική θέση των ατόμων στο μόριο, δηλαδή τη δομή ενός μορίου. Έτσι, το μήκος του δεσμού C−C στο CH2=CH2 είναι 134 pm, ενώ το αντίστοιχο μήκος στην περίπτωση του CH3CH3 είναι σημαντικά μεγαλύτερο (154 pm). Τέλος, ο δεσμός C−C στην περίπτωση του CH≡CH είναι ο σχετικά μικρότερος (120 pm). Εκτός από τον υβριδισμό μεταξύ s και p ατομικών τροχιακών υπάρχει η δυνατότητα συμμετοχής και d ατομικών τροχιακών. Έτσι με το συνδυασμό ενός d, ενός s και δύο p ατομικών τροχιακών προκύπτουν 4 υβριδικά τροχιακά dsp2.

ΔΟΜΗ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ

Παραδείγματα ερωτήσεων και ασκήσεων 1. Να εξηγηθούν οι δεσμοί στα μόρια που ακολουθούν, με βάση τη θεωρία του δεσμού σθένους: α) F2, β) HF, γ) Ο2 και δ) Ν2. Ατομικοί αριθμοί, F:9, H:1, O:8, Ν:7. ΑΠΑΝΤΗΣΗ

α) To 9F έχει την δομή: 1s2 2s2 2p5 με ένα μονήρες ηλεκτρόνιο σε p τροχιακό. Δύο τέτοια ατομικά τροχιακά που ανήκουν σε δύο άτομα F επικαλύπτονται αξονικά σχηματίζοντας έναν απλό ομοιοπολικό δεσμό F−F τύπου σ: 2p

2p

σ δεσμός

β) Το άτομο του F διαθέτει ένα ημισυμπληρωμένο ατομικό τροχιακό, ενώ το άτομο του Η ένα ημισυμπληρωμένο ατομικό τροχιακό 1s. Με επικάλυψη των 1s και 2p δημιουργείται ο ομοιοπολικός δεσμός Η−F: 1s

2p

σ δεσμός

γ) Το άτομο του 8Ο έχει ηλεκτρονιακή δομή: 1s2 2s2 2p4, διαθέτει επομένως δύο μονήρη ηλεκτρόνια σε τροχιακά τύπου p. Ξέρουμε με βάση τη θεωρία Lewis ότι ο δεσμός στην περίπτωση αυτή είναι διπλός (O=O). Τα ημισυμπληρωμένα τροχιακά τύπου p μπορούν να επικαλυφθούν αξονικά σχηματίζοντας το σ δεσμό και πλευρικά σχηματίζοντας τον π δεσμό: pz

Ο

π σ

pz

Ο

px

δ) Για δοκιμάστε τώρα την περίπτωση του Ν2 (Ζ = 7) !

2. Να αναφέρετε τρεις διαφορές μεταξύ των υβριδικών τροχιακών και των ατομικών τροχιακών από τα οποία προέκυψαν. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2013] ΑΠΑΝΤΗΣΗ

α) Τα υβριδικά τροχιακά αποτελούν γραμμικό συνδυασμό των ατομικών τροχιακών από τα οποία προέκυψαν, ενώ τα ατομικά τροχιακά προκύπτουν από τη λύση της εξίσωσης του Schrödinger του ατόμου στο οποίου ανήκουν. β) Τα υβριδικά τροχιακά έχουν την ίδια ενέργεια ενώ τα ατομικά τροχιακά από τα οποία προήλθαν έχουν διαφορετικές ενέργειες μεταξύ τους. γ) Τα υβριδικά τροχιακά, π.χ. τα τέσσερα sp3 υβριδιακά τροχιακά, έχουν όλα το ίδιο σχήμα ενώ τα ατομικά τροχιακά s και p από έχουν διαφορετικά σχήματα.

23

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

3. Ποιος θα ήταν ο μοριακός τύπος της ένωσης μεταξύ ενός ατόμου 6C και ατόμων 1Η, με βάση την ηλεκτρονιακή τους δομή, στη θεμελιώδη κατάσταση; Να εξηγήσετε γιατί διαφέρει αυτός ο μοριακός τύπος από το μοριακό τύπο της αντίστοιχης ένωσης που απαντάται στη φύση. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2013] ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Από τις ηλεκτρονιακές δομές των ατόμων των δύο στοιχείων, 6C: 1s2 2s2 2p2 και 1Η: 1s1, βλέπουμε ότι ο C διαθέτει δύο μονήρη ηλεκτρόνια σε p τροχιακά και κατά συνέπεια θα σχημάτιζε δύο σ ομοιοπολικούς δεσμούς με δύο άτομα Η με επικάλυψη s - p (σύμφωνα με τη θεωρία δεσμού σθένους). Θα έπρεπε, επομένως, να προκύπτει ένωση του τύπου CH2. Στην πραγματικότητα, ο C σχηματίζει με το Η ένωση του τύπου CH4 καθώς μετά την προωθημένη κατάσταση (6C: 1s2 2s1 2p3) συνδυάζονται ένα s και τρία p τροχιακά και προκύπτουν 4 sp3 υβριδικά ατομικά τροχιακά του C με τετραεδρική διάταξη. Τα τέσσερα αυτά υβριδικά τροχιακά επικαλύπτονται με τα 1s τροχιακά τεσσάρων ατόμων Η με αποτέλεσμα το σχηματισμό 4 σ δεσμών με επικαλύψεις sp3 - s.

4. α) Πόσοι σ και πόσοι π δεσμοί εμφανίζονται στο μόριο του προπενίου; Ποια η γεωμετρία του ίδιου μορίου; β) Τι είδους τροχιακά επικαλύπτονται για τη δημιουργία καθενός δεσμού; ΑΠΑΝΤΗΣΗ

α) Με βάση το συντακτικό τύπο του προπενίου (CH3CH=CH2) συμπεραίνουμε ότι εμφανίζονται συνολικά 8 σ δεσμοί και 1 π δεσμός. Στο μόριο του προπενίου έχουμε την εξής γεωμετρία: H

Η(5)

Η(6)

H

C(3) Η(4)

H

C(2)

H

Η(9)

H

Η(7)

H

Η(8)

C(1)

Τα άτομα C(1), C(2) και C(3), καθώς και τα άτομα H(7), H(8) και H(9) βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο. Επίσης, ο C(3) βρίσκεται στο εσωτερικό ενός τετραέδρου στις κορυφές του οποίου βρίσκονται τα τρία άτομα Η με τα οποία συνδέεται, καθώς και ο C(2). Η γωνία C(1)=C(2)−C(3) είναι (περίπου) 120ο, ενώ οι γωνίες Η−C(3)−H είναι περίπου 109ο. β) Ο C(1) και ο C(2) διαθέτουν από 3 υβριδικά τροχιακά sp2, ενώ ο C(3) διαθέτει 4 υβριδικά τροχιακά sp3. Οι δύο δεσμοί C(1)−Η(7,8) σχηματίζονται με επικαλύψεις sp2 - 1s, ο σ δεσμός C(1)−C(2) σχηματίζεται με επικάλυψη sp2 - sp2, ενώ ο π δεσμός μεταξύ των ίδιων ατόμων C γίνεται με (πλευρική) επικάλυψη p τροχιακών των δύο ατόμων C. Επίσης, ο δεσμός του C(2) με το Η(9) σχηματίζεται με επικάλυψη sp2 - 1s, ενώ ο σ δεσμός μεταξύ C(2)−C(3) σχηματίζεται με επικάλυψη sp2 - sp3. Τέλος, οι τρεις δεσμοί του C(3) με τα Η(4,5,6) προκύπτουν με επικάλυψη sp3 - 1s.

24

ΔΟΜΗ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ

5. To διακετυλένιο ή 1,3-βουταδιίνιο είναι αέριος, εύφλεκτος υδρογονάνθρακας που ανιχνεύθηκε στην ατμόσφαιρα του Τιτάνα, το μεγαλύτερο από τους δορυφόρους του πλανήτη Κρόνου. Το μόριό του έχει τύπο:

α) Πόσους σ και πόσους π δεσμούς διαθέτει το μόριο αυτό; β) Τι είδους υβριδισμό παρουσιάζουν τα τέσσερα άτομα άνθρακα; Τι είδους επικάλυψη εξηγεί τον απλό δεσμό C(2)−C(3) και τι είδους επικάλυψη τους δύο δεσμούς C−H; γ) Να προβλέψετε τη γεωμετρία του μορίου. ΑΠΑΝΤΗΣΗ

α) Κάθε τριπλός δεσμός αποτελείται από ένα σ και δύο π δεσμούς. Επομένως, το μόριο εμφανίζει συνολικά 5 σ και 4 π δεσμούς. β) Όλα τα άτομα C συμμετέχουν σε τριπλό δεσμό και επομένως εμφανίζουν όλα sp υβριδισμό. Επομένως, ο σ δεσμός μεταξύ των ατόμων C(2) και C(3) εξηγείται με επικάλυψη sp - sp. γ) Ο υβριδισμός sp παρουσιάζει γραμμική γεωμετρία και αφού όλα τα άτομα C έχουν sp υβριδισμό το μόριο θα είναι γραμμικό (όλα τα άτομα C και τα δύο άτομα Η θα είναι σε μία ευθεία). Το BeF2 παρουσιάζει έλλειμμα οκτάδας στο κεντρικό άτομο. Έχει αποδειχθεί πειραματικά ότι οι δύο δεσμοί στο BeF2 είναι ισότιμοι μεταξύ τους.

6. Να εξηγήσετε με βάση τη θεωρία του υβριδισμού γιατί το μόριο του ΒeF2 (φθοριούχο βηρύλλιο) είναι γραμμικό και διαθέτει δύο ισότιμους απλούς ομοιοπολικούς δεσμούς. Τι είδους επικαλύψεις συμβαίνουν; Για το Be, Z = 4, ενώ για το F, Z = 9. ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Οι ηλεκτρονιακές δομές των δύο στοιχείων είναι οι εξής: Βe: 1s2 2s2, F: 1s2 2s2 2p5. Με βάση τις δομές αυτές προκύπτει ότι το Be δεν διαθέτει μονήρες ηλεκτρόνιο και επομένως δεν μπορεί να σχηματίσει ομοιοπολικό δεσμό. Προωθούμε, λοιπόν, ένα ηλεκτρόνιό του σε τροχιακό 2p και προκύπτει η δομή 1s2 2s1 2p1. Βe: 2s2

2p0

sp

Tα δύο ηλεκτρόνια σθένους της προωθημένης κατάστασης συνδυάζονται, οπότε σχηματίζονται δύο υβριδικά ατομικά τροχιακά τύπου sp, με ευθύγραμμη γεωμετρία (όπως στην περίπτωση του τριπλού δεσμού C‒C). Τα δύο αυτά sp υβριδικά τροχιακά του Be επικαλύπτουν τα δύο p τροχιακά των ατόμων του F και σχηματίζουν δύο σ δεσμούς:

25

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

7. Να εξηγήσετε με βάση τη θεωρία του υβριδισμού γιατί το μόριο του ΒF3 (φθοριούχο βόριο) παρουσιάζει επίπεδη τριγωνική γεωμετρία και διαθέτει τρεις ισότιμους απλούς ομοιοπολικούς δεσμούς. Τι είδους επικαλύψεις συμβαίνουν; Για το B, Z = 5, ενώ για το F, Z = 9. ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Στο BF3 σχηματίζονται τρεις απλοί ομοιοπολικοί δεσμοί και μάλιστα το κεντρικό άτομο του Β δεν συμπληρώνει οκτάδα στην εξωτερική του στιβάδα (έλλειμμα οκτάδας):

Η ηλεκτρονιακή δομή του 5B είναι: 1s2 2s2 2p1, ενώ του F: 1s2 2s2 2p5. Η προωθημένη κατάσταση για το άτομο του B: Β: 2s2

2p1

sp2

Τα τρία ατομικά τροχιακά (ένα s και δύο p) του Β συνδυάζονται σχηματίζοντας τρία ισότιμα sp2 υβριδικά ατομικά τροχιακά, με επίπεδη τριγωνική διάταξη (όπως στην περίπτωση του διπλού δεσμού C−C). Τα τρία sp2 υβριδικά τροχιακά του B επικαλύπτονται αξονικά με τα τρία p τροχιακά των ατόμων του F σχηματίζοντας 3 σ δεσμούς:

Έχει αποδειχθεί πειραματικά ότι οι τρεις δεσμοί στο BF3 είναι ισότιμοι μεταξύ τους.

26

ΔΟΜΗ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Οι σχετικές ατομικές μάζες των βασικών στοιχείων δίνονται στο τέλος του βιβλίου.

2.1. Ποια από τις παρακάτω θεωρίες δεν χρησιμοποιεί την κβαντομηχανική για την περιγραφή του ομοιοπολικού δεσμού; Α) O κανόνας της οκτάδας Β) Η θεωρία δεσμού σθένους Γ) Η θεωρία των μοριακών τροχιακών Δ) Η θεωρία του υβριδισμού 2.2. Κατά τη συνεχή προσέγγιση δύο ατόμων Η προς σχηματισμό ενός μορίου Η2, η ενέργεια του συστήματος: Α) αυξάνεται συνεχώς Β) μειώνεται συνεχώς Γ) γίνεται ελάχιστη σε μία συγκεκριμένη απόσταση των δύο πυρήνων Δ) γίνεται μέγιστη σε μία συγκεκριμένη απόσταση των δύο πυρήνων 2.3. Ένας σ δεσμός σχηματίζεται με επικάλυψη: Α) αποκλειστικά του τύπου s - s Β) αποκλειστικά του τύπου s - p Γ) του τύπου s - s ή s - p ή με αξονική επικάλυψη του τύπου p - p Δ) του τύπου p - p, πλευρικά 2.4. Ο δεσμός π (πι) προκύπτει με πλευρική επικάλυψη τροχιακών του τύπου: Α) s – s Β) sp3 – p Γ) p – p Δ) sp2 - s [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] 2.5. Ο απλός ομοιοπολικός δεσμός: Α) είναι πάντα σ Β) είναι πάντα π Γ) είναι σ μόνο στα μόρια των στοιχείων Δ) είναι σ μόνο στα μόρια των ενώσεων 2.6. Ο τριπλός δεσμός στο μόριο του αιθινίου αποτελείται από: Α) δύο σ δεσμούς Β) τρεις π δεσμούς Γ) ένα σ δεσμό και δύο π δεσμούς Δ) δύο σ δεσμούς και ένα π δεσμό 2.7. Στο χλωροαιθάνιο (CH3CH2Cl) εμφανίζονται: Α) μόνο π δεσμοί Β) σ και π δεσμοί Γ) 7 σ δεσμοί Δ) 8 σ δεσμοί 2.8. Στα μόρια των οργανικών ενώσεων: Α) περιέχονται μόνο σ δεσμοί Β) περιέχονται μόνο π δεσμοί Γ) περιέχονται μόνο σ ή μόνο π δεσμοί Δ) περιέχονται μόνο σ δεσμοί ή σ και π δεσμοί 2.9. Στο μόριο του αιθυλενίου εμφανίζονται: Α) 4 σ δεσμοί Β) 5 σ δεσμοί Γ) μόνο σ δεσμοί Δ) 2 π δεσμοί

2.10. Σε ποιο από τα μόρια που ακολουθούν εμφανίζονται π δεσμοί; Α) Cl2 Β) HCl Γ) H2O Δ) C2Η2 2.11. Ο διπλός δεσμός C=C είναι ισχυρότερος από τον απλό δεσμό C− C, αφού: Α) στον πρώτο δημιουργείται σ δεσμός Β) o π δεσμός χρειάζεται μεγαλύτερη ενέργεια για τη διάσπασή του από το σ δεσμό Γ) ο πρώτος χρειάζεται περισσότερη ενέργεια για τη διάσπασή του από ότι ο δεύτερος Δ) τα δύο άτομα C βρίσκονται σε μεγαλύτερη απόσταση στον πρώτο παρά στο δεύτερο.

2.12. Σε ποιο από τα παρακάτω μόρια τα άτομα C παρουσιάζουν υβριδισμό sp ή και sp3 και βρίσκονται και τα 4 στην ίδια ευθεία; Α) 2-βουτένιο Β) 1-βουτίνιο Γ) 2-βουτίνιο Δ) βουτάνιο 2.13. Πόσους σ δεσμούς μεταξύ ατόμων άνθρακα σχηματίζει ένα αλκένιο (CνΗ2ν); Α) 2ν, ν ≥ 1 Β) 2ν − 1, ν ≥ 2 Γ) 2ν + 1, ν ≥ 1 Δ) ν − 1, ν ≥ 2 2.14. Οι γωνίες μεταξύ δύο υβριδικών τροχιακών sp και sp του ιδίου ατόμου, μεταξύ δύο υβριδικών τροχιακών sp2 και sp2 του ιδίου ατόμου και μεταξύ δύο υβριδικών τροχιακών sp3 και sp3 του ιδίου ατόμου είναι, αντίστοιχα; Α) 180ο, 120ο και περίπου 109ο Β) 90ο, 180ο και περίπου 109ο Γ) 180ο, 90ο και περίπου 109ο Δ) 180ο, 120ο και περίπου 90ο 2.15. Τι από τα παρακάτω χαρακτηρίζει τους δεσμούς και τη γεωμετρία του αιθυλενίου; A) 4 σ δεσμοί, 1 π δεσμός και γωνία του δεσμού H− C− C περίπου 109o B) 5 σ δεσμοί, κανένας π δεσμός και γωνία του δεσμού H− C− C περίπου 90o Γ) 3 σ δεσμοί, 2 π δεσμοί και γωνία του δεσμού H− C− C περίπου 109o Δ) 5 σ δεσμοί, 1 π δεσμός και γωνία του δεσμού H− C− C περίπου 120o 2.16. Οργανική ένωση έχει τύπο CH2=C=O. Πόσους σ και πόσους π δεσμούς διαθέτει; A) 2 και 2, αντίστοιχα Β) 4 και 2, αντίστοιχα Γ) 6 και 2 αντίστοιχα Δ) 6 και κανένα, αντίστοιχα

27

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

2.17. Τι είδους υβριδισμός εμφανίζεται στα άτομα C της ένωσης: CH2=CH− C≡CH; A) sp3, sp2, sp3, sp B) sp, sp3, sp2, sp 2 2 Γ) sp , sp , sp, sp Δ) sp3, sp3, sp3, sp 2.18. i. Στο μόριο της βουτανόνης: Α) υπάρχουν μόνο σ δεσμοί Β) υπάρχουν 9 σ και 4 π δεσμοί Γ) υπάρχουν 13 σ δεσμοί Δ) υπάρχουν 12 σ και 1 π δεσμός ii. Στο μόριο του βουτανικού οξέος υπάρχουν: Α) 13 σ δεσμοί και 1 π δεσμός Β) 9 σ και 4 π δεσμοί Γ) 12 σ δεσμοί και 1 π δεσμός Δ) 10 σ και 3 π δεσμοί 2.19. Στην ένωση που ακολουθεί:

ο αριθμός των ατόμων C που παρουσιάζουν υβριδισμό sp2 είναι ίσος με: Α) 6 Β) 5 Γ) 4 Δ) 3 2.20. Με επίδραση Η2 παρουσία Ni το προπένιο μετασχηματίζεται σε προπάνιο. Με το μετασχηματισμό αυτό: A) όλα τα άτομα C στο προπάνιο παρουσιάζουν πια υβριδισμό sp3 B) τα άτομα C στο προπάνιο αποκτούν υβριδισμό κατά σειρά: sp3, sp2 και sp3 Γ) τα άτομα C στο προπάνιο αποκτούν υβριδισμό κατά σειρά: sp2, sp3 και sp2 Δ) δεν αλλάζει ο υβριδισμός σε κανένα άτομο C 2.21. Σε ποιο από τα μόρια που ακολουθούν όλα τα άτομα C βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο; Α) Στο 2-μεθυλο-2-βουτένιο Β) Στο 2-μεθυλο-1-βουτένιο Γ) Στο 2-μεθυλο-βουτάνιο Δ) Στο 3-μεθυλο-1-βουτίνιο 2.22. H καφεΐνη χρησιμοποιείται στη φαρμακευτική ως διουρητική ουσία και μπορεί να παρασταθεί από τον τύπο:

Στο παραπάνω μόριο εμφανίζονται: Α) 4 π δεσμοί Β) 4 σ δεσμοί C−N Γ) 4 άτομα C με υβριδισμό sp2 Δ) 4 μη δεσμικά ζεύγη ηλεκτρονίων

28

2.23. Nα χαρακτηρίσετε τις προτάσεις που ακολουθούν ως σωστές (Σ) ή λανθασμένες (Λ). Να αιτιολογήσετε τις επιλογές σας. Α) Ένας δεσμός χαρακτηρίζεται ως π, όταν γίνεται με επικάλυψη p ατομικών τροχιακών. Β) Ο δεσμός σ είναι ισχυρότερος από το δεσμό π, καθώς στην 1η περίπτωση επιτυγχάνεται μεγαλύτερη επικάλυψη Γ) Ο ομοιοπολικός δεσμός στο μόριο του HF (ΖF = 9) δημιουργείται με επικάλυψη του 1s ατομικού τροχιακού του Η με ένα 2p ατομικό τροχιακό του F και χαρακτηρίζεται ως σ δεσμός.

2.24. Nα χαρακτηρίσετε τις προτάσεις που ακολουθούν ως σωστές (Σ) ή λανθασμένες (Λ). Να αιτιολογήσετε τις επιλογές σας. Α) Στο μόριο του CH4 υπάρχουν 4 σ δεσμοί, που προκύπτουν με επικάλυψη ενός sp3 υβριδικού και ενός s ατομικού τροχιακού. Β) Τα υβριδικά τροχιακά έχουν την ίδια ενέργεια, μορφή και προσανατολισμό με τα ατομικά τροχιακά από τα οποία προκύπτουν. Γ) Στο μόριο του αιθυλενίου, τα δύο άτομα C συνδέονται μεταξύ τους με ένα σ δεσμό του τύπου sp2 - sp2 και ένα π δεσμό. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] Δ) Στο προπένιο δύο άτομα C έχουν υβριδισμό sp2 και ένα άτομο C έχει υβριδισμό sp3. Ε) To μόριο του CO2 είναι γραμμικό μόριο (Ο=C=O) και επομένως το άτομο C εμφανίζει υβριδισμό sp2. ΣΤ) Ο διπλός δεσμός περιέχει πάντα ένα σ και ένα π δεσμό. Ζ) Ο τριπλός δεσμός αποτελείται πάντα από έναν σ και δύο π δεσμούς. Η) Στα αλκίνια έχουμε μόνο π δεσμούς.

2.25. Έστω τα μόρια των ενώσεων: CH3CH3, CH2=CH2 και CH≡CH. Για τα μόρια αυτά, ποιες από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστές; Α) Σε όλες τις περιπτώσεις οι δεσμοί μεταξύ των ατόμων C είναι απλοί ομοιοπολικοί δεσμοί. Β) Και τα 3 μόρια σχηματίζουν μόνο σ δεσμούς. Γ) Στο μόριο του αιθανίου όλα τα άτομα C και Η είναι στο ίδιο επίπεδο. Δ) Τα τρία μόρια έχουν διαφορετική γεωμετρία. Ε) Τα άτομα C εμφανίζουν τον ίδιο τύπο υβριδισμού και στα τρία παραπάνω μόρια. ΣΤ) Και στα τρία μόρια εμφανίζονται π δεσμοί. Ζ) Και στα τρία μόρια σχηματίζεται σ δεσμός μεταξύ των δύο ατόμων άνθρακα. Η) Όλα τα μόρια εμφανίζονται γραμμικά. Θ) Ο διπλός δεσμός C = C στο αιθυλένιο αποτελείται από ένα σ και ένα π δεσμό. Ι) Σε όλες τις περιπτώσεις οι δεσμοί C−H είναι σ. Κ) Στο αιθίνιο (CH≡CH) και τα δύο άτομα C παρουσιάζουν υβριδισμό sp.

2.26. Για τα μόρια του Η2, του F2 και του HF να χαρακτηρίσετε τις προτάσεις που ακολουθούν ως σωστές ή όχι. Να αιτιολογήσετε τις επιλογές σας. Για το F, Ζ = 9.

ΔΟΜΗ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ

Α) Και στις 3 περιπτώσεις σχηματίζεται απλός ομοιοπολικός δεσμός. Β) Και στις 3 περιπτώσεις, ο δεσμός χαρακτηρίζεται ως σ. Γ) Στην περίπτωση του F2 σχηματίζεται π δεσμός με επικάλυψη δύο 2p ατομικών τροχιακών των δύο ατόμων F. Δ) Στην περίπτωση του HF σχηματίζεται π δεσμός λόγω της συμμετοχής του p ατομικού τροχιακού του F. Ε) Και στις 3 περιπτώσεις η πυκνότητα του ηλεκτρονιακού νέφους είναι μεγαλύτερη μεταξύ των πυρήνων, δείχνοντας ότι τα δεσμικά ηλεκτρόνια έχουν μεγαλύτερη πιθανότητα να βρεθούν στην περιοχή αυτή.

2.27. Για το μόριο του 1,4-πενταδιενίου να χαρακτηρίσετε ως σωστές ή όχι τις παρακάτω προτάσεις. Να αιτιολογήσετε τις επιλογές σας. Α) Το μόριο είναι επίπεδο. Β) Δεν υπάρχει σ δεσμός C−C που να προκύπτει με επικάλυψη sp2 - sp3. Γ) H γωνία C(1)−C(2)−C(3) είναι περίπου 109ο. Δ) Στο μόριο υπάρχουν δύο π δεσμοί μεταξύ ατόμων C ενώ όλοι οι δεσμοί C− H είναι σ δεσμοί. Ε) Δεν υπάρχει δεσμός που να σχηματίζεται με επικάλυψη sp3 - sp3.

2.28. Για το μόριο του προπενίου, ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες όχι; Να αιτιολογήσετε τις επιλογές σας. Α) Εμφανίζονται μόνο απλοί δεσμοί. Β) Εμφανίζονται μόνο σ δεσμοί. Γ) Εμφανίζονται 8 σ δεσμοί και ένας π δεσμός. Δ) Όλα τα άτομα είναι στο ίδιο επίπεδο. Ε) Δεν υπάρχει άτομο με υβριδισμό sp3.

2.29. Να χαρακτηριστούν οι προτάσεις που ακολουθούν ως σωστές ή λανθασμένες. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας μόνο για την περίπτωση λανθασμένων προτάσεων. Α) Η απόσταση μεταξύ των πυρήνων δύο ατόμων που πλησιάζουν και στην οποία επιτυγχάνεται η ελάχιστη ενέργεια ονομάζεται μήκος δεσμού. Β) Μεταξύ του ηλεκτρονίου 1s του 1Η και 2pz του 9F δημιουργείται δεσμός, ο οποίος χαρακτηρίζεται από μέγιστη ηλεκτρονιακή πυκνότητα πάνω και κάτω από τον άξονα του δεσμού. Γ) Με το γραμμικό συνδυασμό δύο 1s ατομικών τροχιακών προκύπτει ένα μοριακό τροχιακό χαμηλής ενέργειας (δεσμικό). Δ) Τα υβριδικά τροχιακά έχουν σχήμα ζεύγους ομοαξονικών λοβών ίσου μεγέθους. Ε) Στο σχήμα που ακολουθεί απεικονίζεται ένα από τα τρία sp2 υβριδικά τροχιακά.

Στ) Tα υβριδικά τροχιακά είναι αριθμητικά ίσα με τα συνδυαζόμενα ατομικά τροχιακά και διαφέρουν μεταξύ τους ως προς την ενέργεια, τη μορφή και τον προσανατολισμό τους στο χώρο.

2.30. Να συμπληρωθούν τα κενά στις προτάσεις που ακολουθούν: Α) Η απόσταση μεταξύ των ………………… δύο ατόμων που πλησιάζουν και στην οποία επιτυγχάνεται η ……………… ενέργεια ονομάζεται μήκος δεσμού. Β) Ο δεσμός σ προκύπτει με ……………. επικάλυψη ……………….. τροχιακών. Γ) Αν τα δύο p τροχιακά δεν επικαλύπτονται αξονικά, αλλά ……………, τότε προκύπτει …… δεσμός. Δ) Δύο ατομικά ……………….. που προκύπτουν από τη συγχώνευση ενός ατομικού τροχιακού s και ενός ατομικού τροχιακού p ονομάζονται ……………… τροχιακά sp, είναι ισότιμα μεταξύ τους και σχηματίζουν γωνία ……………. Ε) Δεσμοί σ προκύπτουν με επικαλύψεις s - s, s - p και ……………. ατομικών τροχιακών κατά τον ……… που συνδέει τους ………. των δύο συνδεόμενων ατόμων. Κατ’ αυτή τη διεύθυνση εξασφαλίζεται η μεγαλύτερη δυνατή ………… ΣΤ) Οι π δεσμοί προκύπτουν με …………. επικαλύψεις p - p ατομικών τροχιακών (των οποίων οι άξονες είναι ……………..) και είναι ………………. των σ. Ζ) Υβριδισμός είναι ο ………….. συνδυασμός (πρόσθεση ή αφαίρεση) ………… τροχιακών προς δημιουργία νέων ………….. ατομικών τροχιακών (υβριδικών τροχιακών). Η) Στα μόρια των …………. υφίστανται μόνο σ δεσμοί του τύπου s - sp3 ανάμεσα στα άτομα C και στα άτομα H και σ δεσμοί του τύπου sp3 - sp3 ανάμεσα σε γειτονικά άτομα C. 2.31. Με βάση τη θεωρία δεσμού σθένους να αναφέρετε 4 διαφορές ανάμεσα στους σ και τους π δεσμούς.

2.32. Να αναφέρετε τρεις ομοιότητες και δύο διαφορές ανάμεσα στη θεωρία δεσμού σθένους και στη θεωρία των μοριακών τροχιακών.

2.33. Πόσοι σ και πόσοι π δεσμοί υπάρχουν στον άκυκλο υδρογονάνθρακα του τύπου C50H100; 2.34. Δίνεται η ένωση 3-μεθυλοπεντ-1-εν-4-ίνιο.

α) Πόσοι δεσμοί σ (σίγμα) και πόσοι δεσμοί π (πι) υπάρχουν στην ένωση; β) Να σημειώσετε: i. το είδος των υβριδικών τροχιακών σε κάθε άτομο άνθρακα της ένωσης καθώς και ii. το είδος των επικαλύψεων που εξηγούν τους δεσμούς C(2)−C(3) και C(3)−C(4).

29

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

2.36. Να καθορίσετε το είδος των επικαλύψεων που εξηγούν τους δεσμούς στα παρακάτω μόρια. α) Cl2 β) HCl γ) ΒeF2 δ) BF3 Ατομικοί αριθμοί, H:1, Be:4, B:5, F:9, Cl:17.

2.37. Να χαρακτηρίσετε τους δεσμούς ως σ ή π και τα είδη των τροχιακών που επικαλύπτονται για το σχηματισμό των δεσμών μεταξύ των ατόμων C στα μόρια που ακολουθούν. α) αιθένιο β) αιθίνιο γ) προπανόνη 2.38. Η φορμαλδεΰδη (μεθανάλη, HCHO) είναι αέρια οργανική ουσία, που με τη μορφή των διαλυμάτων της είναι γνωστή με το όνομα φορμόλη. α) Ποιος ο συντακτικός της τύπος; β) Να χαρακτηρίσετε τους δεσμούς στο μόριο ως σ ή π.

2.39. Το βινυλακετυλένιο είναι οργανική ένωση με τύπο: α) Πόσοι σ και πόσοι π δεσμοί υπάρχουν στην ένωση αυτή; β) Τι είδους υβριδισμό παρουσιάζουν τα 4 άτομα C στο βινυλακετυλένιο; γ) Να προβλέψετε κατά προσέγγιση τις γωνίες δεσμών γύρω από κάθε άτομο άνθρακα.

30

2.40. Δίνεται η ένωση CH3CN (αιθανονιτρίλιο). α) Να γράψετε το συντακτικό τύπο της ένωσης. β) Να χαρακτηρίσετε τους δεσμούς που υπάρχουν στο μόριο ως σ ή π. γ) Να προβλέψετε κατά προσέγγιση τις γωνίες των δεσμών γύρω από κάθε άτομο άνθρακα. Ατομικοί αριθμοί, H:1, C:6, N:7.

2.41. Σε ποιο από τα υδραλογόνα, HF, HCl, HBr, HI υπάρχει μεγαλύτερη επικάλυψη s - p; Με βάση την προηγούμενη απάντηση, ποιο από τα υδραλογόνα είναι το ισχυρότερο οξύ; Να ταξινομήσετε τα παραπάνω οξέα σύμφωνα με τα μήκη των δεσμών τους.

2.42. Στο διάγραμμα που ακολουθεί περιγράφεται ο σχηματισμός του μορίου του Η2, σύμφωνα με τη θεωρία δεσμού σθένους. Να γίνει πλήρης σχολιασμός του.

Ε (kJ·mol−1)

2.35. Οι δεσμοί Ν−Ν στα μόρια, Ν2Η4, Ν2F2 και Ν2, έχουν μήκη, αντίστοιχα, 145, 125, 110 pm. α) Να χαρακτηρίσετε όλους τους δεσμούς στα παραπάνω μόρια ως σ ή π. β) Να εξηγήσετε τις διαφορές στα μήκη των δεσμών Ν−Ν. Δίνονται οι ατομικοί αριθμοί, Ν:7, Η:1, F:9.

πολύ κοντά 74 pm

πολύ μακριά H

H

r

436 H H

ΔΟΜΗ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ

ΦΥΛΛΑΔΙΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 2 Στις παρακάτω ερωτήσεις 1-15 να σημειώσετε απλά τη σωστή απάντηση.

1. Οι π δεσμοί προκύπτουν με: A) επικαλύψεις s - s ατομικών τροχιακών B) επικαλύψεις s - p ατομικών τροχιακών Γ) επικαλύψεις p - p ατομικών τροχιακών κατά τον άξονα που συνδέει τους πυρήνες των δύο ατόμων Δ) πλευρικές επικαλύψεις p - p ατομικών τροχιακών [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] 2. Το σύνολο των δεσμών που υπάρχουν στο μόριο του CH≡CH είναι: Α) 1σ, 4π Β) 3σ, 2π Γ) 2σ, 3π Δ) 2σ, 2π [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] 3. O δεσμός π (πι): Α) είναι ισχυρότερος από το σ δεσμό Β) έχει μέγιστη ηλεκτρονιακή πυκνότητα στο χώρο πάνω και κάτω από τον άξονα του δεσμού Γ) δημιουργείται με αξονική επικάλυψη μεταξύ δύο p τροχιακών Δ) παρατηρείται κυρίως στα αλκάνια 4. Να βρείτε ποια από τα ακόλουθα σύνολα δεσμών αντιστοιχεί στο μόριο του βινυλακετυλενίου (CH≡C− CH=CH2). Α) 3σ, 1π Β) 7σ, 3π Γ) 9σ, 2π Δ) 3σ, 2π [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] 5. H ένωση HC ≡ C − C(CΗ3) = CΗ2 έχει: A) 8σ και 3π δεσμούς B) 9σ και 4π δεσμούς Γ) 10σ και 3π δεσμούς Δ) 11σ και 2π δεσμούς [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] 6. Στο μόριο της βουτανάλης υπάρχουν: Α) 10 σ και 3 π δεσμοί Β) 9 σ και 4 π δεσμοί Γ) 13 σ δεσμοί Δ) 12 σ και 1 π δεσμοί [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] 7. Ποια από τις παρακάτω ενώσεις έχει τους περισσότερους σ δεσμούς; Α) CH2=CH− CH=CH2 Β) CH3CH2CH3 Γ) CH3CH=CH2 Δ) CH≡C− CH3 [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] 8. Σε ποια από τις ενώσεις που ακολουθούν τα άτομα του άνθρακα εμφανίζουν sp2 υβριδισμό; Α) C2H6 Β) C2H4 Γ) C2H2 Δ) CH4 [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] 9. Το πλήθος των υβριδικών τροχιακών που προκύπτουν με τον υβριδισμό ενός s τροχιακού με δύο p τροχιακά είναι: Α) 1 Β) 2 Γ) 3 Δ) 4 10. Η δομή της προωθημένης κατάστασης του ατόμου του 6C, σύμφωνα με τη θεωρία του υβριδισμού, είναι: Α) 1s2 2s1 2px1 2py1 2pz1

Β) 1s2 2s2 2px1 2py1 Γ) 1s2 2s1 2px1 2py1 Δ) διαφορετική, ανάλογα με το είδος του υβριδισμού (sp, sp2, sp3) 11. Σε ένα άτομο C ο γραμμικός συνδυασμός ενός 2s ατομικού τροχιακού και δύο 2p ατομικών τροχιακών έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό: Α) ενός sp2 υβριδικού τροχιακού Β) ενός σ δεσμού Γ) 3 σ δεσμών με γωνίες δεσμών 109,5° Δ) τριών ισότιμων υβριδικών τροχιακών 12. Να θεωρήσετε το μόριο του μεθανίου. Τι είδους τροχιακά επικαλύπτονται για το σχηματισμό των δεσμών C−Η; Α) sp3 - 1s Β) sp2 - 1s Γ) 2p - 1s Δ) sp - 1s 13. Ποια ένωση έχει δεσμό σ που προκύπτει με επικάλυψη sp2 - sp2 υβριδικών τροχιακών; Α) CH4 Β) CH3CH3 Γ) CH2=CH2 Δ) CHCH [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] 14. Στο μόριο του CH2=CH2 τα δύο άτομα του C συνδέονται μεταξύ τους με: Α) δύο δεσμούς σ του τύπου sp - s Β) δύο δεσμούς σ του τύπου sp2 - sp2 Γ) ένα δεσμό σ τύπου sp2 - sp2 και ένα π δεσμό που προκύπτει µε επικάλυψη pz - pz Δ) ένα δεσμό σ τύπου sp – s και ένα δεσμό π που προκύπτει με επικάλυψη pz - pz [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] 15. Στο μόριο ενός αλκενίου τι είδους δεσμούς σχηματίζει ένα άτομο C με υβριδισμό sp2; A) 4 π δεσμούς B) 2 π και 2 σ δεσμούς Γ) 1 π και 3 σ δεσμούς Δ) 4 σ δεσμούς 16. Να χαρακτηρίσετε τις προτάσεις που ακολουθούν με τη λέξη Σωστό (Σ), αν η πρόταση είναι σωστή, ή Λάθος (Λ), αν η πρόταση είναι λανθασμένη. Α) Στο HC≡CH τα δύο άτομα του άνθρακα συνδέονται μεταξύ τους µε ένα σ και δύο π δεσμούς. Β) Κατά την επικάλυψη p - p ατομικών τροχιακών προκύπτουν πάντοτε π δεσμοί. Γ) Οι π δεσμοί είναι ασθενέστεροι των σ δεσμών. Δ) Στο μόριο του αιθυλενίου κάθε άτομο C έχει τρία sp2 υβριδικά τροχιακά. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] 17. Να αντιστοιχίσετε τα παρακάτω μόρια με το είδος του υβριδισμού, που υπάρχει στο κεντρικό άτομο του μορίου. Ατομικοί αριθμοί, H:1, Βe:4, B:5, F:9, C:6, Br:35. Α. Β. Γ.

BeH2 BF3 CBr4

1.

2.

3.

sp2 sp3 sp

31

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

18. Να γράψετε πόσοι σ και πόσοι π δεσμοί υπάρχουν σε καθένα από τα παρακάτω μόρια: α) C2H5Cl β) C2H4 γ) C2H2 [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] 19. Δίνεται η οργανική ένωση,

της οποίας τα άτομα C αριθμούνται από 1 έως 4, όπως φαίνεται παραπάνω. α) Πόσοι δεσμοί σ (σίγμα) και πόσοι δεσμοί π (πι) υπάρχουν στην ένωση; β) Μεταξύ ποιων ατόμων σχηματίζονται οι π δεσμοί; γ) Να αναφέρετε τι είδος υβριδικά τροχιακά έχει κάθε άτομο C της ένωσης. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ]

……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

32

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΠΡΟΣΘΗΚΗΣ (1)

3 ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΠΡΟΣΘΗΚΗΣ (1)

ΘΕΜΑΤΑ ΘΕΩΡΙΑΣ 1. Αντιδράσεις προσθήκης στο διπλό δεσμό C=C

Με βάση το είδος της αντίδρασης διακρίνουμε τις εξής κατηγορίες οργανικών αντιδράσεων: προσθήκης, απόσπασης, υποκατάστασης, πολυμερισμού, οξείδωσης - αναγωγής και αντιδράσεις οξέων - βάσεων.

Δύο είναι τα κύρια είδη των μηχανισμών στις οργανικές αντιδράσεις: οι μηχανισμοί μέσω ριζών και οι πολικοί μηχανισμοί.

Οι αντιδράσεις προσθήκης είναι οι πιο χαρακτηριστικές αντιδράσεις στα αλκένια και γενικότερα στις ενώσεις που περιέχουν διπλό ή τριπλό δεσμό. Στην περίπτωση των αλκενίων μπορούν να παρασταθούν με τη γενική εξίσωση,

όπου Α–Β το μόριο που προστίθεται στο διπλό δεσμό, π.χ. Η−Η (Η2), Χ−Χ (Cl2, Br2), H−X (H−Cl, H−Br, H−I), H2O (Η−ΟΗ) κτλ. Πρόκειται για εξώθερμες αντιδράσεις (ΔΗ < 0). α) Προσθήκη υδρογόνου (Η2) σε αλκένια Η προσθήκη Η2 γίνεται καταλυτικά με τη χρήση Ni, Pd ή Pt και οδηγεί σε αλκάνια:

β) Προσθήκη αλογόνων (Χ2 = Cl2 ή Br2) σε αλκένια Η αντίδραση αποτελεί γενική μέθοδο παρασκευής 1,2-διαλογονοπαραγώγων:

Πειραματική διάταξη επίδειξης του αποχρωματισμού διαλύματος Br2 σε CCl4 κατά τη διαβίβαση αέριου αιθενίου. Το αρχικά καστανοκόκκινο διάλυμα Br2 αποχρωματίζεται.

Ειδικά η προσθήκη Br2 στο διπλό δεσμό είναι εξαιρετικά χρήσιμη για την ανίχνευση του διπλού δεσμού C=C ή και του τριπλού δεσμού, όπως θα δούμε παρακάτω. Το διάλυμα Br2 σε CCl4 (ή CHCl3) είναι καστανοκόκκινο, ενώ το διβρωμοπαράγωγο που προκύπτει είναι άχρωμο. Έτσι, αν με την επίδραση του αλκενίου καταναλωθεί όλη η ποσότητα του Br2, θα επέλθει αποχρωματισμός.

33

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

γ) Προσθήκη υδραλογόνων (ΗΧ) σε αλκένια - Κανόνας του Markovnikov Ας δούμε αρχικά δύο παραδείγματα σε συμμετρικά αλκένια: α) β)

Συμμετρικά είναι τα αλκένια όπως π.χ το CH2=CH2, το CH3CH=CHCH3 κτλ., στα οποία οι άνθρακες του διπλού δεσμού συνδέονται με τους ίδιους ακριβώς υποκαταστάτες.

Η προσθήκη υδραλογόνου (ΗΧ: HCl, HBr, HI) σε ασύμμετρο αλκένιο μπορεί θεωρητικά να γίνει με δύο τρόπους. Στην πράξη, όμως, ο ένας από τους δύο επέρχεται σε πολύ μικρό ποσοστό, έτσι ώστε συνήθως να μην αναφέρεται:

Θεωρώντας πολλά παραδείγματα όπως το παραπάνω, ο Ρώσος χημικός Markovnikov κατέληξε στο εξής συμπέρασμα:

Στην δημοσίευση των αποτελεσμάτων του το 1870 ο Vladimir Markovnikov (18381904) έγραφε: «Αν ένα ασύμμετρο αλκένιο συνδυαστεί με ένα ΗΧ, το Χ προστίθεται στο άτομο C με τα λιγότερα άτομα H.»

Κατά την προσθήκη μορίου ΗΧ σε αλκένιο, το άτομο Η ενώνεται κατά προτίμηση με το άτομο άνθρακα του διπλού δεσμού, που ήδη έχει τα περισσότερα άτομα Η. Γενικότερα: Όταν ένα μόριο ΑΒ προστίθεται στο διπλό δεσμό ενός μη συμμετρικού αλκενίου το κύριο προϊόν της αντίδρασης είναι αυτό που προκύπτει από την προσθήκη του θετικού τμήματος (συνήθως το Ηδ+) στο άτομο C με τα περισσότερα Η. Ας δούμε, τώρα, ένα τελευταίο παράδειγμα.

δ) Προσθήκη νερού (Η2Ο) σε αλκένια Γίνεται παρουσία οξέος και το κύριο προϊόν της αντίδρασης είναι, γενικά, δευτεροταγής ή τριτοταγής αλκοόλη. Μόνο με την προσθήκη νερού στο αιθένιο προκύπτει πρωτοταγής αλκοόλη (ως μοναδικό προϊόν):

Oι αντιδράσεις προσθήκης σε συμμετρικά αλκένια παράγουν ένα και μοναδικό προϊόν.

34

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΠΡΟΣΘΗΚΗΣ (1)

2. Αντιδράσεις προσθήκης στον τριπλό δεσμό Οι αντιδράσεις προσθήκης στον τριπλό δεσμό μπορούν να περιοριστούν στο πρώτο στάδιο προσθήκης, με κατάλληλη επιλογή συνθηκών.

Όπως και τα αλκένια, τα αλκίνια υφίστανται αντιδράσεις προσθήκης στον τριπλό δεσμό, π.χ. με Η2, Χ2, ΗΧ, Η2Ο και μάλιστα σύμφωνα με τον κανόνα του Markovnikov. Η προσθήκη Η2, Χ2 και ΗΧ είναι παρόμοια με αυτή των αλκενίων, εκτός από το ότι μπορούν να προστεθούν διαδοχικά δύο μόρια ενός αντιδραστηρίου για κάθε τριπλό δεσμό.

αλκάνια

τετρααλογονοπαράγωγα

διαλογονοπαράγωγα

Παραδείγματα

Παρατηρούμε την προσθήκη κατά Markovnikov κατά το 1o, αλλά και κατά το 2o στάδιο της διπλανής αντίδρασης.

Προσθήκη νερού σε αλκίνια. Γίνεται καταλυτικά παρουσία HgSΟ4/Η2SΟ4. Αρχικά σχηματίζεται ενόλη (ένωση που διαθέτει –ΟΗ και ταυτόχρονα διπλό δεσμό), η οποία όμως ισομερίζεται ταχύτατα στην αντίστοιχη καρβονυλική ένωση:

Καρβονυλικές ενώσεις

35

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Αν το αλκίνιο είναι το αιθίνιο (ή ακετυλένιο) σχηματίζεται τελικά αιθανάλη (CΗ3CHO), μέσω σχηματισμού ενόλης. Για οποιοδήποτε άλλο αλκίνιο η προσθήκη νερού οδηγεί στο σχηματισμό κετόνης. Στην περίπτωση που το αλκίνιο έχει τον τριπλό δεσμό στην άκρη της ανθρακικής αλυσίδας σχηματίζεται τελικά μεθυλοκετόνη (κετόνη στην οποία το καρβονύλιο ενώνεται με ένα –CH3):

Για το σχηματισμό της ενόλης ισχύει ο κανόνας του Markovnikov.

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΡΩΤΗΣΕΩΝ - ΑΣΚΗΣΕΩΝ - ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΩΝ 1. α) Ποιο αλκένιο με προσθήκη Η2Ο, παρουσία οξέος, οδηγεί σε πρωτοταγή αλκοόλη ως κύριο και μοναδικό προϊόν; β) Ποιο αλκίνιο με προσθήκη Η2Ο, παρουσία Η2SO4/HgSO4, οδηγεί σε αλδεΰδη; Να γραφούν oι χημικές εξισώσεις των σχετικών αντιδράσεων. ΑΠΑΝΤΗΣΗ

α) Είναι για το αιθένιο (ή αιθυλένιο), καθώς λόγω του κανόνα του Markovnikov, όλα τα άλλα αλκένια θα δώσουν ως κύριο προϊόν δευτεροταγείς ή τριτοταγείς αλκοόλες:

β) Πρόκειται για το αιθίνιο (ή ακετυλένιο) καθώς όλα τα άλλα αλκίνια οδηγούν σε κετόνες:

2. Να γράψετε τις αντιδράσεις προσθήκης κάθε ισομερούς αλκενίου του τύπου C4H8 με: α) H2/Νi, β) Η2Ο/H+. Σε περίπτωση που είναι δυνατόν να σχηματιστούν δύο προϊόντα να γράψετε μόνο το κύριο προϊόν. ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Στο μοριακό τύπο C4H8 αντιστοιχούν τα εξής τρία αλκένια:

Αντιδράσεις: α)

36

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΠΡΟΣΘΗΚΗΣ (1)

β)

Markovnikov

Markovnikov

3. Πως μπορεί να προκύψει κάθε μία από τις ενώσεις που ακολουθούν με προσθήκη κατάλληλου αντιδραστηρίου σε κατάλληλο υδρογονάνθρακα; α) 2-προπανόλη, β) 2-βρωμο-1-προπένιο, γ) 2,2-διβρωμοπροπάνιο και δ) 1,2διβρωμοπροπάνιο. Να γράψετε τις σχετικές χημικές εξισώσεις. ΑΠΑΝΤΗΣΗ

α)

β)

γ)

δ)

4. Αέριο μίγμα αιθενίου και προπινίου είναι ισομοριακό και έχει μάζα 6,8 g. To μίγμα αυτό διαβιβάζεται σε διάλυμα Br2 σε CCl4 περιεκτικότητας 8% w/v και όγκου 300 mL. Nα εξετάσετε αν το διάλυμα του Br2 θα αποχρωματιστεί ή όχι. Σχετικές ατομικές μάζες, Br:80, C:12, H:1. ΛΥΣΗ

Καθώς το μίγμα είναι ισομοριακό θα αποτελείται από (έστω) x mol CH2=CH2 (Mr = 28) και x mol CH3C≡CH (Mr = 40). Ισχύει: 28x + 40x = 6,8, x = 0,1 mol για κάθε συστατικό. Θα υπολογίσουμε τη μέγιστη ποσότητα του διαλύματος Br2 που μπορεί να αποχρωματιστεί από το μίγμα αυτό.

37

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Άρα, το μίγμα μπορεί να αποχρωματίσει το πολύ 3x = 0,3 mol Br2 (Μr = 160). Σε 100 mL διαλύματος περιέχονται 8 g Br2 ή Σε 300 mL διαλύματος περιέχονται

8  0,05 mol 160

x = 0,15 mol Br2

Αφού το μίγμα μπορεί να αποχρωματίσει το πολύ 0,3 mol Br2 και το διάλυμα περιέχει 0,15 mol Br2, θα αποχρωματιστεί.

5. Ποσότητα προπινίου ίση με 8 g αντιδρά με 6,72 L H2 μετρημένα σε STP, παρουσία Ni ως καταλύτη. Όλη η ποσότητα του προπινίου και του H2 μετατρέπεται σε προϊόντα. Να βρείτε: α) Tους συντακτικούς τύπους των προϊόντων της αντίδρασης. β) Τις ποσότητες των προϊόντων σε mol. Δίνονται Ar(C) = 12, Ar(H) = 1. ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2016 ΛΥΣΗ

α) Προπίνιο (C3H4): Μr = 40, n = 8/40 = 0,2 mol. n(H2) = 6,72/22,4 = 0,3 mol H ποσότητα του Η2 δεν αρκεί για την πλήρη υδρογόνωση του αλκινίου (προς αλκάνιο), καθώς για το σκοπό αυτό είναι απαραίτητη ποσότητα ίση με 0,4 mol H2. Επομένως, τα προϊόντα της αντίδρασης είναι το προπένιο και το προπάνιο με συντακτικούς τύπους, CH3CH=CH2 και CH3CH2CH3, αντίστοιχα. β) Οι ποσότητες των προϊόντων της αντίδρασης προκύπτουν από τους δύο πίνακες που ακολουθούν (για το 1ο και το 2ο στάδιο της υδρογόνωσης): mol

C3H4 + H2 → C3H6

Αρχικά

0,2

0,3

Μεταβολές

−0,2

−0,2

0,2

−

0,1

0,2

mol

C3H6 + H2 → C3H8

Αρχικά

0,2

0,1

Μεταβολές

−0,1

−0,1

0,2

Τελικά

0,1

−

0,1

Επομένως, θα προκύψουν 0,1 mol CH3CH=CH2 και 0,1 mol CH3CH2CH3,

38

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΠΡΟΣΘΗΚΗΣ (1)

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Όλες οι αντιδράσεις να θεωρηθούν μονόδρομες και ποσοτικές (εκτός αν αναφέρεται διαφορετικά). Οι σχετικές ατομικές μάζες δίνονται στο τέλος του βιβλίου.

3.1. Με πλήρη υδρογόνωση του τριπλού δεσμού του 1βουτινίου προκύπτει ένωση με τύπο: A) C4H6 (1-βουτένιο) B) C4H8 (2-βουτένιο) Γ) C4H8 (βουτάνιο) Δ) C4H10 (βουτάνιο) 3.2. Οργανική ένωση Α, η οποία αποχρωματίζει διάλυμα Βr2 σε CCl4, είναι οπωσδήποτε: Α) αλκένιο Β) αλκίνιο Γ) αλκάνιο Δ) ακόρεστη ένωση [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] 3.3. Ποια από τις παρακάτω ενώσεις δε μπορεί να αποχρωματίσει διάλυμα Βr2 σε CCl4; Α) CH3CH=CH2 Β) CH3C≡CCH3 Γ) CΗ2=CHCH=CH2 Δ) CH3CH2CΗΟ 3.4. Αν ένα μίγμα CH4, C2H4, C3H6, C3H8 διαβιβαστεί σε περίσσεια διαλύματος Βr2 σε CCl4, τότε τα αέρια που εξέρχονται από το διάλυμα αυτό είναι: Α) CH4 και C3H8 Β) C2H4 και C3H8 Γ) CH4 Δ) CH4, C2H4, C3H8 και C3H6 3.5. Με προσθήκη Cl2 σε 2-βουτένιο προκύπτει: Α) 1,2-διχλωροβουτάνιο Β) 2,2-διχλωροβουτάνιο Γ) 2,3-διχλωροβουτάνιο Δ) μίγμα μονοχλωροπαραγώγων του βουτανίου 3.6. Με προσθήκη ΗΒr σε προπένιο προκύπτει: Α) 1-βρωμοπροπάνιο ως μοναδικό προϊόν Β) 2-βρωμοπροπάνιο ως κύριο προϊόν Γ) 1,1-διβρωμοπροπάνιο ως κύριο προϊόν Δ) 1,2-διβρωμοπροπάνιο ως μοναδικό προϊόν 3.7. Ποιος από τους υδρογονάνθρακες που ακολουθούν διαθέτει δύο π δεσμούς και τρεις σ δεσμούς μεταξύ ατόμων C και επίσης αποχρωματίζει διάλυμα Br2 σε CCl4; Α) Tο 2-βουτένιο Β) Tο 1-βουτένιο Γ) Tο 2-βουτίνιο Δ) Tο βουτάνιο 3.8. Από τις παρακάτω χημικές εξισώσεις Ι, ΙΙ, ΙΙΙ και ΙV:

λανθασμένη είναι η: Α) Ι Β) ΙΙ Γ) ΙΙΙ

Δ) ΙV

3.9. Με προσθήκη νερού σε αλκένια προκύπτουν βασικά δευτεροταγείς ή τριτοταγείς αλκοόλες. Σε ποιο αλκένιο η επίδραση νερού οδηγεί αποκλειστικά σε πρωτοταγή αλκοόλη; Α) Στο αιθένιο Β) Στο προπένιο Γ) Στο 2-βουτένιο Δ) Σε όλα τα αλκένια με το διπλό δεσμό στην άκρη της ανθρακικής αλυσίδας 3.10. i. Ποιος από τους υδρογονάνθρακες που ακολουθούν με προσθήκη H2O (παρουσία καταλυτών) παράγει αλδεΰδη; Α) αιθίνιο Β) προπίνιο Γ) αιθένιο Δ) Σε όλα τα αλκίνια με τον τριπλό δεσμό στην άκρη της ανθρακικής αλυσίδας ii. Ποια από τις επόμενες ενώσεις δεν μπορεί να προκύψει σε σημαντικό ποσοστό (ως μοναδικό ή κύριο προϊόν) με την προσθήκη H2O σε ακόρεστο υδρογονάνθρακα; Α) αιθανόλη Β) προπανόνη Γ) 1-βουτανόλη Δ) 2-πεντανόνη 3.11. Κατά την επίδραση καθεμιάς από τις οργανικές ενώσεις της στήλης (Ι) με κατάλληλο αντιδραστήριο παράγεται οργανική ένωση που περιλαμβάνεται στη στήλη (ΙΙ). Να κάνετε τις σχετικές αντιστοιχήσεις και να γράψετε τις πλήρεις χημικές εξισώσεις για κάθε περίπτωση. Α. Β. Γ. Δ.

Ι προπένιο προπίνιο αιθένιο αιθίνιο

1.

2.

3.

4.

ΙΙ 1,2-διβρωμοαιθάνιο 1,1-διβρωμοαιθάνιο 2-προπανόλη προπανόνη

3.12. Ποσότητα αιθενίου μάζας m1 (g) αποχρωματίζει ορισμένη ποσότητα διαλύματος Br2 σε CCl4. Η ίδια ποσότητα διαλύματος Br2 αποχρωματίζεται από m2 (g) 2-βουτενίου ή m3 (g) προπενίου ή m4 (g) προπινίου, ή τέλος από m5 (g) 2βουτινίου. Να διατάξετε τις μάζες m1, m2, m3, m4, και m5 κατ’ αύξουσα σειρά.

3.13. Στις προτάσεις που ακολουθούν να αντικαταστήσετε τους αριθμούς με τις κατάλληλες λέξεις ή τύπους. Α) Κατά την προσθήκη νερού στο CH3CH=CH2 παρουσία H2SO4 παράγεται, σύμφωνα με τον κανόνα του (1), ως κύριο προϊόν το: (2). Β) Με επίδραση υδατικού διαλύματος H2SO4/ HgSO4 σε ακετυλένιο παράγεται (1), ενώ σε προπίνιο παράγεται (2).

39

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Γ) Οι υδρογονάνθρακες οι οποίοι με περίσσεια (1) μετατρέπονται σε κορεσμένα διχλωρίδια με τα άτομα Cl ενωμένα στο ίδιο άτομο άνθρακα ανήκουν στην ομόλογη σειρά των (2). Δ) Οι υδρογονάνθρακες που αντιδρούν πλήρως με ισομοριακή ποσότητα Br2 ανήκουν στην ομόλογη σειρά των (1), ενώ τα προϊόντα ανήκουν στην ομόλογη σειρά των (2). Ε) Τα αλκένια δίνουν αντιδράσεις (1) με Η 2, παρουσία (2) σαν καταλύτη προκύπτουν (3). Με διάλυμα Br2 σε (4) τα αλκένια οδηγούν σε (5), που είναι (6), ελαιώδη οργανικά προϊόντα. Επίσης, με HCl τα αλκένια οδηγούν σε (7), ενώ, τέλος, με προσθήκη νερού, παρουσία (8) προκύπτουν κορεσμένες (9) (10).

3.14. Να χαρακτηρίσετε τις προτάσεις που ακολουθούν ως σωστές ή όχι. Α) Το κύριο προϊόν της προσθήκης νερού σε κάθε αλκένιο είναι μία δευτεροταγής ή μία τριτοταγής αλκοόλη. Β) Από την αντίδραση προσθήκης νερού στο προπένιο παρουσία οξέος παράγεται ισομοριακό μίγμα δύο οργανικών ενώσεων. Γ) Από την αντίδραση κάθε αλκινίου με Η2Ο παρουσία H2SΟ4/HgSO4 παράγεται κετόνη. Δ) Αν μία οργανική ένωση αποχρωματίζει διάλυμα Βr2 σε CCl4 θα είναι αλκένιο. Ε) Από την αντίδραση περίσσειας HCl σε προπίνιο παράγεται 1,1-διχλωροπροπάνιο. Στ) Σύμφωνα με τον κανόνα του Markovnikov, «όταν ένα μόριο ΑΒ προστίθεται στο διπλό δεσμό ενός μη συμμετρικού αλκενίου, το κύριο προϊόν της αντίδρασης είναι αυτό που προκύπτει από την προσθήκη του θετικού τμήματος (το οποίο είναι συνήθως Ηδ+) στον άνθρακα με τα λιγότερα υδρογόνα». [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] Ζ) Κατά την αντίδραση προσθήκης Η2 σε αλκένιο σπάζει ένας π δεσμός και δημιουργούνται δύο νέοι σ δεσμοί.

3.15. Να δώσετε τα ονόματα των προϊόντων που σχηματίζονται κατά την επίδραση των παρακάτω αντιδραστηρίων σε μεθυλοπροπένιο: α) Η2/Ni β) Br2/CCl4 γ) HBr (κύριο προϊόν) δ) H2O/H+ (κύριο προϊόν) 3.16. Να δώσετε το συντακτικό τύπο ενός υδρογονάνθρακα από τον οποίο μπορεί να προκύψει με αντίδραση προσθήκης ως κύριο ή μοναδικό προϊόν: α) 2-ιωδοπροπάνιο β) 2-μεθυλο-2-προπανόλη γ) 2-πεντανόλη δ) 2,2-διχλωροπροπάνιο ε) 1,2-διχλωροπροπάνιο στ) 2-μεθυλοπεντάνιο Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις σε όλες τις περιπτώσεις.

3.17. Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων με τις οποίες προκύπτει βουτανόνη από όλα τα δυνατά αλκίνια.

3.18. Το σκουαλένιο είναι βασική ουσία στη βιοσύνθεση των στεροειδών. Ο μοριακός του τύπος είναι C30H50, ενώ είναι γνωστό ότι διαθέτει μόνο διπλούς και όχι τριπλούς

40

δεσμούς. Με καταλυτική υδρογόνωση το σκουαλένιο μετατρέπεται σε ένωση με τύπο C30H62. Πόσους διπλούς δεσμούς διαθέτει το σκουαλένιο; 3.19. Η προσθήκη νερού στο 2-μεθυλο-1-βουτένιο και στο 2-μεθυλο-2-βουτένιο οδηγεί στο ίδιο κύριο προϊόν (Α). Να εξηγήσετε γιατί. Ποιος ο συντακτικός τύπος του Α; 3.20. Πως μπορεί να προκύψει το 2,3-διχλωροβουτάνιο: α) από κατάλληλο αλκένιο και β) από κατάλληλο αλκίνιο; 3.21. Να γράψετε το συντακτικό τύπο των προϊόντων που προκύπτουν κατά την αντίδραση 1 mol 2-βουτινίου: α) με 1 mol Βr2 β) με 2 mol Βr2 γ) με περίσσεια Η2, παρουσία Νi δ) με 2 mol HBr 3.22. Δίνονται οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α και Β (τα άτομα C και H των δακτυλίων έχουν παραληφθεί). Να προβλέψετε τους τύπους των κυρίων προϊόντων κατά την επίδραση Η2Ο στις Α και Β.

3.23. Κατά την επίδραση ΗΙ σε αλκένιο με τύπο C5H10 και ευθύγραμμη ανθρακική αλυσίδα σχηματίζονται δύο προϊόντα σε ίσα περίπου ποσοστά. Ποιος ο συντακτικός τύπος του αλκενίου; 3.24. Δύο ισομερείς υδρογονάνθρακες Α και Β έχουν μοριακό τύπο C4H8 και με υδρογόνωση δίνουν δύο διαφορετικά αλκάνια. Επίσης, η ένωση Α με επίδραση Η2Ο/Η+ δίνει ως μοναδικό προϊόν μία δευτεροταγή αλκοόλη Γ, ενώ η ένωση Β με επίδραση Η2Ο/Η+ δίνει ως κύριο προϊόν μία τριτοταγή αλκοόλη Δ. Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Α, Β, Γ και Δ; 3.25. Στο παρακάτω διάγραμμα αντιδράσεων στα γράμματα Α, Β, Γ και Δ αντιστοιχούν οργανικές ενώσεις. Ποιοι οι συντακτικοί τους τύποι; Να γραφούν οι πλήρεις χημικές εξισώσεις που σχετίζονται με το διάγραμμα αυτό.

3.26. Ποσότητα αλκενίου μάζας 5,6 g αποχρωματίζει το πολύ 200 mL διαλύματος Βr2 σε CCl4 περιεκτικότητας 16% w/v. Ποιος ο συντακτικός τύπος του αλκενίου; 3.27. 0,2 mol προπενίου διαβιβάζονται σε 0,5 L διαλύματος Βr2 σε CCl4 συγκέντρωσης 1,2 Μ. Να εξετάσετε αν θα αποχρωματιστεί ή όχι το διάλυμα του Βr2.

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΠΡΟΣΘΗΚΗΣ (1)

3.28. Αλκένιο (Α) κατεργάζεται με διάλυμα Βr2 σε CCl4, οπότε προκύπτει ένωση (Β) με Μr = 202. Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των Α και Β; Για καλούς… λύτες 3.29. Ποσότητα αλκινίου (Α) μάζας 0,4 g αντιδρά πλήρως με περίσσεια διαλύματος Βr2 σε CCl4 και προκύπτει προϊόν (Β) μάζας ίσης με 3,6 g. Να προσδιοριστεί ο συντακτικός τύπος του αλκινίου (Α).

3.30. Σε δοκιμαστικό σωλήνα που περιέχει διάλυμα Br2 σε CCl4 διαβιβάζουμε αέριο προπένιο και παρατηρείται πλήρης αποχρωματισμός με τη διαβίβαση V (mL) προπενίου. Σε έναν άλλο δοκιμαστικό σωλήνα που περιέχει την ίδια ποσότητα του παραπάνω διαλύματος Br2 σε CCl4 διαβιβάζουμε αέριο προπίνιο. Ποιος όγκος προπινίου απαιτείται για τον πλήρη αποχρωματισμό του διαλύματος Br2 σε CCl4; Οι όγκοι των δύο αερίων μετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας.

3.31. Αέριο μίγμα αποτελείται από ακετυλένιο και μικρή ποσότητα αιθυλενίου. Για την πλήρη υδρογόνωση 250 mL του μίγματος, καταναλώνονται 485 mL Η2. Ποια είναι η %v/v περιεκτικότητα του αερίου μίγματος σε αιθυλένιο; Οι όγκοι των αερίων μετρούνται στις ίδιες συνθήκες.

3.32. Αέριο μίγμα όγκου 1120 mL αποτελείται από Η2, αιθάνιο και αιθένιο. Το μίγμα θερμαίνεται παρουσία Ni και παρατηρείται ότι το τελικό προϊόν αποτελείται από μία και μοναδική ένωση, όγκου 672 mL. α) Ποιος ο συντακτικός τύπος του τελικού προϊόντος; β) Να υπολογιστεί η σύσταση του μίγματος σε mL. γ) Πόσα mL διαλύματος Br2 0,1 Μ σε CCl4 μπορούν να αποχρωματιστούν με διαβίβαση του παραπάνω αερίου μίγματος; Όλοι οι όγκοι των αερίων μετρήθηκαν σε STP. 3.33. Κατά τη μερική υδρογόνωση ποσότητας C3H6 προέκυψε μίγμα δύο αερίων υδρογονανθράκων, όγκου 5,6 L, το οποίο αποχρωματίζει ακριβώς 200 mL διαλύματος Br2 σε CCl4 8% w/v. α) Ποια η % v/v σύσταση του μίγματος των υδρογονανθράκων και ποιος ο όγκος της αρχικής ποσότητας του C3H6; β) Ποιος όγκος CO2 παράγεται κατά την πλήρη καύση του παραπάνω αερίου μίγματος των δύο υδρογονανθράκων; Οι όγκοι των αερίων μετρήθηκαν σε STP. 3.34. Κατά τη διαβίβαση αερίου προπενίου σε υδατικό διάλυμα H2SO4 αντέδρασε όλη η ποσότητα του προπενίου προς μίγμα δύο αλκοολών Α και Β. Προσδιορίσαμε κατάλληλα τις μάζες των δύο αλκοολών Α και Β και τις βρήκαμε αντίστοιχα 2,7 g και 0,3 g. α) Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των Α και Β;

β) Ποιος ο όγκος του προπενίου σε STP που διαβιβάσαμε στο υδατικό διάλυμα του H2SO4; Να υπολογίσετε το ποσοστό μετατροπής του προπενίου στις Α και Β. γ) Να δικαιολογήσετε τις σχετικές ποσότητες των δύο αλκοολών που σχηματίστηκαν. Για δυνατούς… λύτες 3.35. Αέριο μείγμα αποτελείται από Η2, ένα αλκάνιο και ένα αλκένιο. 100 mL του μείγματος δίνουν με καύση 160 mL CO2. Επίσης 100 mL του ίδιου μείγματος θερμαίνονται παρουσία Ni και προκύπτει ένα μόνο αέριο όγκου 80 mL. α) Να εξηγήσετε γιατί το τελικό αέριο είναι το αλκάνιο. β) i. Να προσδιορίστε τους τύπους των δύο υδρογονανθράκων και ii. να προσδιορίσετε τη σύσταση του αρχικού μείγματος σε mL. Οι όγκοι έχουν μετρηθεί στις ίδιες συνθήκες.

3.36. Ποσότητα αλκενίου Α χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. Το 1ο μέρος αποχρωματίζει ακριβώς 200 mL διαλύματος Br2 σε CHCl3 περιεκτικότητας 8% w/v. Tο 2ο μέρος καίγεται πλήρως και παράγει 8,8 g CO2. α) Ποιος ο συντακτικός τύπος του Α; β) Να υπολογίσετε τον όγκο του Ο2 (σε STP), που απαιτείται για την καύση του 2ου μέρους του Α. γ) Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων που συμβαίνουν κατά την επίδραση i. HBr και ii. H2O στο αλκένιο Α.

3.37. Ισομοριακό μίγμα (Μ1) όγκου 200 L αποτελούμενο από C2H4 και Η2 διαβιβάζεται σε σωλήνα που περιέχει καταλύτη Pt και προκύπτει νέο μίγμα (Μ2) αερίων προϊόντων όγκου 120 L. α) Να προσδιοριστεί η σύσταση (σε L) του μίγματος Μ2, καθώς επίσης και το ποσοστό του Η2, που αντέδρασε. β) Αν το μίγμα Μ2 των αερίων προϊόντων διαβιβαστεί ξανά στο σωλήνα και υποθέσουμε ότι αντιδρά το ίδιο ποσοστό Η2 με αυτό που αντέδρασε στην πρώτη περίπτωση, να υπολογιστεί η σύσταση (σε L) του τελικού μίγματος Μ3. Οι όγκοι των αερίων μετρήθηκαν στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας.

3.38. Ποσότητα αλκενίου Α χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. Το 1ο μέρος διαβιβάζεται σε περίσσεια διαλύματος Br2 σε CCl4 και παράγονται 20,2 g προϊόντος Β. Το 2ο μέρος διαβιβάζεται σε υδατικό διάλυμα H2SO4 και μετατρέπεται πλήρως σε μείγμα δύο αλκοολών Γ και Δ συνολικής μάζας 6 g. α) Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των Α και Β; β) Το μείγμα των δύο αλκοολών Γ και Δ διαχωρίζεται πλήρως με αποτέλεσμα την απομόνωση 5,4 g της Γ και 0,6 g της Δ. Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των Γ και Δ. Εξηγείστε. γ) Ποιο το ποσοστό μετατροπής του αλκενίου Α στις αλκοόλες Γ και Δ;

41

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

3.39. Αλκίνιο Α υφίσταται πλήρη υδρογόνωση, οπότε παρατηρείται αύξηση της μάζας του κατά 10%. Ποσότητα από το αλκίνιο αυτό χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. Το 1o μέρος υφίσταται πλήρη προσθήκη νερού, οπότε σχηματίζονται 5,8 g προϊόντος Β. Το 2o μέρος υφίσταται κατεργασία με διάλυμα Br2 σε CCl4 περιεκτικότητας 8% w/v. α) Με βάση την αύξηση της μάζας κατά την υδρογόνωση, να δείξετε ότι το αλκίνιο Α είναι το προπίνιο. β) Ποιος ο μέγιστος όγκος διαλύματος του Br2 που μπορεί να αποχρωματιστεί από τη 2o μέρος του Α; γ) Πώς από το αλκίνιο Α μπορεί να προκύψει 2,2διβρωμοπροπάνιο; Να γραφεί η σχετική χημική εξίσωση.

λαμβάνει όγκο 8,96 L (σε STP). Βρέθηκε ότι το μίγμα αποχρωματίζει ακριβώς 600 mL διαλύματος Βr2 16% w/v σε CCl4. Να προσδιορίσετε το συντακτικό τύπο του υδρογονάνθρακα Χ.

MIA ΕΙΔΙΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 3.41. Το α-λινολενικό οξύ είναι ένα ακόρεστο καρβοξυλικό οξύ με Μr = 278 που διαθέτει μόνο διπλούς δεσμούς. Πόσους διπλούς δεσμούς διαθέτει το α-λινολενικό οξύ, αν είναι γνωστό ότι 0,278 g από το οξύ αυτό απαιτούν για πλήρη αντίδραση 0,762 g I2; Ar (I) = 127.

3.40. Ισομοριακό αέριο μίγμα ακετυλενίου και ενός άλλου υδρογονάνθρακα (Χ) έχει συνολική μάζα 13,6 g και κατα-

Χημεία και… τέρατα: «Στα σύνορα φαντασίας και ονείρου...» Κάποια γλυκιά βραδιά του 1855, ενώ διέσχιζε το Λονδίνο στον επάνω όροφο ενός ιππήλατου λεωφορείου, ο νεαρός χημικός Friederich August Kekule αποκοιμήθηκε. «Άρχισα να ονειρεύομαι», διηγήθηκε αργότερα. «Άτομα χόρευαν μπρος στα μάτια μου. Δύο μικρότερα άτομα ενώνονταν για να σχηματίσουν ένα ζευγάρι, ένα μεγαλύτερο αγκάλιαζε δύο μικρότερα, ένα ακόμα μεγαλύτερο συγκρατούσε τρία ή και τέσσερα μικρότερα, ενώ το σύνολο στροβιλιζόταν ασταμάτητα σ’ έναν ιλιγγιώδη χορό. Είδα πως τα μεγαλύτερα άτομα σχημάτιζαν αλυσίδα, παρασύροντας τα μικρότερα πίσω τους... Η φωνή του εισπράκτορα με ξύπνησε: Κλάπαμ Ρόουντ...» Έτσι, σ΄ ένα ιστορικό όνειρο γεννήθηκε μια από τις πιο καταπληκτικές ιδέες της σύγχρονης επιστήμης, από έναν βοηθό ερευνητή στο εργαστήριο του νοσοκομείου του Αγίου Βαρθολομαίου στο Λονδίνο. Η εικόνα που φαντάστηκε για τις οργανικές ενώσεις δεν ήταν απόλυτα σωστή, αλλά ήταν τόσο κοντά στην πραγματικότητα, που ακόμη και τώρα -157 χρόνια αργότεραχρησιμοποιείται ως εργαλείο της Οργανικής Χημείας. Στα τέλη του 1855 ο Kekule υπέβαλε υποψηφιότητα για καθηγητής της Χημείας στο νεοσύστατο Πολυτεχνικό Ινστιτούτο της Ζυρίχης, αλλά απορρίφθηκε! Στα επόμενα δύο χρόνια επεξεργάστηκε τις λεπτομέρειες του ονείρου του για το «χορό των ατόμων» και ένα χρόνο αργότερα δημοσίευσε το κλασσικό του άρθρο «Περί της σύστασης των χημικών ενώσεων και περί της χημικής φύσης του άνθρακα» στο γερμανικό περιοδικό «Χρονικά της Χημείας». Το άρθρο έκανε πάταγο στον επιστημονικό κόσμο και τον έκανε έναν από τους μεγαλύτερους θεωρητικούς της Χημείας της εποχής εκείνης και όχι μόνο.

42

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΠΡΟΣΘΗΚΗΣ (1)

ΦΥΛΛΑΔΙΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 3 Α. Να συμπληρωθούν οι χημικές εξισώσεις:

………………………………………………………………………………………………………………………………………..

………………………………………………………………………………………………………………………………………..

………………………………………………………………………………………………………………………………………..

………………………………………………………………………………………………………………………………………..

………………………………………………………………………………………………………………………………………..

………………………………………………………………………………………………………………………………………..

………………………………………………………………………………………………………………………………………..

………………………………………………………………………………………………………………………………………..

………………………………………………………………………………………………………………………………………..

………………………………………………………………………………………………………………………………………..

43

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Β. Πως από κατάλληλο αλκένιο ή αλκίνιο μπορεί να προκύψει με μία και μοναδική αντίδραση κάθε φορά: i. Προπένιο. ii. 2-προπανόλη, iii. 2-βουτανόνη (2 περιπτώσεις), iv. 2,2-διχλωροπροπάνιο, v.1,2-διβρωμοβουτάνιο; Να γραφούν οι σχετικές χημικές εξισώσεις. Γ. O μοριακός τύπος C5H10 αντιστοιχεί σε πέντε ισομερή αλκένια Α1, Α2, Α3, Α4 και Α5. Τρία από τα ισομερή, τα Α1, Α2 και Α3, με υδρογόνωση παράγουν το ίδιο προϊόν Β. Επίσης, τα ισομερή Α 1 και Α2 με προσθήκη νερού δίνουν την ίδια αλκοόλη, ως κύριο προϊόν. α) Ποιος είναι ο συντακτικός του προϊόντος Β τύπος και ποιος του ισομερούς Α3; β) Να γράψετε τη χημική εξίσωση της αντίδρασης προσθήκης νερού του Α3 αναγράφοντας μόνο το κύριο προϊόν Γ. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. Δ. Να υπολογιστεί ο μέγιστος όγκος διαλύματος Br2 σε CCl4 περιεκτικότητας 16% w/v που μπορεί να αποχρωματιστεί από ένα ισομοριακό μίγμα ακετυλενίου - προπενίου συνολικής μάζας 13,6 g. Σχετικές ατομικές μάζες, C:12, H:1, Br:80. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. Ε. 4,48 L αερίου αλκενίου (μετρημένα σε STP) υφίστανται προσθήκη Η2Ο, παρουσία οξέος και προκύπτει αλκοόλη μάζας 9,2 g ως μοναδικό προϊόν. Aν η αντίδραση θεωρηθεί πλήρης και μονόδρομη να προσδιοριστεί ο συντακτικός τύπος του αλκενίου και της αλκοόλης. Σχετικές ατομικές μάζες, C:12, O:16, H:1. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

44

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΠΡΟΣΘΗΚΗΣ (2)

4 ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΠΡΟΣΘΗΚΗΣ (2)

ΘΕΜΑΤΑ ΘΕΩΡΙΑΣ 1. Αντιδράσεις προσθήκης στο καρβονύλιο

Μην ξεχνιόμαστε! Oι αλδεΰδες και οι κετόνες αναφέρονται ως καρβονυλικές ενώσεις.

Λόγω του διπλού δεσμού C=O, οι καρβονυλικές ενώσεις δίνουν αντιδράσεις προσθήκης με διάφορα αντιδραστήρια, με ταυτόχρονη σχάση (ανόρθωση) του διπλού δεσμού C=O. Σε αντίθεση με το διπλό δεσμό C=C, ο δεσμός C=O είναι πολωμένος καθώς το οξυγόνο είναι πολύ πιο ηλεκτραρνητικό στοιχείο από τον άνθρακα:

δ+ δ (τα R, R΄ μπορεί να είναι και −Η ή και φαινύλιο, −C6H5). Έτσι, το θετικά φορτισμένο τμήμα του μορίου που προστίθεται προσανατολίζεται προς το αρνητικά φορτισμένο άτομο Ο και το αρνητικά φορτισμένο τμήμα προς το θετικό άτομο C του καρβονυλίου. Η σειρά δραστικότητας των καρβονυλικών ενώσεων στις αντιδράσεις προσθήκης, είναι η εξής:

2. Προσθήκη Η2 στο καρβονύλιο – Παρασκευή αλκοολών Οι καρβονυλικές ενώσεις αντιδρούν με Η2 παρουσία Ni, Pt ή Pd σχηματίζοντας πρωτοταγείς ή δευτεροταγείς αλκοόλες. Από τις αλδεΰδες με επίδραση Η2 προκύπτουν πρωτοταγείς αλκοόλες, ενώ από τις κετόνες προκύπτουν δευτεροταγείς αλκοόλες.

Π.χ.:

45

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

3. Προσθήκη HCN – Παρασκευή κυανυδρινών Κατά την προσθήκη υδροκυανίου (HCN) στις καρβονυλικές ενώσεις, το άτομο Η του HCN συνδέεται με το άτομο Ο ενώ το −CN με το άτομο C του καρβονυλίου, με ταυτόχρονη σχάση του διπλού δεσμού C=O. Με τον τρόπο αυτό προκύπτουν ενώσεις που είναι γνωστές ως κυανυδρίνες:

δ+ δ− Π.χ.:

Συχνά, το ΗCN δημιουργείται στο μίγμα της αντίδρασης, π.χ. με ανάμιξη της καρβονυλικής ένωσης με NaCN και την προσθήκη Η2SO4. Η προσθήκη του HCΝ είναι πολύ αργή, η προσθήκη όμως ΚCN ή NaCN αυξάνει σημαντικά την ταχύτητα της προσθήκης, καθώς δημιουργεί ιόντα CN, που είναι πολύ πιο ισχυρά ως αντιδραστήρια προσθήκης από το HCN.

4. Προσθήκη αντιδραστηρίων Grignard – Παρασκευές αλκοολών Τα αντιδραστήρια Grignard, RMgX (X = Cl, Br ή Ι), προκύπτουν από την αντίδραση (μεταλλικού) Mg με αλκυλαλογονίδια, σε τελείως άνυδρο (απόλυτο) αιθέρα:

Π.χ.:

Κατά την παρασκευή των αντιδραστηρίων Grignard απαιτείται η χρήση απόλυτου (τελείως άνυδρου) αιθέρα, καθώς με υδρόλυση παράγουν αλκάνια:

Από συνθετική άποψη, τα αντιδραστήρια Grignard είναι πολύ σημαντικές ενώσεις καθώς μπορούν να δράσουν ως αντιδραστήρια προσθήκης στο διπλό δεσμό C=O των αλδεϋδών και των κετονών. Ανάλογα με το είδος της καρβονυλικής ένωσης προκύπτουν πρωτοταγείς, δευτεροταγείς ή τριτοταγείς αλκοόλες:

Πρωτοταγείς αλκοόλες. Παρασκευάζονται με την επίδραση φορμαλδεΰδης (HCHO) σε κάποιο αντιδραστήριο Grignard:

Π.χ.:

46

Tα αντιδραστήρια Grignard ανακαλύφθηκαν το 1900 από τον Victor Grignard (18711935). Καθηγητής της Οργανικής Χημείας στο Πανεπιστήμιο της Λυών. Βραβείο Νόμπελ το 1912.

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΠΡΟΣΘΗΚΗΣ (2)

Δευτεροταγείς αλκοόλες. Παρασκευάζονται με την επίδραση αλδεΰδης (RCHO), εκτός της ΗCHO, σε κάποιο αντιδραστήριο Grignard:

H ερώτηση της ημέρας: Ποιος άλλος συνδυασμός αντιδρώντων οδηγεί στην ίδια αλκοόλη;

Π.χ.:

Έχετε καμία αλκοόλη «πρόχειρη», που αν και δευτεροταγής παρασκευάζεται με ένα μόνο συνδυασμό;

Γενικά, μία δευτεροταγής αλκοόλη μπορεί να παρασκευαστεί με δύο συνδυασμούς, σύμφωνα με την παραπάνω σύνθεση. Προσέχουμε, αρχικά, τα αλκύλια που συνδέονται με τον C που φέρει το –ΟΗ. Το ένα αλκύλιο προέρχεται από το αντιδραστήριο Grignard και το άλλο από την αλδεΰδη. Η αλκοόλη που παρασκευάζεται διαθέτει το σύνολο των ατόμων άνθρακα της αλδεΰδης και του αντιδραστηρίου Grignard. Τριτοταγείς αλκοόλες. Παρασκευάζονται με την επίδραση κετόνης σε κάποιο αντιδραστήριο Grignard:

Έχετε καμία αλκοόλη «πρόχειρη», που αν και τριτοταγής να παρασκευάζεται με ένα μόνο συνδυασμό ή με δύο μόνο συνδυασμούς;

Γενικά, λοιπόν, μία τριτοταγής αλκοόλη μπορεί να παρασκευαστεί με 3 συνδυασμούς, σύμφωνα με την παραπάνω διαδικασία. Παρατηρούμε, αρχικά, τα αλκύλια που συνδέονται με τον C που φέρει το –ΟΗ της αλκοόλης. Το ένα προέρχεται από το αντιδραστήριο Grignard και τα άλλα δύο από την κετόνη. Η αλκοόλη που παρασκευάζεται διαθέτει το σύνολο των ατόμων άνθρακα της κετόνης και του αντιδραστηρίου Grignard.

47

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Π.χ.:

5. Υδρογόνωση νιτριλίων προς (πρωτοταγείς) αμίνες Με καταλυτική υδρογόνωση των νιτριλίων (RCN), προκύπτουν πρωτοταγείς αμίνες με τον ίδιο αριθμό ατόμων C:

Π.χ.:

Η άλλη ερώτηση της ημέρας; Ποιοι είναι οι άλλοι συνδυασμοί για την παρασκευή της 2,3-διμεθυλο-3-πεντανόλης;

Οι πρωτοταγείς αμίνες φέρουν την ομάδα –ΝΗ2 (γενικός συμβολισμός RNH2 ή CνH2ν+1NH2).

6. Προσθήκη νερού σε νιτρίλια – Παρασκευή οξέων Η πλήρης υδρόλυση των νιτριλίων οδηγεί σε καρβοξυλικά οξέα. Η αντίδραση γίνεται σε όξινο ή βασικό περιβάλλον, π.χ. με H2SO4, HCl ή ΝaOH:

Π.χ.:

Η αντίδραση εφαρμόζεται στην παρασκευή των 2-υδροξυοξέων (ή α-υδροξυοξέων), μέσω σχηματισμού κυανυδρινών:

Στα 2-υδροξυοξέα το –ΟΗ συνδέεται με το διπλανό άτομο C από το –COOH.

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΡΩΤΗΣΕΩΝ - ΑΣΚΗΣΕΩΝ - ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΩΝ 1. Ποιο από τα παρακάτω αντιδραστήρια Grignard, όταν αντιδράσει με κατάλληλη κετόνη δίνει μετά από υδρόλυση 2-μεθυλο-2-προπανόλη; Α) CH3CH2MgBr Β) CH3MgI Γ) CH3CH2CH2MgCl Δ) (CH3)2CHCH2MgCl Ε) (CH3)2CHMgI Να αιτιολογήσετε την επιλογή σας.

48

Κατά τη σύνθεση μιας αλκοόλης με βάση τα αντιδραστήρια Grignard η αλκοόλη που προκύπτει έχει στο μόριό της το άθροισμα των ατόμων C του αντιδραστηρίου Grignard και της καρβονυλικής ένωσης.

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΠΡΟΣΘΗΚΗΣ (2)

Για να προκύψει τριτοταγής αλκοόλη (2-μεθυλο-2-προπανόλη) θα πρέπει σε ένα αντιδραστήριο Grignard να επιδράσει κατάλληλη κετόνη, η οποία διαθέτει τουλάχιστον 3 άτομα άνθρακα. Επειδή η 2-μεθυλο-2-προπανόλη διαθέτει τέσσερα άτομα άνθρακα, το αντιδραστήριο Grignard θα πρέπει να διαθέτει ένα. Σωστή, επομένως, επιλογή είναι η Β. Η εξίσωση της αντίδρασης έχει ως εξής:

2. Κατά την αντίδραση καθενός από τα αντιδραστήρια της στήλης (Ι) με μία από τις καρβονυλικές ενώσεις της στήλης (ΙΙ) προκύπτει οργανική ένωση με την υδρόλυση της οποίας παράγεται μία από τις αλκοόλες της στήλης (ΙΙΙ). α) Να κάνετε τις σχετικές αντιστοιχήσεις. β) Να γράψετε την αντίδραση με την οποία προκύπτει τριτοταγής αλκοόλη. Ι

ΙΙ

ΙΙΙ

A.

CH3CH2MgCl

α.

HCHO

1.

2-μεθυλο-2-βουτανόλη

B.

CH3MgCl

β.

CH3CHO

2.

2-βουτανόλη

3.

1-βουτανόλη

4.

3-μεθυλο-2-βουτανόλη

Γ.

Δ.

γ.

CH3CH2CH2MgCl

δ.

CH3CH2CHO

α) A-γ-1, Β-δ-2, Γ-β-4 και Δ-α-3. β)

3. Κορεσμένη μονοσθενής αλκοόλη με 8 άτομα C στο μόριό της παρασκευάζεται με κατεργασία της 5-μεθυλο-3-εξανόνης με κατάλληλο αντιδραστήριο Grignard και υδρόλυση του ενδιάμεσου προϊόντος. Ποιος ο συντακτικός τύπος της αλκοόλης; Να γραφεί η εξίσωση της αντίδρασης. Μία κετόνη με επίδραση αντιδραστηρίου Grignard οδηγεί σε τριτοταγή αλκοόλη, που διαθέτει στο μόριό της το άθροισμα των ατόμων C των αρχικών μορίων. Επειδή η κετόνη διαθέτει 7 άτομα C και η αλκοόλη 8, το αντιδραστήριο Grignard θα έχει τύπο CH3MgX:

49

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

4. Το διάγραμμα των οργανικών αντιδράσεων που ακολουθεί οδηγεί στη σύνθεση της 2,3-διμεθυλο-2-βουτανόλης (ένωση Θ). Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των υπολοίπων οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε και Ζ;

Η τριτοταγής αλκοόλη Θ έχει τον εξής συντακτικό τύπο,

και παρασκευάζεται από ένα αντιδραστήριο Grignard (Δ) και μία κετόνη (Ε). Από το διάγραμμα βλέπουμε ότι η ένωση Α είναι αλκίνιο, η ένωση Β αλκένιο, η ένωση Γ αλκυλαλογονίδιο που προκύπτει σύμφωνα με τον κανόνα του Markovnikov και η ένωση Ζ το ενδιάμεσο της σύνθεσης Grignard. Καθώς οι ενώσεις Δ και Ε έχουν τον ίδιο αριθμό ατόμων C και συνολικά 6, θα διαθέτουν από τρία άτομα C και επομένως οι ζητούμενοι συντακτικοί τύποι θα είναι οι εξής:

5. Διάλυμα αντιδραστηρίου Grignard Α σε απόλυτο αιθέρα χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. Το 1o μέρος υδρολύεται και προκύπτουν 1,12 L (σε STP) αέριας οργανικής ένωσης Β. Όλη η ποσότητα της Β καίγεται τέλεια και προκύπτουν 4,4 g CO2. To 2o μέρος κατεργάζεται με ισομοριακή ποσότητα καρβονυλικής ένωσης και μετά από υδρόλυση προκύπτουν 3,7 g δευτεροταγούς αλκοόλης Γ. α) Ποια η ποσότητα (σε mol) του αντιδραστηρίου Grignard που υπάρχει στο αρχικό διάλυμα και ποιος ο συντακτικός του τύπος; β) Ποιος ο συντακτικός τύπος της Γ; Όλες οι αντιδράσεις να θεωρηθούν μονόδρομες και ποσοτικές. α) Έστω CνΗ2ν+1ΜgX ο τύπος του αντιδραστηρίου Grignard και 2x mol η ποσότητά του στο αρχικό διάλυμα.

Από τον όγκο του αλκανίου Β προκύπτει: x·22,4 = 1,12, x = 0,05 mol. Η αρχική ποσότητα του αντιδραστηρίου Grignard είναι: 2x = 0,1 mol.

50

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΠΡΟΣΘΗΚΗΣ (2)

Ισχύει: ν·0,05·44 = 4,4 από όπου προκύπτει: ν = 2, οπότε το αλκάνιο είναι το CH3CH3 και το αντιδραστήριο Grignard είναι το CH3CH2MgX. β) Επειδή η παραγόμενη αλκοόλη είναι δευτεροταγής, η καρβονυλική ένωση θα είναι αλδεΰδη. Έστω CωΗ2ω+1CΗΟ ο τύπος της.

Η αλκοόλη έχει Μr = 14ω + 60 και επομένως, ισχύει: 0,05·(14ω + 60) = 3,7  ω = 1. Άρα, αλκοόλη Γ θα είναι η 2-βουτανόλη: CH3CH2CH(OH)CH3.

51

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Όλες οι αντιδράσεις να θεωρηθούν μονόδρομες και ποσοτικές (εκτός αν αναφέρεται διαφορετικά). Οι σχετικές ατομικές μάζες δίνονται στο τέλος του βιβλίου. Για νέους… λύτες 4.1. Αν οι ενώσεις, Ι. μεθανάλη, II. αιθανάλη, III. προπανόνη και IV. C6H5CHO, καταταγούν με σειρά αυξανόμενης δραστικότητας στις αντιδράσεις προσθήκης, η σειρά αυτή θα είναι: A) IV, III, II, I B) I, II, III, IV Γ) II, I, IV, III Δ) III, I, II, IV 4.2. i. Κατά την επίδραση ενός αντιδραστηρίου Grignard σε αιθανάλη (ακεταλδεΰδη) και υδρόλυση του ενδιαμέσου προϊόντος προκύπτει: Α) πρωτοταγής αλκοόλη Β) δευτεροταγής αλκοόλη Γ) τριτοταγής αλκοόλη Δ) πρωτοταγής, δευτεροταγής ή τριτοταγής αλκοόλη, ανάλογα με το είδος του αντιδραστηρίου Grignard ii. Κατά την αντίδραση καρβονυλικής ένωσης Χ με CH3CH2MgCl και υδρόλυση του ενδιαμέσου προκύπτει η 2-μεθυλο-2-βουτανόλη. H ένωση Χ είναι η: Α) προπανάλη Β) αιθανάλη Γ) προπανόνη Δ) 2-προπανόλη 4.3. Η μεθανόλη είναι δυνατόν να παρασκευαστεί με προσθήκη σε κατάλληλη καρβονυλική ένωση: Α) H2 Β) αντιδραστηρίου Grignard Γ) H2O Δ) H2 ή και αντιδραστηρίου Grignard 4.4. Ποια από τις αλκοόλες που ακολουθούν μπορεί να προκύψει με καταλυτική υδρογόνωση μιας κετόνης; Α) αιθανόλη Β) μεθανόλη Γ) 2-προπανόλη Δ) 2-μεθυλο-2-προπανόλη 4.5. Με βάση τη χημική εξίσωση,

είναι δυνατόν να παρασκευαστούν: Α) μόνο οι πρωτοταγείς βουτανόλες Β) όλες οι βουτανόλες Γ) μόνο μία αλκοόλη Δ) οι πρωτοταγείς και οι δευτεροταγείς βουτανόλες 4.6. Θέλουμε να παρασκευάσουμε την ένωση 2,3διμεθυλο-3-πεντανόλη με βάση τα αντιδραστήρια Grignard. Ποια από τις παρακάτω καρβονυλικές ενώσεις δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί; Α) 2-βουτανόνη Β) 2-μεθυλο-3-πεντανόνη Γ) μεθυλοβουτανόνη Δ) αιθανάλη 4.7. Με ποιους συνδυασμούς αντιδραστηρίων μπορεί να παρασκευαστεί η παρακάτω αλκοόλη;

52

Στο δακτύλιο έχουν παραληφθεί τα άτομα C και Η.

Δ) Mε το συνδυασμό Α ή με το συνδυασμό Β Ε) Με το συνδυασμό Β ή με το συνδυασμό Γ 4.8. Ποσότητα 2-βρωμοπροπανίου με κατεργασία με Mg σε απόλυτο αιθέρα παράγει το αντίστοιχο αντιδραστήριο Grignard. Ποια από τις παρακάτω ενώσεις δε μπορεί να προκύψει από το αντιδραστήριο αυτό; Α) προπάνιο Β) 2-μεθυλο-1-προπανόλη Γ) 2-μεθυλο-2-προπανόλη Δ) 2,5-διμεθυλο-3-εξανόλη 4.9. Στις δύο προτάσεις που ακολουθούν να αντικαταστήσετε τους αριθμούς με κατάλληλους συντακτικούς τύπους ή χημικές ονομασίες. α) Κατά την αντίδραση της καρβονυλικής ένωσης (1) με το αντιδραστήριο Grignard (2) και υδρόλυση του προϊόντος προσθήκης παράγεται η 2-μεθυλο-2-προπανόλη. β) Κατά την επίδραση HCN σε αιθανάλη παράγεται η ένωση (3), η οποία με την επίδραση υδατικού διαλύματος Η2SO4 μετατρέπεται στην οργανική ένωση (4).

4.10. Να εξηγήσετε αν ισχύουν ή όχι οι παρακάτω προτάσεις. Α) Όλες οι κορεσμένες μονοσθενείς αλκοόλες μπορούν να παρασκευαστούν με προσθήκη καρβονυλικής ένωσης σε κατάλληλο αντιδραστήριο Grignard και υδρόλυση του ενδιάμεσου προϊόντος. Β) Κάθε μία από τις συντακτικά ισομερείς αλκοόλες με τύπο C4H10O μπορεί να παρασκευαστεί με προσθήκη καρβονυλικής ένωσης σε κατάλληλο αντιδραστήριο Grignard και υδρόλυση του προϊόντος προσθήκης. Γ) Με πλήρη υδρόλυση του CH3CN παρουσία οξέος προκύπτει αιθανικό (οξικό) οξύ. Δ) Η αντίδραση οργανομαγνησιακής ένωσης με κετόνη δίνει ως προϊόν το αντίστοιχο οργανικό οξύ. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ]

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΠΡΟΣΘΗΚΗΣ (2)

Ε) Τα αντιδραστήρια Grignard αντιδρούν µε κετόνες και μετά από υδρόλυση του ενδιάμεσου προϊόντος δίνουν δευτεροταγείς αλκοόλες. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ]

β) αιθανάλη και υδρόλυση του ενδιάμεσου, γ) μεθανάλη και υδρόλυση του ενδιάμεσου, δ) προπανόνη και υδρόλυση του ενδιάμεσου.

4.11. Κατά την αντίδραση καρβονυλικής ένωσης Α με το αντιδραστήριο Grignard B και υδρόλυση του σχηματιζόμενου προϊόντος παράγεται η 2,2-διμεθυλο-1-προπανόλη. Ποιοι οι συντακτικοί τύποι και τα ονόματα των Α και Β;

4.19. Διαθέτουμε την ένωση CH3CHO, καθώς και τα απαραίτητα αντιδραστήρια. Πως από την ένωση αυτή (με ποιες αντιδράσεις) μπορούν να προκύψουν οι παρακάτω οργανικές ενώσεις;

4.12. Έστω η οργανική ένωση με τον εξής τύπο:

Να γράψετε την εξίσωση της αντίδρασης με την οποία να προκύπτει η ένωση αυτή από κατάλληλη καρβονυλική ένωση.

4.13. Να γράψετε τις εξισώσεις των αντιδράσεων με τις οποίες από κατάλληλο αντιδραστήριο Grignard και την κατάλληλη ένωση προκύπτει: α) Πρωτοταγής αλκοόλη με το μικρότερο δυνατό αριθμό ατόμων C ανά μόριο. β) Δευτεροταγής αλκοόλη με το μικρότερο δυνατό αριθμό ατόμων C ανά μόριο. γ) Η τριτοταγής αλκοόλη με το μικρότερο δυνατό αριθμό ατόμων C ανά μόριο.

4.14. Να γράψετε τις εξισώσεις των αντιδράσεων με τις οποίες παράγεται από την κατάλληλη καρβονυλική ένωση: α) 2-υδροξυπροπανικό οξύ. β) 2-υδροξυ-2-μεθυλοβουτανικό οξύ, με ενδιάμεσο σχηματισμό κυανυδρινών.

4.15. Να γραφούν οι χημικές εξισώσεις των παρακάτω αντιδράσεων: α) Επίδραση Η2/Νi σε 2-μεθυλοβουτανάλη. β) Επίδραση HCN σε 2-βουτανόνη και υδρόλυση του προϊόντος σε όξινο περιβάλλον. γ) Επίδραση 3-μεθυλο-2-βουτανόνης σε αιθυλομαγνησιοβρωμίδιο και υδρόλυση του σχηματιζόμενου ενδιαμέσου. δ) Παρασκευή προπανικού οξέος από κατάλληλο νιτρίλιο. ε) Παρασκευή CH3CH2CH2NH2 με καταλυτική υδρογόνωση κατάλληλου νιτρίλιου.

4.16. Να γραφούν οι δυνατοί συνδυασμοί για την παρασκευή της 3,3-διμεθυλο-2-βουτανόλης με βάση τα αντιδραστήρια Grignard.

4.17. Να δείξετε πως με βάση τα αντιδραστήρια Grignard και τις κατάλληλες καρβονυλικές ενώσεις μπορούν να προκύψουν: α) 2-μεθυλο-2-βουτανόλη β) 3-μεθυλο-3-πεντανόλη γ) 3-αιθυλο-2-πεντανόλη δ) 4-μεθυλο-1-πεντανόλη 4.18. Ποια προϊόντα λαμβάνονται με την αντίδραση CH3CH2CH2MgBr με: α) Η2Ο σε όξινο περιβάλλον,

4.20. Ένωση του τύπου CH3CH2MgCl με επίδραση Η2Ο παράγει την ένωση Α. Το ίδιο αντιδραστήριο Grignard με προσθήκη οργανικής ένωσης Β σχηματίζει ενδιάμεσο το οποίο με υδρόλυση οδηγεί στην ένωση Γ. Αν είναι επίσης γνωστό ότι η ένωση Γ μπορεί να προκύψει και με την προσθήκη Η2Ο στο 2-βουτένιο, να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α, Β και Γ.

4.21. Ποσότητα 2-χλωροπροπανίου κατεργάζεται με Mg σε άνυδρο αιθέρα και το προϊόν που προκύπτει κατεργάζεται με ποσότητα κετόνης Α. Μετά από υδρόλυση του ενδιαμέσου προϊόντος λαμβάνουμε ένωση B με τύπο C7H16O. Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των Α και Β; Για καλούς… λύτες 4.22. Ποσότητα 2-χλωροπροπανίου κατεργάζεται με Mg σε άνυδρο αιθέρα και το προϊόν που προκύπτει κατεργάζεται με ποσότητα κάποιας κετόνης Α. Μετά από υδρόλυση του σχηματιζόμενου ενδιάμεσα προϊόντος λαμβάνουμε ένωση B με μοριακό τύπο C8H18O. Ποιοι οι δυνατοί συντακτικοί τύποι των Α και Β; 4.23. Με ποιες χημικές εξισώσεις μπορεί να παρασκευαστεί η 2-φαινυλο-2-προπανόλη,

με βάση τα αντιδραστήρια Grignard; 4.24. 8,8 g κορεσμένης μονοσθενούς αλκοόλης Χ καίγονται πλήρως και προκύπτουν 11,2 L αερίου CO2 (σε STP). α) Αν είναι γνωστό ότι η αλκοόλη Χ προκύπτει με την επίδραση κάποιας κετόνης σε κατάλληλο αντιδραστήριο Grignard, ποιος ο συντακτικός τύπος της; β) Ποιοι οι δυνατοί συνδυασμοί αντιδραστηρίων Grignard και καρβονυλικών ενώσεων με τους οποίους προκύπτει η αλκοόλη Χ; γ) Μπορεί να προκύψει η αλκοόλη Χ με υδρογόνωση κατάλληλης καρβονυλικής ένωσης, παρουσία καταλύτη; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας.

53

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

4.25. Αλκίνιο Α κατεργάζεται με Η2/Ni και προκύπτει αλκένιο Β το οποίο με προσθήκη Η2Ο παράγει μίγμα ένωσης Γ (σε μεγαλύτερη αναλογία) και 1-βουτανόλης (ένωση Δ, σε μικρότερη αναλογία). Επίσης, το αλκίνιο Α με προσθήκη Η2Ο, παρουσία ΗgSO4/H2SO4 οδηγεί στην ένωση Ε η οποία με επίδραση Η2/Ni οδηγεί στην ένωση Γ.

α) Να προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι των οργανικών Α, Β, Γ και Ε. β) Ποιο αλκένιο με προσθήκη νερού παράγει αποκλειστικά την ένωση Γ; γ) Κατά τη μετατροπή 5,6 g του αλκενίου Β στο μίγμα των ενώσεων Γ και Δ σχηματίστηκαν 0,74 g της Δ. Ποιο είναι το ποσοστό μετατροπής της ένωσης Β στην ένωση Δ;

4.26. Δίνεται το διάγραμμα οργανικών αντιδράσεων που ακολουθεί:

Αν το αλκίνιο A έχει μοριακό τύπο C4H6, να προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ, Κ και Μ.

Χημεία και… τέρατα: «Λίμνη αιθανίου στο Διάστημα!» Οι επιστήμονες της ΝΑΣΑ επιβεβαίωσαν, μετά από χρόνια παρατηρήσεων, ότι ο Τιτάνας, το μεγαλύτερο φεγγάρι του Κρόνου, διαθέτει τουλάχιστον μία λίμνη με αιθάνιο όπως φαίνεται στη σκοτεινή περιοχή της φωτογραφίας υπερύθρου. Οι ερευνητές ταυτοποίησαν το υγρό αιθάνιο αναλύοντας δεδομένα υπέρυθρης ακτινοβολίας που συγκεντρώθηκαν από το μη επανδρωμένο διαστημόπλοιο Cassini. Η λίμνη ονομάστηκε Ontario Lacus και είναι λίγο μεγαλύτερη από τη λίμνη Οντάριο, πιστεύεται δε ότι σχηματίστηκε από «βροχή» αιθανίου από την πυκνή ατμόσφαιρα του Τιτάνα στην επιφάνειά του. Ο κυρίαρχος υδρογονάνθρακας στην ατμόσφαιρα του Τιτάνα είναι το μεθάνιο, ενώ το αιθάνιο παράγεται με αλληλεπίδραση του μεθανίου με την ηλιακή ακτινοβολία. Εκτός από το αιθάνιο, η λίμνη Ontario Lacus είναι πιθανό να περιέχει μεθάνιο και άλλους υδρογονάνθρακες, καθώς επίσης και διαλυμένο άζωτο. Παρά τη χαμηλή θερμοκρασία της λίμνης (–180°C, περίπου) η υψηλής ενέργειας κοσμική ακτινοβολία που βομβαρδίζει την επιφάνεια του Τιτάνα είναι δυνατόν να παράγει και άλλες οργανικές ενώσεις κάποιες από τις οποίες είναι απαραίτητες για την εμφάνιση ζωής. www.in.gr

54

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΠΡΟΣΘΗΚΗΣ (2)

ΦΥΛΛΑΔΙΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 4 Α. Να συμπληρωθούν οι χημικές εξισώσεις που ακολουθούν:

………………………………………………………………………………………………………………………………………..

………………………………………………………………………………………………………………………………………..

………………………………………………………………………………………………………………………………………..

………………………………………………………………………………………………………………………………………..

………………………………………………………………………………………………………………………………………..

………………………………………………………………………………………………………………………………………..

………………………………………………………………………………………………………………………………………..

………………………………………………………………………………………………………………………………………..

B. Να γραφούν οι χημικές εξισώσεις με τις οποίες να παρασκευάζεται η αλκοόλη που ακολουθούν με βάση τα κατάλληλα αντιδραστήρια Grignard και τις κατάλληλες καρβονυλικές ενώσεις. Να γραφούν όλοι οι δυνατοί συνδυασμοί.

55

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

Γ. Δίνεται το διάγραμμα οργανικών αντιδράσεων που ακολουθεί:

Να προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ, Κ και Μ. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

56

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΑΠΟΣΠΑΣΗΣ

5 ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΑΠΟΣΠΑΣΗΣ

ΘΕΜΑΤΑ ΘΕΩΡΙΑΣ 1. Αφυδραλογόνωση αλκυλαλογονιδίων H αφυδραλογόνωση των αλκυλαλογονιδίων ανήκει στις λεγόμενες αντιδράσεις απόσπασης που μπορούν να θεωρηθούν ως οι αντίστροφες των αντιδράσεων προσθήκης. Στις αντιδράσεις απόσπασης ανήκει και η αντίδρασης αφυδάτωσης των αλκοολών προς αλκένια που θα δούμε στη συνέχεια.

Όταν το 2-βρωμοπροπάνιο κατεργαστεί με πυκνό και θερμό αιθανολικό διάλυμα ισχυρής βάσης (π.χ. NaOH ή ΚΟΗ) παράγεται προπένιο, σύμφωνα με την εξίσωση:

Η αφυδραλογόνωση του 2βρωμοπροπανίου είναι πιο ευνοϊκή από εκείνη του 1βρωμοπροπανίου, καθώς υπάρχουν περισσότερα διαθέσιμα άτομα Η (6 έναντι 2). Γενικότερα, η ευκολία αφυδραλογόνωσης των αλκυλαλογονιδίων ακολουθεί τη σειρά: Τριτοταγές > δευτεροταγές > πρωτοταγές

Στο παραπάνω παράδειγμα αφυδραλογόνωσης του 2-βρωμοπροπανίου υπάρχουν έξι άτομα Η διαθέσιμα προς αφυδραλογόνωση από τα οποία όποιο και να αποσπαστεί το προϊόν θα είναι το ίδιο. Το 1-βρωμοπροπάνιο αφυδραλογονώνεται με ανάλογο τρόπο, μόνο που τώρα τα διαθέσιμα για αφυδραλογόνωση άτομα Η είναι μόνο 2, καθώς μόνο ένα άτομο C είναι διπλανό με το άτομο C που φέρει το Βr:

Παρατηρούμε ότι ένα άτομο Η και ένα άτομο Βr αποσπώνται από διπλανά άτομα C, ενώ ταυτόχρονα σχηματίζεται διπλός δεσμός ανάμεσα στα δύο άτομα C που συνέβη η απόσπαση. Η παραπάνω αντίδραση χαρακτηρίζεται ως αφυδραλογόνωση και αποδίδεται με το εξής γενικό σχήμα (Χ: αλογόνο):

2. Προσανατολισμός αφυδραλογόνωσης – Κανόνας του Zaitsev Σε πολλές περιπτώσεις υπάρχουν δύο διαφορετικές δυνατότητες αφυδραλογόνωσης, όπως για παράδειγμα στο 2-βρωμοβουτάνιο:

57

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Για περιπτώσεις σαν αυτές ο Zaitsev διατύπωσε τον περίφημο κανόνα του: «Κατά την απόσπαση μορίου ΗΑ από οργανική ένωση, το Η αποσπάται ευκολότερα από το τριτοταγές άτομο C, λιγότερο εύκολα από το δευτεροταγές άτομο C και δυσκολότερα από το πρωτοταγές άτομο C.» Εφαρμόζουμε τον κανόνα του Zaitsev στο προηγούμενο παράδειγμα. Το άτομο C(1) στο 2-βρωμοβουτάνιο είναι πρωτοταγές, ενώ το άτομο C(3) δευτεροταγές. Ευνοείται, επομένως, η απόσπαση ατόμου Η από το άτομο C(3), με αποτέλεσμα το σχηματισμό 2βουτενίου σε μεγαλύτερο ποσοστό. Ας δούμε ένα άλλο παράδειγμα.

Alexander Mikhaylovich Zaitsev ή Saytseff (18411910). Ρώσος χημικός, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Καζάν. Δημοσίευσε τον ομώνυμο κανόνα του το 1875.

Στην εξίσωση της αφυδραλογόνωσης γράφουμε συνήθως μόνο το κύριο προϊόν.

3. Διπλή αφυδραλογόνωση διαλογονιδίων Τα αλκίνια μπορούν να παρασκευαστούν με διπλή απόσπαση υδραλογόνου (ΗΧ) από κατάλληλο διαλογονίδιο:

Το ίδιο αλκίνιο μπορεί να προκύψει με διπλή αφυδραλογόνωση του 1,2-διχλωροπροπανίου:

Το σχηματιζόμενο αλκίνιο προκύπτει σύμφωνα με τον κανόνα του Zaitsev, π.χ.:

Σε κάποιες περιπτώσεις η διπλή αφυδραλογόνωση έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό αλκαδιενίου:

58

Σε πολλές περιπτώσεις στη διπλή αφυδραλογόνωση χρησιμοποιείται ισχυρότερη βάση από το ΚΟΗ, π.χ. το νατραμίδιο, ΝaNH2 !

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΑΠΟΣΠΑΣΗΣ

4. Αφυδάτωση αλκοολών προς αλκένια

Γενικά, οι πρωτοταγείς αλκοόλες αφυδατώνονται σχετικά δύσκολα. Αντίθετα, οι δευτεροταγείς αλκοόλες αφυδατώνονται σε πιο ήπιες συνθήκες. Τέλος, οι τριτοταγείς αλκοόλες αφυδατώνονται πιο εύκολα απ’ όλες.

Με θέρμανση σε σχετικά χαμηλότερες θερμοκρασίες και παρουσία H2SO4 οι αλκοόλες μετατρέπονται σε αιθέρες.

Μία άλλη αντίδραση απόσπασης είναι και η αφυδάτωση των αλκοολών. Στις αντιδράσεις αυτές, μια αλκοόλη μετατρέπεται σε αλκένιο με απόσπαση ενός μορίου H2O με θέρμανση σε σχετικά υψηλές θερμοκρασίες και παρουσία Η2SO4. Η αντίδραση περιγράφεται από την εξής γενική εξίσωση:

Π.χ.:

Ή πιο απλά:

Επίσης:

Ο κανόνας του Zaitsev ισχύει και στην περίπτωση αυτή. Δηλαδή, όταν μπορούν να σχηματιστούν περισσότερα από δύο αλκένια, προτιμάται η απόσπαση από άτομο άνθρακα με τη μεγαλύτερη τάξη:

Οι αλκοόλες οι οποίες δεν διαθέτουν άτομο Η σε διπλανό άτομο C σε σχέση με αυτό που φέρει το –ΟΗ δεν μπορούν να αφυδατωθούν (θεωρητικά):

Ανάλογα πράγματα ισχύουν και για την αφυδραλογόνωση των αλκυλαλογονιδίων προς αλκένια.

59

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΡΩΤΗΣΕΩΝ - ΑΣΚΗΣΕΩΝ - ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΩΝ 1. 0,5 mol αιθανόλης υποβλήθηκε στην ακόλουθη κατεργασία:

Το αέριο Χ αντέδρασε πλήρως με 40 g Br2 (Mr = 160). Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Να αιτιολογήσετε τις επιλογές σας. Α) Παράχθηκαν 11,2 L του αερίου Ψ (μετρημένα σε STP). Β) Η ένωση Χ είναι το βρωμοαιθάνιο. Γ) Η αντίδραση της αφυδάτωσης έχει απόδοση 50%. Δ) Το αέριο Χ μετατρέπεται πάλι στην αιθανόλη με προσθήκη νερού. Η αντίδραση με την οποία η αιθανόλη μετατρέπεται στην αέρια ένωση Χ είναι η αφυδάτωση της αιθανόλης προς αιθένιο:

To αιθένιο αντιδρά πλήρως με n 

40 = 0,25 mol Br2.

160

Όμως, τα 0,25 mol Br2 αντιδρούν με 0,25 mol CH2=CH2, που παράχθηκαν με την αφυδάτωση ισάριθμων mol της αιθανόλης. Επομένως:  Η πρόταση Α είναι λανθασμένη, γιατί το προϊόν Ψ δεν είναι αέριο.  Η πρόταση Β είναι επίσης λανθασμένη, γιατί το Χ είναι το αιθένιο.  Η πρόταση Γ είναι σωστή, καθόσον αφυδατώθηκαν τα 0,25 mol αιθανόλης, δηλαδή το 50% της ποσότητάς της.  Η πρόταση Δ είναι επίσης σωστή, γιατί:

2. Διάλυμα αιθανόλης - νερού έχει περιεκτικότητα σε νερό 8% w/w. Σε 20 g από το διάλυμα προστίθεται ποσότητα πυκνού διαλύματος H2SO4 στους 170oC. Προκύπτουν έτσι 6,72 L αερίου αλκενίου (Α) σε STP. α) Να υπολογιστεί το % ποσοστό της αιθανόλης που μετατράπηκε στο αλκένιο Α. β) Όλη η ποσότητα του αλκενίου Α διαβιβάζεται σε 300 g διαλύματος Br2 σε CCl4 4% w/w. Διαπιστώνεται ότι το διάλυμα αποχρωματίστηκε πλήρως, ενώ κάποια ποσότητα από το αέριο αλκένιο Α δεν συγκρατήθηκε από το διάλυμα. Ποια η μάζα του διαλύματος μετά από τη διαβίβαση και ποιος ο όγκος του αλκενίου Α, μετρημένος σε STP, που δεν συγκρατήθηκε από το διάλυμα; α) Το διάλυμα αιθανόλης - νερού περιέχει (92/100)·20 = 18,4 g C2H5OH που αντιστοιχούν σε n = 18,4/46 = 0,4 mol αιθανόλης. Έστω ότι από τα 0,4 mol της αιθανόλης τα ω mol μετατρέπονται σε αιθένιο (ένωση Α):

60

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΑΠΟΣΠΑΣΗΣ

mol Αρχικά Μεταβολές Τελικά

0,4 –ω 0,4 – ω

ω ω

ω ω

Θα ισχύει: ω·22,4 = 6,72, ω = 0,3 mol. Το ποσοστό της αλκοόλης που μετατράπηκε σε αιθένιο είναι:

0,3  100  75% 0,4 β) Αφού τα 100 g διαλύματος Br2 περιέχουν 4 g Br2, τα 300 g διαλύματος θα περιέχουν (300/100)·4 = 12 g Br2. Τα 12 g Br2 αντιστοιχούν σε: n

m 12   0,075 mol Mr 160

και αντιδρούν με ισάριθμα mol CH2=CH2 (το αιθένιο είναι σε περίσσεια):

Η μάζα του αιθενίου που αντέδρασε είναι: 0,075·28 = 2,1 g. Mετά τη διαβίβαση του αιθενίου, το διάλυμα του Br2 έχει μεγαλύτερη μάζα, λόγω της ποσότητας του αιθενίου που «εγκλωβίστηκε» σε αυτό. H νέα μάζα του διαλύματος θα είναι τώρα: 300 + 2,1 = 302,1 g. H μάζα του αιθενίου που δεν συγκρατήθηκε από το διάλυμα, είναι: (0,3·28) − 2,1 = 6,3 g.

61

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Όλες οι αντιδράσεις να θεωρηθούν μονόδρομες και ποσοτικές (εκτός αν αναφέρεται διαφορετικά). Οι σχετικές ατομικές μάζες δίνονται στο τέλος του βιβλίου. Για νέους… λύτες 5.1. Με επίδραση θερμού αιθανολικού διαλύματος ΚΟΗ σε 2-χλωροβουτάνιο προκύπτει: Α) 1-βουτένιο ως κύριο προϊόν Β) 2-βουτένιο ως κύριο προϊόν Γ) μίγμα όλων των αλκενίων του τύπου C4H8 Δ) ισομοριακό μίγμα που αποτελείται από 1-βουτένιο και 2-βουτένιο 5.2. Το 2-βρωμο-2-μεθυλοβουτάνιο αφυδραλογονώνεται σε κατάλληλες συνθήκες. i. Ποιες από τις παρακάτω συνθήκες θα διαλέγατε για την αντίδραση; A) Θέρμανση με πυκνό αλκοολικό διάλυμα ΚΟΗ B) Θέρμανση παρουσία H2SO4 Γ) Θέρμανση παρουσία Al2O3 Δ) Η2 παρουσία Ni ii. Ποια είναι τα προϊόντα της αντίδρασης (με υπογράμμιση το κύριο προϊόν): Α) 1-βουτένιο και 2-βουτένιο Β) βουτάνιο και 2-μεθυλοβουτάνιο Γ) 2-μεθυλο-2-βουτένιο και 2-μεθυλο-1-βουτένιο Δ) 3-μεθυλο-1-βουτένιο και 3-μεθυλο-2-βουτέ-νιο 5.3. Nα αντικαταστήσετε τους αριθμούς στην πρόταση που ακολουθεί με κατάλληλες λέξεις: «Το αλκυλοχλωρίδιο με τύπο C4H9Cl κατεργάζεται με αιθανολικό διάλυμα ΚΟΗ, οπότε προκύπτει μίγμα των οργανικών ενώσεων (1) και (2) εκ των οποίων το (1) σε μεγαλύτερο ποσοστό.»

5.6. α) Ποιος ο συντακτικός τύπος και το όνομα του κύριου οργανικού προϊόντος της αντίδρασης του 2-βρωμοβουτανίου με αιθανολικό διάλυμα ΚΟΗ; Να διατυπώσετε τον σχετικό κανόνα. β) Να γράψετε την εξίσωση που αποδίδει το σχηματισμό του (κύριου) προϊόντος αφυδάτωσης της 2-βουτανόλης και να αναφέρετε τις συνθήκες υπό τις οποίες πραγματοποιείται.

5.7. Δίνεται το διάγραμμα μετατροπών:

α) Σε ποιες κατηγορίες οργανικών αντιδράσεων ανήκει καθεμία από τις μετατροπές αυτές; β) Να αναφέρετε τις κατάλληλες συνθήκες (αντιδραστήρια) για τις μετατροπές αυτές. γ) Να εξηγήσετε γιατί δεν είναι δυνατόν να προκύψει η αντίστροφη διαδικασία, δηλαδή από 2-βρωμοπροπάνιο να πάρουμε 1-βρωμοπροπάνιο.

5.8. Ποσότητα 2-μεθυλο-2-βουτανόλης κατεργάζεται με H2SO4 σε συνθήκες σχηματισμού αλκενίου. Ποια τα δυνατά προϊόντα της αντίδρασης; Εξηγείστε ποιο αλκένιο περιμένετε να σχηματιστεί σε μεγαλύτερο ποσοστό.

5.9. Να συμπληρωθούν οι εξισώσεις των αντιδράσεων:

5.4. Nα αντικαταστήσετε τους αριθμούς στην πρόταση που ακολουθεί με κατάλληλες λέξεις: «Κατά τη θέρμανση της 1-προπανόλης με H2SO4 στους 170oC παράγεται (1) από το οποίο με (2) νερού σε όξινο περιβάλλον προκύπτει σαν κύριο προϊόν το (3) σύμφωνα με τον κανόνα του (4).»

5.5. Να χαρακτηρίσετε τις παρακάτω προτάσεις ως σωστές (Σ) ή λανθασμένες (Λ). Να αιτιολογήσετε τις επιλογές σας. Α) Δεν είναι δυνατόν να προκύψει αλκένιο με αφυδάτωση της μεθανόλης. Β) To προπένιο μπορεί να σχηματιστεί με αφυδάτωση δύο αλκοολών. Γ) Από την αντίδραση 2-χλωροβουτανίου με διάλυμα ΚΟΗ σε αιθανόλη παράγεται ισομοριακό μίγμα δύο αλκενίων. Δ) Με θέρμανση ισομοριακού μίγματος 1-προπανόλης και 2-προπανόλης στους 170οC, παρουσία H2SO4, παράγεται ισομοριακό μίγμα δύο αλκενίων. Ε) Με θέρμανση καθεμίας από τις αλκοόλες με τύπο C5H12O στους 170οC, παρουσία Η2SΟ4, παράγεται σε κάθε περίπτωση τουλάχιστον ένα αλκένιο.

62

Να γραφούν μόνο τα κύρια προϊόντα.

5.10. Να γραφούν οι χημικές εξισώσεις των παρακάτω αντιδράσεων: α) Θέρμανση αιθανόλης με Η2SO4 στους 170οC. β) Επίδραση αλκοολικού διαλύματος ΚΟΗ σε 2-μεθυλο-1χλωροπροπάνιο. γ) Επίδραση αλκοολικού διαλύματος ΚΟΗ σε 2,2-διμεθυλο-3-χλωροεξάνιο. δ) Επίδραση αλκοολικού διαλύματος ΝaΟΗ σε 2-χλωροβουτάνιο.

5.11. Να γράψετε τις πλήρεις χημικές εξισώσεις με τις οποίες παρασκευάζεται προπένιο από: α) 1-προπανόλη. β) 2-προπανόλη. γ) 2-χλωροπροπάνιο.

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΑΠΟΣΠΑΣΗΣ

5.12. Να γράψετε τις πλήρεις χημικές εξισώσεις της επίδρασης αλκοολικού διαλύματος NaOH στα παρακάτω αλκυλαλογονίδια: α) 1-χλωροπεντάνιο β) 2-χλωροπεντάνιο γ) 3-χλωροπεντάνιο δ) 2-χλωρο-2-μεθυλοβουτάνιο ε) 1-χλωρο-2,2-διμεθυλοπροπάνιο Όπου σχηματίζονται 2 δυνατά αλκένια, να γράψετε το αλκένιο, που σχηματίζεται σε μεγαλύτερη αναλογία, σύμφωνα με τον κανόνα του Saytzeff.

5.13. Να αναφέρετε δύο αλκοόλες των οποίων η αφυδάτωση οδηγεί στο 2-μεθυλο-1-προπένιο. Να γραφούν οι κατάλληλες χημικές εξισώσεις.

5.14. Ποσότητα προπενίου κατεργάζεται με HCl και το προϊόν Α που παράγεται αντιδρά με θερμό αλκοολικό διάλυμα ΚΟΗ και προκύπτει η οργανική ένωση Β. α) Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Α και Β; β) Να γραφούν οι χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων.

5.15. Πως μπορεί να προκύψει το 2-χλωροπρο-πάνιο από το 1-χλωροπροπάνιο σε δύο βήματα-αντιδράσεις; Να γραφούν οι σχετικές χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων. Για καλούς… λύτες 5.16. Ποια αλκυλαλογονίδια με μέχρι πέντε άτομα C στο μόριό τους δεν αφυδραλογονώνονται (θεωρητικά); Ποιες αλκοόλες με μέχρι 5 άτομα C στο μόριό τους δεν αφυδατώνονται (θεωρητικά) προς αλκένιο;

β) Στην ίδια διατριβή αναφέρονται και τα προϊόντα αφυδάτωσης της 3-μεθυλο-2-εξανόλης κατά την οποία τα προϊόντα είναι όπως τα περιμέναμε: 92,2 % από το προϊόν Α και 7,8 % από το προϊόν Β. Μπορείτε να προβλέψετε τους συντακτικούς τύπους των Α και Β; 5.18. Δίνονται οι μετατροπές οργανικών ενώσεων:

α) Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ και ∆. β) Ποσότητα της ένωσης CH3CHO αντιδρά πλήρως με 5,6 L αερίου HCN (σε STP) και προκύπτει ένωση Ζ. Η ένωση Ζ υδρολύεται σε όξινο περιβάλλον παράγοντας τελικά την ένωση οργανική ένωση Θ. i. Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των ενώσεων Ζ και Θ. ii. Να υπολογίσετε τη μάζα της CH3CHO που αντέδρασε με το HCN. 5.19. Στο διάγραμμα αντιδράσεων που ακολουθεί η ένωση Θ είναι η 2-μεθυλο-3-πεντανόλη. Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε και Ζ;

5.17. Τελικά στην αφυδάτωση των αλκοολών τα πράγματα δεν είναι τόσο απλά, όσο τα είδαμε στη «δικιά μας» θεωρία. Σε μία διδακτορική διατριβή στο Εργαστήριο Οργανικής Χημείας του Πανεπιστημίου Αθηνών αναφέρονται τα προϊόντα αφυδάτωσης της 1-εξανόλης, με τη χρήση Al2O3 ως καταλύτη: 40% 2-εξένιο και 60% 1-εξένιο. α) Να εξηγήσετε γιατί το προϊόν 2-εξένιο δεν μπορεί να εξηγηθεί με βάση τη θεωρία που έχουμε αναφέρει..

5.20. Στο διάγραμμα οργανικών αντιδράσεων που ακολουθεί η ένωση Α είναι το 1,1-διχλωροπροπάνιο.

Να προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι των υπολοίπων οργανικών ενώσεων Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ, Κ, Μ και Ν.

63

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Χημεία και… τέρατα): «Μποπάλ ή welcome to death…» Έμοιαζε με ταινία θρίλερ ή επιστημονικής φαντασίας εκείνη η παγερή, ξάστερη νύχτα στις ακραίες εξαθλιωμένες συνοικίες της ινδικής βιομηχανικής πόλης Μποπάλ. Εκατοντάδες άνθρωποι έτρεχαν στους δρόμους με μάτια δακρυσμένα, κατακόκκινα. Σκόνταφταν ο ένας πάνω στον άλλο στο σκοτάδι, έπεφταν κάτω και ξεψυχούσαν, παίρνοντας παράξενες στάσεις, σαν πουλιά, που έπεσαν από τον ουρανό χτυπημένα από σκάγια. Έμοιαζε με εφιαλτική ταινία, αλλά ήταν πραγματικότητα… Λίγες ώρες πριν, από μία ελαττωματική βαλβίδα κάποιας δεξαμενής του τοπικού εργοστασίου παραγωγής εντομοκτόνων της αμερικανικής εταιρίας Union Carbide 45 τόνοι ισοκυανικού μεθυλεστέρα (CH3NC=O) ξεχύθηκαν στην ατμόσφαιρα σχηματίζοντας ένα τεράστιο πυκνό σύννεφο με κατεύθυνση προς την πόλη Μποπάλ και τα γύρω χωριά. Τύλιξε σαν θανάσιμος κλοιός τις αχυροκαλύβες χιλιάδων κοιμισμένων Ινδών και προχώρησε στην περιοχή του σιδηροδρομικού σταθμού δίνοντας τέλος στα βάσανα των ζητιάνων που συγκεντρώνονταν εκεί τη νύχτα. Πριν συμπληρωθούν δύο εβδομάδες οι νεκροί έφθασαν στους 8000 και περίπου 20.000 συνολικά. Μερικές χιλιάδες έμειναν τυφλοί. Συνολικά 150 χιλιάδες άτομα οδηγήθηκαν στο νοσοκομείο. Τα πτώματα χιλιάδων ανθρώπων και ζώων έμειναν εκτεθειμένα στους δρόμους, μέρες ολόκληρες, βορά των όρνιων, των σκύλων και των ποντικιών… Η εταιρία πλήρωσε αποζημιώσεις το 1989 ύψους 470 εκατομμυρίων δολαρίων. Η εκδίκαση της υπόθεσης ολοκληρώθηκε το 2010 με κατηγορούμενους επτά ανώτατα στελέχη της Union Carbide India Limited. Οι κατηγορούμενοι καταδικάστηκαν για φόνο εξ αμελείας σε δύο χρόνια φυλάκισης και πρόστιμο 100.000 ινδικές ρουπίες έκαστος, η μέγιστη ποινή που προβλέπει ο νόμος. [Από τις εφημερίδες της εποχής]

64

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΑΠΟΣΠΑΣΗΣ

ΦΥΛΛΑΔΙΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 5 Α. Να συμπληρωθούν οι εξισώσεις των αντιδράσεων απόσπασης που ακολουθούν:

Β. Ποια από τα αλκένια,

μπορούν να προκύψουν κατά την αφυδάτωση της 2,3,5-τριμεθυλο-3-εξανόλης με θέρμανση σε υδατικό διάλυμα H2SO4, σύμφωνα με τον κανόνα του Saytzeff; Α) Και τα τρία αλκένια σε ισομοριακό μίγμα Β) Μίγμα και των τριών αλκενίων εκ των οποίων το (Ι) είναι το κύριο προϊόν Γ) Το αλκένιο (ΙΙΙ) ως κύριο προϊόν Δ) Μίγμα και των τριών αλκενίων εκ των οποίων το (ΙΙΙ) είναι το κύριο προϊόν Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

65

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Γ. Με βάση το διάγραμμα αντιδράσεων που ακολουθεί, να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ και Θ.

……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

66

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΥΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ Τι έκανα πάλι;

6 ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΥΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ

ΘΕΜΑΤΑ ΘΕΩΡΙΑΣ 1. Τι είναι οι αντιδράσεις υποκατάστασης;

Τα αλκυλαλογονίδια είναι πολύ δραστικές ενώσεις, καθώς ο δεσμός C‒Χ είναι πολωμένος. Το ηλεκτραρνητικότερο άτομο του αλογόνου έλκει περισσότερο προς το μέρος του το κοινό ζεύγος ηλεκτρονίων του ομοιοπολικού δεσμού, με αποτέλεσμα το άτομο C να εμφανίζει κλάσμα θετικού φορτίου: δ

+

δ

−

_

Οι υποκαταστάσεις είναι χαρακτηριστικές αντιδράσεις κυρίως στις κορεσμένες ενώσεις, όπως τα αλκυλαλογονίδια, οι αλκοόλες, τα αλκάνια κτλ. Γενικά, οι αντιδράσεις υποκατάστασης παριστάνονται με την εξίσωση: δ+ δ−

δ+ δ−

Π.χ. το CH3Cl αντιδρά με υδατικό διάλυμα NaOH παράγοντας CH3OH:

Στην αντίδραση αυτή το ΟΗ‒ έλκεται από το θετικά φορτισμένο άτομο C, με αποτέλεσμα το σχηματισμό δεσμού C‒OH, ενώ αποχωρεί από την ένωση το Cl‒ (αποχωρούσα ομάδα).

2. Αντιδράσεις υποκατάστασης στα αλκυλαλογονίδια Λόγω της ισχυρής πόλωσης του δεσμού C‒Χ, τα αλκυλαλογονίδια είναι πολύ δραστικές ενώσεις σε αντιδράσεις υποκατάστασης και δίνουν εύκολα μια μεγάλη ποικιλία οργανικών προϊόντων:

Κατά την επίδραση αλκοολικού διαλύματος NaOH σε αλκυλαλογονίδια ευνοείται η απόσπαση HCl (σχηματισμός αλκενίου), ενώ με την επίδραση υδατικού διαλύματος NaOH σε αλκυλαλογονίδια ευνοείται η υποκατάσταση (σχηματισμός αλκοόλης).

Η δραστικότητα των αλκυλαλογονιδίων στις αντιδράσεις υποκατάστασης ακολουθεί τη σειρά: RI > RBr > RCl > RF. α) Μετατροπή σε αλκοόλες. Τα αλκυλαλογονίδια μπορούν να μετατραπούν σε αλκοόλες με την επίδραση υδατικών διαλυμάτων αλκαλίων, π.χ. NaOH ή ΚΟΗ:

67

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Π.χ.: β) Μετατροπή σε νιτρίλια (RCN). Τα νιτρίλια μπορούν να προκύψουν από αλκυλαλογονίδια με επίδραση ΝaCN ή ΚCN σε κατάλληλο διαλύτη:

Π.χ.: Όπως έχουμε ήδη αναφέρει στις αντιδράσεις προσθήκης, τα νιτρίλια υδρολύονται σε όξινο ή βασικό περιβάλλον παρέχοντας τελικά καρβοξυλικά οξέα: H+ ή ΟΗ−

Π.χ.: γ) Μετατροπή σε αιθέρες. Γίνεται με επίδραση αλκοξειδίων (RONa) σε αλκυλαλογονίδια:

Π.χ.:

Σημείωση: Όπως θα δούμε στον οξεοβασικό χαρακτήρα των οργανικών ενώσεων, τα αλκοξείδια (ή αλκοολικά άλατα) παρασκευάζονται με την επίδραση μετάλλων (π.χ. Na ή Κ) στις αντίστοιχες αλκοόλες:

Στην περίπτωση που ο αιθέρας που σχηματίζεται είναι μικτός (δηλαδή με δύο διαφορετικά αλκύλια), έχουμε δύο συνδυασμούς αντιδρώντων. Έτσι, ο αιθυλοπροπυλαιθέρας (CH3CH2CH2OCH2CH3) μπορεί να προκύψει με τους εξής συνδυασμούς αντιδρώντων: 1ος συνδυασμός:

2ος συνδυασμός:

δ) Μετατροπή σε αμίνες Τα αλκυλαλογονίδια όταν κατεργάζονται με αμμωνία (ΝΗ3) οδηγούν στο σχηματισμό αμινών (RNH2):

68

Στην περίπτωση αυτή παρατηρείται ανοικοδόμηση της ανθρακικής αλυσίδας, δηλαδή το προϊόν που σχηματίζεται έχει μεγαλύτερο αριθμό ατόμων C σε σχέση με την αρχική ένωση. Η υδρόλυση των νιτριλίων σε όξινο περιβάλλον οδηγεί σε RCOOH και ΝΗ4+, ενώ η υδρόλυση σε βασικό περιβάλλον οδηγεί σε RCOO− και ΝΗ3.

Η αντίδραση αναφέρεται και ως σύνθεση Williamson από τον πρώτο χημικό που ασχολήθηκε με την αντίδραση αυτή (1850). Το άτομο του αλογόνου είναι καλύτερα να είναι σε πρωτοταγές άτομο C, καθώς υπάρχει κίνδυνος αφυδραλογόνωσης.

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΥΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ

Π.χ.:

Στην πραγματικότητα, παράλληλα με την αντίδραση της υποκατάστασης γίνεται και η αντίδραση της εξουδετέρωσης, από την οποία με επίδραση βάσης προκύπτει η αντίστοιχη αμίνη:

ε) Μετατροπή σε εστέρες. Τα αλκυλαλογονίδια με την επίδραση καρβοξυλικών αλάτων, RCOONa, μετατρέπονται σε εστέρες:

Π.χ.:

ζ) Μετατροπή σε αλκίνια. Η μετατροπή αυτή επιτυγχάνεται με την επίδραση αλκινίδιου (ή ακετυλιδίου, RCCNa) σε αλκυλαλογονίδιο:

Π.χ.: Σημείωση: Όπως θα δούμε στις αντιδράσεις του όξινου χαρακτήρα, τα αλκινίδια ή ακετυλίδια (RCC–Na+) προκύπτουν με επίδραση μεταλλικού Na σε αλκίνια με τον τριπλό δεσμό στην άκρη της ανθρακικής αλυσίδας (RC≡CH):

H αντίδραση αποτελεί ένα σημαντικά εργαλείο για τη σύνθεση «μεγάλων» αλκινίων από άλλα μικρότερα. Π.χ. στο διάγραμμα αντιδράσεων που ακολουθεί, ξεκινώντας από αιθίνιο καταλήγουμε τελικά σε 2-πεντίνιο:

3. Μετατροπή αλκοολών σε αλκυλαλογονίδια Η μετατροπή αυτή μπορεί να γίνει με θέρμανση των αλκοολών με SOCl2 (θειονυλοχλωρίδιο) και περιλαμβάνει σχάση του δεσμού R−OH.

69

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2 Η αντίδραση έχει αρκετά καλές αποδόσεις, καθώς τα απομακρυνόμενα αέρια SO2 και HCl οδηγούν την αντίδραση προς τα δεξιά (αρχή Le Châtelier).

Π.χ.:

4. Υποκατάσταση σε καρβοξυλικά οξέα και εστέρες Α) Εστεροποίηση. Πρόκειται για τη σημαντικότερη αντίδραση υποκατάστασης στα καρβοξυλικά οξέα κατά την οποία αυτά αντιδρούν με αλκοόλες σχηματίζοντας εστέρες σε μία αντίδραση που καταλήγει σε χημική ισορροπία. Στην αντίδραση αυτή το –ΟΗ του καρβοξυλικού οξέος ενώνεται με το Η του –ΟΗ της αλκοόλης προς σχηματισμό Η2Ο: Tο οξύ (ή η αλκοόλη) χρησιμοποιείται συχνά σε περίσσεια, ώστε η απόδοση παραγωγής του εστέρα να αυξηθεί. Σε άλλες περιπτώσεις η απόδοση αυξάνεται με την απομάκρυνση ενός από τα δύο προϊόντα (π.χ. του νερού) με απόσταξη.

Π.χ.:

Η εστεροποίηση καταλύεται από ανόργανα οξέα, π.χ. το H2SO4 ή το HCl και για τη χημική ισορροπία ισχύει η αρχή Le Châtelier. Η σταθερά Kc της ισορροπίας εστεροποίησης δίνεται από τη σχέση:

Kc 

[CH3 COOCH2 CH3 ]  [H2 O] 4 [CH3 COOH]  [CH3 CH2 OH]

Για τα απλούστερα οξέα και αλκοόλες Kc = 4.

Β) Μετατροπή εστέρων σε οξέα (όξινη υδρόλυση των εστέρων). Είναι η αντίστροφη αντίδραση της εστεροποίησης:

Π.χ.:

Σε βασικό περιβάλλον οι εστέρες μετατρέπονται στα αντίστοιχα άλατα των καρβοξυλικών οξέων. Η βασική αυτή υδρόλυση των εστέρων αναφέρεται ως σαπωνοποίηση:

70

Η σαπωνοποίηση θεωρείται μονόδρομη αντίδραση και αντί για το οξύ που προκύπτει στην όξινη υδρόλυση παράγεται το αντίστοιχο άλας.

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΥΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ

Π.χ.:

Cl

5. Αλογόνωση αλκανίων (χλωρίωση και βρωμίωση)

H

H

C

Cl

Τα αλκάνια δίνουν αντιδράσεις υποκατάστασης ενός ή περισσοτέρων ατόμων Η από άτομα Cl ή Br (χλωρίωση ή βρωμίωση, αντίστοιχα):

H

Αν θέλουμε να παρασκευάσουμε CH3Cl χρησιμοποιούμε περίσσεια μεθανίου, οπότε οι ποσότητες των άλλων χλωροπαραγώγων ελαχιστοποιούνται.

Η χλωρίωση και η βρωμίωση γίνονται με επίδραση Cl2 ή Br2 με την βοήθεια διάχυτου φωτός (ή θερμότητας) και οδηγούν στο σχηματισμό μίγματος αλογονοπαραγώγων. Π.χ. η χλωρίωση του CH4 παράγει μίγμα CH3Cl, CH2Cl2, CHCl3 και CCl4:

CHCl3: χλωροφόρμιο CCl4: τετραχλωράνθρακας

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΡΩΤΗΣΕΩΝ - ΑΣΚΗΣΕΩΝ - ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΩΝ 1. Mε τη βοήθεια των κατάλληλων αντιδραστηρίων να γραφούν οι χημικές εξισώσεις των μετατροπών CH3CH2Br σε: α) CH3CH2OH β) CH3COOCH2CH3 γ) CH3CH2OCH3 δ) CH3CH2NH2 ε) CH3CH2CN στ) CH3CH2C≡CCH3 ΑΠΑΝΤΗΣΗ

71

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

2. Με βάση το διάγραμμα αντιδράσεων που ακολουθεί να προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ και Ε. Να γραφούν οι πλήρεις εξισώσεις όλων των αντιδράσεων.

ΑΠΑΝΤΗΣΗ Η ένωση Α είναι αλκυλοβρωμίδιο με 2 άτομα C και επομένως πρόκειται για το CH3CH2Br. Οι άλλες οργανικές ενώσεις του διαγράμματος είναι οι εξής: Β: CH3CH2ΜgBr (αντιδραστήριο Grignard), Γ: CH3CH2ΟΗ (αλκοόλη), Δ: CH3CH2ΟΝa (αλκοξείδιο), E: CH3CH2OCH2CH3 (αιθέρας).

Χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων:

3. Δύο ισομερείς υδρογονάνθρακες Α και Β έχουν μοριακό τύπο C4H10. Και οι δύο υδρογονάνθρακες είναι δυνατό να σχηματίσουν με φωτοχημική χλωρίωση δύο μόνο αλκυλοχλωρίδια. Επίσης γνωστό ότι ο Α σχηματίζει έξι δυνατά διχλωροπαράγωγα, ενώ ο Β τρία δυνατά διχλωροπαράγωγα. α) Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των αλκυλοχλωριδίων που προκύπτουν με τη φωτοχημική χλωρίωση των Α και Β; β) Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των διχλωροπαραγώγων των Α και Β; ΑΠΑΝΤΗΣΗ α) Στον τύπο C4H10 αντιστοιχούν δύο αλκάνια, το βουτάνιο (Ι) και το μεθυλοπροπάνιο (ΙΙ):

Τα αλκάνια Ι και ΙΙ σχηματίζουν τα εξής 4 ισομερή αλκυλαλογονίδια:

72

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΥΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ

β) Ο υδρογονάνθρακας που σχηματίζει τα έξι (ισομερή) διχλωροπαράγωγα είναι το βουτάνιο. Με βέλη παριστάνονται οι θέσεις που μπορεί να μπει το δεύτερο άτομο χλωρίου σε καθένα από τα δύο δυνατά μονοχλωροπαράγωγα του βουτανίου:

Επομένως, ο υδρογονάνθρακας Α είναι το βουτάνιο και ο Β το μεθυλοπροπάνιο. Τα διχλωροπαράγωγα του Β είναι 3 (προσοχή στους συντακτικούς τύπους που ταυτίζονται):

4. Ποσότητα εστέρα Α υδρολύεται και προκύπτουν δύο προϊόντα, το Β και το Γ (κορεσμένο μονοκαρβοξυλικό οξύ) με την ίδια σχετική μοριακή μάζα. Ποσότητα προπινίου κατεργάζεται με Η2Ο, παρουσία HgSO4/H2SO4 και προκύπτει ένωση Δ, η οποία με καταλυτική προσθήκη Η2/Ni οδηγεί επίσης στην ένωση Β. Nα προσδιορίσετε τους συντακτικούς τύπους των ενώσεων Α, Β, Γ και Δ και να γράψετε τις χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων που αναφέρονται. ΑΠΑΝΤΗΣΗ Ξεκινάμε από το 2ο μέρος της άσκησης, γιατί ξέρουμε το συντακτικό τύπο της αρχικής ένωσης (προπίνιο):

H ένωση Β είναι, επομένως, η 2-προπανόλη με Μr = 3·12 + 8 + 16 = 60. Η ένωση Γ έχει γενικό τύπο CνH2ν+1COOH. Επομένως: 14ν + 46 = 60  ν = 1 (CH3COOH) O εστέρας, λοιπόν, θα είναι ο αιθανικός ισοπροπυλεστέρας και η εξίσωση υδρόλυσής του θα είναι η εξής:

73

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

5. Ποσότητα αλκυλοβρωμίδιου (Α) μάζας 5,45 g μετατρέπεται πλήρως σε 2,3 g οργανικής ένωσης (Β), όταν κατεργαστεί με περίσσεια υδατικού διαλύματος NaOH. α) Ποιος ο συντακτικός τύπος του Α; β) Με βάση το αλκυλοβρωμίδιο Α, ως μοναδική οργανική πρώτη ύλη, πώς μπορούμε να παρασκευάσουμε διαιθυλαιθέρα; ΛΥΣΗ α) Έστω CνΗ2ν+1Br το αλκυλαλογονίδιο Α και x mol η ποσότητά του. Θα ισχύει:

x

5,45 (1), όπου 14ν + 81 η σχετική μοριακή μάζα του Α.

14 ν  81

Από τη μάζα της Β που παράγεται σχηματίζουμε την εξίσωση:

x

2,3 (2) 14 ν  18

Από τις (1) και (2) εξισώνοντας τα δεύτερα μέλη έχουμε: ν = 2. Επομένως, το αλκυλοβρωμίδιο Α είναι το αιθυλοβρωμίδιο, CH3CH2Br. β) Ο διαιθυλαιθέρας, CH3CH2OCH2CH3, παρασκευάζεται από το CH3CH2Br με βάση τις εξισώσεις:

6. 3,2 g κορεσμένης μονοσθενούς αλκοόλης Α κατεργάζεται με κατάλληλη ποσότητα SOCl2 και σχηματίζεται μίγμα αερίων συνολικού όγκου 4,48 L (μετρημένα σε STP). α) Με τη θεώρηση ότι η αντίδραση είναι πλήρης και μονόδρομη, να προσδιορίσετε το συντακτικό τύπο της αλκοόλης Α. β) Άλλα 3,2 g της αλκοόλης Α κατεργάζονται με περίσσεια CH3COOH και σχηματίζεται εστέρας Β με απόδοση 80%. Να γράψετε την εξίσωση της αντίδρασης και να υπολογίσετε τη μάζα του εστέρα που παράχθηκε. ΛΥΣΗ α) Έστω CνΗ2ν+1ΟΗ η αλκοόλη Α και x mol η ποσότητά της. Η σχετική μοριακή μάζα της Α είναι Mr = 14ν + 18 και επομένως ισχύει:

x

74

3,2 (1) 14 ν  18

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΥΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ

Για τον όγκο των αερίων προϊόντων θα ισχύει: 2x = 4,48/22,4 = 0,2, x = 0,1 mol. Άρα, από την (1) έχουμε: ν = 1 (CH3OH, μεθανόλη). β) Για την ένωση Α, Μr = 32 και n = m/Mr = 3,2/32 = 0,1 mol. Από την εξίσωση της αντίδρασης με το CH3COOH (εστεροποίηση) έχουμε:

Η θεωρητικά σχηματιζόμενη ποσότητα του εστέρα είναι 0,1 mol ενώ με βάση την απόδοση σχηματίζονται 0,1·(80/100) = 0,08 mol εστέρα. Η ποσότητα αυτή αντιστοιχεί σε m = 0,08·74 = 5,92 g (για τον εστέρα CH3COOCH3, Mr = 74).

75

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Όλες οι αντιδράσεις να θεωρηθούν μονόδρομες και ποσοτικές (εκτός αν αναφέρεται διαφορετικά). Οι σχετικές ατομικές μάζες δίνονται στο τέλος του βιβλίου. Για νέους… λύτες 6.1. Από τα αντιδραστήρια, CH3COONa (I), CH3CCΝa (II), CH3ONa (III) και NaCN (IV): i. Αντιδρούν με αλκυλαλογονίδια: Α) μόνο τα αντιδραστήρια (ΙΙ) και (IV) Β) μόνο τα αντιδραστήρια (Ι) και (ΙΙΙ) Γ) όλα εκτός από το (Ι) Δ) όλα ii. Οδηγεί σε σχηματισμό νιτριλίου κατά την αντίδρασή τους με CH3CH2Cl: Α) το αντιδραστήριο (Ι) Β) το αντιδραστήριο (ΙΙ) Γ) το αντιδραστήριο (ΙΙΙ) Δ) το αντιδραστήριο (ΙV) 6.2. Κατά την επίδραση υδατικού διαλύματος NaOH σε 1χλωροπροπάνιο, κάτω από κατάλληλες συνθήκες, παράγεται οργανική ένωση Α. Κατά την επίδραση SOCl2 στην ένωση Α προκύπτει: Α) ισομοριακό μίγμα δύο αλκυλοχλωριδίων Β) 2-χλωροπροπάνιο Γ) 1-χλωροπροπάνιο Δ) 1-προπανόλη 6.3. Με ποιο αντιδραστήριο γίνεται η μετατροπή της 1προπανόλης σε 1-χλωροπροπάνιο; Α) Cl2/CCl4 B) CHCl3 Γ) SOCl2 Δ) COCl2 6.4. Η ένωση με τύπο CH3CH2COOCH2CH3 μπορεί να προκύψει με την αντίδραση: Α) CH3CH2CH2Cl με CH3CH2ONa Β) CH3COONa με CH3CH2CH2Cl Γ) CH3CH2COOH με CH3CH2OH Δ) CH3COOH με CH3CH2CH2OH 6.5. Ποιο από τα αντιδραστήρια που ακολουθούν παράγει αιθανικό προπυλεστέρα με επίδραση σε κατάλληλο αλκυλαλογονίδιο; Α) 2-προπανόλη Β) 1-προπανόλη Γ) αιθανικό νάτριο Δ) προπανικό νάτριο 6.6. Η ένωση που αντιδρά με CH3OΝa και παράγει CH3OCH2CH2CH3 είναι: Α) η 2-προπανόλη Β) η 1-προπανόλη Γ) το 1-χλωροπροπάνιο Δ) το προπανικό νάτριο 6.7. Ποιο από τα αντιδραστήρια που ακολουθούν δεν δίνει αντίδραση υποκατάστασης με αλκυλαλογονίδια; Α) CH3ONa Β) NaCN Γ) Cl2/CCl4 Δ) CH3CH2CCNa

76

6.8. Ποιο αντιδραστήριο απαιτείται για τη μετατροπή του 1-βρωμοπροπανίου σε προπυλαμίνη; Α) ΚCN Β) HNO3 Γ) NH3 Δ) HCN 6.9. Κατά την επίδραση Cl2 σε βουτάνιο στο διάχυτο φως προκύπτει: Α) μόνο ένα αλκυλοχλωρίδιο Β) μίγμα 4 ισομερών αλκυλοχλωριδίων Γ) μίγμα όλων των ισομερών του τύπου C4H9Cl Δ) μίγμα χλωροπαραγώγων του βουτανίου 6.10. Να χαρακτηριστούν οι παρακάτω προτάσεις ως σωστές ή λανθασμένες. Α) Mε την επίδραση Η2Ο στο CH3Cl σε όξινο περιβάλλον παράγεται CH3OH, σύμφωνα με την εξίσωση: CH3Cl + H2O → CH3OH + HCl Β) Από την αντίδραση αλκυλαλογονιδίου με KCN παράγεται οργανική ένωση, που έχει στο μόριό της περισσότερα άτομα άνθρακα σε σχέση με το αλκυλαλογονίδιο. Γ) Αν προσθέσουμε x g SOCl2 σε δοχείο που περιέχει y g αιθανόλης, το περιεχόμενο του δοχείου μετά την αντίδραση θα έχει μάζα (x + y) g. Δ) Από την αντίδραση 2 mol CH3COOH με 2 mol CH3CH2OH, παρουσία H2SO4, προκύπτουν 2 mol αιθανικού αιθυλεστέρα και 2 mol H2O. 6.11. Να χαρακτηριστούν οι παρακάτω προτάσεις ως σωστές ή λανθασμένες. Στην περίπτωση λανθασμένων προτάσεων να γίνει σύντομη αιτιολόγηση. Α) Τα αλκυλοχλωρίδια είναι χημικά αδρανή και επομένως δεν είναι σημαντικές ενώσεις για τη σύνθεση άλλων οργανικών ενώσεων. Β) Τα αλκυλαλογονίδια αντιδρούν με NaCN και παράγουν αμίνες, που περιέχουν τον ίδιο αριθμό ατόμων άνθρακα στο μόριό τους. Γ) Στις αντιδράσεις υποκατάστασης των αλκυλαλογονιδίων υφίσταται σχάση ο δεσμός C−X. Δ) Η εστεροποίηση ενός καρβοξυλικού οξέος με αλκοόλη μπορεί να γίνει είτε σε όξινο είτε σε βασικό περιβάλλον. Ε) Κατά την αντίδραση μίας αλκοόλης με SOCl2 παράγεται ένα μόνο αέριο, το SO2.

6.12. Να εξηγήσετε αν ισχύουν ή όχι οι προτάσεις που ακολουθούν. α) Με την επίδραση Cl2 σε CH4 σε διάχυτο φως προκύπτει μίγμα τεσσάρων χλωροπαραγώγων του μεθανίου. β) Κατά την αντίδραση του 2-μεθυλοβουτάνιου με Cl2 σε διάχυτο φως προκύπτει μίγμα τεσσάρων αλκυλαλογονιδίων καθώς και άλλα χλωριωμένα παράγωγα.

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΥΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ

6.13. Mε υποκατάσταση του αλογόνου των αλκυλαλογονιδίων με καθένα από τα αντιδραστήρια της στήλης (Ι) παράγονται οργανικές ενώσεις, που ανήκουν στις τάξεις της στήλης (ΙΙ). Να γίνει η σχετική αντιστοίχηση. Ι Α. ΝaΟΗ Β. ΝΗ3 Γ. ΚCN Δ. CH3ΟNa Ε. CH3CCNa ΣΤ. RCOONa

1.

2.

3.

4.

5.

6.

ΙΙ αιθέρας εστέρας αλκίνιο αλκοόλη νιτρίλιο αμίνη

6.14. Κάθε μία από τις οργανικές ενώσεις που ακολουθούν, Α. 1-βουτανόλη, Β. 1-χλωροπροπάνιο, Γ. αιθανονιτρίλιο, Δ. μεθανικό οξύ, αντιδρά με ένα από τα αντιδραστήρια: 1. ΝaOH/H2O, 2. CH3CΗ2OΗ, 3. SOCl2, 4. Η2Ο/Η+. Να γίνει η σχετική αντιστοίχηση και να γραφούν οι κατάλληλες χημικές εξισώσεις.

6.15. Να γράψετε τις εξισώσεις των αντιδράσεων με τις οποίες από το CH3CH2Br (και όποιες άλλες ενώσεις απαιτηθούν) παράγονται: α) CH3CH2ΟΗ β) CH3CH2ΟCH2CH2CH3 γ) CH3CH2COOCH2CH3 δ) CH3CH2CN 6.16. Κατά την αντίδραση καρβοξυλικού οξέος με κορεσμένη μονοσθενή αλκοόλη, παρουσία H2SO4, αποκαθίσταται χημική ισορροπία. α) Ποια η γενική χημική εξίσωση της ισορροπίας αυτής και πως ονομάζεται; β) Περιγράψτε δύο τρόπους με τους οποίους μπορούμε να αυξήσουμε την απόδοση της παραγωγής του οργανικού προϊόντος.

6.17. Να γραφεί η εξίσωση της αντίδρασης του 2-μεθυλο1-βρωμοπροπανίου με το CH3CH2ONa. 6.18. Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των αλκανίων με πέντε το πολύ άτομα άνθρακα, που σχηματίζουν με φωτοχημική χλωρίωση μόνο ένα αλκυλαλογονίδιο; 6.19. Αλκυλοϊωδίδιο Α κατεργάζεται με υδατικό διάλυμα NaOH, σε κατάλληλες συνθήκες, οπότε προκύπτει δευτεροταγής αλκοόλη Β με τύπο C4H9OH. Η αλκοόλη Β με θέρμανση με Η2SO4 δίνει ως κύριο προϊόν το αλκένιο Γ. Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των Α, Β και Γ; 6.20. Άλας με νάτριο (Α) κορεσμένου μονοκαρβοξυλικού οξέος κατεργάζεται με CH3CH2Cl, σε κατάλληλες συνθήκες, οπότε προκύπτει εστέρας Β με τύπο C5H10O2. Ποιοι οι συντακτικοί τύποι και οι ονομασίες των Α και Β; 6.21. Εστέρας Α υδρολύεται σε κατάλληλες συνθήκες και παράγεται ΗCOOH καθώς και δευτεροταγής αλκοόλη Β

του τύπου C4H10O. Να προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Α και Β; 6.22. Μία οργανική ουσία με τύπο C10H22 υποπτευόμαστε, με βάση διάφορα πειραματικά δεδομένα, ότι είναι το 2,7διμεθυλοοκτάνιο. Αν είναι έτσι, πόσα μονοχλωροπαράγωγα θα πρέπει να δώσει με φωτοχημική χλωρίωση; 6.23. Με χλωρίωση μεθυλοπροπανίου προκύπτουν δύο αλκυλαλογονίδια, Α και Β, καθώς και διάφορα πολυχλωριωμένα παράγωγα. α) Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των Α, Β; β) Να γράψετε το συντακτικό τύπο ενός διχλωρο- και ενός τριχλωροπαραγώγου.

6.24. Να γραφούν οι εξισώσεις των παρακάτω χημικών αντιδράσεων: α) Επίδραση SOCl2 σε 2-προπανόλη. β) Επίδραση Na σε 3-μεθυλο-1-βουτινίου και στη συνέχεια επίδραση 2-βρωμοπροπανίου στο σχηματιζόμενο προϊόν. γ) Επίδραση 2-μεθυλο-1-ιωδοπροπανίου σε CH3COONa. δ) Επίδραση 1 mol Na σε 1 mol CH≡CH και κατεργασία του οργανικού προϊόντος της αντίδρασης με CH3CH2Cl. ε) Κατεργασία 2-μεθυλο-1-ιωδοπροπανίου με KCN. στ) Θέρμανση CH3CH2Cl με ΝΗ3 σε διαλύτη αιθανόλη. ζ) Επίδραση NaOH σε CH3Cl σε κατάλληλο διαλύτη. η) Επίδραση NaOH/H2O σε CH3CH2CH2Br. θ) Κατεργασία του 2-βρωμοβουτανίου με ΚCN και υδρόλυση του σχηματιζομένου οργανικού προϊόντος σε όξινο περιβάλλον. ι) Θέρμανση C6H5COOH (βενζοϊκό οξύ) με CH3CH2OH σε όξινο περιβάλλον. κ) Υδρόλυση προπανικού ισοπροπυλεστέρα σε όξινο περιβάλλον. λ) Κατεργασία 1-προπανόλης με μεταλλικό Na και επίδραση CH3CH2Br στο οργανικό προϊόν που παράγεται.

6.25. Να γραφούν εξισώσεις των αντιδράσεων με τις οποίες από CH3CH2Cl και κατάλληλες άλλες ενώσεις να προκύπτουν: α) CH3CH2CΝ β) CH3CH2CΟΟCH2CH3 γ) CH3CH2NH2 δ) CH3CH2CCCH3 ε) (CH3)2CHCH2OCH2CH3 στ) CH3CH2ΟΗ 6.26. Να γραφούν οι εξισώσεις των αντιδράσεων του 2μεθυλο-1-χλωροβουτανίου με: α) KCN β) CH3CH2ONa γ) NH3 δ) CH3CH2COONa 6.27. Το 4-υδροξυπεντανικό οξύ έχει τύπο: CH3CH(OH)CH2CH2COOH Mε απόσπαση H2O σε κατάλληλες συνθήκες, το οξύ αυτό οδηγεί σε κυκλικό προϊόν με πενταμελή δακτύλιο. Να εξηγήσετε το σχηματισμό του προϊόντος αυτού και να γράψετε το συντακτικό του τύπο.

77

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

6.28. H ένωση CH3CH2OCH2CH2CH3 παρασκευάζεται με δύο δυνατούς συνδυασμούς αντιδρώντων (RONa και RCl). Να γράψετε τις σχετικές χημικές εξισώσεις. Για καλούς… λύτες 6.29. Το 1853 ο Gerhardt συνέθεσε το ακετυλοσαλικυλικό οξύ (ασπιρίνη). Το τελευταίο στάδιο της συνθετικής πορείας που ακολούθησε ήταν η αντίδραση μεταξύ του σαλικυλικού οξέος και του οξικού οξέος:

α) Να συμπληρώσετε την παραπάνω εξίσωση προσδιορίζοντας έτσι και το συντακτικό τύπο της ασπιρίνης. Σε ποια γενική κατηγορία αντιδράσεων θα κατατάσσατε την αντίδραση αυτή; β) Να εξηγήσετε γιατί ένα δισκίο ασπιρίνης αποθηκευμένο για αρκετό χρόνο παρουσία υγρασίας παρουσιάζει οσμή ξιδιού (οξικού οξέος).

6.30. Ποσότητα εστέρα Α υδρολύεται και προκύπτουν δύο προϊόντα Β και Γ με την ίδια σχετική μοριακή μάζα. Ποσότητα αιθινίου κατεργάζεται με Η2Ο κάτω από κατάλληλες συνθήκες, οπότε προκύπτει ένωση Δ, που με καταλυτική προσθήκη Η2 οδηγεί επίσης στην ένωση Β. α) Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των Α, Β, Γ και Δ; β) Να γραφούν οι χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων που αναφέρονται.

6.31. Η υδρόλυση του προπανικού ισοπροπυλεστέρα σε όξινο περιβάλλον οδηγεί σε δύο οργανικά προϊόντα Α και Β. Το προϊόν Α διαλύεται σε H2O σχηματίζοντας όξινο διάλυμα. Το προϊόν Β αντιδρά με SOCl2 παράγοντας νέο οργανικό προϊόν Γ. Τέλος, το Γ με κατεργασία με KCN οδηγεί στο οργανικό προϊόν Δ. Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των Α, Β, Γ και Δ; Να γραφούν οι σχετικές χημικές εξισώσεις.

6.32. Κατά την επίδραση SOCl2 σε 14,8 g κορεσμένης μονοσθενούς αλκοόλης σχηματίστηκε μίγμα δύο αερίων όγκου συνολικού όγκου 8,96 L σε STP. Να προσδιοριστεί ο μοριακός τύπος της αλκοόλης καθώς και οι δυνατοί συντακτικοί της τύποι. Η αντίδραση να θεωρηθεί πλήρης και μονόδρομη.

6.33. Σε φιάλη περιέχονται 0,4 mol CH3CH2I. α) Να περιγράψετε με ποιο τρόπο χρησιμοποιώντας μόνο την ουσία αυτή, καθώς και τα αντιδραστήρια ΝaΟΗ, H2O και Na μπορούμε να παρασκευάσουμε διαιθυλαιθέρα. β) Να υπολογίσετε τη μάζα του διαιθυλαιθέρα που προκύπτει, με βάση όλη την αρχική ποσότητα του CH3CH2I. Οι αντιδράσεις να θεωρηθούν πλήρεις και μονόδρομες.

78

6.34. Με επίδραση υδατικού διαλύματος NaOH σε 2,18 g αλκυλοβρωμίδιου Α παράχθηκαν 0,92 g αλκοόλης Β. α) Ποιος ο συντακτικός τύπος της αλκοόλης Β; β) Ποια άλλα αλκυλαλογονίδια και σε ποιες ποσότητες μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε για να παρασκευάσουμε την ίδια ποσότητα της Β; Οι αντιδράσεις να θεωρηθούν πλήρεις και μονόδρομες.

6.35. Δίνεται το διάγραμμα αντιδράσεων που ακολουθεί:

α) Να προσδιορίσετε τους συντακτικούς τύπους των ενώσεων Α (αλκυλαλογονίδιο), B, Γ, Δ και Ε. β) Να γράψετε τις πλήρεις χημικές εξισώσεις όλων των αντιδράσεων που αναφέρονται στο παραπάνω διάγραμμα αντιδράσεων. γ) Ποσότητα CH4 όγκου 4,48 L (σε STP) κατεργάζεται με Cl2 παρουσία φωτός, οπότε μετατρέπεται κατά ένα ποσοστό στην Α και τελικά στη Γ. Αν παράχθηκαν τελικά 3 g Γ, ποιο ποσοστό του CH4 μετατράπηκε στην Γ; Η μετατροπή της Α στη Β και μετά στη Γ να θεωρηθεί πλήρης.

6.36. 0,4 mol κορεσμένου μονοκαρβοξυλικού οξέος (Χ) αντιδρούν με 0,25 mol 2-προπανόλης και προκύπτουν 23,2 g οργανικής ένωσης (Υ), με απόδοση 80%. Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Χ και Υ; 6.37. 9,2 g κορεσμένης μονοσθενούς αλκοόλης Α αντιδρούν πλήρως με SOCl2 και προκύπτει μίγμα αερίων όγκου 8,96 L (σε STP). α) Να δείξετε ότι η Α είναι η αιθανόλη. β) 23 g της ίδιας αλκοόλης Α κατεργάζονται με περίσσεια CH3COOH και σχηματίζεται οργανική ένωση Β με απόδοση 80%. Να υπολογίσετε τη μάζα της ένωσης Β που παράχθηκε και τη μάζα του CH3COOH που χρησιμοποιήθηκε. Για την ισορροπία της εστεροποίησης, Κc = 4.

6.38. Με την επίδραση ΚΟΗ σε ποσότητα αλκυλοβρωμιδίου Α προκύπτουν 2,3 g μιας κορεσμένης μονοσθενούς αλκοόλης Β με Μr = 46, ένας ακόρεστος υδρογονάνθρακας Γ και 11,9 g ΚΒr. α) Με βάση τη σχετική μοριακή μάζα της αλκοόλης Β, προσδιορίστε τους συντακτικούς τύπους των ενώσεων Α, Β και Γ. β) Ποια η μάζα (σε g) του υδρογονάνθρακα Γ και ποια η αρχική μάζα (σε g) του αλκυλοβρωμίδιου Α; γ) Ποιο ποσοστό του αλκυλοβρωμιδίου Α μετατράπηκε στην ένωση Β και ποιο στην ένωση Γ;

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΥΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ

6.39. Στα πλαίσια της νέας του συλλογής αρωμάτων για την άνοιξη του 2006, ένας διάσημος Γάλλος αρωματοποιός χρησιμοποίησε το άρωμα μπανάνας για ένα νέο του άρωμα. Με κατάλληλες μεθόδους προσδιόρισε ότι το άρωμα αυτό αντιστοιχεί στο συντακτικό τύπο Α:

α) Σε ποια κατηγορία οργανικών ενώσεων ανήκει η ένωση Α; β) Ο αρωματοποιός αποφάσισε να συνθέσει εργαστηριακά τη χημική ένωση Α, καθώς η απομόνωσή του από το φυσικό προϊόν κόστιζε ακριβά. Η σύνθεση απαίτησε την αντίδραση ενός καρβοξυλικού οξέος Β και μιας αλκοόλης Γ.

i. Να γράψετε την εξίσωση της αντίδρασης με την οποία προκύπτει το άρωμα Α από τις ενώσεις Β και Γ. ii. Σε ποια γενική κατηγορία αντιδράσεων θα κατατάσσατε την αντίδραση αυτή; iii. Πόσα g ένωσης Α θα προκύψουν με την αντίδραση 5 mol Β με 1 mol Γ, αν η αντίδραση έχει απόδοση 80%; γ) i. Η ίδια ένωση Α μπορεί επίσης να προκύψει με την επίδραση μίας οργανικής ένωσης Δ στο άλας με νάτριο του οξέος Β. Να γράψετε την εξίσωση της αντίστοιχης αντίδρασης. ii. Ποσότητα της ένωσης Γ ίση με 1 mol κατεργάζεται με κατάλληλο αντιδραστήριο και προκύπτει η παραπάνω ένωση Δ, καθώς και μίγμα δύο αερίων. Να γράψετε τη σχετική χημική εξίσωση και να υπολογίσετε τον όγκο του αερίου μίγματος σε STP. Η αντίδραση να θεωρηθεί πλήρης.

6.40. Δίνεται το διάγραμμα των οργανικών αντιδράσεων που ακολουθεί.

Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ και Κ; 6.41. Το διάγραμμα των οργανικών αντιδράσεων που ακολουθεί οδηγεί στη σύνθεση του αλκινίου Ζ.

Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε και Ζ; 6.42. Αλκένιο Χ υφίσταται προσθήκη ΗCl και στο κύριο προϊόν που προκύπτει επιδρούμε HC≡CNa, οπότε παράγεται η ένωση Α με μοριακό τύπο C5H8. α) Ποιοι οι συντακτικοί τύποι του αλκενίου Χ και της ένωσης Α; β) Η ένωση Α συμμετέχει στο διάγραμμα αντιδράσεων που ακολουθεί:

Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ, Κ και Μ;

79

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

6.43. Με βάση το διάγραμμα των οργανικών αντιδράσεων που ακολουθεί, ποιοι οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ, Κ, Λ και Μ;

Χημεία και… τέρατα: «Τρόμος πάνω από την πόλη…»

10 Ιουλίου 1976, ώρα 12.37, στο Σεβέζο, μία πόλη 20 Km βόρεια από το Μιλάνο της Ιταλίας. Από τον αντιδραστήρα Β του εργοστασίου της εταιρείας Roche, διέφυγε στην ατμόσφαιρα 2,4,5-τριχλωροφαινόλη σε θερμοκρασία περίπου 300οC. Η επαφή της με τον αέρα είχε ως αποτέλεσμα την παραγωγή διοξίνης. Περίπου 2 kg από το θανατηφόρο αυτό δηλητήριο διασκορπίστηκαν στην περιοχή και με τον άνεμο διαχύθηκαν σε μιαν έκταση 18 εκατομμυρίων τετραγωνικών μέτρων. Πολύ σύντομα, 3.300 ζώα πέθαναν και πολλά άλλα θανατώθηκαν για την πρόληψη της μεταφοράς του δηλητηρίου στην τροφική αλυσίδα. Ο πληθυσμός της ζώνης που επηρεάστηκε ανήλθε σε 22 εκατομμύρια άτομα. Για την απολύμανση της περιοχής και την αποζημίωση των κατοίκων η Roche αναγκάστηκε να διαθέσει 100 δις λιρέτες (γύρω στα 3 εκατομμύρια ευρώ) εκείνης της εποχής.

80

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΥΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ

ΦΥΛΛΑΔΙΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 6 Α. Να συμπληρωθούν οι χημικές εξισώσεις που ακολουθούν:

……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

………………………………………………………………………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………………………………………………………………….. Β. Πόσα αλκυλοχλωρίδια μπορούν να σχηματιστούν κατά την αλογόνωση του CH3CH2CH2CH3 με Cl2, παρουσία φωτός; Α) 1 Β) 2 Γ) 3 Δ) 4

Γ. Το εξαιρετικό άρωμα και η γεύση των πορτοκαλιών οφείλεται κατά ένα σημαντικό μέρος στον αιθανικό οκτυλεστέρα:

Με ποιο συνδυασμό αντιδρώντων μπορεί να προκύψει η ένωση αυτή; Α) CH3(CH2)6CH2Cl και CH3CH2ONa Β) CH3CH2COOΗ και CH3(CH2)5CH2OΗ Γ) CH3(CH2)6CH2OΗ και CH3COOH Δ) CH3CH2ONa και CH3(CH2)6CH2OΗ

81

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Δ. Παρατηρείστε το διάγραμμα των οργανικών αντιδράσεων που ακολουθεί:

Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ και Κ; ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

Ε. Ποσότητα κορεσμένης μονοσθενούς αλκοόλης Α μάζας 4,6 g αντιδρά πλήρως με SOCl2 και προκύπτει μίγμα δύο αερίων συνολικού όγκου 4,48 L (σε STP). α) Ποιος ο συντακτικός τύπος της αλκοόλης Α; β) 0,3 mol της παραπάνω αλκοόλης Α φέρονται προς αντίδραση με 0,3 mol CH3COOH, παρουσία οξέος, σε κατάλληλο διαλύτη. Πόσα mol εστέρα θα προκύψουν τελικά, αν είναι γνωστό η σταθερά της ισορροπίας της εστεροποίησης έχει τιμή ίση με 4; Σχετικές ατομικές μάζες, C:12, H:1, O:16. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

82

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΠΟΛΥΜΕΡΙΣΜΟΥ

7 ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΠΟΛΥΜΕΡΙΣΜΟΥ

ΘΕΜΑΤΑ ΘΕΩΡΙΑΣ 1. Τι είναι τα πολυμερή;

Τα πολυμερή χαρακτηρίζονται ως φυσικά (π.χ. άμυλο) ή συνθετικά (π.χ. πολυαιθυλένιο):

Τα πολυμερή είναι ενώσεις που αποτελούνται από πολύ μεγάλα μόρια, συχνά «τεράστια»-, τα μακρομόρια. Τα μακρομόρια είναι κατασκευασμένα από πολλές όμοιες επαναλαμβανόμενες μοριακές υπομονάδες που λέγονται μονομερή, ενώ οι αντιδράσεις με τις οποίες τα μονομερή ενώνονται μεταξύ τους για το σχηματισμού του μακρομορίου, λέγονται αντιδράσεις πολυμερισμού (ή πολυμερισμός). Ας δούμε ένα παράδειγμα:

Ή πιο απλά: Το πολυαιθυλένιο, αλλά και τα άλλα πολυμερή που θα εξετάσουμε χαρακτηρίζονται ως πολυμερή προσθήκης, καθώς σχηματίζονται με αντίδραση προσθήκης στο διπλό δεσμό.

Οι αντιδράσεις πολυμερισμού ακολουθούν αλυσιδωτό μηχανισμό με τρία βασικά στάδια: την έναρξη, τη διάδοση και τον τερματισμό. Μάλιστα, για να κλείσει η πολυμερική αλυσίδα ο πολυμερισμός γίνεται συχνά παρουσία υπεροξειδικών ενώσεων του τύπου ROOR από τα οποία προκύπτουν ρίζες RO·.

2. Πολυμερισμός ενώσεων που έχουν τη ρίζα βινύλιο Ο πολυμερισμός του αιθυλενίου και πολλών υποκατεστημένων παραγώγων του (π.χ. αυτά που περιέχουν τη ρίζα αιθενύλιο ή βινύλιο, CH2=CH−) περιλαμβάνει σχάση π δεσμών των μονομερών μορίων με ταυτόχρονες συνενώσεις τους. Οι ενώσεις που περιέχουν τη ρίζα βινύλιο πολυμερίζονται σύμφωνα με τη γενική εξίσωση:

Α: μονοσθενές στοιχείο ή μονοσθενής ρίζα, π.χ. −Cl, −CH3, −C6H5, −CN κτλ.

83

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Π.χ.:

Μερικά άλλα κοινά πολυμερή προσθήκης είναι και τα εξής: ΜΟΝΟΜΕΡΕΣ

ΠΟΛΥΜΕΡΕΣ

CH2=CHCN πολυακρυλονιτρίλιο (Orlon)

Το πολυπροπυλένιο χρησιμοποιείται σε τεχνητούς χλοοτάπητες, σε παιχνίδια, σε συσκευασίες κτλ., ενώ το πολυβινυλοχλωρίδιο χρησιμοποιείται σε φιάλες, πλακάκια, συσκευασίες, σωληνώσεις κτλ. Το πολυακρυλονιτρίλιο χρησιμοποιείται σε συνθετικά υφάσματα, το πολυστυρόλιο σε ψυγεία, σε CD και DVD κτλ., ενώ ο πολυμεθακρυλικός μεθυλεστέρας χρησιμοποιείται στην κατασκευή συνθετικών υαλοπινάκων.

CH2=CHC6H5 πολυστυρόλιο

πολυμεθακρυλικός μεθυλεστέρας (Plexiglas, Perspex) 3. Πολυμερισμός 1,4 Το φυσικό καουτσούκ είναι ένα φυσικό πολυμερές που παρουσιάζει την εξής δομή:

Το πολυμερές μπορεί να παρασκευαστεί με έναν ειδικού τύπου πολυμερισμό που ονομάζεται πολυμερισμός-1,4. Στην περίπτωση αυτή ονομάζεται συνθετικό καουτσούκ:

Με άλλα λόγια, το φυσικό και το συνθετικό καουτσούκ παρουσιάζουν την ίδια δομή, μόνο που το φυσικό καουτσούκ απαντάται στη φύση ενώ το συνθετικό παρασκευάζεται συνθετικά με τον πολυμερισμό-1,4.

84

Συλλογή φυσικού καουτσούκ από το καουτσουκόδεντρο.

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΠΟΛΥΜΕΡΙΣΜΟΥ

Στα συζυγή αλκαδιένια οι δύο διπλοί δεσμοί C=C περιβάλλουν έναν απλό δεσμό C−C.

Ο πολυμερισμός-1,4 περιλαμβάνει δύο διασπάσεις διπλών δεσμών και δημιουργία ενός νέου διπλού δεσμού ανάμεσα στους διπλούς δεσμούς του μονομερούς. Πολυμερισμό1,4 παρουσιάζουν, γενικά, τα συζυγή αλκαδιένια και τα παράγωγά τους και η γενική εξίσωσή του είναι η εξής (Α = −Η, −CH3, −Cl κτλ.):

Π.χ.:

Μερικά από τα πιο κοινά πολυμερή 1,4 εμφανίζονται στον πίνακα που ακολουθεί:

Το συνθετικά παρασκευαζόμενο πολυισοπρένιο χρησιμοποιείται ως συνθετικό καουτσούκ (σε ελαστικά αυτοκινήτων, σόλες κτλ.). Το νεοπρένιο χρησιμοποιείται ως τεχνητό καουτσούκ (ελαστικά, στολές δυτών κτλ.). Το Buna χρησιμοποιείται επίσης ως τεχνητό καουτσούκ (ελαστικά).

ΜΟΝΟΜΕΡΕΣ

ΠΟΛΥΜΕΡΕΣ

2-μεθυλο-1,3-βουταδιένιο ή ισοπρένιο

πολυισοπρένιο

2-χλωρο-1,3-βουταδιένιο ή χλωροπρένιο

νεοπρένιο

1,3-βουταδιένιο

ΒuΝa

4. Συμπολυμερισμός Συμπολυμερισμός ονομάζεται ο πολυμερισμός που γίνεται με δύο ή περισσότερα είδη μονομερούς στην ίδια πολυμερική αλυσίδα. Η εναλλαγή των μονομερών στο μόριο του συμπολυμερούς είναι είτε τυχαία, είτε αυστηρά εναλλασσόμενη κατά μήκος της αλυσίδας, π.χ.: Για τη βελτίωση των ιδιοτήτων ενός πολυμερούς ενσωματώνονται στο μακρομόριο ενός πολυμερούς και μόρια ενός άλλου μονομερούς (συμπολυμερισμός).

….ααβαβαββααα… …αβαβαβαβαβαβ….

(τυχαία) (εναλλασσόμενα)

Για παράδειγμα τρία μέρη βουταδιενίου και ένα στυρολίου, όταν συμπολυμεριστούν δίνουν γνωστό συνθετικό ελαστικό με τύπο:

85

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Μερικά από τα πιο γνωστά συμπολυμερή είναι και τα εξής:  Συμπολυμερές 1,3-βουταδιενίου-στυρολίου (C6Η5CH=CH2) που πολυμερίζεται παρουσία Na και χρησιμοποιείται ως τεχνητό καουτσούκ με το όνομα Buna S.  Συμπολυμερές 1,3-βουταδιενίου-ακρυλονιτριλίου (CH2=CHCN) που και αυτό χρησιμοποιείται ως τεχνητό καουτσούκ με το όνομα Buna N.

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΡΩΤΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΑΣΚΗΣΕΩΝ 1. Να εξετάσετε την ισχύ της πρότασης: «Ένα μόριο πολυακρυλονιτριλίου με 2017 μόρια μονομερούς περιέχει 4034 π δεσμούς ενώ ένα μόριο BuNa με 2017 μόρια μονομερούς περιέχει 2017 π δεσμούς». Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. ΛΥΣΗ To ακρυλονιτρίλιο, CH2=CHC≡N, διαθέτει ένα τριπλό και ένα διπλό δεσμό. Ο διπλός δεσμός διασπάται κατά τον πολυμερισμό προς πολυακρυλονιτρίλιο και απομένει μόνο ο τριπλός δεσμός (2 π δεσμοί). Έτσι, στο μόριο του πολυακρυλονιτριλίου με 2017 μόρια μονομερούς υπάρχουν 4034 π δεσμοί.

To BuNa είναι πολυμερές του 1,3-βουταδιένιου, CH2=CHCH=CH2, το οποίο διαθέτει δύο διπλούς δεσμούς ανά μόριο. Με τον πολυμερισμό 1,4 διασπώνται και οι δύο διπλοί δεσμοί και δημιουργείται ένας ανάμεσά τους, οπότε σε κάθε μόριο πολυμερούς αντιστοιχούν 2017 διπλοί δεσμοί και επομένως 2017 π δεσμοί.

2. Πολυμερές του αιθυλενίου παρουσιάζει μέση σχετική μοριακή μάζα Μr = 224.000. α) Να γραφεί η χημική εξίσωση της αντίδρασης πολυμερισμού του αιθυλενίου. β) Ποιος αριθμός μορίων αιθυλενίου περιέχονται κατά μέσο όρο στο μόριο του πολυμερούς; γ) Ποια η μάζα πολυμερούς που προκύπτει από τον πολυμερισμό 28 Kg αιθυλενίου: i. Αν θεωρήσουμε την αντίδραση πολυμερισμού πλήρη. ii. Αν θεωρήσουμε ότι η αντίδραση πολυμερισμού έχει απόδοση 80%. ΛΥΣΗ

86

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΠΟΛΥΜΕΡΙΣΜΟΥ

Σε όλα τα πολυμερή προσθήκης: Mr (πολυμερούς) = ν·Μr (μονομερούς).

Αρχή διατήρησης της μάζας στις χημικές αντιδράσεις: Η μάζα των αντιδρώντων είναι ίση με τη μάζα των προϊόντων.

β) Προφανώς: Μr (πολυμερούς) = ν·Μr (μονομερούς). Επειδή η σχετική μοριακή μάζα του CH2=CH2 είναι 2·12 + 4 = 28, θα έχουμε: ν·28 = 224.000, οπότε: ν = 8000. Δηλαδή, το μόριο του πολυμερούς αποτελείται από 8000 μονομερή κατά μέσο όρο. γ) i. Θα πρέπει το πολυμερές να έχει μάζα επίσης 28 Kg, αλλά ας το δείξουμε:

x mol ν

x mol

Η ποσότητα του μονομερούς αντιστοιχεί σε x = 28.000 g/28 = 1000 mol. H ποσότητα του πολυμερούς είναι (x/ν) mol και η μάζα του (x/ν)·28ν = 28x = 28.000 g ή 28 Κg. ii. Αν η απόδοση της αντίδρασης είναι 80% θα παραχθούν: (80/100)·28 = 22,4 Κg πολυμερούς.

3. To μόριο ενός πολυμερούς αποδίδεται από τον τύπο:

α) Με ποιον όρο αποδίδεται το είδος αυτό του πολυμερούς; β) Ποια μονομερή πολυμερίζονται ώστε να προκύψει το παραπάνω πολυμερές; Να γραφούν οι πολυμερισμοί των 2 μονομερών ξεχωριστά ώστε να προκύψουν 2 διαφορετικά πολυμερή. Ποιο από τα δύο πολυμερή αναφέρεται ως PVC; ΑΠΑΝΤΗΣΗ α) Πρόκειται για συμπολυμερισμό.

β) Το 1,1-διχλωροαιθένιο (CH2=CHCl2) και το βινυλοχλωρίδιο (CH2=CHCl).

87

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Όλες οι αντιδράσεις να θεωρηθούν μονόδρομες και ποσοτικές (εκτός αν αναφέρεται διαφορετικά). Οι σχετικές ατομικές μάζες δίνονται στο τέλος του βιβλίου. Για νέους… λύτες 7.1. Το Orlon είναι μία συνθετική υφάνσιμη ίνα, που αποτελείται από το πολυμερές με δομή:

Ποια από τις ακόλουθες ενώσεις είναι το μονομερές; Α) CH3CH(CN)CH3 Β) CH3CH2CN Γ) CH2=CHCN Δ) CH2=C(CH3)CN Ε) CH2=C(CN)CH2CH2CN 7.2. Το ελαστικό βουτυλίου είναι ελαστικό πολυμερές υλικό που χρησιμοποιείται σε σαμπρέλες τροχών. Προκύπτει με πολυμερισμό του μεθυλοπροπενίου. Ποιος ο τύπος του πολυμερούς; Α)

Β)

Γ)

Δ) Άλλος (προσδιορίστε)

7.3. Τα άτομα C στην πολυμερική αλυσίδα του πολυαιθυλενίου συνδέονται: Α) μόνο με σ δεσμούς Β) εναλλάξ σ δεσμούς και π δεσμούς Γ) εναλλάξ με απλούς δεσμούς (σ) και με διπλούς (ένας σ και ένας π) Δ) μόνο με διπλούς δεσμούς

Γ) Στο μόριο του αιθενίου υπάρχει ένας π δεσμός, ενώ στο μόριο του πολυαιθυλενίου υπάρχουν μόνο σ δεσμοί. Δ) Το αιθένιο πολυμερίζεται παράγοντας πολυμερές προσθήκης με το όνομα PVC. E) To 1,3-βουταδιένιο με πολυμερισμό δίνει είδος τεχνητού καουτσούκ που ονομάζεται BuNa. ΣΤ) Το BuNa Ν είναι είδος συμπολυμερούς.

7.7. Να χαρακτηριστούν οι προτάσεις που ακολουθούν ως σωστές ή λανθασμένες. Να αιτιολογήσετε την επιλογή σας μόνο για την περίπτωση λανθασμένων προτάσεων. Α) Το πολυαιθυλένιο χρησιμοποιείται σε πλαστικές σακούλες και σε πλαστικά παιχνίδια. Β) Ο πολυμερισμός του αιθυλενίου ακολουθεί μηχανισμό παρόμοιο με αυτό των αντιδράσεων προσθήκης. Γ) Το PVC χρησιμοποιείται μεταξύ άλλων για την παραγωγή δίσκων και πλαστικών χρωμάτων. Δ) Πολλές φορές για να κλείσει η αλυσίδα ο πολυμερισμός γίνεται παρουσία υπεροξειδικής ένωσης (R−O−O−R). Ε) Τα συζυγή αλκαδιένια και τα παράγωγά τους πολυμερίζονται με πολυμερισμό 1,4. ΣΤ) Η κατανομή των μονομερών κατά μήκος της αλυσίδας ενός συμπολυμερούς είναι είτε τυχαία, είτε αυστηρά εναλλασσόμενη. Ζ) Mε το συμπολυμερισμό του 1,3-βουταδιενίου και του ακρυλονιτριλίου (CH2=CHCN) προκύπτει προϊόν που χρησιμοποιείται ως είναι συνθετική υφάνσιμη ύλη (orlon).

7.8. Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις πολυμερισμού, α) του μεθυλοπροπένιου και β) του ακρυλονιτρίλιου (CH2=CHCN).

7.4. Ποια από τις ενώσεις που ακολουθούν δεν παράγει πολυμερές 1,4; Α) Το 1,3-βουταδιένιο Β) Το 2-μεθυλο-1,3-βουταδιένιο Γ) Το 2-χλωρο-1,3-βουταδιένιο Δ) Το 1-βουτένιο

7.9. Ποια τα μονομερή που θα χρησιμοποιούσατε για την παρασκευή των παρακάτω δύο πολυμερών προσθήκης;

7.5. Ποιο από τα παρακάτω πολυμερή είναι συμπολυμερές;

Να γραφούν οι σχετικές εξισώσεις πολυμερισμού.

Α) Το

Β) Το BuNa S

Γ) Το ΒuNa

Δ) Το PVC

7.6. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες όχι; Αιτιολογήστε την απάντησή σας στην περίπτωση των λανθασμένων προτάσεων. Α) H σχετική μοριακή μάζα κάθε πολυμερούς είναι ακέραιο πολλαπλάσιο της σχετικής μοριακής μάζας του μονομερούς του. Β) Το αιθένιο είναι το μοναδικό αλκένιο που πολυμερίζεται.

88

7.10. Το τεφλόν είναι ένα πολυμερές πολύ ανθεκτικό στη θερμοκρασία, πολύ ανθεκτικό στην επίδραση διαφόρων χημικών και με χαμηλό συντελεστή τριβής. Σχηματίζεται με πολυμερισμό του τετραφθοροαιθυλένιου. Ποιος ο τύπος του τεφλόν και ποια η χημική εξίσωση που αποδίδει την παρασκευή του; 7.11. Nα εξηγήσετε γιατί το πολυαιθυλένιο έχει την ίδια εκατοστιαία σύσταση σε C και Η (% w/w) με το μονομερές του.

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΠΟΛΥΜΕΡΙΣΜΟΥ

7.12. Δίνεται το παρακάτω συνθετικό σχήμα:

α) Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Α και Β; β) Τι είδους αντίδραση είναι αυτή που οδηγεί από την Α στην Β και είδους αυτή που οδηγεί από το Β στο PVC; γ) Να γραφούν οι πλήρεις εξισώσεις και για τις δύο αντιδράσεις.

7.15. Δίνεται η ένωση 1,3-βουταδιένιο. α) Πόσοι από τους δεσμούς που διαθέτει το μόριο αυτό εξηγούνται με επικαλύψεις sp2 - sp2; β) Πως μπορεί να προκύψει η ένωση αυτή από το 1,4διβρωμοβουτάνιο; Να γράψετε τη σχετική χημική εξίσωση. γ) Να γράψετε τη χημική εξίσωση πολυμερισμού του 1,3βουταδιενίου. Πως αναφέρεται το είδος αυτό του πολυμερισμού και με ποια (κωδική) ονομασία αναφέρεται το πολυμερές που προκύπτει;

7.13. Η δομή μιας πολυμερούς ίνας είναι η εξής:

ΜΙΑ ΕΙΔΙΚΗ ΑΣΚΗΣΗ

και παρουσιάζει Μr = 106.000. α) Ποιος ο τύπος του μονομερούς; Να γραφεί η χημική εξίσωση της αντίδρασης του πολυμερισμού. β) Ποιος αριθμός μορίων μονομερούς περιέχονται κατά μέσο όρο στο μόριο της πολυμερούς ίνας; γ) Ποιος ο χαρακτήρας των δεσμών (σ και π) στο μόριο του μονομερούς; Πόσοι π δεσμοί υπάρχουν κατά μέσο όρο σε κάθε μόριο του πολυμερούς; 7.14. Ποσότητα βινυλοχλωρίδιου μάζας 62,5 Kg πολυμερίζεται παράγοντας 50 Kg πολυμερούς μέσης σχετικής μοριακής μάζας 125.000. α) Ποια εξίσωση αποδίδει τον πολυμερισμό του βινυλοχλωρίδιου; Ποια η ονομασία που πολυμερούς; β) Ποιος αριθμός μορίων μονομερούς περιέχονται κατά μέσο όρο στο μόριο του πολυμερούς; γ) Ποια η απόδοση του πολυμερισμού;

7.16. Οι πολυηλεκτρολύτες είναι πολυμερή που ιοντίζονται στο νερό και έχουν πολλές βιομηχανικές εφαρμογές (π.χ. ως συστατικά σε σαπούνια, σαμπουάν, απορρυπαντικά). Το πολυακρυλικό οξύ (PAA) είναι πολυμερές του ακρυλικού οξέος (2-προπενικό οξύ) είναι ένας τυπικός πολυηλεκτρολύτης. Θα υποθέσουμε ότι κάθε μόριο PAA αποτελείται από 100 μόρια μονομερούς. α) i. Να γράψετε τον τύπο του ΡΑΑ και ii. να υπολογίσετε τη σχετική μοριακή του μάζα θεωρώντας ότι στις ακραίες ελεύθερες μονάδες υπάρχουν άτομα υδρογόνου. β) Η σταθερά ιοντισμού κάθε ομάδας –COOH στο ΡΑΑ είναι Ka = 10−5. Να υπολογίσετε το pH ενός διαλύματος όγκου 2 L που περιέχει 14,404 g PAA, υποθέτοντας ότι όλες οι ομάδες −COOH ιοντίζονται στο διάλυμα ανεξάρτητα η μία από την άλλη και ότι ισχύουν οι κατάλληλες προσεγγίσεις.

Χημεία και… τέρατα: «Chemistry by… accident» Στη δεκαετία το ‘30 πολλοί αέριοι φθοριοϋδρογονάνθρακες παράγονταν εμπορικά ως ψυκτικά αέρια, ως προωθητικά σε ψεκαστήρες εντομοκτόνων κτλ. Εκείνη την εποχή μία ομάδα ερευνητών της αμερικανικής εταιρείας Du Pont έκανε πειράματα με το τετραφθοροαιθένιο (CF2=CF2) που μόλις είχε ανακαλυφθεί. Μία μέρα, ένας από τους χημικούς της ομάδας, ο Roy Plunkett, γέμισε μικρούς κυλίνδρους με το αέριο αυτό. Όταν οι κύλινδροι γέμισαν, ο χημικός έκλεισε τις βαλβίδες και τους έβαλε στην άκρη για την άλλη μέρα. Το άλλο πρωί παρατήρησε ότι η πίεση ενός κυλίνδρου είχε πέσει στο μηδέν, πράγμα που σήμαινε ότι ο κύλινδρος ήταν άδειος. Η βαλβίδα όμως ήταν κλειστή, ενώ όταν το ζύγισε διαπίστωσε ότι είχε το ίδιο βάρος. Τον άνοιξε, τον αναποδογύρισε και τον τίναξε. Από τον κύλινδρο χύθηκε μία κηρώδης, άσπρη σκόνη! Εκείνο το πρωινό του 1938, σε ένα από τα ευτυχή ατυχήματα που δεν είναι σπάνια στην ιστορία της επιστήμης, ένα νέο «μαγικό» πολυμερές υλικό είχε μόλις ανακαλυφθεί: Με τον τρόπο αυτό μία ομάδα μορίων με έξι μόνο άτομα (δύο άτομα C και τέσσερα άτομα F) μεταμορφώνεται σε ένα γιγαντιαίο μόριο, μία μακριά ανθρακική αλυσίδα με δεκάδες χιλιάδες αλληλένδετες τετραφθοροαιθενικές μονάδες, γνωστότερη με την εμπορική ονομασία τεφλόν. Το εκπληκτικό είναι ότι κανείς δεν κατάλαβε γιατί το τεφλόν είχε σχηματιστεί σε ένα μόνο από τους κυλίνδρους, αλλά το γεγονός αυτό μικρή σημασία είχε. Το τεφλόν είναι πολύ πιο αδρανές και σταθερό από το πολυαιθυλένιο, καθώς τα άτομα F που είναι μεγαλύτερα από τα άτομα Η περιβάλλουν τα άτομα C και τα καλύπτουν σχεδόν τελείως, μη αφήνοντας να τα προσβάλλει καμία χημική δύναμη. Τα άτομα είναι τόσο σφικτά συνδεδεμένα, ώστε οι δεσμοί μεταξύ τους είναι σχεδόν αδύνατο να σπάσουν και να ενωθούν με άλλα άτομα. Για το λόγο αυτό το τεφλόν δεν καίγεται, δεν διαβρώνεται, ούτε καταστρέφει άλλα υλικά με τα οποία έρχεται σε επαφή. Π.χ. ένα λουτρό σε θερμό μίγμα νιτρικού και θειικού οξέος απλά το καθαρίζει από τη βρώμα! Τήκεται στους 320οC, δηλαδή 94ο πάνω από το σημείο τήξης του Sn (μέταλλο), ενώ παραμένει αναλλοίωτο μέχρι τους −268οC, δηλαδή 5o πάνω από το απόλυτο μηδέν!

89

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

ΦΥΛΛΑΔΙΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 7 Α. Το PVC είναι προϊόν πολυμερισμού του: Α) 2-μεθυλο-1,3-βουταδιενίου Β) χλωροαιθανίου Γ) βινυλοχλωριδίου Δ) 2-βουτενίου Β. Δίνεται η δομή του παρακάτω πολυμερούς:

Ποιο είναι το μονομερές από το οποίο προέκυψε το πολυμερές αυτό και πόσα μονομερή συνιστούν την πολυμερική αλυσίδα; Α) Το 2-χλωρο-2-βουτένιο, 6051 μονομερή β) Το βινυλοχλωρίδιο, 12.090 μονομερή Γ) Το 2-χλωρο-1,3-βουταδιένιο (ή χλωροπρένιο), 6051 μονομερή Δ) Το 2,5-διχλωρο-2,4-επταδιένιο, 2017 μονομερή Γ. Να συμπληρώσετε τις χημικές εξισώσεις πολυμερισμού και να απαντήσετε στις ερωτήσεις που ακολουθούν:

………………………………………………………………………………………………………………………………………..

………………………………………………………………………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. α) Ποιο από τα παραπάνω πολυμερή αναφέρεται ως BuNa και ποιο ως PVC; …………………………………………………….. β) Ποιο από τα προϊόντα πολυμερισμού είναι το συνθετικό καουτσούκ; ………………………………………………………….. γ) Ποιοι από τους πολυμερισμούς χαρακτηρίζονται ως πολυμερισμοί 1,4; ………………………………………………………... Δ. To πολυμερές του τύπου,

φέρεται στο εμπόριο με την κωδική ονομασία SAN. α) Πως ονομάζεται το είδος αυτό του πολυμερισμού; …………………………………………………………………………….... β) Ποια τα μονομερή που συνυπάρχουν στην πολυμερική αλυσίδα; …………………………………………..…………………... γ) Να γράψετε τις εξισώσεις πολυμερισμού των μονομερών αυτών ξεχωριστά. …………………………………………………...

90

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΠΟΛΥΜΕΡΙΣΜΟΥ

Ε. Ποσότητα 2-προπανόλης θερμαίνεται παρουσία πυκνού διαλύματος H2SO4 οπότε προκύπτει αλκένιο Α. Το Α πολυμερίζεται και δίνει πολυμερές με μέση σχετική μοριακή μάζα Mr = 168.000. α) Να γράψετε τις πλήρεις χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων που αναφέρθηκαν. β) Να υπολογίσετε τον αριθμό των μορίων του μονομερούς, που συνενώθηκαν κατά μέσο όρο για το σχηματισμό του πολυμερούς. Σχετικές ατομικές μάζες, C:12, H:1. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ΣΤ. Το μεθακρυλικό οξύ έχει τύπο: CH2=C(CH3)COOΗ. Η ένωση αυτή αντιδρά: i. με Br2, ii. με CH3OH και iii. με NaOH παράγοντας, αντίστοιχα, τις οργανικές ενώσεις Α, Β και Γ. α) Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Α, Β και Γ; β) Η οργανική ένωση Β πολυμερίζεται προς πολυμερές Δ. Ποιος ο συντακτικός τύπος του πολυμερούς Δ; ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

91

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

92

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΟΞΕΙΔΩΣΗΣ ΚΑΙ ΑΝΑΓΩΓΗΣ

8 ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΟΞΕΙΔΩΣΗΣ ΚΑΙ ΑΝΑΓΩΓΗΣ

ΘΕΜΑΤΑ ΘΕΩΡΙΑΣ 1. Οξείδωση οργανικών ενώσεων Έχουμε ήδη αναφέρει ότι, γενικά, οξείδωση είναι η αύξηση του αριθμού οξείδωσης (ΑΟ) ενός ατόμου ή ενός ιόντος, ενώ αναγωγή είναι η μείωση του ΑΟ ενός ατόμου ή ενός ιόντος σε μία χημική αντίδραση. Ειδικά στην οργανική χημεία, ως οξείδωση χαρακτηρίζεται η μείωση της ηλεκτρονιακής πυκνότητας του C η οποία προκαλείται π.χ. με σχηματισμό δεσμών του τύπου C−O, C−N, C−X (Χ: αλογόνο) ή με διάσπαση δεσμών του τύπου C−H. Αναγωγή είναι η αύξηση της ηλεκτρονιακής πυκνότητας του C, η οποία προκαλείται π.χ. με σχηματισμό των δεσμών C−H ή με διάσπαση δεσμών C−O, C−N, C−X. Στο παράδειγμα αυτό ο Α.Ο. του C αυξάνεται από –4 στο CH4 σε +4 στο CO2, ενώ ταυτόχρονα η ηλεκτρονιακή πυκνότητα του C μειώνεται, καθώς σχηματίζεται δεσμός με το Ο που είναι περισσότερο ηλεκτραρνητικό.

Χαρακτηριστικό παράδειγμα οξείδωσης μίας οργανικής ένωσης είναι η αντίδραση καύσης της, π.χ.:

Επίσης, πολλές από τις οργανικές αντιδράσεις που έχουμε μελετήσει μέχρι τώρα χαρακτηρίζονται και ως οξειδώσεις, π.χ. η προσθήκη Br2 στο αιθένιο:

Στην αντίδραση αυτή ο ΑΟ καθενός ατόμου C αυξάνεται από −2 στο αιθένιο σε −1 στο 1,2-διβρωμοαιθάνιο ενώ το Br ανάγεται από 0 σε −1. Για να περιγράψουμε με απλό τρόπο την οξείδωση μίας οργανικής ένωσης χρησιμοποιούμε το σύμβολο [Ο] με το οποίο εννοούμε ένα οποιοδήποτε οξειδωτικό μέσο που προκαλεί την οξείδωση αυτή.

Σε πολλές οργανικές αντιδράσεις η οξείδωση συνεπάγεται αποβολή ατόμων Η ή πρόσληψη ατόμων Ο ή και τα δύο ταυτόχρονα. Π.χ. η μετατροπή της αιθανόλης σε αιθανάλη συνεπάγεται αποβολή δύο ατόμων Η, οπότε αντιστοιχεί σε οξείδωση:

Πράγματι, ο ΑΟ του C αυξάνεται από −1 στο −CH2− σε +1 στο −CH=O. Επίσης, η αλογόνωση του CH4 με Cl2 ή Br2 παρουσία φωτός εκτός από αντίδραση υποκατάστασης είναι και αντίδραση οξείδωσης, καθώς συνεπάγεται σχηματισμό δεσμού C−Cl:

93

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

–4

–2

− Στην αντίδραση αυτή ο ΑΟ του C αυξάνεται από –4 σε –2.

2. Συνηθισμένα οξειδωτικά μέσα Θα θυμηθούμε δύο από τα πιο συνηθισμένα οξειδωτικά μέσα, που χρησιμοποιούνται στην οργανική χημεία.

1) Το όξινο διάλυμα υπερμαγγανικού καλίου, KMnO4/H+ (συνήθως ως μέσο οξίνισης χρησιμοποιείται το θειικό οξύ, H2SO4). To διάλυμα αυτό έχει ιώδες (βυσσινί) χρώμα και όταν οξειδώνει κάποια ένωση τα ιόντα MnO4− ανάγονται σε ιόντα Mn2+ που είναι άχρωμα. Έτσι, αν σε διάλυμα ΚΜnO4/H2SO4 προσθέσουμε τη στοιχειομετρικά απαιτούμενη ποσότητα (ή περίσσεια) μιας ένωσης που οξειδώνεται παρατηρείται αποχρωματισμός.

Για την πραγματοποίηση μίας συγκεκριμένης αντίδρασης οξείδωσης οργανικής ένωσης απαιτούνται τα οξειδωτικά μέσα τα οποία περιέχουν στοιχείο που ανάγεται (στο οποίο δηλαδή μειώνεται ο ΑΟ του).

To άτομο που ανάγεται είναι το Mn, που από ΑΟ +7 που εμφανίζει στο KMnO4 μειώνεται σε +2 (Mn2+SO42−). Η μεταβολή του ΑΟ είναι, επομένως: 7 ‒ 2 = 5.

2) Το όξινο διάλυμα διχρωμικού καλίου, K2Cr2O7/H+ (συνήθως ως μέσο οξίνισης χρησιμοποιείται πάλι το θειικό οξύ, H2SO4). To διάλυμα αυτό έχει πορτοκαλί χρώμα και όταν λειτουργεί ως οξειδωτικό τα ιόντα Cr2O72− ανάγονται σε Cr3+, που έχουν πράσινο χρώμα. Σημειώστε ότι η μεταβολή του ΑΟ του Cr είναι κατά 3 (από +6 σε +3). Έτσι, αν σε διάλυμα K2Cr2O7/Η2SO4 προσθέσουμε μία ένωση που οξειδώνεται, παρατηρείται μετατροπή του χρώματος του διαλύματος από πορτοκαλί σε πράσινο.

3. Οξείδωση αλκοολών Οι πρωτοταγείς αλκοόλες (RCH2OH) οξειδώνονται σε αλδεΰδες ή σε καρβοξυλικά οξέα, ανάλογα με τις συνθήκες:

Η οξείδωση της CH3CH2OH προς CH3CHO συνεπάγεται αποβολή δύο ατόμων Η, ενώ η περαιτέρω οξείδωση προς CH3COOH συνεπάγεται επιπλέον πρόσληψη ενός ατόμου Ο. Κατά τις μετατροπές αυτές, η αύξηση του ΑΟ του C είναι κατά 2 από την αλκοόλη στην αλδεΰδη και άλλα 2 από την αλδεΰδη στο οξύ (συνολική αύξηση του ΑΟ κατά 4). Το όξινο διάλυμα KΜnO4 είναι ισχυρότερο οξειδωτικό μέσο και για το λόγο αυτό οδηγεί συνήθως τις πρωτοταγείς αλκοόλες στην παραγωγή αποκλειστικά καρβοξυλικών οξέων. Αντίθετα, με τη χρήση του όξινου διαλύματος K2Cr2O7 η αντίδραση οξείδωσης των πρωτοταγών αλκοολών μπορεί να σταματήσει (έστω και δύσκολα) και στο στάδιο των αλδεϋδών.

94

Στις πρωτοταγείς αλκοόλες, RCH2OH, ο ΑΟ του C είναι ‒1. Με τη οξείδωσή τους σε αλδεΰδες, RCH=O, ο ΑΟ του C γίνεται +1, δηλαδή παρατηρείται μεταβολή (αύξηση) του Α.Ο. κατά 2. Στο οξύ RCOOH ο ΑΟ του C γίνεται +3, οπότε η συνολική μεταβολή του ΑΟ είναι κατά 4.

Η οξείδωση των πρωτοταγών αλκοολών προς αλδεΰδες μπορεί να γίνει με την απομάκρυνση της σχηματιζόμενης αλδεΰδης από τη φιάλη της αντίδρασης, π.χ. με απόσταξη ή με τη χρήση ειδικών αντιδραστηρίων σε μη υδατικούς διαλύτες, π.χ. με το σύστημα CrO3/C5H5N σε CH2Cl2.

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΟΞΕΙΔΩΣΗΣ ΚΑΙ ΑΝΑΓΩΓΗΣ

Στη δευτεροταγή αλκοόλη, RR΄CHOH, ο ΑΟ του C είναι 0. Αν αφαιρέσουμε 2 άτομα Η και σχηματιστεί κετόνη RR΄C=O, ο ΑΟ του C γίνεται +2, δηλαδή παρατηρείται αύξηση του ΑΟ κατά 2.

Oι κετόνες δεν οξειδώνονται παρά μόνο κάτω από πολύ έντονες οξειδωτικές συνθήκες.

Οι δευτεροταγείς αλκοόλες οξειδώνονται αποκλειστικά προς κετόνες με σύγχρονη αποβολή δύο ατόμων Η:

Κατά τη μετατροπή αυτή η αύξηση του ΑΟ του C του καρβονυλίου είναι κατά 2. Οι τριτοταγείς αλκοόλες δεν οξειδώνονται, παρά μόνο υπό έντονες οξειδωτικές συνθήκες που συνεπάγονται διάσπαση της ανθρακικής τους αλυσίδας. Η μετατροπή μιας πρωτοταγούς αλκοόλης σε αλδεΰδη μπορεί να γίνει και με απόσπαση Η2 (αφυδρογόνωση) με θέρμανση παρουσία καταλυτών (Cu ή Αg):

Κατ’ αναλογία, μια δευτεροταγής αλκοόλη αφυδρογονώνεται σε κετόνη:

4. Μεταβολές του ΑΟ στις οξειδώσεις οργανικών ενώσεων

Για την αναγραφή των πλήρων χημικών εξισώσεων για τις μετατροπές αυτές ακολουθούμε συνήθως τα εξής βήματα: α) Γράφουμε τη χημική εξίσωση σημειώνοντας αρχικά τα αντιδρώντα και τα προϊόντα που εμφανίζονται ανάλογα με την περίπτωση. Στην πρωτοταγή αλκοόλη, β) Σημειώνουμε τις μεταβολές RCH2OH, ο Α.Ο. του C είναι -1. στους ΑΟ των στοιχείων που Με τη οξείδωσή της σε αλδεΰδη, εμπλέκονται.

RCH=O, ο Α.Ο. του C γίνεται γ) Χρησιμοποιούμε τονμεταβοκανό+1, δηλαδή παρατηρείται να: Η μεταβολή του κατά ΑΟ του λή (αύξηση) του Α.Ο.

2. Στο οξύ RCOOH ο Α.Ο. του C καθογίνεται στοιχείου που ανάγεται +3, συνολική ρίζειοπότε τον ηαριθμό τωνμεταβολή ατόμων του είναι κατά του Α.Ο. στοιχείου που 4. οξειδώνεται και αντίστροφα. δ) Συμπληρώνουμε τη χημική εξίσωση με τους συντελεστές των υπολοίπων σωμάτων που συμμετέχουν σε αυτή.

Γενικά, όταν μία οργανική ένωση αποβάλλει ένα άτομο Η (ή άτομο Na ή Κ) έχουμε αύξηση του ΑΟ κατά 1, ενώ η πρόσληψη ενός ατόμου Ο αντιστοιχεί σε αύξηση του ΑΟ κατά 2. Έτσι, σε μία πρωτοταγή αλκοόλη που οξειδώνεται σε αλδεΰδη η αύξηση του ΑΟ είναι κατά 2 (αποβολή 2 ατόμων Η), ενώ περαιτέρω οξείδωση σε καρβοξυλικό οξύ η αύξηση του ΑΟ είναι επίσης κατά 2 (πρόσληψη ενός ατόμου Ο). Συνεπώς κατά τη μετατροπή μιας πρωτοταγούς αλκοόλης σε καρβοξυλικό οξύ η αύξηση του ΑΟ είναι κατά 4:

Σε μία δευτεροταγή αλκοόλη που οξειδώνεται σε κετόνη η αύξηση του ΑΟ είναι κατά 2 (αποβολή 2 ατόμων Η):

95

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

5. Παραδείγματα οξείδωσης αλκοολών α) Οξείδωση της CH3CH2OH με KΜnO4/H2SO4

Κατά τα γνωστά, η μεταβολή ΑΟ του C πηγαίνει συντελεστής στο KΜnO4, ενώ η μεταβολή του AO του Mn συντελεστής στην αιθανόλη. Συμπληρώνοντας με τους συντελεστές και των υπολοίπων σωμάτων έχουμε:

Θυμόμαστε ότι η αύξηση του Α.Ο. του C στην περίπτωση αυτή είναι κατά 4, ενώ η μείωση του Α.Ο. του Mn κατά 5;

β) Οξείδωση της CH3CH2OH προς CH3CHO με K2Cr2O7/H2SO4

Η μεταβολή του ΑΟ του Cr (3) πηγαίνει συντελεστής στην αιθανόλη και στην αιθανάλη. Η μεταβολή του ΑΟ του C, όμως (2) πηγαίνει ως συντελεστής στο K2Cr2O7 και στο Cr2(SO4)3, αφού πρώτα διαιρεθεί με το 2:

γ) Οξείδωση της 2-προπανόλης με K2Cr2O7/H2SO4

6. Οξείδωση αλδεϋδών Οι αλδεΰδες οξειδώνονται εύκολα προς τα αντίστοιχα οξέα με τα ίδια άτομα C. Ειδικά για τις αλδεΰδες, εκτός από τα ήδη αναφερόμενα οξειδωτικά μέσα (KMnO4/H2SO4, K2Cr2O7/H2SO4), μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε επιπλέον και δύο ήπια οξειδωτικά μέσα: α) Το αντιδραστήριο Fehling (φελίγγειο υγρό), που αποτελείται κυρίως από αλκαλικό διάλυμα Cu2+ (π.χ. CuSO4/NaOH), γαλάζιου χρώματος. Κατά την αντίδραση ο δισθενής χαλκός ανάγεται προς Cu+, σχηματίζοντας καστανοκόκκινο ίζημα Cu2O. β) To αντιδραστήριο Tollens, που είναι αμμωνιακό διάλυμα AgNO3. Κατά την αντίδραση ο Ag+ από ΑΟ = +1 μετατρέπεται σε μεταλλικό Ag με ΑΟ = 0, σχηματίζοντας κάτοπτρο (καθρέφτη) αργύρου.

96

Hermann von Fehling, Γερμανός χημικός (1812-1885). Καθηγητής χημείας στο Πανεπιστήμιο της Στουτγκάρδης. Στην πρωτοταγή αλκοόλη, Bernhard Gottfried RCH2OH,Christian ο Α.Ο. του C είναι -1.

Tollens (1841–1918). Γερμανός Με τη οξείδωσή της σε αλδεΰδη, χημικός σύνδεσε όνομά RCH=O,που ο Α.Ο. του το C γίνεται του με το περίφημο αντιδραστή+1, δηλαδή παρατηρείται μεταβοριό του, το οποίο ανέπτυξε να λή (αύξηση) του Α.Ο. κατάγια 2. Στο διαφοροποιήσει τα σάκχαρα που οξύ RCOOH ο Α.Ο. του C γίνεται περιέχουν (αλδόζες) από +3, οπότε η–CH=O συνολική μεταβολή τα τα σάκχαρα που τουμεΑ.Ο. είναι κατά 4. περιέχουν κετονομάδα (κετόζες).

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΟΞΕΙΔΩΣΗΣ ΚΑΙ ΑΝΑΓΩΓΗΣ

Παραδείγματα α) Οξείδωση της αιθανάλης με το αντιδραστήριο Fehling

Οι αντιδράσεις με το αντιδραστήριο Fehling και το αντιδραστήριο Tollens χρησιμοποιούνται για τη διάκριση των αλδεϋδών από άλλες τάξεις οργανικών ενώσεων, π.χ. τις αλκοόλες, τις κετόνες κτλ. που δε δίνουν τις αντιδράσεις αυτές.

Προσέξτε ότι η μεταβολή κατά 2 του ΑΟ του C πηγαίνει ως συντελεστής στο CuSO4, αλλά στο Cu2O πρέπει πρώτα να διαιρεθεί με το 2 (καθώς στο Cu2O υπάρχουν 2 άτομα Cu). β) Οξείδωση της αιθανάλης με το αντιδραστήριο Tollens

7. Οξείδωση του HCOOH και του (COOH)2 και των αλάτων τους Tόσο το HCOOH και το (COOH)2, όσο και τα άλατά τους με Na ή K οξειδώνονται και μετατρέπονται σε CO2. Στην πρώτη περίπτωση η μεταβολή του ΑΟ είναι κατά 2 (από +2 σε +4): +3

(COOH)2: αιθανοδιικό ή οξαλικό οξύ ΗCOOH: μυρμηκικό ή μεθανικό οξύ

Προσέξτε ότι στην περίπτωση του (COOH)2 υπάρχουν δύο άτομα C ανά μόριο που οξειδώνονται.

Η CH3OH με KMnO4 ή K2Cr2O7, σε όξινο περιβάλλον οδηγεί στο σχηματισμό HCH=O (φορμαλδεΰδη). Mε Στην πρωτοταγή αλκοόλη,μπορεί περίσσεια οξειδωτικού RCH2OH, ο Α.Ο. του C είναι -1. να οξειδωθεί επιπλέον προς Με τη οξείδωσή της σε αλδεΰδη, HCOOH και τελικά σε CO2 RCH=O, ο Α.Ο. του C γίνεται (κυρίως μεπαρατηρείται το KMnO4).μεταβο+1, δηλαδή λή (αύξηση) του Α.Ο. κατά 2. Στο οξύ RCOOH ο Α.Ο. του C γίνεται +3, οπότε η συνολική μεταβολή του Α.Ο. είναι κατά 4.

+4

Στην περίπτωση της οξείδωσης του (COOH)2 και των αλάτων του η μεταβολή του ΑΟ είναι κατά 1 (από +3 σε +4): +3

+4

Λόγω της οξείδωσης του HCOOH προς CO2 η πλήρης οξείδωση της CH3OH οδηγεί τελικά σε CO2 (συνολική μεταβολή ΑΟ κατά 6):

Το CO2 που παράγεται προκαλεί άσπρο θόλωμα (σχηματισμός CaCO3) όταν διαβιβαστεί σε υδατικό διάλυμα Ca(OH)2 (ασβεστόνερο):

97

Στην πρωτοταγή αλκοόλη, RCH OH, ο Α.Ο. του C είναι -1.

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Παραδείγματα α) Οξείδωση του HCOOH από όξινο διάλυμα KMnO4. Στην αντίδραση αυτή το HCOOH οξειδώνεται σε CO2 (μεταβολή του ΑΟ κατά 2) και το Mn του KMnO4 ανάγεται από +7 σε +2):

β) Οξείδωση του (COONa)2 από όξινο διάλυμα KMnO4

Η μεταβολή του ΑΟ του Mn (5) πρέπει να διαιρεθεί με το 2 πριν μπει συντελεστής στο (COONa)2. Για την αποφυγή, επομένως, κλασματικών συντελεστών οι δύο μεταβολές των ΑΟ πρέπει να πολλαπλασιαστούν με το 2. Τελικά:

γ) Οξείδωση CH3OH από όξινο διάλυμα KMnO4

8. Αντιδράσεις αναγωγής των οργανικών ενώσεων Τις πιο κοινές αντιδράσεις αναγωγής οργανικών ενώσεων τις έχουμε ήδη αναφέρει ως αντιδράσεις προσθήκης Η2 σε:  Αλκένια, αλκίνια προς αλκάνια.  Αλδεΰδες ή κετόνες προς αλκοόλες.  Νιτρίλια προς πρωτοταγείς αμίνες του τύπου RCH2NH2. Μία άλλη αντίδραση αναγωγής είναι η καταλυτική υδρογόνωση των αλκυλαλογονιδίων που γίνεται με επίδραση H2, καταλυτικά.

Π.χ.:

98

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΟΞΕΙΔΩΣΗΣ ΚΑΙ ΑΝΑΓΩΓΗΣ

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΡΩΤΗΣΕΩΝ - ΑΣΚΗΣΕΩΝ - ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΩΝ 1. Να εξηγήσετε γιατί οι αντιδράσεις προσθήκης, CH2=CH2 + Βr2 → ΒrCH2CH2Br και CH2=CH2 + ΗΒr → CH3CH2Br είναι και οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις. Nα εξηγήσετε επίσης γιατί η αντίδραση υποκατάστασης, CH4 + Cl2 → CH3Cl + ΗCl, εκτός από αντίδραση υποκατάστασης είναι και οξειδοαναγωγική αντίδραση. ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Στη χημική εξίσωση, CH2=CH2 + Βr2 → ΒrCH3CH2Br τα δύο άτομα C σχηματίζουν δεσμό C−Br (μείωση της ηλεκτρονιακής πυκνότητας στα δύο άτομα C) και επομένως οξειδώνονται. Το στοιχείο Br2 ανάγεται καθώς από αριθμό οξείδωσης ίσο με το 0 (στο Br2) αποκτά αριθμό οξείδωσης ίσο με −1 στην ένωση ΒrCH2CH2Br. Στην εξίσωση, CH2=CH2 + ΗΒr → CH3CH2Br, το ένα άτομο C σχηματίζει έναν επιπλέον δεσμό C−H (αύξηση της ηλεκτρονιακής πυκνότητας) και επομένως ανάγεται και το άλλο άτομο C σχηματίζει δεσμό C−Br και επομένως οξειδώνεται (μείωση της ηλεκτρονιακής πυκνότητας). Έτσι, στην ίδια ένωση περιέχεται και το στοιχείο που οξειδώνεται και το στοιχείο που ανάγεται. Στη χημική εξίσωση, CH4 + Cl2 → CH3Cl + ΗCl, διασπάται ένας δεσμός C−H και σχηματίζεται ένας δεσμός C−Cl. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση της ηλεκτρονιακής πυκνότητας του C και άρα την αύξηση του αριθμού του οξείδωσης. Παράλληλα, ανάγεται το Cl από 0 στο Cl2 σε −1 στην ένωση CH3Cl και στο ΗCl. 2. Αλκοόλη Α παριστάνεται ως εξής:

α) Για ποιες τιμές των ν, μ και λ η αλκοόλη είναι δευτεροταγής και για ποιες δεν αποχρωματίζει διάλυμα ΚΜnO4/H2SO4; β) Έστω ότι λ = 0 και ν·μ  0 και ότι 15 g της Α οξειδώνονται πλήρως προς οργανικό προϊόν μάζας 14,5 g. Ποιος ο συντακτικός τύπος της A; ΑΠΑΝΤΗΣΗ

α) Για να είναι η αλκοόλη δευτεροταγής θα πρέπει ένα μόνο από τα λ, μ και ν να είναι μηδέν. Δηλαδή: λ = 0 (ν·μ  0) ή μ = 0 (λ·ν  0) ή ν = 0 (λ·μ  0). Για να μην αποχρωματίζει το όξινο διάλυμα υπερμαγγανικού καλίου θα πρέπει η αλκοόλη να είναι τριτοταγής. Άρα ν·μ·λ  0. β) Αν λ = 0 και ν, μ  0, η αλκοόλη είναι δευτεροταγής, οπότε οξειδώνεται σε κετόνη:

n mol

n mol

Αν Μ είναι η σχετική μοριακή μάζα της αλκοόλης, τότε η σχετική μοριακή μάζα της κετόνης θα είναι Μ ‒ 2 (απώλεια δύο ατόμων Η, Αr = 1). Επομένως:

99

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

n

15 14 ,5 , 15·(M – 2) = 14,5·M, M = 60.  M M2

Από τον τύπο της αλκοόλης προκύπτει: Μ = 14·(ν + μ) + 32 = 60, ν + μ = 2 (ν·μ  0) και άρα ν = 1 και μ = 1. Επομένως, η αλκοόλη είναι η 2-προπανόλη.

3. Με διαβίβαση 0,2 mol του αλκενίου Χ σε αραιό διάλυμα Η2SO4 προκύπτουν 0,2 mol αλκοόλης Ψ, η οποία οξειδώνεται πλήρως από όξινο διάλυμα KMnO4 0,1 Μ, οπότε προκύπτει το καρβοξυλικό οξύ Ζ. α) Από τα παραπάνω δεδομένα συμπεραίνεται ότι το αλκένιο Χ είναι το: i. προπένιο, ii. αιθένιο, iii. 2-βουτένιο, iv. 1-βουτένιο. Να αιτιολογήσετε την επιλογή σας. β) Να υπολογίσετε τον όγκο του διαλύματος KMnO4 που καταναλώθηκε για την παραπάνω οξείδωση. ΛΥΣΗ

α) Με την οξείδωση της Ψ προκύπτει καρβοξυλικό οξύ, οπότε η αλκοόλη Ψ θα πρέπει να είναι πρωτοταγής. Το μοναδικό αλκένιο που με προσθήκη νερού δίνει πρωτοταγή αλκοόλη είναι το αιθένιο. Επομένως, η Ψ είναι η CH3CH2OH και το αλκένιο Χ είναι το CH2=CH2. Η σωστή, λοιπόν, επιλογή είναι η ii. β) Οξείδωση της CH3CH2OH σε CH3COOH:

0,2 mol

(4/5)·0,2 mol

Ο όγκος του διαλύματος του KMnO4 θα είναι, επομένως: V 

n 0,16   1,6 L. C 0,1

4. Δίνεται το διάγραμμα των οργανικών αντιδράσεων που ακολουθεί.

Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε και Ζ; ΛΥΣΗ

H ένωση Β είναι αλδεΰδη καθώς αντιδρά με το αντιδραστήριο Fehling και επομένως η ένωση Α είναι πρωτοταγής αλκοόλη, που αφυδατώνεται προς το αλκένιο Δ (αποχρωματίζει διάλυμα Br2 σε CCl4). H ένωση Ε είναι αλκυλοϊωδίδιο (σύμφωνα με τον κανόνα του Markovnikov). Οι ενώσεις Γ (άλας με Na καρβοξυλικού οξέος) και Ε έχουν τα ίδια άτομα C και όταν συνδυαστούν παράγουν τον εστέρα Ζ με 6 άτομα C. Επομένως: Α: 1-προπανόλη, Β: προπανάλη, Γ: προπανικό νάτριο, Δ: προπένιο, Ε: 2ιωδοπροπάνιο, Ζ: προπανικός ισοπροπυλεστέρας.

100

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΟΞΕΙΔΩΣΗΣ ΚΑΙ ΑΝΑΓΩΓΗΣ

Ισομερείς αλκοόλες του τύπου C4H9OH:

5. Για 3 ισομερείς κορεσμένες μονοσθενείς αλκοόλες Α, Β και Γ διαπιστώθηκαν τα εξής: Ι. 2,22 g της Α απαίτησαν για πλήρη οξείδωση 20 mL Κ2Cr2O7 1 Μ οξινισμένου με H2SO4. ΙΙ. 2,22 g της Β απαίτησαν για πλήρη οξείδωση 10 mL Κ2Cr2O7 1 Μ οξινισμένου με H2SO4. ΙΙΙ. Η αλκοόλη Γ δεν οξειδώνεται. α) Με βάση τα δεδομένα αυτά, να χαρακτηρίσετε τις αλκοόλες Α, Β και Γ ως πρωτοταγείς δευτεροταγείς ή τριτοταγείς. β) Να προσδιορίσετε τον κοινό μοριακό τύπο των τριών αλκοολών και τους δυνατούς συντακτικούς τους τύπους. ΛΥΣΗ

α) Η Α είναι πρωτοταγής αλκοόλη που οξειδώνεται αρχικά σε αλδεΰδη και στη συνέχεια σε οξύ και επομένως απαιτεί μεγαλύτερη ποσότητα οξειδωτικού απ΄ ότι η Β, που είναι δευτεροταγής και οξειδώνεται μόνο προς κετόνη. Η Γ που δεν οξειδώνεται είναι τριτοταγής αλκοόλη. β) Έστω CνH2ν+1CH2OH η πρωτοταγής αλκοόλη.

Η ποσότητα του Κ2Cr2O7 που απαιτήθηκε για την οξείδωση είναι: 1·0,02 = 0,02 mol, οπότε στοιχειομετρικά υπολογίζουμε 0,03 mol της Α. Επομένως:

n

m 2,22 ⇒ Mr   74 Mr 0,03

Μr(A) = 12ν + 2ν + 32 = 74 και επομένως ν = 3. Άρα η πρωτοταγής αλκοόλη (A) μπορεί να είναι η 1-βουτανόλη ή η 2-μεθυλο-1-προπανόλη. Η Β θα είναι η 2βουτανόλη και η Γ θα είναι η 2-μεθυλο-2-προπανόλη.

6. Ποσότητα κορεσμένης μονοσθενούς αλδεΰδης μάζας 0,58 g κατεργάζεται με περίσσεια αντιδραστηρίου Tollens, οπότε σχηματίζονται 2,16 g κατόπτρου αργύρου. Να προσδιοριστεί ο συντακτικός τύπος της αλδεΰδης. ΛΥΣΗ

Τα 2,16 g Αg αντιστοιχούν σε n 

n

2,16  0 ,02 mol Ag 108

m 0,58 , Mr   58 Mr 0,01

Αν CνH2νO ο τύπος της αλδεΰδης θα ισχύει: 12ν + 2ν + 16 = 58, ν = 3. Επομένως η αλδεΰδη είναι η CH3CH2CHO (δεν υπάρχει άλλη ισομερής αλδεΰδη).

101

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

7. Ποσότητα κορεσμένης μονοσθενούς αλκοόλης του τύπου C3H8O μάζας 3 g απαιτούν για πλήρη οξείδωση 200 mL διαλύματος KMnO4 0,1 Μ οξινισμένου με Η2SO4. Ποιος ο συντακτικός τύπος της αλκοόλης; ΛΥΣΗ

Η αλκοόλη μπορεί να είναι η 1-προπανόλη ή η 2-προπανόλη, δύο ισομερείς ενώσεις με Mr = 60 και επομένως: n = 3/60 = 0,05 mol. Έστω ότι είναι η 1-προπανόλη, οπότε με KMnO4/Η2SO4 οξειδώνεται προς προπανικό οξύ (CH3CH2COOH):

0,05 mol

0,04 mol

Για την οξείδωση αυτή απαιτούνται 0,04 mol διαλύματος KMnO4 που αντιστοιχούν σε όγκο: V = n/c = 0,04/0,1 = 0,4 L ή 400 mL (απορρίπτεται). Επομένως, η αλκοόλη θα είναι η 2-προπανόλη. Πράγματι:

Για την οξείδωση αυτή απαιτούνται 0,02 mol διαλύματος KMnO4 που αντιστοιχούν σε όγκο: V = n/c = 0,02/0,1 = 0,2 L ή 200 mL. 8. Για την εύρεση των αλκοολικών βαθμών ενός αλκοολούχου ποτού (% v/v σε αιθανόλη) εφαρμόστηκε η παρακάτω διαδικασία: 10 mL από το αλκοολούχο ποτό αραιώθηκαν με νερό μέχρι τελικού όγκου 1 L. 10 mL από το αραιωμένο διάλυμα απαίτησαν 10 mL διαλύματος KMnO4 0,05 Μ οξινισμένου με H2SO4 για πλήρη οξείδωση. Να υπολογίσετε τους αλκοολικούς βαθμούς του ποτού (η πυκνότητα της αιθανόλης να θεωρηθεί ίση με ρ = 0,8 g/mL). ΛΥΣΗ

Τα 10 mL διαλύματος KMnO4 0,05 Μ περιέχουν n = 0,01·0,05 = 5·10-4 mol KMnO4 και επομένως η ποσότητα της αιθανόλης που οξειδώθηκε είναι ίση με:

5 ·5·10-4 = 6,25·10−4 mol CH3CH2OH. 4 Η μάζα της αιθανόλης είναι ίση με 6,25·10−4·46 = 2,875·10−2 g και αντιστοιχεί σε:

V

m = 0,036 mL. ρ

Η ποσότητα αυτή της αιθανόλης υπάρχει στα 10 mL από το αραιωμένο διάλυμα. Στην αρχική ποσότητα του ποτού, υπάρχουν: (1000/10·0,036 mL = 3,6 mL CH3CH2OH. Επομένως: Σε 10 mL αλκοολικού διαλύματος 3,6 mL CH3CH2OH Σε 100 mL x = 36 mL. Άρα, το αλκοολούχο ποτό έχει περιεκτικότητα 36% v/v (ή 36 αλκοολικούς βαθμούς).

102

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΟΞΕΙΔΩΣΗΣ ΚΑΙ ΑΝΑΓΩΓΗΣ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Όλες οι αντιδράσεις να θεωρηθούν μονόδρομες και ποσοτικές (εκτός αν αναφέρεται διαφορετικά). Οι σχετικές ατομικές μάζες δίνονται στο τέλος του βιβλίου. Για νέους… λύτες 8.1. Από τις αλκοόλες: Ι. 3-πεντανόλη, ΙΙ. 2-πεντανόλη, ΙΙΙ. 3-μεθυλο-1-βουτανόλη, ΙV. 3-μεθυλο-2-βουτανόλη, V. 2-μεθυλο-2-βουτανόλη, VI. 2-μεθυλο-1-βουτανόλη, VII. μεθανόλη, οξειδώνονται προς κετόνες: Α) μόνο η V Β) μόνο η VII Γ) η II, η IV και η VII Δ) η I, η II και η VII Ε) καμία από τις παραπάνω περιπτώσεις 8.2. Κατά την οξείδωση της αιθανόλης με διάλυμα K2Cr2O7/H2SO4 στη συνηθισμένη θερμοκρασία παράγεται: Α) μόνο αιθανάλη Β) μόνο αιθανικό οξύ Γ) αιθανάλη ή αιθανικό οξύ ή μίγμα αυτών Δ) μίγμα καρβονυλικών ενώσεων 8.3. Από την οξείδωση των πρωτοταγών αλκοολών με διάλυμα KMnO4/H2SO4 προκύπτουν: Α) καρβοξυλικά οξέα Β) μόνο αλδεΰδες Γ) αλδεΰδες ή καρβοξυλικά οξέα Δ) όλα τα παραπάνω 8.4. Με προσθήκη νερού στο αλκίνιο Α, παρουσία καταλυτών, προκύπτει η ένωση Β που στη συνέχεια ανάγει το αντιδραστήριο Fehling. Από τα δεδομένα αυτά προκύπτει ότι το αλκίνιο Α είναι: Α) ένα οποιοδήποτε αλκίνιο Β) αλκίνιο με τον τριπλό δεσμό στην άκρη της ανθρακικής αλυσίδας Γ) το αιθίνιο Δ) το προπίνιο Ε) ένα αλκένιο με το διπλό δεσμό στην άκρη της ανθρακικής αλυσίδας 8.5. i. Πόσες από τις καρβονυλικές ενώσεις του τύπου C4H8O ανάγουν το αντιδραστήριο Tollens; A) μία B) δύο Γ) τρεις Δ) όλες ii. Ποια από τις παρακάτω οργανικές ενώσεις αντιδρά με HCN και επίσης ανάγει το αντιδραστήριο Tollens; Α) βουτανόνη Β) βουτανάλη Γ) 2-βουτανόλη Δ) βουτανικό οξύ 8.6. Τι από τα παρακάτω ισχύει για την οξείδωση της 2προπανόλης στις συνηθισμένες οξειδωτικές συνθήκες:

Α) Δε μπορεί να γίνει, καθώς οι δευτεροταγείς αλκοόλες δεν οξειδώνονται Β) Δεν μπορεί να γίνει, καθώς οι τριτοταγείς αλκοόλες δεν οξειδώνονται Γ) Δίνει ακετόνη (προπανόνη) Δ) Δίνει, ανάλογα με τις συνθήκες και το οξειδωτικό μέσο, προπανόνη (ακετόνη) ή προπανικό οξύ 8.7. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις σχετικά με ιδιότητες των καρβονυλικών ενώσεων είναι λανθασμένη; Α) Οι αλδεΰδες ανάγονται προς πρωτοταγείς αλκοόλες, ενώ οι κετόνες προς δευτεροταγείς Β) Οι αλδεΰδες οξειδώνονται από το αντιδραστήριο Fehling, ενώ οι κετόνες όχι Γ) Οι αλδεΰδες οξειδώνονται από το αντιδραστήριο Τollens, ενώ οι κετόνες όχι Δ) Oι αλδεΰδες υφίστανται προσθήκη HCN, ενώ οι κετόνες όχι 8.8. Να αντικατασταθούν οι αριθμοί στην πρόταση που ακολουθεί με τα ονόματα των κατάλληλων οργανικών ενώσεων: Κατά την οξείδωση της 1-προπανόλης με K2Cr2O7/H2SO4 παράγεται, ανάλογα με τις συνθήκες, η οργανική ένωση (1) ή η οργανική ένωση (2), ενώ κατά την οξείδωση αυτής με KΜnO4/H2SO4 παράγεται μόνο η ένωση (2).

8.9. Να χαρακτηρίσετε τις προτάσεις που ακολουθούν ως Σωστές (Σ) ή Λανθσμένες (Λ). Α) Οι κετόνες αντιδρούν µε το αντιδραστήριο Tollens (αμμωνιακό διάλυμα νιτρικού αργύρου). Β) Από τα κορεσμένα μονοκαρβοξυλικά οξέα (RCOOH) μόνο το HCOOHπαρουσιάζει αναγωγικές ιδιότητες. Γ) Οι δευτεροταγείς αλκοόλες οξειδώνονται σε κετόνες. Δ) Οι αλκοόλες οξειδώνονται σε αλδεΰδες. Ε) Το οξαλικό οξύ δεν αποχρωματίζει το KMnO4/H+. ΣΤ) Το μεθανικό οξύ μπορεί να αποχρωματίσει διάλυμα KΜnO4/H2SO4. Ζ) Με αναγωγή καρβονυλικών ενώσεων προκύπτουν αλκοόλες. Η) Η πλήρης οξείδωση της CH3OH παράγει ΗCΟΟΗ. Θ) Το αντιδραστήριο Fehling είναι διάλυμα AgNO 3/ΝΗ3.

8.10. Να χαρακτηριστούν οι παρακάτω προτάσεις ως σωστές (Σ) ή λανθασμένες (Λ). Να αιτιολογήσετε τις απαντήσεις σας. Α) Στην αντίδραση προσθήκης: CH3CH═CH2 + HCl → CH3CH(Cl)CH3 o C(1) οξειδώνεται, ενώ ο C(2) ανάγεται.

B) Με οξείδωση της αιθανάλης με το αντιδραστήριο Fehling παράγεται καστανοκόκκινο ίζημα (Cu2O). Γ) Αν κατά την οξείδωση μιας αλκοόλης παράγεται προϊόν με μεγαλύτερη μάζα από την αλκοόλη που οξειδώθηκε, τότε η αλκοόλη αυτή είναι πρωτοταγής.

103

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

8.11. Να εξηγήσετε αν ισχύουν ή όχι οι προτάσεις που ακολουθούν προσδιορίζοντας το λάθος όπου εμφανίζεται. Α) Το αλκένιο το οποίο με προσθήκη νερού και οξείδωση του μοναδικού προϊόντος προσθήκης δίνει καρβοξυλικό οξύ είναι μόνο το αιθένιο. Β) Με επίδραση διαλύματος K2Cr2O7/Η2SO4 σε κάθε αλκοόλη του τύπου CνΗ2ν+2Ο (ν > 1) προκύπτει ανάλογα με τις συνθήκες καρβονυλική ένωση με τύπο CνΗ2νΟ ή καρβοξυλικό οξύ με τύπο CνΗ2νΟ2. Γ) Με επίδραση K2Cr2O7/Η2SO4 σε καθεμία από τις ισομερείς αλκοόλες με τύπο C4H10O προκύπτει, ανάλογα με τις συνθήκες, καρβονυλική ένωση με τύπο C4H8O ή καρβοξυλικό οξύ με τύπο C4H8O2. Δ) Κάθε κορεσμένη μονοκαρβονυλική ένωση μπορεί να παρασκευαστεί με οξείδωση μίας αλκοόλης. Ε) Με δεδομένο ότι μία κορεσμένη αλκοόλη με μοριακό τύπο C4H10O δεν αποχρωματίζει όξινο διάλυμα KMnO4 συμπεραίνουμε ότι η αλκοόλη αυτή είναι η 2-μεθυλο-2προπανόλη. ΣΤ) Η κορεσμένη καρβονυλική ένωση με τύπο C4H8O η οποία με επίδραση του αντιδραστηρίου Τollens δεν σχηματίζει κάτοπτρο Ag είναι η βουτανόνη. Ζ) Η προπανάλη οξειδώνεται τόσο με τη βοήθεια του αντιδραστηρίου Fehling, όσο και με τη βοήθεια διαλύματος KMnO4/H2SO4. Η) Κάθε μία από τις συντακτικά ισομερείς αλκοόλες με τύπο C4H10O μπορεί να παραχθεί με την αναγωγή μιας καρβονυλικής ένωσης με Η2, παρουσία καταλύτη.

θ) Οξείδωση 1-προπανόλης με K2Cr2O7/H2SO4 σε θερμοκρασία μεγαλύτερη από το σημείο βρασμού της προπανάλης (49οC) οπότε ευνοείται ο σχηματισμός προπανάλης. ι) Επίδραση K2Cr2O7/H2SO4 σε αιθανάλη.

8.16. Ποιες από τις άκυκλες κορεσμένες ενώσεις με τύπο C4H8O οξειδώνονται με την επίδραση του αντιδραστηρίου Tollens; Να γραφούν οι σχετικές χημικές εξισώσεις.

8.17. Πόσες ισομερείς αλκοόλες με τύπο C5H12O υπάρχουν; Να ταξινομηθούν ανάλογα με την τάξη τους και με την ικανότητά τους να οξειδώνονται.

8.18. Τρεις η ώρα μετά τα μεσάνυχτα. Είστε αστυνομικός της τροχαίας στην παραλιακή οδό και κάνετε περιπολία. Ξαφνικά βλέπετε έναν οδηγό να σταματάει το αυτοκίνητό του, λίγα μέτρα μακριά σας και να βγαίνει παραπατώντας. Τον βλέπετε να ρίχνει νερό στο κεφάλι του. Τον υποχρεώνετε να κάνει το παλιού τύπου αλκοτέστ που έχετε μαζί σας (αυτό με το γυάλινο σωλήνα που περιέχει K 2Cr2O7, διαποτισμένο με H2SO4). Με το που φυσάει μέσα στο σωλήνα περιεχόμενο γίνεται από πορτοκαλί αμέσως πράσινο. Τι από τα παρακάτω σημαίνει αυτό για σας; Α) Είναι στουπί στο μεθύσι, θα τον πάω στο τμήμα. Β) Δεν έχει πιει ούτε σταγόνα, θα πρέπει μάλλον να είναι απλά αδιάθετος. Να εξηγήσετε την απάντησή σας.

8.19. Η μενθόλη έχει τύπο:

8.12. Η μετατροπή της αιθανόλης σε αιθανάλη, με ποιο από τα αντιδραστήρια, α) διάλυμα KMnO4/H2SO4 ή β) διάλυμα K2Cr2O7/H2SO4 μπορεί να γίνει καλύτερα; Να γράψετε τη χημική εξίσωση της σχετικής αντίδρασης.

8.13. Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων αναγωγής, με Η2 παρουσία καταλύτη, των ενώσεων: α) προπανόνη, β) προπανάλη, γ) προπανονιτριλίου.

8.14. Να θεωρήσετε όλες τις δυνατές ισομερείς αλκοόλες με τύπο C4H9OH. α) Να γράψετε τα δυνατά προϊόντα οξείδωσης για κάθε ισομερές. β) Να γράψετε τις πλήρεις χημικές εξισώσεις οξείδωσης σε μία περίπτωση που προκύπτει οξύ και σε μία περίπτωση που προκύπτει κετόνη με οξειδωτικό της επιλογής σας.

8.15. Να γράψετε τις πλήρεις χημικές εξισώσεις των παρακάτω αντιδράσεων: α) Επίδραση διαλύματος KMnO4/H2SO4 σε αιθανόλη. β) Επίδραση διαλύματος K2Cr2O7/H2SO4 σε 2-προπανόλη. γ) Οξείδωση της 1-προπανόλης με KMnO4/ H2SO4. δ) Κατεργασία αιθανάλης με το αντιδραστήριο Fehling. ε) Κατεργασία προπανάλης με το αντιδραστήριο Tollens. στ) Υδρογόνωση μεθυλοπροπανάλης με Η2/Ni. ζ) Αναγωγή 2-μεθυλοπροπενίου με Η2/Pt. η) Αναγωγή CH3CH2CN με Η2/Ni.

104

(τα άτομα C και Η στο δακτύλιο έχουν παραληφθεί). Παράγεται από είδος δυόσμου και χρησιμοποιείται ως τοπικό αναισθητικό και στον ερεθισμό του λαιμού. Με οξείδωση της μενθόλης με K2Cr2O7/H2SO4 προκύπτει η μενθόνη, μία ένωση που χρησιμοποιείται στην αρωματοποιΐα. Ποιος ο συντακτικός τύπος της μενθόνης; 8.20. Αλκοόλη Α του τύπου C5H12O οξειδώνεται με διάλυμα KMnO4/H2SO4 και προκύπτει ένωση με τύπο C5H10O που δεν αντιδρά με το αντιδραστήριο Tollens. Ποιοι οι δυνατοί συντακτικοί τύποι της Α; Για καλούς… λύτες 8.21. Ένωση Α με τύπο C5H12O έχει τις εξής ιδιότητες: Ι. Αντιδρά με νάτριο εκλύοντας Η2. ΙΙ. Αποχρωματίζει διάλυμα KMnO4/Η2SO4 σχηματίζοντας κετόνη με διακλαδισμένη ανθρακική αλυσίδα. α) Ποιος ο συντακτικός τύπος της Α; β) Ποια αλκένια μπορούν να προκύψουν με αφυδάτωση της Α; Ποιο είναι το βασικό προϊόν; γ) Να γραφούν όλες οι σχετικές χημικές εξισώσεις.

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΟΞΕΙΔΩΣΗΣ ΚΑΙ ΑΝΑΓΩΓΗΣ

8.22. 3,7 g κορεσμένης μονοσθενούς αλκοόλης (A) του τύπου C4H10O αποχρωματίζουν το πολύ 200 mL διαλύματος KMnO4 0,1 Μ οξινισμένου με Η2SO4. Ποιος ο συντακτικός τύπος της A; 8.23. 0,2 mol 2-βουτενίου αντιδρούν πλήρως με νερό παρουσία H2SO4 το διάλυμα που προκύπτει αποχρωματίζει πλήρως x mL όξινου διαλύματος KMnO4 0,5 Μ. Επίσης, όταν αντιδράσουν πλήρως 0,2 mοl 1-βουτενίου με νερό παρουσία H2SO4 το διάλυμα που προκύπτει αποχρωματίζει πλήρως y mL όξινου διαλύματος KMnO4 0,5 Μ. α) Ποια είναι τα προϊόντα οξείδωσης στην πρώτη και στη δεύτερη περίπτωση; β) Να εξηγήσετε γιατί μεταξύ των x και y ισχύει η ανισωτική σχέση: x < y < 2x. γ) Να υπολογίσετε την τιμή του x.

8.24. Διαθέτουμε 13,2 g αιθανάλης. α) Ποιος ο όγκος διαλύματος Κ2Cr2O7 1 Μ οξινισμένου με H2SO4 που απαιτείται για την οξείδωση της παραπάνω ποσότητας αιθανάλης; β) Ποιος ο όγκος διαλύματος ΚΜnO4 1 Μ οξινισμένου με H2SO4 που απαιτείται για την οξείδωση της ίδιας με την παραπάνω ποσότητα αιθανάλης; γ) Πόσα g ιζήματος θα παραχθούν με κατεργασία 13,2 g αιθανάλης με το αντιδραστήριο Fehling; 8.25. Μείγμα αιθανόλης και αιθανάλης κατεργάζεται με περίσσεια αντιδραστηρίου Tollens και προκύπτουν 2,16 g Ag με τη μορφή κατόπτρου. α) Να γράψετε την εξίσωση της αντίδρασης και να υπολογίσετε τη μάζα της αιθανάλης στο διαθέσιμο μείγμα. β) Ίση ποσότητα του παραπάνω μείγματος κατεργάζεται με διάλυμα ΚΜnO4 0,1 M οξινισμένου με Η2SO4 και παρατηρείται ο πλήρης αποχρωματισμός 120 mL από το διάλυμα αυτό. Ποια η μάζα της αιθανόλης στο μείγμα; 8.26. 14,8 g ένωσης Α με τύπο C4H10O οξειδώνονται πλήρως, παράγοντας μίγμα δύο οργανικών προϊόντων Β και Γ. Το προϊόν Β δίνει ίζημα με το αντιδραστήριο Fehling, ενώ το προϊόν Γ απαιτεί για πλήρη εξουδετέρωση 20 mL διαλύματος NaOH 1 Μ. α) Ποιοι οι δυνατοί συντακτικοί τύποι των Α, Β και Γ; β) Ποια η μάζα του προϊόντος Γ; γ) Ποια η απόδοση της μετατροπής της Α στη Γ; 8.27. Διάλυμα έχει όγκο 100 mL και περιέχει ΗCOOH και (COOH)2 σε ίσες συγκεντρώσεις. Το διάλυμα αυτό απαιτεί για την εξουδετέρωση 300 mL διαλύματος ΚΟΗ 0,1 Μ και προκύπτουν 400 mL διαλύματος Δ. Να υπολογιστεί ο μέγιστος όγκος διαλύματος KMnO4 0,1 M, οξινισμένου με Η2SO4, που μπορεί να αποχρωματιστεί από τα 400 mL του διαλύματος Δ.

8.28. Ποσότητα αιθανόλης οξειδώνεται πλήρως σχηματίζοντας μείγμα δύο νέων οργανικών προϊόντων Α και Β,

που έχει μάζα κατά 10% μεγαλύτερη από την αρχική μάζα της αιθανόλης. α) Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των Α και Β, αν είναι γνωστό ότι η Α δίνει κάτοπτρο Ag με κατεργασία με το αντιδραστήριο Tollens; Να γραφεί η εξίσωση της αντίδρασης με το αντιδραστήριο αυτό. β) Ποιο ποσοστό της αιθανόλης οξειδώθηκε σε καθένα από τα δύο προϊόντα της οξείδωσης, ξεχωριστά; 8.29. Ποσότητα ένωσης (Χ) του τύπου C3H8O οξειδώνεται με διάλυμα Κ2Cr2O7 0,1 M οξινισμένο με H2SO4, οπότε ένα μέρος της ποσότητας της οργανικής ένωσης μετατρέπεται σε οργανική ένωση Α και όλη η υπόλοιπη ποσότητα μετατρέπεται σε οργανική ένωση Β. Η ποσότητα της ένωσης Α, κατά την αντίδραση της με αντιδραστήριο Tollens δίνει 4,32 g κατόπτρου. Η ποσότητα της ένωσης Β απαιτεί για την εξουδετέρωση 50 mL διαλύματος NaOH 0,1 Μ. Να υπολογιστεί ο όγκος του διαλύματος Κ2Cr2O7 που απαιτήθηκε για την οξείδωση της ποσότητας της ένωσης Χ.

8.30. Αλκοόλη Α οξειδώνεται προς καρβονυλική ένωση Β με την επίδραση διαλύματος Κ2Cr2O7, παρουσία Η2SO4. Η B αντιδρά στη συνέχεια με HCN παράγοντας την ένωση Γ, η οποία υδρολύεται προς ένωση του τύπου:

α) i. Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων A, Β και Γ; ii. Να γράψετε τις πλήρεις χημικές εξισώσεις όλων των αναφερόμενων αντιδράσεων. β) Ποσότητα της B αντιδρά με το αντιδραστήριο Tollens. Να γράψετε τη χημική εξίσωση της αντίδρασης αυτής. γ) Ποσότητα της ένωσης Α μάζας 6 g αντιδρά πλήρως με SOCl2. Να γράψετε τη χημική εξίσωση της αντίδρασης και να υπολογίσετε τα mol της οργανικής ένωσης που παράγονται, καθώς και τον όγκο του αερίου μίγματος που προκύπτει σε STP. 8.31. 0,6 mol αιθυλενίου αντιδρούν πλήρως με νερό παρουσία H2SO4, οπότε προκύπτει η οργανική ένωση Β. Η Β αντιδρά πλήρως με 350 mL διαλύματος K2Cr2O7 1 M παρουσία H2SO4, οπότε προκύπτει μείγμα δύο οργανικών ενώσεων Γ και Δ. Να βρείτε τη σύσταση, σε mol, του μείγματος των Γ και Δ. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] 8.32. Ποσότητα προπενίου μάζας 4,2 g υφίσταται προσθήκη νερού και όλη η ποσότητά του μετασχηματίστηκε στην αλκοόλη Α (κύριο προϊόν) και στην αλκοόλη Β. H αλκοόλη Α οξειδώνεται με KMnO4/H2SO4 προς ένωση Γ. H αλκοόλη Β οξειδώνεται με K2Cr2O7/H2SO4 προς ένωση Δ, η οποία παράγει κάτοπτρο Αg με την επίδραση κατάλληλου αντιδραστηρίου. α) Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ και Δ; Με ποιο αντιδραστήριο γίνεται ο σχηματισμός κατόπτρου Αg από την ένωση Δ; Να γραφεί η σχετική χημική εξίσωση.

105

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

β) Κατά την προσθήκη νερού σε 4,2 g προπενίου βρέθηκε ότι το μείγμα των ενώσεων Α και Β που παράχθηκε αποχρωμάτισε το πολύ 44 mL διαλύματος ΚΜnO4 1 Μ οξινισμένου με H2SO4. Ποιες οι ποσότητες (σε mol) των ενώσεων Α και Β που σχηματίστηκαν; 8.33. Στο διάγραμμα των οργανικών αντιδράσεων που ακολουθεί η ένωση Α είναι κορεσμένη μονοσθενής πρωτοταγής αλκοόλη.

Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ, Κ και Λ; MIA ΕΙΔΙΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 8.34. Για τη μέτρηση της περιεκτικότητας της ατμόσφαιρας ενός χώρου σε μεθανόλη (CH3OH) χρησιμοποιούνται απορροφητικοί σωλήνες, που περιέχουν K2Cr2O7 διαποτισμένο με H2SO4 και οι οποίοι απορροφούν τη μεθανόλη του χώρου και την οξειδώνουν σε φορμαλδεΰδη (HCH=O). Στους σωλήνες αυτούς εμφανίζεται μία κόκκινη γραμμή που υποδηλώνει ότι η ποσότητα της μεθανόλης στο χώρο είναι οριακή. α) i. Να γράψετε την χημική εξίσωση της αντίδρασης της μεθανόλης με K2Cr2O7/H2SO4 προς φορμαλδεΰδη, συμπληρωμένη και με τους κατάλληλους συντελεστές. ii. Να σχολιάσετε τη φράση που εμφανίζεται στις οδηγίες χρήσεις του σωλήνα: «Όταν ο πράσινος χρωματισμός ξεπεράσει την κόκκινη γραμμή, η συγκέντρωση της μεθανόλης στο χώρο είναι εκτός του αποδεκτού ορίου». β) Ισομοριακό μίγμα μεθανόλης και αιθανόλης οξειδώνεται πλήρως προς μίγμα δύο καρβοξυλικών οξέων με διάλυμα K2Cr2O7 συγκέντρωσης 0,1 Μ, παρουσία H2SO4. Το μίγμα των δύο οξέων που παράχθηκε απαίτησε για την εξουδετέρωσή του 60 mL διαλύματος NaOH 0,1 Μ. Να υπολογιστεί η μάζα του μίγματος των δύο αλκοολών, καθώς και ο όγκος του διαλύματος K2Cr2O7 που απαιτήθηκε για την οξείδωση.

Χημεία και… τέρατα: «Παρασκευή κατόπτρου αργύρου» Υλικά 4 g γλυκόζης, C6H12O6 150 mL διαλύματος AgNO3 0,1 M 10 mL πυκνού διαλύματος NH3 10 mL απεσταγμένου νερού Διαδικασία Διαλύουμε 4 g γλυκόζης σε 10 mL απεσταγμένου νερού σε μία φιάλη των 50 mL. Τοποθετούμε 150 mL διαλύματος AgNO3 0,1 M σε μία άλλη γυάλινη φιάλη των 250 mL και σε αυτή προσθέτουμε 5 mL πυκνού διαλύματος αμμωνίας υπό ανάδευση. Ένα καστανό ίζημα οξειδίου του αργύρου (Ag2O) θα σχηματιστεί το οποίο θα διαλυθεί με την προσθήκη επιπλέον 5 mL πυκνού διαλύματος αμμωνίας, λόγω σχηματισμού υδατοδιαλυτού συμπλόκου του τύπου [Ag(NH3)2]+. Προσθέτουμε στη συνέχεια το διάλυμα της γλυκόζης στο διάλυμα AgNO3/NH3 υπό ανάδευση και τοποθετούμε τη φιάλη της αντίδρασης σε υδρόλουτρο 70oC τελείως ακίνητη. Μέσα σε 5 λεπτά το πολύ στο εσωτερικό της φιάλης θα σχηματιστεί το κάτοπτρο του αργύρου. Προσοχή! Το διάλυμα του AgNO3 είναι δηλητηριώδες αν καταποθεί. Αν πέσει στο δέρμα δημιουργεί με την έκθεση στο ηλιακό φως καστανές κηλίδες που εξαφανίζονται με την πάροδο μερικών ημερών. Μην αναπνέετε το διάλυμα της αμμωνίας και προσοχή στα μάτια σας! Το διάλυμα αμμωνίας μπορεί να αντικατασταθεί με πυκνό διάλυμα ΝaOH ή ΚΟΗ (π.χ. 8 Μ). Τα γυαλικά πρέπει να είναι καθαρά.

106

ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΟΞΕΙΔΩΣΗΣ ΚΑΙ ΑΝΑΓΩΓΗΣ

ΦΥΛΛΑΔΙΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 8 Α. Να συμπληρωθούν οι χημικές εξισώσεις που ακολουθούν:

………………………………………………………………………………………………………………………………………..

………………………………………………………………………………………………………………………………………..

………………………………………………………………………………………………………………………………………..

………………………………………………………………………………………………………………………………………..

………………………………………………………………………………………………………………………………………..

………………………………………………………………………………………………………………………………………..

………………………………………………………………………………………………………………………………………..

Β. Να εξηγήσετε γιατί είναι δυνατός ο προσδιορισμός της συγκέντρωσης διαλύματος HCOOH με ογκομέτρηση με πρότυπο διάλυμα ΚMnO4 παρουσία Η2SO4; Απαιτείται δείκτης σε αυτή την περίπτωση; [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

107

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Γ. Δίνεται το διάγραμμα των οργανικών αντιδράσεων που ακολουθεί:

α) Να γραφούν οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ, Κ και Λ. β) 2,3 g της παραπάνω ένωσης Γ προστίθενται σε 800 mL διαλύματος ΚΜnO4 0,1 Μ οξινισμένου με H2SO4. Να εξετάσετε αν το διάλυμα του KMnO4 θα αποχρωματιστεί ή όχι. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

γ) Ποσότητα της ένωσης Β μάζας 8,8 g οξειδώνονται πλήρως με τη βοήθεια του αντιδραστηρίου Fehling. Να γράψετε την εξίσωση της αντίδρασης και να υπολογίσετε τη μάζα του ιζήματος που προκύπτει. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

Σχετικές ατομικές μάζες, C:12, H:1, O:16, Cu:63,5. Δ. Ποσότητα (COOΝa)2 μάζας 2,01 g κατεργάζεται με την απαιτούμενη ποσότητα διαλύματος KΜnO4 0,1 Μ παρουσία H2SO4 για πλήρη αντίδραση. Να υπολογίσετε: i. τον όγκο του διαλύματος KΜnO4 που απαιτήθηκε και ii. τον όγκο του αερίου (σε STP) που παράχθηκε από την αντίδραση. Σχετικές ατομικές μάζες, C:12, O:16, Νa:23. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

108

9 ΟΞΙΝΟΣ ΚΑΙ ΒΑΣΙΚΟΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΑΣ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ

ΘΕΜΑΤΑ ΘΕΩΡΙΑΣ 1. Όξινος χαρακτήρας οργανικών ενώσεων

βενζοϊκό οξύ

   

Μερικές από τις πιο ενδιαφέρουσες περιπτώσεις οργανικών ενώσεων με όξινη συμπεριφορά είναι: Τα καρβοξυλικά οξέα, RCOOH και το βενζοϊκό οξύ, C6H5COOH. Η φαινόλη, C6H5OH. Οι αλκοόλες, ROH. Τα αλκίνια με τον τριπλό δεσμό στην άκρη της ανθρακικής αλυσίδας (RCCH). Η ισχύς των ενώσεων αυτών ως οξέα ακολουθεί τη σειρά: RCOOH > C6H5OH > ROH > RCCH 2. Περίπτωση καρβοξυλικών οξέων Τα καρβοξυλικά οξέα (τα κορεσμένα μονοκαρβοξυλικά οξέα, RCOOH, τα αρωματικά οξέα, π.χ. το βενζοϊκό οξύ, C6H5COOH, κτλ.) εμφανίζουν τυπικό όξινο χαρακτήρα, παρέχοντας όλες τις αντιδράσεις που τον αποτελούν, μέσω του όξινου υδρογόνου της καρβοξυλομάδας, ‒COOH. Έτσι: α) Ιοντίζονται ασθενώς στα υδατικά τους διαλύματα παρέχοντας Η3Ο+:

Π.χ.:

Οι αντιδράσεις αυτές είναι αντιδράσεις απλής αντικατάστασης.

β) Αντιδρούν με δραστικά μέταλλα (π.χ. Na, Κ, Μg, Ca κτλ.) εκλύοντας αέριο Η2:

Π.χ.:

βενζοϊκό νάτριο

109

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

γ) Εξουδετερώνονται από ισχυρές βάσεις και την αμμωνία (ΝΗ3):

Π.χ.:

δ) Διασπούν τα ανθρακικά ή τα όξινα ανθρακικά άλατα, π.χ. το Na2CO3, το K2CO3, το NaHCO3 κτλ:

3. Περίπτωση φαινολών Οι φαινόλες λειτουργούν στα υδατικά τους διαλύματα ως ασθενή οξέα. Έτσι: α) Ιοντίζονται (ελάχιστα, είναι αλήθεια) στα υδατικά τους διαλύματα παρέχοντας κατιόντα Η3Ο+ και φαινολικά ανιόντα:

Ή πιο απλά: , Ka = 1,1·10−10 Καθώς οι φαινόλες είναι πολύ ασθενή ως οξέα, τα υδατικά διαλύματα των αλάτων τους εμφανίζονται βασικά, π.χ. για το υδατικό διάλυμα C6H5OΝa, έχουμε:

β) Οι φαινόλες αντιδρούν με δραστικά μέταλλα, π.χ. Na ή Κ, ελευθερώνοντας Η2 και παράγοντας φαινολικά άλατα (ή φαινοξείδια) μετάλλων:

γ) Οι φαινόλες εξουδετερώνονται με υδατικά διαλύματα ισχυρών βάσεων, π.χ. NaOH ή ΚΟΗ, οπότε και μετατρέπονται σε φαινολικά άλατα (φαινοξείδια):

110

Η περίπτωση των φαινολών (αλλά και των αλκοολών που θα δούμε στη συνέχεια) φαίνεται να «ξεγελάει» αρχικά, λόγω της παρουσίας του υδροξυλίου, −ΟΗ, που περιέχουν ως χαρακτηριστική ομάδα.

Από την τιμή της Κa βλέπουμε ότι η φαινόλη είναι πολύ ασθενές οξύ, σημαντικά πιο ασθενές από τα συνηθισμένα καρβοξυλικά οξέα (τα οποία διαθέτουν Ka της τάξης του 10−5). Μάλιστα, οι περισσότερες φαινόλες είναι πιο ασθενή οξέα και από το ανθρακικό οξύ (H2CO3), πάντως, όμως, είναι πιο ισχυρά οξέα από το νερό (Η2Ο).

ΟΞΙΝΟΣ ΚΑΙ ΒΑΣΙΚΟΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΑΣ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ

Παρατηρούμε ότι η διπλανή ισορροπία είναι μετατοπισμένη προς τα δεξιά, καθώς η φαινόλη, είναι ασθενέστερο οξύ από Η2CO3.

Τα φαινολικά άλατα μετατρέπονται σε φαινόλες από ισχυρότερα οξέα, όπως το HCl, τα καρβοξυλικά οξέα ή ακόμα και το Η2CO3:

Η φαινόλη, όμως δεν εξουδετερώνεται από ασθενείς βάσεις, π.χ. την ΝΗ3, καθώς είναι ασθενέστερο οξύ από το ΝΗ4+. δ) Οι φαινόλες δεν διασπούν τα ανθρακικά άλατα. Πράγματι, οι φαινόλες είναι πολύ ασθενή οξέα, τόσο που δεν μπορούν να διασπάσουν τα ανθρακικά άλατα (π.χ. το ανθρακικό νάτριο ή το όξινο ανθρακικό νάτριο), καθόσον το Η2CO3 είναι πιο ισχυρό σαν οξύ από αυτές. Έτσι, η ενδεχόμενη ισορροπία,

είναι μετατοπισμένη προς τα αριστερά, δηλαδή δεν εξελίσσεται (πρακτικά) αντίδραση.

4. Περίπτωση αλκοολών Τα αλκοξείδια δίνουν ισχυρά βασικά διαλύματα (γιατί;)

α) Οι αλκοόλες δεν ιοντίζονται στα υδατικά τους διαλύματα. Οι αλκοόλες είναι ακόμη πιο ασθενή οξέα από τις φαινόλες. Είναι πιο ασθενή οξέα ακόμη και σε σχέση με το νερό. β) Οι αλκοόλες αντιδρούν με δραστικά μέταλλα, π.χ. με Na ή Κ. O όξινος χαρακτήρας των αλκοολών αποδεικνύεται με την αντίδρασή τους με τα δραστικά μέταλλα (π.χ. το Νa ή το Κ), οπότε και ελευθερώνεται Η2, ενώ σχηματίζονται αλκοξείδια ή αλκοολικά άλατα:

Η αντίδραση παρασκευής των αλκοξειδίων γράφεται ως εξής: 2ROH + 2Na → 2RONa + H2

Π.χ. :

γ) Οι αλκοόλες δεν αντιδρούν με βάσεις και δεν διασπούν τα ανθρακικά άλατα.

Ένα άτομο άνθρακα που συμμετέχει σε τριπλό δεσμό έχει την ικανότητα να συμπεριφέρεται ως ηλεκτραρνητικό στοιχείο, π.χ. το Ο. Ως αποτέλεσμα, ένα άτομο Η, που συνδέεται με άτομο C τριπλού δεσμού (−CC−H), π.χ. στο αιθίνιο ή ακετυλένιο, H−CC−H, έχει την ικανότητα να εμφανίζει πολύ ασθενή όξινο χαρακτήρα.

Επίσης, δεν δίνουν την αντίδραση εξουδετέρωσης. Έτσι, δεν σχηματίζουν άλατα με την επίδραση π.χ. NaOH ή ΚΟΗ και ούτε βέβαια με ΝΗ3 (ασθενής βάση). Τέλος, καθώς οι αλκοόλες είναι πιο ασθενή οξέα από το ανθρακικό οξύ (H2CO3) δεν διασπούν τα ανθρακικά άλατα.

5. Περίπτωση αλκινίων Τα αλκίνια με τον τριπλό δεσμό στην άκρη της αλυσίδας (RCC‒H) εμφανίζουν αξιοσημείωτο, αλλά πολύ ασθενή, όξινο χαρακτήρα. Τα αλκίνια αυτά αναφέρονται και ως αλκίνια με ακετυλενικό άτομο Η. α) Τα αλκίνια του τύπου R−CC−H, αντιδρούν με δραστικά μέταλλα, π.χ. Νa ή Κ:

111

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Ο όξινος χαρακτήρας των αλκινίων με τον τριπλό δεσμό στην άκρη της ανθρακικής αλυσίδας εκφράζεται και με την αντίδρασή της με αμμωνιακό διάλυμα ιόντων Cu+, οπότε σχηματίζονται χαρακτηριστικά ιζήματα: κεραμέρυθρο ίζημα

β) Τα αλκίνια, RCCH, δεν ιοντίζονται, δεν αντιδρούν με βάσεις (δεν εξουδετερώνονται) και δε διασπούν τα ανθρακικά άλατα. Τα αλκίνια είναι πολύ ασθενή οξέα (ακόμη πιο ασθενή και από τις αλκοόλες) και για το λόγο αυτό δεν εξουδετερώνονται, δεν ιοντίζονται στο νερό και δε διασπούν τα ανθρακικά άλατα.

To ακετυλίδιο του χαλκού (Ι), Cu2C2, είναι ισχυρά εκρηκτική ουσία!

Τα αλκίνια με τον τριπλό δεσμό στην άκρη αντιδρούν επίσης με ΑgNO3 παράγοντας αδιάλυτα ακετυλίδια του Αg, π.χ.: CΗ≡CH(g) + AgNO3 → AgC≡CAg(s) + HNO3

6. Συνοπτικά: ANTIΔΡΑΣΤΗΡΙΑ H2O

Na, K

NaOH, KOH

NH3

Na2CO3, NaHCO3

RCOOH

+

Η3Ο

H2 

Εξουδετέρωση

Εξουδετέρωση

CO2 

C6H5OH

Η3Ο+

H2 

Εξουδετέρωση

―

―

ROH

―

H2 

―

―

―

RCCH

―

H2 

―

―

―

7. Βασικός χαρακτήρας οργανικών ενώσεων Μερικές οργανικές ενώσεις έχουν βασικές ιδιότητες, δηλαδή προσλαμβάνουν Η+, σύμφωνα με τη θεωρία Brönsted - Lowry. Οι πιο σημαντικές οργανικές βάσεις είναι οι αμίνες (οργανικά παράγωγα της αμμωνίας). Άλλα οργανικά σώματα με βασικές ιδιότητες είναι τα καρβοξυλικά ανιόντα, RCOO, τα αντιδραστήρια Grignard, RMgX, τα ακετυλίδια, RCC─, και τα αλκοξυανιόντα RO. Περίπτωση αμινών Οι αμίνες, όπως ακριβώς και η αμμωνία, ΝΗ3, είναι ασθενείς οργανικές βάσεις. Έτσι: α) Ιοντίζονται ασθενώς στα υδατικά τους διαλύματα:

Π.χ.: , Κb = 4·10−4

112

Ανάλογα με τον αριθμό των αλκυλίων που είναι συνδεμένα με το Ν οι αμίνες χαρακτηρίζονται ως πρωτοταγείς, δευτεροταγείς ή τριτοταγείς. Έτσι, η CH3NH2 (μεθυλαμίνη) είναι πρωτοταγής αμίνη, η CH3-NH-CH3 (διμεθυλαμίνη) είναι δευτεροταγής κτλ. Χαρακτηριστικό είναι ότι όλες οι κορεσμένες μονοσθενείς αμίνες έχουν τον ίδιο μοριακό τύπο: CνH2ν+3N (ν  1).

ΟΞΙΝΟΣ ΚΑΙ ΒΑΣΙΚΟΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΑΣ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ

β) Εξουδετερώνονται. Όπως και η αμμωνία, οι αμίνες αντιδρούν με ισχυρά οξέα, π.χ.

HCl, HBr, αλλά και με καρβοξυλικά οξέα, σχηματίζοντας τα αντίστοιχα άλατα αλκυλαμμωνίου: Όπως ίσως φανταζόμαστε, τα άλατα RNH3+Cl– εμφανίζουν όξινο χαρακτήρα, καθώς το κατιόν RNH3+ υδρολύεται παράγοντας Η3Ο+.

Π.χ.:

Τα άλατα αυτά είναι κατά κανόνα διαλυτά στο νερό, με την επίδραση δε ισχυρών βάσεων (ΝaOH, KOH) μετασχηματίζονται στις αρχικές αμίνες:

Περίπτωση καρβοξυλικών ανιόντων Τα ανιόντα RCOO προέρχονται από ασθενή οξέα και επομένως λειτουργούν ως ασθενείς βάσεις.

Τα καρβοξυλικά ανιόντα, RCOO λειτουργούν στα υδατικά τους διαλύματα ως ασθενείς βάσεις, συζυγείς των αντίστοιχων καρβοξυλικών οξέων

Περίπτωση αντιδραστηρίων Grignard, RMgX, ακετυλιδίων, RCC, και αλκοξυανιόντων, RO Τα αντιδραστήρια Grignard, τα ακετυλίδια (ή ακετυλενίδια) και τα αλκοξυανιόντα δρουν ως ισχυρότατες βάσεις. Έτσι, αποσπούν εύκολα Η+ από το νερό σχηματίζοντας, αντίστοιχα, αλκάνια, αλκίνια και αλκοόλες:

Π.χ.:

113

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΡΩΤΗΣΕΩΝ - ΑΣΚΗΣΕΩΝ - ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΩΝ 1. Οι ενώσεις CH3COOH, C6H5OH, CH3C≡CH, CH3CH2OH εμφανίζουν ιδιότητες οξέος κατά Brönsted - Lowry. α) Να διατάξετε τα παραπάνω οξέα κατά σειρά μειούμενης ισχύος. β) i. Ποιες από τις ενώσεις αντιδρούν με NaOH; ii. Ποια από τις ενώσεις αντιδρά με Na2CO3; Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις των σχετικών αντιδράσεων. γ) Να διατάξετε τις συζυγείς βάσεις των παραπάνω οξέων κατά σειρά αυξανόμενης ισχύος. ΑΠΑΝΤΗΣΗ α) Με βάση τη θεωρία που αναπτύξαμε παραπάνω, έχουμε: CH3COOH > C6H5OH > CH3CH2OH > CH3C≡CH

β) i. Mε NaOH αντιδρούν (εξουδετερώνονται) οι ενώσεις: CH3COOH και C6H5OH. ii. Διασπά τα ανθρακικά άλατα (π.χ. το Na2CO3) μόνο το CH3COOH.

γ)

CH3COO─ < C6H5O─ < CH3CH2O─ < CH3C≡C─

2. Να γραφούν χημικές εξισώσεις, που να φανερώνουν την επίδραση του νερού στις παρακάτω οργανικές ενώσεις: α) βενζοϊκό οξύ (C6H5COOH), β) αιθυλαμίνη (CH3CH2NH2), γ) φαινόλη (C6H5OH), δ) αιθυλομαγνησιοϊωδίδιο (CH3CH2MgI) και ε) αιθοξείδιο του νατρίου (CH3CH2OΝa). ΑΠΑΝΤΗΣΗ α) Το βενζοϊκό οξύ, C6H5COOH, είναι ασθενές οξύ και στα υδατικά του διαλύματα ιοντίζεται μερικά παρέχοντας ιόντα Η3Ο+:

β) Η αιθυλαμίνη είναι ασθενής βάση και στα υδατικά της διαλύματα ιοντίζεται παρέχοντας ιόντα ΟΗ─:

γ) Η φαινόλη, C6H5OH είναι πολύ ασθενές οξύ και στα υδατικά της διαλύματα ιοντίζεται πολύ ασθενώς, παρέχοντας ιόντα H3O+:

δ) Το αιθυλομαγνησιοϊωδίδιο, CH3CH2MgΙ, είναι αντιδραστήριο Grignard και λειτουργεί ως ισχυρή βάση κατά Brönsted - Lowry. Έτσι, με επίδραση νερού παράγει αλκάνιο:

114

Όσο πιο ασθενές είναι το συζυγές οξύ, τόσο πιο ισχυρή η συζυγής βάση!

ΟΞΙΝΟΣ ΚΑΙ ΒΑΣΙΚΟΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΑΣ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ

ε) Το αιθοξείδιο του νατρίου, CH3CH2OΝa, διαθέτει το ανιόν CH3CH2O–, που είναι πολύ ισχυρή συζυγής βάση (πιο ισχυρή από το ΟΗ–) της αιθανόλης, CH3CH2OH, που είναι πολύ ασθενές οξύ:

3. 12 g μιας άκυκλης κορεσμένης μονοσθενούς αλκοόλης Α αντέδρασαν πλήρως με την απαιτούμενη ποσότητα Na. Από την αντίδραση αυτή ελευθερώθηκαν 2,24 L αερίου (Β), μετρημένα σε STP, ενώ προέκυψε και στερεό οργανικό προϊόν Γ. Το στερεό αυτό διαλύθηκε στη συνέχεια σε νερό, σχηματίζοντας διάλυμα Δ με έντονα βασική συμπεριφορά. α) Ποιοι οι δυνατοί συντακτικοί τύποι της Α; β) Να εξηγήσετε τη βασική συμπεριφορά του διαλύματος Δ, αναγράφοντας και τις χημικές εξισώσεις των σχετικών αντιδράσεων. γ) Αν είναι επίσης γνωστό ότι τα 12 g της αλκοόλης Α αποχρωματίζουν το πολύ 80 mL διαλύματος KMnO4 1 M οξινισμένου με Η2SO4, ποιος είναι ο συντακτικός τύπος της Α; ΛΥΣΗ α) Έστω CνH2ν+1ΟH η αλκοόλη Α και x mol η ποσότητά της.

x

12 14 ν  18

Η ποσότητα του αερίου Β (Η2) που προκύπτει είναι: n = 2,24/22,4 = 0,1 mol, οπότε από τη στοιχειομετρία της αντίδρασης προκύπτει ότι η ποσότητα της αλκοόλης Α είναι 0,2 mol. Επομένως:

x

12  0,2  14ν  18  60, ν  3 14 ν  18

Η Α διαθέτει τρία άτομα C ανά μόριο, οπότε είναι η 1-προπανόλη ή η 2-προπανόλη. β) Το στερεό Γ είναι το αλκοξείδιο του νατρίου, C3H7ΟΝa. Το υδατικό διάλυμα του Γ στο νερό παρουσιάζεται ισχυρά βασικό, καθώς το ανιόν C3H7Ο αποτελεί τη συζυγή βάση της αλκοόλης Α, που είναι πολύ ασθενές οξύ. Έτσι, η παρακάτω ισορροπία είναι πρακτικά πλήρως μετατοπισμένη προς τα δεξιά:

γ) Η ένωση Α θα είναι η 1-προπανόλη ή η 2-προπανόλη. Έστω ότι είναι η 1προπανόλη. Η εξίσωση της αντίδρασης με το KMnO4/H2SO4 είναι η εξής:

Ο απαιτούμενος όγκος του διαλύματος KMnO4 θα είναι: V

0,16  0,16 L ή 160 mL 1

115

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Καθώς η αλκοόλη Α αποχρωματίζει το πολύ 80 mL διαλύματος KMnO4 θα είναι η 2προπανόλη. Πράγματι, για τη 2-προπανόλη, έχουμε:

V

0,08  0,08 L  80 mL 1

4. Mίγμα δύο κορεσμένων μονοκαρβοξυλικών οξέων έχει μάζα 24 g. Το μίγμα χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. Το 1o μέρος αποχρωματίζει 40 mL διαλύματος KMnO4 1 M οξινισμένο με H2SO4. Το 2o μέρος απελευθερώνει 2,24 L αερίου (σε STP συνθήκες) μετά από κατεργασία με την απαιτούμενη ποσότητα Na2CO3. Nα προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι των δύο οξέων. ΛΥΣΗ Εφόσον το μίγμα αποχρωματίζει διάλυμα KΜnΟ4/Η2SO4 το ένα από τα δύο οξέα θα είναι το ΗCOOH (Μr = 46). Έστω x mol από το ΗCOOH και y mol από το άλλο καρβοξυλικό οξύ με τύπο RCOOH ή CνΗ2ν+1COOH (Μr = 14ν + 46) στο αρχικό μίγμα. Θα ισχύει: 46·x + (14ν + 46)·y = 24 (1).

Η ποσότητα του KMnO4 στο διάλυμά του είναι: n = 1·0,04 = 0,04 mol. Από τη στοιχειομετρία της αντίδρασης στο 1o μέρος, έχουμε:

Άρα: x/2 = 0,1, x = 0,2 mol. Από τις αντιδράσεις των δύο οξέων με Na2CO3, έχουμε:

Από τον παραγόμενο όγκο του CO2, προκύπτει: (0,05 + y/4)·22,4 = 2,24, y = 0,2 mol. Τέλος, από την εξίσωση (1):

46·0,2 + (14ν + 46)·0,2 = 24, 14ν + 92 = 120, ν = 2 Άρα, το άλλο καρβοξυλικό οξύ θα είναι το προπανικό οξύ (CH3CH2COOH).

116

ΟΞΙΝΟΣ ΚΑΙ ΒΑΣΙΚΟΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΑΣ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Όλες οι αντιδράσεις να θεωρηθούν μονόδρομες και ποσοτικές (εκτός αν αναφέρεται διαφορετικά). Οι σχετικές ατομικές μάζες δίνονται στο τέλος του βιβλίου. Για νέους… λύτες 9.1. Ποια από τις παρακάτω ενώσεις δεν διαθέτει όξινες ιδιότητες; Α) 1-βουτανόλη Β) βουτανικό οξύ Γ) 1-βουτίνιο Δ) 2-βουτίνιο 9.2. Τα ανιόντα, CH3CC, CH3CH2O και CH3 είναι: Α) πολύ ασθενείς βάσεις, πιο ασθενείς και από το νερό Β) πολύ ισχυρές βάσεις, πιο ισχυρές και από το ΟΗ– Γ) πολύ ασθενή οξέα, αλλά πιο ισχυρά από το νερό Δ) πολύ ισχυρά οξέα, πιο ισχυρά και από το Η3Ο+ 9.3. Με ποια από τα αντιδραστήρια: i. K, ii. NaOH, iii. Na2CO3, iv. NaHCO3 και v. NH3 δεν αντιδρά η φαινόλη; A) Με το Κ και το NaOH B) Με το NaOH Γ) Mε το Na2CO3 και το NaHCO3 Δ) Με την ΝΗ3, το Na2CO3 και το NaHCO3 9.4. i. Η οργανική ουσία, (CH3)2CHONa είναι: Α) αλκοξείδιο Β) φαινοξείδιο (ή φαινολικό άλας) Γ) ακετυλίδιο Δ) καρβοξυλικό άλας ii. Η παραπάνω οργανική ένωση παρασκευάζεται: Α) με επίδραση NaOH σε προπάνιο Β) με επίδραση Na σε 1-προπανόλη Γ) με επίδραση NaOH σε 2-προπανόλη Δ) με επίδραση Na σε 2-προπανόλη 9.5. Από τις οργανικές ενώσεις, CH3CCCH3 (I), CH3CH2CCH (II), CH3CH2OH (III) και CH3CH2ONa (IV): i. αντιδρά με Νa εκλύοντας αέριο Η2: Α) μόνο η (ΙΙ) Β) η (Ι) και η (ΙΙ) Γ) η (ΙΙ), (ΙΙΙ) και η (ΙV) Δ) η (ΙΙ) και η (ΙΙΙ) ii. σχηματίζει βασικά διαλύματα: Α) μόνο η (ΙΙΙ) Β) μόνο η (ΙV) Γ) η (Ι) και η (ΙV) Δ) η (ΙΙΙ) και η ν (ΙV) 9.6. Από τις ενώσεις, CH3COOH (I), C6H5OH (II), C3H7OH (III), CH3CCH (IV), CH3MgCl (V), CΗ3CΗ2Cl (VI) και C6H5CH2OH (VII) αντιδρούν με μεταλλικό Na εκλύοντας αέριο Η2 και επίσης με ΝaHCO3 εκλύοντας CO2: Α) η (I) και η (VII) Β) μόνο η (Ι) Γ) μόνο η (ΙΙ) Δ) άλλες (προσδιορίστε) 9.7. Από τις ενώσεις: CH3COOH (I), C6H5OH (II), C3H7OH (III), CH3CCH (IV), CH3MgCl (V), C6Η5COOH (VI) και C6H5CH2OH (VII), αντιδρούν με μεταλλικό Κ και επίσης με KOH:

Α) οι (I) και (VII) Γ) μόνο η (ΙΙ)

Β) μόνο η (Ι) Δ) άλλες (προσδιορίστε)

9.8. Από το εξής σύνολο ενώσεων: μεθανικό οξύ, αιθάνιο, αιθυλαμίνη και βενζοϊκό νάτριο, i. αντιδρούν με το HCl: Α) η αιθυλαμίνη και το βενζοϊκό νάτριο Β) μόνο η αιθυλαμίνη Γ) μόνο το βενζοϊκό νάτριο Δ) άλλη ένωση (προσδιορίστε) ii. αντιδρούν τόσο με το HCl, όσο και με το Na Α) μόνο το μεθανικό οξύ Β) μόνο η αιθυλαμίνη Γ) μόνο το αιθάνιο Δ) το αιθάνιο και η αιθυλαμίνη Ε) καμία 9.9. Από το εξής σύνολο οργανικών ενώσεων, CH3CH=CH2 (I), CH3CH2ΟΗ (II), CH3CH2CCH (III), CH3CH2CH2NH2 (IV), και CH3CCCH3 (V): i. παρέχουν ίζημα όταν κατεργαστούν με αμμωνιακό διάλυμα CuCl: A) η (III) Β) η (Ι) Γ) η (Ι) και η (ΙΙΙ) Δ) η (Ι), η (ΙΙΙ) και η (V) Ε) καμία ii. αντιδρούν με μεταλλικό νάτριο εκλύοντας Η2: A) η (Ι) και η (ΙΙΙ) Β) οι (ΙΙ) και (ΙΙΙ) Γ) μόνο η (ΙΙΙ) Δ) άλλες (προσδιορίστε) iii. εξουδετερώνονται από υδατικό διάλυμα HCl: Α) οι (ΙΙ) και (ΙΙΙ) Β) μόνο η (IV) Γ) οι (ΙΙ) και (ΙV) Δ) άλλες (προσδιορίστε) 9.10. Από τις άκυκλες ισομερείς ενώσεις του τύπου C5H8, αντιδρούν με μεταλλικό Νa ελευθερώνοντας Η2: Α) όλα τα αλκίνια Β) ένα μόνο αλκίνιο Γ) δύο αλκίνια Δ) τρία αλκίνια και έξι αλκαδιένια 9.11. Nα αντικαταστήσετε τους αριθμούς στο παρακάτω κείμενο με τους τύπους που λείπουν: «Οι ενώσεις, CH3CH2MgCl, CHCNa και CH3CH2ONa αντιδρούν με Η2Ο και προκύπτουν αντίστοιχα οι οργανικές ενώσεις (1), (2) και (3). Στις αντιδράσεις αυτές ως ισχυρές βάσεις συμπεριφέρονται αντίστοιχα τα ιόντα (4), (5) και (6).»

9.12. Nα αντικαταστήσετε τους αριθμούς στο κείμενο που ακολουθεί με τους τύπους ή τις λέξεις που λείπουν: «Οι οργανικές ενώσεις του τύπου RNH2 ονομάζονται (1) (2) και εμφανίζουν (3) ιδιότητες. Έτσι, αντιδρούν με ισχυρά (4) και σχηματίζουν άλατα του τύπου (5). Π.χ. η CH3CH2NH2 αντιδρά με το HCl και σχηματίζει το άλας με τύπο (6).»

117

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

9.13. Να αντιστοιχήσετε καθένα από τα αντιδραστήρια της στήλης (ΙΙ) με μία μόνο από τις οργανικές ενώσεις τις στήλης (Ι) με τις οποίες αντιδρούν. Α. Β. Γ. Δ. Ε.

Ι CH3C≡CH CH3COOH CH3NH2 CH3MgCl C6H5OH

1.

2.

3.

4.

5.

ΙΙ Na NaOH NaHCO3 HCl H2O

9.14. Να γίνει αντιστοίχηση καθενός από τα αντιδραστήρια τις στήλης (ΙΙ) με μία από τις οργανικές ενώσεις τις στήλης (Ι) και να γραφούν οι πλήρεις χημικές εξισώσεις. Α. Β. Γ. Δ.

Ι C6H5COOH CH3CH2NH2 CH3CH2OH C6H5OH

1.

2.

3.

4.

ΙΙ KOH NaHCO3 HBr Na

9.15. Να χαρακτηρίσετε τις προτάσεις που ακολουθούν ως σωστές (Σ) ή όχι. Να αιτιολογήσετε τις επιλογές σας. Α) Αν προσθέσουμε μεταλλικό Νa σε καθένα από τρία ποτήρια που περιέχουν αιθανικό οξύ, φαινόλη και αιθανόλη θα παρατηρήσουμε ότι ελευθερώνεται αέριο και στα τρία ποτήρια. Β) Όλα τα αλκίνια με μοριακό τύπο C4H6 αντιδρούν με CuCl/NH3 παρέχοντας καστανοκόκκινο ίζημα. Γ) Από το δεδομένο ότι οι αμίνες είναι ασθενείς βάσεις, προκύπτει ότι οι ενώσεις αυτές αντιδρούν μόνο με ισχυρά οξέα. Δ) Από την χημική εξίσωση: RO− + H2O → ROH + OH−, προκύπτει ότι οι κορεσμένες μονοσθενείς αλκοόλες εμφανίζουν πολύ ασθενή όξινο χαρακτήρα.

9.16. Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους για τις (πρωτοταγείς) αμίνες που αντιστοιχούν στον τύπο C3H7NH2, καθώς και τις χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων που πραγματοποιούνται κατά την επίδραση ΗCl σε καθεμία από τις αμίνες αυτές.

9.17. Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις εξουδετέρωσης της CH3NH2 με: α) ΗCl β) CH3COOH γ) Η2SO4 Να εξετάσετε στη συνέχεια αν τα υδατικά διαλύματα των αλάτων που προκύπτουν έχουν όξινο, βασικό ή ουδέτερο χαρακτήρα. Κa(CH3COOH) = 2·10−5Kb(CH3ΝΗ2) = 4·10−4. Tο ιόν SO42− δεν υδρολύεται.

9.18. Η τυραμίνη,

118

είναι γνωστή φαρμακευτική ουσία, που προκαλεί υψηλή πίεση στο αίμα και ταχυκαρδία. Να γράψετε τις εξισώσεις των αντιδράσεων της τυραμίνης με i. HCl και ii. NaOH. 9.19. Το ανθρακασβέστιο, CaC2, είναι οργανική ένωση (καρβίδιο ασβεστίου) και χρησιμοποιείται για τη βιομηχανική παρασκευή του ακετυλενίου. Η αντίδρασή του με το νερό ανακαλύφθηκε από τον Wöhler το 1862. Ποια η χημική εξίσωση της αντίδρασης αυτής; Να εξηγήσετε γιατί είναι πλήρως μετατοπισμένη προς τα δεξιά.

9.20. Δίνονται οι οργανικές ενώσεις που έχουν όξινες ιδιότητες: CH3COOH, C6H5OH, CH3C≡CH και CH3CH2OH. α) Να τις κατατάξετε κατά σειρά αυξανόμενης ισχύος ως οξέα, παρεμβάλλοντας και το Η2Ο. β) Να γράψετε τις συζυγείς τους βάσεις και να τις κατατάξετε κατά σειρά αυξανόμενης ισχύος. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] 9.21. Το βενζοϊκό νάτριο (C6H5COONa) είναι συντηρητικό σε τρόφιμα και αναψυκτικά. Να γράψετε 3 χημικές εξισώσεις με τις οποίες να προκύπτει το βενζοϊκό νάτριο από το βενζοϊκό οξύ.

9.22. Ποια η συζυγής βάση σε καθένα από τα οξέα: α) CH3OH β) CΗ3CΟΟΗ γ) CH3NH3+ δ) CH3CCH ε) C6H5OH 9.23. Να ταξινομήσετε τις οργανικές ενώσεις A, B, Γ και Δ που ακολουθούν κατά σειρά αυξανόμενης τιμής pKa. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας.

9.24. Να εξηγήσετε γιατί η ισορροπία:

CHCH + CH3CH2−

CHC− + CH3CH3

είναι μετατοπισμένη προς τα δεξιά.

9.25. Μεταλλικό Na επιδρά σε: 1) προπίνιο, 2) 2-προπανόλη, 3) φαινόλη και 4) προπανικό οξύ, οπότε προκύπτουν, αντίστοιχα, τα οργανικά προϊόντα Α, Β, Γ και Δ. α) Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των Α, Β, Γ και Δ. β) Να συγκρίνετε τις ενώσεις Α, Β, Γ και Δ ως προς το βασικό τους χαρακτήρα.

9.26. Να γράψετε τις εξισώσεις των αντιδράσεων του αιθανικού οξέος με τα παρακάτω αντιδραστήρια: α) Na2CO3 β) NaHCO3 γ) H2O δ) NaOH ε) Na στ) Ca

ΟΞΙΝΟΣ ΚΑΙ ΒΑΣΙΚΟΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΑΣ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ

9.27. Να γράψετε τις εξισώσεις των αντιδράσεων της αιθανόλης με τα παρακάτω αντιδραστήρια (όποιες γίνονται): α) Na β) ΚOH γ) ΝΗ3 δ) Na2CO3 9.28. Να ταξινομήσετε τα καρβοξυλικά οξέα, τις φαινόλες και το ανθρακικό οξύ κατά σειρά αυξανόμενου pKa. Να εξηγήσετε γιατί τα καρβοξυλικά οξέα αντιδρούν με υδατικό διάλυμα NaHCO3 εκλύοντας CO2, ενώ οι φαινόλες όχι. Για καλούς… λύτες 9.29. Να εξετάσετε αν τα διαλύματα που θα προκύψουν σε καθεμία από τις παρακάτω περιπτώσεις είναι όξινα, αλκαλικά ή ουδέτερα: α) Διάλυση CH3CH2OΝa σε νερό. β) Προσθήκη 0,1 mol CH3CH2NH2 σε 1 L διαλύματος HCl 0,1 Μ. γ) Ανάμιξη ίσων όγκων διαλύματος CH3COOH 0,1 Μ και διαλύματος NaOH 0,1 M. δ) Αντίδραση 1 mol ακετυλενίου (CH≡CH) με 1 mol Na και διάλυση του προϊόντος της αντίδρασης σε νερό.

9.30. Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α, Β και Γ με βάση τις παρακάτω πληροφορίες. α) Η ένωση Α έχει τύπο C3H6O2 και με κατεργασία με Na2CO3 ελευθερώνει αέριο. β) Το αντιδραστήριο Grignard Β με επίδραση νερού παράγει μεθυλοπροπάνιο. γ) Η ένωση Γ έχει τύπο C4H6 και με κατεργασία με αμμωνιακό διάλυμα CuCl σχηματίζει ίζημα.

9.31.. Η γλυκίνη είναι το απλούστερο αμινοξύ με τύπο Η2ΝCH2COOH. Ποιες χημικές εξισώσεις περιγράφουν την επίδραση: i. HCl, ii. ΝaOH, iii. Νa2CO3, στο αμινοξύ αυτό; 9.32. Για μία οργανική ένωση Α διαπιστώθηκαν τα εξής: i. Αποτελείται από C, H και Ο. ii. Έχει Μr = 60. iii. Αντιδρά με NaHCO3 ελευθερώνοντας αέριο CO2. α) Ποιος ο συντακτικός τύπος της Α; β) Να υπολογίσετε τον όγκο του αερίου σε STP που θα ελευθερωθεί, αν προσθέσουμε 1 mol της ένωσης Α σε διάλυμα που περιέχει 2 mol NaHCO3. Για δυνατούς… λύτες 9.33. Το δοχείο του σχήματος περιέχει αρχικά 9,2 g ατμών αιθανόλης. Στο δοχείο αυτό εισάγουμε 0,46 g Νa, οπότε παρατηρούμε ότι το έμβολο μετακινείται αργά και σταθεροποιείται τελικά σε μία ορισμένη θέση. Το δοχείο βρίσκεται υπό σταθερή θερμοκρασία.

9,2 g CH3CH2OH

P = 1 atm θ=σταθ.

α) Να εξηγήσετε για ποιο λόγο μετακινήθηκε το έμβολο και προς ποια κατεύθυνση. β) Να υπολογίσετε τη σύσταση των αερίων που περιέχονται τελικά στο δοχείο. γ) Να εξετάσετε τι θα συμβεί αν, μετά από την εισαγωγή του Na, εισάγουμε στο δοχείο μικρή ποσότητα νερού αμελητέας τάσης ατμών. Οι όγκοι των μη αερίων σωμάτων είναι αμελητέοι.

9.34. Ποσότητα οργανικής ένωσης Α του τύπου C2H6O χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. Το 1ο μέρος κατεργάζεται με περίσσεια μεταλλικού Na, οπότε ελευθερώνονται 0,56 L αερίου μετρημένα σε STP. Το 2ο μέρος οξειδώνεται πλήρως με διάλυμα KMnO4 0,1 M οξινισμένου με Η2SO4, οπότε προκύπτει οργανικό προϊόν Β. Όλη η ποσότητα της ένωσης Β διαλύεται σε νερό και στη συνέχεια ογκομετρείται με πρότυπο διάλυμα NaOH 1 Μ. α) Ποιος ο συντακτικός τύπος της ένωσης Α και ποια η μάζα της αρχικής ποσότητάς της; β) Ποιος όγκος διαλύματος KMnO4 απαιτείται για την οξείδωση του 2oυ μέρους της ποσότητας της Α; γ) Ποιος όγκος πρότυπου διαλύματος NaOH χρησιμοποιήθηκε μέχρι το ισοδύναμο σημείο της ογκομέτρησης του διαλύματος της ένωσης Β; 9.35. H αιθανόλη (CH3CH2OH) που περιείχε ποσότητα κρασιού μετατράπηκε μερικά σε ξύδι (CH3COOH). Για τον προσδιορισμό της περιεκτικότητας του κρασιού σε ξύδι, λαμβάνονται 50 mL δείγματος κρασιού και ογκομετρούνται με πρότυπο διάλυμα NaOH 1 Μ, παρουσία κατάλληλου δείκτη, οπότε μέχρι το πέρας της ογκομέτρησης καταναλώθηκαν 50 mL από το πρότυπο διάλυμα. α) Nα γράψετε την εξίσωση της αντίδρασης της ογκομέτρησης και να χαρακτηρίσετε την ογκομέτρηση ως οξυμετρία ή αλκαλιμετρία. β) Να υπολογίσετε την % w/v περιεκτικότητα του κρασιού σε CH3COOH. γ) Άλλα 50 mL δείγματος του ίδιου κρασιού κατεργάζονται με περίσσεια Na2CO3. Ποιος όγκος αερίου (μετρημένος σε STP) ελευθερώθηκε κατά τη διαδικασία αυτή; Να θεωρηθεί ότι το μόνο οξύ που υπάρχει στο δείγμα του κρασιού είναι το CH3COOH. 9.36. Διάλυμα όγκου 1 L περιέχει τα καρβοξυλικά οξέα HCOOH 0,05 Μ και CH3COOH 0,5 Μ. Στο διάλυμα αυτό προστίθεται περίσσεια Mg. Να υπολογίσετε τον όγκο του εκλυόμενου αερίου σε πρότυπες συνθήκες (STP). [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] 9.37. Ισομοριακό μίγμα δύο κορεσμένων μονοκαρβοξυλικών οξέων έχει μάζα 13,4 g. To μίγμα αντιδρά πλήρως με Νa2CO3 και προκύπτουν 2,24 L αερίου σε STP. α) Ποιοι οι δυνατοί συντακτικοί τύποι των δύο καρβοξυλικών οξέων; β) Πως μπορεί να ταυτοποιηθεί το αέριο που προκύπτει από την παραπάνω αντίδραση;

119

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

ΦΥΛΛΑΔΙΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 9 Α. Να συμπληρωθούν οι χημικές εξισώσεις που ακολουθούν:

……………………………………………………………………………………………………………………………………….

………………………………………………………………………………………………………………………………………. .

……………………………………………………………………………………………………………………………………….

……………………………………………………………………………………………………………………………………….

……………………………………………………………………………………………………………………………………….

……………………………………………………………………………………………………………………………………….

……………………………………………………………………………………………………………………………………….

……………………………………………………………………………………………………………………………………….

……………………………………………………………………………………………………………………………………….

……………………………………………………………………………………………………………………………………….

……………………………………………………………………………………………………………………………………….

120

ΟΞΙΝΟΣ ΚΑΙ ΒΑΣΙΚΟΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΑΣ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ

Β. H π-αμινοφαινόλη είναι μία οργανική ένωση με τύπο:

Να γραφούν οι εξισώσεις των αντιδράσεων της π-αμινοφαινόλης με i. NaOH και ii. με HCl. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. Γ. Διαθέτουμε ποσότητα κορεσμένης μονοσθενούς αλκοόλης Χ και θέλουμε να προσδιορίσουμε τον συντακτικό της τύπο. Για το σκοπό αυτό 8,8 g της Χ κατεργάζονται με περίσσεια μεταλλικού Na, οπότε προκύπτουν 1,12 L αερίου μετρημένα σε STP. α) Να δείξετε ότι η αλκοόλη Χ έχει μοριακό τύπο C5H12O. β) Αν είναι γνωστό ότι η αλκοόλη Χ δεν αποχρωματίζει διάλυμα KMnO4/H2SO4, ποιος είναι ο συντακτικός της τύπος; Σχετικές ατομικές μάζες, C:12, H:1, O:16. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. Δ. Υδατικό διάλυμα περιέχει 6 g κορεσμένου μονοκαρβοξυλικού οξέος (X). Όταν το διάλυμα κατεργαστεί με την απαιτούμενη ποσότητα Na2CO3 παρατηρείται η απελευθέρωση αερίου όγκου 1,12 L (σε STP) και απομένει διάλυμα όγκου 100 mL. α) Ποιος ο συντακτικός τύπος του οξέος; β) Ποιο το pH του διαλύματος που προκύπτει μετά την πλήρη απομάκρυνση του αερίου CO 2; Η σταθερά ιοντισμού του οξέος Χ έχει τιμή Κa = 10−5. Να θεωρήσετε τις κατάλληλες προσεγγίσεις. θ=25οC. Κw = 10−14. Σχετικές ατομικές μάζες, C:12, H:1, O:16. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………..…

121

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………..… ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………..… ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………..… ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………..… ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

122

10 ΑΛΟΓΟΝΟΦΟΡΜΙΚΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΔΙΑΚΡΙΣΕΙΣ - ΤΑΥΤΟΠΟΙΗΣΕΙΣ

ΘΕΜΑΤΑ ΘΕΩΡΙΑΣ 1. Αλογονοφορμική αντίδραση α) Ποιες ενώσεις δίνουν την αλογονοφορμική αντίδραση; Η αλογονοφορμική αντίδραση συμβαίνει με την επίδραση αλογόνων (Cl2 ή Br2 ή Ι2) παρουσία καυστικών αλκαλίων (ΝaΟΗ ή ΚΟΗ) σε:  Αλκοόλες του τύπου: Οι κετόνες του τύπου:

αναφέρονται και ως μεθυλοκετόνες.

 Καρβονυλικές ενώσεις του τύπου:

Αν R = Η προκύπτει η πιο απλή αλκοόλη που δίνει την αλογονοφορμική αντίδραση και η μοναδική πρωτοταγής, η αιθανόλη (CH3CH2OH). Επίσης, προκύπτει η μοναδική αλδεΰδη, που δίνει την αλογονοφορμική αντίδραση, η αιθανάλη (CH3CHO). Την αλογονοφορμική αντίδραση δίνουν π.χ. οι ενώσεις:

Αντίθετα, δεν δίνουν την αλογονοφορμική αντίδραση π.χ. οι ενώσεις:

β) Ποια είναι τα στάδια της αλογονοφορμικής αντίδρασης; H αλογονοφορμική αντίδραση περιλαμβάνει τρία στάδια αν πρόκειται για αλκοόλη και δύο στάδια αν πρόκειται για καρβονυλική ένωση (CH3CHO ή μεθυλοκετόνη). Το 1ο στάδιο είναι η μετατροπή της αλκοόλης στην αντίστοιχη καρβονυλική ένωση (οξείδωση), στο 2ο στάδιο γίνεται υποκατάσταση 3 ατόμων Η από άτομα αλογόνου, ενώ στο 3ο στάδιο γίνεται η παραγωγή του αλογονοφορμίου (CHCl3, CHBr3 ή CHI3).

123

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Στον τρόπο γραφής της αλογονοφορμικής αντίδρασης που ακολουθεί, τα 5 μόρια ΗΧ που παράγονται στα 2 πρώτα στάδια εξουδετερώνονται στο τέλος από το υπάρχον ΝaΟΗ (η εξουδετέρωση δε θεωρείται επί πλέον στάδιο, καθώς γίνεται παράλληλα): (1) Οξείδωση

( (2) Υποκατάσταση

(3) Υποκατάσταση της ομάδας – CX3 με −ΟΝa

Η συνολική εξίσωση της αλογονοφορμικής αντίδρασης για καρβονυλικές ενώσεις (λείπει το 1ο στάδιο) είναι η εξής:

γ) Για την αλογονοφορμική αντίδραση πρέπει να γνωρίζουμε και τα εξής: i. Αν το αλογόνο που χρησιμοποιείται είναι το I2, προκύπτει το ιωδοφόρμιο, CHI3 που είναι κίτρινο στερεό ίζημα. Με τον τρόπο αυτό μπορούμε να συμπεράνουμε αν μια οργανική ένωση δίνει την αλογονοφορμική αντίδραση (τεστ ιωδοφορμίου). ii. Η αλογονοφορμική αντίδραση συνεπάγεται αποικοδόμηση της ανθρακικής αλυσίδας κατά ένα άτομο C, αυτό που πηγαίνει στο CHX3. iii. Στην περίπτωση καρβονυλικής ένωσης τα στάδια είναι μόνο δύο και οι συντελεστές στα αντιδρώντα της συνολικής εξίσωσης είναι 3 για το Cl2 και 4 για το ΝaOH. iv. Πώς από το προϊόν «μαντεύουμε» την αρχική αλκοόλη ή την κετόνη που έδωσε την αλογονοφορμική; Προσέξτε πως μετασχηματίζεται η αρχική ένωση ώστε να προκύψει το άλας RCOONa: «Φεύγει» το −CH3 και στη θέση του εμφανίζεται το −ΟΝa:

Φανταστείτε επίσης τον τύπο της αλκοόλης ή της καρβονυλικής ένωσης, αν γνωρίζετε τον τύπο του οργανικού άλατος: «Διώχνουμε» το –ΟΝa του οργανικού άλατος και στη θέση του βάζουμε το –CH3. Προκύπτει έτσι η καρβονυλική ένωση. Όσο για την αλκοόλη, προκύπτει από την αντίστοιχη κετόνη με την εισαγωγή δύο επιπλέον ατόμων Η.

124

Το χλωροφόρμιο (CHCl3) και το (CHBr3) είναι υγρά, ενώ το (CHI3) είναι κίτρινο στερεό ίζημα.

Στην αλογονοφορμική αντίδραση έχουμε αποικοδόμηση της ανθρακικής αλυσίδας, καθώς ένα άτομο C μεταφέρεται στο CHX3.

ΑΛΟΓΟΝΟΦΟΡΜΙΚΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΔΙΑΚΡΙΣΕΙΣ - ΤΑΥΤΟΠΟΙΗΣΕΙΣ

Παραδείγματα 1) Επίδραση Ι2/ΝaOH σε 2-προπανόλη

2) Επίδραση Cl2/NaOH σε αιθανόλη

2. Διακρίσεις ταυτοποιήσεις - Ορισμοί Διάκριση μιας ένωσης είναι μια δοκιμασία (αντίδραση) που μας επιτρέπει να διακρίνουμε δύο ή περισσότερες οργανικές ενώσεις μεταξύ τους. Υπολογίζοντας τον αριθμό mol Br2 που καταναλώνεται ανά mol του ακόρεστου υδρογονάνθρακα μπορούμε να κάνουμε διάκριση μεταξύ μίας ένωσης που περιέχει ένα διπλό δεσμό (π.χ. αλκένιο) και μίας ένωσης που περιέχει ένα τριπλό δεσμό ή και δύο διπλούς δεσμούς (αλκίνιο ή αλκαδιένιο, αντίστοιχα). Πάντως, συνήθως δεν χρησιμοποιούμε υπολογισμούς για τη διάκριση μιας ουσίας από μία άλλη.

Πως μπορούμε να διακρίνουμε το 1-βουτίνιο από το 2βουτίνιο;

Για να είναι αποτελεσματική μία τέτοια αντίδραση θα πρέπει να:  Πραγματοποιείται σχετικά εύκολα.  Συνεπάγεται κάποιο οπτικό αποτέλεσμα (έκλυση αερίου, αλλαγή χρώματος ενός διαλύματος, παραγωγή ιζήματος κτλ.) Ταυτοποίηση είναι η διαδικασία για τον καθορισμό του συντακτικού τύπου μιας ένωσης, όταν είναι γνωστός ο μοριακός τύπος της ένωσης, καθώς και ορισμένες χαρακτηριστικές ιδιότητές της.

3. Χαρακτηριστικές περιπτώσεις διακρίσεων α) Υδρογονάνθρακες. Για τη διάκριση των κορεσμένων από τους ακόρεστους υδρογονάνθρακες ή γενικότερα των κορεσμένων από τις ακόρεστες ενώσεις χρησιμοποιούμε διάλυμα Br2 σε CCl4. Το διάλυμα αυτό έχει καστανοκόκκινο χρώμα και αποχρωματίζεται αν σ’ αυτό επιδράσει η στοιχειομετρικά απαιτούμενη ποσότητα (ή περίσσεια) μιας ακόρεστης ένωσης.

125

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Τα αλκίνια με τον τριπλό δεσμό στην άκρη της αλυσίδας (RCCH) αντιδρούν με CuCl/ΝΗ3 παρέχοντας χαρακτηριστικά ιζήματα του τύπου RCCCu (ή CuCCCu προκειμένου για το αιθίνιο):

Αντιδρούν επίσης με μεταλλικό Νa ή Κ εκλύοντας αέριο Η2:

Με βάση τις δύο παραπάνω χαρακτηριστικές αντιδράσεις διακρίνουμε τα αλκίνια με τον τριπλό δεσμό στην άκρη της ανθρακικής αλυσίδας από άλλους κορεσμένους ή και ακόρεστους υδρογονάνθρακες. β) Αλκοόλες - Αιθέρες. Οι αλκοόλες διακρίνονται γενικά από τους ισομερείς τους αιθέρες με βάση την επίδραση μεταλλικού Na. Αν η ένωση αντιδρά με το Na και παράγεται αέριο Η2 θα είναι αλκοόλη, διαφορετικά θα είναι αιθέρας:

Οι τριτοταγείς αλκοόλες διακρίνονται από τις πρωτοταγείς και τις δευτεροταγείς αλκοόλες με βάση την αντίδραση της οξείδωσης. Έτσι οι τριτοταγείς αλκοόλες δεν αποχρωματίζουν διάλυμα KMnO4/H2SO4 (δεν οξειδώνονται), σε αντίθεση με τις πρωτοταγείς και τις δευτεροταγείς αλκοόλες που αποχρωματίζουν το ιώδες χρώμα του διαλύματος KMnO4.

Οι κορεσμένες μονοσθενείς αλκοόλες και οι κορεσμένοι μονοαιθέρες έχουν τον ίδιο Γ.Μ.Τ.: CνH2ν+2Ο (ν  1 για τις αλκοόλες και ν  2 για τους αιθέρες). Πως μπορούμε να διακρίνουμε την 1-βουτανόλη από την ισομερή της 2-μεθυλο-2προπανόλη;

Οι αλκοόλες που δίνουν την αλογονοφορμική αντίδραση διακρίνονται από τις άλλες αλκοόλες (αλλά και από άλλες οργανικές ενώσεις), καθώς παρέχουν χαρακτηριστικό κίτρινο ίζημα (CHI3), όταν κατεργαστούν με Ι2/ΝaOH. γ) Αλδεΰδες - Κετόνες. Οι αλδεΰδες διακρίνονται από τις κετόνες με βάση την ιδιότητα των αλδεϋδών να οξειδώνονται εύκολα, ακόμα και με ήπια οξειδωτικά. Αντίθετα οι κετόνες δεν οξειδώνονται (παρά μόνο κάτω από ειδικές συνθήκες που συνεπάγονται διάσπαση της ανθρακικής τους αλυσίδας). Έτσι οι αλδεΰδες:  Σχηματίζουν κάτοπτρο Ag με επίδραση του αντιδραστηρίου Tollens).  Σχηματίζουν κεραμέρυθρο ίζημα (Cu2O) με επίδραση του αντιδραστηρίου Fehling.  Αποχρωματίζουν το διάλυμα KMnO4/Η2SO4.

Οι κορεσμένες μονοσθενείς αλδεΰδες και οι κορεσμένες μονοσθενείς κετόνες έχουν τον ίδιο Γ.Μ.Τ.: CνH2νΟ (ν  1 για τις αλδεΰδες και ν  3 για τις κετόνες).

Ειδικά η αιθανάλη (ή ακεταλδεΰδη, CH3CHO) μπορεί να διακριθεί από άλλες αλδεΰδες, καθώς δίνει την αλογονοφορμική αντίδραση. Οι κετόνες που δίνουν την αλογονοφορμική αντίδραση διακρίνονται από άλλες κετόνες με βάση το χαρακτηριστικό κίτρινο ίζημα (CHI3) που παρέχουν με κατεργασία με διάλυμα Ι2/NaOH. δ) Οξέα - Εστέρες. Οι εστέρες διακρίνονται από τα οξέα, με βάση τον όξινο χαρακτήρα των οξέων. Έτσι τα οξέα:  Εμφανίζουν όξινα pH σε υδατικά τους διαλύματα.  Αλλάζουν το χρώμα των δεικτών (όξινο χρώμα).  Αντιδρούν με δραστικά μέταλλα εκλύοντας H2.  Διασπούν τα ανθρακικά άλατα (π.χ. Na2CO3, NaHCO3 κτλ.) εκλύοντας CO2.

126

Τα κορεσμένα μονοκαρβοξυλικά οξέα και οι εστέρες έχουν τον ίδιο γενικό τύπο: CνH2νΟ2 (ν  1 για τα οξέα και ν  2 για τους εστέρες).

ΑΛΟΓΟΝΟΦΟΡΜΙΚΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΔΙΑΚΡΙΣΕΙΣ - ΤΑΥΤΟΠΟΙΗΣΕΙΣ

Π.χ. αν σε μία ένωση, που μπορεί να είναι οξύ ή εστέρας, προσθέσουμε σταγόνες βάμματος του ηλιοτροπίου και παρατηρήσουμε ότι το διάλυμα μετατρέπεται από μπλε σε κόκκινο, συμπεραίνουμε ότι η ένωση είναι οξύ. Αν ο δείκτης δεν αλλάξει χρώμα, τότε η ένωση είναι εστέρας. Την ίδια διάκριση μπορούμε να πραγματοποιήσουμε προσθέτοντας στην ένωση διάλυμα Na2CO3. Αν γίνει αντίδραση και παραχθεί CO2(g), τότε η «άγνωστη» ένωση είναι οξύ. Αν δεν αντιδράσει, τότε είναι εστέρας. Ειδικά το μεθανικό οξύ, HCOOH (ή μυρμηκικό οξύ) και το οξαλικό οξύ, (COOH)2 διακρίνονται από τα υπόλοιπα καρβοξυλικά οξέα, με βάση τις αναγωγικές τους ιδιότητες (οξειδώνονται σε CO2). Έτσι τα δύο αυτά οξέα:  Αποχρωματίζουν διάλυμα KMnO4/Η2SO4.  Μεταβάλλουν το χρώμα διαλύματος K2Cr2O7/Η2SO4 από πορτοκαλί σε πράσινο. Η ταυτοποίηση ενός εστέρα γίνεται, συνήθως έμμεσα με βάση τα προϊόντα της υδρόλυσής του (παράγεται οξύ και αλκοόλη) ή της σαπωνοποίησής του (άλας και αλκοόλη). ε) Διάκριση αλκοολών, φαινολών και καρβοξυλικών οξέων Ο όξινος χαρακτήρας των αλκοολών (ROH) είναι τόσο ασθενής (Κa < 10−16) ώστε οι ενώσεις αυτές να μην εξουδετερώνονται, ενώ το pH των υδατικών τους διαλυμάτων είναι ίσο με 7. Επίσης, καθώς είναι πολύ πιο ασθενή οξέα από το H2CO3 δε διασπούν τα ανθρακικά άλατα (δεν εκλύουν CO2 με κατεργασία π.χ. με Na2CO3). Πως μπορούμε να διακρίνουμε το βενζοϊκό οξύ από τη φαινόλη;

Αντίθετα τα υδατικά διαλύματα των φαινολών (π.χ. της C6H5OH) παρουσιάζονται όξινα, αλλά οι ενώσεις αυτές δεν διασπούν τα ανθρακικά άλατα, καθώς η σταθερά Ka της C6H5OH, είναι πολύ μικρότερη από αυτήν του H2CO3.

Σε ορισμένες ειδικές περιπτώσεις μπορεί να χρειαστούν και ειδικές δοκιμασίες, όπως π.χ. pHμετρικό χαρτί για τη διάκριση υδατικών διαλυμάτων με διαφορετικό pH. Σε άλλες περιπτώσεις, όπως στους εστέρες απαιτείται πρώτα σαπωνοποίησή τους και στη συνέχεια ταυτοποίηση των προϊόντων της αντίδρασης.

Τέλος, τα πρώτα μέλη των μονοκαρβοξυλικών οξέων (RCOOH) έχουν Ka της τάξης του 10−5 που είναι μεγαλύτερη από αυτήν του H2CO3. Έτσι, τα υδατικά τους διαλύματα, παρουσιάζουν όξινο pH και διασπούν τα ανθρακικά άλατα ελευθερώνοντας CO2. Γενική μεθοδολογία. Πρακτικά στις ασκήσεις διακρίσεων και ταυτοποιήσεων ελέγχουμε αν η ένωση ή οι ενώσεις που διαθέτουμε δίνουν θετικές δοκιμασίες με τα εξής αντιδραστήρια κατά σειρά: α) Ι2/ΝaOH (ιωδοφορμική αντίδραση). β) Αντιδραστήριο Fehling ή Tollens (για αλδεΰδες). γ) ΚΜnO4/H2SO4 (για ενώσεις που οξειδώνονται). δ) CuCl/NH3 (για αλκίνια με τον τριπλό δεσμό στην άκρη). ε) Βr2/CCl4 (για ενώσεις που διαθέτουν διπλό ή τριπλό δεσμό). Αν παρόλα αυτά δεν έχουμε καταλήξει σε συμπέρασμα ελέγχουμε επίσης και τυχόν αντιδράσεις με τα εξής αντιδραστήρια: στ) Νa2CO3 ή ΝaHCO3 (για καρβοξυλικά οξέα). ζ) Μεταλλικό Na (για ενώσεις με όξινο χαρακτήρα).

127

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΡΩΤΗΣΕΩΝ - ΑΣΚΗΣΕΩΝ - ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΩΝ 1. Ποια από τις ενώσεις που ακολουθούν δίνει την αλογονοφορμική αντίδραση και επίσης δίνει κάτοπτρο Αg με την επίδραση του αντιδραστηρίου Tollens; Α) 2-εξανόνη Β) μεθανάλη Γ) ακετόνη (προπανόνη) Δ) ακεταλδεΰδη (αιθανάλη) Ε) αιθανόλη Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. ΑΠΑΝΤΗΣΗ Με το αντιδραστήριο Tollens αντιδρούν μόνο οι αλδεΰδες, δηλαδή η Β και η Δ. Από τις αλδεΰδες αυτές μόνο η αιθανάλη δίνει την αλογονοφορμική αντίδραση. Επομένως, σωστή επιλογή είναι η Δ.

Αλογονοφορμική αντίδραση: Επίδραση Χ2/NaOH (Χ: Cl, Br, I). Αντιδραστήριο Tollens: AgNO3/NH3.

2. Δίνεται δείγμα αέριου υδρογονάνθρακα με την ένδειξη ότι είναι ή το προπάνιο ή το προπένιο ή το προπίνιο. Με ποιες χημικές δοκιμασίες μπορούμε α διαπιστώσουμε ποιο είναι το αέριο δείγμα; ΑΠΑΝΤΗΣΗ Αν αντιδρά με μεταλλικό Na (ή δίνει ίζημα με κατεργασία με CuCl/NH3) θα είναι το προπίνιο. Αν δεν είναι το προπίνιο, αλλά αποχρωματίζει διάλυμα Br2/ CCl4 θα είναι το προπένιο. Διαφορετικά θα είναι το προπάνιο. Διαγραμματικά:

ΔΕΙΓΜΑ

ίζημα

προπίνιο

CuCl NH3

OXI

Βr2 CCl4

αποχρωματισμός

προπένιο

OXI προπάνιο

3. Άκυκλη οργανική ένωση (Χ) του τύπου C5H12O αντιδρά με μεταλλικό Na αλλά δεν οξειδώνεται χωρίς διάσπαση της ανθρακικής αλυσίδας της. Ποιος είναι ο συντακτικός τύπος της ένωσης (Χ); ΑΠΑΝΤΗΣΗ Ο τύπος C5H12O παραπέμπει σε αλκοόλες ή αιθέρες. Επειδή η ένωση αντιδρά με Na ελευθερώνοντας Η2 θα είναι αλκοόλη και καθώς δεν οξειδώνεται θα είναι τριτοταγής αλκοόλη. Η μοναδική τριτοταγής αλκοόλη με τύπο C5H12O είναι η 2-μεθυλο-2βουτανόλη:

128

Στο μοριακό τύπο C5H12Ο αντιστοιχούν οκτώ ισομερείς αλκοόλες, από τις οποίες μόνο η μία είναι τριτοταγής, η 2μεθυλο-2-βουτανόλη. Αντιστοιχούν επίσης και έξι ισομερείς αιθέρες.

ΑΛΟΓΟΝΟΦΟΡΜΙΚΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΔΙΑΚΡΙΣΕΙΣ - ΤΑΥΤΟΠΟΙΗΣΕΙΣ

4. Άκυκλος υδρογονάνθρακας X έχει μοριακό τύπο C5H8. Ποιος είναι ο υδρογονάνθρακας αυτός, αν είναι γνωστό ότι: Ι. Αντιδρά με νάτριο, ελευθερώνοντας υδρογόνο. ΙΙ. Αντιδρά με Η2/Ni προς διακλαδισμένο αλκάνιο.

Στο μοριακό τύπο C5H8 αντιστοιχούν τρία ισομερή αλκίνια, το 1-πεντίνιο, το 2πεντίνιο και το 3-μεθυλο-1βουτίνιο. Αντιστοιχούν επίσης και έξι αλκαδιένια.

ΑΠΑΝΤΗΣΗ Εφ’ όσον αντιδρά με Νa, ελευθερώνοντας Η2 o υδρογονάνθρακας X θα είναι αλκίνιο και μάλιστα με τον τριπλό δεσμό στην άκρη της ανθρακικής αλυσίδας. Επομένως, πρόκειται για το 1-πεντίνιο ή το 3-μεθυλο-1-βουτίνιο. Επειδή όμως με υδρογόνωση οδηγεί σε διακλαδισμένο αλκάνιο (το μεθυλοβουτάνιο) πρόκειται για το 3-μεθυλο-1βουτίνιο.

5. Ένωση Α του τύπου CνH2ν+2O αντιδρά με Na παρέχοντας αέριο Η2 ενώ με κατεργασία με Cl2/NaOH παράγει μεθυλοπροπανικό νάτριο και CHCl3. α) Να προσδιοριστεί ο συντακτικός τύπος της Α. β) Ισομερές Β της ένωσης Α αντιδρά με Na ελευθερώνοντας αέριο Η2, αλλά δεν αποχρωματίζει διάλυμα KMnO4/H2SO4. Ποιος ο συντακτικός τύπος της ένωσης Β; ΑΠΑΝΤΗΣΗ α) Επειδή η ένωση Α αντιδρά με Νa παρέχοντας Η2 και επίσης δίνει την αλογονοφορμική αντίδραση θα είναι αλκοόλη του τύπου:

Επειδή δε το προϊόν της αλογονοφορμικής αντίδρασης είναι το μεθυλοπροπανικό νάτριο, η αλκοόλη θα είναι η 3-μεθυλο-2-βουτανόλη:

β) H ένωση Β είναι τριτοταγής αλκοόλη, καθώς αντιδρά με Na αλλά δεν αποχρωματίζει διάλυμα KMnO4/H2SO4. Η μοναδική τριτοταγής αλκοόλη με 5 άτομα C στο μόριό της είναι η 2-μεθυλο-2-βουτανόλη:

129

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

6. Σε φιάλη περιέχεται υγρή ουσία με την ένδειξη ότι είναι ή η μεθανόλη ή η αιθανόλη ή ο διαιθυλαιθέρας. Με βάση τις χημικές ιδιότητες των παραπάνω ενώσεων, πώς μπορούμε να προσδιορίσουμε ποια ένωση περιέχεται στη φιάλη; ΑΠΑΝΤΗΣΗ Αν δίνει ίζημα με κατεργασία με αλκαλικό διάλυμα ιωδίου (ιωδοφορμική αντίδραση) θα είναι η αιθανόλη (CH3CH2OH). Αν δε δίνει την παραπάνω αντίδραση αλλά ελευθερώνει αέριο Η2 με κατεργασία με μεταλλικό νάτριο θα είναι η μεθανόλη (CH3OH). Διαφορετικά θα είναι ο διαιθυλαιθέρας (CH3CH2OCH2CH3).

7. 4 δοχεία περιέχουν μία από τις ενώσεις: 1-βουτανόλη, 2-βουτανόλη, διαιθυλαιθέρας, 3-βουτεν-1-όλη. Για να βρούμε ποια ένωση περιέχεται στο κάθε δοχείο αριθμούμε τα δοχεία (1, 2, 3 και 4) και εκτελούμε μερικά απλά πειράματα από τα οποία διαπιστώνουμε ότι: Ι. Μόνο τα περιεχόμενα των δοχείων 1, 3 και 4 αντιδρούν με Νa. ΙΙ. Μόνο το περιεχόμενο του δοχείου 3 αποχρωματίζει διάλυμα Br2/CCl4. ΙΙΙ. Μόνο το περιεχόμενο του δοχείου 4 δίνει κίτρινο ίζημα, αν κατεργαστεί με αλκαλικό διάλυμα ιωδίου. Με βάση τα παραπάνω, να προσδιοριστεί ποια ένωση περιέχεται σε κάθε δοχείο. ΑΠΑΝΤΗΣΗ Από το δεδομένο Ι παρατηρούμε ότι το περιεχόμενο του δοχείου 2 δεν αντιδρά με Νa. Από τις 4 ενώσεις που έχουμε μόνο μία δεν αντιδρά με Na, ο διαιθυλαιθέρας. Άρα στο δοχείο 2 περιέχεται ο διαιθυλαιθέρας (CH3CH2OCH2CH3). Από το δεδομένο ΙΙ προκύπτει ότι στο δοχείο 3 βρίσκεται ακόρεστη ένωση. Από τις ενώσεις που έχουμε μόνο μία είναι ακόρεστη (3-βουτεν-1-όλη, CH2=CHCH2CH2OH). Από το δεδομένο ΙΙΙ συμπεραίνουμε ότι στο δοχείο 4 περιέχεται ένωση που δίνει την αλογονοφορμική αντίδραση. Από τις τέσσερις ενώσεις μόνο μία δίνει την αλογονοφορμική αντίδραση, η 2- βουτανόλη. Άρα στο δοχείο 4 περιέχεται η 2-βουτανόλη και επομένως στο δοχείο 1 είναι η 1-βουτανόλη.

8. Με ποιες χημικές αντιδράσεις μπορούμε να διακρίνουμε αν μία ένωση είναι: α) Το προπανικό ή το μυρμηκικό οξύ (HCOOH); β) Το βουτανικό ή το 3-βουτενικό οξύ; γ) Ο οξικός αιθυλεστέρας ή ο μεθανικός προπυλεστέρας; ΑΠΑΝΤΗΣΗ α) Το HCOOH οξειδώνεται και επομένως αποχρωματίζει διάλυμα KMnO4/H2SO4 ενώ το CH3CH2COOH, όχι.

β) Μόνο το 3-βουτενικό οξύ αποχρωματίζει διάλυμα Br2 σε CCl4, λόγω του διπλού δεσμού που διαθέτει. γ) Ο οξικός αιθυλεστέρας (CH3COOCH2CH3) με σαπωνοποίηση παράγει CH3COONa και CH3CH2OH, από τις οποίες η δεύτερη δίνει την ιωδοφορμική αντίδραση (κίτρινο ίζημα CHI3, με επίδραση I2/ΝaΟΗ). Αντίθετα, ο μεθανικός προπυλεστέρας με σαπωνοποίηση δίνει τις ενώσεις CH3CH2CH2OH και HCOONa, που καμία από αυτές δε δίνει την ιωδοφορμική αντίδραση.

130

ΑΛΟΓΟΝΟΦΟΡΜΙΚΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΔΙΑΚΡΙΣΕΙΣ - ΤΑΥΤΟΠΟΙΗΣΕΙΣ

9. Κορεσμένη οργανική ένωση Α έχει μοριακό τύπο C4H8O2. Η ένωση Α με υδρόλυση δίνει ένα οξύ Β και μία αλκοόλη Γ. Όταν η Γ οξειδώνεται, παράγεται πάλι το οξύ Β. Ποιος ο συντακτικός τύπος της ένωσης Α;

Στο γενικό τύπο CνH2νΟ2 αντιστοιχούν καρβοξυλικά οξέα ή εστέρες. Τα καρβοξυλικά οξέα στο νερό απλά ιοντίζονται, ενώ οι εστέρες υδρολύονται παρέχοντας ένα καρβοξυλικό οξύ και μία αλκοόλη.

ΑΠΑΝΤΗΣΗ Η Α με υδρόλυση δίνει ένα οξύ και μία αλκοόλη, άρα θα είναι εστέρας. Επειδή η οξείδωση της αλκοόλης οδηγεί στο οξύ οι δύο ενώσεις θα έχουν τα ίδια άτομα άνθρακα (από 2, καθώς ο εστέρας έχει συνολικά 4). Επομένως, η Γ θα είναι η αιθανόλη (CH3CH2OH), το οξύ Β το οξικό (CH3COOH) και ο Α θα είναι ο αιθανικός αιθυλεστέρας (CH3COOCH2CH3).

10. Σε δοχείο περιέχεται διάλυμα ουσίας Α με την ένδειξη ότι είναι η 1-προπανόλη ή η φαινόλη ή το προπανικό οξύ. Πώς θα διαπιστώσετε ποια ουσία περιέχεται στο διάλυμα; ΑΠΑΝΤΗΣΗ Αν το διάλυμα ελευθερώνει αέριο (CO2) μετά από κατεργασία με Na2CO3 θα περιέχει αρχικά προπανικό οξύ (CH3CH2COOΗ). Αν το διάλυμα αποχρωματίζει όξινο διάλυμα KMnO4 και επίσης ελευθερώνει Η2 με κατεργασία με μεταλλικό Νa θα περιέχει 1προπανόλη (CH3CH2CH2OΗ). Τέλος, αν δεν αποχρωματίζει διάλυμα KMnO4/H2SO4 και δεν ελευθερώνει αέριο (CO2) μετά από κατεργασία με Na2CO3 θα περιέχει τη φαινόλη (C6H5OH).

11. Ένωση Χ υφίσταται προσθήκη Η2, παρουσία καταλύτη, οπότε παράγεται ένωση Ψ, που με κατεργασία με αλκαλικό διάλυμα Ι2 δίνει κίτρινο ίζημα και οργανική ένωση Φ. Επίσης, η ένωση Χ δίνει προϊόν προσθήκης με επίδραση HCN. Ποια από τις παρακάτω ενώσεις είναι δυνατόν να είναι η ένωση Χ; Να γραφούν οι σχετικές χημικές εξισώσεις. Α) προπανόνη Β) 2-προπεν-1-όλη Γ) αιθυλoμεθυλαιθέρας Δ) προπανάλη Ε) αιθανόλη ΑΠΑΝΤΗΣΗ Η ένωση Χ είναι η προπανόνη, καθώς με αναγωγή δίνει τη 2-προπανόλη, που δίνει την αλογονοφορμική. Επίσης, η προπανόνη ως καρβονυλική ένωση δίνει αντίδραση προσθήκης σχηματίζοντας κυανυδρίνη. Οι εξισώσεις των αντιδράσεων που αναφέρονται είναι οι εξής:

131

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

12. H ένωση με μοριακό τύπο C4H10O έχει τις εξής ιδιότητες: i. Αντιδρά με μεταλλικό νάτριο, ii. αποχρωματίζει διάλυμα ΚΜnO4/H2SO4 και iii. αντιδρά με αλκαλικό διάλυμα ιωδίου παρέχοντας κίτρινο ίζημα. α) Ποια η ονομασία και ο συντακτικός τύπος της ένωσης; β) Να γραφούν οι σχετικές χημικές εξισώσεις. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] ΑΠΑΝΤΗΣΗ α) Ο μοριακός τύπος της ένωσης αντιστοιχεί σε κορεσμένη μονοσθενή αλκοόλη ή αιθέρα. Εφ’ όσον αντιδρά με Νa είναι αλκοόλη: C4H9OH. Επειδή αποχρωματίζει το διάλυμα ΚΜnO4/H2SO4, οξειδώνεται και επομένως θα είναι δευτεροταγής ή πρωτοταγής. Τέλος, επειδή δίνει την αλογονοφορμική αντίδραση (κίτρινο ίζημα με επίδραση I2/NaOH) θα είναι η 2-βουτανόλη.

β) Για προσπαθήστε, τώρα, να γράψετε τις χημικές εξισώσεις!

13. Σε δύο φιάλες Φ1 και Φ2 περιέχονται μεθανικός προπυλεστέρας και αιθανικός αιθυλεστέρας, χωρίς να ξέρουμε σε ποια φιάλη περιέχεται ποια ουσία. Προσθέτουμε και στις δύο φιάλες υδατικό διάλυμα NaOH και θερμαίνουμε. Μετά την ολοκλήρωση των αντιδράσεων προσθέτουμε και στις δύο φιάλες ποσότητα I2. α) Πως μπορούμε θα διαπιστώσουμε ποια ουσία περιέχεται σε ποια φιάλη; Να γράψετε τις εξισώσεις όλων των αντιδράσεων στις δύο φιάλες. β) Οι δύο αντιδράσεις σαπωνοποίησης παράγουν δύο άλατα καρβοξυλικών οξέων. Πως μπορούμε να διακρίνουμε τα άλατα αυτά; Να γράψετε τη χημική εξίσωση της αντίδρασης στην οποία βασίσατε τη διάκριση αυτή. ΑΠΑΝΤΗΣΗ α) Με την κατεργασία των δύο εστέρων με το διάλυμα NaOH έχουμε τις εξής αντιδράσεις σαπωνοποίησης:

Από τα προϊόντα των δύο αντιδράσεων μόνο η CH3CH2OH δίνει την αλογονοφορμική αντίδραση, η (συνολική) εξίσωση της οποίας έχει ως εξής:

Έτσι σε όποια από τις φιάλες, μετά την σαπωνοποίηση, η προσθήκη Ι2 έχει ως αποτέλεσμα την παραγωγή κίτρινου ιζήματος (CHI3) η φιάλη αυτή θα περιέχει CΗ3COOCH2CH3. β) Από τα άλατα HCOONa και CH3COONa μόνο το πρώτο παρουσιάζει αναγωγικές ιδιότητες και οξειδώνεται προς CO2, π.χ. με ΚΜnO4/H2SO4:

14. Να γίνει πειραματική διάκριση μεταξύ των επόμενων ενώσεων: φορμαλδεΰδη, οξαλικό οξύ, προπανικό οξύ, 1–πεντένιο. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ]

132

ΑΛΟΓΟΝΟΦΟΡΜΙΚΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΔΙΑΚΡΙΣΕΙΣ - ΤΑΥΤΟΠΟΙΗΣΕΙΣ

ΑΠΑΝΤΗΣΗ Η φορμαλδεΰδη (ΗCH=O) είναι η μόνη αλδεΰδη και επομένως είναι η μόνη ένωση που σχηματίζει κάτοπτρο Ag με την επίδραση του αντιδραστηρίου Tollens. Επίσης, το 1πεντένιο (CH3CH2CH2CH=CH2) είναι η μόνη ένωση που αποχρωματίζει διάλυμα Br2 σε CCl4 λόγω του διπλού δεσμού C = C που διαθέτει. Από τις άλλες δύο ενώσεις μόνο το οξαλικό οξύ, (COOH)2, παρουσιάζει αναγωγικές ιδιότητες αποχρωματίζοντας διάλυμα KMnO4/H2SO4. H ένωση που απομένει είναι το προπανικό οξύ (CH3CH2COOH).

15. Ομογενές μίγμα αιθανόλης και ακεταλδεΰδης (CH3CHO) χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. Το 1ο μέρος κατεργάζεται με Ι2/ΝaOH οπότε προκύπτουν 0,2 mol κίτρινου ιζήματος. Το 2ο μέρος αντιδρά με την απαιτούμενη ποσότητα νατρίου και παράγεται αέριο όγκου 1,12 L (σε STP). Ποιες οι μάζες των δύο συστατικών του αρχικού μίγματος; ΑΠΑΝΤΗΣΗ Έστω x mol CH3CH2OH και y mol CH3CHO στο αρχικό μίγμα (σχετικές μοριακές μάζες, 46 και 44, αντίστοιχα). Με Ι2/ΝaOH αντιδρούν και οι δύο ενώσεις και από τη στοιχειομετρία των δύο αντιδράσεων συμπεραίνουμε ότι:

x y   0,2, x  y  0,4 (1).

2 2 Mε το Na αντιδρά μόνο η αλκοόλη (x/2 mol) και παράγει x/4 mol H2. Θα ισχύει:

x 1,12   0,05, x  0,2 mol.

4 22 ,4 Από την εξίσωση (1) προκύπτει: y = 0,02 mol.

Oι μάζες των δύο συστατικών είναι: m1 = 0,2·46 = 9,2 g και m2 = 0,2·44 = 8,8 g.

133

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Όλες οι αντιδράσεις να θεωρηθούν μονόδρομες και ποσοτικές (εκτός αν αναφέρεται διαφορετικά). Οι σχετικές ατομικές μάζες δίνονται στο τέλος του βιβλίου. Για νέους… λύτες 10.1. Πόσες άκυκλες κορεσμένες καρβονυλικές ενώσεις του τύπου C4H8O δίνουν κίτρινο ίζημα με την επίδραση Ι2/NaOH: Α) μία Β) δύο Γ) τρεις Δ) όλες 10.2. Κατά την αντίδραση ένωσης (Χ) με Ι2/ΝaOH παράγονται κίτρινο ίζημα και το 2-μεθυλοπροπανικό νάτριο. Η ένωση Χ μπορεί να είναι η: Α) 3-μεθυλο-2-βουτανόλη Β) 4-μεθυλο-2-πεντανόλη Γ) 2-μεθυλο-2-βουτανόλη Δ) μεθυλοβουτανόνη Ε) 3-μεθυλο-2-βουτανόλη ή η 3-μεθυλο-2-βουτανόνη 10.3. Ποια από τις παρακάτω ενώσεις δεν δίνει την αλογονοφορμική αντίδραση; Α) βουτανόνη Β) 3-μεθυλο-2-βουτανόλη Γ) 4-μεθυλο-3-πεντεν-2-όνη Δ) 4-μεθυλο-2-πεντανόλη Ε) 3-πεντανόνη 10.4. Κατά την κατεργασία της 2-προπανόλης με Ι2/ΝaOH: Α) προκύπτει προπανικό νάτριο, καθώς και κίτρινο ίζημα Β) προκύπτει αιθανικό νάτριο και CHI3 Γ) προκύπτει 2-μεθυλοπροπανικό νάτριο και CHI3 Δ) δεν προκύπτει ίζημα, καθώς η 2-προπανόλη δε δίνει την αλογονοφορμική αντίδραση.

10.5. Με επίδραση Cl2/NaOH σε 3-μεθυλο-2-βουτανόλη: Α) προκύπτει 2-μεθυλοβουτανικό νάτριο και κίτρινο ίζημα Β) προκύπτει 3-μεθυλοπροπανικό νάτριο και κίτρινο ίζημα Γ) προκύπτει 2-μεθυλοπροπανικό νάτριο και CHCl3 Δ) δεν γίνεται αντίδραση, καθώς η 3-μεθυλο-2-βουτανόλη δεν δίνει την αλογονοφορμική αντίδραση 10.6. Κατά την επίδραση αλκαλικού διαλύματος X2 σε βουτανόνη: Α) προκύπτει ίζημα όταν Χ = Br B) προκύπτει ίζημα όταν Χ = I Γ) προκύπτει καστανοκόκκινο ίζημα, μόνο όταν Χ = Cl Δ) δεν μπορεί να προκύψει ίζημα 10.7. Ποιο από τα παρακάτω αντιδραστήρια θα επιλέγατε για τη διάκριση της αιθανόλης από την 1-προπανόλη; Α) μεταλλικό Νa Β) Ι2/ΝaOH Γ) Cl2/ΝaOH Δ) Ι2/ΝaOH ή Cl2/ΝaOH 10.8. Ποιο αντιδραστήριο θα διαλέγατε για να ταυτοποιήσετε ότι μία ένωση με τύπο C4H6 είναι το 1-βουτίνιο; Α) NaOH Β) CuCl/NH3 Γ) H2/Ni Δ) SOCl2 10.9. Ποια από τις ενώσεις που ακολουθεί σχηματίζει αέριο με την επίδραση Νa2CO3; Α) Η αιθανόλη Β) Το αιθανικό οξύ Γ) Το προπένιο Δ) Το προπίνιο [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ]

134

10.10. Ποια από τις επόμενες ενώσεις οξειδώνεται προς CO2, ενώ το υδατικό της διάλυμα εμφανίζεται βασικό; Α) CH3ΟΗ Β) HCOONa Γ) HCOOH Δ) HCHO [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] 10.11. Ποιο αντιδραστήριο θα διαλέγατε για να ταυτοποιήσετε ότι μία ένωση με τύπο C3H6O είναι η προπανόνη; Α) NaOH Β) CuCl/NH3 Γ) ΗCN Δ) I2/NaOH 10.12. Ποια ουσία θα διαλέγατε για να διακρίνετε υδατικό διάλυμα οξικού οξέος από υδατικά διάλυμα 2-προπανόλης και υδατικό διάλυμα προπανάλης; Α) Ένα κατάλληλο δείκτη Β) Cl2/NaOH Γ) Μεταλλικό Na Δ) SOCl2 10.13. Ποιες από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστές και ποιες όχι; Αιτιολογήστε τις απαντήσεις σας στην περίπτωση των λανθασμένων προτάσεων. Α) Για να διακρίνουμε την 1-προπανόλη από τη 2προπανόλη μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αλκαλικό διάλυμα Ι2, όχι όμως διάλυμα KMnO4/ Η2SΟ4. Β) Η μοναδική καρβονυλική ένωση που αντιδρά με αντιδραστήριο Fehling, καθώς επίσης και με αλκαλικό διάλυμα Cl2 είναι η αιθανάλη.

10.14. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασμένες; Στην περίπτωση των λανθασμένων προτάσεων να αιτιολογήσετε τις απαντήσεις σας. Α) Η αιθανόλη είναι η μοναδική πρωτοταγής αλκοόλη, που δίνει την αλογονοφορμική αντίδραση. Β) Η αιθανάλη είναι η μοναδική αλδεΰδη, που δίνει την αλογονοφορμική αντίδραση. Γ) Η προπανόνη είναι η μοναδική κετόνη, που δίνει την αλογονοφορμική αντίδραση.

10.15. Να θεωρήσετε τις εξής αντιδράσεις: i. Αιθανόλη με Cl2/NaOH. ii. Αιθανάλη με I2/NaOH. iii. 2-προπανόλη με I2/NaOH. α) Σε όλες τις περιπτώσεις να γραφούν τα στάδια, καθώς και η συνολική χημική εξίσωση. β) Σε ποιες περιπτώσεις προκύπτει χαρακτηριστικό ίζημα; 10.16. Ποια από τις αλκοόλες του τύπου C4H10O δίνει θετικό το τεστ ιωδοφορμίου; Να γραφούν οι εξισώσεις των σταδίων, καθώς και η συνολική χημική εξίσωση.

10.17. α) Ποιες αλκοόλες με τύπο C5H12O παράγουν ίζημα με την επίδραση I2/NaOH; β) Ποιες καρβονυλικές ενώσεις με τύπο C5H10O αντιδρούν με Βr2/NaOH παράγοντας CHBr3; γ) Να γράψετε τις εξισώσεις των σταδίων, καθώς και τη συνολική χημική εξίσωση σε μία από τις παραπάνω περιπτώσεις.

ΑΛΟΓΟΝΟΦΟΡΜΙΚΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΔΙΑΚΡΙΣΕΙΣ - ΤΑΥΤΟΠΟΙΗΣΕΙΣ

10.18. Οργανική ένωση Α κατεργάζεται με I2/ΝaOH και παράγει προπανικό νάτριο, καθώς και κίτρινο ίζημα. α) Ποιοι οι δυνατοί συντακτικοί τύποι της ένωσης Α; β) Να γράψετε τη συνολική εξίσωση της αντίδρασης σε μία από τις παραπάνω δυνατές περιπτώσεις.

10.19. Οργανική ένωση Α κατεργάζεται με το αντιδραστήριο Tollens, οπότε προκύπτει κάτοπτρο αργύρου. Η ίδια ένωση οργανική Α παρέχει κίτρινο ίζημα με κατεργασία με αλκαλικό διάλυμα I2. α) Ποιος ο συντακτικός τύπος και η ονομασία της ένωσης Α; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. β) Να γράψετε τις εξισώσεις όλων των αντιδράσεων. Για καλούς… λύτες 10.20. Να συμπληρωθούν οι παρακάτω χημικές εξισώσεις: α) β)

→ →

10.21. Δίνονται τα ακόλουθα ζεύγη ενώσεων: 1. Προπανόνη και 2-μεθυλο-2-προπανόλη.

2. Μεθανικό οξύ και οξικό οξύ.

3. Προπανάλη και 1-προπανόλη.

4. Μεθανικό οξύ και οξαλικό νάτριο. α) Σε ποιο από τα ζεύγη 1-4 οι δύο ενώσεις μπορούν να διακριθούν μεταξύ τους με τη χρήση Ι2/ΝaΟΗ; β) Σε ποιο από τα ζεύγη 1-4 οι δύο ενώσεις μπορούν να διακριθούν μεταξύ τους με τη χρήση ΚΜnO4/H2SO4; γ) Σε ποια ζεύγη και οι δύο ενώσεις αποχρωματίζουν διάλυμα ΚΜnO4/H2SO4; 10.22. Δίνεται το διάγραμμα αντιδράσεων:

Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των Α, Β και Γ; 10.23. α) Με βάση το διάγραμμα των αντιδράσεων που ακολουθεί να προσδιορίσετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ και Ε.

β) Ποια από τις ενώσεις αυτές διασπά τα ανθρακικά άλατα; γ) Ποιες από τις ενώσεις του διαγράμματος παρουσιάζουν βασικές ιδιότητες στα υδατικά τους διαλύματα;

10.24. Δίνεται το διάγραμμα αντιδράσεων:

α) Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, Β και Γ; β) Ποιες από τις ενώσεις, που εμφανίζονται στο παραπάνω συνθετικό σχήμα είναι κίτρινο στερεό; γ) Τι είδους αντίδραση είναι αυτή που οδηγεί από την Α στη Γ; δ) Να γραφούν οι πλήρεις χημικές εξισώσεις όλων των αντιδράσεων.

10.25. Δίνονται οι ενώσεις: βουτάνιο, 1-βουτίνιο, 1βουτένιο, 2-βουτένιο. α) Ποιες ενώσεις μπορούν να αποχρωματίσουν διάλυμα Br2/CCl4; β) Ποια ένωση αντιδρά με αμμωνιακό διάλυμα χλωριούχου χαλκού Ι (CuCl/NH3); Να γράψετε τη χημική εξίσωση της αντίδρασης. γ) Ποια ένωση δίνει, με προσθήκη HCl, ένα μόνο προϊόν; [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] 10.26. Τρεις φιάλες περιέχουν ξεχωριστά μία από τις ενώσεις, 1-βουτανόλη, βουτανόνη και 2-βουτανόλη. α) Αν είναι διαθέσιμα μόνο τα αντιδραστήρια: διάλυμα KMnO4/Η2SO4 και Ι2/NaOH, περιγράψτε τον τρόπο με τον οποίο θα μπορούσατε να διαπιστώσετε σε ποια ένωση αντιστοιχεί το περιεχόμενο κάθε φιάλης και γράψτε τις εξισώσεις των αντιδράσεων που πραγματοποιούνται. β) Αν είναι διαθέσιμα τα αντιδραστήρια: K2Cr2O7/Η2SO4 και υδατικό διάλυμα H2SO4, να γράψετε τις εξισώσεις των αντιδράσεων με τις οποίες μπορούμε να μετατρέψουμε τις δύο από τις παραπάνω ενώσεις στην τρίτη.

10.27. Σε τρία δοχεία 1, 2 και 3 περιέχονται οι ενώσεις, 2προπανόλη, προπανάλη και προπανόνη. Σε κάθε δοχείο περιέχεται μία μόνο ένωση. α) Να προσδιορίσετε ποια ένωση περιέχεται στο κάθε δοχείο αν γνωρίζετε ότι: Ι. Οι ενώσεις που περιέχονται στα δοχεία 2 και 3 δίνουν την αλογονοφορμική αντίδραση. ΙΙ. Η ένωση που περιέχεται στο δοχείο 1 αντιδρά με το φελίγγειο υγρό. ΙΙΙ. Η ένωση που περιέχεται στο δοχείο 2 αντιδρά με μεταλλικό νάτριο. β) Να γράψετε σωστά συμπληρωμένες (σώματα και συντελεστές) τις χημικές εξισώσεις που περιγράφουν: 1. Την αντίδραση που δίνει η ένωση που περιέχεται στο δοχείο 3 με διάλυμα I2/NaΟΗ.

2. Την αντίδραση που δίνει η ένωση που περιέχεται στο δοχείο 2 με μεταλλικό νάτριο. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ]

135

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

10.28. Δίνονται οι παρακάτω οργανικές ενώσεις: προπάνιο, προπένιο, προπίνιο, προπανάλη. α) Ποιες από τις ενώσεις μπορούν να αποχρωματίσουν ένα διάλυμα Br2 σε CCl4; β) Ποια από τις ενώσεις αντιδρά με Na ελευθερώνοντας αέριο Η2; γ) Ποια από τις ενώσεις αντιδρά με το αντιδραστήριο Tollens; [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] 10.29. Διαθέτουμε τις ενώσεις προπανικό οξύ, προπανάλη και 1-βουτίνιο καθώς και τα αντιδραστήρια: αμμωνιακό διάλυμα χλωριούχου χαλκού Ι (CuCl/NH3), όξινο ανθρακικό νάτριο (NaΗCO3), φελίγγειο υγρό (CuSO4/NaOH). Να γράψετε: α) Για καθεμιά από τις παραπάνω οργανικές ενώσεις το αντιδραστήριο με το οποίο αντιδρά. β) Τις χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων που θα πραγματοποιηθούν, σωστά συμπληρωμένες (σώματα και συντελεστές), όταν η καθεμιά οργανική ένωση αντιδράσει µε το αντιδραστήριο που επιλέξατε. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] 10.30. Σε τέσσερα δοχεία 1, 2, 3 και 4 περιέχονται οι ενώσεις: 2-βουτανόλη, οξικός αιθυλεστέρας, βουτανικό οξύ και 1-βουτανόλη. Σε κάθε δοχείο περιέχεται μόνο μία ένωση. Να προσδιορίσετε ποια ένωση περιέχεται στο κάθε δοχείο, αν γνωρίζετε ότι: i. Η ένωση που περιέχεται στο δοχείο 1 αντιδρά με μεταλλικό νάτριο και δεν δίνει την αλογονοφορμική αντίδραση. ii. Η ένωση που περιέχεται στο δοχείο 3, όταν αντιδράσει µε όξινο διάλυμα K2Cr2O7, δίνει οργανικό προϊόν που δεν αντιδρά µε το αντιδραστήριο Tollens. iii. H ένωση που περιέχεται στο δοχείο 4 αντιδρά µε διάλυμα Na2CO3 και εκλύεται αέριο CO2. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] 10.31. Δίνονται τα παρακάτω 4 ζεύγη οργανικών ενώσεων Ι-ΙV: I. προπανάλη και 1-προπανόλη, ΙΙ. μεθανικό οξύ και οξικό οξύ, ΙΙΙ. πεντανάλη και 3-πεντανόνη, ΙV. 1-πεντίνιο και 1-πεντένιο, καθώς και τα ακόλουθα αντιδραστήρια: 1. KMnO4/H2SO4, 2. Tollens, 3. Fehling, 4. NaHCO3, 5. I2/NaOH, 6. Na. α) Να επιλέξετε το κατάλληλο αντιδραστήριο για τη διάκριση των μελών κάθε ζεύγους (κάθε αντιδραστήριο να επιλεγεί μία μόνο φορά) και να αναφέρετε το εμφανές αποτέλεσμα στο οποίο θα στηρίξετε τη διάκριση σε κάθε περίπτωση. Δύο αντιδραστήρια δεν θα χρησιμοποιηθούν. β) Για κάθε ζεύγος να γράψετε τη χημική εξίσωση της αντίδρασης που δίνει το εμφανές αποτέλεσμα με το αντιδραστήριο που έχετε επιλέξει.

10.32. Σε τρία ποτήρια Α, Β και Γ που περιέχουν, αντίστοιχα, 1-προπανόλη, προπανικό οξύ και 1-πεντίνιο προστίθεται μικρή ποσότητα μεταλλικού νατρίου. α) Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων στα τρία ποτήρια.

136

β) Ποια χημική ένωση πρέπει να προσθέσουμε σε καθένα από τα ποτήρια Α και Γ, ώστε τελικά η μόνη οργανική ένωση που θα περιέχουν τα ποτήρια αυτά να είναι η αρχική. Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις των σχετικών αντιδράσεων.

10.33. 12 g κορεσμένης μονοσθενούς αλκοόλης απαιτούν για πλήρη οξείδωση 800 mL διαλύματος KMnO4 0,1 Μ, παρουσία H2SO4. α) Να δείξετε ότι η αλκοόλη είναι δευτεροταγής και να καθορίσετε το συντακτικό τύπο της αλκοόλης. β) Άλλα 12 g της ίδιας αλκοόλης κατεργάζονται με περίσσεια I2/NaOH. i. Να γράψετε τη συνολική εξίσωση της αντίδρασης που συμβαίνει. ii. Να υπολογίσετε τη μάζα του κίτρινου ιζήματος που σχηματίστηκε.

10.34. Διαθέτουμε τα αντιδραστήρια Grignard, CH3MgCl και CH3CH2MgBr, καθώς και τις αλδεΰδες, CH3CHO και CH3CH2CHO. α) Nα εξετάσετε ποιο από τα παραπάνω αντιδραστήρια Grignard και ποια από τις παραπάνω αλδεΰδες θα χρησιμοποιήσουμε προκειμένου να παρασκευάσουμε αλκοόλη, η οποία να μη σχηματίζει ίζημα με την επίδραση I2/NaOH. β) Ισομοριακό μίγμα των δύο παραπάνω αλδεϋδών χωρίζεται σε 2 ίσα μέρη. To 1o μέρος αντιδρά πλήρως με το αντιδραστήριο Tollens και παράγει 4,32 g κατόπτρου. To 2o μέρος αντιδρά πλήρως με I2/NaOH. Ποια η ποσότητα του σχηματιζομένου ιζήματος; 10.35. Μίγμα 2-βουτανόλης και 2-προπανόλης αντιδρά με περίσσεια μεταλλικού Na, οπότε ελευθερώνονται 0,56 L αερίου (μετρημένα σε STP). Πόσα g ιζήματος θα σχηματιστούν κατά την επίδραση Ι2/NaOH στην ίδια με την αρχική ποσότητα του παραπάνω μίγματος; 10.36. Τρεις φιάλες Φ1, Φ2 και Φ3 περιέχουν από 3,7 g των ισομερών κορεσμένων μονοσθενών αλκοολών Α, Β και Γ, αντίστοιχα. Με την προσθήκη σε κάθε μία φιάλη κατά σταγόνες όξινου διαλύματος KMnO4 διαπιστώθηκαν τα εξής: το περιεχόμενο της Φ1 αποχρωμάτισε 40 mL από το διάλυμα KMnO4, το περιεχόμενο της Φ2 δεν προκάλεσε αποχρωματισμό και το περιεχόμενο της Φ3 αποχρωμάτισε 80 mL από το διάλυμα KMnO4. Με βάση τα παραπάνω δεδομένα: α) Να χαρακτηρίσετε τις αλκοόλες Α, Β και Γ ως πρωτοταγείς, δευτεροταγείς και τριτοταγείς και να αιτιολογήσετε τον χαρακτηρισμό σας. β) Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων που πραγματοποιήθηκαν, συμβολίζοντας τις αλκοόλες με το γενικό μοριακό τους τύπο. γ) Αν το διάλυμα KMnO4 που χρησιμοποιήθηκε είχε συγκέντρωση 0,5 Μ, να προσδιορίσετε τον κοινό μοριακό τύπο των τριών αλκοολών Α, Β και Γ.

ΑΛΟΓΟΝΟΦΟΡΜΙΚΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΔΙΑΚΡΙΣΕΙΣ - ΤΑΥΤΟΠΟΙΗΣΕΙΣ

ΦΥΛΛΑΔΙΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 10 1. Ποια από τις οργανικές ενώσεις που ακολουθούν παρέχει κίτρινο ίζημα με επίδραση Ι2/ΝaΟΗ και επίσης αποχρωματίζει διάλυμα Βr2 σε CCl4; Α) προπανόνη Β) προπανάλη Γ) 3-βουτεν-2-όνη Δ) 2-βουτένιο 2. Δίνονται οι οργανικές ενώσεις: Ι. προπανάλη, ΙΙ. ακετόνη, ΙΙΙ. ακεταλδεΰδη, IV. 3-πεντανόνη, V. 1-βουτανόλη, VI. 3-μεθυλο-2-βουτανόνη, VII. μεθανόλη. i. Ποιες από τις ενώσεις αυτές δίνουν την ιωδοφορμική αντίδραση; Α) η II, η III και η VI Β) η I και η III Γ) η I, η II και η III Δ) μόνο η V ii. Ποια είναι τα οργανικά άλατα που παράγονται από τις ενώσεις που δίνουν την ιωδοφορμική αντίδραση; Α) οξικό νάτριο, μυρμηκικό νάτριο και μεθυλοπροπανικό νάτριο Β) προπανικό νάτριο, οξικό νάτριο και μυρμηκικό νάτριο

Γ) προπανικό νάτριο, οξικό νάτριο και προπανικό νάτριο Δ) προπανικό νάτριο, οξικό νάτριο και βουτανικό νάτριο 4. Ποια από τις ενώσεις που ακολουθούν αντιδρά με αμμωνιακό διάλυμα νιτρικού αργύρου παρέχοντας κάτοπτρο; Α) αιθανάλη Β) προπανόνη Γ) αιθένιο Δ) αιθανόλη 3. Ποιος από τους παρακάτω υδρογονάνθρακες αντιδρά με CuCl.ΝΗ3 δίνοντας κεραμέρυθρο ίζημα; Α) προπένιο Β) 2-βουτίνιο Γ) 1,3-βουταδιένιο Δ) προπίνιο [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] 5. Ποια από τις ενώσεις που ακολουθούν όταν διαλυθεί στο νερό παρέχει βασικό διάλυμα; Α) οξικό οξύ B) φαινόλη Γ) 1-πεντίνιο Δ) αιθοξείδιο του νατρίου

6. Δίνεται η ένωση που ακολουθεί:

Πως μπορεί να ταυτοποιηθεί στην ένωση αυτή, i. η ύπαρξη του διπλού δεσμού και ii. η ύπαρξη της καρβοξυλομάδας; Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις των σχετικών αντιδράσεων. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

7. Μία οργανική ένωση Χ έχει τις εξής ιδιότητες: i. αποχρωματίζει όξινο διάλυμα KMnO4 και ii. δίνει κίτρινο ίζημα με επίδραση I2/NaOH. α) Ποια από τις παρακάτω ενώσεις μπορεί να είναι η ένωση Χ; 1. Η 2-μεθυλο-1-προπανόλη 2. Η 2-βουτανόλη 3. Η προπανόνη β) Να αναγράψετε τις χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων της ένωσης Χ με τα δύο παραπάνω αντιδραστήρια. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

137

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

8. Αφού μελετήσετε την παρακάτω σειρά χημικών μετατροπών, να γράψετε στο τετράδιό σας τους συντακτικούς τύπους των ενώσεων (Α), (Β) και (Γ). [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ]

……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

9. Τρεις διαφορετικές φιάλες Α, Β και Γ περιέχουν 1-βουτανόλη, 2-βουτανόλη και 2-μεθυλο-2-προπανόλη, χωρίς να ξέρουμε σε ποια φιάλη περιέχεται ποια ουσία. α) Να αναφέρετε ένα αντιδραστήριο που να αντιδρά με όμοιο τρόπο και στις 3 φιάλες. β) Με ποια χαρακτηριστική αντίδραση μπορούμε να καταλάβουμε σε ποια φιάλη περιέχεται η 2-βουτανόλη; Να γράψετε τη συνολική εξίσωση της αντίδρασης αυτής. γ) Πως μπορούμε να καταλάβουμε ποια φιάλη περιέχει τη 2-μεθυλο-2-προπανόλη; ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

10. Να επιλέξετε από τη λίστα αντιδραστηρίων που ακολουθεί, τα κατάλληλα αντιδραστήρια Α, Β και Γ έτσι ώστε οι οργανικές ενώσεις της πρώτης στήλης να αντιδρούν (+) ή να μην αντιδρούν (−) με τα αντιδραστήρια αυτά. Δεν απαιτείται αιτιολόγηση. Αντιδραστήρια: Na, HCN, H2, KMnO4/H2SO4, αντιδραστήριο Tollens, CH3Cl. 1-βουτανόλη 2-βουτανόλη βουτανόνη βουτανάλη 2-μεθυλο-2-βουτανόλη

Α + + − + −

Β − − − + −

Γ + + − − +

11. Έξι δοχεία, αριθμημένα από το 1 έως το 6, περιέχουν το καθένα μία από τις ενώσεις: αιθανόλη, 1-βουτανόλη, βουτανόνη, διαιθυλαιθέρα, ακεταλδεΰδη (αιθανάλη) και βουτανικό οξύ. Με βάση τις πληροφορίες Ι-ΙV που ακολουθούν να προσδιορίσετε ποια ένωση περιέχεται σε κάθε δοχείο. Ι. Το περιεχόμενο των δοχείων 3, 5 και 6 μπορεί να αντιδράσει με νάτριο. ΙΙ. Οι ενώσεις που περιέχονται στα δοχεία 2, 4 και 5 δίνουν την αλογονοφορμική αντίδραση. ΙΙΙ. Το περιεχόμενο του δοχείου 6 αλλάζει το χρώμα των δεικτών. ΙV. Η ένωση που περιέχεται στο δοχείο 4 παράγει κάτοπτρο Αg, όταν αντιδράσει με αμμωνιακό διάλυμα νιτρικού αργύρου. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………..…

138

11 ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ

1. Θεωρητικές ασκήσεις Οι ασκήσεις στην οργανική χημεία διακρίνονται σε θεωρητικές, σε υπολογιστικές και σε μικτές ασκήσεις. Οι θεωρητικές ασκήσεις είναι αυτές που σχετίζονται με τις διάφορες οργανικές αντιδράσεις, χωρίς όμως να περιλαμβάνουν στοιχειομετρικούς υπολογισμούς. Συνήθως δίνεται μία σειρά αντιδράσεων (με περιγραφή ή σε μορφή διαγράμματος αντιδράσεων) στην οποία σειρά οι διάφορες οργανικές ενώσεις παριστάνονται με γράμματα (Α, Β, Γ κτλ.). Με βάση τις αντιδράσεις που δίνουν (ή που δεν δίνουν) οι ενώσεις αυτές στη σειρά των αντιδράσεων, προσδιορίζουμε τους συντακτικούς τους τύπους. Επίλυση των ασκήσεων στις οποίες ζητούνται οι συντακτικοί τύποι διαφόρων οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ κτλ. είναι η αναφορά του γράμματος και του συντακτικού τύπου στον οποίο αντιστοιχεί, π.χ.: Α: CH3CH2OH, B: CH3CHO, Γ: ΗCOONa κτλ. Στις ασκήσεις με τα διαγράμματα προσδιορίζουμε αρχικά σε ποια κατηγορία οργανικών ενώσεων ανήκει κάθε μία ένωση με βάση τις αντιδράσεις στις οποίες συμμετέχει. Π.χ. αν μία ένωση δίνει κάτοπτρο Ag με την επίδραση του αντιδραστηρίου Tollens θα είναι αλδεΰδη. Αν μας δίνουν κάποιο μοριακό τύπο προσδιορίζουμε σε ποια ομόλογη σειρά μπορεί να ανήκει. Π.χ. αν μας δίνουν ότι μία κορεσμένη ένωση Α έχει τύπο C4H10O ξέρουμε ότι είναι αλκοόλη ή αιθέρας. Στις ασκήσεις αυτές πρέπει επίσης να έχουμε καλή γνώση των γενικών μοριακών τύπων και της ισομέρειας (βλ. ενότητα 1). Συχνά στηρίζονται στους τρόπους διάκρισης και ταυτοποίησης των οργανικών ενώσεων (βλ. ενότητα 10). Αν σε κάποιο σημείο του διαγράμματος μας δίνουν έναν συντακτικό τύπο, τότε προσδιορίζουμε διαδοχικά τους επόμενους και τους προηγούμενους. Π.χ. αν μία αλκοόλη Χ δίνει CH3COONa με την επίδραση Cl2/NaOH, τότε η αλκοόλη θα είναι η 2-προπανόλη. Κλειδί στα διαγράμματα αυτά είναι συχνά κάποιες «λεπτομέρειες» στις διάφορες οργανικές αντιδράσεις, όπως π.χ.: i. Αν μία αλκοόλη οξειδώνεται σε καρβοξυλικό οξύ θα είναι πρωτοταγής, αν μάλιστα δίνει και την αλογονοφορμική αντίδραση θα είναι η CH3CH2OH. ii. Aν ένα αλκίνιο παρέχει ίζημα με την επίδραση CuCl/NH3, θα έχει τον τριπλό δεσμό στην άκρη της αλυσίδας. Επίσης, αν το αλκίνιο με προσθήκη Η2Ο δίνει αλδεΰδη θα είναι το αιθίνιο ή ακετυλένιο.

139

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

iii. Αν μία αλκοόλη προκύπτει με την επίδραση ΗCHO σε κάποιο αντιδραστήριο Grignard θα είναι πρωτοταγής αλκοόλη και αντίστροφα. Επίσης, αν με την επίδραση καρβονυλικής ένωσης σε κάποιο αντιδραστήριο Grignard προκύπτει δευτεροταγής αλκοόλη, η καρβονυλική ένωση θα είναι αλδεΰδη (όχι η ΗCHO). Αν προκύπτει αλκοόλη που δεν οξειδώνεται θα είναι τριτοταγής αλκοόλη και άρα η καρβονυλική ένωση θα είναι μία κετόνη. Σε όλες τις περιπτώσεις η αλκοόλη διαθέτει στο μόριό της το άθροισμα των ατόμων άνθρακα του αντιδραστηρίου Grignard και της καρβονυλικής ένωσης. iv. Αν μία ένωση Χ με υδρόλυση σε όξινο ή βασικό περιβάλλον δίνει δύο οργανικές ενώσεις, εκ των οποίων η μία είναι καρβοξυλικό οξύ (ή άλας) και η άλλη αλκοόλη, η ένωση Χ, θα είναι εστέρας και μάλιστα θα περιέχει το άθροισμα των ατόμων C του καρβοξυλικού οξέος και της αλκοόλης. v. Αν μία ένωση Χ είναι κορεσμένο καρβοξυλικό οξύ (ή το αντίστοιχο άλας) και αποχρωματίζει διάλυμα ΚΜnO4/H2SO4 σχηματίζοντας αέριο CO2 θα είναι το ΗCΟΟΗ (ή το άλας του, HCOONa), καθώς είναι το μοναδικό μονοκαρβοξυλικό οξύ το οποίο οξειδώνεται. Στις θεωρητικές ασκήσεις μπορούν να ενταχτούν και ασκήσεις μετατροπής διαφόρων οργανικών ενώσεων σε άλλες με βάση γνωστά αντιδραστήρια, π.χ. πως μπορούμε να παρασκευάσουμε μία συγκεκριμένη αλκοόλη με βάση τα αντιδραστήρια Grignard, πως μπορεί να προκύψει μία κυανυδρίνη ή και ένα 2-υδροξυοξύ από κάποια καρβονυλική ένωση κτλ. Επίσης είναι δυνατόν η αλληλουχία των διαφόρων αντιδράσεων με βάση τις οποίες προσδιορίζονται οι άγνωστοι συντακτικοί τύποι να μην δίνονται μέσω διαγράμματος αντιδράσεων αλλά ως κείμενο. Σε όλες τις περιπτώσεις είναι δυνατόν να ζητούνται και οι πλήρεις χημικές εξισώσεις κάποιων ή και όλων των χημικών αντιδράσεων ή και να συνδυαστούν και με υπολογιστικές ασκήσεις.

2. Υπολογιστικές ασκήσεις Οι υπολογιστικές ασκήσεις είναι αυτές που περιλαμβάνουν και στοιχειομετρικούς υπολογισμούς με βάση οργανικές αντιδράσεις. Οι πιο χαρακτηριστικές υπολογιστικές ασκήσεις είναι αυτές που σχετίζονται με αντιδράσεις οξείδωσης οργανικών ενώσεων. Μερικές άλλες περιπτώσεις υπολογιστικών ασκήσεων παρουσιάζονται στη συνέχεια. i. Σύσταση των προϊόντων υδρογόνωσης αλκενίων Έστω για παράδειγμα ότι x mol αιθενίου και y mol Η2 αντιδρούν παρουσία Ni. Διακρίνουμε τις εξής περιπτώσεις: α) x = y mol Αρχικά

X

x

Μεταβολές

‒x

‒x

x

Τελικά

—

—

x

Έτσι μετά την αντίδραση έχουμε μόνο x mol CH3CH3.

140

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ

β) x > y mol Αρχικά

X

y

Μεταβολές

‒y

‒y

Y

Τελικά

x‒y

—

Y

Επομένως, μετά την υδρογόνωση περισσεύουν (x ‒ y) mol αιθενίου, ενώ σχηματίζονται y mol CH3CH3. γ) x < y mol Αρχικά

X

y

Μεταβολές

‒x

‒x

x

Τελικά

—

y‒x

x

Επομένως, περισσεύουν (y ‒ x) mol H2, ενώ σχηματίζονται x mol αιθανίου. ii. Σύσταση των προϊόντων υδρογόνωσης αλκινίων Στην περίπτωση υδρογόνωσης ενός αλκινίου τα πράγματα είναι πιο πολύπλοκα, καθώς η υδρογόνωση γίνεται σε δύο στάδια: πρώτα σχηματίζεται το αλκένιο και στη συνέχεια, αν υπάρχει διαθέσιμο Η2, σχηματίζεται το αλκάνιο:

Έστω x mol και y mol οι αρχικές ποσότητες του αλκινίου και του Η2, αντίστοιχα. Θεωρητικά, οι δυνατές περιπτώσεις είναι οι εξής: α) y > 2x (σχηματισμός αλκανίου και περίσσεια Η2). β) y = 2x (σχηματισμός αλκανίου, δεν υπάρχει περίσσεια Η2). γ) 2x > y > x (σχηματίζεται μίγμα αλκενίου και αλκανίου). δ) y = x (σχηματισμός αλκενίου). ε) y < x (σχηματισμός αλκενίου και απομένει αλκίνιο που δεν υδρογονώνεται). iii. Αύξηση μάζας μιας οργανικής ένωσης σε μία αντίδραση Σε μερικές περιπτώσεις μας δίνουν την αύξηση μάζας που επέρχεται σε μία οργανική ένωση, όταν αυτή μετατρέπεται σε μία άλλη. Έστω π.χ. ότι μία πρωτοταγής αλκοόλη (CνH2ν+1CH2OH) μετατρέπεται πλήρως στο αντίστοιχο οξύ, μετά από κατεργασία με διάλυμα KMnO4/Η2SΟ4:

141

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Μάζα πριν την οξείδωση: x·(14ν + 32) g. Μάζα μετά την οξείδωση: x·(14ν + 46) g. Μεταβολή (αύξηση) της μάζας της αλκοόλης με την οξείδωση: Δm = x·(14ν + 46) – x·(14ν + 32) = 14x g ή 14 g/mol αλκοόλης. iv. Η εστεροποίηση είναι μία αμφίδρομη αντίδραση Έστω π.χ. ότι αρχικά έχουμε x mol CH3COOH και x mol CH3CH2OH: mol Αρχικά

x

x

Μεταβολές

‒y

‒y

y

y

Τελικά

x‒y

x‒y

y

y

Kc 

[CH3 COOCH2 CH3 ]  [H2 O] y2 y 4  , α  (0 < α < 1) 2 x [CH3 COOH]  [CH3 CH2 OH] (x  y)

Στην περίπτωση που ένα από τα αντιδρώντα βρίσκεται σε περίσσεια, η απόδοση βασίζεται στο συστατικό που βρίσκεται σε έλλειμμα (κατά τα γνωστά). v. Μία οργανική ένωση μετατρέπεται σε μίγμα προϊόντων Μερικές φορές σε μία χημική αντίδραση μπορούν να σχηματιστούν όχι ένα, αλλά περισσότερα προϊόντα. Π.χ.: α) Το προπένιο με προσθήκη νερού (σε όξινο περιβάλλον) σχηματίζει τη 2-προπανόλη ως κύριο προϊόν, αλλά και την 1-προπανόλη, σε μικρό ποσοστό (κανόνας του Markovnikov). β) Με κατεργασία ενός αλκυλαλογονίδιου με NaOH μπορεί, ανάλογα με τις συνθήκες (διαλύτες, θερμοκρασίες κτλ.) να σχηματιστεί αλκοόλη ή αλκένιο ή και μίγμα αλκοόλης και αλκένιου. Σημειώνεται ότι και στην περίπτωση σχηματισμού αλκενίου είναι δυνατόν να υπάρξουν δύο διαφορετικά αλκένια σε διαφορετικά ποσοστά (κανόνας Zaitsev). γ) Στην περίπτωση υδρογόνωσης ενός αλκινίου μπορεί να προκύψει αλκένιο, αλκάνιο ή και μίγμα αλκανίου και αλκενίου, ανάλογα με τη διαθέσιμη ποσότητα Η2. δ) Κατά την οξείδωση μίας πρωτοταγούς αλκοόλης με διάλυμα K2Cr2O7/H2SO4, μπορεί να προκύψει αλδεΰδη, οξύ, ή μίγμα των 2 ενώσεων. Θεωρούμε ότι μία ποσότητα της αλκοόλης οξειδώνεται σε οξύ και μία άλλη ποσότητα σε αλδεΰδη. Γράφουμε ξεχωριστά τις χημικές εξισώσεις για τις δύο αντιδράσεις και με βάση αυτές εκτελούμε τους στοιχειομετρικούς υπολογισμούς. Ζητούμενο σε τέτοια προβλήματα μπορεί να είναι και η απόδοση μετατροπής της αρχικής οργανικής ένωσης Α στα δύο δυνατά προϊόντα Β και Γ. Έστω π.χ. α ο αριθμός των mol της Α, από τα οποία β mol μετατρέπονται στο προϊόν Β και γ mol στο προϊόν Γ. Ισχύουν:

142

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ

α=β+γ % απόδοση μετατροπής της Α στη Β = (β/α)·100 % απόδοση μετατροπής της Α στη Γ = (γ/α)·100 vi. Προβλήματα με μίγματα οργανικών ενώσεων Ας δούμε μερικές περιπτώσεις μιγμάτων οργανικών ενώσεων, που θα μας βοηθήσουν να σκεφτόμαστε γενικότερα. Έστω για παράδειγμα μίγμα οργανικών ενώσεων που κατεργάζεται με αντιδραστήριο Fehling και προκύπτει ίζημα. Αυτό σημαίνει ότι η μία τουλάχιστον από τις οργανικές ενώσεις είναι αλδεΰδη (μπορεί να υπάρχουν και άλλες αλδεΰδες, αλλά όχι απαραίτητα). Αν έχουμε μίγμα κορεσμένων ισομερών ενώσεων του τύπου CνH2νO που κατεργάζεται με Ι2/NaOH και παράγει ίζημα, αυτό σημαίνει ότι η μία από τις ενώσεις θα είναι οπωσδήποτε κετόνη που δίνει την αλογονοφορμική αντίδραση (οι άλλες μπορεί να είναι αλδεΰδες ή κετόνες). Να σημειωθεί ότι αποκλείεται η μία ένωση να είναι η αιθανάλη (CH3CHO), γιατί δεν έχει ισομερή καρβονυλική ένωση. Αν έχουμε μίγμα κορεσμένων ισομερών ενώσεων του τύπου CνH2ν+2O που κατεργάζεται με μεταλλικό Na και παράγει αέριο, τότε η μία από τις ενώσεις θα είναι οπωσδήποτε αλκοόλη ενώ οι άλλες μπορεί να είναι επίσης αλκοόλες ή και αιθέρες. Η μία ένωση αποκλείεται να είναι η μεθανάλη (CH3ΟΗ), γιατί δεν έχει ως ισομερή ένωση άλλη αλκοόλη ή αιθέρα. Αν έχουμε μίγμα κορεσμένων ισομερών ενώσεων του τύπου CνH2νO2 που κατεργάζεται με Na2CΟ3 και παράγει αέριο, τότε η μία από τις ενώσεις θα είναι οπωσδήποτε καρβοξυλικό οξύ ενώ οι άλλες μπορεί να είναι επίσης καρβοξυλικά οξέα ή και εστέρες. Μάλιστα, αποκλείεται το καρβοξυλικό οξύ να είναι το μεθανικό ή μυρμηκικό οξύ (ΗCOΟΗ), γιατί δεν έχει ως ισομερή ένωση καρβοξυλικό οξύ ή εστέρα.

Ισομοριακό είναι ένα μίγμα στο οποίο οι ποσότητες σε mol όλων των συστατικών είναι ίσες, π.χ. από x mol.

Αν έχουμε μίγμα δύο οργανικών ενώσεων (Α και Β) που λαμβάνει μέρος σε στοιχειομετρικούς υπολογισμούς, θεωρούμε x mol την ποσότητα της Α και y mol την ποσότητα της Β. Αν χωρίσουμε το μίγμα σε ίσα μέρη, π.χ. σε τρία ίσα μέρη, τότε το κάθε μέρος θα αποτελείται από (x/3) mol A και (y/3) mol B. Επίσης, αν έχουμε ισομοριακό μίγμα τριών οργανικών ενώσεων Α, Β και Γ, που λαμβάνει μέρος σε στοιχειομετρικούς υπολογισμούς θεωρούμε x mol την ποσότητα της Α, x mol την ποσότητα της Β και x mol την ποσότητα της Γ. Αν το μίγμα αυτό χωριστεί σε δύο ίσα μέρη, τότε κάθε μέρος θα αποτελείται από (x/2) mol A, (x/2) mol Β και (x/2) mol Γ. Αν το μίγμα χωριστεί σε τρία ίσα μέρη, τότε κάθε μέρος θα αποτελείται από (x/3) mol A, (x/3) mol Β και (x/3) mol Γ.

3. Μικτές ασκήσεις Οι μικτές ασκήσεις είναι αυτές στις οποίες πρέπει να προσδιορίσουμε τους συντακτικούς τύπους με βάση διάφορες οργανικές αντιδράσεις, κάποιες από τις οποίες περιλαμβάνουν και στοιχειομετρικούς υπολογισμούς.

143

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΑΣΚΗΣΕΩΝ - ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΩΝ 1. Να προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ και Ε με βάση το παρακάτω διάγραμμα αντιδράσεων:

3-μεθυλο-2-βουτανόλη ΛΥΣΗ Η 3-μεθυλο-2-βουτανόλη είναι δευτεροταγής αλκοόλη και παρασκευάζεται με την επίδραση κατάλληλης αλδεΰδης Α στο αντιδραστήριο Grignard (Ε). Η αλδεΰδη Α δίνει επίσης την αλογονοφορμική αντίδραση και επομένως μπορεί να είναι μόνο η αιθανάλη (CH3CHO) και άρα το Β είναι το HCOONa. Επίσης, για να παρασκευαστεί τελικά η 3μεθυλο-2-βουτανόλη θα πρέπει το αλκυλαλογονίδιο Δ είναι το 2-χλωροπροπάνιο και επομένως το αλκένιο Γ θα είναι το προπένιο:

2. Με βάση το παρακάτω διάγραμμα αντιδράσεων, να προσδιορίσετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α - Ι.

ΛΥΣΗ

144

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ

Με βάση το τμήμα Α  Β  Δ  2-μεθυλοπροπανικό οξύ, καταλαβαίνουμε ότι η Δ είναι νιτρίλιο, η Β αλκυλαλογονίδιο και η Α είναι αλκοόλη. Μάλιστα, η Α θα πρέπει να είναι η 2-προπανόλη, ώστε να προκύπτει με υδρόλυση της Δ να προκύπτει 2μεθυλοπροπανικό οξύ. Επομένως:

3. Με βάση το διάγραμμα των οργανικών αντιδράσεων που ακολουθεί να προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ, Κ, Λ και Μ.

Από το διάγραμμα παρατηρούμε ότι οι ενώσεις Α, Β, Γ, Δ και Ε διαθέτουν τον ίδιο αριθμό ατόμων C στο μόριό τους (έστω ν), ενώ οι ενώσεις Ζ, Θ, Κ και Λ έχουν ένα άτομο C περισσότερο (ν + 1). Επίσης, όταν οι ενώσεις Λ (αλκοξείδιο) και Β (αλκυλαλογονίδιο) αντιδρούν, παράγουν τον αιθέρα Μ του οποίου τα άτομα C είναι: ν + (ν + 1) = 7, ν = 3. Άρα οι ενώσεις του διαγράμματος είναι οι εξής: Α: προπένιο, Β: 2-χλωροπροπάνιο, Γ: 1,2-διβρωμοπροπάνιο, Δ: προπίνιο, Ε: CH3C≡CNa (προπινίδιο του νατρίου), Ζ: 2-βουτίνιο, Θ: βουτανόνη, Κ: 2-βουτανόλη, Λ: , Μ:

145

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

4. Με βάση το διάγραμμα αντιδράσεων που ακολουθεί να προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ, Κ, Μ και Ν.

ΛΥΣΗ Ο μοριακός τύπος της Α ανήκει στη γενική μορφή CνΗ2νΟ2 και άρα είναι κορεσμένο μονοκαρβοξυλικό οξύ ή εστέρας. Εφόσον, όμως, υδρολύεται θα είναι εστέρας και μάλιστα τα προϊόντα της υδρόλυσης θα είναι κορεσμένο μονοκαρβοξυλικό οξύ (Β) και κορεσμένη μονοσθενής αλκοόλη (Γ), η οποία δίνει την αλογονοφορμική και επίσης αφυδατώνεται. Η ένωση Δ είναι άλας με Na του οξέος Β, ενώ η αλκοόλη Γ έχει ένα άτομο C περισσότερο από την Δ. Αφού οι ενώσεις Β και Γ έχουν και οι δύο μαζί 7 άτομα C, η Γ θα έχει 4 άτομα C και καθώς δίνει την αλογονοφορμική θα είναι η 2βουτανόλη, ενώ η Β θα έχει 3 άτομα C. Άρα οι ενώσεις είναι οι εξής: Β: προπανικό οξύ Γ: 2-βουτανόλη Α: (προπανικός δευτεροταγής βουτυλεστέρας)

Δ: προπανικό νάτριο, Ε: 2-βουτένιο, Ζ: 2,3-διβρωμοβουτάνιο, Θ: 2-βουτίνιο, Κ: βουτανόνη, Μ: 2-μεθυλο-2-υδροξυβουτανονιτρίλιο, Ν: 2-μεθυλο-2-υδροξυβουτανικό οξύ.

5. Εστέρας Α με μοριακό τύπο C4H8O2 υδρολύεται σε όξινο περιβάλλον και παράγονται ένα κορεσμένο μονοκαρβοξυλικό οξύ Β και μία κορεσμένη μονοσθενής αλκοόλη Γ. Η αλκοόλη Γ μπορεί να οξειδωθεί με διάλυμα K2Cr2O7/Η2SO4 παράγοντας καρβονυλική ένωση Δ που δίνει κίτρινο ίζημα όταν κατεργαστεί με I2/NaOH. To οξύ B δεν αποχρωματίζει το διάλυμα ΚΜnO4/Η2SO4. α) Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των Α, Β, Γ και Δ; β) Nα γραφούν οι εξισώσεις των αντιδράσεων της ένωσης Δ με τα εξής αντιδραστήρια: i. H2/Ni, ii. HCN, iii. CH3MgCl και στη συνέχεια υδρόλυση. γ) Πως αντιδρά το οξύ Β με i. Νa2CO3 και ii. NaOH; ΛΥΣΗ α) Το κορεσμένο μονοκαρβοξυλικό οξύ Β δε μπορεί να είναι το HCOOH, καθώς δεν αποχρωματίζει το διάλυμα ΚΜnO4/Η2SO4. Θα είναι, επομένως, το CH3COOH ή το CH3CH2COOH (ο εστέρας διαθέτει τέσσερα άτομα C). Μένουν, λοιπόν, ένα ή δύο άτομα C για την αλκοόλη Γ (CH3OH ή CH3CH2OH). Από τις δύο αυτές αλκοόλες, μόνο η CH3CH2OH οξειδώνεται προς ένωση (CH3CHO) που δίνει θετικό το τεστ ιωδοφορμίου. Επομένως: Α: αιθανικός αιθυλεστέρας (CH3COOCH2CH3), Β: αιθανικό οξύ (CH3COOH), Γ: αιθανόλη (CH3CH2OH), Δ: αιθανάλη (CH3CHO).

146

Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους!

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ

Να γραφούν οι πλήρεις χημικές εξισώσεις!

β) i. Αναγωγή προς αιθανόλη. ii. Σχηματισμός κυανυδρίνης. iii. Σχηματισμός 2-προπανόλης. γ) i. Σχηματισμός CH3COONa με σύγχρονη έκλυση CO2. ii. Εξουδετέρωση.

6. Εστέρας Α του τύπου C5H10O2 υδρολύεται σε όξινο περιβάλλον, οπότε παράγονται κορεσμένη μονοσθενής αλκοόλη (Β) και κορεσμένο μονοκαρβοξυλικό οξύ (Γ) με την ίδια σχετική μοριακή μάζα. Η αλκοόλη Β μπορεί να μπορεί να οξειδωθεί προς ένωση Δ, η οποία σχηματίζει κάτοπτρο αργύρου με κατεργασία με το αντιδραστήριο Tollens. α) Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των Α, Β, Γ και Δ; β) Πως μπορεί να παρασκευαστεί η Β με τη χρήση αντιδραστηρίων Grignard και κατάλληλων καρβονυλικών ενώσεων; γ) Να γράψετε δύο διαφορετικές χημικές εξισώσεις, που να φανερώνουν τον όξινο χαρακτήρα της Γ. ΛΥΣΗ α) Έστω CνH2ν+1COOCωΗ2ω+1 o τύπος του εστέρα A.

Mr(Γ) = Μr(Β), 14ν + 46 = 14ω + 18, ω ‒ ν = 2 (1). Επίσης με βάση τον τύπο του εστέρα, ισχύει: ν + ω = 4 (2). Από τις εξισώσεις (1) και (2), έχουμε: ν = 1 και ω = 3, οπότε η ένωση Γ είναι το αιθανικό οξύ ενώ η αλκοόλη Β διαθέτει 3 άτομα C. Από τις δύο δυνατές αλκοόλες (1-προπανόλη και 2-προπανόλη) μόνο η 1-προπανόλη οξειδώνεται σε αλδεΰδη Δ (CH3CH2CHO) η οποία σχηματίζει κάτοπτρο αργύρου με κατεργασία με το αντιδραστήριο Tollens. Επομένως: Α: αιθανικός προπυλεστέρας (CH3COOCH2CH2CH3), Β: 1-προπανόλη (CH3CH2CH2OH), Γ: αιθανικό οξύ (CH3COOH), Δ: προπανάλη (CH3CH2CH=O). β) γ) i. Εξουδετέρωση:

ii. Διάσπαση ανθρακικών αλάτων:

7. Ποσότητα της πρωτοταγούς αλκοόλη Α αφυδατώνεται προς αλκένιο Β που με κατεργασία με νερό παράγει την ένωση Γ ως κύριο προϊόν. Σε ποσότητα της Γ επιδρούμε μεταλλικό Na και προκύπτει ένωση Δ με σύγχρονη έκλυση αέριου Η2. Σε άλλη ποσότητα της Α επιδρούμε SOCl2 και προκύπτει οργανική ένωση Ε. Ισομοριακές ποσότητες των Δ και Ε φέρονται προς αντίδραση και σχηματίζεται ένωση Ζ με μοριακό τύπο C8H18O. α) Να ταξινομήσετε όλες τις αντιδράσεις που αναφέρονται, ως υποκατάσταση, προσθήκη ή απόσπαση.

147

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

β) Να αποδείξετε ότι η ένωση Α διαθέτει τέσσερα άτομα άνθρακα στο μόριό της και να γράψετε τους δυνατούς συντακτικούς της τύπους. γ) Αν είναι γνωστό ότι η Γ δε δίνει ίζημα με επίδραση I2/NaOH, ποιοι οι συντακτικοί τύποι των Α, Β, Γ, Δ και Ε; ΛΥΣΗ α) Έχουμε κατά σειρά: απόσπαση, προσθήκη, όξινος χαρακτήρας αλκοολών, υποκατάσταση και υποκατάσταση.

β) Παρατηρούμε ότι οι ενώσεις Α - Ε έχουν τα ίδια άτομα άνθρακα (δεν αλλάζει με τις αντιδράσεις που συμβαίνουν η ανθρακική αλυσίδα). Στην τελευταία αντίδραση συνδυάζονται τα άτομα άνθρακα και προκύπτει ο αιθέρας Ζ με οκτώ άτομα C. Επομένως, οι ενώσεις Α-Ε έχουν από τέσσερα άτομα C. Η ένωση Α ως πρωτοταγής αλκοόλη μπορεί να είναι η 1-βουτανόλη ή η 2-μεθυλο-1-προπανόλη. γ) Η 1-βουτανόλη με αφυδάτωση και επαναπροσθήκη νερού οδηγεί στην 2-βουτανόλη (ως κύριο προϊόν) που δίνει την αλογονοφορμική αντίδραση. Άρα η ένωση Α θα πρέπει να είναι η 2-μεθυλο-1-προπανόλη, η οποία με αφυδάτωση και επαναπροσθήκη νερού οδηγεί στην 2-μεθυλο-2-προπανόλη (ως κύριο προϊόν) που δεν δίνει την αλογονοφορμική. Συνοπτικά, οι οργανικές ενώσεις που αναφέρονται είναι: Α: 2-μεθυλο-1προπανόλη, Β: μεθυλοπροπένιο, Γ: 2-μεθυλο-2-προπανόλη, Δ: το αλκοξείδιο με Na της 2-μεθυλο-2-προπανόλης, E: 2-μεθυλο-1-χλωροπροπάνιο και

Ζ:

8. Δίνονται οι παρακάτω μετατροπές:

α) Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων B, Γ, Δ, Ε Ζ και RMgCl. β) Με δεδομένο ότι ο όγκος του Η2 που εκλύεται είναι 1,12 L (μετρημένος σε STP) και ότι η ποσότητα του CH3CH=CH2 αποχρωματίζει ακριβώς 500 mL διαλύματος Br2/CCl4, να υπολογίσετε τη συγκέντρωση (mol/L) του Βr2 στο διάλυμα Br2/CCl4. Όλες οι παραπάνω αντιδράσεις θεωρούνται ποσοτικές και μονόδρομες. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] ΛΥΣΗ

148

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ

α) Όπως βλέπουμε από τις δύο πρώτες εξισώσεις η αλκοόλη Γ είναι πρωτοταγής ενώ με αφυδάτωση δίνει προπένιο (CH3CH=CH2). Πρόκειται, επομένως, για την 1προπανόλη (CH3CH2CH2OH). To αντιδραστήριο Grignard είναι το CH3CH2MgCl που με επίδραση HCHO δίνει την Γ μέσω του ενδιαμέσου CH3CH2CH2MgCl (ένωση Β). Με προσθήκη Br2 στο προπένιο προκύπτει το προϊόν προσθήκης (Δ):

Με διπλή αφυδραλογόνωση της Δ προκύπτει προπίνιο (ένωση Ε), που στη συνέχεια με επίδραση Na οδηγεί στο αντίστοιχο ακετυλίδιο Ζ (CH3CCΝa). β)

(x/2) ·22,4 = 1,12, x = 0,1 mol.

Επομένως για το διάλυμα του Βr2: c = n/V = 0,1 mol/0,5 L = 0,2 M. 9. Ποσότητα αερίου αλκινίου (A), όγκου 4,48 L, μετρημένα σε STP, αναμιγνύεται με ποσότητα Η2 και το μίγμα διαβιβάζεται πάνω από θερμαινόμενο Ni, οπότε μετατρέπεται κατά ένα μέρος σε αλκένιο (B) ενώ το υπόλοιπο μέρος δεν αντιδρά. To μίγμα αυτό του αλκενίου και του αλκινίου χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. Το 1ο μέρος διαβιβάζεται σε διάλυμα Br2 1 Μ σε CCl4 και αποχρωματίζει ακριβώς 150 mL από αυτό. Όλη η ποσότητα του αλκενίου Β που υπάρχει στο 2ο μέρος υφίσταται προσθήκη νερού και μετατρέπεται κατά 80% στο κύριο προϊόν (Γ) μάζας 2,4 g. Να προσδιοριστούν: α) Η ποσότητα του αλκενίου (Β) που παράχθηκε (σε mol). β) Οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Α, Β και Γ. ΛΥΣΗ α) Έστω CνH2ν−2 ο μοριακός τύπος του αλκινίου (Α). H ποσότητά του σε mol είναι: n = V/22,4 = 4,48/22,4 = 0,2 mol. Από αυτά, έστω x mol μετατρέπονται στο αλκένιο (Β) και τα υπόλοιπα (0,2 – x) mol δεν αντιδρούν. Για τις αντιδράσεις των δύο συστατικών του 1ου μέρους με το διάλυμα Br2, έχουμε:

Η ποσότητα του Br2 στο διάλυμά του είναι: n = c·V = 0,15·1 = 0,15 mol και επομένως θα ισχύει: (x/2) + (0,2 – x) = 0,15, x = 0,1 mol.

149

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

β) Για την προσθήκη Η2Ο στο αλκένιο, έχουμε:

Για την αλκοόλη Γ θα ισχύει: Mr = 14ν + 18 και επομένως για την παραγόμενη μάζα της αλκοόλης θα ισχύει: (14ν + 18)·0,8·0,05 = 2,4, ν = 3. Επομένως, οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Α, Β και Γ θα είναι: CH3C≡CH (Α), CH3CH=CH2 (B) και CH3CH(OH)CH3 (Γ).

10. Ποσότητα κορεσμένης μονοσθενούς αλκοόλης Α μάζας 9 g αφυδατώνεται με θέρμανση παρουσία H2SO4 και προκύπτει υδρογονάνθρακας Β με απόδοση 60%. Παρατηρείται ότι όλη η ποσότητα του Β απαιτεί για πλήρη αντίδραση 300 mL διαλύματος Br2 0,3 M σε CCl4. α) Ποια η ποσότητα του υδρογονάνθρακα Β σε mol; β) Ποιος ο μοριακός τύπος των ενώσεων Α και Β; γ) Ίση ποσότητα της ένωσης Α αντιδρά πλήρως με 50 mL διαλύματος Κ2Cr2O7 1 Μ, παρουσία H2SO4. Ποιος ο συντακτικός τύπος της ένωσης Α; ΛΥΣΗ α) Έστω CνH2ν+1OH η αλκοόλη Α και CνH2ν το αλκένιο Β.

H ποσότητα του Br2 που αντιδρά είναι: n = c·V = 0,3·0,3 = 0,09 mol. Επομένως, η ποσότητα του αλκενίου Β θα είναι επίσης 0,09 mol. β) To B σχηματίζεται με αφυδάτωση της Α, σύμφωνα με την εξίσωση:

Με βάση την απόδοση της αντίδρασης αφυδάτωσης η ποσότητα του Β που σχηματίζεται θα είναι 0,6x mol, όπου x ο αριθμός των mol της Α. Ισχύει: 0,6x = 0,09, οπότε x = 0,15 mol. Με βάση τη μάζα της Α έχουμε την εξίσωση: 9 0,15  , ν = 3 (όπου 14ν + 18 = Μr της Α) 14ν  18 Επομένως, οι μοριακοί τύποι της αλκοόλης Α και του αλκενίου είναι, αντίστοιχα, C3H8O και C3H6. γ) Στον τύπο της Α αντιστοιχούν μία πρωτοταγής (η 1-προπανόλη) και μία δευτεροταγής αλκοόλη (η 2-προπανόλη). Έστω ότι είναι η 1-προπανόλη. O μέγιστος όγκος διαλύματος Κ2Cr2O7 που μπορεί να αποχρωματιστεί αντιστοιχεί στην πλήρη οξείδωση προς C2Η5CΟOH:

Ο όγκος του διαλύματος Κ2Cr2O7 θα είναι: V 

150

n 0,1 = 0,1 L ή 100 mL.  c 1

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ

Καθώς η αλκοόλη Α μπορεί να αποχρωματίσει το πολύ 50 mL διαλύματος Κ2Cr2O7, θα είναι η δευτεροταγής (η 2-προπανόλη):

Επιβεβαίωση: Από την αντίδραση οξείδωσης της 2-προπανόλης με Κ2Cr2O7/H2SO4 υπολογίζουμε τον όγκο του διαλύματος του Κ2Cr2O7 που απαιτείται. Είναι, πράγματι, 50 mL. 11. Ισομοριακό μίγμα δύο ισομερών αλκοολών Α και Β του τύπου C4Η10Ο έχει μάζα 29,6 g. To μίγμα αυτό χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. Το 1ο μέρος παράγει κίτρινο ίζημα με επίδραση Ι2/NaOH. To 2ο μέρος αποχρωματίζει το πολύ 40 mL διαλύματος KMnO4 1 M οξινισμένου με H2SO4. α) Nα προσδιοριστούν οι ποσότητες των δύο ισομερών αλκοολών στο αρχικό μίγμα καθώς και οι συντακτικοί τους τύποι. β) Να υπολογιστεί ο όγκος του αερίου (σε STP) που προκύπτει με την κατεργασία του αρχικού μίγματος με περίσσεια μεταλλικού Na. ΛΥΣΗ α) Έστω x mol Α και x mol Β οι ποσότητες των δύο αλκοολών στο αρχικό μίγμα. Οι σχετικές μοριακές μάζες των δύο ενώσεων είναι Mr = 4·12 + 10 + 16 = 74 και επομένως θα ισχύει: 74x + 74x = 29,6, 148x = 29,6, x = 0,2 mol. Άρα, σε κάθε ένα μέρος στο οποίο χωρίζεται το μίγμα θα αποτελείται από 0,1 mol της Α και 0,1 mol της Β.

Από τις δυνατές ισομερείς αλκοόλες με τύπο C4Η10Ο, μόνο η 2-βουτανόλη δίνει την αλογονοφορμική αντίδραση και επομένως η μία αλκοόλη θα είναι αυτή. Για την οξείδωση της αλκοόλης αυτής με το διάλυμα ΚΜnO4/H2SO4 έχουμε τα εξής:

Η συνολική ποσότητα του ΚΜnO4 που αποχρωματίζεται είναι: n = 1·0,04 = 0,04 mol και επομένως η άλλη αλκοόλη δεν οξειδώνεται, δηλ. είναι τριτοταγής (2-μεθυλο-2προπανόλη):

β) Και οι δύο αλκοόλες του αρχικού μίγματος αντιδρούν με το Na, σύμφωνα με τις εξισώσεις:

151

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

0,1 mol 0,2 mol

0,1 mol 0,2 mol Άρα προκύπτουν (0,1 + 0,1)·22,4 = 4,48 L αερίου Η2.

12. Ποσότητα προπενίου μάζας 4,62 g υφίσταται προσθήκη νερού και προκύπτουν δύο προϊόντα Α και Β (το Α σε μεγαλύτερη αναλογία). α) Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των προϊόντων Α και Β; Εξηγείστε. β) Ποιο από τα Α και Β παράγει κίτρινο ίζημα με κατεργασία με I2/NaOH; Να γραφεί η συνολική εξίσωση της αντίδρασης. γ) Το μίγμα των δύο προϊόντων Α και Β υφίσταται οξείδωση με τη βοήθεια όξινου διαλύματος KMnO4 0,2 Μ. Παρατηρείται ο πλήρης αποχρωματισμός 240 mL του διαλύματος αυτού. i. Nα γραφούν οι εξισώσεις οξείδωσης των Α και Β με KMnO4/H2SO4. ii. Να υπολογιστεί το ποσοστό μετατροπής του προπενίου στα προϊόντα Α και Β. ΛΥΣΗ α) H προσθήκη νερού στο CH3CH=CH2 δίνει τη 2-προπανόλη (Α), ως κύριο προϊόν, σύμφωνα με τον κανόνα του Markovnikov, μαζί με μικρή ποσότητα 1-προπανόλης (προϊόν Β):

Α Β

β) Από τα δύο προϊόντα, η 2-προπανόλη δίνει με επίδραση I2/NaOH την αλογονοφορμική αντίδραση, παράγοντας κίτρινο ίζημα (CHI3):

γ) Υπολογίζουμε τoν αριθμό των mol του προπενίου:

n

m 4 ,62   0,11 mol Mr 42

Από τα αρχικά 0,11 mol του προπενίου, έστω α mol μετατρέπονται σε 2-προπανόλη και τα υπόλοιπα β mol σε 1-προπανόλη. Ισχύει: α + β = 0,11 (1).

152

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ

Η συνολική ποσότητα του KMnO4 για την οξείδωση των Α και Β είναι:

2α  4β  n  0,24  0,2 (2) 5 Από τις εξισώσεις (1) και (2) προκύπτει: α = 0,1 και β = 0,01 mol. To ποσοστό μετατροπής του προπενίου στην 2-προπανόλη είναι: (0,1/0,11)·100 = 90,9%. Τα υπόλοιπα 100 – 90,9 = 9,1% μετατρέπονται σε 1-προπανόλη.

13. Ένωση Α του τύπου C7H14O2 υδρολύεται σε όξινο περιβάλλον παράγοντας δύο ενώσεις Β και Γ. Η ένωση Β με επίδραση KHCO3 παράγει ένωση Δ καθώς και αέριο CO2. H ένωση Γ με επίδραση Ι2/ΝaOH παράγει ένωση Ε καθώς και κίτρινο ίζημα (ένωση Ζ). Επίσης, ένωση Θ του τύπου C3H6O με επίδραση CH3MgBr παράγει ενδιάμεσο Κ το οποίο με υδρόλυση οδηγεί στην Γ. Τέλος, η ένωση Θ με HCN οδηγεί στην ένωση Μ η οποία με υδρόλυση σε όξινο περιβάλλον παράγει την ένωση Ν. Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ, Κ, Μ και Ν. ΛΥΣΗ Με βάση τις αντιδράσεις που παρουσιάζονται κατασκευάζουμε το διάγραμμα:

Η ένωση Α είναι εστέρας και με την υδρόλυση παράγει το οξύ Β (διασπά τα ανθρακικά άλατα). Η αλκοόλη Γ δίνει την αλογονοφορμική και διαθέτει 4 άτομα C καθώς προκύπτει από τη ένωση Θ που διαθέτει 3 άτομα C και το CH3MgBr. Επομένως, η Γ είναι η 2-βουτανόλη και η Θ είναι η προπανάλη. Άρα το οξύ Β θα έχει τρία άτομα C και θα είναι το προπανικό οξύ. Τελικά, οι ενώσεις που ζητούνται είναι οι εξής: Α: CH3CH2COOCH(CH3)CH2CH3 Β: CH3CH2COOH Γ: CH3CH2CH(OH)CH3 Δ: CH3CH2COOK Ε: CH3CH2COONa Ζ: CHI3 Θ: CH3CH2CH=O Κ: CH3CH2CH(OMgBr))CH3 Μ: CH3CH2CH(OH)CΝ Ν: CH3CH2CH(OH)COOH

153

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

14. Αλκένιο Α κατεργάζεται με ΗΒr και προκύπτει ένωση Β η οποία μετατρέπεται στο αντίστοιχο αντιδραστήριο Grignard Γ. To Grignard Γ αντιδρά με x g αλδεΰδης Δ και προκύπτει ενδιάμεσο που με υδρόλυση παράγει οργανική ένωση Ε μάζας (x + 8,8) g. Επίσης, ίση με την παραπάνω ποσότητα της αλδεΰδης Δ αντιδρά με ΗCN και προκύπτει η ένωση Ζ η οποία με επίδραση νερού σε όξινο περιβάλλον οδηγεί στην ένωση Θ μάζας 18 g. Αν είναι επίσης γνωστό ότι η ένωση Δ προκύπτει με επίδραση νερού σε αλκίνιο, παρουσία καταλυτών, να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ και Θ. Οι αντιδράσεις να θεωρηθούν πλήρεις και μονόδρομες. ΛΥΣΗ Η αλδεΰδη Δ είναι η CH3CH=O γιατί είναι η μόνη αλδεΰδη που προκύπτει με επίδραση νερού σε αλκίνιο (το αιθίνιο ή ακετυλένιο, CH≡CH):

Έστω CνΗ2ν o τύπος του αλκενίου Α. Έχουμε κατά σειρά τις αντιδράσεις:

H αλδεΰδη Δ έχει Μr = 44 και επομένως η ποσότητά της σε mol είναι ίση με x/44. Από τη στοιχειομετρία της τελευταίας αντίδρασης προκύπτει ότι η ποσότητα της Θ είναι επίσης x/44 mol. Καθώς για την ένωση αυτή Mr = 90, θα ισχύει: (x/44)·90 = 18 και επομένως: x = 8,8 g (0,2 mol). Από τη στοιχειομετρία της τρίτης αντίδρασης προκύπτει ότι η ποσότητα της ένωσης Ε (Μr = 14ν + 60) είναι επίσης 0,2 mol και επομένως για την ένωση αυτή θα ισχύει: 8,8 + 8,8 = 0,2·(14ν + 60), ν = 2 Επομένως, οι υπόλοιποι συντακτικοί τύποι είναι οι εξής: CH2=CH2 (A), CH3CH2Br (B), CH3CH2MgBr (Γ), CH3CH2CH(OH)CH3 (E).

15. Ποσότητα κορεσμένης καρβονυλικής ένωσης Α χωρίζεται σε 3 ίσα μέρη. Το 1ο μέρος αντιδρά πλήρως με αμμωνιακό διάλυμα AgNO3 και σχηματίζονται 6,48 g κατόπτρου καθώς και οργανική ένωση Β. Το 2ο μέρος αντιδρά πλήρως με διάλυμα Ι2/ΚΟΗ και σχηματίζει κίτρινο ίζημα Γ και οργανική ένωση Δ. Το 3ο μέρος αντιδρά πλήρως με CH3MgBr και σχηματίζεται ενδιάμεσο προϊόν Ε το οποίο υδρόλυση οδηγεί στην οργανική ένωση Ζ.

154

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ

Ζητούνται: α) Πόσα είναι συνολικά τα mol της Α και ποιοι οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Α και Β. β) Ποια είναι η ένωση Γ και ποια είναι η μάζα της. γ) Ποιες είναι οι ενώσεις Ε και Ζ. δ) Πόσα mL διαλύματος K2Cr2O7 συγκέντρωσης 0,1 M οξινισμένου με H2SO4 απαιτούνται για την πλήρη οξείδωση της Ζ και ποιο είναι το προϊόν της οξείδωσης. [Π.Μ.Δ.Χ.] ΛΥΣΗ α) Έστω 3x mol η αρχική ποσότητα της καρβονυλικής ένωσης Α (x mol σε κάθε μέρος). Εφόσον αντιδρά με αμμωνιακό διάλυμα AgNO3 και επίσης με Ι2/ΚΟΗ θα είναι ή ακεταλδεΰδη, CΗ3CH=O. CΗ3CH=O + 2AgNO3 + 3NH3 + Η2Ο → CΗ3COONH4 + 2Ag + 2NH4NO3 x mol x mol 2x mol , x   , mol, x  0,03 mol.  Η συνολική ποσότητα της Α θα είναι: 3x = 0,09 mol και η ποσότητα της Β (οξικό αμμώνιο, CΗ3COONH4) θα είναι 0,03 mol.

CΗ3CH=O + 4Ι2 + 6NaOH → ΗCOONa + CHI3 + 5NaI + 5H2O 0,03 mol 0,03 mol To κίτρινο ίζημα (Γ) θα είναι το ιωδοφόρμιο και οργανική ένωση Δ θα είναι το μυρμηκικό νάτριο. Η μάζα της Γ (Μr = 394) θα είναι: 0,03·394 = 11,82 g. β)

γ)

CΗ3CH=O + CH3MgBr → (CH3)2CHOMgBr (προϊόν Ε) (CH3)2CHOMgBr + Η2Ο → (CH3)2CHOΗ + Mg(ΟΗ)Br

Η οργανική ένωση Ζ θα είναι η 2-προπανόλη. δ) 3(CH3)2CHOΗ + K2Cr2O7 + 4Η2SO4 → 3(CH3)2C=O + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O 0,03 mol 0,01 mol O όγκος του διαλύματος K2Cr2O7 θα είναι:

V

n 0,01   0,1 L ή 100 mL. c 0,1

155

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Όλες οι αντιδράσεις να θεωρηθούν μονόδρομες και ποσοτικές (εκτός αν αναφέρεται διαφορετικά). Οι σχετικές ατομικές μάζες δίνονται στο τέλος του βιβλίου. Για νέους… λύτες 11.1. Δίνονται οι οργανικές ενώσεις: 1-προπανόλη, προπανάλη και προπανικό οξύ. α) Ποια από τις παραπάνω ενώσεις αντιδρά µε το αντιδραστήριο Fehling; β) Ποιες από τις παραπάνω ενώσεις αντιδρούν μεταξύ τους σε κατάλληλες συνθήκες παράγοντας έναν εστέρα; γ) Ποια από τις παραπάνω ενώσεις μπορεί να σχηματίσει κυανυδρίνη με την επίδραση κατάλληλου αντιδραστηρίου; Σε όλες τις περιπτώσεις να γράψετε τις αντίστοιχες χημικές εξισώσεις.

11.2. Μελετήστε την ακολουθία των αντιδράσεων:

Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ και Ε; 11.3. Με βάση το συνθετικό σχήμα που ακολουθεί να προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Κ, Λ, Μ και Ν. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ]

11.4. Αφού μελετήσετε την παρακάτω σειρά χημικών μετατροπών, να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α, Β και Γ. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ]

11.5. Ποσότητα CH3CH2CH2Cl αντιδρά με αλκοολικό διάλυμα NaOH παράγοντας ένωση Α η οποία με προσθήκη Η2Ο οδηγεί στην ένωση Β (κύριο προϊόν). Η ένωση Β με κατεργασία με Κ2Cr2O7/H2SO4 παράγει την ένωση Γ.

156

Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α, Β και Γ. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] 11.6. Αφού μελετήσετε την παρακάτω σειρά χημικών μετατροπών, να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α, Β και Γ.

11.7. Ένωση (Χ) παρασκευάζεται με επίδραση CH3CHO σε CH3MgCl και υδρόλυση του ενδιάμεσα σχηματιζόμενου προϊόντος. α) Ποιος ο συντακτικός τύπος της ένωσης Χ; β) Η ίδια ένωση Χ μπορεί να παρασκευαστεί και από: i. Ένωση Α με προσθήκη νερού (ως κύριο προϊόν). ii. Ένωση Β με καταλυτική υδρογόνωση. iii. Ένωση Γ με επίδραση υδατικού διαλύματος ΝaΟΗ. Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των Α, Β και Γ; Να γραφούν όλες οι σχετικές χημικές εξισώσεις.

11.8. Οργανική ένωση Α έχει μοριακό τύπο C3H7I. Με επίδραση υδατικού διαλύματος NaOH η Α δίνει ένωση Β με τύπο C3H8O, που στη συνέχεια οξειδώνεται στην ένωση Γ με τύπο C3H6O. Το αντιδραστήριο Grignard, που προέρχεται από την Α, αντιδρά με τη Γ και δίνει μετά από υδρόλυση οργανική ένωση Δ που δεν αποχρωματίζει διάλυμα KMnO4/H2SO4. Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Α, Β, Γ και Δ; 11.9. H ένωση A με τύπο C4H10O έχει τις εξής ιδιότητες: i. Αντιδρά με μεταλλικό νάτριο και ii. αποχρωματίζει διάλυμα KMnO4/Η2SΟ4 σχηματίζοντας κετόνη. α) Ποιος ο συντακτικός τύπος της Α; β) H A κατεργάζεται με Na και το αλκοξείδιο που προκύπτει αντιδρά στη συνέχεια με CH3CH2Cl. Ποιος ο συντακτικός τύπος του οργανικού προϊόντος που παράγεται; γ) Ποια τα δυνατά αλκένια που μπορούν να ληφθούν με αφυδάτωση της Α; Ποιο σχηματίζεται σε μεγαλύτερη αναλογία; Να εξηγήσετε με βάση γνωστό κανόνα. δ) Να γραφούν οι πλήρεις χημικές εξισώσεις σε όλες τις περιπτώσεις.

11.10. Για την οργανική ένωση (Χ) του τύπου C4H8O γνωρίζουμε τα εξής: Ι. Ανάγεται προς ένωση με τύπο C4H10O, που μπορεί να παρασκευαστεί με επίδραση (CH3)2CHMgI σε HCHO και υδρόλυση του σχηματιζόμενου ενδιαμέσου. ΙΙ. Αντιδρά με ΑgNO3/NH3 παρέχοντας κάτοπτρο. α) Ποιος ο συντακτικός τύπος της ένωσης Χ; β) Να γραφούν οι σχετικές χημικές εξισώσεις.

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ

11.11. Ένωση Α έχει μοριακό τύπο C3H6O. Η ένωση αυτή δεν οξειδώνεται με διάλυμα KMnO4/H2SO4, ανάγεται όμως προς ένωση Β, η οποία με κατάλληλη κατεργασία οδηγεί σε αλκυλοχλωρίδιο Γ. Το αντιδραστήριο Grignard του Γ αντιδρά με την Α οπότε μετά από υδρόλυση του σχηματιζομένου ενδιαμέσου προκύπτει τελικά η ένωση Δ. α) Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ και Δ; β) Να γραφούν οι χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων που αναφέρονται.

11.12. Έστω οι οργανικές ενώσεις: προπανόνη (I), 2-προπανόλη (II), προπένιο (III), 1-προπανόλη (IV), 2-μεθυλο2-υδροξυπροπανονιτρίλιο (V) και 2-μεθυλο-2-υδροξυπροπανικό οξύ (VI). α) Nα προτείνετε μία διάταξη των ενώσεων αυτών, ώστε να είναι δυνατή η παρασκευή καθεμίας από την αμέσως προηγούμενή της με μία μόνο χημική εξίσωση. β) Να γράψετε τις πλήρεις χημικές εξισώσεις.

11.13. Σε 5 φιάλες Α, Β, Γ, Δ και Ε περιέχονται οι εξής ενώσεις: πεντανάλη, διισοπροπυλαιθέρας, 2-πεντανόνη, 2μεθυλο-2-προπανόλη και 2-βουτανόλη, χωρίς να ξέρουμε σε ποια φιάλη περιέχεται ποια ουσία. Με το περιεχόμενο κάθε φιάλης εκτελούμε μία σειρά πειραμάτων τα οποία συνοψίζονται στις εξής παρατηρήσεις: Ι. Με την επίδραση K2Cr2O7/H2SO4 σε μέρος της ποσότητας όλων των φιαλών, το χρώμα γίνεται πράσινο μόνο στις φιάλες Β και Δ, ενώ στις άλλες φιάλες δε παρατηρείται χρωματική μεταβολή. ΙΙ. Με την επίδραση μεταλλικού Na σε άλλο μέρος όλων των φιαλών, μόνο στις φιάλες Α και Δ εκλύεται αέριο. ΙΙΙ. Με την επίδραση AgNO3/ΝΗ3 μόνο στη φιάλη Β καθιζάνει κάτοπτρο Αg. ΙV. Με την επίδραση Ι2/ΝaΟΗ καθιζάνει κίτρινο στερεό μόνο στις φιάλες Γ και Δ. Ποια ένωση περιέχεται σε κάθε φιάλη; 11.14. Στο εργαστήριο Οργανικής Χημείας ζητήθηκε από τρεις φοιτητές Α, Β και Γ να παρασκευάσουν 3 διαφορετικές οργανικές ενώσεις με μοναδική οργανική πρώτη ύλη το αιθένιο, καθώς και τα απαραίτητα ανόργανα αντιδραστήρια και διαλύτες. Στο φοιτητή Α ζητήθηκε να παρασκευάσει προπανικό οξύ μέσω σχηματισμού νιτριλίου. Στο φοιτητή Β ζητήθηκε να παρασκευάσει αιθανάλη μέσω σχηματισμού αιθανόλης. Τέλος, στο φοιτητή Γ ζητήθηκε να παρασκευάσει προπανόνη. Οι φοιτητές Α και Β παρασκεύασαν τις ενώσεις που τους ζητήθηκαν, ενώ ο φοιτητής Γ όχι. Έτσι οι φοιτητές Α και Β παρέδωσαν από ένα μπουκαλάκι με ποσότητα της ένωσης που παρασκεύασαν, ενώ ο φοιτητής Γ δεν ήξερε πώς να κάνει την παρασκευή και έβαλε στο μπουκαλάκι του μία ποσότητα από την ένωση του Α και μία ποσότητα από την ένωση του Β και το παρέδωσε. α) Να γράψετε τις εξισώσεις των αντιδράσεων μέσω των οποίων φαντάζεστε ότι οι φοιτητές Α και Β παρασκεύασαν τις ενώσεις τους.

β) Να περιγράψετε έναν απλό χημικό τρόπο με τον οποίο ο υπεύθυνος που παρέλαβε τα μπουκαλάκια διαπίστωσε ότι ο φοιτητής Γ δεν παρασκεύασε την ένωση που του ζητήθηκε.

11.15. Τρία συντακτικά ισομερή αλκένια Α, Β και Γ έχουν μοριακό τύπο C4H8. α) Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους και τα ονόματα των τριών αλκενίων. β) Με προσθήκη νερού στο αλκένιο Α προκύπτει αλκοόλη η οποία δεν οξειδώνεται. Με βάση το δεδομένο αυτό εξετάστε ποιος είναι ο συντακτικός τύπος του αλκενίου Α. γ) Με προσθήκη νερού στο αλκένιο Β προκύπτει μία μόνο αλκοόλη Δ. Με βάση το δεδομένο αυτό εξετάστε ποιος είναι ο συντακτικός τύπος του αλκενίου Β και γράψτε το συντακτικό τύπο του προϊόντος οξείδωσης της Δ. δ) Το κύριο προϊόν προσθήκης HCl στο Γ είναι η ένωση Ε. Η ένωση Ε μετατρέπεται στην οργανομαγνησιακή ένωση Ζ στην οποία προστίθεται μεθυλοπροπανάλη και το προϊόν της προσθήκης υδρολύεται. Παράγεται έτσι νέο οργανικό προϊόν Η. Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των Ε, Ζ και Η; 11.16. Οργανική ένωση Α έχει τύπο C7H14O2 και όταν υδρολύεται σε όξινο περιβάλλον δίνει δύο οργανικά προϊόντα Β και Γ με την ίδια σχετική μοριακή μάζα. Αν καμιά από τις δυο αυτές ενώσεις δεν εμφανίζει αναγωγικές ιδιότητες, ποιοι οι συντακτικοί τύποι των Α, Β και Γ; 11.17. Να παρατηρήσετε το διάγραμμα αντιδράσεων που ακολουθεί:

α) Να γραφούν οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ και Δ. β) Σε ποιες γενικές κατηγορίες θα κατατάσσατε όλες τις παραπάνω αντιδράσεις; γ) Ποσότητα προπενίου μάζας 4,2 g υφίσταται πλήρη προσθήκη Η2Ο, σε όξινο περιβάλλον και οδηγεί σε μείγμα δύο ισομερών, το κύριο προϊόν Ε (σε ποσοστό 90%) και το δευτερεύον προϊόν Ζ (σε ποσοστό 10%). Ποιος είναι o μέγιστος όγκος διαλύματος KMnO4 0,1 M, οξινισμένου με H2SO4, που μπορεί να αποχρωματιστεί από το παραπάνω μείγμα των ενώσεων Ε και Ζ;

157

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

11.18. Αλκίνιο Α υφίσταται προσθήκη Η2Ο παρουσία Hg/ΗgSO4/H2SO4 και παράγει την ένωση Β, η οποία στη συνέχεια με επίδραση Η2/Νi οδηγεί στην ένωση Γ. Επίσης, η ένωση Β με κατεργασία με Κ2Cr2O7/H2SO4 παράγει οργανική ένωση Δ. Τέλος, η ένωση Β με κατεργασία με το αντιδραστήριο Tollens σχηματίζει κάτοπτρο αργύρου. α) Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των Α, Β, Γ και Δ; β) Να γραφεί η εξίσωση της αντίδρασης της Γ με τη Δ. γ) Πως από την Β μπορεί να προκύψει α-υδροξυοξύ;. Για καλούς… λύτες 11.19. Αλκίνιο Α αντιδρά με Η2Ο, κάτω από κατάλληλες συνθήκες και παράγει την ένωση Β η οποία στη συνέχεια δίνει κάτοπτρο Ag με επίδραση αντιδραστηρίου Tollens. Επίσης, αλκένιο Γ αντιδρά με HCl και το κύριο προϊόν της αντίδρασης μετασχηματίζεται στο αντίστοιχο αντιδραστήριο Grignard. Το τελευταίο αντιδρά με την ένωση Β, οπότε μετά από υδρόλυση παράγεται ένωση Δ με τύπο C5H12O. α) Να προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι των Α, Β, Γ και Δ. β) Να γραφούν οι πλήρεις εξισώσεις όλων των αντιδράσεων. γ) Αέριο μίγμα του παραπάνω αλκινίου (Α) και ενός αλκανίου (Χ), έχει μάζα 15,8 g και όγκο 8,96 L σε STP. Βρέθηκε ότι το μίγμα αποχρωματίζει ακριβώς 200 mL διαλύματος Br2 σε CCl4 περιεκτικότητας 16% w/v. Nα προσδιορίσετε το συντακτικό τύπο του αλκανίου Χ.

11.20. 6 g κορεσμένης μονοσθενούς αλκοόλης Α οξειδώνονται πλήρως προς καρβονυλική ένωση Β. Όλη η ποσότητα της ένωσης Β που σχηματίστηκε αντιδρά με ισομοριακή ποσότητα CΗ3ΜgΙ σε απόλυτο αιθέρα. Το προϊόν υδρολύεται, οπότε προκύπτουν 7,4 g οργανικής ένωσης Γ η οποία δεν έχει την ικανότητα να αποχρωματίζει διάλυμα KMnΟ4/H2SO4. Να καθοριστούν οι συντακτικοί τύποι των Α, Β και Γ. Oι αντιδράσεις να θεωρηθούν πλήρεις και μονόδρομες.

11.21. Ορισμένη ποσότητα αλκυλοχλωριδίου Α κατεργάζεται με υδατικό διάλυμα NaOH, οπότε σχηματίζονται 2,3 g οργανικής ένωσης Β. Ίδια ποσότητα της ένωσης Α διαλύεται σε άνυδρο αιθέρα, αντιδρά με μαγνήσιο και στο προϊόν επιδρούμε ισομοριακή ποσότητα ΗCHO. Το νέο προϊόν υδρολύεται και προκύπτουν τελικά 3 g οργανικής ένωσης Γ. Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των Α, Β και Γ; Όλες οι αντιδράσεις να θεωρηθούν πλήρεις και μονόδρομες.

11.22. 0,58 g κορεσμένης μονοκαρβονυλικής ένωσης Α κατεργάζεται με ισομοριακή ποσότητα CH3MgBr και το ενδιάμεσο προϊόν υδρολύεται. Όλη η ποσότητα του τελικού προϊόντος (B) καίγεται πλήρως και τα προϊόντα της καύσης διοχετεύονται σε περίσσεια διαλύματος Ca(OH)2. Προκύπτουν έτσι 4 g λευκού ιζήματος. α) Ποιος ο μοριακός τύπος της Α;

158

β) i. Ποιος ο συντακτικός τύπος της Α, αν είναι επιπλέον γνωστό ότι παράγει κάτοπτρο αργύρου με την επίδραση αντιδραστηρίου Τollens; ii. Να γραφούν οι χημικές εξισώσεις όλων των αντιδράσεων που αναφέρθηκαν και οι οποίες θεωρούνται πλήρεις και μονόδρομες.

11.23. 2,3 g κορεσμένης μονοσθενούς αλκοόλης Α καίγονται πλήρως και παράγονται 2,24 L CO2 σε STP. α) Ποιος ο συντακτικός τύπος της αλκοόλης Α; β) 0,03 mol της ίδιας αλκοόλης Α οξειδώνονται πλήρως με τη βοήθεια διαλύματος K2Cr2O7 0,1 M οξινισμένου με Η2SΟ4. Προκύπτει έτσι οργανικό οξύ Β. Πόσα mL του διαλύματος K2Cr2O7 απαιτούνται για το σκοπό αυτό; γ) Άλλα 0,03 mol της Α φέρονται προς αντίδραση με 0,03 mol της Β, παρουσία οξέος. i. Ποιος ο τύπος του οργανικού προϊόντος Γ που θα παραχθεί; ii. Πόσα mol προϊόντος Γ θα προκύψουν μετά την αποκατάσταση της χημικής ισορροπίας; Η σταθερά ισορροπίας Κc της αντίδρασης εστεροποίησης έχει τιμή ίση με 4.

11.24. 3,7 g κορεσμένης πρωτοταγούς αλκοόλης Α οξειδώνονται προς το αντίστοιχο καρβοξυλικό οξύ. Η ποσότητα του καρβοξυλικού αυτού οξέος απαιτεί για την εξουδετέρωσή του ακριβώς 200 mL διαλύματος ΝaΟΗ 0,25 Μ. α) Ποιοι οι δυνατοί συντακτικοί τύποι της αλκοόλης Α; β) Αν είναι γνωστό ότι η Α προκύπτει με την επίδραση (CH3)2CHMgBr σε κατάλληλη οργανική ένωση και υδρόλυση του σχηματιζομένου ενδιαμέσου, ποιος ο συντακτικός της τύπος; Να γραφεί η σχετική χημική εξίσωση. γ) Η αλκοόλη Α θερμαίνεται με Η2SO4 οπότε προκύπτει οργανική ένωση Β, που αποχρωματίζει διάλυμα Br2 σε CHCl3 παράγοντας οργανικό προϊόν Γ. Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των Β και Γ; 11.25. 4,48 L αερίου αιθενίου, μετρημένα σε STP, διοχετεύονται σε Η2Ο (σε όξινο περιβάλλον) και παράγεται η οργανική ένωση Α. Η ένωση Α απομονώνεται και η ποσότητά της χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. α) Στο πρώτο μέρος της Α προστίθεται ισομοριακή ποσότητα SOCl2. Να υπολογίσετε τον όγκο των ανόργανων αερίων σε πρότυπες συνθήκες (STP). β) To δεύτερο μέρος της Α θερμαίνεται και αντιδρά πλήρως με αλκαλικό διάλυμα ιωδίου, οπότε προκύπτει κίτρινο ίζημα. i. Να γράψετε αναλυτικά τα στάδια και τη συνολική αντίδραση της ένωσης Α με το αλκαλικό διάλυμα ιωδίου. ii. Να υπολογίσετε τη μάζα του ιζήματος. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] 11.26. Σε ποσότητα προπενίου προστίθεται H2Ο, σε κατάλληλες συνθήκες, και προκύπτει ως κύριο προϊόν η ένωση Α. Μια ποσότητα της ένωσης Α οξειδώνεται με Κ2Cr2O7 παρουσία Η2SO4 προς την κετόνη Β. Μια άλλη ποσότητα της ένωσης Α αντιδρά με SOCl2 και δίνει την οργανική ένωση Γ. Η ένωση Γ αντιδρά με Μg σε απόλυτο αιθέρα και δίνει την ένωση ∆.

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ

α) Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις των παραπάνω αντιδράσεων και τους συντακτικούς τύπους των ενώσεων Α, Β, Γ και ∆. β) Η κετόνη Β αντιδρά με την ένωση ∆ και δίνει το προϊόν Ε. Η Ε με υδρόλυση δίνει την οργανική ένωση Ζ. Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των Ε και Ζ. γ) Να υπολογίσετε σε γραμμάρια την ποσότητα της ένωσης Γ που παράγεται από 0,2 mol της ένωσης Α. Η αντίδραση είναι ποσοτική. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] 11.27. Αιθερικό διάλυμα CH3CH2MgBr αντιδρά με την απαιτούμενη ποσότητα καρβονυλικής ένωσης (Α). Μετά την υδρόλυση του ενδιαμέσου προκύπτει οργανική ένωση (Β) η οποία παράγει ίζημα με την επίδραση I2/NaOH. α) Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Α και Β; β) Άλλη ποσότητα διαλύματος CH3CH2MgBr σε απόλυτο αιθέρα αντιδρά με την απαιτούμενη ποσότητα καρβονυλικής ένωσης (Γ), οπότε μετά από υδρόλυση του σχηματιζόμενου ενδιαμέσου προκύπτει οργανική ένωση (Δ) με μοριακό τύπο C5H12O. Ποιοι οι δυνατοί συντακτικοί τύποι της ένωσης Δ; γ) Ισομοριακό μίγμα των ενώσεων Β και Δ έχει μάζα 3,24 g και αποχρωματίζει το πολύ 16 mL διαλύματος KMnO4 0,5 M οξινισμένου με H2SO4. Ποιος ο συντακτικός τύπος της Δ; 11.28. 4,2 g προπενίου αντιδρούν πλήρως με ΗΒr και προκύπτει ως κύριο προϊόν η ένωση Α. Στην ένωση Α προστίθεται Μg σε απόλυτο αιθέρα και προκύπτει η ένωση Β, η οποία υδρολύεται δίνοντας την οργανική ένωση Γ. α) Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των ενώσεων Α, Β και Γ. β) Να υπολογίσετε τα mol της ένωσης Γ που παράγονται, αν όλες οι παραπάνω αντιδράσεις θεωρηθούν πλήρεις. γ) Στο προϊόν Α προστίθεται υδατικό διάλυμα NaΟΗ και προκύπτει η οργανική ένωση Δ. Με αφυδάτωση της Δ, σε θερμοκρασία 170οC παρουσία πυκνού Η2SO4, προκύπτει προπένιο. Να προσδιορίσετε το συντακτικό τύπο της Δ και να γράψετε τις εξισώσεις των παραπάνω αντιδράσεων. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] 11.29. Ποσότητα αλκοόλης Α με τύπο C4H10O οξειδώνεται πλήρως με τη βοήθεια διαλύματος KMnO4 0,1 M, παρουσία H2SO4. Προκύπτει έτσι οργανικό προϊόν (Β) μικρότερης μάζας από τη μάζα της Α που αντέδρασε. α) Να δείξετε ότι η Α είναι η 2-βουτανόλη. Ποιος ο συντακτικός τύπος της ένωσης Β; β) Να προσδιορίσετε τον ελάχιστο απαιτούμενο όγκο του διαλύματος KMnO4 0,1 M για την οξείδωση 3,7 g της Α. γ) Ποσότητα της Α μάζας 3,7 g θερμαίνεται με διάλυμα H2SO4, οπότε μετατρέπονται πλήρως σε δύο ισομερείς ενώσεις Γ και Δ (η Γ σε μεγαλύτερο ποσοστό). i. Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των Γ και Δ; Να εξηγήσετε με βάση γνωστό κανόνα. ii. Αν η μάζα της Γ που σχηματίστηκε είναι ίση με 2,24 g, να προσδιορίσετε το ποσοστό μετατροπής της Α στην Γ.

11.30. Σε αλκίνιο Α προστίθεται Η2Ο παρουσία H2SO4 και HgSO4 και προκύπτει ένωση Β που ανάγει το αντιδραστήριο Fehling. Με προσθήκη Η2 παρουσία Ni στην ένωση Β παράγεται η ένωση Γ η οποία με SOCl2 οδηγεί στη Δ. α) Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ και Δ. β) Να γράψετε την εξίσωση της αντίδρασης της Β με το αντιδραστήριο Fehling. γ) 0,5 mol της Β αντιδρά πλήρως με ισομοριακή ποσότητα CH3MgCl και το ενδιάμεσο προϊόν Ε, υδρολύεται παράγοντας τελικά την οργανική ένωση Ζ. Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις των δύο παραπάνω αντιδράσεων και να υπολογίσετε την μάζα της Ζ. Όλες οι αντιδράσεις θεωρούνται μονόδρομες και ποσοτικές.

11.31. Αέριο μίγμα ακετυλενίου και ενός αλκενίου (Χ) έχει μάζα 5,4 g και καταλαμβάνει όγκο 4,48 L μετρημένα σε STP. Βρέθηκε επίσης ότι το μίγμα αποχρωματίζει το πολύ 600 mL διαλύματος Br2 0,5 Μ σε CCl4. Nα προσδιοριστεί ο συντακτικός τύπος του αλκενίου Χ.

11.32. Διαθέτουμε τέσσερις κορεσμένες οργανικές ενώσεις του τύπου C4HxO. Κάθε μία από τις ενώσεις αυτές περιέχεται σε ένα από τα δοχεία Α, Β, Γ, Δ. Nα προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων που περιέχονται στα δοχεία με βάση τα παρακάτω πειραματικά δεδομένα Ι-V. Να αιτιολογηθούν οι απαντήσεις.

I. Oι ενώσεις Α και Δ είναι ισομερείς μεταξύ τους. Μάλιστα, αντιδρούν με Na ελευθερώνοντας αέριο H2.

II. Oι ενώσεις Β και Γ είναι ισομερείς μεταξύ τους. ΙΙΙ. Με επίδραση αντιδραστηρίου Tollens μόνο η ένωση Γ δίνει κάτοπτρο αργύρου. Επίσης, η ίδια ένωση με επίδραση Η2/Νi οδηγεί στη Δ. ΙV. Η Δ με επίδραση KMnO4/Η+ μετατρέπεται σε βουτανικό οξύ.

V. Mε I2/NaOH οι ενώσεις Α και Β δίνουν κίτρινο ίζημα.

11.33. Ποσότητα οργανικής ένωσης Χ του τύπου CνH2νO έχει μάζα 1,16 g και όταν αντιδρά με το αντιδραστήριο Tollens παρέχει 4,32 g κατόπτρου. α) Να γράψετε το συντακτικό τύπο της ένωσης Χ. β) Η σειρά αντιδράσεων που ακολουθεί ξεκινάει από την παραπάνω ένωση Χ.

Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Κ; γ) Ποια από τις ενώσεις της παραπάνω σειράς αντιδράσεων παράγει αλκάνιο όταν αντιδράσει με το νερό; Να γραφεί η σχετική χημική εξίσωση.

159

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

11.34. Δίνεται το διάγραμμα των χημικών μετατροπών που ακολουθεί:

νερό μέχρι τελικού όγκου 1 L και προκύπτει διάλυμα Α. Σε 10 mL του διαλύματος Α, προσθέτουμε 20 mL διαλύματος Κ2Cr2O7 0,1 Μ, οξινισμένο με Η2SO4, οπότε παρατηρούμε ότι όλη η ποσότητα της αιθανόλης οξειδώθηκε σε αιθανικό οξύ, ενώ περίσσεψαν και 8·10−4 mol Κ2Cr2O7. α) Να γράψετε την εξίσωση της αντίδρασης οξείδωσης της αιθανόλης. β) Να υπολογίσετε τους πραγματικούς βαθμούς αλκοόλης στο δείγμα του κρασιού. Η πυκνότητα της αιθανόλης να θεωρηθεί ίση με 0,8 g/mL. 11.38. Διαθέτουμε 200 mL διαλύματος Δ που περιέχει δύο κορεσμένες οργανικές ενώσεις, τη Χ και την Ψ, οι οποίες έχουν μια και την ίδια χαρακτηριστική ομάδα. Η Χ μπορεί να παρασκευαστεί σύμφωνα με την ακόλουθη πορεία:

α) Να προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α έως Μ. β) Ποιές από τις παραπάνω ενώσεις εμφανίζουν ισχυρά βασικές ιδιότητες στα υδατικά τους διαλύματα; Να γραφούν οι σχετικές χημικές εξισώσεις. Για δυνατούς… λύτες 11.35. Ισομοριακό μίγμα μάζας 18,4 g, δύο ενώσεων Χ και Ψ, που έχουν τύπο CνH2ν+2Ο, περιέχουν διαφορετικό αριθμό ατόμων C στο μόριό τους. Το μίγμα αντιδρά πλήρως με περίσσεια Νa, οπότε ελευθερώνονται 2,24 L αερίου σε STP. Να βρεθούν οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Χ και Ψ. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] 11.36. 2,64 g ενός εστέρα X διοχετεύονται σε περίσσεια νερού και το μίγμα θερμαίνεται παρουσία Η2SΟ4, οπότε σχηματίζονται ως προϊόντα 0,92 g μονοκαρβοξυλικού οξέος Α και 1,2 g κορεσμένης μονοσθενούς αλκοόλης Β. α) Παρατηρείται ότι η Α μπορεί να αποχρωματίσει διάλυμα KMnO4 οξινισμένου με Η2SΟ4. Με βάση το δεδομένο αυτό, ποιος ο συντακτικός τύπος της ένωσης Α; Να γραφεί η σχετική χημική εξίσωση της οξείδωσης. β) Η ένωση Β παράγει κίτρινο ίζημα, όταν κατεργαστεί με διάλυμα Ι2/ΝaΟΗ. i. Ποιος ο συντακτικός τύπος της ένωσης Β; ii. Ποιος ο συντακτικός τύπος του εστέρα Χ; iii. Ποια η απόδοση της αντίδρασης υδρόλυσης του εστέρα Χ; γ) Ποσότητα της ένωσης Α μάζας 0,23 g διαλύεται σε νερό σχηματίζοντας διάλυμα όγκου 100 mL, με pH = 2,5. Θεωρώντας τις κατάλληλες προσεγγίσεις, να υπολογιστεί η τιμή της σταθεράς ιοντισμού του οξέος Α. δ) Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις της επίδρασης στην ένωση Β των εξής αντιδραστηρίων: i. Νa, ii. KMnO4/ H2SO4, iii. SOCl2 και iv. π. H2SO4/170oC. 11.37. Δείγμα κρασιού έχει περιεκτικότητα 11 αλκοολικών βαθμών (11 %v/v). Για να ελέγξουμε τους βαθμούς της αλκοόλης, που γράφονται στην ετικέτα του μπουκαλιού, ακολουθούμε την παρακάτω πορεία: Αποστάζουμε 100 mL κρασιού και παίρνουμε σε μία φιάλη του 1 L ένα άχρωμο υγρό, που περιέχει όλη την αιθανόλη του κρασιού αυτού. Στη συνέχεια συμπληρώνουμε με αποσταγμένο

160

Η ένωση Ψ δίνει κατά την πλήρη καύση ορισμένης ποσότητας των ατμών της, διπλάσιο όγκο CO2 (στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας). Επίσης, 20 mL του διαλύματος Δ μεταφέρονται σε φιάλη και ογκομετρούνται με πρότυπο διάλυμα NaOH 2 Μ. Η κατανάλωση του πρότυπου διαλύματος είναι ακριβώς 30 mL. Σε ένα άλλο πείραμα παρατηρήθηκε ότι 20 mL του διαλύματος Δ απαίτησαν για πλήρη αντίδραση 40 mL διαλύματος KΜnO4 0,4 M οξινισμένου με H2SO4. α) Να γράψετε τις δύο χημικές εξισώσεις που οδηγούν στην παρασκευή της ένωσης Χ, σύμφωνα με την παραπάνω διαγραμματική πορεία. β) Να προσδιορίσετε το συντακτικό τύπο της ένωσης Ψ και να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. γ) Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων των Χ και Ψ, i. με το διάλυμα NaOH και ii. με το διάλυμα KΜnO4/H2SO4. δ) Να υπολογίσετε τον αριθμό mol των ενώσεων Χ και Ψ που υπάρχουν σε 100 mL του διαλύματος Δ.

11.39. Δίνεται το παρακάτω διάγραμμα χημικών μετατροπών:

α) Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α, B, Γ, ∆, Ε, Ζ, Θ και Κ.

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ

β) Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις (αντιδρώντα, προϊόντα, συντελεστές) των παρακάτω μετατροπών: i. επίδραση νερού στη Θ, ii. μετατροπή της ∆ σε Ε με επίδραση αντιδραστηρίου Fehling. γ) Κατά την αντίδραση της ένωσης Γ με SOCl2 ο συνολικός όγκος των ανόργανων αερίων που παράγονται είναι 1,12 L σε STP. i. Να υπολογίσετε τα mol της ένωσης Γ που αντέδρασαν. ii. Πόσα mL διαλύματος KMnO4 0,1 Μ οξινισμένου με H2SO4 απαιτούνται για την πλήρη οξείδωση της παραπάνω ποσότητας της Γ; Oι αντιδράσεις θεωρούνται μονόδρομες και ποσοτικές. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] 11.40. α) Ένωση Α έχει μοριακό τύπο C4H8 και όταν αντιδρά με Br2/CCl4 παράγει την ένωση Β. Η ένωση Β με επίδραση NaOH σε αλκοολικό διάλυμα οδηγεί στην ένωση Γ η οποία με CuCl/NH3 παράγει ίζημα (Δ). Επίσης, η ένωση Α υφίσταται προσθήκη Η2Ο παράγοντας την ένωση Ε, ως κύριο προϊόν. Η Ε με οξείδωση οδηγεί στην ένωση Ζ. Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, ∆, Ε και Ζ. β) Ποσότητα αερίου αλκινίου (Χ), όγκου 4,48 L μετρημένα σε STP, αναμιγνύεται με ποσότητα Η2 και το μίγμα που προέκυψε διαβιβάζεται σε σωλήνα πάνω από θερμαινόμενο Ni, οπότε μετατρέπεται κατά ένα μέρος του σε αλκένιο (Ψ) ενώ το υπόλοιπο μέρος του δεν αντιδρά. To αέριο προϊόν που εξήλθε από το σωλήνα χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. Το 1ο μέρος διαβιβάζεται σε διάλυμα Br2 σε CCl4 συγκέντρωσης 1 Μ και αποχρωματίζει ακριβώς 150 mL από αυτό. Επίσης, η ποσότητα του αλκενίου Ψ που βρίσκεται στο 2ο μέρος υφίσταται προσθήκη νερού και μετατρέπεται πλήρως σε προϊόν (Ω) μάζας 2,3 g. Να προσδιοριστούν: i. η ποσότητα (σε mol) του αλκενίου (Ψ) που παράχθηκε κατά την υδρογόνωση του αλκινίου και ii. οι συντακτικοί τύποι των Χ, Ψ και Ω.

11.41. Δίνεται το παρακάτω διάγραμμα χημικών μετατροπών:

α) Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, B, Γ, ∆, Ε, Ζ, Θ και Κ; β) Να γράψετε την εξίσωση της αντίδρασης πλήρους οξείδωσης της οργανικής ένωσης Β σε CH3CH2COOH µε διάλυμα ΚΜnO4/Η2SO4. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] γ) Ποσότητα της παραπάνω ένωσης Ε αντιδρά με ισομοριακή ποσότητα του αντιδραστηρίου Grignard CνΗ2ν+1MgBr σε απόλυτο αιθέρα. Μετά από υδρόλυση του σχηματιζόμενου ενδιαμέσου προκύπτουν 7,4 g αλκοόλης Χ. Όλη η ποσότητα της αλκοόλης Χ αντιδρά με ισομοριακή ποσότητα Na και προκύπτουν 1,12 L αερίου σε STP. Να προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι του αντιδραστηρίου Grignard και της αλκοόλης Χ. Όλες οι αντιδράσεις να θεωρηθούν πλήρεις και μονόδρομες.

11.42. Ένωση Α του τύπου CνΗ2ν+2Ο αντιδρά με SOCl2 και το οργανικό προϊόν της αντίδρασης (ένωση Β) μετατρέπεται στο αντίστοιχο αντιδραστήριο Grignard Γ. Στην ένωση Γ επιδρούμε οργανική ένωση Ε οπότε μετά την υδρόλυση του ενδιάμεσου προϊόντος σχηματίζεται η οργανική ένωση Δ. Η ένωση Α με επίδραση K2Cr2O7/H2SO4 δίνει την ένωση Ε η οποία με επίδραση Ι2/ΝaΟΗ παράγει το οργανικό άλας Κ. Επίσης, η Ε με κατεργασία με το αντιδραστήριο Fehling οδηγεί στην ένωση Ζ η οποία στη συνέχεια με την επίδραση της Β παράγει την οργανική ένωση Θ. Τέλος, η Α με επίδραση Ι2/ΝaΟΗ δίνει επίσης το οργανικό άλας Κ. α) Να προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ και Κ. β) Να γραφεί η πλήρης χημική εξίσωση της αντίδρασης οξείδωσης της ένωσης Κ με Κ2Cr2O7/H2SO4 και να υπολογιστεί η ποσότητα (σε mol) της Κ που απαιτείται για την πλήρη αντίδραση 500 mL διαλύματος Κ2Cr2O7 0,1 Μ οξινισμένου με H2SO4. γ) Να γραφεί η πλήρης εξίσωση της μετατροπής της Ε στην Ζ με την επίδραση του αντιδραστηρίου Fehling. Να υπολογιστεί η ποσότητα του ιζήματος (σε g) που προκύπτει από 8,8 g της Ε. δ) Με ποιον άλλον συνδυασμό αντιδραστηρίου Grignard και καρβονυλικής ένωσης μπορεί να παρασκευαστεί η ένωση Δ (εκτός από αυτόν που περιγράφεται στην πορεία των αντιδράσεων); 11.43. Ένωση (A) του τύπου C3H7Cl κατεργάζεται με υδατικό διάλυμα NaOH και η ένωση Β που προκύπτει με επίδραση K2Cr2O7/H2SO4 οδηγεί στην οργανική ένωση Γ η οποία στη συνέχεια με επίδραση Ι2/ΝaΟΗ δίνει κίτρινο ίζημα. Επίσης, η ένωση Α με επίδραση Mg σε απόλυτο αιθέρα παράγει την ένωση Δ στην οποία επιδρούμε καρβονυλική ένωση Ε. Το σχηματιζόμενο ενδιάμεσο υδρολύεται και προκύπτει τελικά ένωση Ζ με τύπο C7H15OH η οποία δεν αποχρωματίζει διάλυμα KMnO4/H2SO4. Τέλος, η παραπάνω ένωση Α με επίδραση ΚCN οδηγεί στην οργανική ένωση Θ η οποία με υδρόλυση σε όξινο περιβάλλον δίνει την οργανική ένωση Κ. α) Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α, B, Γ, ∆, Ε, Ζ, Θ και Κ.

161

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

β) Η παραπάνω ένωση Β σχηματίζει ισομοριακό μίγμα με άλλη ένωση (Χ) του τύπου C4H10O συνολικής μάζας 26,8 g. To μίγμα κατεργάζεται με διάλυμα KMnO4 0,2 M οξινισμένο με H2SO4 και αποχρωματίζει ακριβώς 800 mL από το διάλυμα αυτό. Να προσδιοριστεί ο συντακτικός τύπος της ένωσης Χ.

νικές ενώσεις από τις οποίες οι ενώσεις Δ, Ζ και Θ είναι ισομερή αλκένια με την ίδια ανθρακική αλυσίδα.

11.44. Μία αλκοόλη του τύπου C3H8O και μία κετόνη του τύπου CνH2νΟ σχηματίζουν μίγμα μάζας 38,4 g στο οποίο τα δύο συστατικά περιέχονται με αναλογία mol 2:1, αντίστοιχα. Το μίγμα χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. Το 1o μέρος παράγει 2,24 L αερίου Η2 (μετρημένα σε STP) μετά από κατεργασία με κατάλληλη ποσότητα Na. Το 2o μέρος σχηματίζει 39,4 g κίτρινου ιζήματος μετά από κατεργασία με Ι2/ΝaOH. Να προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι της αλκοόλης και της κετόνης. Όλες οι αντιδράσεις να θεωρηθούν πλήρεις και μονόδρομες.

11.45. Κετόνη του τύπου CνH2νO και καρβοξυλικό οξύ του τύπου CμH2μΟ2 σχηματίζουν μίγμα μάζας 19,6 g. Το μίγμα χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. Το 1o μέρος παράγει 19,7 g ιζήματος με κατεργασία με I2/NaOH. Το 2o μέρος αποχρωματίζει το πολύ 60 mL διαλύματος KMnO4 1 M οξινισμένο με H2SO4. Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων του μίγματος; Οι αντιδράσεις να θεωρηθούν πλήρεις και μονόδρομες.

11.46. Οι φερομόνες είναι χημικές ουσίες που εκκρίνονται από έντομα ή άλλα ζώα για να επικοινωνούν μεταξύ τους. Η φερομόνη του μυρμηγκιού είναι άκυκλη κορεσμένη οργανική ένωση X με μοριακό τύπο C7H14O. Μπορεί να συντεθεί από την 1-πεντανόλη ως εξής: Ποσότητα 1πεντανόλης αντιδρά με SOCl2 και προκύπτει οργανική ένωση Α καθώς και μίγμα αερίων Β και Γ. Η ένωση Α κατεργάζεται με μαγνήσιο σε απόλυτο αιθέρα παράγοντας την ένωση Δ στην οποία επιδρούμε άλλη οργανική ένωση Ε. Προκύπτει έτσι ένα οργανικό ενδιάμεσο το οποίο με υδρόλυση παράγει την ένωση Ζ. Τέλος, η Ζ με επίδραση K2Cr2O7/H2SO4 παράγει τη φερομόνη Χ. α) Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Α, Δ, Ε και Ζ; Ποιος ο συντακτικός τύπος της φερομόνης Χ; β) Πως μπορεί να προκύψει η ένωση Ζ με άλλο συνδυασμό αντιδραστηρίου Grignard και καρβονυλικής ένωσης; Να γράψετε τις κατάλληλες χημικές εξισώσεις. γ) Πως αντιδρά η φερομόνη Χ με τα εξής αντιδραστήρια: i. H2/Ni, ii. HCN και στη συνέχεια με Η2Ο/Η+. δ) Για την ταυτοποίηση της φερομόνης Χ διεξάγουμε τη δοκιμασία της αλογονοφορμικής αντίδρασης, ώστε να παραχθεί ίζημα. i. Ποια τα αντιδραστήρια της δοκιμασίας αυτής; ii. Nα γράψετε τα στάδια της δοκιμασίας, καθώς και τη συνολική εξίσωση της αντίδρασης. ε) Να γράψετε την πλήρη εξίσωση της μετατροπής της ένωσης Ζ στη φερομόνη Χ.

11.47. Στο διάγραμμα αντιδράσεων που ακολουθεί στα γράμματα Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ, Κ και Λ αντιστοιχούν οργα-

162

α) Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους για τις ενώσεις Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ, Κ και Λ. β) Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις των εξής αντιδράσεων: i. Οξείδωση της Ε με ΚΜnO4/H2SO4. ii. Κατεργασία της Α με μεταλλικό Νa και επίδραση στη συνέχεια CH3CH2Cl στο παραγόμενο οργανικό προϊόν. iii. Επίδραση 2-χλωροπροπανίου στην ένωση Λ. iv. Κατεργασία της E με Νa και επίδραση στη συνέχεια CH3CH2Cl στο παραγόμενο προϊόν. v. Επίδραση SOCl2 στην ένωση Ε.

11.48. Τα αλκίνια Α και Λ συμμετέχουν στο διάγραμμα αντιδράσεων που ακολουθεί και στο οποίο οι διαφορετικές οργανικές ενώσεις αντιστοιχούν σε διαφορετικά γράμματα.

α) Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ, Κ, Λ, Μ, Ν και Ξ. β) Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις: i. της οξείδωσης της Ε από το διάλυμα KMnO4 οξινισμένου με Η2SO4 και ii. της επίδρασης HCN στην ένωση Ξ ακολουθούμενη από υδρόλυση του σχηματιζομένου προϊόντος σε όξινο περιβάλλον.

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ

γ) 50 Kg του Β μάζας πολυμερίζεται σε κατάλληλες συνθήκες και προκύπτει πολυμερές με (μέση) σχετική μοριακή μάζα ίση με 84.000 και μάζα ίση με 30 Kg. i. Ποιος ο αριθμός των μονομερών κατά μέσο όρο στα μόρια των πολυμερών; ii. Ποια η απόδοση της αντίδρασης πολυμερισμού; 11.49. Διαθέτουμε δύο κορεσμένες μονοσθενείς ισομερείς αλκοόλες, την πρωτοταγή αλκοόλη Α και την δευτεροταγή αλκοόλη Β. Ισομοριακό μίγμα των Α και Β καίγεται πλήρως και προκύπτουν 1,792 L CO2 (σε STP) καθώς και 1,8 g υδρατμών. α) Mε βάση τα δεδομένα της καύσης να αποδειχθεί ότι ο μοριακός τύπος των δύο αλκοολών είναι C4H10O και ότι η ποσότητά τους είναι από 0,01 mol. β) Ποιος όγκος διαλύματος K2Cr2O7 0,1 Μ οξινισμένου με H2SO4 απαιτείται για την πλήρη οξείδωση της ίδιας ποσότητας του παραπάνω μίγματος; γ) Αν με αφυδάτωση και στη συνέχεια επαναπροσθήκη νερού η πρωτοταγής αλκοόλη οδηγεί στη δευτεροταγή (ως κύριο προϊόν), ποιοι οι συντακτικοί τύποι των Α και Β; δ) Ίση ποσότητα από το μίγμα των δύο αλκοολών κατεργάζεται με Ι2/ΝaOH, οπότε προκύπτει ένωση Γ και κίτρινο ίζημα. i. Να γραφούν εξισώσεις των σταδίων της αντίδρασης που συμβαίνει, καθώς και η συνολική της εξίσωση. ii. Ποια η μάζα του ιζήματος που σχηματίζεται κατά την αντίδραση; 11.50. Στο διάγραμμα αντιδράσεων που ακολουθεί η Α είναι οργανική ένωση του τύπου CνΗ2ν+2Ο και η Ζ είναι το κύριο προϊόν της προσθήκης Η2Ο στην ένωση Ε.

Να προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ, Κ, Λ και Μ.

11.51. Ορισμένη ποσότητα κορεσμένης ένωσης (A) του τύπου CνΗ2νΟ αντιδρά πλήρως με HCN και το προϊόν (Β) της αντίδρασης υδρολύεται σε όξινο περιβάλλον. Προκύπτει έτσι οργανική ένωση (Γ) με μάζα κατά 4,6 g μεγαλύτερη σε σχέση με τη μάζα της ένωσης Α. Ίση με την παραπάνω ποσότητα της Α αντιδρά πλήρως με CH3CH2MgBr και το προϊόν υδρολύεται. Προκύπτουν έτσι 8,8 g αλκοόλης (Δ), η οποία δεν αποχρωματίζει διάλυμα ΚΜnO4 οξινισμένο με H2SO4. Nα προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ και Δ. Όλες οι αντιδράσεις να θεωρηθούν πλήρεις και μονόδρομες.

11.52. Με βάση το διάγραμμα των οργανικών αντιδράσεων που ακολουθεί να γραφούν οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ, Κ, Λ, Μ και Ν.

11.53. Μίγμα τριών χημικών ενώσεων αποτελείται από τις δύο ισομερείς προπανόλες του μοριακού τύπου C3H7OH και τη 2-μεθυλο-2-προπανόλη. Το μίγμα χωρίζεται σε τρία ίσα μέρη Α, Β και Γ. Το Α αντιδρά με περίσσεια Νa, οπότε εκλύεται αέριο όγκου 6,72 L (μετρημένου σε STP). To B αντιδρά με περίσσεια διαλύματος I2/NaOH, οπότε καταβυθίζονται 0,2 mol κίτρινου ιζήματος. Το Γ αντιδρά πλήρως με 240 mL διαλύματος ΚΜnO4 1 M παρουσία H2SO4. α) Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις όλων των αναφερόμενων αντιδράσεων. β) Να υπολογίσετε τα mol κάθε αλκοόλης στο αρχικό μίγμα. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2016] 11.54. Ποσότητα προπενίου αντιδρά πλήρως με HBr και το μίγμα των δύο προϊόντων που προκύπτει (Α κύριο προϊόν, Β δευτερεύον προϊόν) αντιδρά πλήρως με μαγνήσιο σε απόλυτο αιθέρα. Το νέο μίγμα χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. Το 1ο μέρος υδρολύεται και προκύπτουν 2,24 L αερίου (Γ) μετρημένα σε STP. Στο 2ο μέρος προστίθεται η απαιτούμενη ποσότητα μιας αλδεΰδης (Δ) και τα σχηματιζόμενα ενδιάμεσα υδρολύονται. Προκύπτουν τελικά δύο αλκοόλες Ε και Ζ (η Ε σε μεγαλύτερη αναλογία) οι οποίες δίνουν και οι δύο την ιωδοφορμική αντίδραση. Από τις δύο αυτές αλκοόλες, η Ε έχει μάζα 7,92 g. α) Να γραφούν οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, Β και Γ και να υπολογιστεί η αρχική ποσότητα του προπενίου (σε mol). β) Να γραφούν οι συντακτικοί τύποι της αλδεΰδης Δ, καθώς και των αλκοολών Ε και Ζ. γ) Να υπολογιστεί το ποσοστό μετατροπής του προπενίου στην ένωση Α.

163

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

11.55. Από το Α ως το… Ω (επανάληψη αντιδράσεων) Στην παρακάτω αλληλουχία αντιδράσεων εμφανίζονται οι οργανικές ενώσεις Α - Ω. Ποιοι οι συντακτικοί τους τύποι, αν είναι γνωστό ότι σε κάθε γράμμα αντιστοιχεί διαφορετική οργανική ένωση;

164

ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ

ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 ΣΧΟΛΙΚΟΥ ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ Θέμα Α Στις παρακάτω ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής Α1, Α2 και Α3 να επιλέξετε απλά τη σωστή απάντηση. Α1. Ποιοι δύο όροι αποδίδουν τον τύπο της αντίδρασης που ακολουθεί;

Α) απόσπαση, αφυδάτωση Β) απόσπαση, ενυδάτωση

Β) προσθήκη, αφυδάτωση Δ) υποκατάσταση, ενυδάτωση

Α2. Για τη γενική εξίσωση προσθήκης, CH3CH2C≡CH + xA → B, ποια από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι η σωστή; Α) Αν x = 2 και A = Cl2, το προϊόν B είναι το 1,2-διχλωροβουτάνιο Β) Αν x = 1 και A = H2, όλα τα άτομα C στο προϊόν B έχουν υβριδισμό sp3 Γ) Αν x = 2 και A = HCl, το προϊόν B είναι το 2,2-διχλωροβουτάνιο Δ) Αν x = 1 και A = H2Ο το σταθερό προϊόν Β είναι μία ενόλη Α3. Το PVC προκύπτει με πολυμερισμό της ένωσης: Α) CH3CH2Cl Β) CH3CH=CHCl Γ) CH2=CHCl

Δ) CH2=CHCH2Cl

Α4. Να αντιστοιχήσετε τις οργανικές ενώσεις της στήλης Ι με ένα από τα οργανικά αντιδραστήρια της στήλης ΙΙ και ένα από τα οργανικά προϊόντα της στήλης ΙΙΙ. Α. Β. Γ. Δ. Ε.

Ι προπανόνη φαινόλη βενζοϊκό οξύ 2-προπανόλη προπανάλη

α. β. γ. δ. ε.

ΙΙ CuSO4/NaOH Na2CO3 NaOH I2/NaOH H2/Ni

1.

2.

3.

4.

5.

ΙΙΙ C6H5COONa C6H5ONa CH3COONa CH3CH2COONa CH3CHCH3 OH

Α5. Να χαρακτηριστούν οι προτάσεις που ακολουθούν ως σωστές ή λανθασμένες. Δεν απαιτείται αιτιολόγηση. α) Ένα αλκυλοχλωρίδιο (RCl) αντιδρά με αμμωνία παράγοντας άλας RNH3Cl από το οποίο με επίδραση NaOH παράγεται μία αμίνη.. β) Ο καρβονυλικός δεσμός (>C=O), σε αντίθεση με το διπλό δεσμό C=C στα αλκένια, είναι ισχυρά πολωμένος. γ) Το KCN αντιδρά πιο γρήγορα με CH3I παρά με CH3Cl. δ) Τα νιτρίλια (R−C≡N) είναι δυνατόν να αναχθούν σχηματίζοντας πρωτοταγείς αμίνες. ε) Οι πρωτοταγείς και οι δευτεροταγείς αλκοόλες μπορούν επίσης να οξειδωθούν με θέρμανση παρουσία χαλκού (καταλυτική αφυδρογόνωση). Α6. Nα διατυπώστε: α) Τον κανόνα του Zaitsev. β) Τον ορισμό της οξείδωσης και της αναγωγής ειδικά στην οργανική χημεία.

165

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Θέμα Β Β1. Nα γραφούν οι χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων που ακολουθούν. α) CH3C≡CH + H2O (παρουσία Hg, HgSO4, H2SO4) → β) CH2=CHCH2CH=CH2 + H2O (περίσσεια, παρουσία Η+) → κύριο προϊόν γ) C6H5MgBr + H2O → δ) CH3CH2Cl + NaOH (υδατικό διάλυμα) → ε) CH3CH=O + AgNO3 + NH3 + H2O → Β2. Το γαλακτικό οξύ είναι ένα 2-υδροξυοξύ με μοριακό τύπο C3H6O3. α) Ποιος ο συντακτικός τύπος του γαλακτικού οξέος; β) Τι είδους υβριδισμό παρουσιάζουν τα τρία άτομα C στην ένωση αυτή; γ) Ποια αλδεΰδη μπορεί να οδηγήσει στην παρασκευή του γαλακτικού οξέος με την επίδραση HCN ακολουθούμενη από υδρόλυση παρουσία οξέος; Να γραφούν οι κατάλληλες χημικές εξισώσεις. δ) Το γαλακτικό οξύ οξειδώνεται σε μία ένωση με τύπο C3H4O3. Ποιος ο συντακτικός τύπος της ένωσης αυτής; Β3. Τρεις διαφορετικές φιάλες περιέχουν η μία 1-βουτανόλη, η άλλη 2-βουτανόλη και η τρίτη 2-μεθυλο-2-προπανόλη. α) Να αναφέρετε ένα αντιδραστήριο το οποίο αντιδρά με όμοιο τρόπο και στις 3 φιάλες. β) Με ποια αντίδραση μπορούμε να διαπιστώσουμε σε ποια φιάλη περιέχεται η 2-βουτανόλη; Να γράψετε τη συνολική εξίσωση της αντίδρασης αυτής. γ) Πως μπορούμε να διαπιστώσουμε σε ποια φιάλη περιέχεται η 2-μεθυλο-2-προπανόλη; Θέμα Γ Γ1. Δίνεται το διάγραμμα των οργανικών αντιδράσεων που ακολουθεί.

Mε βάση το διάγραμμα αυτό, ποιοι οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ, Κ και Λ; ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

166

ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ

Γ2. Αέριο μίγμα μάζας 10,6 g αποτελείται από το αιθίνιο (ακετυλένιο) και ένα αλκένιο. Το μίγμα χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. Το 1o μέρος αντιδρά με περίσσεια Na και σχηματίζεται αέριο όγκου 3,36 L, σε STP. Το 2o μέρος αποχρωματίζει το πολύ 175 mL διαλύματος Br2 σε CCl4, συγκέντρωσης 2 Μ. α) Να προσδιορίσετε τη σύσταση του αρχικού αερίου μίγματος των δύο υδρογονανθράκων (σε mol) καθώς και το συντακτικό τύπο του αλκενίου. β) Διπλάσια ποσότητα από το αρχικό μίγμα υφίσταται πλήρη προσθήκη Η2Ο, παρουσία καταλυτών και τα προϊόντα αντιδρούν πλήρως με Ι2/ΝaΟΗ. Πόσα mol ιζήματος θα σχηματιστούν; Σχετικές ατομικές μάζες, C:12, H:1. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

167

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Θέμα Δ Οργανική ένωση (Α) του γενικού τύπου CνH2ν+2O έχει Mr = 74. Δ1. Να προσδιορίσετε το μοριακό τύπο της ένωσης Α και να γράψετε όλες τις ισομερείς ενώσεις που αντιστοιχούν στον μοριακό αυτό τύπο και οι οποίες να αντιδρούν με Na εκλύοντας αέριο H2. Δ2. Αν είναι επιπλέον γνωστό ότι η η ένωση Α αντιδράμε Ι2/NaOH παράγοντας κίτρινο ίζημα, να γράψετε: i. Το συντακτικό τύπο της Α. ii. Το κύριο προϊόν της Α κατά τη θέρμανσή της στους 170οC με πυκνό H2SO4. iii. Το προϊόν της αντίδρασης της Α με οξικό (αιθανικό) οξύ. Δ3. Ισομοριακό μίγμα της αλκοόλης Α και μίας άλλης ισομερούς της αλκοόλης (B), χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. Το 1ο μέρος κατεργάζεται με περίσσεια μεταλλικού Na και προκύπτει αέριο όγκου 4,48 L σε STP. To 2ο μέρος αποχρωματίζει ακριβώς 80 mL διαλύματος KMnO4 1 Μ οξινισμένου με H2SO4. Να προσδιοριστούν, i. οι ποσότητες των δύο αλκοολών Α και B στο αρχικό μίγμα και ii. ο συντακτικός τύπος της αλκοόλης B. Δ4. Η παραπάνω ένωση Α αντιδρά με SOCl2 και το οργανικό προϊόν της αντίδρασης (Γ) κατεργάζεται με Mg σε άνυδρο αιθέρα παράγοντας έτσι ένωση Δ. Στην ένωση Δ επιδρά άλλη οργανική ένωση Ε, οπότε μετά από υδρόλυση του σχηματιζόμενου ενδιαμέσου παράγεται ένωση Ζ. Η ένωση Ζ οξειδώνεται με την επίδραση KMnO4/H2SO4 προς ένωση Θ η οποία με κατεργασία με ΝaHCO3 παράγει την ένωση Κ ενώ παράλληλα εκλύεται αέριο CO2. Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ και K. Σχετικές ατομικές μάζες, C:12, Η:1, Ο:16. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

168

i

ii

Ε1 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΚΕΦΑΛΑΙΑ 1-4 ΣΧΟΛΙΚΟΥ

ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΗ 1. Να αιτιολογήσετε την ισχύ των προτάσεων που ακολουθούν. α) O (πρώτος) ιοντισμός του ατόμου του Κ(g) περιγράφεται από τη χημική εξίσωση, Κ(g) → Κ+(g) + e−, είναι ενδόθερμο φαινόμενο και το Κ οξειδώνεται. β) Τα μέταλλα (M) στις οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις που συμμετέχουν με τη στοιχειακή τους μορφή, εμφανίζουν μόνο αναγωγικό χαρακτήρα. γ) Κατά τον σχηματισμό ιοντικών ενώσεων το άτομο του στοιχείου που αποβάλλει ηλεκτρόνια οξειδώνεται. δ) Όταν μια ουσία ανάγεται, είναι οξειδωτικό σώμα. ΑΠΑΝΤΗΣΗ

α) Ο πρώτος ιοντισμός ενός ατόμου περιγράφει την απόσπαση ενός ηλεκτρονίου από ουδέτερο άτομο, σε αέρια κατάσταση. Η διαδικασία αυτή απαιτεί ενέργεια για να πραγματοποιηθεί (Ei > 0) και αντιστοιχεί σε οξείδωση, καθώς ο Α.Ο. του Κ αυξάνεται από 0 σε +1. β) Τα μέταλλα έχουν μόνο θετικούς ΑΟ στις ενώσεις τους και επομένως μπορούν μόνο να οξειδωθούν, άρα στις οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις στις οποίες συμμετέχουν μπορούν να εμφανίσουν μόνο αναγωγικό χαρακτήρα. γ) Σύμφωνα με το 2ο ορισμό της οξείδωσης, οξείδωση είναι η αποβολή ηλεκτρονίων.

Mε την αποβολή ηλεκτρονίων το άτομο φορτίζεται θετικά και επομένως αυξάνεται ο Α.Ο. του (οξείδωση, σύμφωνα με τον 3ο ορισμό). δ) Η ουσία που λειτουργεί ως οξειδωτικό, οξειδώνει μία άλλη ουσία. Το ίδιο το οξειδωτικό σώμα περιέχει στοιχείο που ανάγεται.

2. Από τις οργανικές αντιδράσεις που ακολουθούν, 1. 2CHCl3 + O2 → 2COCl2 + 2HCl

2. 2CHCl3 +

3 O2 → 2COCl2 + Cl2 + H2O 2

3. CHCl3 + 4NaOH → HCOONa + 3NaCl + 2H2O ποιες είναι οξειδοαναγωγικές; ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Η αντίδραση 1 είναι οξειδοαναγωγική, καθώς το Ο ανάγεται από 0 σε −2 και ο C οξειδώνεται από +2 στο CHCl3 σε +4 στο COCl2. Η αντίδραση 1 είναι επίσης οξειδοαναγωγική, για τους ίδιους λόγους. Η αντίδραση 3 δεν είναι οξειδοαναγωγική, καθώς δεν υπάρχουν μεταβολές στους ΑΟ Στην ένωση CHCl3, o C έχει ΑΟ = +2, όπως και στην ένωση HCOONa, το Na έχει σε όλες τις περιπτώσεις +1, το Η έχει επίσης +1 και το Ο έχει −2.

169

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

3. Γιατί ο ορισμός της οξείδωσης ως η αύξηση του αριθμού οξείδωσης ενός ατόμου ή ιόντος είναι γενικότερος από τον ορισμό της οξείδωσης ως αποβολή ηλεκτρονίων; ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Η εφαρμογή του ορισμού της οξείδωσης ως πραγματική αποβολή ηλεκτρονίων προϋποθέτει το σχηματισμό ιοντικών ενώσεων και δεν καλύπτει τις περιπτώσεις ομοιοπολικών ενώσεων. Π.χ. στην αντίδραση, Η2 + Cl2 → 2HCl, το HCl είναι ομοιοπολική ένωση και δεν υπάρχει πραγματική αποβολή ή πρόσληψη ηλεκτρονίων. Όμως, με βάση τον ΑΟ η αντίδραση αυτή μπορεί να χαρακτηριστεί ως οξειδοαναγωγική, καθώς το Η οξειδώνεται από 0 σε +1 και το Cl ανάγεται από 0 σε −1.

4. Ο φωσφόρος οξειδώνεται από το πυκνό νιτρικό οξύ, σύμφωνα με την εξίσωση: P + HNO3 → H3PO4 + NO2 + H2O (χωρίς συντελεστές) α) Να εξηγήσετε γιατί η αντίδραση είναι οξειδοαναγωγική και να σημειώσετε ποιο στοιχείο οξειδώνεται και ποιο ανάγεται, καθώς και ποιο είναι το οξειδωτικό και ποιο το αναγωγικό σώμα. β) Να γράψετε την αντίδραση συμπληρωμένη με τους κατάλληλους συντελεστές. ΑΠΑΝΤΗΣΗ

α) Οξειδώνεται ο Ρ από 0 σε +5 και ανάγεται το Ν από +5 στο ΗΝΟ3 σε +4 στο ΝΟ2. Οξειδωτικό σώμα είναι το ΗΝΟ3 και αναγωγικό ο Ρ. β) P + 5HNO3 → H3PO4 + 5NO2 + H2O

5. Ποσότητα κράματος Αg και Fe έχει συνολική μάζα 6 g. H ποσότητα αυτή κατεργάζεται με περίσσεια αραιού διαλύματος Η2SO4, οπότε αντιδρά μόνο ο Fe, σύμφωνα με την εξίσωση: Fe(s) + H2SO4(aq) → FeSO4(aq) + H2(g) Μέχρι την πλήρη αντίδραση παρατηρείται η έκλυση 672 mL αερίου σε STP. α) Ποιες είναι οι μάζες των δύο συστατικών του κράματος; β) Ποιος ο μέγιστος όγκος διαλύματος K2Cr2O7 0,2 M, που μπορεί να αντιδράσει πλήρως με το διάλυμα που προκύπτει από την αντίδραση του κράματος με το Η2SO4, μετά την απομάκρυνση της ποσότητας του Ag που δεν αντέδρασε; ΛΥΣΗ

α) Έστω x mol και y mol οι ποσότητες του Αg και του Fe στο κράμα. Θα ισχύει:

108x + 56y = 6 (1) H ποσότητα του αερίου (Η2) που εκλύεται από την αντίδραση είναι:

n

0,672  0,03mol.

22.4

Fe(s) + H2SO4(aq) → FeSO4(aq) + H2(g) 0,03 mol 0,03 mol 0,03 mol H μάζα του Fe είναι 0,03·56 = 1,68 g και επομένως: 108x = 6 – 56y = 4,32 g.

170

E1 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΓΕΝΙΚΟΥ ΜΕΡΟΥΣ

β) Η αντίδραση που πραγματοποιείται περιγράφεται από την εξίσωση:

6FeSO4 + K2Cr2O7 + 7H2SO4  Cr2(SO4)3 + 3Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O 0,03 mol 0,005 mol n n 0,005  0,025L Για το διάλυμα του K2Cr2O7: c  , V   V c 0,2

6. Με την επίδραση διαλύματος K2Cr2O7 οξινισμένου με HCl, ένα μέταλλο Μ οξειδώνεται προς χλωριούχο άλας του τύπου ΜClx, σύμφωνα με την εξίσωση (χωρίς συντελεστές):

Μ + K2Cr2O7 + HCl → ΜClx + CrCl3 + KCl + H2O 2,8 g του μετάλλου αντιδρούν πλήρως με 25 mL διαλύματος K2Cr2O7 οξινισμένου με HCl. Επίσης, 100 mL του ίδιου διαλύματος K2Cr2O7 αντιδρούν πλήρως με 300 mL διαλύματος SnCl2 1 M, σύμφωνα με την εξίσωση (χωρίς συντελεστές):

SnCl2 + K2Cr2O7 + HCl → SnCl4 + CrCl3 + KCl + H2O A Nα υπολογιστεί η τιμή του λόγου λ  r , όπου Αr η σχετική ατομική μάζα του x μετάλλου Μ και x ο αριθμός οξείδωσης του μετάλλου Μ στην ένωση MClx. ΛΥΣΗ Συμπληρώνουμε τη δεύτερη αντίδραση με τους κατάλληλους συντελεστές:

3SnCl2 + K2Cr2O7 + 14HCl → 3SnCl4 + 2CrCl3 + 2KCl + 7H2O Η ποσότητα του SnCl2 είναι n = 1·0,3 = 0,3 mol και επομένως η ποσότητα του K2Cr2O7 με την οποία αντιδρά είναι 0,1 mol.

c

n 0 ,1   1M V 0 ,1

6Μ + xK2Cr2O7 + 14xHCl → 6ΜClx + 2xCrCl3 + 2xKCl + 7xH2O H ποσότητα του Μ είναι: n 

2,8 mol (1) Ar

Στα 25 mL του διαλύματος του K2Cr2O7 υπάρχουν 0,025 mol. Από τη στοιχειομετρία της παραπάνω αντίδρασης προκύπτει ότι τα n mol του Μ αντιδρούν με

x n mol 6

K2Cr2O7 και επομένως: ,

x  n x  2,8   0,025 6 6  Ar

λ

Ar 2,8 56   x 0,15 3

171

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

ΘΕΡΜΟΧΗΜΕΙΑ - ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ 1. Για την αντίδραση, 2ΑΒ(g) → Α2(g) + Β2(g), έχουν προσδιοριστεί οι τιμές της ενέργειας ενεργοποίησης και της ενθαλπίας, Ea = 183 kJ·mol−1 και ΔΗ = 9 kJ·mol−1. Να γραφούν οι τιμές των παραπάνω μεγεθών για την αντίστροφη αντίδραση: Α2(g) + Β2(g) → 2ΑΒ(g) ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Με βάση τα δεδομένα της αντίδρασης διάσπασης του ΑΒ κατασκευάζουμε το παρακάτω ποιοτικό ενεργειακό διάγραμμα, στο οποίο εμφανίζονται και τα μεγέθη Ea και ΔΗ:

Ε

Εa ΔΗ

Α2 + Β2

2ΑΒ πορεία της αντίδρασης

Από το διάγραμμα αυτό προκύπτει ότι για την αντίστροφη αντίδραση σχηματισμού του ΑΒ, θα ισχύει: E'a = 183 – 9 = 174 kJ·mol−1 και ΔΗ’ = −9 kJ·mol−1.

2. Ένα από τα στάδια της βιομηχανικής παρασκευής του ΗΝΟ3 περιλαμβάνει την εξώθερμη αντίδραση, που περιγράφεται με την εξίσωση:

4NH3(g) + 5O2(g) → 4NO(g) + 6H2O(g) α) Ποιο είναι το πρόσημο της ενθαλπίας (ΔΗ) της αντίδρασης; Να συγκρίνετε την ενθαλπία των αντιδρώντων (Ηα) με την ενθαλπία των προϊόντων (Ηπ). β) Να χαρακτηρίσετε την αντίδραση ως οξειδοαναγωγική η όχι. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. γ) Αν τη χρονική στιγμή t, οι υδρατμοί σχηματίζονται με ρυθμό 0,024 mol·min−1, με ποιο ρυθμό σχηματίζεται το ΝΟ(g) την ίδια χρονική στιγμή; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. ΑΠΑΝΤΗΣΗ

α) Καθώς η αντίδραση είναι εξώθερμη, το πρόσημο της ενθαλπίας της θα είναι αρνητικό (ΔΗ < 0) και θα ισχύει: Ηπ < Ηα. β) Η αντίδραση είναι οξειδοαναγωγική. Οξειδώνεται το άζωτο από −3 στην ΝΗ3 σε +2 στο ΝΟ και ανάγεται το οξυγόνο από 0 στο Ο2 σε −2 στο ΝΟ και στο Η2Ο. γ) Παρατηρούμε ότι οι συντελεστές των σωμάτων NO και H2O είναι, αντίστοιχα 4 και 6. Επομένως, ο ρυθμός με τον οποίο σχηματίζεται το ΝΟ τη χρονική στιγμή t, θα είναι:

4  0,024  0,016M  s 1 6

172

Όπως φαίνεται από το διπλανό διάγραμμα, αν μία αντίδραση είναι ενδόθερμη με ΔΗ = α και ενέργεια ενεργοποίησης Εa = β, τότε η αντίστροφή της αντίδραση (εξώθερμη) έχει ΔΗ΄ = −α και Εa΄ = α – β.

E1 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΓΕΝΙΚΟΥ ΜΕΡΟΥΣ

3. Σε δοχείο σταθερού όγκου V = 2 L εισάγουμε 0,04 mol Ν2Ο5, οπότε υπό σταθερή θερμοκρασία διεξάγεται η αντίδραση:

2Ν2Ο5(g) → 4ΝΟ2(g) + Ο2(g) Τη χρονική στιγμή t1 = 400 s βρέθηκε ότι η συγκέντρωση του ΝΟ2 είναι διπλάσια από τη συγκέντρωση του Ν2Ο5. α) Να υπολογιστούν οι συγκεντρώσεις των αντιδρώντων και των προϊόντων τη χρονική στιγμή t1. β) Να υπολογιστεί η μέση ταχύτητα της αντίδρασης από 0 - 400 s, καθώς και οι μέσοι ρυθμοί μεταβολής των συγκεντρώσεων όλων των ενώσεων (αντιδρώντων και προϊόντων). γ) Να υπολογίσετε τις τελικές συγκεντρώσεις (για t = tv) των προϊόντων της αντίδρασης. δ) Να εκτιμήσετε αν με την πάροδο του χρόνου η πίεση στο δοχείο αυξάνεται, μειώνεται ή μένει σταθερή. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. ΛΥΣΗ

α)

mol

2Ν2Ο5(g) → 4ΝΟ2(g) + Ο2(g)

Αρχικά

0,04

Μεταβολές

−2x

4x

x

t1 = 400 s

0,04 – 2x

4x

x

Ισχύει: 4x = 2·(0,04 – 2x), x = 0,01 mol.

[N2 O 5 ]  β)

0,02 0,04 0,01  0,01 M, [NO 2 ]   0,02 M, [O 2 ]   0,005 M 2 2 2

υ

(0,005  0) M  1,25  10 5 M  s 1 400 s

υ Ν2Ο 5  2  υ  2,5  10 5 Μ  s 1 , υ ΝΟ2  4  υ  5  10 5 Μ  s 1 ,

υ Ο2  υ  1,25  10 5 Μ  s 1 γ)

mol

2Ν2Ο5(g) → 4ΝΟ2(g) + Ο2(g)

Αρχικά

0,04

Μεταβολές

−0,04

0,08

0,02

t1 = 400 s

─

0,08

0,02

[NO 2 ] 

0,08 0,02  0,04 M, [O 2 ]   0,01 M 2 2

δ) Παρατηρούμε ότι ο συνολικός αριθμός mol αυξάνεται κατά τη διάρκεια της αντίδρασης (2 < 4 + 1). Καθώς ο όγκος του δοχείου και η θερμοκρασία δεν μεταβάλλονται, η πίεση στο δοχείο θα αυξάνεται κατά τη διάρκεια της αντίδρασης. Από εκεί και πέρα η πίεση δεν θα μεταβάλλεται.

173

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

ΧΗΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ 1. Nα χαρακτηρίσετε τις προτάσεις που ακολουθούν ως σωστές ή λανθασμένες. Να αιτιολογήσετε τις επιλογές σας. α) Με αύξηση της θερμοκρασίας σε διάλυμα που έχει αποκατασταθεί η ισορροπία:

Fe3+(aq) + SCN−(aq) (κίτρινο)

Fe(SCN)−(aq) , ΔΗ < 0, (κόκκινο)

το χρώμα του διαλύματος μετατρέπεται σε κόκκινο. β) Αν σε μία Χ.Ι. διπλασιάσουμε όλους τους συντελεστές της, η τιμή της σταθεράς Kc διπλασιάζεται. γ) Για την αντίδραση, 2CH3OH(g) + O2(g) 2CH2O(g) + 2H2O(g) , ΔΗ = −199 kJ, η αύξηση της θερμοκρασίας οδηγεί την ισορροπία προς τα αριστερά και συνεπάγεται μείωση της τιμής της σταθεράς ισορροπίας. δ) Με την προσθήκη επιπλέον ποσότητας Fe3+(aq), χωρίς μεταβολή όγκου του διαλύματος, σε δοκιμαστικό σωλήνα που έχει αποκατασταθεί η ισορροπία, Fe3+(aq) + SCN−(aq) [FeSCN]2+(aq) η [Fe3+] γίνεται μεγαλύτερη, η [SCN−] γίνεται μικρότερη και η [FeSCN]2+ γίνεται μεγαλύτερη. ε) Οι εξώθερμες αντιδράσεις έχουν μεγάλη απόδοση σε χαμηλές θερμοκρασίες, ενώ οι ενδόθερμες σε υψηλές θερμοκρασίες. ΑΠΑΝΤΗΣΗ

α) Λανθασμένη. Σύμφωνα με την αρχή Le Châtelier, με την αύξηση της θερμοκρασίας η Χ.Ι. κατευθύνεται προς τα αριστερά και επομένως το χρώμα του διαλύματος μετατρέπεται σε κίτρινο. β) Λανθασμένη. Π.χ. με το διπλασιασμό των συγκεντρώσεων, υπό σταθερή θερμοκρασία, η τιμή της Kc δε μεταβάλλεται. Επίσης, με διπλασιασμό της πίεσης, υπό σταθερή θερμοκρασία, η τιμή της Kc δε μεταβάλλεται. Με διπλασιασμό της θερμοκρασίας η Κc μπορεί να αυξηθεί ή να μειωθεί, ανάλογα με το αν η ισορροπία είναι ενδόθερμη ή εξώθερμη προς τα δεξιά. γ) Σωστή. Με την αύξηση της θερμοκρασίας και σύμφωνα με την αρχή Le Châtelier, η ισορροπία κατευθύνεται προς τα αριστερά (ενδόθερμη κατεύθυνση) και επομένως η τιμή της Κc μειώνεται. δ) Σωστή. Σύμφωνα με την αρχή Le Châtelier, με την προσθήκη επιπλέον ποσότητας Fe3+(aq), η ισορροπία οδεύει προς τα δεξιά. Καθώς η μεταβολή δεν αναιρείται πλήρως, η [Fe3+] γίνεται μεγαλύτερη, ενώ η [SCN−] γίνεται μικρότερη και η [FeSCN]2+ γίνεται μεγαλύτερη. ε) Σωστή. Σύμφωνα με την αρχή Le Châtelier, με μείωση της θερμοκρασίας, οι εξώθερμες αντιδράσεις κατευθύνονται προς τα δεξιά και επομένως η απόδοσή τους αυξάνεται. Επίσης, με αύξηση της θερμοκρασίας, οι ενδόθερμες αντιδράσεις κατευθύνονται προς τα δεξιά και επομένως η απόδοσή τους αυξάνεται.

174

E1 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΓΕΝΙΚΟΥ ΜΕΡΟΥΣ

2. Σε δοχείο σταθερού όγκου, που βρίσκεται σε σταθερή θερμοκρασία, εισάγουμε n mol ΝΗ3(g) και με την πάροδο του χρόνου αποκαθίσταται η ισορροπία, που περιγράφεται από την εξίσωση:

2ΝΗ3(g)

3Η2(g) + Ν2(g)

Η πίεση στην ισορροπία είναι P1. Στο δοχείο αυτό εισάγουμε επιπλέον ποσότητα NH3(g) και αποκαθίσταται νέα ισορροπίας στην οποία η πίεση είναι ίση με Ρ2. Να συγκριθούν οι τιμές των πιέσεων Ρ1 και Ρ2. ΑΠΑΝΤΗΣΗ

mol Αρχικά Μεταβολές Χ.Ι.

2ΝΗ3(g) n –2x n – 2x

3Η2(g) + Ν2(g) 3x 3x

x x

P1·V = (n + 2x)·R·T (1) Με την εισαγωγή επιπλέον ποσότητας ΝΗ3 και σύμφωνα με την αρχή Le Châtelier, η ισορροπία οδεύει προς τα δεξιά: mol Αρχ. XI Προσθήκη Μεταβολές

2ΝΗ3(g) n – 2x n' –2y

3Η2(g) + Ν2(g) 3x x 3y

y

Ο συνολικός αριθμός mol στην τελική Χ.Ι. θα είναι: (n – 2x + n΄ – 2y) + 3(x + y) + (x + y) = n + n΄ + 2x + 2y > n + 2x (ο συνολικός αριθμός mol αυξάνεται, σύμφωνα με την αρχή Le Châtelier).

P2·V = (n + n΄ + 2x + 2y)·R·T (2) Από τις (1) και (2), προκύπτει: Ρ1 < Ρ2.

3. Δίνονται οι ισορροπίες που ακολουθούν, μαζί με τις αντίστοιχες σταθερές ισορροπίας τους Kc: 2N2(g) + O2(g)

2N2O(g) , Kc = 10−35 2NO2(g) , Kc = 4·10−3

N2O4(g) 1 N2(g) + O2(g) NO2(g) , Kc = 4·10−9 2 Να υπολογίσετε τη σταθερά Kc της ισορροπίας που ακολουθεί.

2N2O(g) + 3O2(g) 2N2O4(g) Οι τιμές των σταθερών ισορροπίας αντιστοιχούν στην ίδια θερμοκρασία. ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Οι εκφράσεις των ισορροπιών στις οποίες δίνονται οι σταθερές Kc είναι οι εξής:

[NO2 ] [N2O]2 [NO2 ]2 35 (1) ,  10  4  10 3 (2) ,  4  10 9 (3) 2 [N2O4 ] [N2 ]  [O2 ] [N2 ]1 / 2 [O2 ] Θέλουμε να υπολογίσουμε τη σταθερά Kc της ισορροπίας:

175

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

2N2O(g) + 3O2(g) (1):

2N2O4(g) , K c 

[N2 ]2 [O2 ]  10 35 (5) , 2 [N2O]

(2):

[N2O4 ]2 (4) [N2O]2  [O2 ]3

[N2O4 ]2 1   10 6 (6) , 4 16 [NO2 ]

(3):

[NO2 ]4  4 4  10 36 (7) 2 4 [N2 ]  [O2 ]

Με πολλαπλασιασμό κατά μέλη των εξισώσεων (5), (6) και (7) προκύπτει:

Kc 

[N2O4 ]2 1  10 35   10 6  4 4  10 36  1,6  10 6 2 3 16 [N2O]  [O2 ]

4. Oι τιμές της σταθεράς ισορροπίας, N2(g) + 3H2(g)

2NH3(g), σε μερικές θερ-

μοκρασίες, δίνονται στον πίνακα που ακολουθεί: θερμοκρασία (Κ) Κc

500 90

600 3

700 0,3

800 0,04

Να εξηγήσετε αν ο σχηματισμός της ΝΗ3(g) είναι ενδόθερμο ή εξώθερμο φαινόμενο. ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Η σταθερά Kc έχει τη μορφή: K c 

[NH3 ]2 [N2 ]  [H2 ]3

Παρατηρούμε ότι με την αύξηση της θερμοκρασίας η σταθερά Kc μειώνεται και επομένως η ισορροπία οδεύει προς τα αριστερά. Όμως, με την αύξηση της θερμοκρασίας η ισορροπία πηγαίνει προς την ενδόθερμη κατεύθυνση. Έτσι, η αντίδραση προς τα δεξιά θα είναι εξώθερμη.

5. Το σχήμα που ακολουθεί αναφέρεται στην παρακάτω χημική ισορροπία, σε περιβάλλον σταθερής θερμοκρασίας.

2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) Να σχολιάσετε τα δεδομένα του σχήματος.

0,68 mol SO3 0,32 mol SO2 0,16 mol O2

0,83 mol SO3 0,83 mol SO2

α)

β)

0,085 mol O2

ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Το σχήμα (α) αναφέρεται στη Χ.Ι. που έχει αποκατασταθεί στο δοχείο όγκου 10 L. Με μείωση του όγκου υπό σταθερή θερμοκρασία, η πίεση αυξάνεται με αποτέλεσμα η ισορροπία να κατευθύνεται προς τα δεξιά. Επομένως, η ποσότητα του SO3 αυξάνεται, ενώ οι ποσότητες του SO2 και του Ο2 μειώνονται.

176

E1 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΓΕΝΙΚΟΥ ΜΕΡΟΥΣ

6. Σε δοχείο σταθερού όγκου εισάγονται τη χρονική στιγμή t = 0 ποσότητες CCl4(ℓ) και ΗF(g), οπότε τη χρονική στιγμή t1 αποκαθίσταται η ισορροπία:

CCl4(ℓ) + 2ΗF(g)

CCl2F2(g) + 2ΗCl(g)

c(Μ)

Tην ίδια χρονική στιγμή (t1) μεταβάλλεται ένας από τους παράγοντες της χημικής ισορροπίας, οπότε τη χρονική στιγμή t2 αποκαθίσταται νέα χημική ισορροπία. Στο διπλανό σχήμα εμφανίζονται τα διαγράμματα των συγκεντρώσεων των τριών αερίων που συμμετέχουν στην αντίδραση, σε συνάρτηση με το χρόνο από τη χρονική στιγμή t = 0 μέχρι τη χρονική στιγμή t2. t2 t1 t α) Nα γράψετε το είδος της μεταβολής που έγινε τη χρονική στιγμή t1 και να αιτιολογήσετε πλήρως την απάντησή σας. β) Να εξηγήσετε γιατί ισχύει η εξίσωση που ακολουθεί:

[CCl 2F2 ]t1  [HCl]2t1 [HF]2t1



[CCl 2F2 ]t2  [HCl]2t2 [HF]2t2

ΑΠΑΝΤΗΣΗ

α) Παρατηρώντας τις καμπύλες της χημικής ισορροπίας από t = 0 μέχρι t = t1, παρατηρούμε ότι η επάνω καμπύλη αντιστοιχεί στο HF, η ενδιάμεση καμπύλη στο HCl και η κάτω καμπύλη στο CCl2F2. Επομένως, τη χρονική στιγμή t1 έγινε μείωση της συγκέντρωσης του HCl. β) Ισχύει γιατί τα δύο μέλη της ισότητας αντιστοιχούν στις εκφράσεις της σταθεράς ισορροπίας που είναι σταθερή, καθώς δεν μεταβάλλεται η θερμοκρασία.

7. Σε δοχείο σταθερού όγκου V εισάγουμε 1 mol HI(g), που διασπάται στα συστατικά του στοιχεία, σύμφωνα με την χημική ισορροπία:

2ΗΙ(g)

Η2(g) + Ι2(g)

n(ΗΙ)

Το διπλανό διάγραμμα δίνει τη μεταβο1 λή στον αριθμό mol του ΗΙ ως συνάρτηση του χρόνου, σε δύο διαφορετικές θερμοκρασίες, Τ1 και Τ2 (Τ2 > Τ1).

T1 α) i. Να χαρακτηρίσετε την αντίδραση 0,5 διάσπασης του ΗΙ ως ενδόθερμη ή εξώθερμη και να αιτιολογήσετε την απάT2 0,2 ντησή σας. ii. Να υπολογίσετε τις τιμές της σταθεράς ισορροπίας στις δύο θερt μοκρασίες Τ1 και Τ2. β) Τη χρονική στιγμή t1 στη θερμοκρασία Τ1 διπλασιάζουμε την πίεση στο δοχείο με μεταβολή του όγκου υπό σταθερή θερμοκρασία. Ποιες θα είναι οι ποσότητες στο δοχείο (σε mol) των τριών συστατικών στην ισορροπία; Ποιες οι τιμές των συγκεντρώσεων των τριών συστατικών; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας.

177

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

γ) Τη χρονική στιγμή t2 και στη θερμοκρασία Τ2 προσθέτουμε 1 mol HI, επιπλέον. Ποιες θα είναι οι ποσότητες (σε mol) του Η2, του Ι2 και του ΗΙ στη νέα χημική ισορροπία; ΛΥΣΗ α) i. Ενδόθερμη (αρχή Le Châtelier). ii.

K c1 

[H2 ] [I2 ] (0,25 / V)2 1   [HI]2 (0,5 / V)2 4

K c2 

[H2 ] [I2 ] (0,4 / V)2  4 [HI]2 (0,2 / V)2

β) Ο όγκος μειώνεται στο μισό (V/2). Η θέση της ισορροπίας δε μεταβάλλεται, καθώς Δn = 0, αλλά οι συγκεντρώσεις θα διπλασιαστούν: [ΗΙ] = 1 Μ, [Η2] = [Ι2] = 0,5 Μ. mol Αρχ. Χ.Ι. Προσθήκη Μεταβολές Χ.Ι.

γ)

2ΗΙ(g) 0,2 1 –2x 1,2 – 2x

Η2(g) + Ι2(g) 0,4 0,4 x 0,4 + x

x 0,4 + x

0,4  x 0,4  x 2  [H2 ] [I2 ]  0,4  x  2 V V K c2    4,    2 , x  0,1 mol 2 2 [HI]  1,2  2x   1,2  2x     V  Επομένως στη νέα Χ.Ι. θα συνυπάρχουν 1 mol HI, 0,5 mol H2 και 0,5 mol I2.

8. Σε δοχείο όγκου V και σε θερμοκρασία Τ1 εισάγουμε 2 mol SO2 και 1 mol Ο2 και αποκαθίσταται η ισορροπία που ακολουθεί:

2SO2(g) + O2(g)

2SO3(g)

Στη χημική ισορροπία η ποσότητα του SO3 είναι ίση με 1 mol. Η σταθερά της παραπάνω ισορροπίας έχει τιμή Kc = 200 στη θερμοκρασία Τ1. α) Να προσδιορίσετε την απόδοση της αντίδρασης και τον όγκο του δοχείου. β) Η τιμή της σταθεράς της παραπάνω ισορροπίας, σε θερμοκρασία Τ2 > Τ1, έχει τιμή Kc = 44. Να προσδιορίσετε αν η αντίδραση προς τα δεξιά είναι εξώθερμη ή ενδόθερμη. ΛΥΣΗ

α)

mol Αρχικά Μεταβολές Χ.Ι.

2SO2(g) 2 –2x 2 – 2x

+ O2(g) 1 –x 1–x

2SO3(g) – 2x 2x

Ισχύει: 2x = 1, x = 0,5 mol. Επομένως, στη Χ.Ι. συνυπάρχουν 1 mol SO2, 0,5 mol O2 και 1 mol SO3.

178

E1 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΓΕΝΙΚΟΥ ΜΕΡΟΥΣ

α

x  0,5 (50%) 1

K c  200 

1   V

2

[SO 3 ]2 V   , V  100 L. 2 2 [SO 2 ]  [O 2 ]  1   0,5  0,5     V  V 

β) Παρατηρούμε ότι με την αύξηση της θερμοκρασίας η τιμή της Kc μειώνεται επίσης, που σημαίνει ότι η ισορροπία πηγαίνει προς τα αριστερά. Με την αύξηση της θερμοκρασίας, όμως, η ισορροπία πηγαίνει προς την ενδόθερμη αντίδραση και επομένως προς τα δεξιά η αντίδραση είναι εξώθερμη.

9. Δίνεται η ισορροπία: CaCO3(s)

CaO(s) + CO2(g)

P (atm)

Σε κενό δοχείο σταθερού όγκου V, που βρίσκεται σε περιβάλλον σταθερής θερμοκρασίας Τ, εισάγουμε 5,6 g CaO(s) και στη συνέχεια ποσότητα CO2(g), μάζας m. Η γραφική παράσταση της 1,2 πίεσης στο δοχείο, ως συνάρτηση της μάζας (m) του εισαP0 γομένου CO2(g) δίνεται στο διπλανό σχήμα.

Nα εξηγήσετε τη μορφή του m1 m2 m (CO ) 2 διαγράμματος και πιο συγκεκριμένα: α) Γιατί μέχρι μία τιμή της μάζας (m = m1) η πίεση αυξάνεται γραμμικά; β) Γιατί όταν m1 < m < m2, η πίεση μένει σταθερή; γ) Γιατί όταν m > m2, η πίεση αυξάνει πάλι γραμμικά; Η ποσότητα των στερεών δεν επηρεάζει τον όγκο του δοχείου. ΑΠΑΝΤΗΣΗ

α) Η ποσότητα του CO2 αυξάνεται μέχρι την αποκατάσταση της ισορροπίας (m = m1), μέχρι ότου η συγκέντρωσή του να γίνει ίση με την τιμή της Kc. Η πίεση αυξάνεται γραμμικά, καθώς Ρ = (m/V)·R·T. β) Για m1 < m < m2, η επιπλέον ποσότητα του CO2 αντιδρά με το CaO, ώστε η πίεση να διατηρείται σταθερή και ίση με P0 και η συγκέντρωση του CO2 να είναι επίσης σταθερή και ίση με Kc. Όταν m = m2 έχει αντιδράσει όλη η ποσότητα του CaO. γ) Για m1 < m < m2, έχει αντιδράσει όλη η ποσότητα του CaO και δεν είναι δυνατή η αποκατάσταση χημικής ισορροπίας, με αποτέλεσμα η ποσότητα του CO2 να αυξάνεται και η πίεση αυξάνεται επίσης.

179

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

10. Σε διαφορετικά κλειστά δοχεία Α, Β, Γ και Δ όγκου 1 L, που βρίσκονται στην ίδια θερμοκρασία Τ, εισάγονται ποσότητες από τις εξής ουσίες: Δοχείο Α: 5·10−3 mol CaCO3(s). Δοχείο Β: 5·10−3 mol CaO(s) και 5·10−3 mol CO2(g). Δοχείο Γ: 5·10−3 mol CaCO3(s) και 5·10−3 mol CO2(g). Δοχείο Δ: 5·10−3 mol CaCO3(s) και 5·10−3 mol CaO(s).

Nα εξετάσετε αν σε κάθε περίπτωση μπορεί ή όχι να αποκατασταθεί χημική ισορροπία, σύμφωνα με την εξίσωση: CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) , Κc = 2·10−3 Ποιες οι τελικές ποσότητες στα δοχεία, σε κάθε περίπτωση; ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Για την ισορροπία, CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) , Κc = [CO2] και επομένως για να αποκατασταθεί χημική ισορροπία θα πρέπει να συνυπάρχουν τα τρία συστατικά, από τα oποία το CO2 σε ποσότητα n = 2·10−3 mol. Δοχείο Α: Η ισορροπία μπορεί να επιτευχθεί με τη διάσπαση 2·10−3 mol CaCO3 και το σχηματισμό 2·10−3 mol CaΟ και 2·10−3 mol CO2, οπότε στο δοχείο θα απομείνουν χωρίς να διασπαστούν 3·10−3 mol CaCO3. Δοχείο Β: Η ισορροπία μπορεί να επιτευχθεί με την αντίδραση 3·10−3 mol CaΟ με 3·10−3 mol CO2 και το σχηματισμό 3·10−3 mol CaCΟ3. Δοχείο Γ: Για να αποκατασταθεί ισορροπία θα πρέπει να αντιδράσουν 3·10−3 mol CO2, ώστε να απομείνουν 2·10−3 mol CO2. Καθώς, όμως, δεν υπάρχει στο δοχείο CaO, αυτό δεν μπορεί να γίνει και άρα δεν μπορεί να αποκατασταθεί ισορροπία. Στο δοχείο θα περιέχονται 5·10−3 mol CaCO3 και 5·10−3 mol CO2. Δοχείο Δ: Η ισορροπία μπορεί να επιτευχθεί με τη διάσπαση 2·10−3 mol CaCO3 και το σχηματισμό 2·10−3 mol CaΟ και 2·10−3 mol CO2, οπότε στο δοχείο περιέχονται 3·10−3 mol CaCO3, 2·10−3 mol CO2 και 7·10−3 mol CaΟ.

11. Στους θοC, αέριο του τύπου ΑΒx διασπάται στα στοιχεία του Α2 και Β2, σύμφωνα με την εξίσωση:

2ΑΒx(g)

Α2(g) + xΒ2(g)

H σταθερά της ισορροπίας έχει τιμή ίση με Kc = 16, στους θοC. α) Σε δοχείο (Δ1) έχει αποκατασταθεί η παραπάνω ισορροπία στην οποία συνυπάρχουν τα τρία αέρια σε συγκεντρώσεις: [ΑΒx] = 1 M, [A2] = 2 M και [Β2] = 2 Μ. Να δείξετε ότι x = 3. β) Σε άλλο δοχείο (Δ2) όγκου V = 2 L εισάγονται ποσότητες από τα αέρια Α2 και Β2 και αποκαθίσταται η παραπάνω χημική ισορροπία στην οποία συνυπάρχουν ισομοριακές ποσότητες από τα τρία αέρια στους θοC. Να υπολογιστούν, i. οι αρχικές ποσότητες από τα αέρια Α2 και Β2 και ii. οι ποσότητες των τριών αερίων στη χημική ισορροπία. γ) Σε τρίτο δοχείο (Δ3) βρίσκονται σε ισορροπία α mol ΑΒx, β mol Α2 και γ mol Β2 στους θοC και ισχύει: α + β + γ < 6. Μεταβάλλουμε τον όγκο του δοχείου, υπό σταθερή θερμοκρασία και παρατηρούμε ότι στη νέα χημική ισορροπία συνυπάρχουν 2 mol ΑΒx(g), 2 mol Α2(g) και 2 mol Β2(g).

180

E1 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΓΕΝΙΚΟΥ ΜΕΡΟΥΣ

i. Nα εξηγήσετε αν ο όγκος του δοχείου αυξήθηκε ή μειώθηκε. ii. Nα υπολογίσετε τον τελικό όγκο του δοχείου. δ) Στο δοχείο (Δ3) στο οποίο συνυπάρχουν σε ισορροπία 2 mol ΑΒx(g), 2 mol Α2(g) και 2 mol Β2(g), αυξάνουμε τη θερμοκρασία και παρατηρούμε ότι στη νέα χημική ισορροπία ισχύει: nολ = 6,5 mol. Nα εξηγήσετε αν η διάσπαση του ΑΒx(g) είναι ενδόθερμη ή εξώθερμη. ΛΥΣΗ

α)

β)

Kc 

[A 2 ]  [B2 ]x 2  2x  2 , 2x 1  16, x  3.

[AB 3 ]2 1

mol Αρχικά Μεταβολές Χ.Ι.

2ΑΒ3(g) ‒‒ 2x 2x

Α2(g) + 3Β2(g) α β –x –3x α–x β – 3x

Ισχύει: 2x = α – x = β – 3x και επομένως α = 3x και β = 5x. Άρα, στη Χ.Ι. θα συνυπάρχουν 2x mol AB3, 2x mol A2 και 2x mol B2.

[A 2 ] [B 2 ]x Kc   [AB 3 ]2

2x  2x    2 2  2x    2

2

3

, 2 x  16 , x  4 mol.

Επομένως, α = 12 mol και β = 20 mol. Στη Χ.Ι. συνυπάρχουν από 2x = 4 mol από καθένα από τα τρία συστατικά. γ) Εφόσον στην τελική Χ.Ι. ισχύει nολ = 2 + 2 + 2 = 6 και αρχικά έχουμε nολ = α + β + γ < 6, η αντίδραση εξελίσσεται προς τα περισσότερα mol, δηλαδή προς τα δεξιά: mol Αρχ. Χ.Ι. Μεταβολές Τελική Χ.Ι.

2ΑΒ3(g) α –2x α – 2x = 2

Α2(g) + 3Β2(g) β Γ x 3x β + x = 2 γ + 3x = 2

Επομένως, σύμφωνα με την αρχή Le Châtelier, μειώσαμε την πίεση με αύξηση του όγκου του δοχείου. Για τον τελικό όγκο του δοχείου (V): 3

2 2   2 x [A 2 ] [B2 ] V V 2 16      , V  0,5 L. 2 [AB3 ]2 V 2   V δ) Εφόσον ο συνολικός αριθμός mol των αερίων αυξήθηκε εξελίχθηκε αντίδραση προς τα περισσότερα mol, δηλαδή προς τα δεξιά. Καθώς με την αύξηση της θερμοκρασίας και σύμφωνα με την αρχή Le Châtelier, η ισορροπία οδεύει προς την ενδόθερμη κατεύθυνση, η αντίδραση προς τα δεξιά θα είναι ενδόθερμη.

181

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

12. Σε κλειστό δοχείο εισάγουμε CO2(g) και Η2(g) με αναλογία mol 1:5, αντίστοιχα και αποκαθίσταται η ισορροπία:

CO2(g) + Η2(g)

CO(g) + Η2Ο(g) , Κc = 1 (στους θοC)

α) Να υπολογιστεί το ποσοστό (%) του CO2 που μετασχηματίζεται σε CO. β) Την αναλογία όγκων CO2(g) και Η2(g) που πρέπει να αναμείξουμε αρχικά, ώστε να αντιδράσει το 90% της αρχικής ποσότητας του Η2. Η θερμοκρασία είναι σταθερή και ίση με θοC. ΛΥΣΗ

α)

mol Αρχικά Μεταβολές Χ.Ι.

CO2(g) x −y x–y

+

Η2(g) 5x −y 5x – y

CO(g) + ‒‒ y y

Η2Ο(g) ‒‒ y y

y (όπου π το κλάσμα το CO2 που μετασχηματίζεται σε CO). x Επομένως: y = πx. Θέτουμε: π 

Kc  1 

y2 π2  (οι όγκοι απλοποιούνται) (x  y)  (5x  y) (1  π)  (5  π)

Από την προηγούμενη σχέση, προκύπτει π  0,833 και επομένως το ποσοστό (%) του CO2 που μετασχηματίζεται σε CO είναι 83,3%. β) Έστω ότι η αναλογία mol CO2(g) και Η2(g) είναι λ (στα αέρια, η αναλογία mol είναι και αναλογία όγκων). mol Αρχικά Μεταβολές Χ.Ι. Θα ισχύει: 0,9 

Kc  1 

CO2(g) + Η2(g) λx x −y −y λx – y x–y

CO(g) + ‒‒ y y

Η2Ο(g) ‒‒ y y

y , y  0,9x και επομένως: x

(0,9x)2 0,9 2  , λ 9 (λx  y)  (x  y) (λ  0,9)  0,1

13. Σε δοχείο (Δ1) εισάγουμε αρχικά α mol Ν2 και β mol H2 στους θ1οC και αποκαθίσταται η ισορροπία:

Ν2(g) + 3H2(g)

2NH3(g) , ΔΗ = −92 kJ , Κc = 1 (θ1οC),

στην οποία συνυπάρχουν 2 mol N2, 4 mol H2 και 6 mol NH3. α) Να υπολογιστούν οι αρχικές ποσότητες α και β καθώς και η απόδοση της αντίδρασης. β) Μεταβάλλουμε τον όγκο του δοχείου, υπό σταθερή θερμοκρασία και στη νέα χημική ισορροπία η ποσότητα του N2 είναι ίση με 1 mol. Ποιος ο νέος όγκος του δοχείου;

182

E1 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΓΕΝΙΚΟΥ ΜΕΡΟΥΣ

γ) Σε άλλο δοχείο (Δ2) όγκου 1 L στους θ2οC, συνυπάρχουν σε χημική ισορροπία 4 mol N2, 1 mol H2 και 2 mol NH3. Να συγκρίνετε τις θερμοκρασίες θ1 και θ2. ΛΥΣΗ

α)

Mol Αρχικά Μεταβολές Χ.Ι.

Ν2(g) + 3Η2 α β ‒x ‒3x α–x β – 3x

2ΝΗ3(g) ─ 2x 2x

Ισχύει: α – x = 2 mol, β – 3x = 4 mol και 2x = 6 mol. και επομένως: α = 5 mol και β = 13 mol. To συστατικό Η2 είναι σε έλλειμμα, επομένως: 3x 9 α  β 13 β) Με την μεταβολή του όγκου προφανώς εκδηλώθηκε αντίδραση προς τα δεξιά, καθώς η ποσότητα του Ν2 μειώθηκε.

Mol Αρχ. Χ.Ι. Μεταβολές Τελική Χ.Ι.

Ν2(g) 2 –1 1

+

3Η2 4 –3 1

2ΝΗ3(g) 6 2 8

2

8   2 [NH3 ] 1 V Kc  1     3 , V L 3 8 [N2 ]  [H2 ] 1 1   V V 2

γ)

2   2 [NH3 ] 1 K c (θ 2 )     3  1  K c (θ1 ) 3 [N2 ]  [H2 ] 4 1   1 1

Καθώς οι τιμές των σταθερών ισορροπίας είναι ίσες, θα ισχύει: θ1 = θ2.

14. 18 g CH3COOH και 13,8 g CH3CH2OH φέρονται προς αντίδραση, σύμφωνα με την εξίσωση: CH3COOH(ℓ) + CH3CH2OH(ℓ) CH3COΟCH2CH3(ℓ) + H2O(ℓ) , Κc = 4 α) Να υπολογιστεί η απόδοση της αντίδρασης. β) Πόσα g CH3COOH πρέπει να προστεθούν επιπλέον στην φιάλη της παραπάνω ισορροπίας, ώστε να σχηματιστούν συνολικά 0,25 mol εστέρα; γ) 0,2 mol CH3COOH και x mol CH3CH2OH φέρονται προς αντίδραση σε άλλη φιάλη και αποκαθίσταται η παραπάνω χημική ισορροπία στην οποία σχηματίζεται εστέρας με απόδοση 80%. Ποια η τιμή του x; Σχετικές ατομικές μάζες, C:12, H:1, O:16. ΛΥΣΗ α) Μr(CH3COOH) = 60, Mr(CH3CH2OH) = 46.

183

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

n

13,8 18  0,3 mol CH3COOH, n   0,3 mol CH3CH2OH 60 46

mol Αρχικά Μεταβολές Χ.Ι.

CH3COOH + CH3CH2OH 0,3 0,3 −x −x 0,3 – x 0,3 – x

CH3COΟCH2CH3 + H2O ‒‒ ‒‒ X x X x

x x 2  [CH 3 COOCH 2 CH 3 ]  [H2 O]  x  V V Kc     [CH 3 COOH]  [CH 3 CH2 OH] 0,3  x 0,3  x  0,3  x   V V x 2  x   2 , x = 0,2 mol. Επομένως: α  0,3 3  0,3  x  β) Έστω ότι πρέπει να προσθέσουμε λ mol επιπλέον CH3COOH, ώστε να σχηματιστούν συνολικά 0,25 mol εστέρα. mol Αρχ. Χ.Ι. Προσθήκη Μεταβολές Χ.Ι.

CH3COOH + CH3CH2OH 0,1 0,1 λ −y −y 0,1 + λ – y 0,1 – y

CH3COCH2CH3 + H2O 0,2 0,2 Y 0,2 + y

y 0,2 + y

Ισχύει: 0,2 + y = 0,25, y = 0,05 mol.

0,25 0,25  V V Kc  4  , 0,05  λ 0,05  V V

λ = 0,2625 mol.

H παραπάνω ποσότητα CH3COOH αντιστοιχεί σε n = 0,2625·60 = 15,75 g. γ)

mol Αρχικά Μεταβολές Χ.Ι.

CH3COOH + CH3CH2OH 0,2 x −y −y 0,2 – y x–y

CH3COOCH2CH3 + H2O ‒‒ ‒‒ Y y Y y

Επειδή δεν ξέρουμε ποια ένωση είναι σε περίσσεια διακρίνουμε δύο περιπτώσεις: Περίπτωση 1: 0,2 ≥ x (CH3COOH σε περίσσεια).

0,8 

y , y = 0,8x x

Στη Χ.Ι. θα υπάρχουν: (0,2 – 0,8x) mol CH3COOH, 0,2x mol CH3CH2OH, 0,8x mol CH3COOCH2CH3 και 0,8x mol H2O.

0,8x 0,8x  V V 4 , 0,2  0,8x 0,2x  V V

184

x = 0,125 mol

E1 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΓΕΝΙΚΟΥ ΜΕΡΟΥΣ

Περίπτωση 2: 0,2 < x (CH3CH2OH σε περίσσεια).

0 ,8 

y , y = 0,16 mol.

0,2

Στη Χ.Ι. θα υπάρχουν: 0,04 mol CH3COOH, (x – 0,16) mol CH3CH2OH, 0,16 mol CH3COOCH2CH3 και 0,16 mol H2O.

0,16 0,16  V V 4 , x = 0,32 mol 0,04 x  0,16  V V Σημείωση: Και οι δύο παραπάνω λύσεις είναι δεκτές, σύμφωνα με τους περιορισμούς των αντίστοιχων περιπτώσεων.

15. ΣΥΝΔΥΑΣΤΙΚΗ 0,6 mol SO2 και 0,4 mol O2 διαβιβάζονται σε δοχείο όγκου 1 L, στους θοC και αποκαθίσταται η ισορροπία:

2SO2(g) + O2(g)

2SO3(g) (1)

Όλη η ποσότητα του SO3 στη χημική ισορροπία διαλύεται πλήρως σε νερό και λαμβάνει χώρα η αντίδραση:

SO3 + Η2Ο → Η2SO4 (2) Προκύπτει τελικά διάλυμα (Δ1) Η2SO4 όγκου 400 mL. 15 mL από το διάλυμα Δ1 αραιώνεται με νερό και προκύπτει διάλυμα (Δ2) όγκου 1 L για το οποίο ισχύει: [Η3Ο+] = 2·10−2 Μ, στους 25oC. Ποσότητα από το διάλυμα Δ2, όγκου 50 mL, απαιτεί για πλήρη εξουδετέρωση 15 mL διαλύματος NaOH 0,1 M. α) Να εξηγήσετε αν οι αντιδράσεις (1) και (2) είναι οξειδοαναγωγικές ή όχι. β) Να υπολογίσετε τη συγκέντρωση του διαλύματος Δ2. γ) Να υπολογίσετε τη σταθερά ιοντισμού (Κa) του ιόντος ΗSO4−, στους 25οC. δ) Να υπολογίσετε τη σταθερά της ισορροπίας (1), στους θοC. ΛΥΣΗ α) Η αντίδραση (1) είναι οξειδοαναγωγική. Το S οξειδώνεται από +4 σε +6 και το O ανάγεται από 0 σε −2. H αντίδραση (2) δεν είναι οξειδοαναγωγική, καθώς σε αυτή δεν υπάρχουν μεταβολές στους Α.Ο. β) H ποσότητα του NaOH είναι: n = 0,1·0,015 = 1,5·10−3 mol.

Η2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O 7,5· 10−4 1,5·10−3 7,5  10 4  0,015 M 0,05 γ) Το H2SO4 είναι ισχυρό στον 1ο ιοντισμό και ασθενές στο 2ο: c2 

1oς ιοντισμός

H2SO4 + H2O → H3O+ + HSO4 0,015

0,015

0,015

185

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

2oς ιοντισμός

HSO4 + H2O

H3O+ + SO42

0,015 – x

x

x

[H3O+] = 0,015 + x = 0,02, x = 0,005 M

K a (HSO 4  ) 

[H3 O  ] [SO 4 2 ] 

[HSO 4 ]



0,02  0,005  0,01 0,01

δ) Η συγκέντρωση του διαλύματος Δ1 υπολογίζεται με βάση την αραίωση:

c1·0,015 = 0,015·1, c1 = 1 M Επομένως: n1 = 0,4 mol. Από την εξίσωση (2) βρίσκουμε ότι η ποσότητα του SO3 είναι επίσης 0,4 mol. mol

2SO2(g) + O2(g)

Αρχικά

0,6

0,4

Μεταβολές

−2x

−x

Χ.Ι.

0,6 − 2x 0,4 − x

2SO3(g) 2x 2x

Ισχύει: 2x = 0,4, x = 0,2 mol και επομένως στη Χ.Ι. συνυπάρχουν 0,2 mol SO2, 0,2 mol O2 και 0,4 mol SO3.

2

 0,4    [SO 3 ]2  1  Kc    20 [O2 ] [SO2 ]2 0,2  0,2 2   1  1 

16. ΣΥΝΔΥΑΣΤΙΚΗ Θέλουμε να μελετήσουμε την ταχύτητα διάσπασης του H2O2 (υπεροξείδιο του υδρογόνου) σε υδατικό του διάλυμα (Δ) θερμοκρασίας Τ, παρουσία καταλύτη, σύμφωνα με την εξίσωση: 1 H2O2(aq) → H2Oℓ) + O2(g) , ΔΗ = −196 kJ (1) 2 Για το σκοπό αυτό, ογκομετρούμε ανά τακτά χρονικά διαστήματα 10 mL από το διάλυμα της αντίδρασης με πρότυπο διάλυμα KMnO4 συγκέντρωσης c1 οξινισμένου με Η2SO4, μέχρι να εμφανιστεί ρόδινο χρώμα από την ελάχιστη περίσσεια KMnO4. Kατά τη διαδικασία αυτή λαμβάνει χώρα η αντίδραση της ποσότητας του H2O2 που δεν έχει διασπαστεί με το KMnO4, σύμφωνα με την εξίσωση (χωρίς συντελεστές):

ΚMnO4 + H2O2 + H2SO4 → O2 + MnSO4 + Κ2SΟ4 + H2O (2) α) Να εξηγήσετε γιατί και οι δύο παραπάνω αντιδράσεις (1) και (2) είναι οξειδοαναγωγικές, σημειώνοντας ποιο στοιχείο οξειδώνεται και ποιο ανάγεται καθώς και τις σχετικές μεταβολές στους αριθμούς οξείδωσης. Να αντιγράψετε την αντίδραση (2), συμπληρώνοντας και τους σχετικούς συντελεστές. β) Aν c η συγκέντρωση του Η2Ο2 μία χρονική στιγμή t, να δείξετε ότι η συγκέντρωση αυτή είναι ανάλογη με τον όγκο (V) του KMnO4 για την ογκομέτρηση της ποσότητας του H2O2.

186

E1 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΓΕΝΙΚΟΥ ΜΕΡΟΥΣ

γ) Τη χρονική στιγμή t = 0 λαμβάνουμε 10 mL από το διάλυμα της αντίδρασης και το ογκομετρούμε με το διάλυμα KMnO4 συγκέντρωσης c1 οξινισμένου με Η2SO4. Παρατηρήθηκε η κατανάλωση όγκου V = 12 mL από το διάλυμα του KMnO4. Επαναλαμβάνουμε την ίδια διαδικασία με ένα άλλο δείγμα 10 mL που λαμβάνουμε από το διάλυμα της αντίδρασης τη χρονική στιγμή t1 = 200 s, οπότε απαιτείται για την ογκομέτρηση όγκος V΄ = 9 mL του πρότυπου διαλύματος. Αν c1 = 0,1 M: i. Nα υπολογίσετε τη θερμότητα που εκλύεται από την αντίδραση (1) το χρονικό διάστημα 0 → 200 s ως συνάρτηση του όγκου (V0) του διαλύματος Δ. ii. Να υπολογίσετε τη μέση ταχύτητα της αντίδρασης διάσπασης του H2O2, για το χρονικό διάστημα 0 → 200 s. ΛΥΣΗ α) Αντίδραση 1: Το Ο οξειδώνεται από −1 σε 0 και ταυτόχρονα ανάγεται από −1 σε −2. Αντίδραση 2: Το Mn ανάγεται από +7 σε +2 και το Ο οξειδώνεται από −1 σε 0.

2ΚMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4 → 5O2 + 2MnSO4 + Κ2SΟ4 + 8H2O β)

n(ΚMnO4) = c1·V, n(H2O2) = (5/2)·c1·V = c·0,01 και επομένως: 5  c1 c1  V kV 0 ,02

γ) i. Εφαρμόζουμε την παραπάνω σχέση για τη χρονική στιγμή t = 0 και t = 200 s:

c

5  0,1  12  10 3  0,03 M 0,02

c' 

5  0 ,1  9  10 3  0,0225 M 0,02

H ποσότητα του Η2Ο2 που αντέδρασε στο χρονικό διάστημα 0 - 200 s είναι: n = (c – c΄)·V0 = 0,0075·V0 και επομένως το ποσό θερμότητας που ελευθερώθηκε στο χρονικό αυτό διάστημα είναι: q = 0,0075·V0·196 = (1,47·V0) kJ ii.

υ

Δc (0,0225  0,03) M   3,75  10 5 Μ  s 1 Δt 200 s

187

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Οι σχετικές ατομικές μάζες δίνονται στο τέλος του βιβλίου. ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΗ Ε1.1. Σύμφωνα με το 2ο ορισμό περί οξείδωσης και αναγωγής: Α) το οξειδωτικό σώμα είναι αυτό που έχει την ικανότητα να αποβάλλει ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια Β) το οξειδωτικό σώμα είναι αυτό που έχει την ικανότητα να αποβάλλει ένα ή περισσότερα πρωτόνια Γ) το οξειδωτικό σώμα είναι αυτό που έχει την ικανότητα να προσλαμβάνει ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια Δ) το αναγωγικό σώμα είναι αυτό που έχει την ικανότητα να προσλαμβάνει ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια Ε1.2. Ποια από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι η σωστή; Α) Ένα σώμα μπορεί να είναι είτε οξειδωτικό είτε αναγωγικό, αλλά ποτέ και τα δύο Β) Ένα σώμα μπορεί να παίξει το ρόλο οξειδωτικού, παρουσία αναγωγικού ή και το ρόλο αναγωγικού, παρουσία οξειδωτικού Γ) Ένα αναγωγικό σώμα δεν μπορεί ποτέ να παίξει το ρόλο οξέος κατά Brönsted - Lowry Δ) Ένα αναγωγικό σώμα δεν μπορεί ποτέ να παίξει το ρόλο βάσης κατά Brönsted - Lowry Ε1.3. Ο αριθμός οξείδωσης του Cl στην ένωση Ca(ClO3)2 είναι: Α) +5 Β) +10 Γ) 0 Δ) −1 Ε1.4. Ποια από τις αντιδράσεις που ακολουθούν είναι οξειδοαναγωγική; Α) 2Na(s) + 2H2O(ℓ) → 2NaOH(aq) + H2(g) Β) NaCl(aq) + AgNO3(aq) → AgCl(s) + NaNO3(aq) Γ) Ca(OH)2(aq) + 2HCl(aq) → CaCl2(aq) + 2H2O(ℓ) Δ) Al2S3(s) + 6H2O(ℓ) → 3H2S(g) + 2Al(OH)3(s) Ε1.5. Ποια από τις επόμενες θερμικές διασπάσεις δεν είναι οξειδοαναγωγή; Α) 2ΗgO → 2Hg + O2 Β) 2KClO3 → 2KCl + 3O2 Γ) ΜgCO3 → MgO + CO2 Δ) CH4 → C + 2H2 Ε1.6. Οι αριθμοί οξείδωσης του αζώτου στις ενώσεις ΝΗ2ΟΗ (υδροξυλαμίνη) και ΝΗ2ΝΗ2 (υδραζίνη) είναι, αντίστοιχα: Α) +1 και −2 Β) −1 και −2 Γ) −2 και −3 Δ) −1 και +2 Ε1.7. Για την αντίδραση που ακολουθεί ποια από τις προτάσεις είναι λανθασμένη; 3Cu(s) + 8HNO3(aq) → 3Cu(NO3)2(aq) + 2NO(g) + 4H2O(ℓ) Α) Ο Cu(s) έχει ΑΟ = 0 Β) Ο ΑΟ του Cu στην ένωση Cu(NO3)2 είναι +2

188

Γ) Στην αντίδραση εμφανίζεται τόσο το φαινόμενο της αναγωγής όσο και της οξείδωσης Δ) Το άζωτο ούτε οξειδώνεται ούτε ανάγεται Ε) Το υδρογόνο δεν μεταβάλλει τον αριθμό του οξείδωσης. Ε1.8. Ποια από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστή για την αντίδραση που ακολουθεί;

2ΑgNO3(aq) + Fe(s) → Fe(NO3)2(aq) + 2Ag(s) Α) O ΑgNO3 λειτουργεί ως αναγωγικό σώμα Β) Το ανιόν ΝΟ3− λειτουργεί ως οξειδωτικό σώμα Γ) Ο Fe(s) λειτουργεί ως οξειδωτικό Δ) Ο Fe(s) οξειδώθηκε σε Fe2+ Ε1.9. Σε ποια από τις επόμενες αντιδράσεις το SO 2 δρα ως οξειδωτικό; Α) SO2 + 2HNO3 → H2SO4 + 2NO2 Β) SO2 + Cl2 + 2H2O → 2HCl + H2SO4 Γ) SO2 + 2Mg → 2MgO + S Δ) 2SO2 + O2 → 2SO3 Ε1.10. Για την αντίδραση, Mg + Cl2 → MgCl2, ποια από τις ακόλουθες προτάσεις που ακολουθούν είναι η σωστή; Α) To Μg ανάγεται Β) To Cl2 οξειδώνεται Γ) To Mg δρα ως αναγωγικό Δ) To Cl2 δρα ως αναγωγικό Ε1.11. Σε ποια από τις επόμενες αντιδράσεις το H2S δρα ως οξειδωτικό; Α) H2S + 2NaOH → Na2S + 2H2Ο Β) H2S + Cl2 → 2HCl + S Γ) 3H2S + 2HNO3 → 3S + 2NO + 4H2O Δ) H2S + Mg → MgS + H2 Ε1.12. Σχετικά με τις οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις, ποια από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι η σωστή; Α) Το αντιδρών που ανάγεται λέγεται αναγωγικό σώμα Β) Το αντιδρών που οξειδώνεται είναι το αναγωγικό σώμα Γ) Το αντιδρών που προσλαμβάνει ηλεκτρόνια είναι το αναγωγικό σώμα Δ) Το αντιδρών που αποβάλλει ηλεκτρόνια είναι το οξειδωτικό σώμα Ε1.13. Να χαρακτηριστούν οι προτάσεις που ακολουθούν ως σωστές ή λανθασμένες. Να αιτιολογήσετε τις απαντήσεις σας μόνο στην περίπτωση λανθασμένων προτάσεων. α) Ως αναγωγικό το Η2S οξειδώνεται σε (στοιχειακό) S. H συμπεριφορά αυτή του Η2S μπορεί να περιγραφεί από την εξίσωση: H2S → S + 2e− + 2H+. β) Η μετατροπή, CH3CH=O → CH3COOH, χαρακτηρίζεται ως οξείδωση, τόσο με βάση τον 1ο ορισμό όσο και με βάση τον 3ο ορισμό της οξείδωσης. γ) Οι αντιδράσεις διακρίνονται σε αντιδράσεις οξειδοαναγωγικές και μη οξειδοαναγωγικές ή μεταθετικές.

E1 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΓΕΝΙΚΟΥ ΜΕΡΟΥΣ

δ) Κάθε αποβολή ηλεκτρονίων είναι οξείδωση. ε) Σε κάθε οξείδωση παρατηρείται πραγματική αποβολή ηλεκτρονίων. στ) Κάθε πρόσληψη ηλεκτρονίων είναι αναγωγή. ζ) Σε κάθε αναγωγή παρατηρείται πραγματική πρόσληψη ηλεκτρονίων. η) Οξειδωτικό σώμα είναι αυτό που οξειδώνεται. θ) Αναγωγικό σώμα είναι αυτό που ανάγεται. ι) Η αντίδραση που περιγράφεται από την εξίσωση,

H3PO4 + 3NH3 → (NH4)3PO4 χαρακτηρίζεται ως οξειδοαναγωγική. κ) Όλες οι οξειδωτικές ουσίες περιέχουν οξυγόνο. λ) Κατά τη διάρκειας της αντίδρασης: Η2 + Cl2 → 2HCl, τα άτομα Cl προσλαμβάνουν ηλεκτρόνια σχηματίζοντας ανιόντα Cl− και επομένως ανάγονται. Ε1.14. Να συμπληρώσετε τις χημικές εξισώσεις που ακολουθούν με τους κατάλληλους συντελεστές.

P + HNO3 → H3PO4 + NO2 + H2O CO + FeO → Fe + CO2 MnO2 + HCl → MnCl2 + Cl2 + H2O Ag + HNO3 → AgNO3 + NO + H2O SO2 + H2S → S + H2O SO2 + HNO3 → H2SO4 + NO2 H2O2 + HI → I2 + H2O H2O2 + KMnO4 + H2SO4 → O2 + MnSO4 + K2SO4 + H2O AsH3 + KClO3 → H3AsO4 + KCl Ε1.15. Να συμπληρώσετε με τους κατάλληλους συντελεστές τις χημικές αντιδράσεις που ακολουθούν. Ι2 + HNO3 → HΙO3 + NO2 + Η2Ο Al + HNO3 → Al(NO3)3 + NO + H2O FeO + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + H2O K2Cr2O7 + H2S + H2SO4 → Cr2(SO4)3 + K2SO4 + S + H2O KMnO4 + HCl → MnCl2 + Cl2 + KCl + H2O Ε1.16. Στις αντιδράσεις που ακολουθούν κάποια προϊόντα έχουν αντικατασταθεί με αριθμούς σε κύκλο. Να αντικαταστήσετε τους αριθμούς με τις κατάλληλες χημικές ενώσεις και να συμπληρώσετε τις αντιδράσεις με τους κατάλληλους συντελεστές. α) C + H2SO4 → CO2 + SO2 + ① β) KMnO4 + H2S + ② → ΜnSΟ4 + ③ + S + H2O γ) NaBrO + NH3 → N2 + ΝaBr + ④ δ) KClO3 + FeSO4 + H2SO4 → KCl + Fe2(SO4)3 + ⑤ ε) CaOCl2 + SnSO4 + H2SO4 → CaCl2 + Sn(SO4)2 + ⑥ στ) Η2Ο2 + ΗΙ → Ι2 + ⑦ ζ) SO2 + HNO3 → NO2 + H2SO4 η) SO2+K2Cr2O7+H2SO4 → H2SO4 + Cr2(SO4)3 + ⑧ + H2O θ) Cl2 + KOH → KCl + KClO3 + ⑨ ι) SnCl2 + KMnO4 + HCl → SnCl4 + ⑩ + KCl + H2O Ε1.17. Nα συμπληρώσετε τις αντιδράσεις οξειδοαναγωγής που ακολουθούν με τους κατάλληλους συντελεστές. α) KMnO4 + SnSO4 + H2SO4 → Sn(SO4)2 + MnSO4 + K2SO4 + H2O

β) SnCl2(aq) + FeCl3(aq) → SnCl4(aq) + FeCl2(aq) γ) K2Cr2O7 + SnCl2 + HCl → CrCl3 + SnCl4 + KCl + H2O δ) Cu2+(aq) + Al(s) → Cu(s) + Al3+(aq) Ε1.18. Δίνονται οι χημικές ενώσεις: H2SO4, H2S, SO2, ΗΝO3, NO, ΝΗ3. Να εξετάσετε ποιες από τις ενώσεις αυτές συμπεριφέρονται ως οξειδωτικά, ποιες ως αναγωγικά και ποιες ως οξειδωτικά ή και αναγωγικά, δικαιολογώντας την απάντησή σας. Οι συνηθισμένοι αριθμοί οξείδωσης του S είναι: +6, +4, 0 και −2. Οι συνηθισμένοι αριθμοί οξείδωσης του S είναι: +6, +4, 0 και −2. Οι συνηθισμένοι αριθμοί οξείδωσης του Ν είναι: +5, +4, +3, +2, +1, 0 και −3. Ε1.19. Δίνεται η χημική εξίσωση (χωρίς συντελεστές): NH3(g) + NO2(g) → N2(g) + H2O(ℓ). Να εξηγήσετε γιατί η αντίδραση είναι οξειδοαναγωγική αναφέροντας ποιο στοιχείο οξειδώνεται και ποιο ανάγεται και να συμπληρώσετε την εξίσωση με τους κατάλληλους συντελεστές (τους μικρότερους δυνατούς ακέραιους). Ε1.20. Nα συμπληρωθούν οι παρακάτω οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις με τους κατάλληλους συντελεστές (οι μικρότεροι δυνατοί ακέραιοι αριθμοί). Σε κάθε περίπτωση να σημειώσετε ποιο στοιχείο οξειδώνεται και ποιο ανάγεται.

Sn + HNO3 → SnO2 + NO2 + H2O HNO3 + H2S → NO + H2SO4 + H2O Sb + HNO3 → Sb2O5 + NO2 + H2O Ε1.21. Δίνεται η οξειδοαναγωγική αντίδραση (χωρίς συντελεστές):

H2O2(ℓ) + ClO2(aq) → HClO2(aq) + O2(g) Να εξηγήσετε ποιο στοιχείο οξειδώνεται και ποιο ανάγεται και να συμπληρώσετε τους κατάλληλους συντελεστές. Ε1.22. Nα συμπληρώσετε τις χημικές εξισώσεις που ακολουθούν με τους απαραίτητους συντελεστές. Nα σημειώσετε επίσης ποιο στοιχείο οξειδώνεται και ποιο ανάγεται. α) ΝΗ3 + Cl2 → NH4Cl + N2 β) Cl2 + KOH → KCl + KClO3 + H2O γ) K2Cr2O7 + H2O2 + H2SO4 → O2 + A + B + H2O δ) Cu2O + Cu2S → A + SO2 Ε1.23. Ο θειούχος χαλκός (ΙΙ) αντιδρά με διάλυμα ΗΝΟ3, σύμφωνα με την εξίσωση (χωρίς συντελεστές):

CuS + ΗNO3 → S + Cu(ΝΟ3)2 + NO + H2O Να εξηγήσετε γιατί η παραπάνω αντίδραση είναι οξειδοαναγωγική και να τη συμπληρώσετε με τους κατάλληλους συντελεστές. Ε1.24. Το μαγγανικό κάλιο (Κ2ΜnO4) είναι ένα πράσινο στερεό, που χρησιμοποιείται στη βιομηχανική παρασκευή του υπερμαγγανικού καλίου. Παρασκευάζεται από το ΜnO2, σύμφωνα με την εξίσωση (χωρίς συντελεστές): MnO2 + KOH + O2 → K2MnO4 + H2O (1) Το υπερμαγγανικό κάλιο μπορεί να παρασκευαστεί από το μαγγανικό κάλιο, σύμφωνα με την εξίσωση (χωρίς συντελεστές):

189

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

K2MnO4 + HCl → KMnO4 + MnO2 + KCl + H2O (2) α) Να προσδιορίσετε τον αριθμό οξείδωσης του Mn στις ενώσεις K2MnO4, KMnO4 και MnO2. β) Να εξετάσετε αν οι εξισώσεις (1) και (2) είναι οξειδοαναγωγικές ή όχι και να τις συμπληρώσετε με τους κατάλληλους συντελεστές. Προβλήματα Ε1.25. 3,24 g μετάλλου (Μ) διαλύεται πλήρως σε ΗΝΟ3 και οξειδώνεται σε αριθμό οξείδωσης +x, σύμφωνα με την εξίσωση (χωρίς συντελεστές): Μ + HΝO3 → Μ(ΝΟ3)x + ΝO + H2O,.

Kατά την παραπάνω αντίδραση προέκυψαν 0,224 L NO(g) (σε STP). Να υπολογιστεί ο αριθμός οξείδωσης x του μετάλλου Μ. Δίνεται η σχετική ατομική μάζα του μετάλλου (Μ) ίση με 108. Ε1.26. Δίνεται η αντίδραση (χωρίς συντελεστές):

FeCl3(aq) + Cu(s) → FeCl2(aq) + CuCl2(aq) α) Να συμπληρώσετε την αντίδραση με τους κατάλληλους συντελεστές και να σημειώσετε ποιο στοιχείο οξειδώνεται και ποιο ανάγεται. β) Να υπολογίσετε τη μάζα του Cu(s) που απαιτείται για την πλήρη οξείδωση 100 mL διαλύματος FeCl3 3 Μ. Ε1.27. Αν γνωρίζουμε ότι 11,9 g κασσιτέρου (Sn) απαιτούν για να οξειδωθούν πλήρως σε μια και μόνη χλωριούχο ένωση SnClx, 400 mL διαλύματος KMnO4 0,1 M παρουσία HCl, ποια είναι η τιμή του x; Ε1.28. 11,9 g κασσιτέρου (Sn) προστίθενται σε περίσσεια διαλύματος HCl, οπότε αντιδρά σύμφωνα με την εξίσωση:

Sn(s) + 2HCl (aq) → SnCl2(aq) + H2(g) α) Αν από την αντίδραση ελευθερώνονται 2,24 L H2 σε STP, ποια είναι η σχετική ατομική μάζα του κασσιτέρου; β) Όλη η ποσότητα του σχηματιζομένου SnCl2 οξειδώνεται από διάλυμα ΚΜnO4, οξινισμένου με HCl, προς χλωριούχο ένωση του Sn του τύπου SnClx, σύμφωνα με την εξίσωση (χωρίς συντελεστές):

ΚΜnO4 + SnCl2 + ΗCl → MnCl2 + SnClx + KCl + H2O i. Nα γράψετε την αντίδραση σωστά συμπληρωμένη με τους κατάλληλους συντελεστές (συναρτήσει του x). ii. Αν η ποσότητα του παραγόμενου SnCl2, από την πρώτη αντίδραση, αποχρωματίζει ακριβώς 40 mL διαλύματος ΚΜnO4 1 Μ, να υπολογιστεί η τιμή του x. Ε1.29. 50 mL διαλύματος Η2Ο2 (υπεροξείδιο του υδρογόνου) άγνωστης συγκέντρωσης ογκομετρείται με πρότυπο διάλυμα ΚΜnO4 0,1 Μ παρουσία Η2SO4, οπότε λαμβάνει χώρα η αντίδραση (χωρίς συντελεστές):

ΚΜnO4 + H2O2 + Η2SO4 → MnSO4 + O2 + K2SO4 + H2O Όταν με την προσθήκη 1 σταγόνας του πρότυπου διαλύματος το ογκομετρούμενο διάλυμα εμφάνισε χρώμα που παραμένει, ο συνολικός όγκος του πρότυπου διαλύματος που χρησιμοποιήθηκε είναι ίσος με 10 mL. Ποια η άγνωστη συγκέντρωση του διαλύματος του H2O2;

190

Ε1.30. 20 g κράματος Cu - Zn προστίθενται σε περίσσεια διαλύματος HCl, οπότε αντιδρά μόνο ο Zn, σύμφωνα με την εξίσωση: Ζn + 2HCl → ZnCl2 + H2. α) Να χαρακτηρίσετε την παραπάνω αντίδραση ως οξειδοαναγωγική ή όχι. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. β) Αν από την αντίδραση ελευθερώθηκαν 4,48 L H2, σε STP, ποια η % w/w περιεκτικότητα του κράματος σε Cu; Ε1.31. Ποσότητα ΝΗ3 χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. Το 1ο μέρος αντιδρά πλήρως με 200 mL διαλύματος H2SO4 0,2 Μ. Το 2ο μέρος αντιδρά πλήρως με CuO σε κατάλληλες συνθήκες. Πόσα L αερίου σε STP και πόσα g μεταλλικού Cu θα παραχθούν από τη 2η αντίδραση; Ε1.32. Ένα μέταλλο Μ έχει δύο αριθμούς οξείδωσης, +2 και x > 2. Ποσότητα του μετάλλου Μ μάζας 5,6 g αντιδρούν με περίσσεια αραιού διαλύματος Η2SO4, σύμφωνα με την εξίσωση: Μ + Η2SO4 → MSO4 + H2↑. Από την αντίδραση αυτή ελευθερώθηκαν 2,24 L αερίου σε STP. Παρατηρήθηκε επίσης ότι η ποσότητα του διαλύματος που παρέμεινε μετά την απελευθέρωση του αερίου αποχρωμάτισε το πολύ 200 mL διαλύματος KMnO4 συγκέντρωσης 0,1 M. Να υπολογίσετε: α) Τη σχετική ατομική μάζα (Αr) του μετάλλου Μ. β) Τον αριθμό οξείδωσης x του μετάλλου Μ. Ε1.33. 4,48 L SO2(g), μετρημένα σε STP, αντιδρούν πλήρως με υδατικό διάλυμα Cl2, σύμφωνα με την αντίδραση (χωρίς συντελεστές): SO2 + Cl2 + Η2O → H2SO4 + HCl. α) Να εξηγήσετε γιατί η παραπάνω αντίδραση είναι οξειδοαναγωγική και να τη συμπληρώσετε με τους κατάλληλους συντελεστές. β) Να υπολογίσετε τον όγκο διαλύματος KOH 2 Μ που απαιτείται για την εξουδετέρωση του μείγματος των δύο οξέων που παράχθηκε από την παραπάνω αντίδραση. Ε1.34. Η αντίδραση (1) που ακολουθεί έχει χρησιμοποιηθεί για τη δέσμευση του δηλητηριώδους Η 2S(g), με την απορρόφησή του από διάλυμα FeCl3.

FeCl3(aq) + H2S(g) → FeCl2(aq) + HCl(aq) + S(s) (1) (χωρίς συντελεστές) α) Να εξηγήσετε γιατί η αντίδραση (1) είναι οξειδοαναγωγική και να γράψετε την αντίδραση σωστά συμπληρωμένη με τους κατάλληλους συντελεστές. β) Να υπολογίσετε το μέγιστο όγκο του Η2S(g) σε STP που μπορεί να δεσμευτεί από διάλυμα FeCl3 όγκου 2 L, συγκέντρωσης 2 Μ. γ) Το παραγόμενο FeCl2 από την παραπάνω αντίδραση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον επανασχηματισμό του FeCl3 και την παραγωγή Η2, σύμφωνα με την αντίδραση (2) που ακολουθεί (χωρίς συντελεστές).

FeCl2 + HCl → H2(g) + FeCl3 (2) i. Να εξηγήσετε γιατί και η αντίδραση αυτή είναι οξειδοαναγωγική και να τη συμπληρώσετε σωστά με τους κατάλληλους συντελεστές.

E1 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΓΕΝΙΚΟΥ ΜΕΡΟΥΣ

ii. Να υπολογίσετε τον όγκο του Η2(g), σε STP, που παράγεται με βάση την ποσότητα του FeCl2, που παράγεται από την αντίδραση (1). Οι αντιδράσεις να θεωρηθούν μονόδρομες και ποσοτικές. Ε1.35. H χλωρίωση στις πισίνες επιτυγχάνεται με τη χρήση υποχλωριώδους νατρίου (NaClO). H τυχόν περίσσεια χλωρίου μπορεί να καταστραφεί με τη χρήση θειώδους νατρίου (Na2SO3), σύμφωνα με την αντίδραση:

Na2SO3 + NaClO → Na2SO4 + NaCl α) Να χαρακτηρίσετε την αντίδραση ως οξειδοαναγωγική ή μη. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Ποιο σώμα παίζει το ρόλο του αναγωγικού στην περίπτωση αυτή; β) Να υπολογίσετε την απαιτούμενη μάζα Na2SO3 για την καταστροφή 298 g NaClO. γ) Το NaClO αντιδρά με το HCl, παράγοντας Cl2, H2O και NaCl. Να γράψετε την εξίσωση της αντίδρασης συμπληρωμένη με τους κατάλληλους συντελεστές. Ε1.36. Μέταλλο Μ σχηματίζει άλας του τύπου ΜCl2. Διάλυμα του άλατος αυτού, όγκου 200 mL και συγκέντρωσης 0,25 Μ, αποχρωματίζει το πολύ 20 mL διαλύματος ΚΜnO4 συγκέντρωσης 1 Μ, οξινισμένου με HCl. Παράλληλα, το μέταλλο οξειδώνεται σε ένωση του τύπου MClx. α) Να γράψετε την πλήρη εξίσωση της αντίδρασης του MCl2 με το KMnO4/HCl, συμπληρωμένη και με τους κατάλληλους συντελεστές. β) Να υπολογιστεί η τιμή του x. Ε1.37. Σιδερένιο καρφί μάζας 1,12 g διαλύεται πλήρως σε περίσσεια διαλύματος H2SO4, σύμφωνα με τη χημική εξίσωση: Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2 (1). Στο διάλυμα που προκύπτει (Δ) προστίθεται σιγά-σιγά διάλυμα KMnO4 0,2 M. α) Να εξηγήσετε αν η αντίδραση (1) είναι οξειδοαναγωγική ή όχι. β) Να γράψετε την εξίσωση της αντίδρασης που συμβαίνει κατά την επίδραση KMnO4 στο διάλυμα Δ. Πως μπορεί να προσδιοριστεί οπτικά το τέλος της αντίδρασης; γ) Να υπολογίσετε τον όγκο του διαλύματος KMnO4 0,2 M που απαιτείται για την πλήρη αντίδραση με το διάλυμα Δ. Να θεωρήσετε ότι το καρφί αποτελείται μόνο από Fe. Ε1.38. Ποσότητα μετάλλου (Μ) διαλύεται σε ΗΝΟ3, οπότε διεξάγεται η αντίδραση (1) χωρίς συντελεστές:. Μ + HΝO3 → Μ(ΝΟ3)x + ΝO2 + H2O (1), Κατά την αντίδραση αυτή παράχθηκε αέριο NO2 όγκου 4,48 L σε STP. Ίδια με την παραπάνω ποσότητα του μετάλλου (Μ) διαλύεται πλήρως σε διάλυμα H2SO4 και λαμβάνει χώρα η αντίδραση (2) χωρίς συντελεστές: Μ + H2SO4 → Μ2(SO4)x + SO2 + H2O (2) Πόσα L SO2 (σε STP) θα παραχθούν στην περίπτωση αυτή; Ε1.39. Ο τελλουρίτης είναι ένα ορυκτό που περιέχει διοξείδιο του τελλουρίου, TeO2. Δείγμα του ορυκτού αυτού διαλύεται σε θειικό οξύ και το διάλυμα που προκύπτει αντιδρά με διάλυμα K2Cr2O7 προς σχηματισμό μετατελλου-

ρικού οξέος, H2TeO4. Η αντίδραση περιγράφεται από την εξίσωση (χωρίς συντελεστές):

TeO2 + K2Cr2O7 + H2SΟ4 → H2TeO4+Cr2(SO4)3+K2SO4+H2O α) Να αναγνωρίσετε ποιο στοιχείο οξειδώνεται και ποιο ανάγεται και να ξαναγράψετε την αντίδραση συμπληρωμένη με τους κατάλληλους συντελεστές.

Mετά τη διάλυση του ορυκτού στο θειικό οξύ, προστίθενται στο διάλυμα 60 mL διαλύματος K2Cr2O7 0,02 M και η περίσσεια του K2Cr2O7 αντιδρά πλήρως με 12 mL διαλύματος FeSΟ4 0,1 M. β) i. Να γράψετε την εξίσωση της αντίδρασης της περίσσειας του K2Cr2O7 με το FeSO4 και να υπολογίσετε τα mol της περίσσειας του K2Cr2O7. ii. Να υπολογίσετε τα mol του K2Cr2O7 που αντέδρασαν με τον τελλουρίτη, καθώς και τη μάζα του τελλουρίτη στο δείγμα του ορυκτού. Για το TeO2, Mr = 160. Ε1.40. Tα διαλύματα των ιόντων κυανίου (CN−) είναι πολύ τοξικά και τα απόβλητα των βιομηχανιών που τα περιέχουν υφίστανται κατεργασία με NaClO για την καταστροφή τους. α) Να γράψετε τους αριθμούς οξείδωσης όλων των στοιχείων στις ενώσεις ΝaClO και ΚCN. β) Για την περίπτωση διαλυμάτων KCN, η αντίδραση με το NaClO περιγράφεται από την εξίσωση:

2KCN + 5NaClO + 2HCl → 2CO2 + N2 + 5NaCl + 2KCl + H2O Η αντίδραση είναι οξειδοαναγωγική και περιλαμβάνει δύο στοιχεία που οξειδώνονται και ένα που ανάγεται. Ποια είναι τα στοιχεία αυτά; γ) Να υπολογίσετε τον όγκο διαλύματος NaClO συγκέντρωσης 2 Μ που απαιτείται για την καταστροφή των κυανιούχων που υπάρχουν σε 2000 L διαλύματος KCN περιεκτικότητας 1,3 g/L. ΘΕΡΜΟΧΗΜΕΙΑ – ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ Ε1.41. Σε μια εξώθερμη αντίδραση: Α) Μειώνεται η χημική ενέργεια του συστήματος και μειώνεται η ενέργεια στο περιβάλλον Β) Μειώνεται η χημική ενέργεια του συστήματος και αυξάνεται η ενέργεια στο περιβάλλον Γ) Αυξάνεται η χημική ενέργεια του συστήματος και μειώνεται η ενέργεια στο περιβάλλον Δ) Αυξάνεται η χημική ενέργεια του συστήματος και αυξάνεται η ενέργεια στο περιβάλλον Ε1.42. Για τη θερμοχημική εξίσωση, Α(g) + Β(g) → 2Γ(g), ΔΗ = xkJ, θα ισχύει: Α) Αν x < 0, τα προϊόντα έχουν μικρότερη ενθαλπία από τα αντιδρώντα Β) Αν x < 0, η αντίδραση θα έχει ως αποτέλεσμα την απορρόφηση θερμότητας από το περιβάλλον Γ) Αν x < 0, τα προϊόντα έχουν μικρότερη ενθαλπία από τα αντιδρώντα Δ) Αν x > 0, η αντίδραση θα έχει ως αποτέλεσμα την έκλυση θερμότητας στο περιβάλλον

191

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Ε1.43. Ποια από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι η σωστή: Α) Στις εξώθερμες αντιδράσεις η ενθαλπία των προϊόντων είναι μεγαλύτερη από την ενθαλπία των προϊόντων. Β) Στις ενδόθερμες αντιδράσεις η ενθαλπία των αντιδρώντων είναι μεγαλύτερη από την ενθαλπία των προϊόντων Γ) Η ενθαλπία είναι καταστατική μεταβλητή Δ) Αν μία αντίδραση γίνεται υπό σταθερή θερμοκρασία, η μεταβολή της ενθαλπίας της αντίδρασης ισούται με το ποσό θερμότητας που εκλύεται η απορροφάται Ε1.44. Να εξετάσετε αν οι προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστές ή όχι. α) H χημική ενέργεια οφείλεται στις δυνάμεις του δεσμού (που συγκρατούν τα άτομα στο μόριο), στις έλξεις των μορίων και των υποατομικών σωματιδίων, στην κίνηση των ατόμων, μορίων και ηλεκτρονίων κτλ. β) H ενέργεια που εκλύεται ή απορροφάται σε μια χημική αντίδραση μπορεί να πάρει διάφορες μορφές, όπως π.χ. θερμική ενέργεια (θερμότητα), ηλεκτρική ενέργεια (ηλεκτρισμός), φωτεινή ενέργεια (φως). γ) H Θερμοχημεία αποτελεί κλάδο της θερμοδυναμικής που επικεντρώνεται στις θερμικές μεταβολές που συνοδεύουν τις χημικές αντιδράσεις. δ) Θερμότητα είναι η ενέργεια που μεταφέρεται από ένα σύστημα σε ένα άλλο λόγω διαφοράς θερμοκρασίας, ενώ θερμοκρασία είναι το μέτρο της κίνησης των κίνησης των δομικών μονάδων της ύλης, π.χ. των μορίων. ε) H καύση των υδρογονανθράκων αποτελεί χαρακτηριστικό παράδειγμα εξώθερμης αντίδρασης. στ) Στο διάγραμμα που ακολουθεί απεικονίζεται ενεργειακά μία εξώθερμη αντίδραση.

E

Γ) Ea < +25 kJ

Δ) Ea > +25 kJ

Ε1.46. Το διάγραμμα που ακολουθεί παριστάνει τη μεταβολή της ενέργειας σε συνάρτηση με την πορεία της αντίδρασης, Α + Β → Γ + Δ. α Ε Α+Β β Γ+Δ πορεία της αντίδρασης Στο διάγραμμα αυτό, σε ποιο μέγεθος αντιστοιχεί το άθροισμα (α + β); A) Στην ενθαλπία της αντίδρασης, ΔH B) Στην ενέργεια ενεργοποίησης της αντίδρασης προς τα δεξιά Γ) Στην ενέργεια ενεργοποίησης της αντίστροφης αντίδρασης Δ) Στην ενθαλπία των αντιδρώντων E) Στην ενθαλπία των προϊόντων Ε1.47. Ποιο από τα ενεργειακά διαγράμματα 1, 2, 3 και 4 που ακολουθούν αντιστοιχεί σε μία εξώθερμη αντίδραση με τη μικρότερη ενέργεια ενεργοποίησης;

1mol CH4, 2mol O2 ΔΗ < 0

q = +890kJ

2mol Η2Ο, 1mol CO2 ζ) H μεταβολή της ενθαλπίας, ΔΗ, ισούται με το απορροφούμενο ή εκλυόμενο ποσό θερμότητας, εφόσον η αντίδραση πραγματοποιείται υπό σταθερή πίεση. η) Η ενθαλπία ενός συστήματος είναι καταστατική ιδιότητα. θ) 1 mol CO2 σε p = 1 atm και σε θ = 0οC έχει την ίδια ενθαλπία είτε η ποσότητα αυτή σχηματίστηκε από την καύση CH4 είτε από την καύση άνθρακα είτε από τη διάσπαση CaCO3. ι) Όταν ένα σώμα δίνει ή παίρνει θερμότητα αλλάζει η ενθαλπία του. Ε1.45. Έστω η αντίδραση: A + 2B → Γ + 2Δ, ΔH = +25 kJ. Τι από τα παρακάτω είναι σωστό για την ενέργεια ενεργοποίησης της αντίδρασης; Α) Ea = −25 kJ Β) Ea = +25 kJ

192

Ε1.48. Η ταχύτητα μιας αντίδρασης έχει τιμές: Α) θετικές και η μονάδα της είναι το 1 Μ·s−1 Β) αρνητικές και η η μονάδα της είναι το 1 mol·s−1 Γ) θετικές σε σχέση με τα αντιδρώντα και αρνητικές σε σχέση με τα προϊόντα Δ) αρνητικές σε σχέση με τα αντιδρώντα και θετικές σε σχέση με τα προϊόντα Ε1.49. Οι εκπομπές σε NO στις βιομηχανίες μπορούν με περιοριστούν με τη μετατροπή του σε Ν2, σύμφωνα με την αντίδραση: CH4(g) + 4NO(g) → 2N2(g) + CO2(g) + 2H2O(g). Στην αντίδραση αυτή, ο ρυθμός κατανάλωσης του ΝΟ, σε σχέση με το ρυθμό παραγωγής του Ν2, είναι: Α) διπλάσιος Β) τετραπλάσιος Γ) υποδιπλάσιος Δ) ίσος

E1 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΓΕΝΙΚΟΥ ΜΕΡΟΥΣ

Ε1.50. Έστω η αντίδραση οξείδωσης της ΝΗ3:

4NH3(g) + 5O2(g) → 4NO(g) + 6H2O(g) Ο ρυθμός μεταβολής της συγκέντρωσης της NH3 κάποια χρονική στιγμή t είναι ίση με 0,2 Μ·s−1. Την ίδια χρονική στιγμή, o ρυθμός μεταβολής της συγκέντρωσης του O2 και ο ρυθμός μεταβολής της συγκέντρωσης του H2O(g) είναι, αντίστοιχα, ίσοι με: Α) 0,25 Μ·s−1 και 0,3 Μ·s−1 Β) 1 Μ·s−1 και 1,2 Μ·s−1 Γ) 0,4 Μ·s−1 και 0,6 Μ·s−1 Δ) 0,2 Μ·s−1 και 0,2 Μ·s−1 Ε1.51. Για την αντίδραση: H2(g) + I2(g) → 2HI(g), η τιμή της ενέργειας ενεργοποίησης της αντίδρασης προς τα δεξιά είναι 334 kJ, ενώ για την αντίστροφη αντίδραση η τιμή της ενέργειας ενεργοποίησης είναι 278 kJ. Από τα δεδομένα αυτά συμπεραίνουμε ότι αντίδραση:

H2(g) + I2(g) → 2HI(g) Α) είναι εξώθερμη και ισχύει: ∆H = −56 kJ Β) είναι εξώθερμη και ισχύει: ∆H = +56 kJ Γ) είναι ενδόθερμη και ισχύει: ∆H = −56 kJ Δ) είναι ενδόθερμη και ισχύει: ∆H = +56 kJ Ε1.52. Να χαρακτηρίσετε τις προτάσεις που ακολουθούν ως σωστές ή όχι. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας μόνο στην περίπτωση λανθασμένων προτάσεων. α) Σύμφωνα με τον Αrrhenius, για να αντιδράσουν δύο μόρια πρέπει να συγκρουστούν αποτελεσματικά. β) Αποτέλεσμα μιας αποτελεσματικής σύγκρουσης μεταξύ αντιδρώντων μορίων είναι να σπάσουν οι αρχικοί δεσμοί των μορίων (αντιδρώντων) και να δημιουργηθούν νέοι (των προϊόντων). γ) H ελάχιστη τιμή ενέργειας, που πρέπει να έχουν τα αντιδρώντα μόρια, ώστε να αντιδράσουν αποτελεσματικά, ονομάζεται ενέργεια ενεργοποίησης. δ) Από τον πολύ μεγάλο αριθμό συγκρούσεων μεταξύ των αντιδρώντων μορίων ελάχιστες είναι αποτελεσματικές. ε) Η ταχύτητα μιας αντίδρασης, της οποίας δεν γνωρίζουμε την στοιχειομετρία, μπορεί να υπολογιστεί από την καμπύλη αντίδρασης ενός εκ των προϊόντων της. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2016] στ) Κατά τη σύγκρουση των αντιδρώντων μορίων σχηματίζεται το ενεργοποιημένο σύμπλοκο, απορροφώντας την ενέργεια ενεργοποίησης. ζ) Ο προσδιορισμός της ταχύτητας της αντίδρασης, 2H2O2(aq) → 2H2O(ℓ) + O2(g), μπορεί να γίνει με τη μέτρηση της μάζας του ελευθερούμενου Ο2 σε συνάρτηση με το χρόνο. η) Εκτός ελαχίστων εξαιρέσεων, η ταχύτητα μιας μονόδρομης αντίδρασης είναι μέγιστη στην αρχή της αντίδρασης και μειώνεται με την πάροδο του χρόνου. Ε1.53. Σε υδατικό διάλυμα πραγματοποιείται η αντίδραση:

5Br−(aq) + BrO3−(aq) + 6H+(aq) → 3Br2(aq) + 3H2O(ℓ) α) Να εξηγήσετε αν η αντίδραση είναι οξειδοαναγωγική. β) Να γράψετε τον ορισμό της ταχύτητας της αντίδρασης με βάση το Br−, το BrO3−, το Η+ και το Br2. Να γράψετε τη σχέση του ρυθμού μεταβολής της συγκέντρωσης των ιόντων Br− με την ταχύτητα της αντίδρασης.

Ε1.54. H αντίδραση, 2N2O5(g) → 4NO2(g) + O2(g) έχει ΔΗ = α kJ (α > 0) και Εa = β kJ. α) Να χαρακτηρίσετε την αντίδραση ως ενδόθερμη ή εξώθερμη και να συγκρίνετε την ενθαλπία των αντιδρώντων με αυτή των προϊόντων. β) Να χαρακτηρίσετε την παραπάνω αντίδραση ως οξειδοαναγωγική ή μη. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. γ) Να προσδιορίσετε την τιμή της ενθαλπίας και την τιμή της ενέργειας ενεργοποίησης για την αντίστροφη αντίδραση: 4NO2(g) + O2(g) →2N2O5(g). δ) Κατά τη διάρκεια διεξαγωγής της αντίδρασης: 2N2O5(g) → 4NO2(g) + O2(g), σε κάποια χρονική στιγμή t ο ρυθμός μεταβολής της συγκέντρωσης του N2O5(g) είναι ίσος με x. Ποιοι οι ρυθμοί μεταβολής των συγκεντρώσεων του NO2(g) και του Ο2(g), την ίδια χρονική στιγμή t; Ε1.55. Δίνεται η αντίδραση που περιγράφεται από την εξίσωση: αΑ(g) → βΒ(g) + 3Γ(g), όπου α και β οι συντελεστές των σωμάτων Α και Β, αντίστοιχα. Για την αντίδραση αυτή και κάποια χρονική στιγμή t, δίνονται:

d[A]  0,12 M  s 1 , dt d[B]  0 ,02 M  s 1 dt d[Γ]  0,06 M  s 1 dt



Να προσδιοριστούν οι συντελεστές α και β. Ε1.56. Σε θερμοκρασία θ = 25οC, αναμειγνύουμε 100 mL ενός διαλύματος ιόντων Fe2+ συγκέντρωσης c = 10−3 mol·L−1 με 100 mL άλλου διαλύματος ιόντων Co3+ `συγκέντρωσης c = 10−3 mol·L−1, οπότε από t = 0 λαμβάνει χώρα η αντίδραση, που περιγράφεται από την εξίσωση:

Fe2+ + Co3+ → Fe3+ + Co2+ Προσδιορίζουμε πειραματικά τη [Fe2+] ανά τακτά χρονικά διαστήματα και λαμβάνουμε τα αποτελέσματα στον πίνακα που ακολουθεί (οι τιμές της συγκέντρωσης του Fe2+ πρέπει να πολλαπλασιαστούν επί 10−4). t (s) [Fe2+] (M)

20 2,78

40 1,92

60 1,47

80 1,19

100 1,00

120 0,86

α) i. Να εξηγήσετε αν τη χρονική στιγμή t = 120 s έχει τελειώσει ή όχι η αντίδραση. ii. Να προσδιοριστούν οι συγκεντρώσεις των ιόντων Fe3+ τη χρονική στιγμή t = 20 s και τη χρονική στιγμή t = 120 s. β) Να υπολογιστεί η (μέση) ταχύτητα της αντίδρασης τα χρονικά διαστήματα (0 → 20 s) και (100 → 120 s) και να εξηγηθεί γιατί η πρώτη τιμή είναι μεγαλύτερη από τη δεύτερη. Ε1.57. Σε υψηλές θερμοκρασίες το 1,3-βουταδιένιο διμερίζεται, σύμφωνα με την εξίσωση: 2C4H6(g) → C8H12(g). Σε δοχείο σταθερού όγκου εισάγουμε ποσότητα 1,3βουταδιενίου και διατηρούμε σταθερή θερμοκρασία Τ. Μετράμε την πίεση στο δοχείο (σε kPa) σε διάφορες

193

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

χρονικές στιγμές (σε min). Τα αποτελέσματα συνοψίζονται στον πίνακα που ακολουθεί. t (min) P (kPa)

0 101,3

8 91,6

15 86

60 69,2

120 62

180 58,9

α) Για την παραπάνω αντίδραση, να εξετάσετε την ισχύ των προτάσεων 1-5 που ακολουθούν. Να αιτιολογήσετε τις επιλογές σας.

1) Τη χρονική στιγμή t = 0 η ταχύτητα της αντίδρασης είναι μικρότερη από την ταχύτητα όταν t = 8 min.

2) Τη χρονική στιγμή t = 180 min η αντίδραση έχει ολοκληρωθεί.

3) Τη χρονική στιγμή t = 180 min, η ταχύτητα της αντίδρασης είναι μικρότερη σε σχέση με την ταχύτητα της αντίδρασης για t < 180 min.

4) Η μέση ταχύτητα της αντίδρασης από t = 60 min μέχρι t = 120 min είναι μεγαλύτερη από την (στιγμιαία) ταχύτητα της αντίδρασης για t = 60 min.

5) Για το χρονικό διάστημα 8 min έως 15 min ισχύει: −Δ[C8H12] = 2·Δ[C4H6]. β) Σε ποιο από τα διαδοχικά χρονικά διαστήματα του πίνακα που δίνεται, περιλαμβάνεται η χρονική στιγμή κατά την οποία στο δοχείο υπάρχει η μισή ποσότητα του 1,3βουταδιενίου σε σχέση με την αρχική; Ε1.58. Σε δοχείο σταθερού όγκου εισάγεται ποσότητα χλωριούχου σουρφουρυλίου, SO2Cl2(g), υπό σταθερή θερμοκρασία T. H αρχική πίεση στο δοχείο είναι ίση με P0 και η αρχική συγκέντρωση του SO2Cl2(g) είναι ίση με c0. Σταδιακά, το SO2Cl2, διασπάται σε SO2(g) και Cl2(g), σύμφωνα με την εξίσωση: SO2Cl2(g) → SO2(g) + Cl2(g). Μετά το τέλος της αντίδρασης (t = tv) η πίεση στο δοχείο είναι ίση με Ρτ. α) Να βρεθεί η σχέση μεταξύ της τελικής πίεσης στο δοχείο (Ρτ) και της αρχικής πίεσης (Ρ0). β) Σε κάποια χρονική στιγμή t < tv, η συγκέντρωση του SO2Cl2(g) βρέθηκε ίση με c και η πίεση στο δοχείο ίση με P. Nα αποδειχθεί η σχέση:

c P 2 c0 P0 γ) i. Για τη μέση ταχύτητα (υ) της αντίδρασης, από t = 0 μέχρι τη χρονική στιγμή t, να αποδειχθεί η σχέση:

υ

(Ρ  Ρ0 )  c 0 P0  t

ii. Nα συγκρίνετε τη μέση ταχύτητα της αντίδρασης από t = 0 μέχρι τη χρονική στιγμή t, σε σχέση με τη μέση ταχύτητα της αντίδρασης από t = 0 μέχρι t = tv και την αρχική ταχύτητα υ0. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Ε1.59. Η διάσπαση του N2O5(g) περιγράφεται από την εξίσωση: 2Ν2Ο5(g) → 4NΟ2(g) + Ο2(g). Σε δοχείο όγκου V και σε θερμοκρασία T εισάγονται, τη χρονική στιγμή t = 0, n0 mol N2O5(g), οπότε μέχρι τη χρονική στιγμή t1 έχει διασπαστεί η μισή ποσότητα του N2O5(g).

194

α) Να αποδειχθεί ότι η πίεση Ρt1 στο δοχείο τη χρονική στιγμή t1 δίνεται από τη σχέση:

Pt1 

7n 0  R  T 4V

β) Να αποδειχθεί ότι η μέση ταχύτητα (υ) της αντίδρασης από t = 0 μέχρι t = t1 δίνεται από τη σχέση:

υ

n0 2Vt

γ) Να συγκρίνετε την ταχύτητα της αντίδρασης (υ) με την ταχύτητα σχηματισμού του ΝΟ2 και την ταχύτητα σχηματισμού του Ο2 το χρονικό διάστημα 0 → t1. Προβλήματα Ε1.60. Σε κλειστό δοχείο αναμιγνύονται τα αέρια Α και Β και διεξάγεται η αντίδραση: 2Α(g) + 3Β(g) → 2Γ(g). Οι αρχικές συγκεντρώσεις είναι [Α] = 0,3 Μ και [Β] = 0,45 Μ. Για t = 2 min από την έναρξη της αντίδρασης βρέθηκε ότι [Γ] = 0,1 Μ. Να υπολογίσετε: α) Τις συγκεντρώσεις των Α και Β για t = 2 min. β) Τη μέση ταχύτητα της αντίδρασης για t = 0 → 2 min. γ) Το μέσο ρυθμό κατανάλωσης των Α και Β και το μέσο ρυθμό σχηματισμού του Γ για t = 0 → 2 min. Ε1.61. Για τη αντίδραση που περιγράφεται με την εξίσωση: 2SO3(g) → 2SO2(g) + O2(g), δίνεται ο πίνακας που ακολουθεί, για το χρονικό διάστημα από 0 → 50 min: T (min) 0 10 30 50

Στήλη Α (M) 0,124 0,092 0,050 0,028

Στήλη Β (M) 0 0,016 0,037 0,048

Στήλη Γ (M) 0 0,032 0,074 0,096

α) Να εξηγήσετε ποιες στήλες δεδομένων (Α, Β και Γ) αντιστοιχούν στα σώματα SO3(g), SO2(g) και O2(g). β) Να εξηγήσετε αν τη χρονική στιγμή t = 50 min έχει ολοκληρωθεί ή όχι η αντίδραση. γ) Να υπολογίσετε τη μέση ταχύτητα της αντίδρασης (σε Μ·min−1) για τα διαστήματα, 0 → 10 min, 0 → 30 min, 0 → 50 min και να αιτιολογήσετε τις σχετικές τους τιμές. Ε1.62. H κινητική μελέτη της αντίδρασης, 2Ν2Ο5(g) → 4ΝΟ2(g) + Ο2(g), οδήγησε στον πίνακα που ακολουθεί: Χρόνος (s) [Ν2Ο5] (mol·L−1)

0 0,800

10 0,667

20 0,571

30 0,500

Να υπολογιστεί η μέση ταχύτητα της αντίδρασης από t = 0 σε t = 10 s και από t = 0 σε t = 30 s. Nα εξηγήσετε γιατί η μέση ταχύτητα στην πρώτη περίπτωση είναι η μεγαλύτερη.

E1 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΓΕΝΙΚΟΥ ΜΕΡΟΥΣ

Ε1.63. Τα σώματα Α(g) και Β(g) εισάγονται σε δοχείο 2 L, οπότε πραγματοποιείται, από t = 0 μέχρι tv = 10 s, η αντίδραση: 2Α(g) + B(g) → 2Γ(g) + 3Δ(g). Oι καμπύλες αντίδρασης Ι και ΙΙ που ακολουθούν αντιστοιχούν σε δύο από τα συστατικά της.

0,6 0,5 0,4 0,3 c(Μ) 0,2 Ι 0,1 0

ΙΙ t1

t

tv

α) Σε ποια συστατικά της αντίδρασης αντιστοιχούν οι καμπύλες Ι και ΙΙ; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. β) Τη χρονική στιγμή t1 οι συγκεντρώσεις των συστατικών Α και Β είναι ίσες μεταξύ τους. Τη χρονική αυτή στιγμή να προσδιορίσετε τις ποσότητες (σε mol) όλων των συστατικών της αντίδρασης, αντιδρώντων και προϊόντων. Την ίδια χρονική στιγμή (t1) να προσδιορίσετε το λόγο υΔ/υΓ, όπου υΔ ο ρυθμός μεταβολής της συγκέντρωσης του Δ τη χρονική στιγμή t1 και υΓ ο ρυθμός μεταβολής της συγκέντρωσης του Γ τη χρονική στιγμή t1. γ) Να συγκρίνετε την ταχύτητα υ0 (αρχική ταχύτητα της αντίδρασης, δηλαδή για t = 0) με την ταχύτητα υ1 (ταχύτητα της αντίδρασης τη χρονική στιγμή t1) και την υv (ταχύτητα της αντίδρασης για t = tv). Ε1.64. Σε δοχείο σταθερού όγκου V, που βρίσκεται σε περιβάλλον σταθερής θερμοκρασίας Τ, εισάγονται n0 mol N2O5, που αρχίζει και διασπάται σύμφωνα με την εξίσωση:

2Ν2Ο5(g) → 4NO2(g) + O2(g) Η αρχική πίεση (πριν την έναρξη της αντίδρασης) στο δοχείο είναι ίση με Ρ0. α) Να εξηγήσετε γιατί με την πάροδο του χρόνου η πίεση αυξάνεται μέχρι, τελικά, να σταθεροποιηθεί σε μία τιμή Ρ τ. β) Μία δεδομένη χρονική στιγμή t1, η πίεση στο δοχείο είναι ίση με P1 και η ποσότητα του Ο2 στο δοχείο είναι ίση με x mol. i. Να υπολογιστεί ο λόγος Ρ1/Ρ0 σαν συνάρτηση του n0 και του x. Ποια η μέγιστη δυνατή τιμή του λόγου αυτού; ii. Όταν έχει διασπαστεί η μισή ποσότητα του Ν2Ο5 η πίεση στο δοχείο είναι ίση με P. Ποια η τιμή του λόγου Ρ/Ρ0 στην περίπτωση αυτή; γ) Να υπολογιστεί η μέση ταχύτητα της αντίδρασης, από τη χρονική στιγμή t = 0, μέχρι τη χρονική στιγμή t1, σαν συνάρτηση του Ρ1, του Ρ0, του t1 και της σταθεράς R και της θερμοκρασίας Τ.

Ε1.65. Σε δοχείο όγκου 2 L εισάγουμε 1 mol σώματος Α(g) και 1 mol σώματος B(g), οπότε από t0 = 0 πραγματοποιείται η αντίδραση, που περιγράφεται από την εξίσωση:

2Α(g) + B(g) → 2Γ(g) Η ποσότητα του σώματος Γ(g) τη χρονική στιγμή t1 = 10 s βρέθηκε ίση με 0,4 mol. α) Να υπολογιστεί η μέση ταχύτητα της αντίδρασης από t0 → t1, καθώς και ο μέσος ρυθμός της μεταβολής της συγκέντρωσης του Γ(g) στο ίδιο χρονικό διάστημα. β) Η μέση ταχύτητα της αντίδρασης για το χρονικό διάστημα από t1 = 10 s έως t2 = 30 s προσδιορίστηκε ίση με 5·10−3 Μ·s−1. Να υπολογιστούν οι ποσότητες (σε moles) των τριών συστατικών της αντίδρασης τη χρονική στιγμή t2 = 30 s. γ) Η αντίδραση ολοκληρώνεται τη χρονική στιγμή t v = 125 s. Ποια η τιμή της μέσης ταχύτητας της αντίδρασης από t0 = 0 → tv. δ) Να σχεδιαστούν οι καμπύλες της αντίδρασης, c = f(t), των τριών συστατικών, από t = 0 → tv. ΧΗΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ Ε1.66. Σε δοχείο εισάγεται ποσότητα NH3(g) και εξελίσσεται η αντίδραση: 2NH3(g) Ν2(g) + 3H2(g). Καθώς το σύστημα οδεύει προς τη χημική ισορροπία, για την ταχύτητα της αντίδρασης προς τα δεξιά (υ1) και την ταχύτητα της αντίδρασης προς τα αριστερά (υ2), ισχύουν: Α) Και οι δύο ταχύτητες αυξάνονται Β) Και οι δύο ταχύτητες μειώνονται Γ) Η υ1 αυξάνεται ενώ η υ2 μειώνεται Δ) Η υ1 μειώνεται ενώ η υ2 αυξάνεται Ε1.67. Σε δοχείο όγκου 1 L εισάγονται αρχικά 0,1 mol A(g) και 0,1 mol B(g). Mε την πάροδο του χρόνου αποκαθίσταται η ισορροπία: A(g) + 2B(g) 2Γ(g). Ποια από τις σχέσεις που ακολουθούν θα ισχύει οπωσδήποτε στη χημική ισορροπία; A) [A] = [B] B) [Γ] = 2·[Α] Γ) [A] > [B] Δ) 2·[A] < [B] Ε1.68. Για την ισορροπία, 2HI(g) H2(g) + I2(g), ποια σχέση συνδέει τη σταθερά ισορροπίας Kc με τις συγκεντρώσεις στην κατάσταση χημικής ισορροπίας; Α) [H2]·[I2] = Kc·[HI] Β) [H2]·[I2] = Kc·[HI]2 Γ) [H2]·[I2] = 2·Kc·[HI] Δ) Kc·[H2]·[I2] = [HI]2 Ε1.69. Η σταθερά Kc μιας χημικής ισορροπίας: Α) μεταβάλλεται με μεταβολή της πίεσης Β) μεταβάλλεται με μεταβολή του όγκου του δοχείου Γ) μεταβάλλεται με μεταβολή των συγκεντρώσεων Δ) μεταβάλλεται με μεταβολή της θερμοκρασίας Ε) έχει σταθερή τιμή και επομένως δεν μεταβάλλεται

195

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Ε1.70. Ποιά είναι η μονάδα της σταθεράς Kc της ισορροπίας: Ag+(aq) + 2NH3(aq) [Ag(NH3)2]+(aq) −2 2 −2 −2 Α) mol ·L Β) mol ·L Γ) mol/L Δ) mol−1·L−2 Ε1.71. Ποια είναι η μονάδα για τη σταθερά Kc της ισορροπίας που ακολουθεί;

P4(g) + 10F2(g)

4PF5(g)

Α) M–7 Β) mol/(L·s) Γ) mol4/(L−4·s4) Δ) Δεν έχει μονάδα, είναι καθαρός αριθμός, καθώς Δn = 0 Ε) Δεν έχει μονάδες, γιατί η Κc είναι αδιάστατο μέγεθος Ε1.72. Δίνεται η ισορροπία: N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g), της οποίας η σταθερά έχει τιμή ίση με Κ, στους θοC.. Ποια θα είναι η τιμή της σταθεράς ισορροπίας, αν στο δοχείο της ισορροπίας προσθέσουμε επιπλέον ποσότητα Η2(g), ώστε η [Η2] να διπλασιαστεί, υπό σταθερή θερμοκρασία; Α) K/8 Β) K/4 Γ) K Δ) 2K Ε) K2 Ε1.73. Για την ισορροπία: 2NOBr(g) 2NO(g) + Br2(g) , η σταθερά Kc έχει τιμή ίση με 0,25. Στην ίδια θερμοκρασία, ποια η τιμή της σταθεράς της ισορροπίας:

NO(g) + Α) 2

Β) 4

1 Br2(g) 2 Γ) 0,5

NOBr(g) Δ) 1

Ε1.74. Ποια από τις προτάσεις που ακολουθούν ισχύει για την ισορροπία: 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) , ΔH = ‒197 kJ. Α) Με την αύξηση της θερμοκρασίας η ισορροπία μετατοπίζεται προς τα δεξιά. Β) Με μείωση της θερμοκρασίας, η τιμή της σταθεράς ισορροπίας μειώνεται Γ) Η μείωση της πίεσης υπό σταθερή θερμοκρασία οδηγεί την ισορροπία προς τα αριστερά Δ) Η αύξηση της πίεσης αυξάνει την τιμή της σταθεράς ισορροπίας Ε1.75. Η δέσμευση του Ο2(g) στο αίμα γίνεται με τη βοήθεια της αιμοσφαιρίνης (Ηb) και σύμφωνα με την εξίσωση: Hb(aq) + O2(g) HbO2(aq) , ΔΗ < 0 Αν είναι γνωστό ότι το Ο2 μειώνεται με το ύψος, ποιες από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστές; Ι. Η οξυγόνωση του αίματος ευνοείται με την αύξηση της θερμοκρασίας του σώματος (πυρετός) ΙΙ. Η οξυγόνωση του αίματος μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας του σώματος (πυρετός) ΙΙΙ. Η οξυγόνωση του αίματος ευνοείται σε μεγάλο υψόμετρο ΙV. Η οξυγόνωση του αίματος μειώνεται σε μεγάλο υψόμετρο Α) Οι προτάσεις Ι και ΙΙΙ Β) Οι προτάσεις Ι και IV Γ) Οι προτάσεις II και III Δ) Οι προτάσεις ΙΙ και ΙV Ε1.76. Πως μπορεί να αυξηθεί η απόδοση μιας αντίδρασης εστεροποίησης;

196

Α) Με τα χρήση κατάλληλου καταλύτη Β) Χρησιμοποιώντας ισομοριακές ποσότητες οξέος και αλκοόλης ως αρχικές ποσότητες Γ) Με την αύξηση της πίεσης Δ) Με την απομάκρυνση ποσότητας του σχηματιζομένου νερού Ε1.77. Για την ισορροπία, Ν2(g) + 3H2(g) 2NH3(g), η μεταβολή της σταθεράς Kc (κάθετος άξονας) σε σχέση με τη θερμοκρασία (Τ, οριζόντιος άξονας), δίνεται στο διάγραμμα που ακολουθεί: 108 106 104 102 1 10−2 10−4 200

400

600

800

1000

Με βάση το διάγραμμα αυτό συμπεραίνουμε ότι: Α) η αντίδραση σχηματισμού της ΝΗ3(g) είναι εξώθερμη Β) η αύξηση της θερμοκρασίας οδηγεί την ισορροπία προς τα δεξιά Γ) η απόδοση της αντίδρασης μειώνεται με τη μείωση της θερμοκρασίας, υπό σταθερή πίεση Δ) για Τ > 800 Κ η αντίδραση είναι πρακτικά μονόδρομη προς τα δεξιά Ε1.78. Σε δοχείο περιέχεται 1 mol Fe3O4(s), σε κατάλληλη θερμοκρασία. Τι πρέπει να προσθέσουμε στο δοχείο αυτό, ώστε να αποκατασταθεί η ισορροπία που ακολουθεί;

3Fe(s) + 4H2O(g) Α) Ποσότητα H2(g) Γ) 3 mol Fe(s)

Fe3O4(s) + 4H2(g) Β) 4 mol H2O(g) Δ) 1 mol Fe(s)

Ε1.79. Δίνεται η αντίδραση που περιγράφεται από την ισορροπία: 5CO(g) + I2O5(s) I2(g) + 5CO2(g) , ΔH = −1175 kJ Τι από τα παρακάτω ισχύει για την αντίδραση αυτή; Α) Δεν είναι οξειδοαναγωγική αντίδραση, καθώς δεν υπάρχει καμία μεταβολή αριθμού οξείδωσης Β) Με την αύξηση της πίεσης, η ισορροπία κατευθύνεται προς τα αριστερά Γ) Η ταχύτητα σχηματισμού του I2(g) είναι 5πλάσια από την ταχύτητα σχηματισμού του CO2(g) Δ) Η αντίδραση προς τα δεξιά είναι ενδόθερμη Ε1.80. Η αμμωνία, NH3(g), παρασκευάζεται βιομηχανικά με τη μέθοδο Haber, σύμφωνα με την αντίδραση:

N2(g) + 3H2(g)

2NH3(g)

Σε κλειστό δοχείο εισάγουμε ποσότητες N2(g) και H2(g). Με τις ποσότητες αυτές και υπό σταθερή πίεση διεξάγουμε διάφορα πειράματα σε διαφορετικές θερμοκρασίες και λαμβάνουμε τις εξής αποδόσεις:

E1 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΓΕΝΙΚΟΥ ΜΕΡΟΥΣ

Θερμοκρασία (οC) Απόδοση

200 86%

400 36,3%

600 8,3%

700 4,1%

Από τα δεδομένα αυτά: Α) συμπεραίνουμε ότι η σύνθεση της αμμωνίας είναι ενδόθερμο φαινόμενο Β) συμπεραίνουμε ότι η σύνθεση της αμμωνίας είναι εξώθερμο φαινόμενο Γ) συμπεραίνουμε ότι η σύνθεση της αμμωνίας έχει ΔΗ > 0 Δ) δεν προκύπτει αν η σύνθεση της αμμωνίας είναι ενδόθερμο ή εξώθερμο φαινόμενο Ε1.81. Nα χαρακτηρίσετε τις προτάσεις που ακολουθούν ως σωστές ή λανθασμένες. α) Αν στη ισορροπία, Η2Ο(ℓ) Η2Ο(g), ΔΗ > 0, αυξήσουμε τη θερμοκρασία, η ισορροπία μετατοπίζεται προς τα δεξιά. β) Για την ισορροπία,

CoCl42−(aq) + 6H2O(g)

Co(H2O)62+(aq) + 4Cl−(aq)

(μπλε) (ροζ) αν με ψύξη, το χρώμα του διαλύματος αλλάζει από μπλε σε ροζ, η αντίδραση προς τα δεξιά είναι εξώθερμη. γ) Η ισορροπία, CoCl2(s) + 6H2O(g) CoCl2·6H2O(s), (μπλε) (ροζ) μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως δείκτης της ατμοσφαιρικής υγρασίας, καθώς σε περιόδους χαμηλής υγρασίας το χρώμα του δείκτη γίνεται μπλε, ενώ σε περιόδους υψηλής υγρασίας γίνεται ροζ. δ) Δίνεται η ισορροπία που ακολουθεί:

[Cu(H2O)4]2+(aq) + 4ΝΗ3(g)

[Cu(NH3)4]2+(aq) + 4H2O(ℓ)

(γαλάζιο) (σκούρο μπλε) Αν ένα διάλυμα που περιέχει την παραπάνω ισορροπία αλλάξει χρώμα από γαλάζιο σε σκούρο μπλε με μείωση της θερμοκρασίας, η αντίδραση προς τα δεξιά είναι εξώθερμη. ε) Η αύξηση της πίεσης, στην ισορροπία:

Ν2(g) + 3H2(g)

2NH3(g)

με την εισαγωγή ευγενούς αερίου υπό σταθερή θερμοκρασία και όγκο, δεν επηρεάζει τη χημική ισορροπία. στ) Αν στην ισορροπία, H2O(ℓ) H2Ο(g), αυξήσουμε τη θερμοκρασία, η ισορροπία μετατοπίζεται προς τα δεξιά. ζ) Η απόδοση της αντίδρασης, Α(g) + 2B(g) Γ(g) εξαρτάται από τις αρχικές ποσότητες των αντιδρώντων. Ε1.82. Να γράψετε τις εκφράσεις για τις σταθερές ισορροπίας, Kc, για τις ισορροπίες που ακολουθούν: α) 2Fe3+(aq) + 2I−(aq) 2Fe2+(aq) + I2(aq) 2+ 2− β) Ca (aq) + SO4 (aq) CaSO4(s) γ) 2ΗgO(s) Hg(ℓ) + O2(g)

δ) 4CuO(s)

2Cu2O(s) + O2(g)

ε) 2ZnS(s) + 3O2(g)

2ZnO(s) + 2SO2(g)

Ε1.83. Να προσδιορίσετε τις μονάδες για τις σταθερές Kc των ισορροπιών που ακολουθούν: α) SO2(g) + 2H2S(g) 3S(s) + H2O(g) β) Ag+(aq) + 2NH3(aq) Ag(NH3)2+(aq) − γ) AgCl(s) + Br (aq) AgBr(s) + Cl−(aq)

δ) NH4HS(s)

NH3(g) + H2S(g)

Ε1.84. Δίνονται οι ισορροπίες που ακολουθούν, μαζί με τις αντίστοιχες σταθερές ισορροπίας τους Kc: C(s) + CO2(g) 2CO(g) , Kc = 2,4·10−9 COCl2(g) CO(g) + Cl2(g) , Kc = 8·10−13 Να υπολογίσετε τη σταθερά Kc της ισορροπίας:

C(s) + CO2(g) + 2Cl2(g)

2COCl2(g)

Οι τιμές των σταθερών ισορροπίας αντιστοιχούν στην ίδια θερμοκρασία. Ε1.85. Nα υπολογιστεί η σταθερά Kc της ισορροπίας: N2(g) + O2(g) + Cl2(g) 2NOCl(g) , σαν συνάρτηση των σταθερών Κc1, Kc2 και Kc3 των ισορροπιών που ακολουθούν. Σε όλες τις περιπτώσεις η θερμοκρασία είναι η ίδια.

N2(g) + 2O2(g) 2ΝΟ2(g) , Κc1

1 O2(g) 2 1 ΝΟ2(g) + Cl2(g) 2

NΟCl(g) +

NΟ2Cl(g) , Kc2 NΟ2Cl(g) , Kc3

Ε1.86. Nα θεωρήσετε την ισορροπία που ακολουθεί:

UO2(s) + 4HF(g)

UF4(g) + 2H2O(g)

Να εξηγήσετε προς ποια κατεύθυνση μετακινείται η ισορροπία όταν: α) Προστίθεται επιπλέον ποσότητα UO2(s). β) Απομακρύνεται ποσότητα HF(g). γ) Αυξάνεται ο όγκος του δοχείου, υπό σταθερή θερμοκρασία. Ε1.87. Θεωρήστε τη γενική ισορροπία που ακολουθεί: αA(g) + βB(g) γΓ(g) + δΔ(g) , H < 0 α) Να εξηγήσετε πως θα επηρεαστεί η θέση της χημικής ισορροπίας με απομάκρυνση ποσότητας του προϊόντος Γ(g). β) Να εξηγήσετε πως θα επηρεαστεί η θέση της χημικής ισορροπίας με μείωση της θερμοκρασίας, υπό σταθερό όγκο. γ) Nα γράψετε τη σχέση μεταξύ των συντελεστών α, β, γ και δ, ώστε η μεταβολή του όγκου, υπό σταθερή θερμοκρασία, να μην επηρεάζει τη θέση της χημικής ισορροπίας. Ε1.88. Ο καθαρός σίδηρος λαμβάνεται από το ορυκτό τριοξείδιο του σιδήρου (Fe2O3, αιματίτης) με αναγωγή με CO(g) σε υψηλές θερμοκρασίες, σύμφωνα με την εξίσωση (χωρίς συντελεστές):

Fe2O3(s) + CO(g)

Fe(s) + CO2(g)

α) Να εξηγήσετε γιατί η αντίδραση αυτή είναι αναγωγή του Fe2O3, σύμφωνα με τον 1ο και σύμφωνα με τον 3ο ορισμό. Να αντιγράψετε την αντίδραση, εισάγοντας και τους κατάλληλους συντελεστές (μικρότεροι δυνατοί ακέραιοι αριθμοί). β) Να εξηγήσετε πως διαταράσσεται η θέση της χημικής ισορροπίας: i. Με την εισαγωγή επιπλέον ποσότητας CO(g). ii. Με την απομάκρυνση ποσότητας CO2(g).

197

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

iii. Με την προσθήκη επιπλέον ποσότητας Fe2O3(s). iv. Με μείωση του όγκου του δοχείου της αντίδρασης, υπό σταθερή θερμοκρασία. Ε1.89. Τα αεριούχα ποτά σε κλειστό τενεκεδάκι περιέχουν CO2 διαλυμένο υπό πίεση. Στο κλειστό τενεκεδάκι αποκαθίσταται η παρακάτω χημική ισορροπία:

CO2(g) +2H2O(ℓ)

HCO3−(aq) + H3O+(aq)

Θα παρατηρηθεί αύξηση, μείωση ή καμία μεταβολή στο pΗ του αεριούχου ποτού όταν το τενεκεδάκι ανοιχτεί και ελευθερωθεί το CO2; Να εξηγήσετε την απάντησή σας. [ΠΑΓΚΥΠΡΙΑ ΟΛΥΜΠΙΑΔΑ ΧΗΜΕΙΑΣ] Ε1.90. H αντίδραση του N2(g) με το HCl(g) περιγράφεται με τη χημική εξίσωση: Ν2(g) + 6ΗCl(g) 2NH3(g) + 3Cl2(g) , ΔΗ = +461 kJ Nα προβλέψετε το αποτέλεσμα που θα έχει καθεμία από τις παρακάτω μεταβολές: α) Αύξηση του όγκου του συστήματος. β) Προσθήκη επιπλέον ποσότητας Ν2(g). γ) Αύξηση της θερμοκρασίας του συστήματος. Ε1.91. Σε κενό δοχείο εισάγουμε ποσότητα του σώματος Α(g) σε συγκέντρωση c1 και αποκαθίσταται η χημική ισορροπία: A(g) Β(g). H απόδοση της αντίδρασης είναι ίση με α1. Σε άλλο δοχείο που βρίσκεται στην ίδια θερμοκρασία εισάγουμε ποσότητα του σώματος Α(g) σε συγκέντρωση c2 και αποκαθίσταται η ίδια χημική ισορροπία. Στην περίπτωση αυτή η απόδοση της αντίδρασης είναι α2. Να αποδείξετε τη σχέση: α2 = α1. Ε1.92. Σε κλειστό δοχείο, που βρίσκεται σε θερμοκρασία Τ, εισάγεται ποσότητα αερίου A(g), σε συγκέντρωση c και αποκαθίσταται η ισορροπία: A(g) B(g) + Γ(g). α) Αν α η απόδοση της αντίδρασης, να αποδειχθεί ότι η σταθερά, Kc στη θερμοκρασία Τ, δίνεται από τη σχέση:

Kc 

α2 c 1α

β) Ποιες είναι οι προϋποθέσεις για να ισχύει η προσεγγιστική έκφραση: Κc = α2·c (!) Ε1.93. Σε δοχείο όγκου V, που βρίσκεται σε θερμοκρασία Τ, εισάγεται ποσότητα στερεού A(s) και αποκαθίσταται η ισορροπία, που περιγράφεται από την εξίσωση:

A(s)

B(g) + Γ(g)

Aν P η πίεση στο δοχείο μετά την αποκατάσταση της ισορροπίας να αποδειχθεί ότι η σταθερά της ισορροπίας (Kc) δίνεται από τη σχέση:

 P  Kc     2 R  T 

2

Ε1.94. Σε δοχείο όγκου V εισάγουμε n mol ΗΙ(g), υπό σταθερή θερμοκρασία Τ. Στη θερμοκρασία αυτή αποκαθίσταται η ισορροπία:

Η2(g) + Ι2(g)

198

2ΗΙ(g)

Αν α η απόδοση της αντίδρασης, να αποδείξετε τις σχέσεις:

n(1  α) nα , [H2 ]  [I2 ]  V 2V 2 4  (1  α) β) Kc  α2 α) [HI] 

Ε1.95. Δίνεται η ετερογενής ισορροπία:

2Α(s) + xB(g)

yΓ(g) + zΔ(g)

Σε ποιες περιπτώσεις η σταθερά Kc δεν έχει μονάδες (είναι αδιάστατο μέγεθος); Ε1.96. Σε τρία διαφορετικά δοχεία 1, 2 και 3, που βρίσκονται στην ίδια θερμοκρασία, έχει αποκατασταθεί η ίδια ισορροπία, N2O4(g) 2NO2(g). Να συμπληρώσετε τον πίνακα που ακολουθεί με τα δεδομένα που λείπουν. Δοχείο [Ν2Ο4] (Μ) [ΝΟ2] (Μ)

1 0,25 1

2 0,09 ;

3 ; 0,4

Ε1.97. Έστω η ισορροπία: Xe(g) + 2F2(g) XeF4(g) , ΔH = −218 kJ·mol−1. Να εξηγήσετε προς ποια κατεύθυνση θα οδεύσει η ισορροπία αν: α) Αυξήσουμε τον όγκο του δοχείου υπό σταθερή θερμοκρασία. β) Μειώσουμε τη θερμοκρασία, υπό σταθερό όγκο. γ) Προσθέσουμε επιπλέον ποσότητα Xe(g), υπό σταθερό όγκο. Ε1.98. Το νιτρικό οξύ, HNO3, μπορεί να παρασκευαστεί από NO2(g) και H2O(g), παρουσία Rh και Pt, σε θερμοκρασία 700-900°C και πίεση 5-8 atm, σύμφωνα με την εξίσωση (χωρίς συντελεστές): NO2(g) + H2O(g) HNO3(g) + NO(g) , ΔΗ = −37,6 kJ α) Να εξηγήσετε αν η παραπάνω αντίδραση είναι οξειδοαναγωγική ή όχι και να τη συμπληρώσετε με τους κατάλληλους συντελεστές. β) Να προβλέψετε την επίδραση που θα έχουν οι παρακάτω μεταβολές στην απόδοση της αντίδρασης.

1. Αύξηση της [H2O]. 2. Μείωση της [NO2]. 3. Αύξηση της πίεσης υπό σταθερή θερμοκρασία, με μείωση του όγκου του δοχείου της αντίδρασης. 4. Μείωση της θερμοκρασίας. 5. Προσθήκη επιπλέον ποσότητας καταλύτη. γ) Ποιες οι μονάδες της σταθεράς Kc της παραπάνω ισορροπίας; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Ε1.99. Θεωρούμε το σύστημα που περιγράφεται από την ισορροπία του ακολουθεί: I2(g) + 5CO2(g) 5CO(g)+ I2O5(s) , H = +1175 kJ Να δικαιολογήσετε την επίδραση που θα έχουν στις παραμέτρους της στήλης ΙΙ οι αλλαγές που περιγράφονται στη στήλη Ι. Μεταβολή α) Αύξηση της θερμοκρασίας β) Προσθήκη ποσότητας I2O5(s) γ) Αύξηση της πίεσης

Επίδραση στην Σταθερά Kc Ποσότητα του I2 Ποσότητα του CO

Ε1.100. Το μονοξείδιο του άνθρακα (CO) συνδέεται 200 φορές πιο ισχυρά με την αιμοσφαιρίνη από ότι συνδέεται η αιμοσφαιρίνη με το O2. Το γεγονός αυτό μπλοκάρει τη μεταφορά Ο2 από τους πνεύμονες στους ιστούς καθόσον ισχύουν οι η συναγωνιστικές ισορροπίες: αιμοσφαιρίνη + Ο2 O2-αιμοσφαιρίνη και αιμοσφαιρίνη + CO CO-αιμοσφαιρίνη Ο αέρας που περιέχει λιγότερο από 0,1% v/v σε CO μπορεί να δεσμεύσει τις μισές περίπου περιοχές δέσμευσης της αιμοσφαιρίνης μειώνοντας το ποσό του Ο2 που φθάνει στους ιστούς, σε θανάσιμα επίπεδα. Να εξηγήσετε γιατί η θεραπεία ενός ασθενούς που παρουσιάζει συμπτώματα δηλητηρίασης με CO είναι η χορήγηση καθαρού O2 σε πίεση ακόμη και μεγαλύτερη από 1 atm. Ε1.101. Σε δοχείο σταθερού όγκου (V) εισάγονται no mol PCl5 τα οποία διασπώνται σύμφωνα με την εξίσωση:

PCl5(g)

PCl3(g) + Cl2(g)

Αν α η απόδοση της αντίδρασης, να εκφράσετε την ολική πίεση (Pf) στην ισορροπία σαν συνάρτηση της αρχικής πίεσης (Ρi) και της απόδοσης της αντίδρασης. Ε1.102. Στους θ > 250◦C, το SO2Cl2(g) διασπάται πλήρως σε SO2(g) και Cl2(g), σύμφωνα με την εξίσωση:

SO2Cl2(g) → SO2(g) + Cl2(g) Σε δοχείο σταθερού όγκου εισάγεται SO2Cl2(g), σε αρχική συγκέντρωση c0. Η αρχική πίεση στο δοχείο είναι P0, ενώ μετά το τέλος της αντίδρασης (t = tv) η τελική πίεση στο δοχείο είναι P∞. Σε μία ενδιάμεση χρονική στιγμή t < tv η συγκέντρωση του SO2Cl2(g) είναι ίση με c και η πίεση στο δοχείο είναι ίση με P. α) Να προσδιορίσετε τη σχέση μεταξύ P0 και P∞. β) Ποια η σχέση μεταξύ των μεγεθών c, c0, P και P0; Σε όλη τη διάρκεια της αντίδρασης η θερμοκρασία διατηρείται σταθερή και ίση με θ > 250oC. Ε1.103. Δίνεται η ισορροπία:

2KI(aq) + PbSO4(s)

PbI2(s) + K2SO4(aq)

Αν βάλουμε προς αντίδραση 0,148 mol KI με περίσσεια PbSO4 και η ποσότητα του ΚΙ στην ισορροπία είναι ίση με 0,12 mol, σε διάλυμα όγκου 2 L, ποια η τιμή της σταθεράς Kc της παραπάνω ισορροπίας; Ε1.104. Σε δοχείο όγκου V που βρίσκεται σε περιβάλλον σταθερής θερμοκρασίας Τ εισάγουμε n0 mol Ν2Ο4(g) και αποκαθίσταται η ισορροπία: Ν2Ο4(g) 2ΝΟ2(g). Αν η πίεση στη χημική ισορροπία είναι ίση με Ρ, να υπολογιστεί ο συντελεστής απόδοσης (διάσπασης) α, συναρτήσει των μεγεθών Ρ, V, R (παγκόσμια σταθερά αερίων), Τ και n0. Ε1.105. Tα διαγράμματα που ακολουθούν αναφέρονται στη χημική ισορροπία, που έχει αποκατασταθεί σε κλειστό δοχείο, σε θερμοκρασία Τ1: Η2(g) + Ι2(g) 2HI(g). Tη χρονική στιγμή t1 αυξάνεται η θερμοκρασία σε Τ 2 (Τ2 > Τ1) και η νέα ισορροπία αποκαθίσταται τη χρονική στιγμή t2.

c(M)

E1 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΓΕΝΙΚΟΥ ΜΕΡΟΥΣ

1,0 0,9 0,8 0,7 1,2 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2

HI H2

I2

t2 t1 χρόνος (t) α) Να συμπληρώσετε το παραπάνω διάγραμμα με τη μεταβολή της [HI] το χρονικό διάστημα t1 → t2. β) Να υπολογίσετε τις τιμές της σταθεράς (Kc) της παραπάνω ισορροπίας στις δύο θερμοκρασίες Τ1 και Τ2. γ) Η αντίδραση σχηματισμού του HI έχει ΔΗ > 0 ή ΔΗ < 0; Να αιτιολογήσετε την επιλογή σας. δ) Να αιτιολογήσετε την ισχύ της πρότασης: «Για t < t1 η ταχύτητα της αντίδρασης προς τα δεξιά είναι ίση με την ταχύτητα της αντίδρασης προς τα αριστερά, ενώ για t1 < t < t2 η ταχύτητα της αντίδρασης προς τα δεξιά είναι μεγαλύτερη της ταχύτητας της αντίδρασης προς τα αριστερά.» Ε1.106. Σε διάλυμα έχει αποκατασταθεί η ισορροπία: Ag+(aq) + 2NH3(aq) [Ag(NH3)2]+(aq) , ΔΗ = −111 kJ α) Να γράψετε την έκφραση που αποδίδει τη σταθερά Kc της ισορροπίας και να σημειώσετε τις μονάδες της. β) Να εξηγήσετε ποια επίπτωση θα έχουν στη θέση της ισορροπίας καθώς και στην τιμή της σταθεράς Kc, οι μεταβολές που ακολουθούν: i. H μεταβολή της πίεσης. ii. Η διάλυση επιπλέον ποσότητας ΝΗ3(g) στο διάλυμα της ισορροπίας, χωρίς μεταβολή στον όγκο του διαλύματος. iii. Αύξηση της θερμοκρασίας του διαλύματος. Ε1.107. Σε δύο διαφορετικά δοχεία που βρίσκονται σε δύο θερμοκρασίες Τ1 και Τ2, αντίστοιχα (Τ1 < Τ2) έχει αποκατασταθεί η ίδια ισορροπία που περιγράφεται από την εξίσωση: 2NOCl(g) 2NO(g) + Cl2(g). Οι συγκεντρώσεις ισορροπίας των τριών αερίων στα δύο αυτά δοχεία εμφανίζονται στον πίνακα που ακολουθεί: θερμοκρασία Τ1 Τ2 > Τ1

[ΝΟCl] (M) 2·10−3 4·10−4

[ΝΟ] (M) 2·10−3 8·10−3

[Cl2] (M) 10−3 2·10−4

α) Να υπολογιστούν οι τιμές της σταθεράς Κc στις δύο διαφορετικές θερμοκρασίες Τ1 και Τ2. Ποια η μονάδα της Κ c; β) Να εξηγήσετε αν η αντίδραση προς τα δεξιά είναι εξώθερμη ή ενδόθερμη. Ποιο το πρόσημο της ΔΗ για την αντίδραση προς τα δεξιά; γ) Σε ένα άλλο δοχείο έχει αποκατασταθεί η παραπάνω ισορροπία, σε θερμοκρασία Τ. Αν το μισό από το μίγμα της ισορροπίας απομακρυνθεί από το δοχείο, να εξετάσετε αν το μίγμα που απομένει στο δοχείο είναι σε κατάσταση χημικής ισορροπίας ή όχι.

199

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Ε1.108. O μετασχηματισμός της ριβονουκλεάσης Α, στη μετουσιωμένη της μορφή (Rμ) σε ριβονουκλεάση Α, στη φυσική της μορφή (Rφ) αντιστοιχεί στη χημική ισορροπία: Rμ Rφ. Η επίδραση της θερμοκρασίας στις συγκεντρώσεις ισορροπίας της Rμ και της Rφ εμφανίζεται στον πίνακα που ακολουθεί: Θερμοκρασία (οC) 50ο 100ο

[Rμ] (Μ) 5,1·10−6 2,9·10−4

[Rφ] (Μ) 2,0·10−3 1,7·10−3

α) Να υπολογίσετε τη σταθερά ισορροπίας Kc στις δύο θερμοκρασίες, 50ο και 100οC. β) Να σημειώσετε την κατεύθυνση μετατόπισης της ισορροπίας με την αύξηση της θερμοκρασίας. Ποιο το πρόσημο της ενθαλπίας της αντίδρασης (ΔΗ), Rμ → Rφ; Προβλήματα Ε1.109. Σε κλειστό δοχείο όγκου V = 10 L εισάγονται n mol φωσγενίου (COCl2) που θερμαίνονται στους 327°C, οπότε αποκαθίσταται η χημική ισορροπία:

COCl2(g)

CO(g) + Cl2(g)

Ο συνολικός αριθμός mol όλων των συστατικών στην κατάσταση ισορροπίας είναι 1,25n και η ολική πίεση του μείγματος είναι 24,6 atm. Να υπολογίσετε: α) Το συνολικό αριθμό mol των συστατικών ισορροπίας. β) Τον αρχικό αριθμό mol (n) του COCl2. γ) Την απόδοση της αντίδρασης. δ) Την τιμή της σταθεράς Κc. Δίνεται: R = 0,082 L·atm/(mol·K). [ΠΑΓΚΥΠΡΙΑ ΟΛΥΜΠΙΑΔΑ ΧΗΜΕΙΑΣ] Ε1.110. Σε δοχείο όγκου 1 L, εισάγονται ποσότητες HCl, O2 και Cl2, οπότε υπό σταθερή θερμοκρασία αποκαθίσταται η ισορροπία: 4HCl(g) + O2(g) 2H2O(g) + 2Cl2(g). α) Να συμπληρώσετε τον πίνακα που ακολουθεί με τα δεδομένα που λείπουν. Αρχικά mol mol στην ισορροπία

HCl 0,12 0,1

O2 0,105

H2O 0

Cl2 0,01

β) Να υπολογίσετε την τιμή της σταθεράς Kc στη θερμοκρασία του πειράματος. Ε1.111. Σε δοχείο σταθερού όγκου εισάγονται n0 mol HI που διασπώνται, σύμφωνα με τη χημική εξίσωση:

2HI(g)

Η2(g) + Ι2(g)

n(I2)

Στο σχήμα που ακολουθεί εμφανίζεται η μεταβολή στα mol του Ι2 σε σχέση με το χρόνο σε δύο διαφορετικές θερμοκρασίες T1 και T2 (Τ1 > Τ2).

0,6 0,4

T2 T1

t

200

α) Να εξηγήσετε αν αντίδραση διάσπασης του HI ως ενδόθερμη ή εξώθερμη. β) Η σταθερά ιοντισμού Κc της παραπάνω ισορροπίας στη θερμοκρασία Τ1 είναι ίση με 0,16. Να υπολογίσετε την αρχική ποσότητα του ΗΙ (n0) καθώς και την απόδοση της αντίδρασης. γ) Να προσδιορίσετε τη σύσταση του μείγματος ισορροπίας στη θερμοκρασία Τ2. δ) Στο μείγμα ισορροπίας στη θερμοκρασία Τ 2 εισάγουμε στο δοχείο επιπλέον 0,3 mol HI. Nα υπολογίσετε τη σύσταση του μείγματος ισορροπίας στη νέα ισορροπία. Ε1.112. α) Με ποια αναλογία mol πρέπει να αναμείξουμε ΗCl(g) και O2(g), σε δοχείο σταθερού όγκου στους θoC, ώστε όταν αποκατασταθεί η χημική ισορροπία: 4ΗCl(g) + O2(g) 2H2O(g) + 2Cl2(g) , οι συγκεντρώσεις και των τεσσάρων συστατικών να είναι ίσες μεταξύ τους; β) Ποιες οι (ίσες) συγκεντρώσεις των 4 συστατικών στην παραπάνω χημική ισορροπία, αν η τιμή της σταθεράς Kc της ισορροπίας είναι ίση με 5; Ε1.113. Σε έναν αντιδραστήρα όγκου 2 L εισάγεται μίγμα N2(g) και H2(g). Το μίγμα θερμαίνεται σε θερμοκρασία Τ και αποκαθίσταται η ισορροπία που περιγράφεται από την εξίσωση: N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g). Στο μίγμα ισορροπίας προσδιορίστηκαν 2 mol H2(g), 0,2 mol N2(g) και 0,4 mol NH3(g). Να υπολογιστούν: α) Οι αρχικές ποσότητες (σε mol) των δύο αντιδρώντων. β) Η απόδοση της αντίδρασης. γ) Η τιμή της σταθεράς Kc στη θερμοκρασία Τ. Ε1.114. Σύμφωνα με το πρόγραμμα της επιτόπιας χρήσης πρώτων υλών για τον πλανήτη Άρη, έχει εκτιμηθεί ότι η παραγωγή Ο2, μπορεί να γίνει από Η2Ο με ηλεκτρόλυση. Το νερό μπορεί να παραχθεί από CO2 (που βρίσκεται άφθονο στην ατμόσφαιρα του Άρη) και Η2 (που θα μεταφερθεί από τη Γη), σύμφωνα με την αντίδραση:

CO2(g) + H2(g)

CO(g) + H2O(g)

Η αντίδραση αυτή πραγματοποιείται στους 400 οC με τη χρήση καταλυτών. Αν χρησιμοποιηθούν αρχικά ισομοριακές ποσότητες CO2 και H2, σε κλειστό δοχείο, ποια η %v/v σύσταση του μείγματος ισορροπίας σε υδρατμούς; Η σταθερά ισορροπίας της παραπάνω αντίδρασης στους 400οC να θεωρηθεί ίση με 0,49. Ε1.115. Σε δοχείο σταθερού όγκου V = 1 L έχει αποκατασταθεί η χημική ισορροπία: 2Α(g) + Β(g) Γ(g), για την οποία γνωρίζουμε ότι Kc = 2. Τη χρονική στιγμή t1 μεταβάλλουμε την ποσότητα του Γ(g) στο δοχείο, οπότε τη χρονική στιγμή t2 απoκαθίσταται νέα χημική ισορροπία, στην ίδια θερμοκρασία. Οι μεταβολές των συγκεντρώσεων για τα σώματα Α(g) και Β(g) εμφανίζονται στο διάγραμμα που ακολουθεί:

E1 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΓΕΝΙΚΟΥ ΜΕΡΟΥΣ

c(M)

2,0 1,2 1,5

Σε δοχείο εισάγονται 1 mol CO, 1 mol H2O, 1 mol CO2 και 1 mol H2 και στην ισορροπία σχηματίζονται 1,4 mol CO2. Να υπολογίσετε την τιμή της σταθεράς Kc στους θοC.

Α(g) B(g)

Ε1.121. Αν φέρουμε προς αντίδραση 1 mol CΗ3CH2OH(ℓ) με 1 mol CH3COOH(ℓ) στους 25ºC, το μείγμα ισορροπίας θα περιέχει 2/3 mol του εστέρα. α) Να υπολογιστεί η σταθερά Kc για την ισορροπία:

1,0 0,5

CΗ3CH2OH(ℓ) + CH3COOH(ℓ) t1

χρόνος (t)

t2

α) Να υπολογιστεί η ποσότητα (σε mol) του Γ(g) στην αρχική χημική ισορροπία. β) Να σημειωθεί το είδος της μεταβολής στην ποσότητα του Γ(g), δηλαδή, αν έγινε αφαίρεση ή προσθήκη, τη χρονική στιγμή t1. Να αιτιολογήσετε την επιλογή σας. γ) Να υπολογιστεί η η ποσότητα (σε mol) του Γ(g) στη νέα χημική ισορροπία, καθώς και η ποσότητα του Γ(g) που αφαιρέθηκε ή προστέθηκε τη χρονική στιγμή t1. Ε1.116. Σε κλειστό δοχείο όγκου 10 L που βρίσκεται σε σταθερή θερμοκρασία 200 οC εισάγονται 10,5 mol O2 και 12 mol HCl και αποκαθίσταται η ισορροπία:

4ΗCl(g) + O2(g)

2H2O(g) + 2Cl2(g)

Μετά την αποκατάσταση της ισορροπίας, στο δοχείο βρέθηκε 1 mol Cl2. Να υπολογιστεί η τιμή της σταθεράς Kc της παραπάνω ισορροπίας στους 200 οC. Ε1.117. Σε δοχείο εισάγεται ποσότητα HF(g), οπότε στους θoC αποκαθίσταται η ισορροπία: 2HF(g) H2(g) + F2(g), Kc = 4 (θoC). Αν στην ισορροπία παρατηρήθηκαν 0,04 mol of F2(g), ποια ήταν η αρχική ποσότητα του HF σε mol; Ε1.118. Σε κλειστή φιάλη όγκου 1 L εισάγονται αρχικά 0,096 mol PCl3(g) και 9·10−3 mol PCl5(g), οπότε στους θοC το σύστημα φθάνει σε ισορροπία που περιγράφεται από την εξίσωση: PCl5(g) PCl3(g) + Cl2(g). Στην ισορροπία βρέθηκαν 4·10−3 mol Cl2(g). Να υπολογίσετε τις συγκεντρώσεις όλων των σωμάτων στην ισορροπία και την τιμή της σταθεράς Kc στους θοC. Ε1.119. Σε δοχείο όγκου 1 L εισάγονται 1 mol Η2(g) και 1 mol I2(g), οπότε στους θοC αποκαθίσταται η ισορροπία:

H2(g) + I2(g)

2HI(g)

α) Αν στην ισορροπία βρέθηκαν 1,6 mol HI(g), i. ποια η απόδοση της αντίδρασης, και ii. ποια η τιμή της σταθεράς Kc στους θοC; β) Σε άλλο δοχείο όγκου 2 L εισάγονται 1 mol Η2(g) και 1 mol I2(g) στους θοC. Ποια θα είναι η απόδοση της αντίδρασης στην περίπτωση αυτή; γ) Σε τρίτο δοχείο όγκου V εισάγονται 2 mol HI(g) στους θοC. Ποιες ποσότητες H2(g), I2(g) και HI(g) θα συνυπάρχουν όταν αποκατασταθεί η ισορροπία; Ε1.120. Δίνεται η ισορροπία:

CO(g) + H2O(g)

CO2(g) + H2(g)

CH3COOCH2CH3(ℓ) + H2O(ℓ) β) Αν φέρουμε προς αντίδραση x mol CΗ3CH2OH(ℓ) με 1 mol CH3COOH(ℓ) στους 25ºC, θα σχηματιστούν 0,8 mol εστέρα. Ποια η τιμή του x; Ε1.122. Δίνεται η ισορροπία:

SnO2(s) + 2H2(g)

Sn(s) + 2H2O(g)

Σε δοχείο, όγκου 1 L, που έχει αποκατασταθεί η ισορροπία αυτή, στους 500ºC, βρέθηκε ότι: [H2] = 0,25 Μ και [H2O] = 0,25 Μ. α) Στο δοχείο με την παραπάνω ισορροπία προστίθεται επιπλέον ποσότητα Η2(g) ίση με 0,25 mol, υπό σταθερή θερμοκρασία. Ποιες οι νέες συγκεντρώσεις του Η2(g) και του Η2Ο(g) στη νέα ισορροπία; β) Μπορεί να υπάρξει ισορροπία στην οποία να συνυπάρχουν 1 mol H2(g) και 2 mol H2O(g) στους 500 ºC; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Ε1.123. H αμμωνία παρασκευάζεται βιομηχανικά σύμφωνα με την εξίσωση: N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g). Στον πίνακα που ακολουθεί δίνονται δεδομένα που σχετίζονται με την απόδοση της αντίδρασης σε διαφορετικές συνθήκες. Πίεση (atm) 25 100 400

Απόδοση στην ισορροπία (%) 100oC 300oC 500oC 91,7 27,4 2,9 96,7 52,5 10,6 99,4 79,7 31,9

α) Ποια από τις συνθήκες του πίνακα δίνει τη μέγιστη απόδοση; Nα εξηγήσετε τα δεδομένα του παραπάνω πίνακα με βάση την αρχή Le Châtelier. β) Η ΝΗ3 μπορεί να μετατραπεί σε ΗΝΟ3, σε τρία στάδια: Στάδιο 1: Η ΝΗ3(g) αντιδρά με το Ο2(g) του αέρα σχηματίζοντας ΝΟ(g) και H2O(g). i. Nα εξηγήσετε αν η αντίδραση αυτή είναι οξειδοαναγωγική και να γράψετε την εξίσωσή της συμπληρωμένη με τους κατάλληλους συντελεστές. Στάδιο 2: Το παραγόμενο ΝΟ(g) αντιδρά με το Ο2(g) του αέρα σχηματίζοντας ΝΟ2(g). Στάδιο 3: Το παραγόμενο ΝΟ2(g) αντιδρά με νερό, σχηματίζοντας νιτρικό οξύ και ΝΟ(g). ii. Nα εξηγήσετε αν η αντίδραση του σταδίου 3 είναι οξειδοαναγωγική και να γράψετε την εξίσωσή της συμπληρωμένη με τους κατάλληλους συντελεστές. γ) Πόσα g HNO3 σχηματίζονται από την αντίδραση 276 g NO2 με περίσσεια υδρατμών, αν η αντίδραση έχει απόδοση 80%;

201

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Ε1.124. Σε δοχείο 2 L εισάγονται 2 mol N2 και 6 mol H2 και το σύστημα θερμαίνεται στους θoC, οπότε αποκαθίσταται η ισορροπία: N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g). Η απόδοση της αντίδρασης είναι 60%. α) Ποιες οι συγκεντρώσεις των τριών συστατικών στην ισορροπία; β) Ποια η τιμή της σταθεράς Kc για την παραπάνω ισορροπία; γ) Πως θα επηρεαστεί η ισορροπία με την αύξηση της πίεσης; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Ε1.125. H ακόλουθη υποθετική αντίδραση γίνεται σε δοχείο όγκου 2 L στους 298 K.

A2(g) + 2B2(g)

2AB2(g)

Το διάγραμμα που ακολουθεί αναπαριστάνει τις αλλαγές στον αριθμό mol καθενός από τα τρία αέρια της ισορροπίας σε μία χρονική περίοδο 20 min.

mol

2,4 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4

Α2 ΑΒ2

Β2 5

10 15 χρόνος (min)

20

α) Να σημειώσετε το χρόνο (σε min) που απαιτείται για την αποκατάσταση της 1ης ισορροπίας και να συμπληρώσετε το γνωστό πίνακα (αρχικές ποσότητες, μεταβολές, χημική ισορροπία), σε mol, από t = 0 μέχρι την αποκατάσταση της 1ης χημικής ισορροπίας. β) Να υπολογίσετε τη σταθερά ισορροπίας Kc στους 298 Κ, καθώς και την απόδοση της αντίδρασης από t = 0 μέχρι την αποκατάσταση της 1ης χημικής ισορροπίας. γ) Τη χρονική στιγμή t = 10 min αυξήθηκε η θερμοκρασία στη φιάλη της αντίδρασης. Να χαρακτηρίσετε την αντίδραση σύνθεσης της ένωσης ΑΒ2 ως ενδόθερμη ή εξώθερμη. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Ε1.126. Σε κλειστό δοχείο όγκου V = 1 L και σε ορισμένη θερμοκρασία T1 εισάγονται 2 mol CO και 3 mol Η2Ο. Μετά την αποκατάσταση της ισορροπίας,

CO(g) + H2O(g)

CO2(g) + H2(g)

στο δοχείο προσδιορίστηκαν 0,5 mol CO2. α) Ποιες είναι οι συγκεντρώσεις των σωμάτων στο δοχείο μετά την αποκατάσταση της ισορροπίας; β) Να υπολογίσετε τη σταθερά Κc της χημικής ισορροπίας στη θερμοκρασία T1 (με τη μορφή κλασματικού αριθμού) καθώς και την απόδοση της αντίδρασης.

202

γ) Να εξηγήσετε αν και πως θα μεταβληθεί η ποσότητα του Η2 καθώς και η τιμή της σταθεράς Kc με τις παρακάτω μεταβολές. i. Προσθήκη επιπλέον ποσότητας CO, υπό σταθερή θερμοκρασία. ii. Αύξηση της πίεσης με μείωση του όγκου, υπό σταθερή θερμοκρασία. iii. Προσθήκη αφυδατικού (απομακρύνει το H2O από την ισορροπία), υπό σταθερή θερμοκρασία. Ε1.127. Σε κλειστό δοχείο όγκου 1 L εισάγονται 0,5 mol δείγματος CaCO3(s) και το σύστημα θερμαίνεται σε θερμοκρασία T, οπότε αποκαθίσταται η ισορροπία:

CaCO3(s)

CaO(s) + CO2(g)

H ποσότητα του CO2 στην ισορροπία βρέθηκε ίση με 0,012 mol. Το ίδιο πείραμα επαναλαμβάνεται με μόνη διαφορά τη χρήση 1 mol δείγματος CaCO3(s). Και στην περίπτωση αυτή η τελική ποσότητα του CO2 βρέθηκε ίση με 0,012 mol. α) Να εξηγήσετε γιατί η τελική συγκέντρωση του CO2 είναι η ίδια στα δύο πειράματα και να προσδιορίσετε την τιμή της σταθεράς Kc της παραπάνω ισορροπίας στη θερμοκρασία Τ. β) Μετά την αποκατάσταση της ισορροπίας στο δεύτερο πείραμα, εισάγονται επιπλέον ποσότητα 0,008 mol CO2, υπό σταθερή θερμοκρασία Να προσδιορίσετε τις ποσότητες όλων των συστατικών μετά την αποκατάσταση της νέας ισορροπίας. γ) Να εξηγήσετε γιατί από προσθέσουμε επιπλέον 0,008 mol CO2 στο σύστημα της προηγούμενης χημικής ισορροπίας δεν είναι δυνατόν να αποκατασταθεί χημική ισορροπία στη θερμοκρασία Τ. Ε1.128. Τα δύο δοχεία Α και Β του σχήματος που ακολουθεί διαχωρίζονται με κλειστή στρόφιγγα.

Α

B

Το αριστερό δοχείο (Α) έχει όγκο 1 L και σε αυτό συνυπάρχουν 5·10−3 mol N2O4(g) και 5·10−3 mol NO2(g) σε χημική ισορροπία σύμφωνα με την εξίσωση:

N2O4(g)

2NO2(g)

To δοχείο Β είναι αρχικά κενό. Ανοίγουμε τη στρόφιγγα που συνδέει τα δύο δοχεία, οπότε το μείγμα των δύο αερίων καταλαμβάνει τον όγκο και των δύο δοχείων Α και Β. Αποκαθίσταται νέα χημική ισορροπία, στην ίδια θερμοκρασία, στην οποία βρέθηκαν 4·10−3 mol N2O4(g). Να υπολογιστεί ο όγκος του δοχείου Β. Ε1.129. Η αποσύνθεση του HI(g) περιγράφεται από την εξίσωση: 2HI(g) H2(g) + I2(g). Σε μία φιάλη εισάγονται 0,7 mol HI, οπότε υπό σταθερή θερμοκρασία Τ αποκαθίσταται η παραπάνω ισορροπία. Η ποσότητα του Ι 2 που βρίσκεται στη χημική ισορροπία αντέδρασε πλήρως με 400

E1 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΓΕΝΙΚΟΥ ΜΕΡΟΥΣ

mL διαλύματος Na2S2O3 0,5 Μ σύμφωνα με την αντίδραση: I2(aq) + 2Na2S2O3(aq) → Na2S4O6(aq) + 2NaI(aq). Να προσδιοριστεί η τιμή της σταθεράς Κc της ισορροπίας διάσπασης του HI στη θερμοκρασία Τ. Ε1.130. Δίνεται η ισορροπία:

CaCO3(s)

CaO(s) + CO2(g)

P (atm)

Σε κενό δοχείο σταθερού όγκου V εισάγουμε ποσότητα CaCO3(s), μάζας m σε θερμοκρασία Τ. Η γραφική παράσταση της πίεσης στο δοχείο, ως συνάρτηση της μάζας (m) του εισαγομένου CaCO3(s) δίνεται στο σχήμα που ακολουθεί.

P0

m0

m (CaCO3)

α) Nα εξηγήσετε γιατί με την αύξηση της μάζας του εισαγόμενου στο δοχείο CaCO3(s) η πίεση αυξάνεται γραμμικά, ενώ από μία τιμή μεγαλύτερης της m0 η πίεση παραμένει σταθερή (P0). β) Για τη σταθερά Kc της παραπάνω ισορροπίας, να αποδείξετε τη σχέση: Kc 

P0 RT

Η ποσότητα των στερεών δεν επηρεάζει τον όγκο του δοχείου. Ε1.131. 0,3 mol CH3COOH και 0,3 mol C2H5OH αντιδρούν μεταξύ τους, σύμφωνα με την εξίσωση:

C2H5OH(ℓ) + CH3COOH(ℓ)

CH3COOC2H5(ℓ) + H2O(ℓ)

Η ποσότητα του CH3COOH που βρίσκεται στο 1/100 του μείγματος ισορροπίας απαιτεί για την πλήρη εξουδετέρωση 50 mL διαλύματος Ba(OH)2 συγκέντρωσης 0,01 M. Να υπολογιστεί η σταθερά Kc της ισορροπίας εστεροποίησης. Ε1.132. α mol CH3CH2COOH και β mol CH3OH φέρονται προς αντίδραση, σύμφωνα με την εξίσωση:

CH3OH(ℓ) + CH3CH2COOH(ℓ) CH3CH2COOCH3(ℓ) + H2O(ℓ) , Κc = 4 Τη χρονική στιγμή t1 στη φιάλη της αντίδρασης προσδιορίστηκαν 0,2 mol CH3OH, 0,2 mol CH3CH2COOH, 0,1 mol CH3CH2COOCH3 και 0,1 mol H2O. α) Να δείξετε ότι το σύστημα τη χρονική στιγμή t1 δεν βρίσκεται ακόμη σε χημική ισορροπία και να προσδιορίσετε τις αρχικές ποσότητες α και β. β) Μία άλλη χρονική στιγμή t2 > t1 στη φιάλη της αντίδρασης έχει αποκατασταθεί χημική ισορροπία. Ποια ποσότητα εστέρα έχει σχηματιστεί; Ποια η απόδοση της αντίδρασης; γ) Στην κατάσταση της χημικής ισορροπίας προσθέτουμε επιπλέον λ mol του οξέος, οπότε στη νέα χημική ισορροπία προσδιορίστηκαν 0,28 mol του εστέρα. Ποια η τιμή του λ;

Ε1.133. Σε δοχείο σταθερού όγκου 10 L περιέχονται σε κατάσταση χημικής ισορροπίας 0,8 mol SO3, 0,8 mol SO2 και 0,2 mol O2, σε θερμοκρασία Τ1, σύμφωνα με τη χημική εξίσωση: 2SO3(g) 2SO2(g) + O2(g). Θερμαίνουμε το μείγμα σε θερμοκρασία Τ2 > Τ1, οπότε μετά την αποκατάσταση της νέας ισορροπίας στο δοχείο περιέχονται 2 mol αερίων, συνολικά. α) Να υπολογίσετε την τιμή της σταθεράς Κc της ισορροπίας στη θερμοκρασία Τ1. β) Να εξηγήσετε προς ποια κατεύθυνσης εξελίχθηκε η παραπάνω ισορροπία με την αύξηση της θερμοκρασίας και να υπολογίστε την τιμή της σταθεράς Κc της ισορροπίας στη θερμοκρασία Τ2. γ) Η αντίδραση, 2SO3(g) → 2SO2(g) + O2(g) είναι εξώθερμη ή ενδόθερμη; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Ε1.134. Σε δοχείο όγκου 2 L, στους θοC, έχει αποκατασταθεί η ισορροπία: 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g), για την οποία ισχύει: Kc = 20, στους θοC. α) Αν στη χημική ισορροπία ο αριθμός mol του SO2 και του SO3 είναι ο ίδιος, πόσα mol O2 υπάρχουν στην ισορροπία; β) Αν στη χημική ισορροπία ο αριθμός mol του SO3 είναι διπλάσιος από τον αριθμό mol του SO2, πόσα mol O2 υπάρχουν ισορροπία; Ε1.135. Σε δοχείο σταθερού εισάγονται προς αντίδραση ποσότητες των αερίων σωμάτων A και B, που αντιδρούν, σύμφωνα με τη χημική εξίσωση: A(g) + 2B(g) 3Γ(g). Στη χημική ισορροπία βρέθηκαν 1 mol A(g), 2 mol B(g) και 2 mol Γ(g). α) Να υπολογίσετε την τιμή της σταθεράς Κc καθώς και την απόδοση της αντίδρασης. β) Σε άλλο δοχείο εισάγονται 1 mol A(g) και 2 mol B(g) και αποκαθίσταται χημική ισορροπία, στην ίδια θερμοκρασία με το προηγούμενο δοχείο. Να υπολογιστεί η απόδοση της αντίδρασης στην περίπτωση αυτή. Ε1.136. Σε δοχείο όγκου V εισάγονται αρχικά ισομοριακές ποσότητες των αερίων Α2(g) και Β2(g) και αποκαθίσταται η ισορροπία που ακολουθεί στους θοC:

Α2(g) + xΒ2(g)

2ΑΒx(g)

στην οποία συνυπάρχουν 2 mol A2(g), 2 mol B2(g) και 4 mol ABx(g). Nα προσδιοριστεί η τιμή του x, η τιμή της σταθεράς ισορροπίας Κc (στους θοC) καθώς και η απόδοση της αντίδρασης. Ε1.137. Έστω η ισορροπία (1) που περιγράφεται από την εξίσωση: SO2(g) + Cl2(g) SO2Cl2(g). α) Ποιο είναι το αποτέλεσμα της μείωσης της πίεσης του συστήματος της ισορροπίας (1), με αύξηση του όγκου του δοχείου, υπό σταθερή θερμοκρασία; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. β) Η τιμές της σταθεράς Kc της ισορροπίας (1) σε θερμοκρασίες Τ1 και Τ2 > Τ1 είναι, αντίστοιχα, Kc1 και Kc2 < Kc1. Ποιο είναι το αποτέλεσμα της μείωσης της θερμοκρασίας

203

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

του συστήματος της ισορροπίας υπό σταθερή πίεση; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. γ) Σε δοχείο εισάγεται 1 mol SO2Cl2(g) και αποκαθίσταται η παραπάνω ισορροπία (1), υπό σταθερή θερμοκρασία (Τ) και πίεση (Ρ). Για την ποσότητα (x mol) του Cl2(g) στην ισορροπία να αποδειχθεί η σχέση:

x

RT P K c  R  T

R: παγκόσμια σταθερά αερίων, Κc: σταθερά της ισορροπίας (1) στη θερμοκρασία Τ. Ε1.138. Σε δοχείο όγκου 10 L εισάγονται 20 mol A(g) και 30 mol Δ(g) οπότε από τη χρονική στιγμή t και μετά έχουν αποκατασταθεί και οι ισορροπίες: Α(g) B(g) + Γ(g) , Κc1 Δ(g) Ε(g) + Γ(g) , Κc2 Τη χρονική στιγμή t βρέθηκε ότι: [Γ] = 2 Μ. Αν η σταθερά της ισορροπίας (1) έχει τιμή Κc1 = 6, να προσδιοριστούν οι συγκεντρώσεις των σωμάτων Α, Β, Δ και Ε τη χρονική στιγμή t, καθώς και η σταθερά Kc της ισορροπίας (2). Ε1.139. Σε δοχείο όγκου 4 L εισάγονται 5 mol A(g) και 5 mol Β(g), οπότε στους θοC αποκαθίστανται οι ισορροπίες:

A(g) + Β(g)

Γ(g)

2Γ(g)

Δ(g) + E(g)

Μετά την αποκατάσταση και των δύο χημικών ισορροπιών στο δοχείο βρέθηκε: [Γ] = 0,25 Μ. Αν η σταθερά της πρώτης ισορροπίας έχει τιμή Kc1 = 4, να υπολογιστούν οι ποσότητες όλων των σωμάτων που συμμετέχουν και στις δύο ισορροπίες καθώς και η σταθερά (Κc2) της δεύτερης ισορροπίας. Ε1.140. Σε δοχείο σταθερού όγκου 0,1 L εισάγονται 0,4 mol COCl2, οπότε πραγματοποιείται η αντίδραση:

COCl2(g)

CO(g) + Cl2(g)

α) Αν στην ισορροπία σχηματίζεται ισομοριακό μίγμα των 3 αερίων, να προσδιοριστεί η απόδοση της διάσπασης του COCl2 καθώς και η τιμή της σταθεράς (Kc) της ισορροπίας. β) Πόσα mol COCl2(g), πρέπει να προσθέσουμε επιπλέον στη κατάσταση ισορροπίας, υπό σταθερή θερμοκρασία, ώστε στη νέα ισορροπία που θα προκύψει να υπάρχουν 0,3 mol CO; γ) Η ποσότητα CO που σχηματίστηκε στην αρχική ισορροπία αντιδρά πλήρως με 100 mL διαλύματος KMnO 4 1 M, παρουσία H2SO4. Να προσδιορίσετε αν αποχρωματίζεται ή όχι το διάλυμα ΚΜnO4. δ) Η ποσότητα του CO2 που παράγεται στην παραπάνω αντίδραση αναμειγνύεται με ισομοριακή ποσότητα C(s) σε δοχείο όγκου 82 L. Το σύστημα θερμαίνεται στους 1000 Κ και αποκαθίσταται η ισορροπία:

2CO(g)

C(s) + CO2(g)

Αν η πίεση στο δοχείο μετά την αποκατάσταση της ισορροπίας είναι 0,3 atm, να προσδιοριστεί η τιμή της σταθεράς (Kc) της χημικής ισορροπίας.

R = 0,082 L·atm·(mol·K) −1.

Ε1.141. Σε δοχείο όγκου 1,44 L έχει αποκατασταθεί η χημική ισορροπία, που ακολουθεί, στους θ1οC:

2SO2(g) + O2(g)

2SO3(g)

και στην οποία συνυπάρχουν 1,2 mol SO2, 0,64 mol O2 και 0,8 mol SO3. α) Να υπολογιστεί η τιμή της σταθεράς ισορροπίας Κ c στους θ1οC. β) Μεταβάλλουμε τον όγκο του δοχείου υπό σταθερή θερμοκρασία και στη νέα χημική ισορροπία βρέθηκε ότι η ποσότητα του SO3 είναι ίση με 1 mol. Να υπολογιστεί ο όγκος του δοχείου στη νέα ισορροπία. γ) Σε άλλο δοχείο όγκου 1 L έχει αποκατασταθεί η παραπάνω χημική ισορροπία στην οποία συνυπάρχουν 0,8 mol SO2, 1 mol O2 και 0,8 mol SO3, στους θ2οC. Να συγκριθεί η θερμοκρασία θ2 με τη θερμοκρασία θ1. Ε1.142. Σε δοχείο όγκου 10 L έχει αποκατασταθεί η χημική ισορροπία, στους θoC: Α(g) + 2Β(g) 2Γ(g), στην οποία συνυπάρχουν 0,2 mol Α, 0,4 mol Β και 0,4 mol Γ. α) Να υπολογιστεί η τιμή της σταθεράς ισορροπίας Κ c, στους θοC. β) Στο δοχείο της παραπάνω ισορροπίας προσθέτουμε επιπλέον λ mol της ένωσης Α, υπό σταθερή θερμοκρασία, οπότε στη νέα χημική ισορροπία προσδιορίστηκαν 0,6 mol Γ. Να υπολογιστεί η τιμή του λ. γ) Μεταβάλλουμε τον όγκο του δοχείου της αρχικής ισορροπίας, υπό σταθερή θερμοκρασία και στη νέα χημική ισορροπία βρέθηκε ότι η ποσότητα της ένωσης Α είναι ίση με 0,3 mol. Να υπολογιστεί ο όγκος του δοχείου στη νέα ισορροπία. Ε1.143. Δίνεται η ισορροπία: PCl3(g) + Cl2(g) PCl5(g), για την οποία ισχύει: Kc = 100 (στους 400 K). α) Σε δοχείο που έχει αποκατασταθεί η παραπάνω χημική ισορροπία στους 400 Κ συνυπάρχουν 0,2 mol PCl3(g), 0,2 mol Cl2(g) και 0,2 mol PCl5(g). Ποιος είναι ο όγκος (V1) του δοχείου; β) Πόσα επιπλέον mol PCl5 πρέπει να εισαχθούν στο δοχείο της ισορροπίας, ώστε στη νέα ισορροπία που θα αποκατασταθεί να υπάρχουν 0,4 mol Cl2; γ) Μεταβάλλουμε τον όγκο στο δοχείο της αρχικής χημικής ισορροπίας και στη νέα ισορροπία προσδιορίσαμε 0,25 mol PCl5. Ποιος ο νέος όγκος (V2) του δοχείου; δ) Στο δοχείο της τελευταίας χημικής ισορροπίας όγκου V2 (με τα 0,25 mol PCl5) αυξάνουμε τη θερμοκρασία υπό σταθερό όγκο και στη νέα χημική ισορροπία η ποσότητα του PCl5 γίνεται πάλι 0,2 mol). i. Να εκτιμηθεί αν ο σχηματισμός του PCl5 είναι ενδόθερμο ή εξώθερμο φαινόμενο. ii. Να υπολογιστεί τιμή της σταθεράς Kc της ισορροπίας στη νέα θερμοκρασία. Ε1.144. Στους θοC, αέριο του τύπου ΑΒx διασπάται στα στοιχεία του Α2 και Β2, σύμφωνα με την εξίσωση:

2ΑΒx(g)

Α2(g) + xΒ2(g)

H σταθερά της ισορροπίας έχει τιμή Kc = 16, στους θοC.

204

E1 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΓΕΝΙΚΟΥ ΜΕΡΟΥΣ

α) Σε δοχείο (Δ1) έχει αποκατασταθεί η παραπάνω ισορροπία στην οποία συνυπάρχουν τα τρία αέρια σε συγκεντρώσεις: [ΑΒx] = 0,2 M, [A2] = 0,02 M και [Β2] = 2 Μ. Να δείξετε ότι x = 5. β) Σε άλλο δοχείο (Δ2) όγκου 4 L εισάγονται ποσότητες από τα αέρια Α2 και Β2 και αποκαθίσταται η παραπάνω χημική ισορροπία στην οποία υπάρχουν ισομοριακές ποσότητες από τα τρία αέρια της ισορροπίας, στους θοC. Να υπολογιστούν, i. οι αρχικές ποσότητες από τα αέρια Α2 και Β2 και ii. οι ποσότητες των τριών αερίων στη χημική ισορροπία. γ) Σε τρίτο δοχείο (Δ3) βρίσκονται σε ισορροπία α mol ΑΒx, β mol Α2 και γ mol Β2 και ισχύει: α + β + γ < 6, στους θοC. Μεταβάλλουμε τον όγκο του δοχείου, υπό σταθερή θερμοκρασία και παρατηρούμε ότι στη νέα χημική ισορροπία συνυπάρχουν 2 mol ΑΒx(g), 2 mol Α2(g) και 2 mol Β2(g). i. Nα εξηγήσετε το είδος της μεταβολής στον όγκο του δοχείου (αύξηση ή μείωση). ii. Nα υπολογίσετε τον τελικό όγκο του δοχείου. δ) Στο δοχείο (Δ3) στο οποίο συνυπάρχουν σε ισορροπία 2 mol ΑΒx(g), 2 mol Α2(g) και 2 mol Β2(g), αυξάνουμε τη θερμοκρασία, υπό σταθερό όγκο και παρατηρούμε ότι στη νέα χημική ισορροπία ισχύει: nολ = 6,5 mol. Nα εξηγήσετε αν η διάσπαση του ΑΒx(g) είναι ενδόθερμη ή εξώθερμη. Ε1.145. Υδατικό διάλυμα έχει όγκο 1 L και περιέχει [V3+] = [Cr2+] = 0,01 M και [V2+] = [Cr3+] = 0,27 M. Στο διάλυμα αυτό έχει αποκατασταθεί η ισορροπία:

V3+(aq) + Cr2+(aq)

V2+(aq) + Cr3+(aq)

α) Να εξηγήσετε γιατί η παραπάνω αντίδραση είναι οξειδοαναγωγική και να σημειώσετε ποιο είναι το οξειδωτικό σώμα και ποιο το αναγωγικό. β) Να υπολογίσετε τη σταθερά Κc της ισορροπίας. γ) Στο παραπάνω διάλυμα ισορροπίας προσθέτουμε επιπλέον ίσες ποσότητες (σε mol) από τα ιόντα V3+ και Cr2+ και στη νέα χημική ισορροπία ισχύει: [V2+] = [Cr3+] = 0,3 M. Να υπολογιστεί η ποσότητα από τα ιόντα V3+ και Cr2+ που προστέθηκαν επιπλέον. Ε1.146. Σε δοχείο εισάγονται ποσότητες NO(g) και Br2(g) στους θοC, οπότε με την πάροδο του χρόνου αποκαθίσταται η ισορροπία: 2NO(g) + Br2(g) 2NOBr(g) , Kc = 3 Στην κατάσταση της χημικής ισορροπίας βρέθηκαν 0,4 mol NO, 0,2 mol Br2 και 0,1 mol NOBr. α) Να υπολογιστούν: i. οι αρχικές ποσότητες των NO(g) και Br2(g) και ii. ο όγκος του δοχείου. β) Μεταβάλλουμε τον όγκο του δοχείου, υπό σταθερή θερμοκρασία, οπότε στη νέα χημική ισορροπία βρέθηκαν 0,25 mol NOΒr. Nα υπολογιστεί ο νέος όγκος του δοχείου. γ) Στο δοχείο της αρχικής χημικής ισορροπίας (με τον αρχικό όγκο του δοχείου) προσθέτουμε επιπλέον λ mol Br2, υπό σταθερή θερμοκρασία και στη νέα ισορροπία προσδιορίστηκαν 0,25 mol NOΒr. Να υπολογιστεί η τιμή του λ. δ) Μειώνουμε τη θερμοκρασία στο δοχείο της αρχικής χημικής ισορροπίας (με τον αρχικό όγκο του δοχείου) και στη

νέα ισορροπία βρέθηκαν 0,25 mol NOΒr. i. Nα εξηγήσετε αν η αντίδραση προς τα δεξιά είναι ενδόθερμη ή εξώθερμη. ii. Να υπολογίσετε την τιμή της Kc στη νέα θερμοκρασία.

ΣΥΝΔΥΑΣΤΙΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Ε1.147. Σε δοχείο όγκου V που βρίσκεται σε περιβάλλον θερμοκρασίας θοC, εισάγονται 3 mol H2(g) και 3 mol I2(g), οπότε αποκαθίσταται η χημική ισορροπία: H2(g) + I2(g) 2HI(g) (1) Όλη η παραγόμενη ποσότητα ΗΙ(g) διαλύεται σε νερό και σχηματίζεται διάλυμα (Δ1) όγκου 1 L. 25 mL από το διάλυμα αυτό αραιώνεται με νερό και προκύπτει νέο διάλυμα (Δ2) όγκου 1 L. 100 mL από το Δ2 εξουδετερώνονται με διάλυμα ΝΗ3 0,025 Μ και προκύπτουν 500 mL διαλύματος άλατος (διάλυμα Δ3) με pH = 5,5.

Nα υπολογιστούν: α) Η συγκέντρωση (c1) του Δ1. β) Η σταθερά (Κc) της ισορροπίας (1). γ) Η σταθερά ιοντισμού (Κb) της ΝΗ3, στους 25οC. Όλα τα διαλύματα έχουν θ=25οC, όπου Kw = 10−14 και ισχύουν οι κατάλληλες προσεγγίσεις. Ε1.148. Ποσότητα μεταλλικού Cu μάζας 38,1 g αντιδρά πλήρως με πυκνό διάλυμα H2SO4 και συμβαίνει η αντίδραση (χωρίς συντελεστές): Cu(s) + H2SO4(aq) → CuSO4(aq) + SO2(g) + H2O(ℓ) (1) Όλη η ποσότητα του παραγόμενου SO2(g) καθώς και 0,4 mol O2(g) εισάγονται σε δοχείο όγκου 1 L, στους θοC και αποκαθίσταται η ισορροπία: 2SO2(g) + Ο2(g) 2SO3(g) (2) Όλη η παραγόμενη ποσότητα SO3(g) διαλύεται πλήρως σε νερό και πραγματοποιείται η αντίδραση: SO3(g) + Η2Ο(ℓ) → Η2SO4(aq) (3) Σχηματίζεται έτσι διάλυμα (Δ1) όγκου 1 L. 100 mL από το διάλυμα αυτό αραιώνονται με νερό και προκύπτει νέο διάλυμα (Δ2) όγκου 1 L. 100 mL από το διάλυμα Δ2 εξουδετερώνονται ακριβώς με διάλυμα ΝΗ3 και προκύπτει διάλυμα (Δ3) άλατος όγκου 400 mL και συγκέντρωσης 0,01 Μ. α) Να εξηγήσετε αν οι αντιδράσεις (1), (2) και (3) είναι ή όχι οξειδοαναγωγικές και να εισάγετε τους κατάλληλους συντελεστές στην αντίδραση (1). β) Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ3. γ) Να υπολογίσετε τη σταθερά ισορροπίας της αντίδρασης (2) στους θοC. Κb(ΝΗ3) = 2·10−5. θ=25οC, όπου Kw = 10−14. Iσχύουν οι σχετικές προσεγγίσεις. Η υδρόλυση των ιόντων SO42− να θεωρηθεί αμελητέα. Ε1.149. Σε δοχείο 1 L εισάγονται 0,4 mol N2 και 1 mol H2, στους θοC και αποκαθίσταται η ισορροπία: N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) (1) Όλη η ποσότητα της NH3 που έχει σχηματιστεί στη χημική ισορροπία διαλύεται πλήρως σε νερό και προκύπτει διάλυμα (Δ1) όγκου 1 L. 125 mL από το διάλυμα αυτό αραιώνονται με νερό και προκύπτει νέο διάλυμα (Δ2), όγκου 1 L, με pH = 11. Ποσότητα από το διάλυμα Δ2 όγκου 100 mL αντιδρά πλήρως με διάλυμα HCl και σχηματίζεται

205

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

διάλυμα (Δ3) όγκου 250 mL με pH = 5,5. Nα υπολογιστούν: α) Η σταθερά ιοντισμού (Kb) της ΝΗ3 στους 25oC. β) Η σταθερά (Kc) της ισορροπίας (1), στους θοC. Όλα τα διαλύματα έχουν θερμοκρασία 25οC, όπου Kw = 10−14. Να θεωρήσετε τις κατάλληλες προσεγγίσεις. Ε1.150. Η ισορροπία, Η2(g) + F2(g) 2HF(g), έχει Kc = 625, στους θοC. Σε ένα δοχείο όγκου V, στους θοC, εισάγονται ισομοριακές ποσότητες Η2(g) και F2(g) και αποκαθίσταται η παραπάνω χημική ισορροπία. Όλη η ποσότητα του HF που έχει σχηματιστεί στην ισορροπία διαλύεται σε νερό και σχηματίζεται διάλυμα (Δ1) όγκου 5 L. 7 mL από το διάλυμα Δ1 αραιώνονται με νερό και σχηματίζεται διάλυμα (Δ2) όγκου 1 L στο οποίο ισχύει: [Η3Ο+] = 2·10−3 Μ. Σε όλη την ποσότητα του Δ2 διαλύουμε πλήρως 156,8 mL NH3(g), μετρημένα σε stp, και προκύπτει νέο διάλυμα (Δ3) όγκου 1 L.. α) Να υπολογιστούν οι ποσότητες από το Η2(g) και το F2(g) που είχαν εισαχθεί αρχικά στο δοχείο όγκου V. β) Να εξετάσετε αν το διάλυμα Δ3 έχει pH όξινο, βασικό ή ουδέτερο. Κa(HF) = 8·10−4, Kb(NH3) = 2·10−5, Kw = 10−14. Όλα τα διαλύματα έχουν θ = 25οC. Ε1.151. Ποσότητα διαλύματος ΝΗ3 όγκου 800 mL ΝΗ3 αντιδρά πλήρως με Cl2, σύμφωνα με την αντίδραση (χωρίς συντελεστές): ΝΗ3 + Cl2 → Ν2 + ΝΗ4Cl. α) Να συμπληρώσετε την παραπάνω αντίδραση με τους κατάλληλους συντελεστές. β) Αν από την παραπάνω αντίδραση παρατηρήθηκε ο σχηματισμός 2,24 L αερίου προϊόντος, μετρημένα σε STP, να υπολογιστεί η συγκέντρωση του αρχικού διαλύματος σε NH3. γ) 50 mL από το διάλυμα της NH3 αραιώνεται με νερό και προκύπτει διάλυμα 500 mL με pH = 11 και θ=25οC. Nα υπολογιστεί η σταθερά ιοντισμού της NH3 στους 25οC καθώς και ο βαθμός ιοντισμού της ΝΗ3 στο αραιωμένο διάλυμα. Να θεωρήσετε τις σχετικές προσεγγίσεις. Κw = 10−14. Ε1.152. Αέριο μείγμα που αποτελείται από 3 mol Cl2(g) και 3 mol H2O(g) εισάγεται σε δοχείο όγκου V = 1 L, σε θερμοκρασία θοC, οπότε με την πάροδο του χρόνου αποκαθίσταται η ισορροπία (χωρίς συντελεστές):

Cl2(g) + H2O(g)

ΗCl(g) + O2(g) (1)

Όλη η ποσότητα του HCl στη χημική ισορροπία διαλύεται πλήρως σε νερό και σχηματίζεται διάλυμα (Δ1) όγκου 1 L. 50 mL από το Δ1 αραιώνονται με νερό και προκύπτει διάλυμα (Δ2) όγκου 500 mL με pH = 1. Άλλα 100 mL από το Δ1 αντιδρούν πλήρως με διάλυμα CH3NH2 και σχηματίζεται διάλυμα (Δ3) όγκου 1 L με pH = 5,5. α) Να εξετάσετε αν η αντίδραση (1) είναι οξειδοαναγωγική και να τη συμπληρώσετε με τους συντελεστές της. β) Να υπολογίσετε τη σταθερά Κc της ισορροπίας (1). γ) Να υπολογίσετε τη σταθερά ιοντισμού Κb της CH3NH2. Όλα τα υδατικά διαλύματα βρίσκονται στους 25 οC και σε

206

αυτά μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τις κατάλληλες προσεγγίσεις. Κw = 10−14. Ε1.153. Ποσότητα NH4Cl(s) εισάγεται σε δοχείο όγκου 1 L και θερμαίνεται στους θoC, οπότε αποκαθίσταται η ετερογενής ισορροπία: NH4Cl(s) NH3(g) + HCl(g) , ΔΗ > 0 Η σταθερά της παραπάνω ισορροπίας έχει τιμή Κc = 4·10−4 στους θoC. α) Να εξηγήσετε πως θα μεταβληθεί η θέση της ισορροπίας καθώς και η τιμή της σταθεράς Kc, i. με προσθήκη επιπλέον ποσότητας NH4Cl(s), ii. με μείωση του όγκου του δοχείου, υπό σταθερή θερμοκρασία και iii. με αύξηση της θερμοκρασίας, υπό σταθερό όγκο. β) Όλη η ποσότητα του αερίου μείγματος της χημικής ισορροπίας διαλύεται πλήρως σε νερό σχηματίζοντας διάλυμα (Δ) όγκου 1 L. Ποιο το pH του διαλύματος (Δ) στους 25οC; γ) Σε 500 mL του διαλύματος (Δ), πόσα mL νερού πρέπει να προσθέσουμε, ώστε το pH του διαλύματος να μεταβληθεί κατά 0,5; δ) Στα υπόλοιπα 500 mL του διαλύματος (Δ), πόσα mol Ca(OH)2(s) πρέπει να προστεθούν, χωρίς μεταβολή όγκου, ώστε το pH να μεταβληθεί κατά 3,5; Για την ΝΗ3, Κb = 2·10−5. Τα διαλύματα έχουν θ=25οC, όπου Κw = 10−14. Να θεωρηθούν οι κατάλληλες προσεγγίσεις. Ε1.154. Ποσότητα ΚCl αντιδρά πλήρως με 500 mL διαλύματος K2Cr2O7 οξινισμένου με H2SO4, σύμφωνα με την εξίσωση (χωρίς συντελεστές):

ΚCl + K2Cr2O7 + H2SO4 → Cl2 + A + B + H2O α) Nα συμπληρώσετε την εξίσωση με τα σώματα που λείπουν καθώς και με τους κατάλληλους συντελεστές (μικρότεροι δυνατοί ακέραιοι αριθμοί). β) Η παραπάνω αντίδραση έχει ως αποτέλεσμα την παραγωγή 6,72 L αερίου Cl2, μετρημένα σε STP. Να υπολογίσετε την συγκέντρωση του διαλύματος K2Cr2O7. γ) Όλη η παραγόμενη ποσότητα του Cl 2 από την παραπάνω ισορροπία (6,72 L, σε STP) διαβιβάζεται μαζί με ισομοριακή ποσότητα Η2 σε δοχείο σταθερού όγκου 1 L (χρονική στιγμή t = 0), οπότε την χρονική στιγμή t 1 αποκαθίσταται η ισορροπία: Η2(g) + Cl2(g) 2ΗCl(g), Κc = 0,25 στους θ1οC. Να υπολογίσετε την απόδοση της αντίδρασης. δ) Το μείγμα ισορροπίας θερμαίνεται σε θερμοκρασία θ2οC (θ2 > θ1), οπότε τη χρονική στιγμή t2 αποκαθίσταται νέα χημική ισορροπία στην οποία η ποσότητα του HCl είναι 0,1 mol. Να υπολογίσετε την τιμή της σταθεράς ισορροπίας στους θ2οC και να εξηγήσετε αν η αντίδραση με κατεύθυνση προς τα δεξιά είναι ενδόθερμη ή εξώθερμη. ε) Όλη η παραγόμενη ποσότητα HCl (0,1 mol) διαλύεται στο νερό και προκύπτει διάλυμα (Δ1) όγκου 1 L. i. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ1. ii. Με ποια αναλογία όγκων πρέπει να αναμείξουμε το διάλυμα Δ1 με ένα διάλυμα Βa(ΟΗ)2 (Δ2) με pH = 13, ώστε να προκύψει διάλυμα Δ3 με pH = 7 (25 οC);

E1 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΓΕΝΙΚΟΥ ΜΕΡΟΥΣ

Ε1.155. Αέριο μίγμα αποτελείται από Ν2 και Η2 σε αναλογία mol 1 : 4, αντίστοιχα. Το μίγμα εισάγεται σε δοχείο όγκου V1 = 5 L και θερμαίνεται σε κατάλληλη θερμοκρασία, παρουσία καταλύτη, οπότε αποκαθίσταται η χημική ισορροπία (1): Ν2(g) + 3Η2(g) 2ΝΗ3(g) (1) Βρέθηκε ότι στη χημική ισορροπία τα mol της σχηματιζόμενης NH3 είναι διπλάσια από τα mol του Ν2 που δεν αντέδρασαν. Δ1. Να υπολογιστεί η απόδοση της αντίδρασης (1). Όλη η ποσότητα της NH3 στη χημική ισορροπία διαλύεται πλήρως σε νερό και σχηματίζεται διάλυμα (Δ1) όγκου 1 L. Ποσότητα από το διάλυμα αυτό, όγκου 25 mL, αραιώνεται με νερό και σχηματίζεται διάλυμα (Δ2) όγκου 100 mL. 40 mL από το διάλυμα Δ2 εξουδετερώνεται ακριβώς με διά-

λυμα HCl και προκύπτει διάλυμα άλατος όγκου 100 mL με pH = 5. Δ2. Να υπολογιστεί η τιμή της σταθεράς Κc της ισορροπίας (1). Στο δοχείο της αρχικής ισορροπίας (1) εισάγουμε 3 mol N2 επιπλέον και ταυτόχρονα μεταβάλλουμε τον όγκο του δοχείου, υπό σταθερή θερμοκρασία. Παρατηρούμε ότι οι ποσότητες όλων των συστατικών της ισορροπίας δεν μεταβάλλονται καθόλου με την πάροδο του χρόνου. Δ3. α) Nα εξηγήσετε το είδος της μεταβολής στον όγκο του δοχείου (αύξηση ή μείωση). β) Να υπολογίσετε το νέο όγκο του δοχείου (V2). Κb(ΝΗ3)= 2·10−5. Όλα τα διαλύματα έχουν θ=25οC, όπου Κw = 10−14. Να θεωρήσετε τις κατάλληλες προσεγγίσεις.

……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………..… ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………..……… ……………………………………………………………………………………………………………………………..…… ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

207

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………..… ……………………………………………………………………………………………………………………………………..… ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………..… ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………..… ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………..… ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

208

Ε2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5

ΕΠΙΣΗΜΑΝΣΕΙΣ ΘΕΩΡΙΑΣ Ηλεκτρολυτική διάσταση στις ιοντικές ενώσεις είναι η απομάκρυνση των ιόντων του κρυσταλλικού πλέγματος. Ιοντισμός μιας ομοιοπολικής ένωσης είναι η αντίδραση των μορίων αυτής με τα μόρια του διαλύτη (π.χ. νερού) προς σχηματισμό ιόντων. Θεωρία Arrhenius: Οξέα είναι οι υδρογονούχες ενώσεις που όταν διαλυθούν στο νερό δίνουν Η+. Βάσεις είναι οι ενώσεις που όταν διαλυθούν στο νερό δίνουν ΟΗ−. Θεωρία Brönsted - Lowry: Οξύ είναι η ουσία που μπορεί να δώσει ένα ή περισσότερα πρωτόνια. Βάση είναι η ουσία που μπορεί να δεχτεί ένα ή περισσότερα πρωτόνια. Αμφιπρωτικές ουσίες ή αμφολύτες: Ουσίες, όπως το νερό, το HCO3− κτλ., που άλλοτε δρουν ως οξέα και άλλοτε ως βάσεις, ανάλογα με την ουσία με την οποία αντιδρούν.

του ασθενούς ηλεκτρολύτη προς τα αριστερά, σύμφωνα με την αρχή Le Chatelier. Ρυθμιστικά διαλύματα ονομάζονται διαλύματα των οποίων το pH παραμείνει πρακτικά σταθερό, όταν προστεθεί μικρή αλλά υπολογίσιμη ποσότητα ισχυρών οξέων ή βάσεων. Επίσης μπορούν μέσα σε όρια να αραιωθούν, χωρίς να μεταβληθεί το pH τους. Τα διαλύματα αυτά περιέχουν ένα ασθενές οξύ και τη συζυγή του βάση (ΗΑ / Α−) ή μια ασθενή βάση και το συζυγές της οξύ (Β / ΒΗ+). Δείκτες οξέων ή βάσεων ή ηλεκτρολυτικοί ή πρωτολυτικοί δείκτες είναι ουσίες των οποίων το χρώμα αλλάζει ανάλογα με το pH του διαλύματος στο οποίο προστίθενται. Ογκομέτρηση είναι η διαδικασία ποσοτικού προσδιορισμού μιας ουσίας με τη μέτρηση του όγκου διαλύματος γνωστής συγκέντρωσης (πρότυπου διαλύματος) που απαιτείται για την πλήρη αντίδραση με την ουσία.

Βαθμός ιοντισμού ενός ηλεκτρολύτη (α) ορίζεται ως το πηλίκο του αριθμού των mol που ιοντίζονται προς το συνολικό αριθμό των mol του ηλεκτρολύτη και εκφράζει την απόδοση της αντίδρασης ιοντισμού του ηλεκτρολύτη στο διαλύτη (νερό).

Η οξυμετρία είναι ο κλάδος της ογκομετρίας που υπολογίζει τη συγκέντρωση μιας βάσης με πρότυπο διάλυμα οξέος. Αλκαλιμετρία έχουμε όταν ογκομετρείται ένα οξύ με πρότυπο διάλυμα βάσης.

Επίδραση κοινού ιόντος έχουμε όταν σε διάλυμα ασθενούς ηλεκτρολύτη προσθέσουμε άλλο ηλεκτρολύτη (συνήθως ισχυρό) που να έχει κοινό ιόν με τον ασθενή ηλεκτρολύτη. Στην περίπτωση αυτή ο βαθμός ιοντισμού μειώνεται, λόγω μετατόπισης της ισορροπίας ιοντισμού

Ισοδύναμο σημείο είναι το σημείο της ογκομέτρησης, όπου έχει αντιδράσει πλήρως η ουσία (στοιχειομετρικά) με ορισμένη ποσότητα του πρότυπου διαλύματος. Τελικό σημείο ή πέρας ογκομέτρησης ονομάζεται το σημείο όπου παρατηρείται χρωματική αλλαγή του δείκτη στο ογκομετρούμενο διάλυμα.

209

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

ΓΕΝΙΚΗ ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΩΝ Περίπτωση 1: Διάλυμα ισχυρού οξέος ή ισχυρής βάσης Α. Διάλυμα ισχυρού οξέος Τα οξέα είναι ομοιοπολικές ενώσεις (ιοντισμός). Ο βαθμός ιοντισμού α των ισχυρών οξέων είναι α = 1 και δεν επηρεάζεται με την αραίωση.

Β. Διάλυμα ισχυρής βάσης Οι ισχυρές βάσεις είναι, γενικά, ιοντικές ενώσεις (α = 1, διάσταση).

→

→

[Ca2+] = c, [OH−] = 2c.

[Α] = c, [Η3Ο+] = c, pH = −logc

Περίπτωση 2: Διάλυμα ασθενούς οξέος ή ασθενούς βάσης Α. Ασθενή οξέα

Ka =

Β. Ασθενείς βάσεις

α2 .C [H3O+ ]2 = 1 – α c – [H3O+ ]

Kb =

Προσεγγίσεις: c ‒ x ≈ c, 1 − α ≈ 1

α2 .C [OH – ]2 = 1 – α c – [OH – ]

Προσεγγίσεις: c ‒ x ≈ c, 1 − α ≈ 1

+ 2

K a = α 2 ·c =

[H3O ] c

Kb = α 2 ·c =

[OH – ]2 c

Γ. Διπρωτικά οξέα

→

Προσεγγίσεις: c ‒ x ≈ c, x – y ≈ x.

[H2S] ≈ c, [HS−] = x – y ≈ x, [H3O+] ≈ x + y ≈ x, [S2−] = y

[H2SO4] = 0 (ισχυρό οξύ στον 1o ιοντισμό), [HSO4−] = c – x < c, [H3O+] ≈ c + x > c, [SO42−] = x. Δεν ισχύουν οι προσεγγίσεις!

Περίπτωση 3: Αραίωση διαλυμάτων οξέων και βάσεων Για τις συγκεντρώσεις, πριν και μετά την αραίωση, ισχύουν οι σχέσεις: c1·V1 = c2·V2 και V2 = V1 + V(H2O), όπου c1, c2 οι συγκεντρώσεις πριν και μετά την αραίωση, V1, V2 οι όγκοι των διαλυμάτων πριν και μετά την αραίωση και V(H2O) ο όγκος του νερού που προστέθηκε. Με την αραίωση διαλύματος οξέος ή βάσης έχουμε τις εξής μεταβολές, ανάλογα με το αν ο ηλεκτρολύτης είναι ισχυρός ή ασθενής:

210

ΗΑ: Ισχυρό οξύ

ΗΑ: Ασθενές οξύ

α = 1 (σταθερό)

α

[Η3Ο+] 

[Η3Ο+] 

pH 

pH 

n (Η3Ο+) σταθερά

n (Η3Ο+) 

Με την αραίωση ενός διαλύματος ασθενούς οξέος ή ασθενούς βάσης οι τιμές των σταθερών Κa και Κb δε μεταβάλλονται (υπό σταθερή θερμοκρασία). n(Η3Ο+) = [Η3Ο+]·V n(ΟΗ−) = [ΟΗ−]·V

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 5ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

Ισχυρή βάση

Ασθενής βάση

α = 1 (σταθερό)

α

[ΟΗ] 

[ΟΗ] 

pH 

pH 

n (ΟΗ–): σταθερά

n (ΟΗ) 

Περίπτωση 4: Συγκρίσεις ισχύος οξέων (ή βάσεων) Ισχυρό οξύ

Ασθενές οξύ

α=1

α<1

Με την αραίωση δεν αλλάζει ο βαθμός ιοντισμού (α = 1)

Με την αραίωση ο βαθμός ιοντισμού αυξάνεται (νόμος αραίωσης Ostwald)

Με την αραίωση κατά 10 φορές το pH αυξάνεται κατά 1 (θέλει απόδειξη)

Με την αραίωση κατά 10 φορές το pH αυξάνεται κατά λιγότερο από 1 (θέλει απόδειξη)

Με την αραίωση δε μεταβάλλονται τα mol των Η3Ο+ (θέλει απόδειξη)

Με την αραίωση αυξάνονται τα mol των Η3Ο+ (θέλει απόδειξη)

Η σύγκριση της ισχύος δύο ασθενών οξέων (ή δύο ασθενών βάσεων) γίνεται μέσω της Ka (ή της Kb). Περίπτωση 5: Διάλυμα άλατος. Τα άλατα είναι ιοντικές ενώσεις (διάσταση). Α. Άλας του οποίου κανένα από τα ιόντα δεν υδρολύεται. Π.χ. NaCl, KNO3, MgBr2 ή πιο γενικά ΝaA (HA ισχυρό οξύ):

→ B. Άλας του οποίου μόνο το ανιόν υδρολύεται. Η περίπτωση αυτή ανάγεται σε διάλυμα ασθενούς βάσης. Π.χ. διαλύματα CH3COONa, NaCN, NaNO2 (γενικά NaA, HA ασθενές οξύ).

→

Γ. Άλας του οποίου μόνο το κατιόν υδρολύεται. Η περίπτωση αυτή ανάγεται σε διάλυμα ασθενούς οξέος, π.χ. ΝH4Cl, CH3NH3Br.

→

Δ. Άλας του οποίου και το κατιόν και το ανιόν υδρολύονται. Π.χ. CH3COOΝH4, NH4CN κτλ.

211

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

→

Kb (CH3COO) =

Kw Kw , K2 = Ka (NH4+) = K a (CH 3 COOH) K b (NH 3 )

ΠΕΡΙΠΤΩΣΕΙΣ  Αν Kb (CH3COO) > Ka (NH4+)  pH > 7 

Αν Kb (CH3COO) = Ka (NH4+)  pH = 7



Αν Kb (CH3COO) < Ka (NH4+)  pH < 7

Περίπτωση 6: Επίδραση κοινού ιόντος (Ε.Κ.Ι.) Α. Ασθενές οξύ (ΗΑ) + ισχυρό οξύ (π.χ. ΗCl, HNO3 κτλ.)

Με την προσθήκη ισχυρού οξέος σε διάλυμα ασθενούς οξέος ΗΑ (ΔV = 0): αΗΑ ↓, pH ↓, [A] ↓

→ Αν ισχύουν οι προσεγγίσεις: c1 – x  c1, c2 + x  c2, θα ισχύει:

Ka(CH3COOH) 

x  c2 , pH = −logc2 c1

Με ανάλογο τρόπο εργαζόμαστε και στην περίπτωση διαλύματος που περιέχει ασθενή βάση και ισχυρή βάση:

→

B. Διάλυμα που περιέχει το ασθενές οξύ ΗΑ και άλας του ΝaA. Στην περίπτωση αυτή έχουμε ρυθμιστικό διάλυμα. Με την προσθήκη NaA (ΔV = 0): α , pH , [A] .

→

Ka 

x  (c 2  x) x , α = , pH = −logx c1  x c1

Αν ισχύουν οι προσεγγίσεις: K a 

x  c2 c1

Με ανάλογο τρόπο εργαζόμαστε και στην περίπτωση διαλύματος που περιέχει ασθενή βάση και το άλας της (ρυθμιστικό διάλυμα):

212

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 5ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

→

Γ. Διάλυμα που περιέχει ασθενές οξύ ΗΑ και ασθενές οξύ ΗΒ [A] = x [HA] = c1 ‒ x [H3O+] = x + y [HB] = c2 ‒ y [B] = y Ανάλογα εργαζόμαστε και στην περίπτωση διαλύματος δύο ασθενών βάσεων Β και Γ (π.χ. ΝΗ3 και CH3NH2).

K a1 

x  (x  y) y  (x  y) , K a2  , pH   log(x  y) c2  y c1  x ,

Αν ισχύουν οι προσεγγίσεις: Ka1 

x  (x  y) y  (x  y) , K a2  c1 c2

Δ. Περίπτωση διαλύματος που περιέχει ισχυρό οξύ ΗΑ και άλας ΒΗA (ή και άλας με άλλο ανιόν, αρκεί να προέρχεται από ισχυρό οξύ), π.χ. NH4Cl/HNO3. Στην περίπτωση αυτή εργαζόμαστε, όπως στην περίπτωση Α, γιατί: [Cl] = c1 [NH4+] = c1 ‒ x [H3O+] = c2 + x [NH3] = x [NO3] = c2 Αν ισχύουν οι προσεγγίσεις: [NH4+] ≈ c1, [H3O+] ≈ c2.

→

→

Για τo συζυγές οξύ: K a (NH4  ) 

Kw Kb (NH3 )

Ανάλογα εργαζόμαστε και στην περίπτωση διαλύματος που περιέχει άλας ΝaA (ΗΑ ασθενές οξύ) και ισχυρή βάση, π.χ. ΝaOH. E. Περίπτωση διαλύματος δύο αλάτων που και στα δύο υδρολύεται (μόνο) το κατιόν. Π.χ. NH4Cl και CH3NH3Βr:

→ [Br] = c1 [NH4+] = c2 ‒ y [CH3NH3+] = c1 ‒ x [H3O+] = y + x [NH3] = y [Cl–] = c2

→

213

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Kw Kw y  (x  y) x  (x  y) , K a (NH4  )    K b (NH3 ) K b (CH3NH2 ) c2  y c1  x

K a (CH3NH3  ) 

Αν ισχύουν οι προσεγγίσεις:

K a (CH3NH3  ) 

y  (x  y) x  (x  y) , K a (NH4  )  , pH = −log (x + y) c2 c1

Περίπτωση 7: Αντίδραση εξουδετέρωσης Α. Ισχυρό οξύ + ισχυρή βάση. Π.χ.:

NaOH + HCl → NaCl + H2O Ca(OH)2 + 2HΝΟ3 → Ca(ΝΟ3)2 + 2H2O Παράδειγμα: Περίσσεια βάσης Έστω ότι σε διάλυμα Ca(OH)2 που περιέχει nβ mol προσθέτουμε no mol HCl και ισχύει: nβ > nο/2, ώστε να έχουμε περίσσεια βάσης: mol

Ca(OH)2 + 2HCl → CaCl2 + 2H2O

Αρχικά

nβ

n0

Μεταβολές

‒n0/2

‒n0

Τελικά

nβ ‒ n0/2

—

Το τελικό pH υπολογίζεται από τη συγκέντρωση (cπ) της περίσσειας του Ca(OH)2:

Ca(OH)2 → Ca2+ + 2OH− cπ cπ 2cπ Β. Ασθενές οξύ + ισχυρή βάση mol

ΗΑ + ΝaOH → NaA + H2O

Αρχικά 

nο

nβ

Αν no = nβ  μόνο NaA  Περίπτωση 5Β (no ‒ nβ) mol HA



Αν no > nβ

 nβ mol NaA (nβ ‒ nο) mol NaOH



Αν no < nβ  no mol NaA

Στην περίπτωση που no > nβ έχουμε σχηματισμό ρυθμιστικού διαλύματος (εξίσωση Henderson Hasselbalch). Προσοχή! Για την εύρεση των τελικών συγκεντρώσεων διαιρώ με τον τελικό όγκο. Αν no < nβ έχουμε επίδραση κοινού ιόντος (περίπτωση 6Δ).

Γ. Ασθενής βάση + ισχυρό οξύ mol

ΝΗ3 + ΗΝΟ3 → ΝΗ4ΝΟ3

Αρχικά

nβ



214

Αν no = nβ

nο 

μόνο ΝΗ4NO3

Αν no = nβ, περίπτωση 5Γ

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 5ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

(no ‒ nβ) mol HΝΟ3 Αν no > nβ έχουμε επίδραση κοινού ιόντος. Περίπτωση 6Δ.



Αν no > nβ  nβ mol ΝΗ4NO3 (nβ ‒ nο) mol ΝΗ3



Αν no < nβ

 no mol ΝΗ4NO3

Περίπτωση 8: Αντιδράσεις «διπλής αντικατάστασης» Α. Άλας ΝaA (HA ασθενές οξύ) + ισχυρό οξύ



mol

ΝaA + HCl → HA + NaCl

Αρχικά

n1

n2

Αν n1 = n2  μόνο HA  Περίπτωση 2Α n2 mol HA

Αν n1 > n2 έχουμε σχηματισμό ρυθμιστικού διαλύματος (εξίσωση HendersonHasselbalch). Αν n1 < n2 έχουμε Ε.Κ.Ι, αλλά όχι ρυθμιστικό διάλυμα.



Αν n1 > n2

 (n1 – n2) mol NaA (n2 – n1) mol HCl



Αν n1 < n2

 n1 mol HA

B. Άλας BHCl (B ασθενής βάση) + ισχυρή βάση mol

NH4Cl + NaOH → NH3 + NaCl + H2O

Αρχικά  Αν n1 > n2 έχουμε σχηματισμό ρυθμιστικού διαλύματος (εξίσωση Henderson-Hasselbalch).

n1

n2

Αν n1 = n2  μόνο ΝΗ3  Περίπτωση 2B n2 mol ΝΗ3



Αν n1 > n2

 (n1 – n2) mol ΝΗ4Cl (n2 – n1) mol NaOH



Αν n1 < n2

 n1 mol ΝΗ3

Περίπτωση 9: Οργανικές αντιδράσεις α) mol Αρχικά

2RCOOH + Na2CO3 → 2RCOONa + CO2 + H2O n1

n2

Μετά την πλήρη απομάκρυνση του CO2 θα εξετάσουμε τις εξής περιπτώσεις:  n1 = 2n2 (στο διάλυμα απομένει μόνο RCOONa)  n1 > 2n2

215

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

mol Αρχικά

2RCOOH + Na2CO3 → 2RCOONa + CO2 + H2O n1

n2

Μεταβολές

‒2n2

‒n2

2n2

n2

Τελικά

n1 ‒ 2n2

—

2n2

n2

Απομένει η περίσσεια του RCOOH και η παραγόμενη ποσότητα RCOONa (ρυθμιστικό διάλυμα). β) mol Αρχικά

2RCOOH + 2Na → 2RCOONa + H2 n1

n2

Μετά την απομάκρυνση του αερίου Η2 θα εξετάσουμε τις περιπτώσεις:  n1 = n2 (στο διάλυμα απομένει μόνο RCOONa)  n1 > n2 (ρυθμιστικό διάλυμα): mol

2RCOOH + 2Na → 2RCOONa + H2

Αρχικά

n1

n2

Μεταβολές

‒n2

‒n2

n2

n2/2

Τελικά

n1 ‒ n2

—

n2

n2/2

Περίπτωση 10: Πρωτολυτικοί δείκτες Θεωρητική περιοχή αλλαγής χρώματος: pKaHΔ − 1, pKaHΔ + 1, από το όξινο χρώμα (χρώμα μορίων ΗΔ) στο βασικό (χρώμα ιόντων Δ): pK HΔ

pH

0

14

όξινο χρώμα

pK HΔ -1

pK HΔ+1

KaHΔ 

βασικό χρώμα

[Δ ]  [Η3Ο ] [ΗΔ ]

Οι δείκτες χρησιμοποιούνται για τον καθορισμό του τελικού σημείου μιας ογκομέτρησης. Η επιλογή του καταλληλότερου δείκτη γίνεται με το σκεπτικό η περιοχή αλλαγής χρώματος να «περικλείει» το ισοδύναμο σημείο στην καμπύλη ογκομέτρησης, ώστε η διαφορά του τελικού σημείου από το ισοδύναμο να είναι όσο το δυνατό μικρότερη. Περίπτωση 11: Ογκομετρήσεις εξουδετέρωσης  Η συγκέντρωση του ογκομετρούμενου διαλύματος. Γράφουμε την εξίσωση της εξουδετέρωσης και εκτελούμε τους στοιχειομετρικούς υπολογισμούς με βάση τον όγκο που απαιτείται μέχρι το ισοδύναμο (τελικό) σημείο.

216

Οι δείκτες είναι σε πολύ μικρή συγκέντρωση, ώστε να μην επηρεάζουν το pH του διαλύματος στο οποίο προστίθενται (αλλάζουν μόνο το χρώμα του).

Δείκτης σε ρυθμιστικό διάλυμα. Και στην περίπτωση αυτή η συγκέντρωση των H3O+ ή των ΟΗ καθορίζεται από το ρυθμιστικό διάλυμα. Η συγκέντρωση των H3O+ που υπολογίζεται από το ρυθμιστικό διάλυμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί και στην έκφραση της σταθεράς ιοντισμού ΚaΗΔ του δείκτη.

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 5ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

 To pH στο ισοδύναμο σημείο Ογκομετρούμενο διάλυμα Πρότυπο

Στο ΙΣ

pH στο ΙΣ

ΗCl

NaOH

NaCl

ουδέτερο

NaOH

HCl

NaCl

ουδέτερο

CH3COOH

NaOH

CH3COONa

βασικό

NH3

HCl

NH4Cl

όξινο

 Το pH πριν από το ισοδύναμο σημείο Ογκομετρούμενο διάλυμα Πρότυπο Πριν το ΙΣ

pH

ΗCl

NaOH

Περ. HCl, NaCl

όξινο

NaOH

HCl

Περ. ΝaΟΗ, NaCl

βασικό

CH3COOH

NaOH

CH3COOH, CH3COONa

Ρ.Δ.

NH3

HCl

ΝH3/NH4Cl

Ρ.Δ.

 Το pH μετά το ισοδύναμο σημείο Ογκομετρούμενο διάλυμα Πρότυπο

Μετά το ΙΣ

pH

ΗCl

NaOH

Περ. ΝaΟΗ, NaCl

Βασικό.

NaOH

HCl

ΗCl, NaCl

Όξινο.

CH3COOH

NaOH

CH3COONa, NaOH (περ.)

Βασικό. Το pH καθορίζεται από την περίσσεια του NaOH

NH3

HCl

NH4Cl, HCl (περ.)

Όξινο. Το pH θα καθορίζεται από την περίσσεια του ΗCl.

ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΩΝ α) Αντιδράσεις εξουδετέρωσης ΗCl + NaOH → NaCl + H2O 2HNO3 + Ca(OH)2 → Ca(NO3)2 + 2H2O CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O 2CH3COOH + Μg(OH)2 → (CH3COO)2Mg + 2H2O RCOOH + NaOH → RCOOΝa + H2O (R: CνΗ2ν+1‒, ν ≥ 0) RCOOH + NH3 → RCOOΝH4 (R: CνΗ2ν+1‒, ν ≥ 0) HA + NaOH → NaA + H2O NH3 + HCl → NH4Cl 2NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4 CH3NH2 + HCl → CH3NH3Cl RΝΗ2 + ΗCl → RNH3Cl (R: CνΗ2ν+1‒, ν ≥ 1) RΝΗ2 + CH3COOH → RNH3(CH3COO) B + HNO3 → BHNO3 β) Αντιδράσεις διπλής αντικατάστασης CH3COONa + HCl → CH3COOH + NaCl NaA + HCl → HA + NaCl (HA: ασθενές οξύ) ΝΗ4Cl + NaOH → NH3 + H2O + NaCl 2ΝΗ4Cl + Ca(OH)2 → 2NH3 + 2 H2O + CaCl2 RNH3Cl + NaOH → RNH2 + H2O + NaCl (R: CνΗ2ν+1‒, ν ≥ 1)

217

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ

1. Διάλυμα NH4CN έχει θερμοκρασία 25οC και pH = 8,5. Από το δεδομένο αυτό συμπεραίνεται ότι για τις σταθερές ιοντισμού Κa, Kb, Ka΄, Kb΄ των ΝΗ4+, CΝ–, ΗCN και ΝΗ3, αντίστοιχα, θα ισχύει η σχέση: Α) Κa > Kb και Ka΄ < Kb΄ Β) Κa < Kb και Ka΄ < Kb΄ Γ) Κa < Kb < Ka΄ < Kb΄ Δ) Κa > Kb και Ka΄ > Kb΄ ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Το NH4CN διίσταται πλήρως στα ιόντα NH4+ και CN τα οποία υδρολύονται σύμφωνα με τις εξισώσεις:

Επειδή pH > 7, [OH] > [H3O+] και, άρα, η δεύτερη από τις παραπάνω ισορροπίες είναι περισσότερο μετατοπισμένη προς τα δεξιά, δηλαδή: Ka(NH4+) < Kb(CN), οπότε: Κa < Kb. Κ K Ka(NH4+) < Kb(CN), w > w , οπότε: Κb(NH3) > Ka(HCN) και άρα: Ka΄ < Kb΄. ΕKa Kb πομένως, σωστή επιλογή είναι η Β.

2. Να αιτιολογήσετε τις επόμενες προτάσεις: α) Το pH του χημικά καθαρού νερού στους 80°C είναι μικρότερο του 7. β) Κατά την αραίωση ρυθμιστικού διαλύματος σε σχετικά μικρά όρια, το pH του διατηρείται πρακτικά σταθερό. γ) To pH στο ισοδύναμο σημείο, κατά την ογκομέτρηση διαλύματος NH3 με πρότυπο διάλυμα HCl, είναι μικρότερο του 7. δ) Το pH διαλυμάτων ασθενών βάσεων μειώνεται με την αραίωσή τους. ε) Η συζυγής βάση του ΗCOOH (Ka = 10−4) είναι ασθενής βάση. στ) Σε αραιά υδατικά διαλύματα η συγκέντρωση του Η2Ο θεωρείται σταθερή και ίση με 55,5 Μ (για το Η2Ο, πυκνότητα ρ = 1 g·mL−1 και Μr = 18). ζ) Το χρώμα της όξινης μορφής ενός δείκτη επικρατεί όταν: pH < pKaHΔ − 1. η) Σε υδατικό διάλυμα H2SO4 0,1 M, ισχύει: 0,1 < [Η3Ο+] < 0,2 Μ. θ) Αν σε διάλυμα ασθενούς μονοπρωτικής βάσης Β, προσθέτουμε NaOH(s), χωρίς μεταβολή όγκου και θερμοκρασίας, ο βαθμός ιοντισμού της βάσης Β θα μειωθεί. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] ΑΠΑΝΤΗΣΗ

α) Στο χημικά καθαρό νερό ισχύει η ισορροπία: 2Η2Ο Η3Ο+ + ΟΗ−. Στην περίπτω+ − −7 ο ση αυτή θα έχουμε: [Η3Ο ] = [ΟΗ ] = 10 Μ (25 C). Ο ιοντισμός του νερού είναι ενδόθερμο φαινόμενο, με αποτέλεσμα με την αύξηση της θερμοκρασίας η ισορροπία να οδηγείται προς τα δεξιά (σύμφωνα με την αρχή Le Châtelier). Επομένως, στους 80οC θα ισχύει: [Η3Ο+] = [ΟΗ−] > 10−7 Μ. Άρα, θα ισχύει: pH (80oC) = −log[H3O+] < 7. β) Σε ένα ρυθμιστικό διάλυμα ισχύει η εξίσωση Henderson - Hasselbalch:

pH  pK a  log

218

cβ cο

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 5ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

Με την αραίωση του ρυθμιστικού διαλύματος ο λόγος cβ/cο διατηρείται σταθερός και επομένως το pH διατηρείται σταθερό. Η διατήρηση του pH δεν ισχύει για υπερβολικές αραιώσεις, οπότε δεν ισχύουν οι προσεγγίσεις. γ) Στο ισοδύναμο σημείο η ποσότητα της ΝΗ3 στο ογκομετρούμενο διάλυμα έχει αντιδράσει πλήρως με την ποσότητα του HCl στο πρότυπο διάλυμα:

→ Tο τελικό διάλυμα περιέχει μόνο ΝΗ4Cl, που βρίσκεται με τη μορφή των ιόντων του, από τα οποία το NH4+ υδρολύεται:

→

Η υδρόλυση παράγει Η3Ο+ και έτσι στο ισοδύναμο σημείο το διάλυμα θα εμφανίζεται όξινο. δ) Τα διαλύματα των ασθενών βάσεων είναι βασικά και το pH τους με την αραίωση τείνει προς το ουδέτερο, δηλαδή μειώνεται. Έτσι, σε ένα διάλυμα ασθενούς βάσης Β ισχύει:

Θεωρώντας την προσέγγιση c ‒ x ≈ c και την έκφραση της σταθεράς Kb, προκύπτει:

[ΟΗ−]2 = Κb·c. Από τη σχέση αυτή προκύπτει ότι με την αραίωση του διαλύματος η [ΟΗ−] μειώνεται και επομένως το διάλυμα γίνεται λιγότερο βασικό (το pH μειώνεται). ε) Το ΗCOOH είναι ασθενές οξύ με Ka = 10−4. Η συζυγής του βάση (ΗCOO−) είναι επίσης ασθενής καθόσον τα σωματίδια συμμετέχουν στην ισορροπία: Μάλιστα, η σταθερά Κb της βάσης ΗCOO− μπορεί να υπολογιστεί από τη σχέση Ka·Kb = Kw, που συνδέει τις σταθερές ιοντισμού ενός συζυγούς ζεύγους: Kb = Kw/Κa = 10−14/10−4 = 10−10 (25oC). στ) Στα αραιά υδατικά διαλύματα μπορούμε να θεωρήσουμε ότι σε 1 L διαλύματος περιέχονται 1000 g νερού (ρ = 1 g·mL−1, 25 oC). Έτσι, η [Η2Ο] μπορεί να υπολογιστεί ως εξής:

[H2O] 

n m / 18 ρ 1000 g/L     55,5 M V V 18 18 g/mol

ζ) Σε διάλυμα δείκτη ΗΔ το όξινο χρώμα επικρατεί όταν: Από την έκφραση της ΚaΗΔ, έχουμε:

[HΔ]  10 [Δ ]

[HΔ] [Η3Ο  ]   10 και άρα το όξινο χρώμα θα [Δ ] Κa

επικρατεί όταν: [Η3Ο+] > 10·KaΗΔ, log[Η3Ο+] > 1 + logΚaΗΔ, pH < pΚaΗΔ –1. η) To H2SO4 είναι διπρωτικό οξύ, ισχυρό οξύ στον 1ο ιοντισμό του, αλλά ασθενές στο 2ο:

219

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

→

Από τις εξισώσεις αυτές προκύπτει ότι: 0,1 < [Η3Ο+] = 0,1 + x < 0,2 M. θ) Με την προσθήκη του στερεού NaOH σε διάλυμα ασθενούς μονοπρωτικής βάσης Β έχουμε επίδραση κοινού ιόντος:

→ Έτσι, σύμφωνα με την αρχή Le Châtelier, η ισορροπία ιοντισμού της βάσης Β οδεύει προς τα αριστερά, με αποτέλεσμα ο βαθμός ιοντισμού της να μειωθεί.

3. Διαθέτουμε υδατικό διάλυμα (Δ) NH3 συγκέντρωσης c. α) i. Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις που περιγράφουν όλες τις ισορροπίες που πραγματοποιούνται στο διάλυμα Δ, καθώς και τα συζυγή ζεύγη οξέος - βάσης. ii. Θεωρώντας τις σχετικές προσεγγίσεις να δείξετε τη σχέση: [ΟΗ] = [ΝΗ4+] = K b ·c . Να εξηγήσετε γιατί η [ΟΗ] στο διάλυμα Δ καθορίζεται πρακτικά μόνο

από τον ιοντισμό της ΝΗ3. β) Στο διάλυμα Δ προσθέτουμε νερό, ώστε ο τελικός του όγκος να τετραπλασιαστεί σε σχέση με τον αρχικό. Να εξετάσετε πως θα μεταβληθούν: i. H [ΟΗ] του διαλύματος. ii. O βαθμός ιοντισμού α της ΝΗ3. iii. Ο αριθμός mol των ιόντων ΟΗ. γ) Να χαρακτηρίσετε τις παρακάτω προτάσεις ως σωστές ή λανθασμένες, αιτιολογώντας σύντομα τις απαντήσεις σας. i. Αν διαλύσουμε στο διάλυμα Δ μικρή ποσότητα NH4Cl η συγκέντρωση των ιόντων ΝΗ4+ θα αυξηθεί. ii. Αν διαλύσουμε στο διάλυμα Δ μικρή ποσότητα NaOH η συγκέντρωση των ιόντων Η3Ο+ ελαττώνεται. iii. Αν διαλύσουμε στο διάλυμα Δ μία επιπλέον ποσότητα ΝΗ3, η συγκέντρωση των ιόντων ΝΗ4+ θα ελαττωθεί. θ=25οC. Οι προσθήκες των ουσιών γίνονται χωρίς μεταβολή όγκου. ΑΠΑΝΤΗΣΗ

α) i. Στο υδατικό διάλυμα ΝΗ3 έχουμε την ισορροπία ιοντισμού της ΝΗ3 και την ισορροπία ιοντισμού του νερού:

ii. Γράφουμε την εξίσωση ιοντισμού της ΝΗ3:

220

mol/L

NH3 + H2O

NH4+ + OH−

Ισορροπία

c–x≈c

x

x

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 5ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

Θεωρώντας την προσέγγιση c – x ≈ c, έχουμε: Στην περίπτωση διαλυμάτων ηλεκτρολυτών στα οποία η συγκέντρωση των Η3Ο+ ή ΟΗ, που προέρχεται από τον ιοντισμό (ή τη διάστασή) τους είναι μικρότερη από 10−6 Μ, για τον υπολογισμό του pH θα πρέπει να λαμβάνεται υπ’ όψη και η συγκέντρωση των ιόντων Η3Ο+ ή ΟΗ που προέρχεται από τον ιοντισμό του νερού (βλ. τεύχος Γ1).

Υποτετραπλασιασμός της συγκέντρωσης μιας ισχυρής βάσης υπό σταθερή θερμοκρασία, υποτετραπλασιάζει τη [ΟΗ]. Η παρατήρηση αυτή δεν ισχύει για τις ασθενείς βάσεις.

Kb 

[NH4  ]  [OH ] x 2  [NH3 ] c

Επομένως, x = [ΟΗ] = [ΝΗ4+] =

K b ·c

(1)

Θεωρητικά, η ποσότητα των ΟΗ που υπάρχουν στο διάλυμα είναι το άθροισμα των ΟΗ από τον ιοντισμό της αμμωνίας και από τον ιοντισμό του νερού. Επειδή, όμως, τα ΟΗ από τον ιοντισμό του νερού είναι αμελητέα, η [ΟΗ] στο διάλυμα Δ καθορίζεται τελικά μόνο από τον ιοντισμό της ΝΗ3. β) i. Αν c΄ η συγκέντρωση του αραιωμένου διαλύματος θα ισχύει: c·V = c΄·4V και εc πομένως: c΄ = (2). Αν η σχέση (1) εφαρμοστεί για το αραιωμένο διάλυμα θα προκύ4 c [ΟΗ – ] K b · και άρα: [ΟΗ]΄ = , δηλαδή η [ΟΗ] θα υποδιπλασιαστεί.

4 2 ii. Επίσης, από το νόμο αραίωσης του Ostwald, έχουμε: Κb = α2·c. Εφαρμόζοντας το νόμο αυτό και για το αραιωμένο διάλυμα θα προκύψει τελικά: α΄ = 2α, δηλαδή ο βαθμός ιοντισμού της ΝΗ3 θα διπλασιαστεί. iii. H αρχική ποσότητα των ΟΗ είναι: n(ΟΗ) = [ΟΗ]·V και η τελική ποσότητα είναι:

ψει: [ΟΗ]΄ =

n΄(ΟΗ) = [ΟΗ]΄·4V =

[ΟΗ – ] ·4V = 2·[ΟΗ] (διπλασιασμός της ποσότητας των ιό2

ντων ΟΗ). γ) i. Σωστή. Το άλας NH4Cl διίσταται και παρέχει ιόντα NH4+ και ιόντα Cl. Παρά την κατανάλωση μικρού μέρους των ΝΗ4+, καθώς η ισορροπία ιοντισμού της ΝΗ3 πηγαίνει προς τα αριστερά (λόγω Ε.Κ.Ι.), συνολικά η [ΝΗ4+] αυξάνεται. ii. Σωστή. Το NaOH με τη διάστασή του αυξάνει τη [ΟΗ] στο διάλυμα με αποτέλεσμα η [Η3Ο+] να μειώνεται ([Η3Ο+]·[ΟΗ] = Kw). iii. Λανθασμένη. Από τη σχέση (1) παρατηρούμε ότι, όταν αυξάνεται η συγκέντρωση της ΝΗ3 (με τη διάλυση επιπλέον ποσότητας), η [ΝΗ4+] αυξάνεται επίσης.

4. Δίνονται τα εξής 6 διαλύματα (Α - Ζ)στους 25οC: Διάλυμα Α: HCl 0,1 M

Διάλυμα Δ: CH3COOH 0,1 M

Διάλυμα Β: ΝΗ3 0,1 Μ

Διάλυμα Ε: ΝaOH 0,1 Μ

Διάλυμα Γ: ΝΗ4Cl 0,1 M

Διάλυμα Ζ: CΗ3COONa 0,1 M

α) Να αναφέρετε ένα από τα παραπάνω διαλύματα το οποίο με αραίωση 1000 φορές δίνει διάλυμα με pH = 4. β) Να διατάξετε τα 6 παραπάνω διαλύματα κατά αυξανόμενη τιμή pH. γ) Να χαρακτηρίσετε την παρακάτω πρόταση ως σωστή ή λανθασμένη, αιτιολογώντας την επιλογή σας: «Αν αναμίξουμε ίσους όγκους από τα διαλύματα Α και Β θα προκύψει όξινο διάλυμα». Οι σταθερές ιοντισμού του CH3COOH και της ΝΗ3 είναι της τάξης του 10−5. Δεν απαιτούνται αναλυτικοί μαθηματικοί υπολογισμοί.

221

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

ΑΠΑΝΤΗΣΗ

α) Θα χρησιμοποιήσουμε το διάλυμα του HCl 0,1 Μ (pH = 1) και θα κάνουμε αραίωση 1000 φορές, οπότε θα έχει συγκέντρωση c = 10−4 Μ και, επομένως, pH = 4). β) Η διάταξη κατ΄αυξανόμενη τιμή pH είναι: Α, Δ, Γ, Ζ, Β και Ε. Και να γιατί: Το HCl είναι ισχυρό οξύ και δίνει το πιο όξινο διάλυμα.

To CH3COOH είναι ασθενές οξύ (Ka ≈ 10−5) και δίνει το διάλυμα με το αμέσως μεγαλύτερο pH. Το διάλυμα NH4Cl δίνει επίσης όξινο pH, αλλά το Ka του NH4+ είναι μικρότερο από το Ka του CH3COOH: Ka(NH4+) = 10−14/10−5 = 10−9. Επομένως, το pH του διαλύματος NH4Cl θα είναι μεγαλύτερο από το pH του διαλύματος CH3COOH. Το NaOH είναι ισχυρή βάση και δίνει το πιο βασικό διάλυμα, επομένως με το μεγαλύτερο pH. H NH3 είναι ασθενής βάση και δίνει διάλυμα με το αμέσως μικρότερο pH. To διάλυμα CH3COONa δίνει επίσης βασικό pH, αλλά η σταθερά Kb του CH3COO είναι μικρότερη (≈ 10−9) από τη σταθερά Kb της ΝΗ3. γ) Με την ανάμιξη των δύο διαλυμάτων Α και Β επέρχεται η εξουδετέρωση:

→ Tο τελικό διάλυμα περιέχει μόνο ΝΗ4Cl, που βρίσκεται με τη μορφή των ιόντων του, από τα οποία το NH4+ υδρολύεται:

→

Η υδρόλυση παράγει ιόντα Η3Ο+ και έτσι το διάλυμα θα εμφανίζεται όξινο.

5. Σε 1 L διαλύματος οξέος ΗΑ με pH = 3 προσθέτουμε 9 L νερό και παίρνουμε 10 L διαλύματος με pH = 4. Σε 1 L διαλύματος οξέος ΗΒ με pH = 3 προσθέτουμε 9 L νερό και παίρνουμε 10 L διαλύματος με pH = 3,5. Τι συμπεραίνετε για την ισχύ των μονοπρωτικών οξέων ΗΑ και ΗΒ; Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Για το διάλυμα του ΗΑ: Πριν την αραίωση: pH = 3, [H3O+] = 10−3 M. Επομένως, ο βαθμός ιοντισμού του ΗΑ θα είναι α1 = 10−3/c1. Μετά την αραίωση: pH = 4  [H3O+] = 10−4 M. Mε την αραίωση του διαλύματος η συγκέντρωση μειώνεται 10 φορές (c2 = c1/10), και ο νέος βαθμός ιοντισμού του ΗΑ γίνεται: α2 =

10–4 = α1. Καθώς ο βαθμός ιοντισμού του ΗΑ δε μεταβάλλεται με την c2

αραίωση, το ΗΑ θα είναι ισχυρό (α1 = α2 = 1). Για το διάλυμα του ΗΒ: Πριν την αραίωση: pH = 3  [H3O+] = 10−3 M. Επομένως, ο βαθμός ιοντισμού του ΗΑ θα είναι α3 =

222

10–3 . c3

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 5ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

Μετά την αραίωση: pH = 3,5  [H3O+] = 10−3,5 M. Η συγκέντρωση του ΗΒ μειώνεται 10 φορές (c4 = c3/10), και ο νέος βαθμός ιοντισμού θα είναι: α4 =

10–3,5 10–2,5 = > α3. c4 c3

Παρατηρούμε, δηλαδή, αύξηση του βαθμού ιοντισμού με την αραίωση, οπότε το ΗΒ θα πρέπει να είναι ασθενές.

6. Διάλυμα Ca(OH)2 άγνωστης συγκέντρωσης και όγκου 50 mL ογκομετρείται με πρότυπο διάλυμα HCl 0,02 Μ παρουσία βρωμοθυμόλης, με περιοχή αλλαγής χρώματος 6 (κίτρινο) -7,6 (μπλε). Παρατηρούμε ότι το διάλυμα έγινε κίτρινο όταν προστέθηκαν 25 mL του πρότυπου διαλύματος. α) Να υπολογίσετε τη συγκέντρωση του διαλύματος Ca(OH)2. β) Να σχεδιάσετε την κατά προσέγγιση καμπύλη ογκομέτρησης σημειώνοντας το pH πριν την έναρξη της ογκομέτρησης, στο ισοδύναμο σημείο και στο τελικό σημείο. Να υποτεθεί ότι κλείνουμε τη στρόφιγγα της προχοΐδας ακριβώς με την αλλαγή χρώματος του δείκτη. ΛΥΣΗ

α) no = 0,02·0,025 = 5·10−4 mol ΗCl. mol

Ca(OH)2 + 2ΗCl → CaCl2 + 2H2O

Αντιδρούν

2,5·10−4

5·10−4

Το διάλυμα Ca(OH)2 θα έχει συγκέντρωση:

cβ 

2,5  10 4  5  10 3 Μ 50  10 3

β) 14

10

pHαρχ = 12

6

ισοδύναμο σημείο: pH = 7

pH

βρωμοθυμόλη τελικό σημείο: pH = 6

2 25

όγκος προστιθέμενου HCl 0,2 M (mL)

Το ισοδύναμο σημείο αντιστοιχεί στην πλήρη εξουδετέρωση, οπότε και αντιδρά ακριβώς η ποσότητα του οξέος του πρότυπου διαλύματος (HCl) με το διάλυμα του Ca(OH)2. Άρα το ισοδύναμο σημείο αντιστοιχεί σε pH = 7. To τελικό σημείο, όμως, αντιστοιχεί στην αλλαγή χρώματος του δείκτη (από μπλε σε κίτρινο), που γίνεται σε pH = 6 ! Το ότι η ογκομέτρηση «προχώρησε» λίγο περισσότερο από το ισοδύναμο σημείο δεν επηρεάζει αισθητά την ακρίβεια της ογκομέτρησης όπως φαίνεται και από την καμπύλη.

223

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

7. Διάλυμα Δ1 ασθενούς οξέος ΗΑ 0,1 Μ έχει pH = 2. Σε διάλυμα Δ2 ασθενούς οξέος ΗΒ 0,2 Μ το οξύ ιοντίζεται σε ποσοστό 1%. Διάλυμα Δ3, που περιέχει το ασθενές οξύ ΗΔ και το άλας του ΝaΔ σε συγκεντρώσεις c1 = c2 = 0,5 M έχει pH = 5. α) Να υπολογίστε τους βαθμούς ιοντισμού α1 και α3 των ΗΑ και ΗΔ στα διαλύματα Δ1 και Δ3. β) Να υπολογίστε το pH του διαλύματος Δ2. γ) Να κατατάξετε τα οξέα ΗΑ, ΗΒ και ΗΔ κατά σειρά αυξανόμενης ισχύος και να αιτιολογήσετε την κατάταξη αυτή. Να θεωρηθούν οι κατάλληλες προσεγγίσεις. θ=25οC. log2 = 0,3. ΛΥΣΗ

α) Για το διάλυμα Δ1: mol/L

ΗΑ + Η2Ο

Ισορροπία

0,1 – x ≈ 0,1

Η3Ο+ + Α− x

x

x [H3O  ] 10 2 α1     0,1 0,1 0,1 0,1 Για το διάλυμα Δ3 (ρυθμιστικό):

x = [Η3Ο+] = 10−5 M. α 3 

x [H3 O  ] 10 5    2  10 5 0,5 0,5 0,5

β) Για το Δ2, έχουμε: mol/L

ΗΒ + Η2Ο

Ισορροπία

0,2 – y ≈ 0,2

Η3Ο+ + Β− y

[Η3Ο+] = y = 0,2α = 0,2·10−2 = 2·10−3 Μ

y

pH = −log 2·10−3 = 3 − 0,3 = 2,7

γ) Η ισχύς των οξέων καθορίζεται από την τιμή της σταθεράς Ka.

K a HA 

[H3 O  ]2 10 4   10 3.

0,1 0,1

Στο διάλυμα Δ3 ισχύει η γνωστή εξίσωση του ρυθμιστικού διαλύματος:

c [H3 O  ]  K aHΔ  o cβ

, [H3 O  ]  K aHΔ  10 5

Mε βάση την προσεγγιστική έκφραση του νόμου του Ostwald), για το διάλυμα Δ2:

ΚaΗΒ = α2·c = (10−2)2 · 0,2 = 2·10−5 Παρατηρούμε ότι: ΚaΗΑ > ΚaΗΒ > ΚaΗΔ. Η σειρά αυξανόμενης ισχύος είναι, επομένως: ΗΔ, ΗΒ, ΗΑ.

224

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 5ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

8. Διαθέτουμε υδατικό διάλυμα ΝΗ3 συγκέντρωσης 0,2 Μ (διάλυμα Δ1). α) i. Πόσα mL νερού πρέπει να προσθέσουμε σε 100 mL του διαλύματος Δ1 ώστε να προκύψει διάλυμα (Δ2) με pH = 11; ii. Ποιος ο βαθμός ιοντισμού της ΝΗ3 στο Δ2; β) Σε άλλα 100 mL του διαλύματος Δ1 προστίθεται ποσότητα HCl(g), χωρίς μεταβολή όγκου και προκύπτει διάλυμα (Δ3) με pH = 9. Να υπολογίσετε τον αριθμό των mol του ΗCl τα οποία προστέθηκαν. γ) Πόσα mol ΗCl(g) πρέπει να προσθέσουμε επιπλέον σε όλη την ποσότητα του Δ3, χωρίς μεταβολή όγκου, ώστε να προκύψει διάλυμα (Δ4) με pH = 2; δ) Να υπολογίσετε τις συγκεντρώσεις όλων των ιόντων καθώς και τη [ΝΗ3] στο διάλυμα Δ4. Κb(NH3) = 10−5. Σε όλες τις περιπτώσεις να θεωρηθούν οι κατάλληλες προσεγγίσεις. Για όλα τα διαλύματα, θ=25οC, όπου Kw = 10−14. ΛΥΣΗ

α) i. Για το διάλυμα Δ2 έχουμε: pH = 11, pOH = 3, [OH−] = 10−3 M mol/L

ΝΗ3 + Η2Ο c2 – x ≈ c2

Kb 

ΝΗ4+ + ΟΗ− x = 10−3 M

x

[NH4  ]  [OH ] (10 3 )2 , 10 5  , c2  0,1 M [NH3 ] c2

Από τη σχέση αραίωσης, έχουμε: 0,2·0,1 = 0,1·V2, V2 = 0,2 L ή 200 mL. Επομένως προστέθηκαν 200 – 100 = 100 mL Η2Ο. ii. Από τον ορισμό του α προκύπτει: α = x/0,1 = 10−3/10−1 = 10−2 β) Έστω ότι προστέθηκαν n mol HCl στα 100 mL του διαλύματος Δ1. Το pH του Δ3 είναι βασικό, οπότε έχουμε περίσσεια βάσης και άρα αντιδρά όλη η ποσότητα του HCl. H πλήρης εξουδετέρωση θα οδηγούσε σε διάλυμα NH4Cl το οποίο λόγω της υδρόλυσης των ιόντων NH4+ θα είχε pH < 7 (η περίσσεια HCl θα εμφάνιζε επίσης pH < 7).

n(ΝΗ3) = c·V = 0,1·0,2 = 0,02 mol mol

ΝΗ3 + ΗCl →

Αρχικά

0,02

n

Μεταβολές

‒n

‒n

n

0,02 ‒ n

—

n

Τελικά

NH4Cl

Το διάλυμα Δ3 θα περιέχει (0,02 ‒ n) mol ΝΗ3 και n mol NH4Cl σε όγκο επίσης 0,1 L και θα είναι ρυθμιστικό.

n 0,02  n M , cβ  M 0,1 0,1 cβ 0,02  n , 10  5  10 5  , n = 0,01 mol [ΟΗ ]  Κb  n co c o  c αλ 

225

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

γ) Το διάλυμα Δ3 θα περιέχει n = 0,01 mol NH4Cl και 0,02 – 0,01 = 0,01 mol NH3. Mε την προσθήκη επιπλέον HCl(g), ποσότητας έστω n΄ mol, θα έχουμε την αντίδραση: mol

ΝΗ3

+ ΗCl

Αρχικά

0,01

n΄

→

NH4Cl 0,01

Διερεύνηση i. 0,01 = n΄. Στο διάλυμα θα έχουμε αποκλειστικά NH4Cl και το διάλυμα θα έχει pH < 7, λόγω της υδρόλυσης των ιόντων ΝΗ4+. ii. 0,01 < n΄. Στο διάλυμα θα έχουμε NH4Cl και η περίσσεια του HCl, οπότε pH < 7. iii. 0,01 > n΄ (ρυθμιστικό διάλυμα). Έστω 0,01 = n΄. mol

ΝΗ3

+ ΗCl

→ NH4Cl

Αρχικά

0,01

n΄

0,01

Μεταβολές

‒0,01

‒0,01

0,01

—

—

0,02

Τελικά

To διάλυμα θα περιέχει NH4Cl σε συγκέντρωση 0,02/0,1 = 0,2 Μ. mol/L

NH4Cl

→ ΝΗ4+ + Cl−

0,2

0,2

0,2

mol/L

ΝΗ4+ + Η2Ο

ΝΗ3 + H3O+

Ισορροπία

0,2 – y ≈ 0,2

y

K a (NH4  ) 

y

10 14 y2 9  10  , y = [H3O+] = 2·10−5, pH > 2 5 10 0,2

Επομένως, θα ισχύει η περίπτωση ii (0,01 < n΄). mol

ΝΗ3 + ΗCl

Αρχικά

0,01

n΄

0,01

Μεταβολές

‒0,01

‒0,01

0,01

—

n΄‒ 0,01

0,02

Τελικά

→ NH4Cl

To διάλυμα θα περιέχει ΗCl με συγκέντρωση c = (n΄ − 0,01)/0,1 Μ και ΝΗ4Cl με συγκέντρωση 0,02/0,1 = 0,2 Μ και θα έχει pH = 2 ([H3O+ = 10−2 M). mol/L

NH4Cl

→ ΝΗ4+ + Cl−

0,2 mol/L

0,2

0,2

ΝΗ4+ + Η2Ο

ΝΗ4+ + H3O+

0,2 – ω ≈ 0,2

HCl + Η2Ο c

226

ω

→

ω −

Cl

+ H3O+

c

c

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 5ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

[H3 O  ]  c  ω  c 

n'0,01  10 2 M , n΄ = 0,011 mol.

0,1

δ) Το διάλυμα Δ4 περιέχει: [H3O+] = 10−2 Μ, [ΟΗ−] = 10−14/10−2 = 10−12 Μ, [Cl−] = (0,2 + 0,01) M = 0,21 Μ, [ΝΗ4+] = 0,2 M. Επίσης, για τη [ΝΗ3] έχουμε:

10 2  [NH3 ] Ka (NH4 )  10  , [NH3 ]  2  10 8 M 0,2 

9

9. Διαθέτουμε τρία υδατικά διαλύματα Ι, ΙΙ και ΙΙΙ σε θερμοκρασία 25οC. Το διάλυμα Ι περιέχει την ασθενή βάση Α σε συγκέντρωση 0,1 Μ. Το διάλυμα ΙΙ έχει όγκο 100 mL και περιέχει την ασθενή βάση Β σε συγκέντρωση 0,1 Μ και με βαθμό ιοντισμού α = 3·10−2. Το διάλυμα ΙΙΙ περιέχει και τις δύο παραπάνω βάσεις σε συγκεντρώσεις από 0,1 Μ. α) Ποιο το pH του διαλύματος Ι; Ποια από τις δύο βάσεις είναι ισχυρότερη; β) Πόσα mL νερού πρέπει να προστεθούν σε όλη την ποσότητα του διαλύματος ΙΙ, υπό σταθερή θερμοκρασία, ώστε να αποκτήσει το ίδιο pH με αυτό του διαλύματος Ι; Να θεωρηθούν οι κατάλληλες προσεγγίσεις. γ) Με βάση τις κατάλληλες προσεγγίσεις, ποιο το pH του διαλύματος ΙΙΙ; Κb(A) = 10−5. Kw = 10−14. ΛΥΣΗ

α) Από τον πίνακα ιοντισμού της βάσης Α έχουμε: mol/L Ισορροπία

Α + Η2Ο 0,1 – x ≈ 0,1

ΑΗ+ + ΟΗ− x

x

Κb/c = 10−5/0,1 = 10−4 < 0,01 και επομένως ισχύουν οι προσεγγίσεις.

Κb(A) = x2/0,1, x = [OH] = 10−3, pOH = 3, pH = 11 Από το διάλυμα ΙΙ και με βάση την προσεγγιστική έκφραση του νόμου αραίωσης του Ostwald, υπολογίζουμε τη σταθερά ιοντισμού της βάσης Β (α = 0,03 < 0,1):

Κb(B) = α2·0,1 = (3·10−2)2·0,1 = 9·10−5 Συγκρίνοντας τις δύο σταθερές ιοντισμού καταλαβαίνουμε ότι η βάση Β είναι ισχυρότερη από την Α. β) Το διάλυμα Ι έχει [OH] = 10−3 M. Έστω c η συγκέντρωση του αραιωμένου διαλύματος ΙΙ, που εμφανίζει επίσης [OH] = 10−3 M. mol/L Ισορροπία

Β + Η2Ο c–y≈c

ΒΗ+ + ΟΗ− y

y = 10−3 M

Από την έκφραση για τη σταθερά ιοντισμού και λαμβάνοντας υπ’ όψη τη γνωστή προσέγγιση, έχουμε:

y2 y2 1 , c K b(B)   M c Kb(B) 90

227

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Από τη σχέση της αραίωσης με αντικατάσταση, έχουμε (V ο όγκος του διαλύματος ΙΙ μετά την αραίωση):

0 ,1  0 ,1 

1 V 90

Τελικά: V = 900 mL, οπότε V(H2O) = 900 – 100 = 800 mL. γ) Στο διάλυμα ΙΙΙ έχουμε (αμοιβαία) επίδραση κοινού ιόντος: mol/L

Α + Η2Ο 0,1 – ω ≈ 0,1

Β + Η2Ο 0,1 – φ ≈ 0,1

ΑΗ+ + ΟΗ− Ω

ω +

ΒΗ + ΟΗ− Φ

φ

[Α] = 0,1 – ω ≈ 0,1 Μ, [ΑΗ+] = ω, [ΟΗ] = x + y, [B] = 0,1 – φ ≈ 0,1 Μ, [ΒΗ+] = φ. Επομένως:

φ  (φ  ω) [BH ]  [OH ] , 9  10 5  , φ·(φ + ω) = 9·10−6 (1) Kb(B)  0,1 [B] K b( Α ) 

ω  (φ  ω) [ΑH ] [OH ] , 10 5  , ω·(ω + φ) = 10−6 (2) 0,1 [Α]

Τελικά, μετά από πρόσθεση κατά μέλη των (1) και (2): ω + φ = [ΟΗ] = 10−2,5 Μ, pOH = 2,5, pH = 11,5.

10. Δίνεται υδατικό διάλυμα CH3COONa συγκέντρωσης 0,1 M (διάλυμα Χ). α) Ποιο το pH του; β) Πόσα mL νερού πρέπει να προστεθούν σε 100 mL του διαλύματος Χ, ώστε το pH να μεταβληθεί κατά 0,5; γ) Πόσα L αέριου ΗCl (μετρημένα σε STP) πρέπει να διαλυθούν πλήρως σε 2 L του διαλύματος Χ, ώστε το τελικό διάλυμα να έχει pH = 5; Να θεωρήσετε ότι η μεταβολή όγκου του διαλύματος είναι αμελητέα. Κa(CH3COOH) = 10−5. Κw = 10−14. Σε όλες τις περιπτώσεις να θεωρηθούν οι κατάλληλες προσεγγίσεις. θ=25οC. ΛΥΣΗ

α) mol/L

CH3COONa → CH3COO− + Na+ 0,1

mol/L Ισορροπία

0,1

CH3COO− + H2O 0,1 – x ≈ 0,1

K b (CH3 COO  ) 

0,1

CH3COOH + OH− x

10 14  10 9 10 5

Αντικαθιστώντας, έχουμε: [ΟΗ] = 10−5  pOH = 5  pH = 14 – 5 = 9

228

x

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 5ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

β) Με την προσθήκη νερού στο διάλυμα Χ, έχουμε: 0,1·0,1 = c·V (1), όπου c η νέα συγκέντρωση και V ο τελικός όγκος μετά την προσθήκη νερού.

CH3COONa → CH3COO− + Na+

mol/L

c

c

mol/L

CH3COO− + H 2O

Ισορροπία

c–y≈c

c

CH3COOH + OH− y

y

pH = 8,5, [ΟΗ–] = y = 10−5,5 Μ

10 9 

(10 5,5 )2 , c = 0,01 M c

Από τη σχέση (1): 0,1·0,1 = 0,01·V, V = 1 L. Επομένως ο όγκος του νερού που προστέθηκε είναι: 1000 – 100 = 900 mL. γ) Με την προσθήκη του αέριου ΗCl (έστω n mol) έχουμε την αντίδραση: mol

CH3COONa + HCl → CH3COOH + NaCl

Αρχικά

0,2

n

Αν 0,2 > n, θα είχαμε CH3COOH και CH3COONa (ρυθμιστικό διάλυμα). Αν 0,2 = n, θα είχαμε μόνο CH3COOH (pH < 7). Αν 0,2 < n, θα είχαμε CH3COOH και HCl (pH < 7). Υπολογίζουμε το pH για την περίπτωση που 0,2 = n: mol

CH3COONa + HCl → CH3COOH + NaCl

Αρχικά

0,2

0,2

Μεταβολές

‒0,2

‒0,2

0,2

Τελικά

—

—

0,2

Το τελικό διάλυμα θα περιέχει μόνο CH3COOH σε συγκέντρωση 0,1 Μ: mol/L

CH3COOH + H2O

Ισορροπία

0,1 – ω ≈ 0,1

Ka 

CH3COO− + H3O+ ω

ω

ω2 , ω  10 3 M, pH  3 0,1

Δηλαδή αν στο διάλυμα CH3COONa προσθέταμε 0,2 mol HCl το pH θα γινόταν πιο όξινο από ότι το θέλαμε. Άρα, πρέπει να προσθέσουμε μικρότερη ποσότητα HCl ώστε να προκύψει pH = 5. Δηλαδή θα ισχύει: 0,2 > n. mol

CH3COONa + HCl → CH3COOH + NaCl

Αρχικά

0,2

n

Μεταβολές

‒n

‒n

n

0,2 – n

—

n

Τελικά

229

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Το διάλυμα που προκύπτει είναι ρυθμιστικό για το οποίο ισχύει η σχέση:

c n , n = 0,1 mol, V(ΗCl) 0,1·22,4 = 2,24 L [H3 O  ]  K a  o , 10 5  10 5  0,2  n cβ 11. 50 mL διαλύματος NaOH άγνωστης συγκέντρωσης cβ ογκομετρήθηκε με τη βοήθεια πρότυπου διαλύματος HCl 0,1 Μ, οπότε μέχρι το ισοδύναμο σημείο (ΙΣ) καταναλώθηκαν 50 mL πρότυπου διαλύματος. α) Ποια η συγκέντρωση cβ του διαλύματος NaOH; Να σχεδιαστεί η κατά προσέγγιση καμπύλη ογκομέτρησης, με το αρχικό pH και το pH στο ΙΣ. β) Πόσα mL του διαλύματος NaOH απαιτούνται για την εξουδετέρωση 50 mL διαλύματος ασθενούς οξέος ΗΑ 0,1 Μ; Ποιο το pH στο ΙΣ; γ) Πόσα mL του διαλύματος NaOH έπρεπε να είχαμε προσθέσει στο παραπάνω διάλυμα ΗΑ, ώστε να προέκυπτε διάλυμα με pH = 5; Κa(HA) = 5·10−5. θ=25οC. Να θεωρήσετε τις κατάλληλες προσεγγίσεις. ΛΥΣΗ

α) Κατά την ογκομέτρηση έχουμε την αντίδραση:

ΝaOH + HCl → NaCl + H2O Στο ισοδύναμο σημείο: n (NaOH) = n (HCl), οπότε, 0,05·cβ = 0,05·0,1. Επομένως, cβ = 0,1 Μ. Το αρχικό pH έχει τιμή 13, (από τη διάσταση του NaOH 0,1 M), ενώ το pH στο ισοδύναμο σημείο έχει τιμή 7 (ογκομέτρηση ισχυρής βάσης με ισχυρό οξύ).

14

10

pHαρχ ισοδύναμο σημείο: pH = 7

pH 6

2 50

100

όγκος HCl 0,1 M (mL)

β) Για την πλήρη εξουδετέρωση του διαλύματος ΗΑ θα ισχύει επίσης: n (NaOH) = n (HΑ). Επομένως: 0,1·VNaOH = 0,1·0,05, VNaOH = 0,05 L ή 50 mL. H εξίσωση της εξουδετέρωσης στην περίπτωση αυτή είναι η εξής: mol

ΝaOH + HΑ → NaΑ + H2O 5·10−3

5·10−3

Η συγκέντρωσή του NaA θα είναι:

c

230

5  10 3  0,05 M 0,1

5·10−3

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 5ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

mol/L mol/L Ισορροπία

K b (A  ) 

ΝaA → Na+ +

A−

0,05

0,05

A− + H2O

HA + OH−

0,05 – x ≈ 0,05 M

x

x

10 14  2  10 10 5 5  10

Επομένως (με τη θεώρηση της προσέγγισης):

[ΟΗ]2 = 2·10−10· 0,05 = 10−11, [ΟΗ] = 10−5,5, pOH = 5,5, pH = 8,5 γ) Για να είχαμε pH = 5 θα έπρεπε να είχαμε προσθέσει μικρότερη ποσότητα NaOH (έστω ω mol) και επομένως θα καταλήγαμε σε ρυθμιστικό διάλυμα: mol

ΝaOH

+

HΑ

→ NaΑ + H2O

Αρχικά

ω

5·10−3

Μεταβολές

‒ω

‒ω

ω

Τελικά

—

5·10−3 – ω

ω

c c [H3 O  ]  K a  o , 10 5  5  10 5  o , 5co = cβ cβ cβ 5(5  10 3  ω)  ω , ω 

n 25 25  10 3 mol , V    10 2 ή 41,67 mL. c 6 6

12. Σε δύο διαφορετικά δοχεία περιέχονται τα εξής υδατικά διαλύματα σε θερμοκρασία 25ο C: HCl 1 M (Δ1) και HCOONa 1 M (Δ2). α) Να υπολογίσετε το pH των διαλυμάτων Δ1 και Δ2. β) 50 mL του Δ1 αραιώνονται με προσθήκη νερού, έως τελικού όγκου 200 mL (διάλυμα Δ3). 100 mL του Δ2 αραιώνονται με νερό μέχρι τελικού όγκου 800 mL (διάλυμα Δ4). Τα Δ3 και Δ4 αναμιγνύονται σχηματίζοντας το διάλυμα Δ5. Ποιο είναι το pH του διαλύματος Δ5; γ) 0,15 mol HCl(g) διαλύονται στο Δ5 χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος, σχηματίζοντας διάλυμα Δ6. Ποιο είναι το pH του διαλύματος Δ6; Να υπολογιστούν οι συγκεντρώσεις όλων των ιόντων στο διάλυμα αυτό. Δίνονται: Κw = 10–14, Κa(ΗCOOH) = 10–4. Για όλα τα διαλύματα θ=25C. Να ληφθούν υπόψη οι γνωστές προσεγγίσεις που επιτρέπονται από τα δεδομένα του προβλήματος. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] ΛΥΣΗ

α) Για το διάλυμα Δ1: mol/L

HCl + H2O → H3O+ + Cl− 1

1

1

pH = −log1 = 0

231

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Για το διάλυμα Δ2: mol/L

HCOONa → HCOO− + Na+ 1

1

mol/L

HCOO− + H2O

Ισορροπία

1–x≈1M

K b (HCOO  ) 

K b  10 10 

1

HCOOH + OH− x

x

Kw  10 10 . Mε βάση τις προσεγγίσεις: Ka

[OH ]2 , [OH−] = 10−5 M, pH = 9 1

β) Τα 50 mL του Δ1 περιέχουν 1·0,05 = 0,05 mol ΗCl. Τα 100 mL του διαλύματος Δ2 περιέχουν: 1·0,1 = 0,1 mol ΗCOONa. mol

HCOONa + HCl

Αρχικά

→ HCOOH + NaCl

0,1

0,05

Μεταβολές

‒0,05

‒0,05

0,05

0,05

Τελικά

0,05

—

0,05

0,05

Το τελικό διάλυμα έχει όγκο 1 L και περιέχει ΗCOONa 0,05 M και ΗCOOH 0,05 Μ (ρυθμιστικό διάλυμα). Για το διάλυμα αυτό ισχύει:

pH  pK a  log

cβ co

404

γ) mol

HCOONa + HCl

→ HCOOH + NaCl

Αρχικά

0,05

0,15

0,05

0,05

Μεταβολές

‒0,05

‒0,05

0,05

0,05

—

0,1

0,1

0,1

Τελικά

Tο Δ6 περιέχει HCl 0,1 M, HCOOH 0,1 Μ και NaCl 0,1 Μ. mol/L

HCOO− + H3O+

HCOOH + H2O 0,1 – ω ≈ 0,1

ω

ω

HCl + H2O → Cl− + H3O+ 0,1 mol/L

0,1

0,1

NaCl → Cl− + Na+ 0,1

0,1

0,1

Στο διάλυμα αυτό θα ισχύει: [Η3Ο+] = 0,1 + ω ≈ 0,1 Μ, pH = −log0,1 = 1. Κa = 10−4 = ω·0,1/0,1, ω = 10−4 Μ. Επομένως: [ΗCOO−] = ω = 10−4 Μ. Επίσης: [Cl−] = 0,1 + 0,1 = 0,2 M, [Na+] = 0,1 M και [ΟΗ−] = 10−14/0,1 = 10−13 Μ.

232

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 5ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

13. Διαθέτουμε τα εξής υδατικά διαλύματα Δ1 και Δ2. Δ1: Διάλυμα ΗΑ 0,01 Μ, pH = 4. Δ2: Διάλυμα άλατος ΝaΑ, pH = 9,5. α) Να υπολογίσετε: i. τη σταθερά ιοντισμού Κa του οξέος ΗΑ και ii. τη συγκέντρωση του άλατος ΝaΑ στο διάλυμα Δ2. β) Να υπολογίσετε τους όγκους V1 και V2 των διαλυμάτων Δ1 και Δ2 αντίστοιχα, που πρέπει να αναμείξουμε για να παρασκευάσουμε διάλυμα (Δ3) όγκου 1,1 L με pH = 6. γ) Στο διάλυμα Δ3 προστίθενται 0,03 mol αερίου HCl και το διάλυμα που προκύπτει αραιώνεται μέχρι τελικού όγκου 2 L (διάλυμα Δ4). Να υπολογίσετε το pH και τη [Α] στο διάλυμα Δ4. θ=25oC, Κw = 10−14. Τα αριθμητικά δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] ΛΥΣΗ

α) i.

mol/L

ΗΑ + Η2Ο

Η3Ο+ + Α−

Ισορροπία

0,01 – x ≈ 0,01

X

x = 10−4

Θεωρώντας την προσέγγιση, 0,01 – x ≈ 0,1, έχουμε:

Ka 

[A  ]  [H3O  ] x 2   10 6 [HA ] 0,1

ii. Υπολογίζουμε την σταθερά Κb της βάσης Α:

K b (A  ) 

Kw 10 14  6  10 8 K aHA 10

Έστω c (mol/L) η συγκέντρωση του NaA στο διάλυμα Δ2. mol/L

ΝaA

→

c

A− + H2O Ισορροπία

c–x≈c

Na+ +

A−

c

c

HA + OH− y

y

pH = 9,5, pOH = 4,5, [OH] = y = 10‒4,5 M

K b  10 8 

y2 (10 4 ,5 )2 ,c   0,1 M c 10 8

β) Έστω V1 και V2 οι όγκοι των διαλυμάτων Δ1 και Δ2, αντίστοιχα, που πρέπει να αναμιχθούν ώστε να προκύψει (ρυθμιστικό) διάλυμα όγκου 1,1 L με pH = 6. Προφανώς θα ισχύει: V1 + V2 = 1,1 L [1]. Για τις τελικές συγκεντρώσεις (co και cβ) των ΗΑ και ΝaΑ θα ισχύει: ΗΑ: 0,01·V1 = cο·1,1 [2] και NaA: 0,1·V2 = cβ·1,1 [3] Από τη σχέση των ρυθμιστικών διαλυμάτων έχουμε:

233

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

c c [H3 O  ]  K a  o , 10 6  10 6  o , cβ = co cβ cβ Επίσης, από τις [2] και [3] προκύπτει: 0,01·V1 =0,1·V2 ή V1 = 10·V2. Τέλος, από τη σχέση [1]: V2 = 0,1 L και V1 = 1 L. γ) Οι ποσότητες των ΗΑ και ΝaΑ στο διάλυμα Δ3 είναι n1 = n2 = 0,01 mol. mol

ΝaA + HCl → HA + NaCl

Αρχικά

0,01

0,01

Προσθήκη

0,03

Μεταβολές

‒0,01 ‒0,01

Τελικά

—

0,02

0,01 0,02

Το Δ4, λοιπόν, θα περιέχει HΑ 0,1 M και HCl 0,1 Μ (Ε.Κ.Ι.): mol/L

HA + H2O 0,1 – ω ≈ 0,1

A− + H3O+ ω

ω −

HCl + H2O

Cl + H3O+

0,1

0,1

0,1

Στο διάλυμα αυτό θα ισχύει: [Η3Ο+] = 0,1 + ω ≈ 0,1 Μ και [ΗΑ] = 0,1 – ω ≈ 0,1 Μ. Επομένως, pH = −log0,1 = 1.

Ka 

[A  ]  [H3O ] ω  0,1  , [Α  ]  ω  10 6 [HA] 0,1

14. Σε σχολικό εργαστήριο διαθέτουμε υδατικό διάλυμα HF (διάλυμα Α). Μαθήτρια ογκομετρεί 25 mL του διαλύματος Α με πρότυπο διάλυμα NaOH 0,1 M. Στο ισοδύναμο σημείο καταναλώθηκαν 25 mL του προτύπου διαλύματος NaOH. α) Να υπολογιστεί η συγκέντρωση του διαλύματος Α. β) Να υπολογιστεί το pH στο ισοδύναμο σημείο. γ) Πόσα γραμμάρια στερεού NaOH πρέπει να προσθέσει σε 300 mL του διαλύματος Α για να παρασκευάσει ρυθμιστικό διάλυμα Β με pH = 3; δ) Ένας μαθητής υποστηρίζει ότι, αν στο διάλυμα Β προσθέσουμε 300 mL H2O, τότε το pH του διαλύματος θα μεταβληθεί. Συμφωνείτε ή διαφωνείτε με την άποψή του; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θ=25οC, Ka (HF) = 5·10−4, Κw = 10−14. Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές αριθμητικές προσεγγίσεις. Η προσθήκη στερεού δεν μεταβάλλει τον όγκο του διαλύματος Α. Σχετικές ατομικές μάζες, Νa: 23, Η:1, Ο:16. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] ΛΥΣΗ

α) Η ποσότητα του NaOH που καταναλώθηκε μέχρι το ισοδύναμο σημείο είναι: 0,025·0,1 = 2,5·10‒3 mol. Επομένως, με βάση τη στοιχειομετρία της αντίδρασης εξουδετέρωσης ισάριθμα θα είναι τα mol του ΗF στο αρχικό διάλυμα:

234

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 5ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

mol

HF

+ NaOH → NaF + H2O

2,5·10‒3

2,5·10‒3

2,5·10‒3

Η συγκέντρωση του διαλύματος Α (όγκου 25 mL) υπολογίζεται από τη σχέση:

c = n/V = 2,5·10‒3/2,5·10‒2 = 0,1 M β) Στο ισοδύναμο σημείο υπάρχουν 2,5·10‒3 ΝaF και ο όγκος είναι 25 + 25 = 50 mL. Επομένως η συγκέντρωση του NaF θα είναι:

c = n/V = 2,5·10‒3/5·10‒2 = 0,05 M mol/L

NaF → Na+ + F− 0,05

mol/L Ισορροπία

0,05

F− + H2O

0,05

HF + OH−

0,05 – x ≈ 0,05

x

x

Κb(F−) = Kw/Ka(HF) = 2·10−11 Με τη θεώρηση της γνωστής προσέγγισης, θα έχουμε:

2·10−11 = x2/0,05, x2 = 10‒12, x = 10‒6, pOH = 6, pH = 14 – 6 = 8 γ) Tα 300 mL του διαλύματος Α περιέχουν: 0,1·0,3 = 0,03 mol HF. Με την προσθήκη στερεού NaOH (έστω n mol η ποσότητά του) θα έχουμε αντίδραση εξουδετέρωσης. Θα πρέπει μάλιστα να ισχύει: 0,03 > n ώστε να προκύψει ρυθμιστικό διάλυμα: mol

HF

Αρχικά

0,03

n

Μεταβολές

‒n

‒n

n

0,03 – n

—

n

Τελικά

+ NaOH → NaF + H2O

Το τελικό διάλυμα όγκου 300 mL θα περιέχει ΗF και NaF σε συγκεντρώσεις, αντίστοιχα, co = (0,03 – n)/0,3 (1) και cβ = n/0,3 (2). Για το διάλυμα αυτό θα ισχύει η γνωστή σχέση των ρυθμιστικών διαλυμάτων: [Η3Ο+] = Κa (co/cβ), 10−3 = 5·10−4 [(0,03 – n)/n], n = 0,01 mol. Για το NaOH, Mr = 40, οπότε m = n·Mr = 0,01·40 = 0,4 g. δ) To διάλυμα Β είναι ρυθμιστικό και η εύλογη αραίωση δεν μεταβάλλει το pH του. Πράγματι, με την προσθήκη των 300 mL νερού στο διάλυμα Β, οι συγκεντρώσεις των δύο συστατικών του θα υποδιπλασιαστούν, ο λόγος τους όμως θα παραμείνει σταθερός. Καθώς το pH του ρυθμιστικού διαλύματος εξαρτάται από το λόγο (cβ/cο), η τιμή του δε θα μεταβληθεί. Επομένως, ο ισχυρισμός είναι λανθασμένος.

235

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

15. Θέλουμε να προσδιορίσουμε τη συγκέντρωση ενός δείγματος ξιδιού, θεωρώντας το ως υδατικό διάλυμα CH3COOH. Για το σκοπό αυτό παίρνουμε 25 mL από το δείγμα και το ογκομετρούμε με πρότυπο διάλυμα ΝaOH 0,1 Μ, παρουσία φαινολοφθαλεΐνης (περιοχή αλλαγής χρώματος 8,2-10). Προκύπτει η καμπύλη ογκομέτρησης που ακολουθεί:

14

pH 10

Ισοδύναμο σημείο

φαινολοφθαλεΐνη

6

2

pH = 5 12,5

25

50

V NaOH 0,1 M (mL)

α) i. Με βάση το pH στο ισοδύναμο σημείο να εξηγήσετε γιατί το CH3COOH είναι ασθενές οξύ. ii. Ποιο το ελάχιστο pH στο τελικό σημείο της ογκομέτρησης; iii. Ποια η συγκέντρωση του δείγματος του ξιδιού σε CH3COOH; β) i. Με βάση το pH στην περίπτωση της προσθήκης 12,5 mL του πρότυπου διαλύματος, ποια η τιμή της σταθεράς ιοντισμού Κa του CH3COOH; ii. Να υπολογίσετε το pH του δείγματος ξιδιού, πριν την ογκομέτρηση. γ) Ποιος όγκος διαλύματος NaOH έχει προστεθεί όταν pH = 6; Να θεωρηθούν οι κατάλληλες προσεγγίσεις. θ=25oC. ΛΥΣΗ

α) i. Αν το CH3COOH ήταν ισχυρό οξύ το pH στο ισοδύναμο σημείο θα είχε τιμή 7. Επομένως, είναι ασθενές. ii. Το τελικό σημείο της ογκομέτρησης θα εμφανιστεί με την αλλαγή χρώματος του δείκτη, οπότε: pHmin = 10. iii. Μέχρι τη συμπλήρωση της αντίδρασης (ισοδύναμο σημείο) έχουν προστεθεί 25 mL ΝaOH ή n = 0,1·0,025 = 2,5·10‒3 mol NaOH, οπότε στο δείγμα των 25 mL θα περιέχονται επίσης 2,5·10‒3 mol CH3COOH: mol

CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O 2,5·10‒3

2,5·10‒3

Επομένως, η συγκέντρωση του διαλύματος του ξιδιού σε CH3COOH θα είναι:

c

n 2,5  10 3   0,1 M V 25  10 3

β) i. Με την προσθήκη 12,5 mL από το πρότυπο διάλυμα θα έχουμε:

236

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 5ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

mol

CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O

Αρχικά

2,5·10‒3

1,25·10‒3

Μεταβολές

‒1,25·10‒3 ‒1,25·10‒3

1,25·10−3

Τελικά

1,25·10−3

1,25·10−3

—

Θα έχουμε επομένως ρυθμιστικό διάλυμα στο οποίο ισχύει co = cβ και επομένως:

c  5 [H3 O  ]  K a  o , [H3O ]  Ka  10 cβ ii.

mol/L Ισορροπία

Ka 

CH3COO− + H 2O

CH3COOH + OH−

0,1 – x ≈ 0,1

x

x

x2 , x  [H3O ]  10 3 M, pH  3 0,1

γ) Για να είναι pH = 6 θα είμαστε πριν το ισοδύναμο σημείο (στο ισοδύναμο σημείο pH > 7). Έστω ότι έχουμε προσθέσει V(L) πρότυπου διαλύματος. mol

CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O

Αρχικά

2,5·10‒3

0,1V

Μεταβολές

‒0,1V

‒0,1V

0,1V

—

0,1V

Τελικά

2,5·10−3 ‒ 0,1V

To διάλυμα που προκύπτει θα είναι πάλι ρυθμιστικό.

c c [H3O ]  Ka  o , 10 6  10 5  o , cβ  10  co cβ cβ 0,1V = 10·(2,5·10−3 ‒ 0,1V) , V = 0,0227 L = 22,7 mL 16. Διαθέτουμε τα εξής διαλύματα: CH3COOH 2 Μ (διάλυμα Α), CH3COOΚ 3 Μ (διάλυμα Β) και HCl 1 M (διάλυμα Γ). α) Σε 200 mL διαλύματος Β προστίθενται 400 mL H2O. Να υπολογιστεί το pH του αραιωμένου διαλύματος. β) Πόσα mL H2O πρέπει να προστεθούν σε 100 mL διαλύματος Α για να μεταβληθεί το pH του κατά μία μονάδα; γ) Πόσα mL διαλύματος Γ πρέπει να προστεθούν σε 100 mL διαλύματος Α ώστε ο βαθμός ιοντισμού του CH3COOH στο διάλυμα που προκύπτει να γίνει 2·10−5; δ) Αναμειγνύουμε 100 mL διαλύματος Α, 100 mL διαλύματος Β, 50 mL διαλύματος Γ και το διάλυμα που προκύπτει, αραιώνεται με H2Ο μέχρις όγκου 1 L. Να υπολογιστεί το pH του τελικού διαλύματος.

Ka(CH3COOH) = 10−5, Kw = 10−14. Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. θ=25οC. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] ΛΥΣΗ

α) Υπολογίζουμε τη συγκέντρωση του αραιωμένου διαλύματος CH3COOΚ:

237

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

c1·V1 = c2·V2, 3·0,2 = c2·0,6, c2 = 1 M mol/L

CH3COOK → CH3COO− + K+ 1

mol/L

CH3COO− + H2O

Ισορροπία

1–x≈1

1

1

CH3COOH + OH− x

x

Υπολογίζουμε τη σταθερά Κb του ιόντος CΗ3COO: Kb = 10−14/10−5 = 10−9.

Mε βάση την προσέγγιση 1 – x ≈ 1 Μ, θα έχουμε:

Κb = x2, x = [OH−] = 10−4,5, pOH = 4,5, pH = 9,5 β) To διάλυμα Α είναι όξινο και επομένως με την αραίωσή του το pH του θα αυξηθεί (μείωση της [Η3Ο+]). Υπολογίζουμε την αρχική [Η3Ο+]: mol/L

CH3COOH + H2O

Ισορροπία

2–y≈2

CH3COO− + H3O+ y

y

Ka = 10−5 = y2/2, y2 = 2·10−5 = 20·10−6, y = [H3O+] = 20 ·10−3 M Έστω ότι στα 100 mL του διαλύματος Α πρέπει να προσθέσουμε V (L) νερού, ώστε το pH να αυξηθεί κατά 1, δηλαδή pH΄ = pH + 1, −log[H3O+]΄ = −log[H3O+] + log10, log([H3O+]/[H3O+]΄ = log10, [H3O+]΄ = [H3O+]/10 =

20 ·10−4 M. Με την αραίωση η νέα συγκέντρωση (c3) δίνεται από τη σχέση:

2·0,1 = c3 (0,1 + V) (1) mol/L

CH3COOH + H2O

Ισορροπία

c3 – ω ≈ c3

CH3COO− + H3O+ ω

ω=

20 ·10−4

Ka = 10−5 = ω2/c3, c3 = 20·10−8/10−5, c3 = 0,02 M. Επομένως, από τη σχέση (1) προκύπτει: V = 9,9 L ή 9900 mL. γ) Έστω ότι πρέπει να αναμείξουμε V΄ (L) του Γ με 100 mL του Α.

Στο τελικό διάλυμα θα έχουμε: CH3COOH: 2·0,1 = c4 (0,1 + V΄) (2) HCl: 1· V΄ = c5 (0,1 + V΄) (3)

238

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 5ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

mol/L

CH3COO− + H3O+

CH3COOH + H2O c4 – λ ≈ c4

λ

λ −

HCl + H2O → Cl + H3O+ c5

c5

c5

[CH3COOH] = c4 – λ ≈ c4, [CH3COO−] = λ, [H3O+] = λ + c5 ≈ c5

α

λ  c5 λ  2  10 5 , K a   2  10 5  c 5 c4 c4

Επομένως c5 = 0,5 Μ. Από τη σχέση (3), προκύπτει: V = 0,1 L ή 100 mL. δ) Με την ανάμιξη των ποσοτήτων των διαλυμάτων Α, Β και Γ θα έχουμε αντίδραση μεταξύ του CH3COOK και ΗCl. Υπολογίζουμε τις ποσότητες των διαλυμένων ουσιών στα αντίστοιχα διαλύματα:

Διάλυμα Α: 2·0,1 = 0,2 mol CH3COOH. Διάλυμα Β: 3·0,1 = 0,3 mol CH3COOΚ. Διάλυμα Γ: 1·0,05 = 0,05 mol HCl. mol

CH3COOK + HCl → CH3COOH + KCl

Αρχικά

0,3

0,05

0,2

Μεταβολές

‒0,05

‒0,05

0,05

Τελικά

0,25

—

0,25

To διάλυμα που προκύπτει θα είναι ρυθμιστικό στο οποίο μάλιστα θα ισχύει: co = cβ.

pH  pK a  log

cβ co

, pH = pKa = 5

17. 7,4 g κορεσμένου μονοκαρβοξυλικού οξέος (Κa = 10−5) διαλύονται στο νερό και το διάλυμα αραιώνεται μέχρι τα 1000 mL (διάλυμα Δ1). Το διάλυμα Δ1 βρέθηκε ότι έχει pH = 3. α) i. Να βρεθεί ο συντακτικός τύπος του οξέος. ii. Να υπολογιστεί ο βαθμός ιοντισμού του οξέος στο διάλυμα Δ1. β) 200 mL του διαλύματος Δ1 εξουδετερώνονται πλήρως με την ακριβώς απαιτούμενη ποσότητα στερεού Ca(OH)2. Να υπολογιστεί το pH του εξουδετερωμένου διαλύματος (διάλυμα Δ2). γ) Να υπολογιστεί η μάζα (σε g) του στερεού Ca(OH)2 που πρέπει να προστεθεί σε 440 mL διαλύματος Δ1, για να προκύψει διάλυμα Δ3 με pH = 6.

239

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

δ) Να υπολογιστεί ο όγκος (σε mL) διαλύματος HCl 0,1 M που πρέπει να προστεθεί σε 220 mL διαλύματος Δ3, για να μεταβληθεί το pH του κατά 1. Δίνεται ότι η προσθήκη του Ca(OH)2 δε μεταβάλλει τον όγκο των διαλυμάτων και ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία θ=25°C, όπου Kw =10−14. Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. Σχετικές ατομικές μάζες, H:1, C:12, O:16, Ca:40. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] ΛΥΣΗ

α) i. Έστω RCOOH το κορεσμένο μονοκαρβοξυλικό οξύ, όπου R = CνΗ2ν+1−. Η σχετική μοριακή του μάζα θα είναι: Μr = 14ν + 46 (1) και επομένως, η ποσότητά του (σε mol) θα δίνεται από τη σχέση:

n

m 7,4  (2) Mr 14 v  46

Το διάλυμα Δ1 θα έχει συγκέντρωση:

c

n n (3)  V 1

mol/L

RCOOH + H2O

Ισορροπία

c–x≈c

RCOO− + H3O+ x = 10−3 M

x

Θεωρώντας την προσέγγιση c – x ≈ c και την έκφραση της Ka, προκύπτει:

Ka 

x2 x2 , c   0,1 M c Ka

Από τη σχέση (3) προκύπτει: n = 0,1 mol και επομένως ν = 2 (CH3CH2COOH, προπανικό οξύ). ii. Από τον ορισμό του βαθμού ιοντισμού έχουμε:

x α   0,01 c β) Η ποσότητα του RCOOH στα 200 mL του Δ1 είναι: n = c·V = 0,1·0,2 = 0,02 mol. mol

2RCOOH + Ca(OH)2 → (RCOO)2Ca + 2H2O

Αρχικά

0,02

0,01

Μεταβολές

‒0,02

‒0,01

0,01

—

—

0,01

Τελικά

Η συγκέντρωση του (RCOO)2Ca στο διάλυμα Δ2 είναι: c = 0,01/0,2 = 0,05 M. mol/L

(RCOO)2Ca → 2RCOO− + Ca2+ 0,05

mol/L

RCOO− + H2O

Ισορροπία

0,1 – y ≈ 0,1

0,1

0,05

RCOOH + OH− y

y

Από τη σχέση Ka·Kb = Kw, προκύπτει: Kb(RCOO−) = 10−9. Αντικαθιστώντας στην έκφραση της Kb, προκύπτει: y = 10−5 M, οπότε pOH = 5, pH = 14 – 5 = 9.

240

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 5ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

γ) Η ποσότητα του RCOOH που υπάρχει στα 440 mL του Δ1 είναι: n = c·V = 0,1·0,44 = 0,044 mol. Έστω ότι πρέπει να προσθέσουμε n mol στερεού Ca(OH)2, για να προκύψει διάλυμα Δ3 με pH = 6. mol

2RCOOH + Ca(OH)2 → (RCOO)2Ca + 2H2O

Αρχικά

0,044

n

Θα πρέπει να αντιδράσει όλη η ποσότητα του Ca(OH)2, γιατί αν γίνει πλήρης αντίδραση θα έχουμε μόνο το άλας (pH βασικό), ενώ αν περισσέψει η βάση το pH θα είναι επίσης βασικό. Επομένως: mol

2RCOOH + Ca(OH)2 → (RCOO)2Ca + 2H2O

Αρχικά

0,044

n

Μεταβολές

‒2n

‒n

n

0,044 – 2n

—

n

Τελικά

To Δ3 περιέχει RCOOH και (RCOO)2Ca σε συγκεντρώσεις, αντίστοιχα: cο = (0,044 – 2n)/0,44 (4), cαλ = n/0,44 (5) Θα έχουμε, επομένως επίδραση κοινού ιόντος (και ρυθμιστικό διάλυμα): mol/L

RCOO− + H3O+

RCOOH + H2O co – ω ≈ co

ω

ω

(RCOO)2Ca → 2RCOO− + Ca2+ cαλ

2cαλ

cαλ

Θεωρούμε τις προσεγγίσεις: [RCOO−] = 2cαλ + ω  2cαλ, [RCOΟΗ] = co – ω ≈ co, οπότε από την έκφραση της σταθεράς Ka του RCOOH, έχουμε:

Ka 

2c [RCOO  ]  [H3 O  ] 2c αλ  [Η3 Ο  ] , 10 5  10 6  αλ  co [RCOOH] co

Συνδυάζοντας τις εξισώσεις (4), (5) και (6), προκύπτει: n = 0,02 mol. H μάζα του προστιθέμενου Ca(OH)2 θα είναι, επομένως: m = 0,02·74 = 1,48 g. Προσοχή! Αν χρησιμοποιούσαμε την εξίσωση Henderson-Hasselbalch των ρυθμιστικών διαλυμάτων θα έπρεπε θα αντικαθιστούσαμε: cβ = 2cαλ. δ) Όλη η ποσότητα του Δ3 περιέχει 0,044 – 2n = 4·10−3 mol από το οξύ RCOOH και n = 2·10−2 mol από το άλας (RCOO)2Ca. Επομένως, η μισή του ποσότητα (220 mL) θα περιέχει 2·10−3 mol RCOOH και n = 10−2 mol (RCOO)2Ca. Έστω ότι πρέπει να προσθέσουμε V(L) διαλύματος HCl 0,1 Μ, ώστε το pH να μεταβληθεί (μειωθεί) κατά 1, δηλαδή να γίνει ίσο με 6 – 1 = 5. Με την προσθήκη του διαλύματος HCl έχουμε: mol Αρχικά

(RCOO)2Ca + 2HCl → 2RCOOH + CaCl2 0,01

0,1V

2·10−3

241

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Περιπτώσεις i. Έστω ότι έχουμε πλήρη αντίδραση, οπότε το τελικό διάλυμα θα περιέχει μόνο το οξύ RCOOH και άρα pH < 7. ii. Έστω ότι περισσεύει ΗCl, οπότε το τελικό διάλυμα θα περιέχει την περίσσεια του HCl και την παραγόμενη ποσότητα RCOOH και άρα pH < 7. iii. Έστω ότι περισσεύει (RCOO)2Ca, οπότε το τελικό διάλυμα θα περιέχει την περίσσεια του (RCOO)2Ca και την παραγόμενη ποσότητα RCOOH και άρα θα έχουμε επίδραση κοινού ιόντος (και ρυθμιστικό διάλυμα). Θεωρούμε την περίπτωση i. mol

(RCOO)2Ca + 2HCl → 2RCOOH + CaCl2

Αρχικά Μεταβολές Τελικά

0,01

0,1V

2·10−3

‒0,05V

‒0,1V

0,1V

—

—

0,012

Θα ισχύει: 0,01 = 0,05V, V = 200 mL και επομένως η συγκέντρωση του RCOOH θα είναι: c = 0,012/0,42  0,03 M που δίνει pH < 5 (γιατί;). Άρα θα ισχύει η περίπτωση iii. mol

(RCOO)2Ca + 2HCl → 2RCOOH + CaCl2

Αρχικά Μεταβολές Τελικά

0,01

0,1V

2·10−3

‒0,05V

‒0,1V

0,1V

0,01 – 0,05V

—

2·10−3 + 0,1V

To τελικό διάλυμα θα περιέχει το οξύ RCOOH και το άλας (RCOO)2Ca σε συγκεντρώσεις, αντίστοιχα: c1 = (2·10−3 + 0,1V)/(0,22 + V) (7), c2 = (0,01 – 0,05V)/(0,22 + V) (8) Θα έχουμε, επομένως επίδραση κοινού ιόντος (και ρυθμιστικό διάλυμα): mol/L

RCOOH + H2O c1 – λ ≈ c1

RCOO− + H3O+ λ

λ

(RCOO)2Ca → 2RCOO + Ca2+ −

c2

2c2

c2

Θεωρούμε τις προσεγγίσεις: [RCOO−] = 2c2 + λ  2c2 και [RCOΟΗ] = c1 – λ ≈ c1.

Ka 

[RCOO  ]  [H3 O  ] 2c 2  [Η3 Ο  ] 2c , 10 5  10 5  2 , c1 = 2c2 (9)  c1 [RCOOH] c1

Συνδυάζοντας τις εξισώσεις (7), (8) και (9), προκύπτει τελικά: V = 0,09 L ή 90 mL.

242

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 5ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Οι σχετικές ατομικές μάζες δίνονται στο τέλος του βιβλίου. Όλα τα διαλύματα είναι υδατικά. Ε2.1. i. Στη χημική εξίσωση, 2HCO3− H2CO3 + CO32− – το ιόν HCO3 λειτουργεί: A) ως οξύ κατά Brönsted - Lowry B) ως βάση κατά Brönsted - Lowry Γ) ως αμφιδραστική ουσία (αμφολύτης) Δ) ούτε ως οξύ ούτε ως βάση κατά Brönsted - Lowry. ii. Η συζυγής βάση του H2PO4− είναι: A) HPO42− B) PO43− Γ) H3PO4 Δ) H2PO2− Ε2.2. Το αμινοξύ Η2ΝCH2COOH (γλυκίνη) μπορεί να βρεθεί στα υδατικά του διαλύματα με 4 μορφές: τη μοριακή μορφή (A), τη μορφή ανιόντος (B), τη μορφή κατιόντος (Γ) και τη μορφή διπολικού ιόντος (Δ). Ποια από τις μορφές αυτές δε μπορεί να παίξει το ρόλο της βάσης κατά Brönsted - Lowry; Α) Η2ΝCH2COOH Β) Η2ΝCH2COO + Γ) Η3ΝCH2COOH Δ) +Η3ΝCH2COO Ε2.3. Ποια από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι η σωστή με βάση τη θεωρία Brönsted - Lowry: Α) Ένα οξύ και η συζυγής του βάση αντιδρούν μεταξύ τους παράγοντας ένα ουδέτερο διάλυμα Β) Ένα οξύ και η συζυγής του βάση διαφέρουν μεταξύ τους κατά ένα πρωτόνιο Γ) Το Η2Ο είναι η συζυγής βάση του εαυτού του Δ) Η συζυγής βάση ενός ισχυρού οξέος είναι μία ισχυρή βάση Ε) Όσο πιο ασθενές είναι ένα οξύ, τόσο πιο ασθενής θα είναι και η συζυγής του βάση. Ε2.4. Θεωρείστε την ισορροπία που ακολουθεί:

ΗΡΟ42− + CH3COOH

H2PO4− + CH3COO−

Αν η ισορροπία είναι μετατοπισμένη προς τα δεξιά, ποια είναι η πιο ισχυρή βάση της ισορροπίας; Α) HPO42− Β) CH3COOH Γ) H2PO4– Δ) CH3COO– –14

Ε2.5. Στους 45°C η σταθερά Kw έχει τιμή ίση με 4·10 . Η τιμή του pH του καθαρού νερού στη θερμοκρασία αυτή θα είναι ίση με: A) 6,7 (ουδέτερο) B) 6,7 (όξινο) Γ) 7,0 (ουδέτερο) Δ) 8,5 (βασικό) Ε2.6. Ένα διάλυμα με pH = 4 είναι 100 φορές λιγότερο όξινο από ένα άλλο διάλυμα με pH ίσο με Α) 2 Β) 5 Γ) 6 Δ) 10 Ε2.7. Ποσότητα θειοκυανικού οξέος (HSCN) διαλύεται σε νερό, οπότε προκύπτει διάλυμα Δ όγκου 1 L και συγκέντρωσης c. Μετρήσαμε τη συγκέντρωση των ιόντων Η3Ο+ στο διάλυμα Δ και τη βρήκαμε ίση με 0,13 Μ στους 25 οC. Αν η σταθερά ιοντισμού του HSCN στους 25οC είναι Κa = 0,13, ποια από τις σχέσεις που ακολουθούν είναι η σωστή; Α) c > 0,13 M Β) c = 0,13 M Γ) [SCN] > 0,13 M Δ) pH > 1,3

Ε2.8. i. Ποια από τις παρακάτω τιμές μπορεί να αντιστοιχεί στο pH ενός διαλύματος H2SO4 συγκέντρωσης 10−4 Μ; Α) 3,7 Β) 4 Γ) 4,7 Δ) 6,3 ii. Διάλυμα HClO4 0,1 M έχει pH: Α) ίσο με το 0 Β) ίσο με 1 Γ) μεγαλύτερο του 1 Δ) μεταξύ 0 και 1 Ε2.9. i. 0,03 mol μεταλλικού Ca αντιδρούν με νερό, σύμφωνα με την αντίδραση: Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2. Σχηματίζεται τελικά διάλυμα όγκου 600 mL. Για το διάλυμα αυτό στους 25οC θα ισχύει: pH = Α) 13 Β) 13 ‒ log5 Γ) 12 + log5 Δ) 7 ii. Το pH υδατικού διαλύματος ασθενούς βάσης Β συγκέντρωσης 10−3 Μ και θερμοκρασίας 25οC μπορεί να είναι ίσο με: Α) 9 Β) 11 Γ) 12 Δ) 3 [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2016] Ε2.10. Ποια από τις παρακάτω διαδικασίες προκαλεί αύξηση του βαθμού ιοντισμού υδατικού διαλύματος ΝΗ3 σε σταθερή θερμοκρασία; Α) Αύξηση της συγκέντρωσης της ΝΗ3 Β) Προσθήκη στερεού ΝaOH Γ) Προσθήκη στερεού ΝΗ4Cl Δ) Προσθήκη Η2Ο [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2016] Ε2.11. Ίσοι όγκοι δύο διαλυμάτων HNO2 0,2 M και HNO3 0,2 M ογκομετρούνται ξεχωριστά με πρότυπο διάλυμα KOH 0,1 M. Τι είναι ίδιο στις ογκομετρήσεις αυτές; A) Το αρχικό pH των δύο διαλυμάτων B) Το pH στο ισοδύναμο σημείο Γ) Το pH στη μέση των ογκομετρήσεων σε σχέση με το ισοδύναμο σημείο Δ) Το pH όταν έχουν προστεθεί 10 mL πρότυπου διαλύματος μετά το ισοδύναμο σημείο Ε2.12. Σε 1 L διαλύματος HF 0,1 Μ με pH = 2,1 διαλύουμε 0,1 mol ΝaF(s) χωρίς μεταβολή όγκου και θερμοκρασίας. Το διάλυμα που προκύπτει: Α) έχει pH = 2,1 Β) έχει pH πρακτικά ίσο με 2,1 Γ) έχει pH = pKa, όπου Κa η σταθερά ιοντισμού του ΗF Δ) δεν είναι ρυθμιστικό καθώς το HF είναι ισχυρό οξύ Ε2.13. i. Διάλυμα όγκου 100 mL έχει pH = 4,74 και περιέχει CH3COOH 0,1 Μ και CH3COONa 0,1 Μ. Ποια από τις παρακάτω προσθήκες δεν θα μεταβάλλει το pH του διαλύματος; Α) 0,01 mol CH3COOH χωρίς μεταβολή όγκου Β) 0,01 mol CH3COONa χωρίς μεταβολή όγκου Γ) 0,01 mol NaOH χωρίς μεταβολή όγκου Δ) 0,01 mol CH3COOH και επίσης 0,01 mol CH3COONa χωρίς μεταβολή όγκου ii. Ποιο από τα παρακάτω διαλύματα έχει μεγαλύτερη ρυθμιστική ικανότητα;

243

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Α) ΝΗ3 0,1 M, ΝH4Cl 0,1 M Β) ΝΗ3 0,01 M, ΝH4Cl 0,01 M Γ) ΝΗ3 0,5 M, ΝH4Cl 0,5 M Δ) ΝΗ3 1,0 M, ΝH4Cl 1,0 M Ε2.14. Θεωρείστε τα εξής υδατικά διαλύματα: Ι. ΗΑ 1 M, 100 mL, pH = 1. ΙΙ. ΗB, 0,2 M, 500 mL, pH = 3. Σχετικά με τα διαλύματα αυτά, ποια από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι η σωστή; Α) Το διάλυμα ΙΙ απαιτεί μεγαλύτερη ποσότητα NaOH για την εξουδετέρωσή του Β) Ο βαθμός ιοντισμού του ΗΑ στο διάλυμα Ι είναι μεγαλύτερος από το βαθμό ιοντισμού του ΗΒ στο διάλυμα ΙΙ Γ) Το ΗΑ είναι ασθενές οξύ, ενώ το ΗΒ ισχυρό Δ) Το ΗΑ είναι ισχυρό οξύ, ενώ το ΗΒ ασθενές Ε2.15. Ένας δείκτης ΗΔ παρουσιάζει κίτρινο χρώμα σε διάλυμα ΗCl 0,1 Μ και κόκκινο χρώμα σε διάλυμα ΗCN 0,1 Μ. Επομένως, η ισορροπία, ΗCN + Δ− ΗΔ + CN−, Α) είναι μετατοπισμένη προς τα δεξιά και το πιο ισχυρό οξύ είναι το ΗΔ Β) είναι μετατοπισμένη προς τα δεξιά και το πιο ισχυρό οξύ είναι το ΗCN Γ) είναι μετατοπισμένη προς τα αριστερά και το πιο ισχυρό οξύ είναι το ΗCN Δ) είναι μετατοπισμένη προς τα αριστερά και το πιο ισχυρό οξύ είναι το ΗΔ Ε2.16. Στα υδατικά τους διαλύματα στους 25οC το HCN είναι ασθενές οξύ με Ka = 6,2·10–10, και η NH3 είναι ασθενής βάση με Kb = 1,8·10–5. Σύμφωνα με τα δεδομένα αυτά, υδατικό διάλυμα NH4CN στους 25οC θα έχει pH: A) όξινο, βασικό ή ουδέτερο, ανάλογα με τη συγκέντρωση B) ασθενώς όξινο Γ) ουδέτερο Δ) ασθενώς βασικό Ε2.17. Από τα ιόντα: Cl, HS, CO32, NO3, S2, ClO4, δεν υδρολύονται τα ιόντα: A) HS, CO32, NO3, S2 B) Cl, NO3, ClO4 Γ) HS, CO32, SO42-, S2 Δ) HS, CO32, S2, ClO4 Ε2.18. Με ποια από τις αναμίξεις διαλυμάτων συγκέντρωσης 0,1 Μ που ακολουθούν προκύπτει ρυθμιστικό διάλυμα με pH > 7; Ka(HΟCN) = 2·10−4, Kb(NH3) = 2·10−5. θ=25οC. Α) 10 mL NH3 + 5 mL HCl Β) 10 mL HOCN + 10 mL NaOH Γ) 10 mL HOCN + 5 mL NaOH Δ) 10 mL NH3 + 10 mL HCl Ε2.19. Δίνονται τα παρακάτω οξέα: (1) γαλακτικό οξύ (pKa = 3,08), (2) χλωριώδες οξύ (pKa = 2), (3) αιθανικό οξύ (pKa = 4,74), (4) βορικό οξύ (pKa = 9,14). Αν τα οξέα

244

αυτά ταξινομηθούν κατά σειρά αυξανόμενης ισχύος, η σειρά αυτή θα είναι: Α) 4, 3, 1, 2 Β) 2, 1, 4, 3 Γ) 2, 4, 1, 3 Δ) 3, 1, 4, 2 Ε2.20. Προσθέτοντας μερικές σταγόνες ενός δείκτη ΗΔ σε υδατικό διάλυμα που περιέχει τη διαλυμένη ουσία Χ σε συγκέντρωση 0,5 Μ παρατηρείται ότι το χρώμα του διαλύματος είναι πρασινωπό. Ο δείκτης ΗΔ έχει περιοχή αλλαγής χρώματος στην περιοχή pH = 3,8 (κίτρινο) - 5,4 (μπλε). Ποια από τις παρακάτω ουσίες μπορεί να είναι η ουσία Χ; A) ΗΝΟ3 B) ΝaClO Γ) KOH Δ) NH4Cl Ε2.21. i. Ο καταλληλότερος δείκτης ΗΔ για την ογκομέτρηση διαλύματος NH3 0,2 M (Κb = 10−5) με πρότυπο διάλυμα HCl 0,2 M είναι αυτός του οποίου η σταθερά ιοντισμού του έχει τιμή: A) Ka,ΗΔ = 10−7 B) Ka,ΗΔ = 10−5 −2 Γ) Ka,ΗΔ = 10 Δ) Ka,ΗΔ = 10−3 ii. Ο καταλληλότερος δείκτης (ΗΔ) για την ογκομέτρηση ασθενούς οξέος με ισχυρή βάση, έχει: A) Ka,ΗΔ = 10−3 B) Ka,ΗΔ = 10−4 −6 Γ) Ka,ΗΔ = 10 Δ) Ka,ΗΔ = 10−9 Ε2.22. Διάλυμα Ca(OH)2 όγκου 50 mL και συγκέντρωσης c ογκομετρείται με πρότυπο διάλυμα HCl 0,1 Μ, παρουσία του δείκτη κυανού της βρωμοθυμόλης, με περιοχή αλλαγής χρώματος 6 (κίτρινο) - 7,6 (μπλε). Αν μέχρι το τελικό σημείο της ογκομέτρησης καταναλώθηκαν 50 mL πρότυπου διαλύματος ΗCl, ποια από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι η σωστή; Α) Η διαδικασία χαρακτηρίζεται ως αλκαλιμετρία Β) Η συγκέντρωση του διαλύματος του Ca(OH)2 είναι c = 0,2 M Γ) Στο τελικό σημείο της ογκομέτρησης το χρώμα του διαλύματος θα είναι μπλε Δ) Στο τελικό σημείο της ογκομέτρησης θα ισχύει pH < 6 Ε2.23. Διαθέτουμε δύο διαλύματα, ένα ΝΗ3 0,1 Μ (διάλυμα Χ) και ένα άλλο βάσης Β 0,01 Μ (διάλυμα Υ). Και τα δύο διαλύματα έχουν pH = 11. Στα διαλύματα Χ και Υ προσθέτουμε την ακριβώς απαιτούμενη ποσότητα HCl για την εξουδετέρωση, χωρίς μεταβολή όγκου και στις δύο περιπτώσεις. Αν θ=25οC, ποια από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι η σωστή; Α) Η σταθερά ιοντισμού της ΝΗ3 είναι μεγαλύτερη από τη σταθερά ιοντισμού της Β Β) Ο βαθμός ιοντισμού της ΝΗ3 στο διάλυμα Χ είναι μεγαλύτερος από το βαθμό ιοντισμού της Β στο διάλυμα Υ Γ) Για το διάλυμα Υ απαιτείται μεγαλύτερη ποσότητα HCl για την εξουδετέρωση από ότι για το διάλυμα Χ Δ) Το pH του διαλύματος Υ μετά την εξουδετέρωση είναι μεγαλύτερο από το pH του διαλύματος Χ μετά την εξουδετέρωση

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 5ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

Ε2.24. Σε διάλυμα NH3 προσθέτουμε ποσότητα NH4Cl(s), χωρίς μεταβολή του όγκου και της θερμοκρασίας. Με την προσθήκη αυτή: Α) η ισορροπία ιοντισμού της NH3 πηγαίνει προς τα δεξιά Β) η [ΝΗ4+] μειώνεται Γ) ο βαθμός ιοντισμού της ΝΗ3 δε μεταβάλλεται Δ) το pH του διαλύματος μειώνεται Ε2.25. Οι ισορροπίες που ακολουθούν είναι και οι δύο μετατοπισμένες προς τα αριστερά.

ΗΤe + HSe ΗΤe + Se2

H2Te + Se2 HSe + Te2

Με βάση το δεδομένο αυτό η σειρά των οξέων από το πιο ισχυρό προς το πιο ασθενές είναι: Α) ΗΤe, HSe, H2Te Β) HSe, H2Te, ΗΤe   Γ) H2Te, ΗSe , ΗΤe Δ) H2Te, ΗΤe, HSe Ε2.26. Στα υδατικά του διαλύματα το ιόν Fe3+ σχηματίζει το εφυδατωμένο ιόν [Fe(H2O)6]3+ με ιδιότητες ασθενούς οξέος. Ποια είναι η συζυγής του βάση; Α) [Fe(H2O)5(H3O)]3+ Β) [Fe(H2O)5(H3O)]4+ 2+ Γ) [Fe(H2O)5(OH)] Δ) [Fe(H2O)5(OH)]3+ Ε2.27. Διάλυμα (Δ) περιέχει το ασθενές οξύ ΗΑ σε συγκέντρωση 1 Μ και το άλας KA σε συγκέντρωση 1 Μ. Σε 100 mL του διαλύματος Δ προστίθενται 10 mL HCl 1 M και καταγράφεται απόλυτη μεταβολή pH ίση με x. Σε άλλα 100 mL του διαλύματος Δ προστίθεται 10 mL KOH 1 M και καταγράφεται απόλυτη μεταβολή pH ίση με y. Θα διαπιστώσουμε ότι: Α) x = y = 0 Β) x = y Γ) x > y Δ) x < y Ε2.28. Διάλυμα HCl και διάλυμα CH3COOH έχουν το ίδιο pH. 25 mL από τα δύο αυτά διαλύματα ογκομετρούνται με το ίδιο πρότυπο διάλυμα NaOH, παρουσία φαινολοφθαλεΐνης (περιοχή αλλαγής χρώματος 8,2-10). Τι από τα παρακάτω θα ισχύει; Α) Στο τελικό σημείο της ογκομέτρησης και τα δύο διαλύματα θα έχουν βασικό pH Β) Το διάλυμα του CH3COOH θα απαιτήσει μικρότερο όγκο πρότυπου διαλύματος Γ) Το διάλυμα του ΗCl θα απαιτήσει μεγαλύτερο όγκο πρότυπου διαλύματος Δ) Τα δύο διαλύματα θα απαιτήσουν τον ίδιο όγκο πρότυπου διαλύματος Ε2.29. Διαθέτουμε διάλυμα ΝΗ3 0,1 Μ. Ποια-ες από τις παρακάτω προτάσεις για το διάλυμα αυτό είναι σωστή-ές; Κb (ΝΗ3) = 10−5. Α) Το διάλυμα εμφανίζει pOH < 7. Β) Το διάλυμα αυτό είναι πιο βασικό από ένα διάλυμα ΝΗ3 0,01 Μ. Γ) Ο βαθμός ιοντισμού της ΝΗ3 στο διάλυμα είναι μεγαλύτερος από το βαθμό ιοντισμού της ΝΗ3 σε άλλο διάλυμα ΝΗ3 0,01 Μ. Δ) Με προσθήκη νερού στο διάλυμα, το pH αυξάνεται και το pOH μειώνεται.

Ε) Με τη διάλυση επιπλέον ποσότητας ΝΗ3, χωρίς μεταβολή όγκου, ο βαθμός ιοντισμού της ΝΗ3 μειώνεται. ΣΤ) Για την πλήρη εξουδετέρωση 100 mL του διαλύματος της ΝΗ3 0,1 Μ απαιτούνται 50 mL διαλύματος HCl 0,2 Μ και το διάλυμα που θα προκύψει θα έχει pH < 7. Ζ) Aν σε 100 mL του διαλύματος της ΝΗ3 0,1 M προσθέσουμε 50 mL διαλύματος ΗCl 0,1 Μ θα προκύψει ρυθμιστικό διάλυμα. Η) Με την προσθήκη ποσότητας NH4Cl(s), χωρίς μεταβολή όγκου, σε διάλυμα ΝΗ3 0,1 Μ o βαθμός ιοντισμού της ΝΗ3 μειώνεται. Ε2.30. Διαθέτουμε υδατικό διάλυμα CH3COOH (Κa = 10−5) συγκέντρωσης c. Για το διάλυμα αυτό, ποια από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι η σωστή; Α) Με την προσθήκη ΗCl(g), χωρίς μεταβολή όγκου, η [CH3COO] μειώνεται Β) Με την προσθήκη διαλύματος NaCl στο διάλυμα ο βαθμός ιοντισμού μένει σταθερός Γ) Αν στο διάλυμα του CH3COOH προσθέσουμε ρυθμιστικό διάλυμα που σταθεροποιεί το pH στην τιμή 5, τότε: [CH3COO] > [CH3COΟΗ] Δ) Αν παρασκευάσουμε μία σειρά διαλυμάτων CH3COOH συγκέντρωσης 0,1 Μ σε ρυθμιστικά διαλύματα διαφόρων pH, o βαθμός ιοντισμού α του CH3COOH σε σχέση με το pH του ρυθμιστικού διαλύματος μπορεί να αποδοθεί από το διάγραμμα που ακολουθεί: 1

α

0

pH

Ε2.31. Σε διάλυμα NaOH προσθέτουμε σταδιακά πρότυπο διάλυμα HCl. Ποια από τα γραφήματα που ακολουθούν παραστάνει καλύτερα τον όγκο V του διαλύματος HCl που προσθέτουμε, ως συνάρτηση του pH του διαλύματος που προκύπτει; V

V

A)

B) pH

V

pH V

Γ)

Δ) pH

pH

245

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Ε2.32. Nα χαρακτηρίσετε τις προτάσεις που ακολουθούν ως σωστές (Σ) ή λανθασμένες (Λ). Α) Το H3ΡO4 είναι ισχυρότερο οξύ από το HCl, γιατί κάθε μόριο H3ΡO4 μπορεί να αποδώσει τρία Η+, ενώ κάθε μόριο του HCl μπορεί να αποδώσει ένα μόνο Η+. Β) Όταν μία ένωση Α προσλάβει ένα πρωτόνιο μετατρέπεται στην ουσία Β, που είναι συζυγής βάση της Α. Γ) Η ισορροπία, HCO3 + Cl CO32 + HCl, είναι μετατοπισμένη προς τα αριστερά, γιατί το HCl είναι ισχυρότερο οξύ από το ΗCO3. Δ) Ο όξινος ή ο βασικός χαρακτήρας μιας χημικής ουσίας κατά Brönsted - Lowry εξαρτάται από την αντίδραση στην οποία αυτή συμμετέχει. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] Ε) Αν σε διάλυμα CH3COOH 0,1 M / CH3COONa 0,1 M, με pH = 4,74, προσθέσουμε ίσο όγκο νερού το pH του διαλύματος θα αυξηθεί. ΣΤ) Σε διάλυμα H2S, η [Η3Ο+] είναι διπλάσια από την [S2−]. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] Ε2.33. Nα χαρακτηρίσετε τις προτάσεις που ακολουθούν ως σωστές (Σ) ή λανθασμένες (Λ). Δεν απαιτείται αιτιολόγηση. Α) Μετά τη θεωρία του Arrhenius οι σημαντικότερες θεωρίες σχετικά με τα οξέα και τις βάσεις είναι η θεωρία Brönsted - Lowry και η θεωρία Lewis. Β) Διάσταση μιας ένωσης είναι η αντίδραση των μορίων αυτής με τα μόρια του διαλύτη (π.χ. νερού) προς σχηματισμό ιόντων. Γ) Σε υδατικό διάλυμα ιοντικής ένωσης, π.χ. NaCl, τα ιόντα δεν είναι «γυμνά», αλλά περιβάλλονται από ορισμένο αριθμό μορίων νερού με τα οποία συνδέονται με ισχυρές ηλεκτροστατικές έλξεις (εφυδάτωση). Δ) Σε διάλυμα H2SO4 με pH = 2 θα ισχύει: c > 0,01 M. E) Αν ένα διάλυμα CH3COOH 0,1 Μ αραιωθεί με την προσθήκη ίσου όγκου Η2Ο υπό σταθερή θερμοκρασία, αυξάνεται τόσο ο βαθμός ιοντισμού του όσο και το pH του διαλύματος. ΣΤ) Στην αλκαλιμετρία το πρότυπο διάλυμα είναι διάλυμα οξέος, π.χ. HCl, ενώ στην οξυμετρία είναι διάλυμα βάσης, π.χ. NaOH. Ζ) Η προσθήκη στερεού άλατος NaA σε υδατικό διάλυμα οξέος ΗΑ είναι δυνατόν ή να διατηρήσει το pH σταθερό ή να το αυξήσει. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2016] Ε2.34. Να εξηγήσετε αν οι προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστές ή όχι. Α) Με βάση τη θεωρία Brönsted - Lowry, αλλά και τη θεωρία του Arrhenius περί οξέων και βάσεων, το καθαρό αέριο ξηρό HCl δεν εκδηλώνει όξινο χαρακτήρα. Β) Αν σε όξινο διάλυμα προστεθεί νερό, τότε προκύπτει διάλυμα με pH πάντα μεγαλύτερο από το αρχικό. Γ) Κατά τον υπολογισμό του pH διαλύματος ηλεκτρολύτη σε όλες τις περιπτώσεις ο ιοντισμός του νερού θεωρείται αμελητέος.

246

Δ) Ουσίες όπως η CH3OH (μεθυλική αλκοόλη), με τιμή Ka μικρότερη από 10−14 δεν αντιδρούν με το Η2Ο (δεν ιοντίζονται). Ε) Όταν σε ένα διάλυμα CH3COOH προστεθεί ποσότητα στερεού ΚΟΗ, στους 25οC, αυξάνεται τόσο ο βαθμός ιοντισμού του CH3COOH όσο και το pH του διαλύματος. ΣΤ) Αν το οξύ ΗΑ είναι ισχυρότερο οξύ από το ΗΒ, τότε κάθε διάλυμα του ΗΑ θα έχει μικρότερο pH από κάθε διάλυμα του ΗΒ της ίδιας θερμοκρασίας. Ζ) Διάλυμα με pOH = 10 είναι περισσότερο όξινο από άλλο διάλυμα με pH = 12 (θ=25οC). Η) Κατά τη διάλυση στο νερό ποσότητας CH3COONa(s) προκύπτει βασικό διάλυμα. Θ) Κατά την προσθήκη 0,01 mol NaOH(s) σε 1 L διαλύματος NH3 1 Μ και NH4Cl 1 Μ, το pH του διαλύματος πρακτικά δε μεταβάλλεται, γιατί τα ιόντα ΟΗ από τη διάσταση του NaOH δεσμεύονται από τα ιόντα NH4+ που υπάρχουν στο διάλυμα. Ε2.35. α) Να διατυπώσετε τους ορισμούς: i. της ηλεκτρολυτικής διάστασης στις ιοντικές ενώσεις και του ιοντισμού στις ομοιοπολικές ενώσεις, ii. των οξέων και των βάσεων κατά Brönsted - Lowry, iii. του βαθμού ιοντισμού ενός ηλεκτρολύτη, iv. των διπρωτικών οξέων (και ένα παράδειγμα), v. της επίδρασης κοινού ιόντος, vi. της ογκομέτρησης, vii. του ισοδύναμου και του τελικού σημείου μιας ογκομέτρησης, viii. των πρωτολυτικών δεικτών. β) Να αναφέρετε: i. τρεις εφαρμογές των ρυθμιστικών διαλυμάτων και ii. δύο χρήσεις των δεικτών. Ε2.36. Να αποδείξετε: α) Το νόμο αραίωσης του Ostwald για ένα διάλυμα ασθενούς οξέος ΗΑ. Να σημειώσετε την προσεγγιστική έκφραση και να αναφέρετε τις προϋποθέσεις ισχύος της. β) Τη σχέση Κa·Kb = Kw για ένα συζυγές ζεύγος οξέος βάσης (π.χ. για το ζεύγος ΗΑ/Α−). γ) Τη σχέση Henderson - Hasselbalch για ρυθμιστικό διάλυμα ΝΗ3 (cβ) / ΝΗ4Cl (co). δ) Ότι για ένα δείκτη ΗΔ η περιοχή αλλαγής χρώματος είναι θεωρητικά 2 μονάδες της κλίμακας pH. ΘΕΜΑ B Ε2.37. Δίνονται οι ισορροπίες,

HCN + H2O H3O+ + NH3

H3O+ + CN (I), NH4+ + H2O (II),

και ότι η σχετική ισχύς των οξέων Η3Ο+, ΝΗ4+ και ΗCN ελαττώνεται από το πρώτο προς το τελευταίο. α) Να γράψετε τα συζυγή ζεύγη οξέος - βάσης στις ισορροπίες (Ι) και (ΙΙ). β) Να εξηγήσετε προς ποια κατεύθυνση είναι μετατοπισμένη κάθε μία από τις παραπάνω ισορροπίες. γ) Να εξηγήσετε αν είναι σωστή ή λανθασμένη η πρόταση: «Το ιόν Η3Ο+ έχει την ίδια ισχύ στις δύο αντιδράσεις».

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 5ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

Ε2.38. Διαθέτουμε τα εξής υδατικά διαλύματα των ασθενών οξέων ΗΑ και ΗΒ: Διάλυμα Δ1: ΗΑ συγκέντρωσης c1, pH = 3, θ=35οC. Διάλυμα Δ2: ΗB συγκέντρωσης c2 (c2 < c1), pH = 3, θ=25οC. Θεωρώντας τις κατάλληλες προσεγγίσεις, να συγκρίνετε: α) Tους βαθμούς ιοντισμού α1 και α2 των ΗΑ και ΗΒ στα διαλύματα Δ1 και Δ2, β) Tην ισχύ των δύο οξέων ΗΑ και ΗΒ, γ) Tην ισχύ των συζυγών τους βάσεων και δ) Tο pH του διαλύματος Δ1 στους 25οC και στους 35οC. Να αιτιολογήσετε τις απαντήσεις σας. Ε2.39. Σε διάλυμα έχει αποκατασταθεί η ισορροπία:

ΗCN + NH3

NH4+ + CN

Να προσδιορίσετε την τιμή της σταθεράς Κc της ισορροπίας. Ka(ΗCN) = 4·10‒10, Kb(NH3) = 2·10−5. Κw = 10−14. Ε2.40. Το ιόν Al3+ βρίσκεται στα υδατικά του διαλύματα με τη μορφή του συμπλόκου ιόντος [Al(H2O)6]3+, το οποίο εμφανίζει ιδιότητες μονοπρωτικού οξέος. Να γράψετε την εξίσωση της ισορροπίας κατά Brönsted - Lowry που εξηγεί τη συμπεριφορά αυτή, σημειώνοντας τα συζυγή ζεύγη. Ε2.41. Τέσσερα υδατικά διαλύματα, Α, Β, Γ και Δ έχουν όλα τον ίδιο όγκο και θερμοκρασία θ=25 οC. Α: ΝaClO 0,1 Μ Β: HClO 0,1 Μ Γ: HCl 0,1 Μ Δ: HClO 0,1 Μ, NaClO 0,1 Μ α) Να διατάξετε τα διαλύματα κατά αυξανόμενη τιμή pH. β) Να συγκρίνετε το βαθμό ιοντισμού του HClO στα διαλύματα Β και Δ. γ) Να εξηγήσετε πώς θα μεταβληθεί το pH του κάθε διαλύματος κατά την αραίωση µε νερό σε διπλάσιο όγκο. Ε2.42. Διαθέτουμε διάλυμα HCOOH και HCOOΝa όγκου 500 mL στα οποία τα δύο συστατικά έχουν συγκεντρώσεις c1 και c2, αντίστοιχα. Ποιόν όγκο νερού πρέπει να προσθέσουμε στο διάλυμα αυτό, ώστε στο νέο διάλυμα που θα προκύψει ο βαθμός ιοντισμού του HCOOH να έχει τριπλασιαστεί; Και τα διαλύματα βρίσκονται σε θ=25οC. Να χρησιμοποιηθούν οι γνωστές προσεγγίσεις. Ε2.43. Διαθέτουμε υδατικό διάλυμα ασθενούς οξέος ΗΑ 0,1 Μ. Να εξηγήσετε πως μεταβάλλονται τα μεγέθη: αHA, [H3O+], pΗ και Ka, με τις μεταβολές που ακολουθούν: α) Προσθήκη Η2Ο, υπό σταθερή θερμοκρασία. β) Αύξηση της θερμοκρασίας, υπό σταθερό όγκο. γ) Προσθήκη ποσότητας ΝaΑ(s), υπό σταθερή θερμοκρασία και υπό σταθερό όγκο. δ) Προσθήκη διαλύματος ΗΑ 0,2 Μ, υπό σταθερή θερμοκρασία. Ε2.44. α) Να συμπληρώσετε την ισορροπία που ακολουθεί, σύμφωνα με τη θεωρία Brönsted - Lowry και να εξηγήσετε το ρόλο όλων των σωματιδίων σε αυτή.

CH3COOH + CN─ β) Να προβλέψετε προς ποια κατεύθυνση ευνοείται η παραπάνω ισορροπία. γ) Να εξηγήσετε ποιο από τα δύο διαλύματα της ίδιας συγκέντρωσης, ένα με CH3COOΝa και ένα άλλο με ΝaCN εμφανίζει μεγαλύτερο pH. θ=25οC. Κa(CH3COOH) = 10−5, Κa(HCN) = 10−10. Ε2.45. Διαθέτουμε 4 υδατικά διαλύματα ∆1, ∆2, ∆3 και ∆4 ίσης συγκέντρωσης, που περιέχουν ΝΗ3, ΝaΟΗ, ΗCl και ΝΗ4Cl, αντίστοιχα. α) Να προτείνετε τρεις τρόπους παρασκευής ρυθμιστικού διαλύματος ΝΗ3/ΝΗ4Cl αναμειγνύοντας ποσότητες από τα παραπάνω διαλύματα, επιλέγοντας δύο κάθε φορά. β) Να δικαιολογήσετε τις επιλογές σας. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] Ε2.46. Ένα υδατικό διάλυμα της αμίνης ΑΝΗ2 (Δ1) και ένα άλλο υδατικό διάλυμα της αμίνης ΒΝΗ2 (Δ2) έχουν την ίδια συγκέντρωση και ισχύει: pH(Δ1) < pH(Δ2). α) Να συγκρίνετε την ισχύ των βάσεων ΑΝΗ 2 και ΒΝΗ2. β) Στα δύο διαλύματα προστίθεται η απαιτούμενη για την εξουδετέρωση ποσότητα HCl. Να συγκρίνετε τα pH των δύο διαλυμάτων εξουδετέρωσης. γ) Στα αρχικά διαλύματα προστίθεται η μισή ποσότητα HCl από αυτή που απαιτείται για την εξουδετέρωση. Να συγκρίνετε τα pH των διαλυμάτων που προκύπτουν. Ισχύουν οι γνωστές προσεγγίσεις. Οι προσθήκες HCl γίνονται χωρίς μεταβολή του όγκου των διαλυμάτων. θ=25 oC. Ε2.47. Θεωρείστε την ισορροπία (Ι) που αποκαθίσταται σε υδατικό διάλυμα και περιγράφεται από την εξίσωση (Ι): ΝΗ3 + HA ΝH4+ + A (Ι) α) i. Αν η σταθερά Kc της παραπάνω ιοντικής ισορροπίας έχει τιμή ίση με 1000 και Κb(ΝΗ3) = 10−5, να δείξετε ότι: Κa(HΑ) = 10−6. ii. Προς ποια κατεύθυνση είναι μετατοπισμένη η (Ι); Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. β) Σε διάλυμα ΝΗ3 προσθέτουμε την απαιτούμενη ποσότητα διαλύματος ασθενούς οξέος ΗΑ για πλήρη εξουδετέρωση. Το διάλυμα που προκύπτει έχει pH όξινο, βασικό ή ουδέτερο; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Σε όλες τις περιπτώσεις θ=25οC όπου Κw = 10−14. Ε2.48. Σε διάλυμα NH3 προσθέτονται (ξεχωριστά) οι ουσίες της 1ης στήλης του πίνακα που ακολουθεί. Nα αντιστοιχήσετε τις μεταβολές της 1ης στήλης με τα αποτελέσματά τους στη 2η και την 3η στήλη.

Mεταβολές A. H2O B. NaOH(s) Γ. NH4Cl(s) Δ. NH3(g) E. NaCl(s)

α α. αύξηση

pH 1. αύξηση

β. μείωση

2. μείωση

γ. σταθ.

3. σταθ.

O όγκος του διαλύματος κατά την προσθήκη των NaOH, NH4Cl, NH3 και NaCl διατηρείται σταθερός. Σε όλες τις περιπτώσεις, θ = 25οC.

247

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Ε2.49. Να αντιστοιχίσετε καθένα από τα υδατικά διαλύματα της στήλης (Ι) με την τιμή pH της στήλης (ΙΙ). Στήλη (Ι) 1. ΗΙ 2. CH3COOH 3. CH3COO 4. NH4+ 5. NH3

Στήλη (ΙΙ) α. 9 β. 11 γ. 5 δ. 7 ε. 1 στ. 3

Δίνεται η σχετική ισχύς των παραπάνω οξέων κατά Brönsted - Lowry: HI > CH3COΟΗ > NH4+. Όλα τα διαλύματα έχουν την ίδια συγκέντρωση, c = 0,1 Μ και βρίσκονται σε θερμοκρασία 25οC. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] Ε2.50. Να αντιστοιχήσετε τους βαθμούς ιοντισμού της στήλης Β με τα διαλύματα της στήλης Α. To HA είναι ασθενές οξύ. Όλα τα διαλύματα έχουν την ίδια θερμοκρασία. Α Β α. ΗCl 10−2 Μ 1. α = 10−4 β. ΗΑ 0,1 Μ 2. α = 10−3 γ. HCl 0,1 Μ, NaCl 0,1 Μ 3. α = 10−2 δ. ΗΑ 0,1 Μ, ΝaA 0,1 Μ 4. α = 1 ε. ΗΑ 0,1 Μ, NaA 0,01 Μ Να αιτιολογήσετε τις επιλογές σας. Ε2.51. Σε υδατικό διάλυμα οξέος ΗΑ συγκέντρωσης c με pH = x εκτελέστηκαν τα πειράματα που ακολουθούν. Πείραμα 1ο: Για την εξουδετέρωση ορισμένου όγκου του διαλύματος καταναλώθηκε πενταπλάσιος όγκος διαλύματος KOH 0,002 Μ. Πείραμα 2ο: Όταν προσθέσουμε στο διάλυμα του οξέος ποσότητα στερεού άλατος ΚΑ (χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος), το pH παραμένει αμετάβλητο, δηλαδή x. α) Ποια η συγκέντρωση c του αρχικού διαλύματος ΗΑ; β) Ποια η εκτίμησή σας όσον αφορά στην ισχύ του οξέος ΗΑ; Ποια η τιμή του x; Ε2.52. Διαθέτουμε δύο υδατικά διαλύματα, ένα ασθενούς οξέος ΗΑ και ένα ισχυρού οξέος ΗΒ. Τα δύο αυτά διαλύματα έχουν το ίδιο pH, στην ίδια θερμοκρασία. Αν αραιώσουμε τα δύο αυτά διαλύματα υπό σταθερή θερμοκρασία σε 10πλάσιο όγκο, να εξετάσετε αν τα τελικά διαλύματα θα έχουν ή όχι το ίδιο pH. Για το διάλυμα του ασθενούς οξέος (ΗΑ) να θεωρηθούν οι σχετικές προσεγγίσεις. Η θερμοκρασία είναι η ίδια σε όλα τα διαλύματα. Ε2.53. Δίνονται τα παρακάτω υδατικά διαλύματα: Διάλυμα (Δ1) ασθενούς οξέος ΗΑ, συγκέντρωσης c και όγκου V. Διάλυμα (Δ2) άλατος ΝaA, συγκέντρωσης c και όγκου V.

248

Αναμειγνύουμε τα διαλύματα Δ1 και Δ2 και προκύπτει ρυθμιστικό διάλυμα Δ3. Στο διάλυμα Δ3 προστίθεται: 1. μικρή ποσότητα HCl(g). 2. μικρή ποσότητα ΝaOH(s). α) Να γραφούν οι αντιδράσεις που πραγματοποιούνται. β) Να χαρακτηρίσετε ως σωστή ή λανθασμένη την παρακάτω πρόταση: Όταν το διάλυμα Δ3 αραιώνεται σε διπλάσιο όγκο, το pH του αυξάνεται. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] Ε2.54. Διαθέτουμε πέντε ποτήρια Α, Β, Γ, Δ και Ε τα οποία περιέχουν τα εξής υδατικά διαλύματα: Α: ΗBr 0,1 M B: NaBr 0,1 M Γ: ΝΗ3 0,1 Μ Δ: ΝΗ4Βr 0,1 Μ Ε: ΝΗ4Βr 0,1 Μ / ΝΗ3 1 Μ α) Σε όλα τα ποτήρια προσθέτουμε σταγόνες διαλύματος κυανού της θυμόλης. Ποιο χρωματισμό θα πάρει το περιεχόμενο κάθε ποτηριού; β) Στα ποτήρια Α και στο ποτήρι Γ προσθέτοντας κατάλληλη ποσότητα νερού παρατηρούμε ότι τα διαλύματα γίνονται κίτρινα. Εξηγείστε γιατί.

To κυανού της θυμόλης αλλάζει χρώμα στην περιοχή pH 1,2 (κόκκινο) - 2,8 (κίτρινο) και στην περιοχή pH 8 (κίτρινο) - 9,6 (μπλε). Kb(NH3) = 10−5. θ=25ο C. Ε2.55. Μαθητής προετοιμάζεται να υπολογίσει την περιεκτικότητα του ξυδιού σε CH3COOH. α) Ποιο από τα παρακάτω αντιδραστήρια θα χρησιμοποιήσει ως πρότυπο διάλυμα για την ογκομέτρηση; i. HCl 0,1 M ii. ΝaΟΗ 0,1 Μ iii. ΝΗ3 0,1 Μ β. i. Ποιον από τους παρακάτω δείκτες θα χρησιμοποιήσει; Δείκτης α. φαινολοφθαλεΐνη β. κόκκινο του μεθυλίου γ. κυανό της θυμόλης

pH αλλαγής χρώματος 8 - 10 4,4 - 5,5 1,5 - 3

ii. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας.

[EΞΕΤΑΣΕΙΣ] .

Ε2.56. Nα εξηγήσετε γιατί ένα διάλυμα NaHS 0,1 M είναι όξινο, βασικό ή ουδέτερο. Δίνονται οι σταθερές ιοντισμού του Η2S, Κa1 = 10−7 και Κa2 = 10−13. θ=25οC. [Π.Μ.Δ.X.] Ε2.57. Διάλυμα ΝaΗCO3 ογκομετρείται με πρότυπο διάλυμα ΝaOH παρουσία δείκτη φαινολοφθαλεΐνης, οπότε διεξάγεται η μονόδρομη αντίδραση που περιγράφεται από την εξίσωση: NaHCO3 + NaOH → Na2CO3 + H2O. α) Nα συμπληρώσετε την παρακάτω εξίσωση σύμφωνα με τη θεωρία Brönsted - Lowry και συγκρίνετε την ισχύ των δύο βάσεων που εμφανίζονται σε αυτή. Προς ποια κατεύθυνση είναι μετατοπισμένη η ισορροπία;

ΗCO3 + OH β) Nα εξετάσετε αν το διάλυμα στο ισοδύναμο σημείο είναι όξινο, βασικό ή ουδέτερο. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Να εξηγήσετε επίσης γιατί ο παραπάνω δείκτης είναι κατάλληλος για την παραπάνω ογκομέτρηση (περιοχή αλλαγής χρώματος 8,2 - 10).

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 5ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

Ε2.58. Διάλυμα CH3COOH όγκου 50 mL χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη των 25 mL. Το 1ο μέρος απαιτεί λ1 mL πρότυπου διαλύματος NaOH και στο ισοδύναμο σημείο ισχύει: pH = x. Στο 2ο μέρος προστίθενται 25 mL νερού και το διάλυμα που προκύπτει απαιτεί λ2 mL πρότυπου διαλύματος NaOH, ενώ στην περίπτωση στο ισοδύναμο σημείο ισχύει: pH = y. Τι από τα παρακάτω ισχύει για τις δύο ογκομετρήσεις; Να αιτιολογήσετε την επιλογή σας. Α) λ1 = λ2, x > y Β) λ1 = λ2, x < y Γ) λ1 < λ2, x = y Δ) λ1 > λ2, x = y Ε2.59. Ίσοι όγκοι V από τρία διαφορετικά υδατικά διαλύματα CH3COOH (Α, Β και Γ) με συγκεντρώσεις cA, cB και cΓ, αντίστοιχα, ογκομετρούνται με το ίδιο πρότυπο διάλυμα ΝaOH στους 25οC, οπότε προκύπτουν οι καμπύλες Α, Β και Γ:

pH 7

Α

Ε2.60. Έχουμε 10 mL από κάθε διάλυμα ΗΑ με pH = 4, διάλυμα ΗΒ με pH = 3 και διάλυμα ΗΓ με pH = 3. Τα διαλύματα αυτά απαιτούν για την εξουδετέρωση, 5 mL, 5 mL και 20 mL από το ίδιο διάλυμα NaOH, αντίστοιχα. α) Να εξηγήσετε ποιο από τα τρία οξέα είναι ισχυρότερο. β) 10 mL καθενός από τα τρία διαλύματα αραιώνονται με νερό μέχρι όγκου 1000 mL και έχουν: διάλυμα ΗΑ με pH = 5, διάλυμα ΗΒ με pH = 5 και διάλυμα ΗΓ με pH = 4. Να αποδειχθεί ότι ένα από τα τρία οξέα είναι ισχυρό. γ) Να υπολογιστούν οι βαθμοί ιοντισμού των ασθενών οξέων στα αρχικά διαλύματα. [Π.Μ.Δ.Χ.] Ε2.61. Μερικά λουλούδια όπως αυτά της ορτανσίας παίρνουν διαφορετικά χρώματα, ανάλογα με τις φυσικές χρωστικές ουσίες που διαθέτουν. Τα χρώματα κόκκινο, μωβ, βιολετί και μπλε οφείλεται στην παρουσία στα πέταλά τους μιας κατηγορίας οργανικών ουσιών, των ανθοκυανινών. Ειδικά το βιολετί χρώμα οφείλεται στην ανθοκυανίνη που ακολουθεί και η οποία θα συμβολίζεται στο εξής ως ΗΑ.

Β

7

λ mL NaOH 0,1 M

λ mL NaOH 0,1 M

pH 7

Γ λ mL NaOH 0,1 M

α) Να εξηγήσετε με τη χρήση χημικών εξισώσεων γιατί στο ισοδύναμο σημείο και των τριών ογκομετρήσεων το pH είναι βασικό. β) i. Να συγκρίνετε τις συγκεντρώσεις cA, cB και cΓ του CH3COOH στα Α, Β και Γ. ii. Να ταξινομήσετε τα διαλύματα Α, Β και Γ κατά σειρά αυξανόμενου pH, πριν την έναρξη της ογκομέτρησης. γ) Να εξηγήσετε γιατί στο μέσο των τριών ογκομετρήσεων (όταν δηλαδή σε κάθε ογκομέτρηση έχει προστεθεί ο μισός όγκος από τον απαιτούμενο μέχρι το ισοδύναμο σημείο) το pH θα είναι το ίδιο.

Το οργανικό αυτό μόριο εμφανίζει στα υδατικά του διαλύματα αμφιπρωτικές ιδιότητες, καθώς μπορεί τόσο να παραχωρήσει όσο και να προσλάβει Η +. Για την όξινη συμπεριφορά του ξέρουμε ότι pKa = 7, ενώ για τη βασική του pKb = 10. To χρώμα των ιόντων H2A+ είναι κόκκινο, των μορίων HA είναι βιολετί, ενώ τέλος των ιόντων A– είναι μπλε. α) Να γράψετε τις εξισώσεις κατά Brönsted - Lowry για την όξινη και τη βασική συμπεριφορά του μορίου ΗΑ στα υδατικά του διαλύματα σημειώνοντας σε κάθε περίπτωση τα συζυγή ζεύγη οξέος - βάσης. β) i. Το ΗΑ βρίσκεται σε ρυθμιστικό διάλυμα του οποίου το pH είναι ίσο με 10. Να υπολογίσετε την τιμή του λόγου των συγκεντρώσεων [Α]/[ΗΑ] και στη συνέχεια με βάση την τιμή αυτή να εκτιμήσετε το χρώμα του διαλύματος. ii. Σε ποια μορφή βρίσκεται το ΗΑ σε πολύ υψηλές τιμές pH και σε ποια μορφή σε πολύ χαμηλές του pH; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. γ) Έχει παρατηρηθεί ότι τα λουλούδια της ορτανσίας μπορούν να έχουν διαφορετικό χρώμα, όταν φυτρώνουν σε διαφορετικά εδάφη. Να δώσετε μία εξήγηση για την παρατήρηση αυτή.

249

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Ε2.62. Σε διάλυμα ασθενούς οξέος ΗΑ 0,1 Μ υφίστανται ξεχωριστά οι μεταβολές 1-9 του πίνακα που ακολουθεί. Να συμπληρώσετε τον πίνακα με ένα (–) αν το αντίστοιχο μέγεθος μειώνεται, με ένα (+) αν αυξάνεται, με ένα (Χ) αν δεν μεταβάλλεται και με ένα (;) αν δεν μπορεί να γίνει άμεση εκτίμηση χωρίς επιπλέον δεδομένα. Στις μεταβολές 2, 3, 5, 7 και 9 δεν υπάρχει μεταβολή όγκου του αρχικού διαλύματος ΗΑ. α 1.

Προσθήκη H2O

2.

Διάλυση ποσότητας HCl(g)

3.

Διάλυση ποσότητας NaA(s)

4.

Προσθήκη διαλύματος ΗΑ 0,1 Μ

5.

Προσθήκη επιπλέον ΗΑ

6.

Προσθήκη διαλύματος ΗΑ 1 Μ

7.

Διάλυση ποσότητας CaCl2(s)

8.

Προσθήκη διαλύματος ΝaCl

9.

Αύξηση της θερμοκρασίας

[Η3Ο+]

pH

[OH]

n(H3O+)

n (A)

ΘΕΜΑ Δ Ε2.63. Διαθέτουμε διάλυμα (Υ1) ασθενούς μονοπρωτικού οξέος (ΗΑ) συγκέντρωσης 1 Μ με pH = 3. α) Να υπολογιστεί η σταθερά ιοντισμού, καθώς και βαθμός ιοντισμού του ΗΑ στο διάλυμα (Υ1). β) Διαθέτουμε επίσης δύο διαλύματα, ένα διάλυμα (Υ2) HCl 1 M και ένα άλλο διάλυμα (Υ3) του άλατος NaA 1 Μ. Θέλουμε να παρασκευάσουμε ένα τέταρτο διάλυμα (Υ4) με pH = 6 και όγκο 100 mL, με προσθήκη ορισμένης ποσότητας ενός εκ των δύο διαλυμάτων στο αρχικό διάλυμα (Υ1) του ΗΑ. i. Να εξετάσετε ποιο από τα δύο διαλύματα, το Υ2 ή το Υ3 θα πρέπει χρησιμοποιήσουμε. ii. Να υπολογίσετε τους όγκους των δύο διαλυμάτων. θ=25οC. Να θεωρήσετε τις κατάλληλες προσεγγίσεις. Ε2.64. Υδατικό διάλυμα ασθενούς μονοπρωτικής βάσης Β έχει όγκο 3 L και περιεκτικότητα 0,17% w/v. α) Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος, καθώς και το βαθμό ιοντισμού της Β στο διάλυμα αυτό. β) Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος που προκύπτει με ανάμιξη 1 L του παραπάνω διαλύματος με 1 L διαλύματος του άλατος ΒΗCl 0,1 M. γ) Πόσα L (μετρημένα σε STP) αέριου HCl πρέπει να διαλυθούν στα υπόλοιπα 2 L του αρχικού διαλύματος, χωρίς μεταβολή όγκου, ώστε το pH του να μεταβληθεί κατά 1; Για τη βάση Β: Κb = 10−5 και Mr = 17. Σε όλες τις περιπτώσεις να θεωρηθούν οι γνωστές προσεγγίσεις. θ=25οC.

250

Ε2.65. Διαθέτουμε διάλυμα ΝΗ4Cl 0,2 Μ. α) Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος και το βαθμό ιοντισμού του ιόντος ΝΗ4+ στο διάλυμα αυτό. β) Σε 100 mL του παραπάνω διαλύματος προσθέτουμε νερό, οπότε το pH του διαλύματος μεταβάλλεται κατά 0,5. Να υπολογίσετε τον όγκο του νερού που προσθέσαμε. γ) Σε 2 L του αρχικού διαλύματος προσθέτουμε διάλυμα ΝaOH 0,2 Μ όγκου V και προκύπτει ρυθμιστικό διάλυμα με pH = 9. Να υπολογίσετε τον όγκο V του διαλύματος του NaOH που προσθέσαμε καθώς και τις συγκεντρώσεις όλων των ιόντων στο ρυθμιστικό διάλυμα. Για την ΝΗ3, Κb = 2·10−5. Kw = 10−14. Να θεωρηθούν οι κατάλληλες προσεγγίσεις. θ=25οC. Ε2.66. Διαθέτουμε τα εξής διαλύματα: Διάλυμα Δ1: ΝH3 1 M όγκου 200 mL. Διάλυμα Δ2: ΗNO3 1 M, όγκου 200 mL. α) Να υπολογίσετε το pΗ του διαλύματος ∆1 και το pΗ του διαλύματος ∆2. β) Πόσα mL του διαλύματος ∆2 πρέπει να αναμίξουμε µε 100 mL του ∆1 ώστε να προκύψει διάλυμα (Δ3) με pH μικρότερο κατά 2,5 σε σχέση με αυτό του Δ1; γ) Πώς θα μεταβληθεί το pΗ του διαλύματος ∆3 κατά την αραίωση του στο δεκαπλάσιο του όγκου του; δ) Πόσα g ΝaOH(s) πρέπει να προσθέσουμε σε 110 mL του διαλύματος Δ3, χωρίς μεταβολή όγκου, ώστε το pH του να μεταβληθεί κατά 1; Kb(NH3) = 10−5. θ = 25°C. Να θεωρηθούν οι κατάλληλες προσεγγίσεις.

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 5ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

Ε2.67. Διάλυμα ΝΗ3 (∆1) όγκου 200 mL έχει pΗ = 11. α) Σε 100 mL του διαλύματος ∆1 προστίθεται νερό μέχρι να προκύψει διάλυμα (∆2) δεκαπλάσιου όγκου. Να υπολογίσετε το λόγο α2/α1, όπου α2 και α1 ο βαθμός ιοντισμού της ΝΗ3 στα διαλύματα ∆2 και ∆1 αντίστοιχα. β) Στα υπόλοιπα 100 mL του διαλύματος ∆1 προστίθενται 100 mL διαλύματος ΗCl 0,1 M και το διάλυμα που προκύπτει αραιώνεται μέχρι τελικού όγκου 1 L (διάλυμα ∆3). Ποιο χρώμα θα αποκτήσει το διάλυμα ∆3, αν προσθέσουμε σε αυτό μερικές σταγόνες δείκτη Η∆; Ο δείκτης Η∆ χρωματίζει το διάλυμα κίτρινο, όταν το pH του διαλύματος είναι pH < 3,7 και μπλε, όταν το pH του διαλύματος είναι pH > 5 . Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. γ) Αναμιγνύονται τα διαλύματα ∆2 και ∆3. Να υπολογίσετε το pH του νέου διαλύματος. Κb(ΝΗ3) = 10−5. Όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θ=25oC, όπου Kw = 10−14. Να θεωρήσετε τις γνωστές προσεγγίσεις. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] Ε2.68. Υδατικό διάλυμα ∆1 όγκου 600 mL και pΗ = 1 περιέχει CH3COOH συγκέντρωσης 0,5 Μ και HCl συγκέντρωσης c M. Ο βαθμός ιοντισμού του CH3COOH στο ∆1 είναι α = 2·10−4. α) Να υπολογίσετε: i. τη συγκέντρωση c του HCl στο διάλυμα ∆1 και ii. τη σταθερά ιοντισμού Κa του CH3COOH. β) Στο διάλυμα ∆1 προστίθενται 900 mL διαλύματος ΝaΟΗ 0,4 M και προκύπτει διάλυμα ∆2. Να υπολογίσετε το pΗ του ∆2. γ) Πόσα mol αερίου HCl πρέπει να διαλυθούν στο διάλυμα ∆2 χωρίς μεταβολή του όγκου του, ώστε να προκύψει ρυθμιστικό διάλυμα ∆3 με pΗ = 5; Όλα τα διαλύματα βρίσκονται στους 25οC, όπου Kw = 10−14. Για τη λύση του προβλήματος να χρησιμοποιηθούν οι γνωστές προσεγγίσεις. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] Ε2.69. 1,2 g οξέος RCOOH (R = CνH2ν+1–) διαλύονται σε νερό και σχηματίζεται διάλυμα (Υ1) όγκου 200 mL με pH = 3. α) i. Να υπολογιστεί η συγκέντρωση c του Δ1, καθώς και ο βαθμός ιοντισμού του οξέος RCOOH στο διάλυμα Υ1. ii. Nα προσδιοριστεί ο συντακτικός τύπος του RCOOH. β) Σε 100 mL του Δ1 προσθέτουμε 0,82 g του άλατος RCOOΝa, χωρίς μεταβολή όγκου και σχηματίζεται νέο διάλυμα Υ2. Να υπολογιστούν: i. το pH του Υ2. ii. οι συγκεντρώσεις όλων των ιόντων στο διάλυμα Δ2. iii. ο βαθμός ιοντισμού του οξέος RCOOH στο διάλυμα αυτό. γ) Σε μία εφαρμογή θέλουμε διάλυμα στο οποίο να ισχύει: [RCOO] = 10−5 Μ. i. Πόσα g ΗΝΟ3 πρέπει να προσθέσουμε σε 100 mL του Δ1, χωρίς μεταβολή όγκου, ώστε να προκύψει διάλυμα Υ3 το οποίο να διαθέτει την επιθυμητή τιμή της [RCOO]; ii. Ποιο το pH του Υ3; iii. Ποιος ο βαθμός ιοντισμού του οξέος RCOOH στο διάλυμα Υ3;

Κa(RCOOH) = 10−5. θ=25οC. Nα θεωρηθούν οι κατάλληλες προσεγγίσεις. Ε2.70. Διαθέτουμε τα παρακάτω υδατικά διαλύματα Δ1, Δ2 και Δ3. Δ1: Διάλυμα της ιοντικής ένωσης M(OH)2 με pH = 13 (Μ δισθενές μέταλλο). Δ2: Διάλυμα ασθενούς οξέος ΗΑ συγκέντρωσης 0,1 Μ. Δ3: Διάλυμα ΗCl 0,2 M. α) Με ποια αναλογία όγκων πρέπει να αναμίξουμε τα διαλύματα Δ1 και Δ3, ώστε να προκύψει διάλυμα με pH = 1; β) 50 mL του διαλύματος Δ2 αραιώνονται με νερό και προκύπτει διάλυμα όγκου 250 mL με pH = 2,5. Nα υπολογιστεί η σταθερά Ka του οξέος ΗΑ καθώς και ο λόγος των βαθμών ιοντισμού του ΗΑ πριν και μετά την αραίωση. γ) Αναμιγνύουμε ίσους όγκους από τα διαλύματα Δ1 και Δ2. Να υπολογιστεί το pH του διαλύματος που προκύπτει. δ) Αναμιγνύουμε 100 mL του διαλύματος Δ1 με 150 mL του διαλύματος Δ2 και στο διάλυμα που προκύπτει προσθέτουμε 750 mL νερού, ώστε να προκύψει τελικά διάλυμα όγκου 1 L. Στο διάλυμα αυτό να υπολογίσετε τις συγκεντρώσεις όλων των ιόντων. Να θεωρηθούν οι κατάλληλες προσεγγίσεις. Όλα τα διαλύματα έχουν θ=25οC, όπου Kw = 10−14. Ε2.71. Δίνονται τα παρακάτω υδατικά διαλύματα: Διάλυμα ∆1: ΝaF 0,2 M Διάλυμα ∆2: HCl 0,1 M α) Να υπολογίσετε τη σταθερά ιοντισμού Κa του HF, αν δίνεται ότι στο διάλυμα ∆1 ισχύει: [ΟH] = 2·10−6 Μ. β) Πόσα mol στερεού NaOH πρέπει να προσθέσουμε σε 1 L του διαλύματος ∆2, για να μεταβληθεί το pH κατά μία μονάδα; (θεωρούμε ότι το τελικό διάλυμα έχει όγκο 1 L). γ) Σε 300 mL του ∆1 προσθέτουμε 100 mL του διαλύματος ∆2 και παίρνουμε 400 mL διαλύματος ∆3. Να υπολογίσετε το pH του ∆3. Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται στους 25 οC και Κw = 10−14. Για τη λύση του προβλήματος να γίνουν οι γνωστές προσεγγίσεις. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] Ε2.72. 180 mL διαλύματος CH3COOH 1 M αναμειγνύονται με 120 mL διαλύματος CH3COOΝa 1,5 M και προκύπτουν 300 mL νέου διαλύματος (Δ1). α) i. Ποιο το pH του διαλύματος Δ1; ii. 100 mL από το διάλυμα Δ1 αραιώνονται με νερό μέχρι τα 400 mL. Ποιο το pH του διαλύματος που προκύπτει; β) Σε άλλα 100 mL από το διάλυμα Δ1, προσθέτουμε 60 mL διαλύματος HCl 1 M και αραιώνουμε με νερό σε τελικό όγκο 1,2 L. Ποιο το pH του τελικού διαλύματος; γ) Πόσα mL διαλύματος ΝaOH συγκέντρωσης 1/11 Μ πρέπει να αναμειχθούν με 100 mL του Δ1, ώστε να προκύψει διάλυμα με pH = 6; Κa(CH3COOH) = 10−5. Να θεωρηθούν οι κατάλληλες προσεγγίσεις. θ=25οC.

251

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Ε2.73. Ποσότητα οξέος CνH2ν+1COOH (Χ) μάζας 7,4 g διαλύεται σε νερό σχηματίζοντας διάλυμα (Δ1) όγκου 1 L. Σε 500 mL από το διάλυμα αυτό προστίθεται η απαιτούμενη ποσότητα NaHCO3 για πλήρη αντίδραση κσι παρατηρείται ο σχηματισμός 1,12 L αερίου (σε STP). To διάλυμα Δ2 που απομένει μετά την απομάκρυνση του αερίου έχει όγκο 500 mL και pH = 9. Στα υπόλοιπα 500 mL του Δ1 διαλύουμε 0,025 mol NaHCO3 και μετά την απομάκρυνση του σχηματιζόμενου αερίου απομένει διάλυμα (Δ3) όγκου 500 mL. α) i. Ποιος ο συντακτικός τύπος του οξέος Χ; ii. Ποια η τιμή της σταθεράς Ka; iii. Ποιο το pH του διαλύματος Δ1; β) Ποιο το pH του διαλύματος Δ3; γ) Πόσα mL ΗCl(g) μετρημένα σε STP πρέπει να διαλυθούν πλήρως σε όλη την ποσότητα του Δ3, χωρίς μεταβολή όγκου, ώστε να γίνει pH = 3; θ=25οC. Κw = 10−14. Να θεωρηθούν οι κατάλληλες προσεγγίσεις. Ε2.74. Διαθέτουμε διάλυμα CH3COOΗ περιεκτικότητας 1,2% w/v (διάλυμα Δ1) στο οποίο το CH3COOΗ ιοντίζεται σε ποσοστό 1%. Σε 500 mL του διαλύματος Δ1 προστίθεται η ακριβώς απαιτούμενη για την εξουδετέρωση ποσότητα στερεού ΚΟΗ και προκύπτει διάλυμα (Δ2) όγκου επίσης 500 mL. α) i. Ποια η μάζα του ΚΟΗ που προστέθηκε; ii. Ποιο το pH του διαλύματος Δ2; iii. Σε 100 mL του διαλύματος Δ2 προσθέτουμε 900 mL νερού. Ποια μεταβολή θα παρουσιάσει το pH του διαλύματος; β) Σε 100 mL του Δ2 προσθέτουμε επιπλέον 1,12 g KOH, χωρίς μεταβολή όγκου. Στο διάλυμα που προκύπτει να υπολογιστούν οι συγκεντρώσεις όλων των ιόντων του, καθώς και η συγκέντρωση των μορίων CH3COOH. γ) Θέλουμε να παρασκευάσουμε ένα ρυθμιστικό διάλυμα με pH = 5 και όγκο 500 mL. Πόσα mL διαλύματος HCl 0,1 Μ και πόσα mL διαλύματος Δ2 πρέπει να αναμιχθούν, ώστε να προκύψει το επιθυμητό διάλυμα; θ=25οC. Κw = 10−14. Ισχύουν οι κατάλληλες προσεγγίσεις. Ε2.75. Για την εξουδετέρωση ενός διαλύματος ασθενούς οξέος ΗΑ, όγκου V1, απαιτείται ποσότητα διαλύματος NaOH όγκου V2. Σε άλλη ποσότητα του διαλύματος ΗΑ όγκου επίσης V1 του ίδιου διαλύματος ΗA προσθέτουμε τη μισή ποσότητα του παραπάνω διαλύματος NaOH (V2/2) και το pH του διαλύματος που προκύπτει είναι ίσο με 5. Ποια η τιμή της σταθεράς ιοντισμού Ka του ΗΑ; Να θεωρήσετε τις γνωστές προσεγγίσεις. Όλα τα διαλύματα έχουν θ=25οC. Ε2.76. Διαθέτουμε 2 L υδατικού διαλύματος CH3COOH (διάλυμα Δ). Σε 1 L από το διάλυμα αυτό προσθέτουμε 0,01 mol CH3COONa, χωρίς μεταβολή όγκου, οπότε προκύπτει διάλυμα Α. Στο υπόλοιπο 1 L του διαλύματος Δ προσθέτουμε 99 L νερού και προκύπτει διάλυμα Β όγκου 100 L. α) Αν είναι γνωστό ότι τα διαλύματα Α και Β έχουν το ίδιο pH να υπολογιστούν:

252

i. Η συγκέντρωση και το pH του διαλύματος Δ και ii. Το pH του διαλύματος Α. β) Πόσα mol στερεού ΝaΟΗ πρέπει να προσθέσουμε στο διάλυμα Α, χωρίς μεταβολή όγκου, ώστε το pH του να γίνει ίσο με 5; Να θεωρήσετε τις γνωστές παραδοχές σε όλες τις περιπτώσεις. Ka(CH3COOH) = 10−5. θ=25οC. Ε2.77. Διαθέτουμε 2 L διαλύματος (Δ) NH3 0,1 Μ. α) Πόσα mol NH3(g) πρέπει να του προσθέσουμε, χωρίς μεταβολή του όγκου, ώστε το pH να μεταβληθεί κατά 0,5; β) Ποιον όγκο διαλύματος HCl 0,1 M πρέπει να προσθέσουμε σε όλη τη ποσότητα του Δ, ώστε το pH να μεταβληθεί κατά 1; γ) Πόσα mol NaOH(s) πρέπει να προσθέσουμε σε όλη τη ποσότητα του Δ, ώστε ο βαθμός ιοντισμού της ΝΗ3 να μειωθεί κατά 100 φορές; Ποιο το pH του διαλύματος που προκύπτει; Μεταβολή όγκου με την προσθήκη στερεού NaOH, αμελητέα. δ) Πόσα mol NH4Cl(s) πρέπει να προσθέσουμε σε όλη τη ποσότητα του Δ, χωρίς μεταβολή όγκου, ώστε το pH να μεταβληθεί κατά 1; ε) Πόσα mol CH3CH2NH2 (Kb = 10−4) πρέπει να προσθέσουμε σε όλη τη ποσότητα του Δ, χωρίς μεταβολή όγκου, ώστε το pH να μεταβληθεί κατά 0,5; στ) Ποιον όγκο νερού πρέπει να προσθέσουμε σε όλη τη ποσότητα του Δ, ώστε να μεταβληθεί το pH κατά 0,5; Κb(NH3) = 10−5. Κw = 10−14. θ=25οC. Να θεωρήσετε τις γνωστές προσεγγίσεις. Ε2.78. Σε ποσότητα διαλύματος οξέος ΗΑ 0,2 Μ (διάλυμα Y1) προσθέτουμε ποσότητα στερεού άλατος NaA, χωρίς μεταβολή του όγκου του. Παρατηρούμε ότι το pH του Y1 παραμένει αμετάβλητο. α) i. Να εξηγήσετε αν το ΗΑ είναι ισχυρό ή ασθενές οξύ. ii. Πόσο είναι το pH του διαλύματος Y1; β) Σε ποσότητα του διαλύματος Y όγκου V προσθέτουμε ίσο όγκο διαλύματος ΝΗ3 0,2 Μ και προκύπτει διάλυμα Y2 όγκου 2V. Ποιο το pH του Y2; γ) Σε όλη την ποσότητα του Y2 προσθέτουμε επιπλέον ποσότητα όγκου V του διαλύματος ΝΗ3 0,2 Μ. Ποιο θα είναι το pH του νέου διαλύματος Y3 όγκου 3V που προκύπτει; Kb (NH3) = 10−5. Κw = 10−14. Σε όλες τις περιπτώσεις ισχύουν οι κατάλληλες προσεγγίσεις. θ=25οC. log2 = 0,3. Ε2.79. Διάλυμα (Δ) όγκου 500 mL περιέχει τα ασθενή οξέα HA 0,1 Μ και HB 0,1 Μ και εμφανίζει pH = 3. α) Να υπολογιστούν οι συγκεντρώσεις όλων των ιόντων, καθώς και οι βαθμοί ιοντισμού των δύο οξέων στο διάλυμα Δ. β) Σε όλη την ποσότητα του διαλύματος Δ διαλύονται πλήρως 1,12 L (σε STP) αέριου HCl, χωρίς μεταβολή όγκου. Να υπολογιστούν: i. το pH του νέου διαλύματος και ii. οι νέοι βαθμοί ιοντισμού του HA και του HB. Δίνονται: Κa (HA) = 10−5 και Κa (HB) = 10−9. Να θεωρηθούν οι κατάλληλες προσεγγίσεις. θ=25οC.

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 5ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

Ε2.80. Κατά τη γαλακτική ζύμωση, η λακτόζη που περιέχεται στο γάλα μετατρέπεται σε γαλακτικό οξύ, που αν ξεπερνά τα 5 g/L, τότε το γάλα «πήζει». Θέλουμε να υπολογίσουμε το γαλακτικό οξύ που υπάρχει σε ένα μη παστεριωμένο γάλα, με τη βοήθεια διαλύματος NaOH 0,05 Μ. Για το σκοπό αυτό 20 mL από το γάλα ογκομετρούνται με τη βοήθεια πρότυπου διαλύματος ΝaOH 0,05 Μ. Παρατηρήσαμε ότι για την πλήρη εξουδετέρωση απαιτούνται 12 mL από το διάλυμα NaOH, ενώ όταν είχαν προστεθεί 6 mL του πρότυπου διαλύματος pH = 4. α) Να υπολογίσετε τη σταθερά ιοντισμού Ka του γαλακτικού οξέος. β) Το pH στο ισοδύναμο σημείο θα είναι όξινο, ουδέτερο ή βασικό; Να αιτιολογήσετε την επιλογή σας. γ) Προσδιορίστε τη συγκέντρωση του γαλακτικού οξέος στο γάλα, καθώς και τη περιεκτικότητά του σε g/L. Να θεωρήσετε ότι το γαλακτικό οξύ είναι ασθενές μονοπρωτικό οξύ (ΗΑ) με Mr = 90 και ότι είναι το μόνο οξύ που υπάρχει στο γάλα. θ=25οC. Ε2.81. Το οξαλικό οξύ, (COOH)2 ή H2C2O4, χρησιμοποιείται στον καθαρισμό μετάλλων, τη βαφή υφασμάτων και τη φωτογραφία. Η εξίσωση της πλήρους εξουδετέρωσης του οξαλικού οξέος περιγράφεται από την εξίσωση:

H2C2O4 + 2ΝaOH → Na2C2O4 + 2H2O α) Δείγμα ακάθαρτου οξαλικού οξέος μάζας 1 g διαλύεται σε νερό, προσθέτουμε κατάλληλο δείκτη και ογκομετρούμε με πρότυπο διάλυμα ΝaOH 1 Μ. Αν για την πλήρη εξουδετέρωση του οξαλικού οξέος καταναλώθηκαν 20 mL του πρότυπου διαλύματος, ποια η % w/w περιεκτικότητα του αρχικού δείγματος σε οξαλικό οξύ; β) Πόσα mL διαλύματος KMnO4 0,1 Μ οξινισμένου με Η2SO4 μπορούν να αποχρωματιστούν από 1 g του παραπάνω δείγματος οξαλικού οξέος; γ) Όλη η ποσότητα του αερίου που παράχθηκε κατά την παραπάνω αντίδραση διαβιβάστηκε πλήρως σε περίσσεια διαλύματος Ca(OH)2, οπότε διεξάγεται η αντίδραση:

CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3↓ + H2O i. Nα χαρακτηρίσετε την αντίδραση αυτή ως οξειδοαναγωγική ή μεταθετική. ii. Ποια η μάζα του ιζήματος που σχηματίστηκε; Οι υπόλοιπες ύλες που περιέχει το δείγμα του οξαλικού οξέος δεν επηρεάζουν τις διαδικασίες που εκτελέστηκαν. Ε2.82. Υδατικό διάλυμα όγκου 1 L περιέχει 0,1 mol οξέος ΗΑ και 0,1 mol οξέος ΗΒ (όπου Α και Β μονοσθενή ανιόντα). Το pH του διαλύματος είναι ίσο με 1. Και τα 2 οξέα (ΗΑ και ΗΒ) δεν ιοντίζονται πλήρως και η σταθερά ιοντισμού του ΗΑ είναι ίση με 0,2. Ζητούνται: α) Η συγκέντρωση των ιόντων Α και η συγκέντρωση των μορίων ΗΑ που δεν έχουν ιοντιστεί στο διάλυμα. β) Η [Β–] και η [ΗΒ] των μορίων που δεν έχουν ιοντιστεί στο διάλυμα. γ) Να δείξετε ότι το ΗΑ είναι ισχυρότερο οξύ από το ΗΒ. θ=25oC. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ]

Ε2.83. Διάλυμα (Δ1) όγκου 500 mL περιέχει NH3 άγνωστης συγκέντρωσης c και έχει pH = 11. Στο διάλυμα αυτό προσθέτουμε ποσότητα στερεού NaOH και προκύπτει διάλυμα (Δ2) όγκου επίσης 500 mL με pH = 13 και στο οποίο ο βαθμός ιοντισμού της ΝH3 είναι 0,02%. α) Να υπολογίσετε τη σταθερά ιοντισμού της ΝH3 και τη συγκέντρωση c του Δ1. β) Σε όλη την ποσότητα του Δ2 προσθέτουμε 0,075 mol HCl, χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος. Στο διάλυμα Δ3 που προκύπτει να υπολογίσετε τις συγκεντρώσεις όλων των ιόντων. γ) Πόσα mL διαλύματος NaOH 0,05 Μ πρέπει να προσθέσουμε σε όλη την ποσότητα του Δ3, ώστε να προκύψει διάλυμα με [Η3Ο+] = 5·10−10 Μ; Να θεωρήσετε τις κατάλληλες προσεγγίσεις. θ=25 οC. Κw = 10−14. Ε2.84. Διαθέτουμε διάλυμα ΝH3 όγκου 200 mL με pH = 11,5 (διάλυμα Δ1). Στο διάλυμα αυτό διαλύουμε ποσότητα αερίου ΗCl και προκύπτει διάλυμα (Δ2) όγκου 200 mL με pH = 9. α) i. Να δείξετε ότι το διάλυμα Δ2 είναι ρυθμιστικό και ii. να υπολογίσετε τον όγκο του αερίου HCl που διαλύσαμε σε STP. β) Σε όλη την ποσότητα του Δ2 διαλύουμε επιπλέον ποσότητα αερίου HCl, χωρίς μεταβολή όγκου, και το νέο διάλυμα (Δ3) που προέκυψε έχει pH = 8. Να υπολογίσετε την επιπλέον ποσότητα του HCl σε mol που προσθέσαμε. γ) Σε όλη την ποσότητα του Δ3 προσθέσαμε επιπλέον ποσότητα αερίου HCl και στο διάλυμα που προέκυψε προσθέτουμε νερό. Το τελικό διάλυμα (Δ4) έχει όγκο 2 L και pH = 5. Να δείξετε ότι το διάλυμα Δ4 δεν είναι ρυθμιστικό και να υπολογίσετε τις συγκεντρώσεις όλων των ιόντων. Κb(NH3) = 10−5. θ=25οC. Κw = 10−14. Να θεωρήσετε τις κατάλληλες προσεγγίσεις. Ε2.85. 0,6 mol άλατος NaA του ασθενούς οξέος ΗΑ διαλύονται σε νερό, οπότε προκύπτει διάλυμα Δ1 όγκου 1 L. Στο διάλυμα αυτό προσθέτουμε 0,1 mol HCl, χωρίς μεταβολή όγκου και το διάλυμα Δ2 που προκύπτει έχει pH = 8. α) Να υπολογιστούν η τιμή της σταθεράς ιοντισμού του ΗΑ, καθώς και οι συγκεντρώσεις όλων των ιόντων στο διάλυμα Δ2. β) 0,1 mol άλατος ΚΒ του ασθενούς οξέος ΗB διαλύονται σε νερό, οπότε προκύπτει διάλυμα όγκου 800 mL με pH = 10,5. i. Να υπολογίσετε την τιμή της σταθεράς Κa του ΗΒ και να συγκρίνετε την ισχύ των δύο οξέων ΗΑ και ΗΒ. ii. Προς ποια κατεύθυνση είναι μετατοπισμένη η ισορροπία: ΗΒ + Α Β + ΗΑ. iii. Να υπολογίσετε την τιμή της σταθεράς Kc της ισορροπίας αυτής. γ) Αναμιγνύουμε ίσους όγκους από δύο διαλύματα, ένα ΝaA 0,2 M και ένα άλλο NaB 0,2 Μ. Ποιο το pH του διαλύματος που προκύπτει; Σε όλες τις περιπτώσεις να θεωρήσετε τις κατάλληλες προσεγγίσεις. θ=25οC.

253

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Ε2.86. Διαθέτουμε ποσότητες από τα εξής διαλύματα: Διάλυμα Δ1: CH3COOH 0,1 M Διάλυμα Δ2: CH3COONa 0,1 M Διάλυμα Δ3: NaOH 0,1 Μ α) Να υπολογιστούν τα pH των Δ1, Δ2 και Δ3. β) Με ποια αναλογία όγκων πρέπει να αναμιχθούν τα διαλύματα Δ1 και Δ2 για να προκύψει ρυθμιστικό διάλυμα με pH = 4; γ) Θέλουμε να παρασκευάσουμε ένα διάλυμα με pH = 4 με ανάμιξη των Δ1 και Δ3. i. Να δείξετε ότι και στην περίπτωση αυτή θα έχουμε ρυθμιστικό διάλυμα. ii. Με ποια αναλογία όγκων πρέπει να αναμιχθούν τα διαλύματα Δ1 και Δ3; Ka(CH3COOH) = 10−5. Να θεωρηθούν οι κατάλληλες προσεγγίσεις. θ=25οC. Ε2.87. Σε υδατικό διάλυμα (Α) C2H5NH2 1 M όγκου 100 mL ο βαθμός ιοντισμού της C2H5NH2 είναι α = 0,01. α) Να υπολογίσετε την τιμή του pH του διαλύματος (Α). β) Αν το διάλυμα (Α) αραιωθεί σε 100πλάσιο όγκο με νερό, να υπολογίσετε την τιμή του pH του νέου διαλύματος (Β). γ) Πόσα mol ΗCl πρέπει να προστεθούν στο διάλυμα (Β), χωρίς μεταβολή όγκου του διαλύματος, ώστε το τελικό διάλυμα (Γ) να είναι ρυθμιστικό με pH = 10.

Kw = 10−14. Σε όλες τις περιπτώσεις θ=25οC. Να θεωρηθούν οι κατάλληλες προσεγγίσεις. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] Ε2.88. Διαθέτουμε τα εξής τρία υδατικά διαλύματα, ΗCl 0,2 M (διάλυμα Δ1), NH3 0,2 M (διάλυμα Δ2) και NH4Cl 0,1 M (διάλυμα Δ3). α) Αναμιγνύουμε 100 mL του διαλύματος Δ1 με 100 mL του Δ2 και 200 mL του Δ3 και προκύπτει διάλυμα (Δ4) με pH = 5. Nα υπολογιστεί η τιμή της Κb της ΝΗ3. β) Με ποια αναλογία όγκων πρέπει να αναμίξουμε τα διαλύματα Δ2 και Δ3 για να προκύψει διάλυμα (Δ5) με pH = 10; γ) Με ποια αναλογία όγκων πρέπει να αναμίξουμε τα διαλύματα Δ1 και Δ2 για να προκύψει διάλυμα (Δ6) με pH = 8; δ) Σε 200 mL του διαλύματος Δ1 προσθέτουμε x (mL) διαλύματος Δ3 και προκύπτει διάλυμα (Δ7) με [Cl−] = 0,15 M. Ποιο το pH του διαλύματος αυτού; Σε όλες τις περιπτώσεις να θεωρηθούν οι κατάλληλες προσεγγίσεις. θ=25οC, όπου Kw = 10−14. Ε2.89. Διαθέτουμε τα παρακάτω διαλύματα Δ1, Δ2 και Δ3. Δ1: ΝaOH 0,1 Μ ∆2: ΝΗ4Cl 0,1 Μ ∆3: HCl 0,1 Μ α) Να αντιστοιχήσετε τα διαλύματα ∆1, ∆2, ∆3 της στήλης 1 με τη σωστή τιμή pH από τη στήλη 2 του παρακάτω πίνακα (χωρίς αιτιολόγηση). Στήλη 1 ∆1: ΝaOH 0,1 Μ ∆2: ΝΗ4Cl 0,1 Μ ∆3: HCl 0,1 Μ

Στήλη 2 1 13 5

β) Να υπολογίσετε την τιμή της σταθεράς Kb της ΝΗ3.

254

γ) Σε 1,1 L του διαλύματος ∆2 διαλύεται αέρια ΝΗ3, οπότε προκύπτει 1,1 L ρυθμιστικού διαλύματος ∆4 με pΗ = 9. Να υπολογίσετε τα mol της ΝΗ3 που διαλύθηκε. δ) Στο διάλυμα ∆4, όγκου 1,1 L, προστίθενται 0,9 L διαλύματος ∆3. Έτσι προκύπτει διάλυμα ∆5 όγκου 2 L. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος ∆5. Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται στους 25°C, όπου Κw = 10−14. Για τη λύση του προβλήματος να γίνουν όλες οι γνωστές προσεγγίσεις. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] Ε2.90. Σε 1 L διαλύματος Δ1 με 0,6 mol CH3COOH, προσθέτουμε 8 g μεταλλικού Ca. Το διάλυμα Δ2 που προκύπτει έχει όγκο 1 L και χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. Το 1ο μέρος αναμιγνύεται με 500 mL Η2Ο και παράγεται διάλυμα Δ3 όγκου 1 L. Το 2ο μέρος του Δ2 αναμιγνύεται με 100 mL διαλύματος HCl 2 Μ και παράγεται διάλυμα Δ4 όγκου 600 mL. α) Να γράψετε τη χημική εξίσωση της αντίδρασης μεταξύ του CH3COOH και του Ca και να υπολογίσετε: i. τον όγκο του αερίου που ελευθερώθηκε σε STP και ii. το pH του Δ2. β) i. Ποιο το pH του Δ3; ii. Να υπολογίσετε τις τις συγκεντρώσεις όλων των ιόντων στο διάλυμα Δ3. γ) Να υπολογίσετε το pH του Δ4.

Ka(CH3COOH) = 2·10−5. Να θεωρήσετε τις κατάλληλες προσεγγίσεις. Κw = 10−14. θ=25οC. Ε2.91. Διάλυμα του ασθενούς οξέος ΗΑ έχει συγκέντρωση 1,2·10−2 Μ και pH = 2. α) Ποια η τιμής της σταθεράς ιοντισμού του ΗΑ και ποιος ο βαθμός ιοντισμού του στο διάλυμα αυτό; β) Ποιος όγκος νερού πρέπει να εξατμιστεί από 500 mL του παραπάνω διαλύματος, ώστε ο βαθμός ιοντισμού να γίνει ίσος με το 60% της αρχικής τιμής; γ) Σε άλλο διάλυμα του ΗΑ όγκου 3 L και συγκέντρωσης 0,05 Μ διαλύεται πλήρως ποσότητα HCl(g), χωρίς μεταβολή του όγκου και το νέο διάλυμα έχει pH = 1. i. Ποια η ποσότητα του HCl (σε mol); ii. Ποιος ο βαθμός ιοντισμού του ΗΑ στο διάλυμα αυτό; Σε όλα τα διαλύματα: θ=25οC. Ε2.92. Διάλυμα (Δ) έχει όγκο 300 mL και pH = 5 και περιέχει δύο συστατικά, το CH3COOH και το CH3COONa. α) Να δείξετε ότι οι συγκεντρώσεις των δύο συστατικών του διαλύματος είναι ίσες μεταξύ τους. β) 50 mL από το διάλυμα Δ ογκομετρείται με πρότυπο διάλυμα NaOH 0,1 Μ και από την καμπύλη ογκομέτρησης συμπεράναμε ότι μέχρι το ισοδύναμο σημείο απαιτήθηκαν ακριβώς 50 mL από το πρότυπο διάλυμα. Να υπολογίσετε: i. τις συγκεντρώσεις των συστατικών του διαλύματος Δ και ii. τo pH στο ισοδύναμο σημείο της ογκομέτρησης. γ) Υποθέστε ότι το διάλυμα Δ έχει προέλθει με την ανάμιξη δύο διαλυμάτων ίσων συγκεντρώσεων, ένα διάλυμα CH3COONa και ένα διάλυμα HCl. Ποιοι όγκοι χρησιμοποιήθηκαν από τα διαλύματα αυτά ώστε να προκύψουν τα 300 mL του Δ; Κa(CΗ3COOH) = 10−5, Kw = 10−14, θ=25οC. Να θεωρηθούν οι κατάλληλες προσεγγίσεις.

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 5ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

Ε2.93. Διαθέτουμε διάλυμα της ασθενούς μονοπρωτικής βάσης Β συγκέντρωσης c (διάλυμα Δ1). Σε 200 mL του διαλύματος Δ1 προσθέτουμε 200 mL Η2Ο και προκύπτει διάλυμα (Δ2) όγκου 400 mL με pH = 11. α) Να υπολογίσετε τη συγκέντρωση (c) του διαλύματος Δ1 καθώς και το λόγο των βαθμών ιοντισμού (α2/α1) της Β στα διαλύματα Δ2 και Δ1. β) Σε 200 mL του Δ2 προσθέτουμε νερό, οπότε προκύπτει διάλυμα Δ3 με pH = 10,5. Nα υπολογίσετε τον όγκο του νερού που προστέθηκε. γ) Στα υπόλοιπα 200 mL του διαλύματος Δ2 προστίθεται ποσότητα άλατος της βάσης με χλώριο (ΒΗCl), οπότε το pH του διαλύματος Δ2 μεταβάλλεται κατά 2 μονάδες. Να υπολογίσετε τα mol άλατος που προστέθηκαν, καθώς και το βαθμό ιοντισμού της Β στην περίπτωση αυτή. Κb(Β) = 10−5. Να θεωρηθούν οι κατάλληλες προσεγγίσεις. θ=25οC. Με την προσθήκη του άλατος δε μεταβάλλεται ο όγκος του διαλύματος. Ε2.94. Διάλυμα Δ1 περιέχει το ασθενές οξύ ΗΑ και έχει pH = 3. Διάλυμα Δ2 περιέχει το άλας ΝaΑ (του οξέος ΗΑ). Αναμιγνύουμε τα δύο διαλύματα Δ1 και Δ2 με αναλογία όγκων 1:4, οπότε προκύπτει διάλυμα Δ3 με pH = 5. α) Να υπολογιστεί η συγκέντρωση του NaΑ διάλυμα Δ2. β) Με ποια αναλογία όγκων πρέπει να αναμίξουμε τα διαλύματα Δ1 και Δ2, ώστε το τελικό pH να είναι ίσο με 6; γ) Ένα άλλο διάλυμα Δ4 του οξέος ΗΑ αναμιγνύεται με το διάλυμα Δ2 με αναλογία όγκων 1:4, οπότε το pH του διαλύματος Δ5 που προκύπτει είναι ίσο με 5,2. Ποιο το pH του διαλύματος Δ4; Ισχύουν οι κατάλληλες προσεγγίσεις. θ=25οC. Ε2.95. Yδατικό διάλυμα (X) ενός ασθενούς οξέος HA έχει όγκο 200 mL και pH = 3. Ένα άλλο υδατικό διάλυμα (Y) ασθενούς οξέος HB 2 M έχει α = 10−3. α) Nα υπολογιστεί η σταθερά Ka του HB καθώς και ο βαθμός ιοντισμού του HA. β) Nα συγκριθούν ως προς την ισχύ τους τα δύο οξέα HA και HB. γ) Πόσα mL νερού πρέπει να προσθέσουμε στο διάλυμα X ώστε να μεταβληθεί το pH του κατά 0,5; δ) Πόσα mol NaOH πρέπει να προσθέσουμε στο διάλυμα X ώστε να προκύψει ρυθμιστικό διάλυμα με pH = 7; Κa(ΗΑ) = 10−6. Με την προσθήκη του NaOH, δεν μεταβάλλεται ο όγκος του διαλύματος X. Σε όλες τις περιπτώσεις, για την απλούστευση των υπολογισμών να γίνουν οι κατάλληλες προσεγγίσεις που υποδεικνύονται στη θεωρία. θ=25οC. Ε2.96. Διαθέτουμε διάλυμα (Υ1) NH3 0,1 M και διάλυμα (Υ2) NaOH 0,1 Μ. α) Να υπολογιστεί το pH των διαλυμάτων Υ1 και Υ2. β) Αναμιγνύουμε 100 mL του διαλύματος Υ1 με 100 mL του διαλύματος Υ2 και προκύπτει διάλυμα Υ3. Να υπολογιστεί ο βαθμός ιοντισμού της ΝΗ3 στο Υ3.

γ) Στο διάλυμα Υ3 προσθέτουμε 0,02 mol HCl(g) και στην συνέχεια αραιώνουμε το διάλυμα μέχρι τελικού όγκου 1 L (διάλυμα Υ4). Να υπολογιστεί το pH του διαλύματος Υ4. Όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θ=25οC, Kb(NH3) = 10−5, Κw = 10−14. Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές αριθμητικές προσεγγίσεις. Ε2.97. Διαθέτουμε τα εξής υδατικά διαλύματα Χ και Υ: Διάλυμα Χ: ΝΗ3 0,1 Μ, pH = 11. Διάλυμα Υ: CH3ΝΗ2 0,01 Μ, pH = 11. α) i. Να υπολογιστούν οι βαθμοί ιοντισμού των δύο ασθενών βάσεων στα διαλύματά τους, καθώς και οι τιμές των σταθερών ιοντισμού τους. ii. Να εκτιμηθεί ποια από τις δύο ενώσεις είναι ισχυρότερη ως βάση. β) Παίρνουμε 110 mL από το διάλυμα Χ. Πόσα mL από ένα διάλυμα HCl 0,1 M πρέπει να προσθέσουμε, ώστε να προκύψει ρυθμιστικό διάλυμα με pH = 8; γ) Άλλα 100 mL από το διάλυμα Χ αναμιγνύονται με 100 mL από το διάλυμα Υ και προκύπτει ένα νέο διάλυμα Ζ. Για το διάλυμα αυτό να υπολογιστούν: i. Το pH. ii. Οι βαθμοί ιοντισμού των δύο βάσεων. Να θεωρηθούν σε όλες τις περιπτώσεις οι κατάλληλες προσεγγίσεις. Κw = 10−14. θ=25οC. Ε2.98. 36 g CH3COOH διαλύονται σε νερό σχηματίζοντας διάλυμα Δ1 όγκου 1,2 L. Σε 600 mL του Δ1 προσθέτουμε 4,6 g Na και μετά την απομάκρυνση του σχηματιζομένου αερίου, προκύπτει διάλυμα Δ2 με όγκο 600 mL και pH = 5. α) Να υπολογιστεί το pH του διαλύματος Δ1. β) Θέλουμε να διατηρήσουμε το pH του Δ2 ανάμεσα στα όρια 4-6. Ποια η μέγιστη ποσότητα, i. αερίου ΗCl και ii. στερεού NaOH, που μπορούμε να προσθέσουμε σε όλη την ποσότητα του Δ2, χωρίς μεταβολή όγκου, ώστε το pH να παραμείνει στα επιθυμητά όρια; γ) Τα υπόλοιπα 600 mL του Δ1 αραιώνονται με νερό και προκύπτει διάλυμα Δ3 όγκου 6 L. Στο διάλυμα αυτό προσθέτουμε 6,9 g Na. Να υπολογιστούν οι συγκεντρώσεις όλων των ιόντων στο διάλυμα Δ4 που προκύπτει. Να θεωρήσετε τις κατάλληλες προσεγγίσεις. θ=25 οC. Κw = 10−14. Ε2.99. Γνωρίζουμε ότι τo ΗCOOH είναι ασθενές οξύ με σταθερά ιοντισμού Ka = 10−4, ενώ η ΝΗ3 είναι ασθενής βάση με σταθερά Kb = 10−5. α) Ποιο το pH διαλύματος HCOOH 1 M; Να υπολογιστούν ο βαθμός ιοντισμού του HCOOH και οι συγκεντρώσεις των ιόντων HCOO και ΟΗ στο διάλυμα αυτό. β) Υδατικό διάλυμα άλλου ασθενούς οξέος ΗΑ 0,1 Μ έχει pH = 2,5. Να συγκριθεί η ισχύς του ΗΑ με αυτή του HCl και του HCOOH. γ) Πόσα mοl HCl ή NaOH πρέπει να προστεθούν σε 200 mL υδατικού διαλύματος HCOOH 0,1 Μ, ώστε να προκύψει ρυθμιστικό διάλυμα με pH = 4; Θεωρούμε ότι η προσθήκη αυτή δε μεταβάλλει τον όγκο του διαλύματος. δ) Προσθέτουμε μικρή ποσότητα ΝΗ3 στο ρυθμιστικό

255

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

διάλυμα της προηγούμενης περίπτωσης. Να υπολογιστεί ο λόγος [ΝΗ3]/[ΝΗ4+] στο διάλυμα που προκύπτει. Να θεωρηθεί ότι το pH του ρυθμιστικού δε μεταβάλλεται με την προσθήκη της ΝΗ3. Σε όλες τις περιπτώσεις να θεωρηθούν οι κατάλληλες προσεγγίσεις. θ=25οC. Kw = 10−14. Ε2.100. Διάλυμα Δ όγκου 50 mL περιέχει το οξύ ΗΑ σε συγκέντρωση c έχει και pH = 3. To διάλυμα αραιώνεται με νερό και προκύπτει διάλυμα Δ1 όγκου 500 mL με pH = 3,5. α) Να δείξετε ότι το ΗΑ είναι ασθενές οξύ. Σε όλη την ποσότητα του Δ1 διαλύουμε 5·10−3 mol ασθενούς οξέος ΗΒ, χωρίς μεταβολή όγκου και παρατηρούμε ότι στο νέο διάλυμα Δ2 που σχηματίζεται έχουμε pH = 3. β) Να υπολογίσετε: i. τη σταθερά ιοντισμού Ka του ΗΒ και ii. τις συγκεντρώσεις όλων των ιόντων στο Δ2. Με κατάλληλη μέθοδο προσδιορίσαμε ότι η ακριβής ποσότητα στερεού KOH για την εξουδετέρωση του Δ2 είναι ίση με 0,01 mol. Προσθέσαμε την ποσότητα αυτή του ΚΟΗ στο διάλυμα Δ2, χωρίς μεταβολή του όγκου του και προκύπτει το τελικό διάλυμα Δ3. γ) Να υπολογίσετε: i. τη συγκέντρωση c του ΗΑ στο Δ και ii. τη σταθερά ιοντισμού Ka του ΗΑ. δ) Να δείξετε ότι στο διάλυμα Δ3 ισχύει: [Η3Ο+] = 3·10−9 Μ. Να θεωρήσετε τις κατάλληλες προσεγγίσεις. θ=25 οC. Κw = 10−14. Ε2.101. Διαθέτουμε 100 mL διαλύματος HClO συγκέντρωσης c M (διάλυμα Δ1) με pH = 4. α) Να υπολογιστεί η συγκέντρωση c του διαλύματος, καθώς και το ποσοστό ιοντισμού του HClO στο παραπάνω διάλυμα Δ1. β) Στη μισή ποσότητα του Δ1 προσθέτουμε 0,05 mol στερεού NaOH, χωρίς μεταβολή όγκου, οπότε προκύπτει νέο διάλυμα (Δ2). Ποιο το pH του διαλύματος Δ2; γ) Στην άλλη μισή ποσότητα του Δ1 προσθέτουμε όλη την ποσότητα του Δ2, καθώς και σταγόνα διαλύματος που περιέχει το δείκτη ερυθρό του μεθυλίου, οπότε προκύπτει διάλυμα Δ3. i. Ποιο το pH του Δ3; ii. Ποιο χρωματισμό θα λάβει το διάλυμα αυτό; iii. Ποιος ο λόγος της συγκέντρωσης της όξινης προς τη βασική μορφή του δείκτη στο διάλυμα Δ3; δ) Πόσα mol HCl πρέπει να προστεθούν σε όλη την ποσότητα του Δ3, χωρίς μεταβολή του όγκου, ώστε να προκύψει διάλυμα με pH = 1; Κa(HClO) = 10−8. Για το δείκτη ερυθρό του μεθυλίου: Κa,ΗΔ = 10−5. Η όξινη μορφή του δείκτη είναι κόκκινη, ενώ η βασική του κίτρινη. Να θεωρηθούν οι κατάλληλες προσεγγίσεις. θ=25οC. Κw = 10−14. Ε2.102. 3,2 g ασθενούς μονοπρωτικού οξέος (ΗΑ) διαλύονται σε νερό μέχρι τελικού όγκου 2 L και το διάλυμα που προκύπτει έχει pH = 3,75. Ακολούθως χωρίστηκε σε δύο ίσα μέρη, το Α και το Β. Το διάλυμα Α εξουδετερώνεται με ακρίβεια χρησιμοποιώντας διάλυμα ΝaΟΗ και στη

256

συνέχεια του προσθέτουμε το διάλυμα Β, οπότε παρατηρούμε ότι το τελικό διάλυμα έχει pH = 5,5. α) Να υπολογίσετε τη σχετική μοριακή μάζα του ασθενούς οξέος. β) Άλλα 3,2 g του ΗΑ διαλύονται σε νερό σχηματίζοντας διάλυμα όγκου 200 mL. i. Ποιο το pH; ii. Πόσα mL διαλύματος NaOH 0,1 M πρέπει να προστεθούν στο διάλυμα αυτό, ώστε το pH του να αυξηθεί κατά 2,25; θ=25οC. Να θεωρήσετε τις κατάλληλες προσεγγίσεις. Ε2.103. Πέντε φιάλες Α, Β, Γ, Δ και Ε περιέχουν υδατικά διαλύματα με pH ίσα με 1, 7, 13, 11 και 5, αντίστοιχα. Οι φιάλες αυτές περιέχουν τις εξής ουσίες, σε ίσες συγκεντρώσεις (c), χωρίς να ξέρουμε ποια ουσία περιέχεται σε ποια φιάλη: KBr, NaOH, HCl, NH3, NH4Cl. α) i. Να προσδιορίσετε ποιο διάλυμα περιέχεται σε κάθε φιάλη. ii. Να προσδιορίσετε τη σταθερά ιοντισμού της ΝΗ3. β) i. Αναμιγνύουμε ίσους όγκους από τα περιεχόμενα των φιαλών Δ και Ε. Ποιο το pH του διαλύματος που θα προκύψει; ii. Αναμιγνύουμε 100 mL από το περιεχόμενο της φιάλης Δ με 50 mL από το περιεχόμενο της φιάλης Α. Ποιο το pH του διαλύματος που θα προκύψει; γ) Πόσα mL από το περιεχόμενο της φιάλης Γ πρέπει να προσθέσουμε σε 110 mL από το περιεχόμενο της φιάλης Δ, ώστε ο βαθμός ιοντισμού της ουσίας στη φιάλη Δ να ελαττωθεί κατά 10 φορές; Να θεωρήσετε τις κατάλληλες προσεγγίσεις. θ=25 οC. Ε2.104. Διάλυμα Δ1 έχει όγκο 1 L και περιέχει το ασθενές οξύ ΗΑ σε συγκέντρωση c. Αν ο βαθμός ιοντισμού του ΗΑ είναι α1 = 10−2 και το pH είναι ίσο με 3: α) Να υπολογίσετε τη συγκέντρωση c και τη σταθερά ιοντισμού Κa του ΗΑ. β) Στο διάλυμα Δ1 διαλύουμε 0,1 mol αερίου HCl οπότε προκύπτει διάλυμα Δ2. Να υπολογίσετε το βαθμό ιοντισμού α2 του οξέoς ΗΑ στο διάλυμα Δ2. γ) Στο διάλυμα Δ2 διαλύουμε 0,2 mol στερεού ΝaΟΗ και προκύπτει διάλυμα Δ3. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ3. Να θεωρήσετε ότι μετά από κάθε διάλυση ο όγκος των διαλυμάτων παραμένει σταθερός και ίσος με 1 L. Να γίνουν οι δυνατές προσεγγίσεις που επιτρέπονται από τα αριθμητικά δεδομένα του προβλήματος. θ=25ο C. Κw = 10−14 . [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] Ε2.105. Διαθέτουμε διάλυμα (Δ1) Ca(OH)2 άγνωστης συγκέντρωσης. 10 mL από το διάλυμα Δ1 ογκομετρείται με πρότυπο διάλυμα ΗCl 0,01 M παρουσία δείκτη ερυθρό της φαινόλης. Παρατηρείται αλλαγή χρώματος του δείκτη (από κόκκινο σε κίτρινο) με την προσθήκη ακριβώς 60 mL του πρότυπου διαλύματος. α) Να υπολογιστεί η συγκέντρωση του διαλύματος Δ1. β) Ποιος όγκος νερού πρέπει να προστεθεί σε άλλα 20 mL του διαλύματος Δ1, ώστε το αραιωμένο διάλυμα να έχει pH = 12;

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 5ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

γ) Αναμιγνύονται 100 mL του διαλύματος Δ1 με 200 mL διαλύματος ασθενούς οξέος ΗΑ 0,045 Μ και προκύπτει νέο διάλυμα (Δ2) όγκου 300 mL. Να υπολογιστεί το pH του διαλύματος που προκύπτει. δ) Στο διάλυμα Δ2 προστίθεται μικρή ποσότητα του δείκτη ερυθρό της φαινόλης. i. Ποιο χρωματισμό θα πάρει το διάλυμα; ii. Να υπολογιστεί ο λόγος των συγκεντρώσεων [ΗΔ]/[Δ−] στο διάλυμα αυτό, όπου ΗΔ η μη ιοντισμένη μορφή του δείκτη και Δ− η ιοντισμένη του μορφή. Για το ΗΑ, Κa = 2·10−6. Για το ερυθρό της φαινόλης, ΚaHΔ = 10−8. Να θεωρήσετε τις κατάλληλες προσεγγίσεις. Όλα τα διαλύματα έχουν θ=25οC. Ε2.106. Διαθέτουμε υδατικά διαλύματα NH4Cl 0,1 M (διάλυμα A) και CH3NH3Cl 1 M (διάλυμα B). α) Να υπολογιστεί το pH του διαλύματος Α. β) Πόσα mL H2O πρέπει να προσθέσουμε σε 10 mL του διαλύματος Α, για να μεταβληθεί το pH του κατά μία μονάδα; γ) Πόσα mL διαλύματος NaOH 0,01 M πρέπει να προσθέσουμε σε 10 mL διαλύματος Α, για να προκύψει ρυθμιστικό διάλυμα με pH = 9; δ) 10 mL του διαλύματος Α αναμειγνύονται με 40 mL του διαλύματος Β και προκύπτουν 50 mL διαλύματος Γ. Να υπολογιστεί το pH του διαλύματος Γ. Όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θ=25°C. Kb(NH3) = 10−5, Kb(CH3NH2) = 10−4 , Kw = 10−14. Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. Ε2.107. Κατά την επίδραση διαλύματος ΝΗ3 σε αλκυλοχλωρίδιο RCl σχηματίζεται ποσοτικά άλας αλκυλαμμωνίου, σύμφωνα με την εξίσωση: RCl + NH3 → RNH3Cl. Όλη η ποσότητα του άλατος που προκύπτει διαλύεται σε νερό και σχηματίζει διάλυμα (Δ1), όγκου 1 L με συγκέντρωση 0,1 Μ και pH = 5. α) Να υπολογίσετε την τιμή της Κb της βάσης RNH2. β) Σε 500 mL του παραπάνω διαλύματος Δ1 προστίθενται 4 g στερεού NaOH, χωρίς να μεταβληθεί ο όγκος του διαλύματος, οπότε προκύπτει νέο διάλυμα Δ2. Να υπολογίσετε την τιμή του pH του Δ2. γ) Πόσα mL διαλύματος ΝaOH 0,1 M πρέπει να προστεθούν στα υπόλοιπα 500 mL του Δ1 ώστε να προκύψει διάλυμα (Δ4) με pH = 9; Κw = 10−14, θ=25οC. Οι προσεγγίσεις επιτρέπονται από τα δεδομένα του προβλήματος. Ε2.108. Διαθέτουμε τα εξής διαλύματα: ΝΗ3 2 Μ (διάλυμα Α), ΝΗ4Br 3 Μ (διάλυμα Β) και ΝaΟΗ 1 M (διάλυμα Γ). α) Σε 200 mL διαλύματος Β προστίθενται 400 mL H2O. Να υπολογιστεί το pH του αραιωμένου διαλύματος. β) Πόσα mL H2O πρέπει να προστεθούν σε 100 mL διαλύματος Α για να μεταβληθεί το pH του κατά μία μονάδα; γ) Πόσα mL διαλύματος Γ πρέπει να προστεθούν σε 100 mL διαλύματος Α ώστε ο βαθμός ιοντισμού της ΝΗ3 στο διάλυμα που προκύπτει να γίνει 2·10−5;

δ) Αναμειγνύουμε 100 mL διαλύματος Α, 100 mL διαλύματος Β, 50 mL διαλύματος Γ και το διάλυμα που προκύπτει, αραιώνεται με H2Ο μέχρις όγκου 1 L. Να υπολογιστεί το pH του τελικού διαλύματος. Όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θ=25°C. Κατά την ανάμειξη των διαλυμάτων ο όγκος του τελικού διαλύματος ισούται με το άθροισμα των όγκων των επιμέρους διαλυμάτων. Kb(NH3) = 10−5, Kw = 10−14. Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. Ε2.109. Διάλυμα (Δ1) ασθενούς μονοπρωτικού οξέος ΗΑ με pH = 3 έχει την ίδια συγκέντρωση (c) με άλλο διάλυμα (Δ2) μονοπρωτικού οξέος ΗΒ με pH = 1. α) Σε 10 mL ενός από τα δύο διαλύματα προσθέτουμε 990 mL Η2Ο και παρατηρούμε εξίσωση του pH των δύο διαλυμάτων. Να δείξετε ότι το ΗΒ είναι ισχυρό οξύ. β) Να υπολογίσετε τη συγκέντρωση c, καθώς και τη σταθερά Κa του οξέος ΗΑ. γ) Αναμιγνύουμε 450 mL του διαλύματος Δ1 με 50 mL του διαλύματος Δ2 και προκύπτει διάλυμα (Δ3) όγκου 500 mL. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος που προκύπτει καθώς και τις συγκεντρώσεις όλων των ιόντων του. δ) Σε όλη την ποσότητα του Δ3 προσθέτουμε 0,1 mol ΚOH, χωρίς μεταβολή του όγκου, και προκύπτει νέο διάλυμα (Δ4). Στο διάλυμα αυτό να υπολογίσετε το pH του καθώς και τις συγκεντρώσεις όλων των ιόντων του. Να θεωρήσετε τις κατάλληλες προσεγγίσεις. Όλα τα διαλύματα έχουν θ=25οC, όπου Κw = 10‒14. Ε2.110. Για τα διαλύματα Δ1, Δ2, Δ3 και Δ4 γνωρίζουμε δεδομένα που σχετίζονται με τη διαλυμένη ουσία (Α, Β, Γ, Δ: ασθενείς βάσεις, στήλη Ι), τη θερμοκρασία τους (στήλη ΙΙ), το βαθμό ιοντισμού α των βάσεων (στήλη ΙΙΙ) και τη συγκέντρωση (στήλη ΙV): Δ1 Δ2 Δ3 Δ4

I Α B Γ Δ

ΙΙ 25οC 25οC 35οC 15οC

ΙΙΙ 0,01 0,02 0,01 0,01

ΙV 2c 2c c 8c

α) Με βάση τα δεδομένα αυτά να ταξινομήσετε τις βάσεις Α, Β, Γ και Δ κατά σειρά αυξανόμενης ισχύος. β) Μετρήσαμε τη συγκέντρωση των ΟΗ στο διάλυμα Δ2 και τη βρήκαμε ίση με 4·10−3. Με βάση και το δεδομένο αυτό να υπολογίσετε τις τιμές των σταθερών ιοντισμού των βάσεων Α και Β. γ) Υδατικό διάλυμα (Δ5) έχει όγκο 100 mL και περιέχει τις δύο βάσεις Α και Β σε συγκεντρώσεις από 0,1 Μ. Ποιο το pH του διαλύματος αυτού; Σε όλες τις περιπτώσεις να θεωρήσετε τις κατάλληλες προσεγγίσεις και ότι οι ιοντισμοί και των τεσσάρων ασθενών βάσεων είναι ενδόθερμα φαινόμενα. θ=25 οC.

257

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Ε2.111. Αναμειγνύουμε ένα διάλυμα (Δ1) του ασθενούς οξέος ΗΑ συγκέντρωσης 0,4 Μ με ένα άλλο διάλυμα (Δ2) NaOH άγνωστης συγκέντρωσης και προκύπτει διάλυμα (Δ3) όγκου 100 mL που περιέχει μόνο NaA σε συγκέντρωση 0,1 Μ. α) Ποιοι οι όγκοι των διαλυμάτων Δ1 και Δ2 που χρησιμοποιήθηκαν για την παρασκευή του διαλύματος Δ3; β) Αν το διάλυμα Δ1 έχει [Η3Ο+] = 2·10−3 Μ, ποιο το pH του διαλύματος Δ3; γ) Πόσα mL διαλύματος HNO3 0,1 Μ πρέπει να προσθέσουμε σε όλη την ποσότητα του διαλύματος Δ3, ώστε να προκύψει διάλυμα (Δ4) με pH = 5; Ισχύουν οι κατάλληλες προσεγγίσεις. θ=25oC. Ε2.112. 0,9 g αμίνης του τύπου RNH2 (R = CνH2ν+1, ν ≥ 1) διαλύεται σε νερό και προκύπτει διάλυμα όγκου 100 mL. 50 mL από το διάλυμα αυτό ογκομετρούνται με πρότυπο διάλυμα ΗCl 0,2 Μ, παρουσία ερυθρού του μεθυλίου. Παρατηρήθηκε ότι μέχρι το ισοδύναμο σημείο απαιτήθηκαν ακριβώς 50 mL του πρότυπου διαλύματος. α) Ποιος ο συντακτικός τύπος της αμίνης; β) i. Να εξηγήσετε γιατί ο δείκτης ερυθρό του μεθυλίου (περιοχή αλλαγής χρώματος: 4,2-6,2) είναι κατάλληλος για την ογκομέτρηση, ενώ ο δείκτης φαινολοφθαλεΐνη (περιοχή αλλαγής χρώματος: 8,2-10), όχι. ii. Κατά την ογκομέτρηση παρατηρήσαμε ότι όταν είχαν προστεθεί 25 mL πρότυπου διαλύματος είχαμε pH = 10. Με βάση και το δεδομένο αυτό να υπολογίσετε τη σταθερά Κb της αμίνης. γ) Ποιο το pH του διαλύματος στο ισοδύναμο σημείο; δ) Πως μπορεί να προκύψει η παραπάνω αμίνη, i. από το κατάλληλο αλκυλοβρωμίδιο; ii. από το κατάλληλο νιτρίλιο. Να γράψετε τις εξισώσεις των αντιδράσεων. Ισχύουν οι κατάλληλες προσεγγίσεις. θ=25oC. Kw = 10−14. Ε2.113. Σε φιάλη εισάγουμε 10 mL διαλύματος ΝΗ3 άγνωστης συγκέντρωσης c. Το διάλυμα ογκομετρείται με πρότυπο διάλυμα HCl 1/9 Μ. Στο σχήμα που ακολουθεί εμφανίζεται η καμπύλη ογκομέτρησης με μερικά χαρακτηριστικά της: 11,5 pH

9 ΙΣ

x

y

90 VΗCl (mL)

α) Να υπολογίσετε: i. τη συγκέντρωση c, ii. τη σταθερά Κb της ΝΗ3 και iii. το pH στο ισοδύναμο σημείο. β) Ποιος όγκος πρότυπου διαλύματος (y mL) έχει προστεθεί όταν pH = 9; γ) Από τους δείκτες που ακολουθούν ποιος είναι ο πιο κατάλληλος για την παραπάνω ογκομέτρηση;

258

Δείκτης I: φαινολοφθαλεΐνη (περιοχή αλλαγής χρώματος: 8,2-10) Δείκτης IΙ: ερυθρό της φαινόλης (περιοχή αλλαγής χρώματος: 6,8-8,2) Δείκτης IΙΙ: ερυθρό του μεθυλίου (περιοχή αλλαγής χρώματος: 4,2-6,2). Ισχύουν οι κατάλληλες προσεγγίσεις. θ=25oC. Kw = 10−14. Ε2.114. 1 mol NaOH(s) αντιδρά πλήρως με 1 L υδατικού διαλύματος που περιέχει 1 mol του οξέος ΗΑ και 1 mol άλλου οξέος ΗΒ, οπότε εξουδετερώνεται το 25% της ποσότητας του οξέος ΗΑ και το 75% της ποσότητας του οξέος ΗΒ. Αν ο τελικός όγκος είναι ίσος με 1 L, να υπολογιστούν: α) Η συγκέντρωση των ιόντων Η3Ο+ στο διάλυμα που προκύπτει. β) H σταθερά Κa του οξέος ΗΒ. Κa(ΗΑ) = 10−5. Να θεωρηθούν οι κατάλληλες προσεγγίσεις. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] Ε2.115. Σε 300 mL υδατικού διαλύματος ΝΗ3 συγκέντρωσης 2/15 Μ διαβιβάζονται 336 mL αερίου Cl2 μετρημένα STP, τα οποία ανάγονται πλήρως, σύμφωνα με την αντίδραση: 3Cl2 + 8NH3 → 6NH4Cl + N2. α) Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος που σχηματίστηκε μετά τη διαβίβαση του Cl2 (υποθέτουμε ότι η μεταβολή όγκου είναι αμελητέα). β) Πόσα mL υδατικού διαλύματος NaOH με pH = 13, πρέπει να προσθέσουμε σε 300 mL του τελευταίου διαλύματος, ώστε να προκύψει ρυθμιστικό διάλυμα με pH = 9; Για την απλούστευση των υπολογισμών να θεωρήσετε τις κατάλληλες προσεγγίσεις. Κb(ΝΗ3) = 10−5. θ=25οC. Ε2.116. Ποσότητα άλατος του τύπου RNH3Br (R = CνΗ2ν+1–) μάζας 1,26 g διαλύεται σε νερό σχηματίζοντας διάλυμα (Δ1) όγκου 50 mL. Παρατηρήθηκε ότι 25 mL από το διάλυμα Δ1 απαίτησαν για πλήρη αντίδραση 25 mL διαλύματος NaOH 0,2 M οπότε και προκύπτει νέο διάλυμα (Δ2). α) Να προσδιοριστούν: i. ο συντακτικός τύπος του άλατος, ii. το pH του διαλύματος Δ2 και iii. οι συγκεντρώσεις όλων των ιόντων στο διάλυμα Δ2. β) Όλη η ποσότητα του διαλύματος Δ2 αναμειγνύεται με 25 mL διαλύματος CH3COOH 0,2 Μ και προκύπτει διάλυμα Δ3. Να εκτιμηθεί αν το pH του διαλύματος Δ3 είναι ουδέτερο, όξινο ή βασικό. γ) Τα υπόλοιπα 25 mL από το διάλυμα Δ1 αναμειγνύονται με 75 mL διαλύματος NaOH 0,2 M και προκύπτει διάλυμα (Δ4). Να υπολογιστούν: i. τo pH και ii. οι συγκεντρώσεις όλων των ιόντων στο διάλυμα Δ4. Δίνονται οι σταθερές ιοντισμού: Κb(RNH2) = 10−4 και Κa(CH3COOH) = 10−5. Κw = 10−14. Σε όλες τις περιπτώσεις να θεωρηθούν οι κατάλληλες προσεγγίσεις. θ=25οC.

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 5ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

Ε2.117. 6 g κορεσμένου μονοκαρβοξυλικού οξέος (Χ) κατεργάζονται με περίσσεια Na2CO3 και παρατηρείται ο σχηματισμός 1,12 L CO2 (σε STP). Σε ένα άλλο πείραμα, υδατικό διάλυμα Δ του παραπάνω οξέος όγκου 25 mL ογκομετρείται με πρότυπο διάλυμα NaOH 0,2 Μ. Από την καμπύλη της ογκομέτρησης αυτής συμπεράναμε τα εξής: I. Ο όγκος του πρότυπου διαλύματος που καταναλώθηκε μέχρι το ισοδύναμο σημείο βρέθηκε ίσος με 25 mL. II. Όταν είχαν προστεθεί 12,5 mL του πρότυπου διαλύματος τo pH του ογκομετρούμενου διαλύματος βρέθηκε ίσο με 4,9. Σε ένα τρίτο πείραμα, 18 g του οξέος κατεργάζονται με ισομοριακή ποσότητα αιθανόλης, οπότε παράγεται ο αντίστοιχος εστέρας (Α). α) Ποιος ο συντακτικός τύπος του Χ; β) i. Ποια η συγκέντρωση του διαλύματος Δ; ii. Ποια η τιμή της σταθεράς pKa = ‒logKa, όπου Ka η σταθερά ιοντισμού του Χ; iii. Εξηγείστε αν ο δείκτης ερυθρό του μεθυλίου είναι ιδανικός ή όχι για την παραπάνω ογκομέτρηση (Ka,ΗΔ = 10–5). γ) Ποιος ο συντακτικός τύπος και η ποσότητα του εστέρα Α, αν η σταθερά ισορροπίας της αντίδρασης της εστεροποίησης έχει τιμή ίση με 4; Ε2.118. Το βουτυρικό οξύ είναι ένα κορεσμένο μονοκαρβοξυλικό οξύ με ευθύγραμμη ανθρακική αλυσίδα. Για τη διαπίστωση της δομής του εκτελέσαμε το πείραμα που ακολουθεί: 1,056 g βουτυρικού οξέος διαλύονται πλήρως σε νερό, οπότε σχηματίζεται διάλυμα Δ1 όγκου 20 mL. Παρατηρείται ότι όλη η ποσότητα του Δ1 απαίτησε για πλήρη εξουδετέρωση 60 mL διαλύματος ΝaOH 0,2 M και ότι το pH του διαλύματος Δ2 που προκύπτει είναι ίσο με 9. α) i. Να δείξετε ότι το βουτυρικό οξύ είναι το βουτανικό οξύ ii. Να υπολογίσετε την τιμή της σταθεράς ιοντισμού του Κa. β) i. Πόσα g βουτυρικού οξέος πρέπει να διαλυθούν σε νερό, ώστε να σχηματιστούν 150 mL διαλύματος Δ3 με pH = 2,5; ii. Πόσα mL διαλύματος ΝaCl πρέπει να προστεθούν σε 50 mL του Δ3, ώστε ο βαθμός ιοντισμού του βουτυρικού οξέος να τριπλασιαστεί; iii. Στα υπόλοιπα 100 mL του Δ3 προσθέτουμε την απαιτούμενη ποσότητα τριμεθυλαμίνης, (CH3)3N, για πλήρη εξουδετέρωση. Στο διάλυμα που προκύπτει βρέθηκε ότι: [H3O+] = 5·10−8. Να συγκρίνετε την τιμή της σταθεράς Kb της (CH3)3N με την τιμή της σταθεράς Κa του βουτυρικού οξέος. θ=25οC. Να θεωρήσετε τις κατάλληλες προσεγγίσεις. Ε2.119. Διαθέτουμε τα εξής δύο διαλύματα Δ1 και Δ2. Διάλυμα Δ1: ΗCOOH, 0,01 M, pH1 = 3. Διάλυμα Δ2: CH3COOH, 0,1 M, pH2 = 3. α) i. Να υπολογίσετε τους βαθμούς ιοντισμού των δύο οξέων στα αντίστοιχα διαλύματα. ii. Να συγκρίνετε την ισχύ των δύο οξέων ΗCOOH και CH3COOH. β) Σε υδατικό διάλυμα έχει αποκατασταθεί η ισορροπία που ακολουθεί:

HCOOH + CH3COO –

HCOO – + CH3COOH

Ποια η τιμή της σταθεράς Κc της ισορροπίας αυτής; Εκτιμήστε προς ποια κατεύθυνση είναι μετατοπισμένη η ισορροπία αυτή και αιτιολογήστε την απάντησή σας. γ) Κάποιο υδατικό διάλυμα Δ3 περιέχει τα παραπάνω οξέα ΗCOOH και CH3COOH σε συγκεντρώσεις, αντίστοιχα, 0,09 Μ και 0,1 Μ. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος αυτού. δ) Ένα άλλο υδατικό διάλυμα Δ4 περιέχει τα οξέα HCOOH και CH3COOΗ σε συγκεντρώσεις αντίστοιχα 0,1 Μ και 0,09 Μ. Σε 100 mL του διαλύματος Δ4 προσθέτουμε την απαραίτητη ποσότητα στερεού NaOH, για πλήρη εξουδετέρωση, χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος. Να υπολογίσετε: i. τη μάζα του NaOH που προσθέσαμε. ii. το pH του διαλύματος που προέκυψε μετά την εξουδετέρωση. Σε όλες τις περιπτώσεις να θεωρήσετε τις κατάλληλες προσεγγίσεις. θ=25οC. Ε2.120. Υδατικό διάλυμα περιέχει 3,7 g κορεσμένου μονοκαρβοξυλικού οξέος Α. Στο διάλυμα προσθέτουμε την απαιτούμενη ποσότητα ΝaHCO3, οπότε σχηματίζεται οργανική ένωση Β, ενώ ταυτόχρονα ελευθερώνονται 1,12 L αερίου μετρημένα σε STP. Όλη η ποσότητα της ένωσης Β απομονώνεται κατάλληλα και στη συνέχεια διαλύεται σε νερό σχηματίζοντας διάλυμα (Δ1) όγκου 500 mL με pH = 9. α) i. Να γραφούν οι συντακτικοί τύποι των Α και Β και να προσδιοριστεί η τιμή της σταθεράς ιοντισμού του οξέος Α. ii. Στο διάλυμα Δ1 προσθέτουμε 4,5 L Η2Ο. Ποια η μεταβολή στο pH του διαλύματος; β) Ποια η μεταβολή στο pH του διαλύματος Δ1, αν σε αυτό προσθέταμε 500 mL διαλύματος HCl 0,05 M; γ) Σε 100 mL υδατικού διαλύματος του οξέος Α συγκέντρωσης 0,5 Μ προσθέτουμε 0,025 mol στερεού ΝaHCO3. Ποιο το pH του διαλύματος Δ2 που θα προκύψει μετά την πλήρη απομάκρυνση του εκλυόμενου αερίου; Η προσθήκη του NaHCO3 δε μεταβάλλει αισθητά τον όγκο του διαλύματος. Για την απλούστευση των υπολογισμών να θεωρηθούν οι κατάλληλες προσεγγίσεις. θ=25oC. Kw = 10−14. Ε2.121. Διαθέτουμε τα εξής υδατικά διαλύματα Δ1 και Δ2 των ασθενών μονοπρωτικών οξέων ΗΑ και ΗΒ. Διάλυμα Δ1: ΗΑ 0,2 Μ, α1 = 10−2 Διάλυμα Δ2: ΗΒ 0,05 Μ, α2 = 2·10−2 α) Να υπολογιστούν οι τιμές των σταθερών ιοντισμού των δύο οξέων ΗΑ και ΗΒ, καθώς και οι συγκεντρώσεις όλων των ιόντων στα διαλύματα Δ1 και Δ2. β) Παίρνουμε 100 mL από τα διαλύματα Δ1 και Δ2. i. Σε ποιο από τα δύο πρέπει να προσθέσουμε νερό, ώστε το pH του να γίνει ίσο με αυτό του άλλου διαλύματος; ii. Ποιος είναι ο όγκος του νερού που θα πρέπει να προσθέσουμε; γ) Αναμιγνύουμε όγκους V1 και V2 από τα διαλύματα Δ1 και Δ2, οπότε προκύπτει νέο διάλυμα Δ3. Nα αποδειχθεί

259

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

ότι οι βαθμοί ιοντισμού των ΗΑ και ΗΒ στο Δ3 είναι ίσοι μεταξύ τους. δ) Αν στο διάλυμα Δ3 ισχύει: [H3O+] = 1,2·10−3 M να υπολογιστούν: i. ο κοινός βαθμός ιοντισμού των ΗΑ και ΗΒ στο διάλυμα Δ3 καθώς και ii. ο λόγος V2/V1.

Nα θεωρήσετε τις κατάλληλες προσεγγίσεις. θ=25οC. Ε2.122. Διαθέτουμε μία φιάλη που περιέχει υδατικό διάλυμα ενός δείκτη ΗΔ με cο = 10−3 Μ και pH = 4. α) Με βάση τα δεδομένα αυτά να υπολογίσετε, i. την τιμή της σταθεράς ιοντισμού ΚaΗΔ του ΗΔ, καθώς και το βαθμό ιοντισμού του στο παραπάνω διάλυμα και ii. το λόγο των συγκεντρώσεων της όξινης μορφής προς τη βασική. β) Να πιθανολογήστε ποιος από τους παρακάτω δείκτες είναι. Να αιτιολογήσετε την επιλογή σας. Ηλιανθίνη: όξινο χρώμα πορτοκαλί, χρωματική αλλαγή 3,1-4,4, βασικό χρώμα κόκκινο, pΚaΗΔ = 4. Πράσινο της βρωμοκρεσόλης: όξινο χρώμα κίτρινο, χρωματική αλλαγή 3,8-5,4, βασικό χρώμα μπλε, pΚaΗΔ = 5. Κυανού της βρωμοθυμόλης: όξινο χρώμα κίτρινο, χρωματική αλλαγή 6,0-7,6, βασικό χρώμα μπλε, pΚaΗΔ = 7. Φαινολοφθαλεΐνη: όξινο χρώμα άχρωμο, χρωματική αλλαγή 8,2-10, βασικό χρώμα κόκκινο, pΚaΗΔ = 9. γ) Σταγόνες από το διάλυμα του παραπάνω δείκτη προστίθεται σε διάλυμα άλατος ΝaA (HA: ασθενές οξύ) 0,01 M όγκου 100 mL, χωρίς σημαντική μεταβολή όγκου και χωρίς μεταβολή του pH. i. Ποιο χρωματισμό θα λάβει το διάλυμα; ii. Ποια η τιμή του λόγου των συγκεντρώσεων [ΗΔ]/[Δ] στην περίπτωση αυτή; iii. Ποιο χρωματισμό θα λάβει το διάλυμα αν σε αυτό προσθέσουμε 5 mL διαλύματος HCl 0,1 Μ; Η σταθερά ιοντισμού του ΗΑ να θεωρηθεί ίση με 10 −6. Σε όλες τις περιπτώσεις να θεωρηθούν οι κατάλληλες προσεγγίσεις. θ=25οC. Ε2.123. Τα διαλύματα Α έχουν όλα όγκο 100 mL. Διάλυμα Α: Διάλυμα ασθενούς οξέος ΗΑ 0,1 Μ Διάλυμα Β: Διάλυμα HCl 0,2 M Διάλυμα Γ: Πρότυπο διάλυμα ΝaOH 0,2 M Διάλυμα Δ: Διάλυμα CH3NH3Cl 0,2 M Διάλυμα Ε: Διάλυμα CH3NH2 0,2 M. α) i. Ποιο το pH του διαλύματος Α; ii. Πόσα mL Η2Ο πρέπει να προστεθούν σε όλη την ποσότητα του διαλύματος Α, ώστε το pH να μεταβληθεί κατά 1; β) Πόσα mL Η2Ο πρέπει να προστεθούν σε όλη την ποσότητα του διαλύματος Γ, ώστε το pH να γίνει ίσο με 13; γ) i. Αναμιγνύονται τα διαλύματα Γ και Δ. Ποιο το pH του διαλύματος που προκύπτει; ii. Αναμιγνύεται όλη η ποσότητα του διαλύματος Ε με 50 mL του διαλύματος Β. Ποιο το pH του διαλύματος που προκύπτει; δ) Σε 25 mL του διαλύματος Β προσθέτονται 25 mL Η2Ο και το διάλυμα που προκύπτει ογκομετρείται με πρότυπο διάλυμα το Γ. i. Πόσα mL του πρότυπου διαλύματος απαιτούνται μέχρι το ισοδύναμο σημείο; ii. Να προσδιορίσετε το pH στο ισοδύναμο σημείο.

260

ε) 50 mL του διαλύματος Α ογκομετρούνται με πρότυπο διάλυμα το Γ. i. Πόσα mL του πρότυπου διαλύματος απαιτούνται μέχρι το ισοδύναμο σημείο; ii. Προσδιορίστε το pH όταν έχουν προστεθεί 12,5 mL πρότυπου διαλύματος. iii. Δείκτης ΗΔ έχει Κa,ΗΔ = 10−9. Στην όξινη περιοχή εμφανίζεται άχρωμος, ενώ στη βασική περιοχή κόκκινος. Εξηγείστε αν ο δείκτης είναι κατάλληλος ή όχι για την ογκομέτρηση αυτή. Δίνονται: Ka(ΗΑ) = 10−5, Kb(CH3NH2) = 10−4, Kw = 10−14. Σε όλες τις περιπτώσεις ισχύουν οι κατάλληλες προσεγγίσεις. θ=25οC. Ε2.124. Διαθέτουμε τα υδατικά διαλύματα: Διάλυμα Y1: CH3NH2 (μεθυλαμίνη) 0,1 M. Διάλυμα Y2: HCl 0,1 M. α) Αναμειγνύουμε 20 mL διαλύματος Y1 με 10 mL διαλύματος Y2, οπότε προκύπτει διάλυμα Y3 με pH = 10. Να υπολογιστεί η σταθερά ιοντισμού Kb της μεθυλαμίνης. β) Σε 18 mL διαλύματος Y1 προσθέτουμε 22 mL διαλύματος Y2 και προκύπτει διάλυμα Y4. Να υπολογιστεί το pH του διαλύματος Y4. γ) Υδατικό διάλυμα ασθενούς μονοπρωτικής βάσης Β όγκου 60 mL (διάλυμα Y5) ογκομετρείται με πρότυπο διάλυμα το Y2. Βρίσκουμε πειραματικά ότι, όταν προσθέσουμε 20 mL διαλύματος Y2 στο διάλυμα Y5, προκύπτει διάλυμα με pH = 10, ενώ, όταν προσθέσουμε 50 mL διαλύματος Y2 στο διάλυμα Y5, προκύπτει διάλυμα με pH = 9. Να βρεθούν: i. η σταθερά ιοντισμού Kb της βάσης Β και ii. το pH στο ισοδύναμο σημείο της ογκομέτρησης. Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα είναι σε θ=25 οC, όπου Κw = 10−14. Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. Ε2.125. Τα ΗΑ και ΗΒ είναι ασθενή μονοπρωτικά οξέα με σταθερές ιοντισμού 2·10−4 και 5·10−5, αντίστοιχα. Διαθέτουμε τα υδατικά διαλύματα Δ1 και Δ2: Διάλυμα Δ1: ΗΑ 0,5 Μ. Διάλυμα Δ2: ΝaΒ 0,5 Μ. α) Να υπολογίσετε τα pH καθώς και τους βαθμούς ιοντισμού του ΗΑ και του Β στα διαλύματα Δ1 και Δ2. Για την απλούστευση των υπολογισμών να θεωρηθούν οι κατάλληλες προσεγγίσεις. β) Αναμιγνύουμε ίσους όγκους από τα διαλύματα Δ1 και Δ2, οπότε προκύπτει νέο διάλυμα Δ3, στο οποίο έχει αποκατασταθεί η ισορροπία:

ΗΑ + Β

Α + ΗΒ

i. Να εξηγήστε προς ποια κατεύθυνση είναι μετατοπισμένη η ισορροπία αυτή και ii. να υπολογίσετε την τιμή της σταθεράς Κc της ισορροπίας. γ) Με βάση την παραπάνω ισορροπία, να υπολογίσετε: i. Τις συγκεντρώσεις [ΗΑ] και [Α−] στο διάλυμα Δ3. ii. Το pH του διαλύματος Δ3. pKw = 14. θ=25οC.

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 5ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

Ε2.126. Δίνονται τα παρακάτω υδατικά διαλύματα Δ1-Δ5 τα οποία έχουν όλα την ίδια θερμοκρασία 25οC. Διάλυμα Δ1: ΝaOH 0,2 M Διάλυμα Δ2: NaA 0,2 M Διάλυμα Δ3: HA 0,1 M (ΗΑ: ασθενές οξύ, Κa = 10−5) Διάλυμα Δ4: HCl 0,2 M (πρότυπο διάλυμα) Διάλυμα Δ5: NaCl 0,2 M α) i. Ποιο από τα παραπάνω διαλύματα με αραίωση με νερό, υπό σταθερή θερμοκρασία, δεν μεταβάλλει την τιμή του pH; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. ii. Πόσα mL Η2Ο πρέπει να προστεθούν σε 100 mL του διαλύματος Δ2, ώστε ο βαθμός ιοντισμού του ιόντος Α να διπλασιαστεί; β) i. Με ποια αναλογία όγκων πρέπει να αναμίξουμε τα διαλύματα Δ1 και Δ4, ώστε να προκύψει διάλυμα με pH = 1; ii. Με ποια αναλογία όγκων πρέπει να αναμίξουμε τα διαλύματα Δ1 και Δ3, ώστε να προκύψει διάλυμα με pH = 5; Εξηγείστε γιατί το διάλυμα που προκύπτει είναι ρυθμιστικό. γ) Αναμιγνύουμε ίσους όγκους από τα διαλύματα που εμφανίζονται στη στήλη Ι του πίνακα που ακολουθεί, οπότε προκύπτουν τα διαλύματα Δ6, Δ7, Δ8, Δ9 και Δ10. Να αντιστοιχήσετε τα pH τους με τα pH της στήλης ΙΙΙ (θ=25οC). Στήλη Ι: Αναμιγνυόμενα διαλύματα Α. Δ1 + Δ4 Β. Δ2 + Δ3 Γ. Δ2 + Δ4 Δ. Δ2 + Δ5 Ε. Δ3 + Δ5

Στήλη ΙΙ: Τελικά διαλύματα

Στήλη ΙΙΙ: pH

διάλυμα Δ6 διάλυμα Δ7 διάλυμα Δ8 διάλυμα Δ9 διάλυμα Δ10

α. 5,30 β. 3,00 γ. 9,00 δ. 3,15 ε. 7,00

Σε κάθε περίπτωση να εκτελεστούν οι αναλυτικοί υπολογισμοί (στις περιπτώσεις που οι υπολογισμοί δεν βγαίνουν ακριβώς να συμβουλευτείτε την πλησιέστερη τιμή της στήλης ΙΙΙ). δ) Διάλυμα αμίνης RNH2 όγκου 50 mL και άγνωστης συγκέντρωσης c ογκομετρείται με τη χρήση του διαλύματος Δ4 ως προτύπου και παρουσία κατάλληλου δείκτη HΔ. Παράλληλα, τo pH του διαλύματος της ογκομέτρησης παρακολουθείται συνεχώς με pHμετρο. Παρατηρείται ότι μέχρι το ισοδύναμο σημείο της ογκομέτρησης απαιτήθηκαν ακριβώς 50 mL, ενώ όταν στο ογκομετρούμενο διάλυμα είχαν προστεθεί 25 mL πρότυπου διαλύματος το pH βρέθηκε ίσο με 9. i. Να εξηγήσετε ποιος από τους δείκτες που ακολουθούν είναι ο πλέον κατάλληλος για την ογκομέτρηση. Δείκτης I: φαινολοφθαλεΐνη (pKa,HΔ = 9, περιοχή αλλαγής χρώματος: 8,2-10). Δείκτης IΙ: ερυθρό της φαινόλης (pKa,HΔ = 8, περιοχή αλλαγής χρώματος: 6,8-8,2). Δείκτης IΙΙ: ερυθρό του μεθυλίου (pKa,HΔ = 5, περιοχή αλλαγής χρώματος: 4,2-6,2).

ii. Για τον καταλληλότερο δείκτη ΗΔ να υπολογιστεί ο λόγος [ΗΔ]/[Δ] όταν το pH της ογκομέτρησης ήταν ίσο με 9 και όταν ήταν ίσο με 5. iii. Να υπολογιστεί η τιμή της συγκέντρωσης c. iv. Να υπολογιστεί το pH του διαλύματος στο ισοδύναμο σημείο. Ισχύουν οι κατάλληλες προσεγγίσεις. θ=25οC. Ε2.127. Υδατικό διάλυμα ∆1 περιέχει το άλας ΝaΧ (HΧ: ασθενές μονοπρωτικό οξύ). 50 mL του ∆1 ογκομετρούνται με πρότυπο διάλυμα HCl συγκέντρωσης 0,2 Μ. Στο σχήμα που ακολουθεί δίνεται η μορφή της καμπύλη της ογκομέτρησης αυτής με ορισμένα χαρακτηριστικά της:

9

pH IΣ

25

50 VHCl (mL)

100

Όπως παρατηρούμε από την καμπύλη ογκομέτρησης, για την πλήρη εξουδετέρωση του ∆1 απαιτούνται 50 mL του πρότυπου διαλύματος. α) i. Nα εξετάσετε ποιος από τους δείκτες Ι, ΙΙ και ΙΙΙ που ακολουθούν είναι ο πλέον κατάλληλος για την ογκομέτρηση. Δείκτης I: φαινολοφθαλεΐνη (περιοχή αλλαγής χρώματος: 8,2-10) Δείκτης IΙ: ερυθρό της φαινόλης (περιοχή αλλαγής χρώματος: 6,8-8,2) Δείκτης IΙΙ: ερυθρό του μεθυλίου (περιοχή αλλαγής χρώματος: 4,2-6,2) ii. Εξηγείστε αν πρόκειται για οξυμετρία ή αλκαλιμετρία. β) Να υπολογίσετε: i. Τη συγκέντρωση του ΝaΧ στο διάλυμα ∆1. ii. Την τιμή της σταθεράς ιοντισμού Κa του οξέος ΗΧ. iii. Τη συγκέντρωση των ιόντων Η3Ο+ στο ισοδύναμο σημείο της ογκομέτρησης. γ) Σε υδατικό διάλυμα ∆3 ασθενούς οξέος ΗΥ 0,1 Μ ο βαθμός ιοντισμού του είναι ίσος με 0,1 %. Εξηγείστε ποιό από τα δύο οξέα ΗΥ και ΗΧ είναι το ισχυρότερο. Όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία θ=25oC, όπου Κw = 10−14. Ισχύουν οι κατάλληλες προσεγγίσεις. Ε2.128. Σε 200 mL ρυθμιστικού διαλύματος (Δ) περιέχονται ΗΑ 0,05 Μ και ΝaΑ 0,05 Μ. Σε 100 mL του διαλύματος Δ προσθέτουμε 0,2 g NaOH, χωρίς μεταβολή όγκου, και προκύπτει διάλυμα (Δ1) του οποίου το pH είναι κατά τρεις μονάδες αυξημένο σε σχέση με αυτό του Δ. α) Να δείξετε ότι η σταθερά ιοντισμού του ΗΑ έχει τιμή ίση με 10−7 και ότι το pH του διαλύματος Δ είναι ίσο με 7. β) Στα υπόλοιπα 100 mL του Δ προσθέτουμε 5·10−3 mol

261

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

ΗCl, χωρίς μεταβολή όγκου, οπότε προκύπτει διάλυμα Δ2. Να δείξετε ότι το pH του Δ2 διαφέρει από το pH του Δ επίσης κατά τρεις μονάδες. γ) Σε όλη την ποσότητα του διαλύματος Δ2 προσθέτουμε επιπλέον ποσότητα HCl (επίσης χωρίς μεταβολή όγκου) και προκύπτει διάλυμα Δ3 στο οποίο ο βαθμός ιοντισμού του ΗΑ είναι ελαττωμένος κατά 100 φορές σε σχέση με αυτόν του διαλύματος Δ2. Να υπολογίσετε: i. το pH του διαλύματος Δ3 και ii. τον αριθμό mol του HCl που προστέθηκαν στο διάλυμα Δ2. Όλα τα διαλύματα έχουν θ=25°C, όπου Κw = 10−14. Για τη λύση του προβλήματος να γίνουν όλες οι γνωστές προσεγγίσεις. Ε2.129. Το ασκορβικό οξύ έχει κοινό όνομα βιταμίνη C και λειτουργεί ως ασθενές μονοπρωτικό οξύ (Μr = 176, pKa = 4,1). Παίρνουμε ένα δισκίο που περιέχει βιταμίνη C με την ένδειξη «500 mg». Το δισκίο αυτό διαλύεται σε νερό και προκύπτει διάλυμα (Δ) όγκου 200 mL. Παίρνουμε 50 mL από το διάλυμα Δ και το ογκομετρούμε με διάλυμα NaOH 0,02 Μ. Κατά τη διαδικασία αυτή απαιτήθηκαν 17,8 mL πρότυπου διαλύματος. α) Με βάση τα παραπάνω δεδομένα να υπολογίσετε τη συγκέντρωση c του διαλύματος Δ, καθώς και τη μάζα της βιταμίνης C στο χαπάκι των «500 mg». β) Αιφνιαδιασμένοι από το αποτέλεσμα που βρήκαμε διαβάζουμε προσεκτικά την ετικέτα της συσκευασίας: «Βιταμίνη C: ασκορβικό οξύ 250 mg, ασκορβικό νάτριο 281 mg, σύνολο σε ασκορβικό οξύ περίπου 500 mg. i. Με βάση τις πληροφορίες στην ετικέτα να υπολογίσετε τις ποσότητες (σε mol) του ασκορβικού οξέος και του ασκορβικού ιόντος στο χαπάκι. ii. Να υπολογίστε το pH του διαλύματος Δ. iii. Νε εξετάσετε πως θα μεταβληθεί το pH του διαλύματος Δ με την αραίωση με νερό σε διπλάσιο όγκο. γ) Ξέροντας ότι το pH στο στομάχι είναι περίπου 1, με ποια μορφή είναι η βιταμίνη C όταν το χαπάκι διαλυθεί στο στομάχι; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Να πιστοποιήσετε τον όρο «500 mg» που υπάρχει στην ετικέτα της συσκευασίας. Να θεωρήσετε τις κατάλληλες προσεγγίσεις. θ=25 οC. Οι υπολογισμοί απαιτούν αριθμομηχανή. Ε2.130. Διαθέτουμε ποσότητες από τα εξής ρυθμιστικά διαλύματα Δ1 και Δ2. Δ1: ΗΑ 0,1 Μ, ΝaA 0,01 M Δ2: ΗΑ 0,1 Μ, ΝaA 1 M α) i. Να δείξετε ότι τα pH των δύο διαλυμάτων διαφέρουν κατά 2. ii. Για το διάλυμα Δ1 προσδιορίσαμε με τη βοήθεια pHμέτρου ότι pH = 6. Να υπολογίσετε την τιμή της σταθεράς Ka του οξέος ΗΑ.

262

β) Σε κάποια εφαρμογή θέλουμε 1 L ρυθμιστικού διαλύματος με pH = 7. Ένα τέτοιο διάλυμα το παρασκευάσαμε με τρεις διαφορετικές διαδικασίες Ι, ΙΙ και ΙΙΙ: Ι. Με ανάμειξη ποσοτήτων από τα διαλύματα Δ 1 και Δ2. ΙΙ. Με διάλυση στερεού NaOH σε ποσότητα του διαλύματος Δ1. ΙΙΙ. Με ανάμιξη του διαλύματος Δ2 με ποσότητα διαλύματος HCl 0,1 Μ. i. Με ποια αναλογία όγκων πρέπει να αναμίξουμε τα ρυθμιστικά διαλύματα Δ1 και Δ2 ώστε να προκύψει ρυθμιστικό διάλυμα με pH = 7; ii. Πόσα mol NaOH(s) πρέπει να προσθέσουμε σε 1 L του Δ1, ώστε να προκύψει ρυθμιστικό διάλυμα όγκου 1 L με pH = 7; iii. Με ποια αναλογία όγκων πρέπει να αναμείξουμε το ρυθμιστικό διάλυμα Δ2 με διάλυμα HCl 0,1 Μ ώστε να προκύψει ρυθμιστικό διάλυμα με pH = 7; γ) Παίρνουμε από 1 L των ρυθμιστικών διαλυμάτων που παρασκευάσαμε με τις διαδικασίες Ι, ΙΙ και ΙΙΙ. Στα διαλύματα αυτά προσθέτουμε την ίδια ποσότητα HCl(g). Σε ποια περίπτωση θα παρατηρηθεί μεγαλύτερη απόκλιση από την τιμή pH = 7; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Ε2.131. Ποσότητα Νa3N προστίθεται σε νερό με το οποίο αντιδρά πλήρως, σύμφωνα με την εξίσωση (1) που ακολουθεί.

Na3N + 3H2O → NH3 + 3NaOH Σχηματίζεται έτσι διάλυμα (Υ1) όγκου 1 L για το οποίο ισχύει: pH = 12. α) i. Nα εξετάσετε αν η αντίδραση (1) είναι οξειδοαναγωγική ή όχι. ii. Να υπολογιστεί ο βαθμός ιοντισμού της ΝΗ 3 στο διάλυμα Υ1. β) 100 mL του διαλύματος Υ1 αραιώνονται με νερό και προκύπτει διάλυμα (Υ2) με pH = 11. Να υπολογιστεί ο νέος βαθμός ιοντισμού της NH3, καθώς και o όγκος του νερού που προστέθηκε. γ) Σε 300 mL του διαλύματος Υ1 προσθέτουμε 200 mL διαλύματος HCl συγκέντρωσης c και προκύπτει ρυθμιστικό διάλυμα (Υ3) όγκου 500 mL με pH = 9. Να υπολογιστεί η τιμή της συγκέντρωσης c. δ) Σε 300 mL του διαλύματος Υ1 προσθέτουμε την απαιτούμενη ποσότητα άλλου διαλύματος ΗCl για την εξουδετέρωση και προκύπτει διάλυμα (Υ4) όγκου 1 L. Ποιο το pH του διαλύματος Y4; Για την ΝΗ3, Kb = 10−5. Όλα τα διαλύματα έχουν θ=25οC, όπου Κw = 10−14. Να θεωρηθούν οι κατάλληλες προσεγγίσεις.

ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 6ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

Ε2.132. Δίνονται τα υδατικά διαλύματα: Διάλυμα Υ1: ΗCl 0,1 M Διάλυμα Υ2: ΗΑ (ασθενές οξύ) με pH = 4. Διάλυμα Υ3: ΝΗ3, 0,1 Μ με pH = 11. Διάλυμα Υ4: NaOH 0,1 M. Δ1. Ποσότητα 20 mL του διαλύματος Y2 ογκομετρείται με το πρότυπο διάλυμα Y4. Για την πλήρη εξουδετέρωση των 20 mL του Y2 απαιτήθηκαν 20 mL από το Y4. α) Η ανωτέρω ογκομέτρηση είναι οξυμετρία ή αλκαλιμετρία; β) Με ποιο γυάλινο σκεύος μετράται ο όγκος του διαλύματος Y2 και με ποιο ο όγκος του διαλύματος Y4; γ) Να υπολογίσετε τη συγκέντρωση του ΗΑ στο διάλυμα Y2. δ) Πρωτεολυτικός δείκτης ΗΔ, ο οποίος έχει pKa = 5, προστίθεται στο διάλυμα Υ2. Να υπολογίσετε το λόγο [ΗΔ] / [Δ −]. Δ2. Να υπολογίσετε τις τιμές της Κa του ΗΑ και της Κb της NH3. Δ3. Με ποια αναλογία όγκων πρέπει να αναμειχθούν τα διαλύματα Y2 και Y4, ώστε να προκύψει ρυθμιστικό διάλυμα Y5 με pH = 7; Δ4. Πόσα mL διαλύματος Y1 πρέπει να προσθέσουμε σε 330 mL του διαλύματος Y5, έτσι ώστε να προκύψει νέο ρυθμιστικό διάλυμα, το pH του οποίου θα διαφέρει κατά μία μονάδα από το pH του διαλύματος Y5; Δ5. Κατά την ανάμειξη ίσων όγκων των διαλυμάτων Y2 και Y3, το διάλυμα που προκύπτει είναι όξινο, βασικό ή ουδέτερο; Να αιτιολογήσετε την απάντηση σας, χωρίς να υπολογίσετε την τιμή του pH. Όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία θ = 25 οC. Κw = 10−14. Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2016 παλαιού τύπου] ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

263

ΧΗΜΕΙΑ Γ΄ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

264

Ε3 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6

ΕΠΙΣΗΜΑΝΣΕΙΣ ΘΕΩΡΙΑΣ 1η συνθήκη του Bohr (μηχανική συνθήκη): Τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα σε ορισμένες κυκλικές τροχιές. Κάθε επιτρεπόμενη τροχιά έχει καθορισμένη ενέργεια, είναι δηλαδή κβαντισμένη.

2η συνθήκη του Bohr (οπτική συνθήκη): Το ηλεκτρόνιο εκπέμπει ή απορροφά ενέργεια υπό μορφή ακτινοβολίας μόνο όταν μεταπηδά από μια τροχιά σε μια άλλη, όταν δηλαδή αλλάζει ενεργειακή στάθμη. Κβαντική θεωρία: Η ακτινοβολία εκπέμπεται όχι με συνεχή τρόπο αλλά σε μικρά πακέτα (κβάντα). Τα κβάντα φωτός ή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας γενικότερα ονομάζονται φωτόνια. Κυματική θεωρία της ύλης του De Broglie (1924): Το φως, του οποίου το κβάντο ονομάζεται φωτόνιο, όπως και κάθε κινούμενο μικρό σωματίδιο, π.χ. ηλεκτρόνιο, παρουσιάζει διττή φύση, σωματιδίου (κβάντα) και κύματος (ηλεκτρομαγνητικό κύμα). Αρχή απροσδιοριστίας ή αβεβαιότητας του Heisenberg (1927): Είναι αδύνατο να προσδιορίσουμε με ακρίβεια συγχρόνως τη θέση και την ορμή ενός μικρού σωματιδίου, π.χ. του ηλεκτρονίου. Η επίλυση της εξίσωσης Schrödinger οδηγεί στις κυματοσυναρτήσεις, οι οποίες περιγράφουν την κατάσταση του ηλεκτρονίου με ορισμένη ενέργεια και ονομάζονται ατομικά τροχιακά. Στιβάδα ή φλοιός είναι το σύνολο των τροχιακών με τον ίδιο κύριο κβαντικό αριθμό, n. Yποστιβάδα είναι το σύνολο των τροχιακών με τις ίδιες τιμές κβαντικών αριθμών n και ℓ.

Απαγορευτική αρχή του Pauli: Είναι αδύνατο να υπάρχουν στο ίδιο άτομο δύο ηλεκτρόνια με ίδια τετράδα κβαντικών αριθμών (n, ℓ, mℓ, ms). Συνεπώς, δεν μπορεί ένα τροχιακό να διαθέτει πάνω από δύο ηλεκτρόνια. Αρχή της ελάχιστης ενέργειας: Κατά την ηλεκτρονιακή δόμηση ενός πολυηλεκτρονικού ατόμου, τα ηλεκτρόνια οφείλουν να καταλάβουν τροχιακά με τη μικρότερη ενέργεια, ώστε να αποκτήσουν τη μεγίστη σταθερότητα στη θεμελιώδη κατάσταση. Κανόνας του Hund: Ηλεκτρόνια που καταλαμβάνουν τροχιακά της ίδιας ενέργειας (της ίδιας υποστιβάδας) έχουν κατά προτίμηση παράλληλα spin. Νόμος περιοδικότητας του Moseley: Οι χημικές ιδιότητες των στοιχείων είναι περιοδική συνάρτηση του ατομικού τους αριθμού. Τομέας περιοδικού πίνακα είναι ένα σύνολο στοιχείων τα άτομα των οποίων έχουν τα τελευταία τους ηλεκτρόνια στον ίδιο τύπο υποστιβάδας. Ατομική ακτίνα: Είναι το μισό της απόστασης μεταξύ των πυρήνων δύο γειτονικών ατόμων, όπως αυτά διατάσσονται στο κρυσταλλικό πλέγμα του στοιχείου. Ενέργεια ιοντισμού (Εi1) ονομάζεται η ελάχιστη ενέργεια που απαιτείται για την πλήρη απομάκρυνση ενός ηλεκτρονίου από ελεύθερο άτομο, που βρίσκεται στη θεμελιώδη του κατάσταση και σε αέρια φάση.

265

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΩΝ ΑΣΚΗΣΕΩΝ 1. Να αιτιολογήσετε την ισχύ των προτάσεων που ακολουθούν. α) Η 2η ενέργεια ιοντισμού ενός ατόμου είναι πάντα μεγαλύτερη από την 1η ενέργεια ιοντισμού του. β) Κάθε τροχιακό δεν μπορεί να διαθέτει περισσότερα από 2 ηλεκτρόνια. γ) Σε μια περίοδο του περιοδικού πίνακα, η ατομική ακτίνα ελαττώνεται από αριστερά προς τα δεξιά. δ) Η 1η ενέργεια ιοντισμού του 17Cl είναι μεγαλύτερη από την 1η ενέργεια ιοντισμού του 16S. ε) Ο αριθμός των ατομικών τροχιακών της στιβάδας με κύριο κβαντικό αριθμό n είναι ίσος με n2. στ) Στη διαμόρφωση της τιμής της ενέργειας πρώτου ιοντισμού ενός ατόμου καθοριστικό ρόλο παίζει η ατομική ακτίνα. ζ) Κατά τη μετάπτωση του ηλεκτρονίου ενός ατόμου 1Η, από ενεργειακή στάθμη με n = 2 σε n = 1 εκλύεται μεγαλύτερο ποσό ενέργειας απ’ ότι κατά τη μετάπτωση από ενεργειακή στάθμη με n = 4 σε n = 2. η) Ο 30Ζn δεν έχει μονήρη ηλεκτρόνια, στη θεμελιώδη κατάσταση. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] ΑΠΑΝΤΗΣΗ α) Η ενέργεια 2η ιοντισμού (Εi2) ενός ατόμου Α αντιστοιχεί στην απόσπαση του 2ου ηλεκτρονίου του, που γίνεται από το θετικά φορτισμένο ιόν Α+. Είναι επομένως δυσχερέστερη από την απόσπαση του 1ου ηλεκτρονίου που γίνεται από το ουδέτερο άτομο. Άρα, Εi1 < Ei2. β) Σύμφωνα με την απαγορευτική αρχή του Pauli σε ένα άτομο δεν μπορούμε να έχουμε δύο ή περισσότερα ηλεκτρόνια με την ίδια τετράδα κβαντικών αριθμών, και επομένως σε κάθε τροχιακό αντιστοιχούν δύο το πολύ ηλεκτρόνια και αυτά με αντίθετο spin ώστε να διαφέρουν στον τέταρτο κβαντικό αριθμό. γ) Όσο πηγαίνουμε από αριστερά προς τα δεξιά σε μια περίοδο του περιοδικού πίνακα δεν αλλάζει ο αριθμός των στιβάδων. Έχουμε όμως ισχυρότερες έλξεις του πυρήνα στα ηλεκτρόνια σθένους (αύξηση του δραστικού πυρηνικού φορτίου) με αποτέλεσμα η ατομική ακτίνα να ελαττώνεται. δ) Το 17Cl έχει δομή 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 και επομένως ανήκει στην 3η περίοδο και στην 17η ομάδα του περιοδικού πίνακα. Το 16S έχει δομή 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 και επομένως ανήκει στην 3η περίοδο και στην 16η ομάδα. Άρα, τα δύο στοιχεία ανήκουν στην ίδια περίοδο και το στοιχείο που είναι πιο δεξιά έχει μεγαλύτερο δραστικό πυρηνικό φορτίο και επομένως μεγαλύτερη ενέργεια ιοντισμού. ε) Έστω μία στιβάδα με τιμή κύριου κβαντικού αριθμού ίση με n. Oι δυνατές τιμές του ℓ θα είναι: 0, 1, 2,… (n – 1). Καθώς σε κάθε δυνατή τιμή του ℓ αντιστοιχούν 2ℓ + 1 τροχιακά, ο συνολικός αριθμός των τροχιακών θα είναι: 1 + 3 + 5 +…+ [2(n – 1) + 1] = 1 + 3 + 5 +…+ (2n – 1) = n2 (από γνωστό τύπο στις αριθμητικές προόδους!). Σε μία πιο απλοϊκή εξήγηση, ο αριθμός των ηλεκτρονίων σε μία στιβάδα είναι το πολύ 2n2, κάθε ένα τροχιακό διαθέτει το πολύ δύο ηλεκτρόνια και επομένως κάθε στιβάδα διαθέτει n2 τροχιακά.

266

E3 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 6ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

στ) Όσο μεγαλύτερη η ατομική ακτίνα, τόσο ασθενέστερες οι ελκτικές δυνάμεις από τον πυρήνα στα εξωτερικά ηλεκτρόνια και επομένως τόσο μικρότερη η απαιτούμενη ενέργεια για την απόσπασή ενός ηλεκτρονίου. ζ) Η ενεργειακή διαφορά κατά τη μετάπτωση του ηλεκτρονίου, στο άτομο του υδρογόνου, από n = 2 σε n = 1 είναι: Ε2 – Ε1 = (3/4)·2,18·10−18 J. Η αντίστοιχη ενεργειακή κατά τη μετάπτωση του ηλεκτρονίου από n = 4 σε n = 2 είναι (3/16)·2,18·10−18 J. Επομένως, στην 1η περίπτωση εκλύεται μεγαλύτερο ποσό ενέργειας. η) Από τη δομή του του 30Ζn στη θεμελιώδη κατάσταση: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2, παρατηρούμε ότι όλες οι υποστιβάδες είναι συμπληρωμένες και επομένως το άτομο δεν διαθέτει μονήρη ηλεκτρόνια, στη θεμελιώδη του κατάσταση.

2. Το κατιόν Fe3+ διαθέτει, στη θεμελιώδη του κατάσταση, πέντε μονήρη (ασύζευκτα) ηλεκτρόνια στην υποστιβάδα 3d. α) Ποιος ο ατομικός αριθμός του στοιχείου Fe; β) Πόσα ηλεκτρόνια του Fe3+ έχουν: i. n = 3, ii. mℓ = 1, iii. n = 2 και ms = +1/2; ΑΠΑΝΤΗΣΗ α) Το κατιόν Fe3+ έχει χάσει τρία ηλεκτρόνια σε σχέση με το ουδέτερο άτομο, δύο από την υποστιβάδα 4s και ένα από την 3d. Εφόσον η 3d στο Fe3+ έχει πέντε μονήρη ηλεκτρόνια (από ένα στα πέντε 3d τροχιακά) η ηλεκτρονιακή του δομή θα είναι: Fe3+: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5. Άρα στο άτομο του Fe θα υπάρχουν έξι ηλεκτρόνια στην υποστιβάδα 3d και η ηλεκτρονιακή του δομή θα είναι: Fe: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2 (Ζ = 26).

β) i. Με βάση την ηλεκτρονιακή δομή του Fe3+ θα υπάρχουν: 2 + 6 + 5 = 13 ηλεκτρόνια με n = 3 (στιβάδα Μ). ii. Τροχιακά με mℓ = 1 απαντώνται στις υποστιβάδες 2p, 3p και 3d που στο ιόν Fe3+ διαθέτουν συνολικά 2 + 2 + 1 = 5 ηλεκτρόνια. iii. Σε n = 2 (στιβάδα L) αντιστοιχούν δύο υποστιβάδες, η 2s και η 2p, οι οποίες διαθέτουν συνολικά 2 + 6 = 8 ηλεκτρόνια. Από αυτά, τα μισά (4) έχουν ms = +1/2.

3. Τα στοιχεία Χ και Υ είναι το 1ο και το 2ο στοιχείο της 16ης (VIA) ομάδας του Π.Π., αντίστοιχα. Να προσδιορίσετε τους ατομικούς αριθμούς των στοιχείων αυτών και να ταξινομήσετε τα ηλεκτρόνιά τους σε υποστιβάδες. Ποιο είναι το μέγιστο άθροισμα των κβαντικών αριθμών spin σε κάθε περίπτωση; ΑΠΑΝΤΗΣΗ H 16η ομάδα του Π.Π. έχει δομή εξωτερικής στιβάδας (στιβάδας σθένους) ns2 np4. Το 1ο στοιχείο της ανήκει στην 2η περίοδο (στη 1η περίοδο υπάρχουν στοιχεία μόνο την 1η και στη 18η ομάδα). Επομένως, το άτομο του στοιχείου Χ έχει δομή εξωτερικής στιβάδας 2s2 2p4 και πλήρη ηλεκτρονιακή δομή: 1s2 2s2 2p4 (K2 L6). Επομένως, Ζ = 8. Το επόμενο στοιχείο της ίδιας ομάδας έχει δομή: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 (K2 L8 M6, Ζ = 16). Η μοναδική υποστιβάδα που δεν είναι συμπληρωμένη και στα δύο άτομα είναι η p υποστιβάδα, η οποία σύμφωνα με τον κανόνα του Hund παρουσιάζει την εξής δομή:

267

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Η δομή αυτή διαθέτει δύο μονήρη ηλεκτρόνια και άρα το μέγιστο άθροισμα των κβα1 1 ντικών αριθμών spin θα είναι και στις δύο παραπάνω περιπτώσεις: + = 1.

2 2 4. Το κατιόν Ca2+ και το ανιόν S2‒ έχουν το καθένα ίσο αριθμό ηλεκτρονίων με το ευγενές αέριο της τρίτης περιόδου (Ar). α) Να προσδιορίσετε τον ατομικό αριθμό του στοιχείου Ar. β) Να προσδιορίσετε τους ατομικούς αριθμούς των στοιχείων Ca και S και να γράψετε και τις ηλεκτρονιακές τους δομές στη θεμελιώδη κατάσταση. γ) Να συγκρίνετε τις ιοντικές ακτίνες των ιόντων Ca2+ και S2‒. Δίνονται οι ατομικοί αριθμοί, Η:1 και Ο:8. ΑΠΑΝΤΗΣΗ α) Το στοιχείο Ar ως ευγενές αέριο της 3ης περιόδου θα ανήκει στην 18η ομάδα του περιοδικού πίνακα και θα έχει ηλεκτρονιακή δομή: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6. Επομένως, το Ar έχει Ζ = 18.

β) Το κατιόν Ca2+ έχει 18 ηλεκτρόνια και επομένως το άτομο του Ca έχει 20 ηλεκτρόνια (και 20 πρωτόνια, Ζ = 20). Η ηλεκτρονιακή του δομή (στη θεμελιώδη κατάσταση) είναι η εξής: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2. Το ανιόν S2‒ έχει επίσης 18 ηλεκτρόνια και επομένως το άτομο του S έχει 16 ηλεκτρόνια (και 16 πρωτόνια, Ζ = 16). Η ηλεκτρονιακή του δομή (στη θεμελιώδη κατάσταση) είναι η εξής: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4. γ) Τα ιόντα 20Ca2+ και 16S2‒ είναι ισοηλεκτρονιακά, καθόσον διαθέτουν από 18 ηλεκτρόνια. Μεγαλύτερο μέγεθος έχει το 16S2‒, λόγω του μικρότερου πυρηνικού φορτίου.

5. Το V (βανάδιο) είναι μέταλλο με ατομικό αριθμό 23. α) Να εξηγήσετε με βάση την ηλεκτρονιακή του δομή γιατί το στοιχείο αυτό ανήκει στα στοιχεία μετάπτωσης και να προσδιορίσετε την περίοδο στην οποία ανήκει, καθώς και το άθροισμα των κβαντικών αριθμών spin στο άτομό του. β) Ποια η ηλεκτρονιακή δομή του ιόντος V2+; γ) Ποιος ο ατομικός αριθμός του στοιχείου της ίδιας περιόδου, που ανήκει στον p τομέα και έχει το ίδιο άθροισμα κβαντικών αριθμών spin με το V2+; Σε όλες τις περιπτώσεις να θεωρήσετε τις θεμελιώδεις καταστάσεις. ΑΠΑΝΤΗΣΗ α) Το 23V παρουσιάζει την εξής ηλεκτρονιακή δομή: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d3 4s2 (Κ2 L8 M11 N2), ανήκει στον d τομέα του Π.Π. και επομένως είναι στοιχείο μετάπτωσης της 1 1 1 3 4ης περιόδου. To άθροισμα των κβαντικών αριθμών spin του είναι: + + = , 2 2 2 2 καθότι διαθέτει τρία μονήρη ηλεκτρόνια.

β) V2+: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d3 (αποβάλλονται τα 4s ηλεκτρόνια και όχι τα 3d). γ) Το τελευταίο στοιχείο της πρώτης σειράς των στοιχείων μετάπτωσης συμπληρώνει την 3d υποστιβάδα (3d10, Ζ = 30). Στη συνέχεια συμπληρώνεται η υποστιβάδα 4p. Για να έχουμε τρία μονήρη ηλεκτρόνια στην υποστιβάδα 4p θα πρέπει να έχει δομή 4p3. Επομένως, Ζ = 33.

268

E3 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 6ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

6. To άτομο στοιχείου Χ έχει δομή 1s2 2s2 2p6 3s1 και Ei1 = 496 kJ·mol−1 και Εi2 = 4562 kJ·mol−1. α) Να σημειώσετε τον τομέα, την περίοδο και την ομάδα στην οποία ανήκει το στοιχείο X. Ποιος ο ατομικός αριθμός στοιχείου Y που βρίσκεται στην ίδια ομάδα με το στοιχείο X στην αμέσως επόμενη περίοδο; β) Να δικαιολογήσετε τη μεγάλη διαφορά στις Εi1 και Εi2 στο άτομο του X. γ) Να συγκρίνετε τις ακτίνες του ατόμου του X με τα ιόντα του X+ και X2+. δ) Σε ποια ομάδα του Π.Π. ανήκει στοιχείο Z το άτομο του οποίου έχει την ίδια ηλεκτρονιακή δομή με το ιόν X+; Να συγκρίνετε το μέγεθος του Ζ με του X+. ΑΠΑΝΤΗΣΗ α) Χ: s τομέας, 3η περίοδος, 1η (ΙΑ) ομάδα. Το Υ θα πρέπει να έχει ηλεκτρονιακή δομή: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 και επομένως Ζ = 19. β) Το 2ο ηλεκτρόνιο του Χ φεύγει από εσωτερική στιβάδα (L), που βρίσκεται πολύ πιο κοντά στον πυρήνα και διαθέτει μικρότερη προστασία από εσωτερικά ηλεκτρόνια, επιπλέον δε καταστρέφει τη σταθερή δομή ευγενούς αερίου. Επομένως, η ενέργεια 2ου ιοντισμού του Χ είναι πολύ μεγαλύτερη από την ενέργεια 1ου ιοντισμού του. γ) r(X) > r(X+) > r(X2+). Όσο περισσότερα ηλεκτρόνια αποσπώνται, τόσο οι απώσεις μεταξύ των ηλεκτρονίων εξασθενίζουν και το σωματίδιο γίνεται μικρότερο. δ) Χ+: 1s2 2s2 2p6 και επομένως: Ζ: 1s2 2s2 2p6. Άρα, το Ζ είναι ευγενές αέριο και ανήκει στη 18η (VIIIA) ομάδα του περιοδικού πίνακα. Ισχύει: r(Z) > r(X+). Tα δύο σωματίδια είναι ισοηλεκτρονιακά, αλλά το Ζ έχει μικρότερο ατομικό αριθμό (10) από το Χ και επομένως τα ηλεκτρόνια έλκονται ασθενέστερα από τον πυρήνα.

7. Για τα στοιχεία Α, Β και Γ του περιοδικού πίνακα υπάρχουν τα εξής δεδομένα: Ι. Είναι στοιχεία της τρίτης περιόδου. ΙΙ. Έχουν ατομικούς αριθμούς Ζ, Ζ+1, Ζ+2, αντίστοιχα. ΙΙΙ. Το άτομο του στοιχείου Α στη θεμελιώδη του κατάσταση έχει τρία μονήρη (ασύζευκτα) ηλεκτρόνια. α) Να προσδιορίσετε σε ποια ομάδα ανήκει το καθένα από τα στοιχεία και να βρείτε τους ατομικούς τους αριθμούς. β) Ποιο από τα στοιχεία αυτά σχηματίζει το πιο όξινο οξείδιο και ποιο έχει παρόμοιες χημικές ιδιότητες με το 33Αs; ΑΠΑΝΤΗΣΗ α) Στην 3η περίοδο του Π.Π. δεν αντιστοιχούν στοιχεία του d τομέα, οπότε τα τρία μονήρη ηλεκτρόνια είναι στον p τομέα. Το στοιχείο Α, επομένως, έχει τελευταία υποστιβάδα την 3p (3p3) και άρα ανήκει στην 15η (VA) ομάδα του Π.Π.: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 (K2 L8 M5, Ζ = 15). Τα στοιχεία Β και Γ είναι τα επόμενά του στην ίδια περίοδο, οπότε οι ατομικοί τους αριθμοί είναι, αντίστοιχα, 16 και 17 (16η και 17η ομάδα).

β) Γνωρίζουμε ότι στην ίδια περίοδο του Π.Π., όσο πιο δεξιά είναι το στοιχείο, τόσο πιο όξινος είναι ο χαρακτήρας του οξειδίου του. Επομένως, το πιο όξινο οξείδιο είναι του Γ. Το 33Αs έχει ηλεκτρονιακή δομή: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p3 (15η ομάδα). Άρα, έχει παρόμοιες ιδιότητες με το στοιχείο Α.

269

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

8. Δίνονται τρία στοιχεία Α, Β και Γ. Τα στοιχεία Α και Β έχουν ατομικούς αριθμούς 17 και 35 αντίστοιχα. Το στοιχείο Γ είναι το στοιχείο της 4ης περιόδου του Π.Π. με τη μικρότερη ενέργεια πρώτου ιοντισμού. α) Να προσδιορίσετε τον ατομικό αριθμό του στοιχείου Γ. β) Να γράψετε τις ηλεκτρονιακές δομές (στιβάδες, υποστιβάδες) των στοιχείων Α, Β και Γ στη θεμελιώδη κατάσταση. γ) Εάν οι ατομικές ακτίνες των στοιχείων Α, Β και Γ είναι rΑ, rΒ και rΓ αντίστοιχα, τότε ισχύει: Ι. rΑ < rΓ < rΒ ΙΙ. rΒ < rΑ < rΓ ΙΙΙ. rΑ < rΒ < rΓ Να επιλέξετε τη σωστή σχέση. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] ΑΠΑΝΤΗΣΗ α) Για να έχει τη μικρότερη ενέργεια ιοντισμού από όλα τα στοιχεία της 4ης περιόδου το στοιχείο Γ θα πρέπει να ανήκει στην 1η (ΙΑ) ομάδα. Καθώς στην πρώτη περίοδο έχουμε 2 στοιχεία, στη δεύτερη και την τρίτη από οκτώ στοιχεία, το Γ θα έχει ατομικό αριθμό Ζ = 2 + 8 + 8 + 1 = 19.

β) Α: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 (Κ2 L8 M7) B: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p5 (Κ2 L8 M18 N7) Γ: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 (Κ2 L8 M8 N1) γ) Γνωρίζουμε ότι η ατομική ακτίνα αυξάνεται από δεξιά προς τα αριστερά κατά μήκος μιας περιόδου του Π.Π. και από πάνω προς τα κάτω σε μία ομάδα. Τα στοιχεία Α και Β ανήκουν στην ίδια ομάδα (17η ή VIIA) του Π.Π. και μάλιστα το Β είναι στην 4η περίοδο ενώ το Γ στην 3η. Επομένως: rΑ < rΒ (1). Επίσης, τα στοιχεία Γ και Β ανήκουν στην ίδια περίοδο (4η) του Π.Π. με το Γ να είναι πιο αριστερά (1η) ομάδα από το Β. Επομένως: rΒ < rΓ (2). Από τις (1) και (2): rΑ < rΒ < rΓ (σωστή επιλογή η ΙΙΙ).

9. Δίνονται τα στοιχεία: 8Ο, 11Na, 13Αl και 16S. α) Να προσδιορίσετε τον τομέα, την περίοδο και την ομάδα που ανήκουν τα στοιχεία αυτά με βάση την ηλεκτρονιακή δομή των ατόμων τους. β) Να χαρακτηρίσετε το οξείδιο του νατρίου, το τριοξείδιο του θείου και το τριοξείδιο του αργιλίου (Al2O3) ως όξινα, βασικά ή επαμφοτερίζοντα. ΑΠΑΝΤΗΣΗ α) Ο: p τομέας, 2η περίοδος, 16η (VIA) ομάδα, Na: s τομέας, 3η περίοδος, 1η (IA) ομάδα, Al: p τομέας, 3η περίοδος, 13η (IIIA) ομάδα, S: p τομέας, 3η περίοδος, 16η (VIA) ομάδα.

β) Νa2O: βασικό οξείδιο, SO3: όξινο οξείδιο, Al2O3: επαμφοτερίζον οξείδιο.

270

E3 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 6ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΘΕΜΑ Α Ε3.1. Ποια από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι η σωστή; Α) Το μήκος κύματος ενός σωματιδίου, σύμφωνα με την κυματική θεωρία της ύλης, εξαρτάται από το φορτίο του Β) Οι ενέργειες των ηλεκτρονίων του ατόμου 1H και του ιόντος 2He+ είναι ίσες, αν ο κύριος κβαντικός αριθμός n έχει την ίδια τιμή Γ) Φωτόνια ορατής ακτινοβολίας μήκους κύματος 500 nm έχουν μικρότερη ενέργεια σε σχέση με φωτόνια υπέρυθρης ακτινοβολίας μήκους κύματος 10.000 nm Δ) Στο άτομο του 1Η η μετάβαση Κ → L του ηλεκτρονίου απαιτεί μεγαλύτερο ποσό ενέργειας σε σχέση με τη μετάβαση L → N. Ε3.2. Θεωρείστε το ηλεκτρόνιο του ατόμου του υδρογόνου στην στιβάδα Ν (διεγερμένη κατάσταση). Ποια η ελάχιστη ενέργεια που απαιτείται για την πλήρη αποδέσμευσή του ηλεκτρονίου από την έλξη του πυρήνα; Ε Ε Ε 3Ε1 Α) 1 B) 1 Γ) 1 Δ) 16 25 4 16 Ε1 = 2,18·10−18 J. Ε3.3. i. Ένα πρωτόνιο, ένα ηλεκτρόνιο και ένας πυρήνας ηλίου (2He), που κινούνται με τις ίδιες ταχύτητες υ και έχουν μήκη κύματος κατά de Broglie, λ1, λ2 και λ3, αντίστοιχα. Για τα μήκη κύματος αυτά ισχύει: Α) λ1 = λ2 = λ3 Β) λ1 < λ2 < λ3 Γ) λ2 > λ1 > λ3 Δ) λ1 = λ2 > λ3 ii. Ένα πρωτόνιο, ένα ηλεκτρόνιο και ένας πυρήνας υδρογόνου (1H), που κινούνται με τις ίδιες ταχύτητες υ και έχουν μήκη κύματος κατά de Broglie, λ1, λ2 και λ3, αντίστοιχα. Για τα μήκη κύματος αυτά ισχύει: Α) λ1 = λ2 = λ3 Β) λ1 < λ2 < λ3 Γ) λ2 > λ1 > λ3 Δ) λ1 = λ3 < λ2 Ε3.4. Σύμφωνα με την κβαντομηχανική θεωρία το ηλεκτρόνιο του ατόμου του Η στη θεμελιώδη του κατάσταση: Α) έχει ενέργεια ίση με το μηδέν Β) εκτελεί κυκλική κίνηση ορισμένης ακτίνας και ενέργειας Γ) παρουσιάζει μηδενική πιθανότητα εύρεσης σε χώρο πολύ κοντά στον πυρήνα Δ) καταλαμβάνει τροχιακό με τιμές των (n, ℓ, mℓ) ίσες με (1, 0, 0), αντίστοιχα Ε3.5. i. Οι προτάσεις Ι, ΙΙ, ΙΙΙ, IV και V που ακολουθούν αντιστοιχούν σε κατάσταση στην οποία βρίσκεται το ηλεκτρόνιο ενός ατόμου H για την οποία γνωρίζουμε ότι n = 3 και mℓ = 0. Ι. Η κατάσταση αυτή είναι αδύνατη. ΙΙ. Το ηλεκτρόνιο είναι σε τροχιακό 3s.

ΙΙΙ. Ο δευτερεύων κβαντικός αριθμός ℓ μπορεί να έχει μία από τις τιμές 0, 1 ή 2 IV. To ηλεκτρόνιο καταλαμβάνει τροχιακό 3s ή 3p.

V. Το ηλεκτρόνιο μπορεί να καταλάβει ένα από τα τροχιακά τριών διαφορετικών υποστιβάδων, αλλά ίδιας ενέργειας. Ποια από τις προτάσεις Ι-ΙV που είναι σωστή-ές; Α) Μόνο η ΙΙΙ και η V Β) Μόνο η Ι και η ΙΙ Γ) Μόνο η ΙΙΙ, η ΙV και η V Δ) Καμία ii. Ποια από τις προτάσεις που ακολουθούν σχετικά με ένα ηλεκτρόνιο με mℓ = −3 είναι λανθασμένη; A) Το ηλεκτρόνιο μπορεί να ανήκει στη στιβάδα Ν B) Το ηλεκτρόνιο είναι σε τροχιακό μη σφαιρικού σχήματος Γ) Το ηλεκτρόνιο δεν είναι σε p τροχιακό Δ) Αποκλείεται να είναι το ηλεκτρόνιο ενός ατόμου Η Ε3.6. Σε σχέση με τον μαγνητικό κβαντικό αριθμό (mℓ), ποια από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι λανθασμένη; Α) Ο αριθμός αυτός μπορεί να πάρει και αρνητικές τιμές Β) Σε μία υποστιβάδα υπάρχουν τόσες διαφορετικές τιμές του αριθμού αυτού, όσα είναι τα ατομικά τροχιακά της υποστιβάδας Γ) Σε μία υποστιβάδα μπορεί να πάρει 2ℓ+1 διαφορετικές τιμές Δ) O αριθμός αυτός σχετίζεται με το σχήμα του τροχιακού Ε3.7. Σχετικά με το τροχιακό 3pz, ποιες από τις προτάσεις Ι - V που ακολουθούν είναι σωστές; Ι. Έχει n = 3. ΙΙ. Παρουσιάζει σφαιρική συμμετρία. ΙΙΙ. Μπορεί να συμπεριλάβει μέχρι και έξι ηλεκτρόνια. ΙV. Παρουσιάζει ορισμένο προσανατολισμό στο χώρο.

V. Έχει ℓ = 1. Α) Όλες είναι σωστές εκτός από τη ΙΙ Β) Σωστές είναι οι προτάσεις Ι, η ΙΙ και V Γ) Σωστές είναι οι προτάσεις I, η IΙ και IV Δ) Σωστές είναι οι προτάσεις I, η IV και V Ε3.8. To ηλεκτρόνιο πολυηλεκτρονιακού ατόμου έχει mℓ = 0. To ηλεκτρόνιο αυτό μπορεί να βρίσκεται: Α) στη στιβάδα Κ Β) στη στιβάδα Κ ή τη στιβάδα L Γ) σε τροχιακό τύπου s Δ) σε οποιοδήποτε στιβάδα Ε3.9. Ο μέγιστος αριθμός ηλεκτρονίων στο τροχιακό 3px, στην υποστιβάδα 3d και στη στιβάδα Μ είναι, αντίστοιχα: Α) 2, 10 και 18 Β) 6, 10 και 18 Γ) 1, 5 και 9 Δ) 1, 5 και 10 Ε3.10. i. Στα πολυηλεκτρονιακά άτομα οι κβαντικοί αριθμοί που σχετίζονται με τις ενέργειες των τροχιακών είναι: Α) ο n και ο ℓ Β) ο n και ο mℓ Γ) μόνο ο n Δ) ο n, ο ℓ και ο mℓ

271

ΧΗΜΕΙΑ Γ΄ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

ii. Ενδεικτικός των απωστικών δυνάμεων μεταξύ των ηλεκτρονίων ενός πολυηλεκτρονιακού ατόμου είναι: Α) ο κύριος κβαντικός αριθμός Β) ο δευτερεύων ή αζιμουθιακός κβαντικός αριθμός Γ) ο μαγνητικός κβαντικός αριθμός Δ) ο κβαντικός αριθμός του spin Ε3.11. Ποια από τις δομές που ακολουθούν είναι σύμφωνη με την απαγορευτική αρχή του Pauli; 2p 1s 2s Α) Β) Γ) Δ)

[ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ]

Ε3.12. i. Το στοιχείο το άτομο του οποίου έχει στη θεμελιώδη κατάσταση άθροισμα κβαντικών αριθμών spin ίσο με 3/2 είναι το: Α) 16S Β) 33Αs Γ) 36Κr Δ) 37Rb ii. Το άτομο το οποίο στη θεμελιώδη κατάσταση διαθέτει ένα μόνο ζεύγος ηλεκτρονίων σε d τροχιακό είναι το: Α) 21Sc Β) 22Ti Γ) 23V Δ) 26Fe Ε3.13. Σε ένα πολυηλεκτρονιακό άτομο, ποιος ο μέγιστος αριθμός ηλεκτρονίων που έχουν n = 4, mℓ = −2, ms = +1/2; A) 1 B) 2 Γ) 4 Δ) 8 2

2

6

2

5

1

Ε3.14. i. Η δομή 1s 2s 2p 3s 3p 4s θα μπορούσε να είναι η ηλεκτρονιακή δομή του: Α) 19Κ στη θεμελιώδη κατάσταση Β) 19Κ+ στη θεμελιώδη κατάσταση Γ) 18Ar σε διεγερμένη κατάσταση Δ) 17Cl+ στη θεμελιώδη κατάσταση ii. Ποια από τις δομές που ακολουθούν αντιστοιχεί σε διεγερμένη κατάσταση; A) 1s2 2s2 2p3 B) 1s2 2p1 Γ) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p3 Δ) [Ar] 3d5 4s1 E) [Ar] 3d10 4s2 Ε3.15. Η δομή της υποστιβάδας 3d του ιόντος 26Fe3+, στη θεμελιώδη κατάσταση, είναι: Α ) Β) Γ) Δ) Ε3.16. i. Ποιο από τα ακόλουθα ιόντα παρουσιάζει το μεγαλύτερο αριθμό μονήρων (ασύζευκτων) ηλεκτρονίων; Α) 23V3+ Β) 26Fe2+ Γ) 26Fe3+ Δ) 19K+ ii. Στη θεμελιώδη κατάσταση η δομή του ατόμου του 64Gd είναι: [Xe] 4f7 5d1 6s2. Πόσα μονήρη (ασύζευκτα) ηλεκτρόνια υπάρχουν στο άτομο αυτό; Α) 1 Β) 7 Γ) 8 Δ) 9

272

Ε3.17. Δύο από τα ηλεκτρόνια ενός πολυηλεκτρονιακού ατόμου έχουν τις εξής τετράδες κβαντικών αριθμών: (4,0,0,1/2) και (4,0,0, −1/2). Η αμέσως μεγαλύτερης ενέργειας υποστιβάδα του ίδιου ατόμου που διαθέτει ηλεκτρόνια χαρακτηρίζεται από: Α) n = 4 και ℓ = 2 B) n = 4 και ℓ = 1 Γ) n = 3 και ℓ = −3 Δ) n = 3 και ℓ = 2 Ε3.18. Ποια από τις ηλεκτρονιακές δομές που ακολουθούν δεν μπορεί να αντιστοιχεί σε ουδέτερο άτομο στη θεμελιώδη του κατάσταση; Α) [18Ar] 4s2 4p6 4d10 Β) [2He] 2s2 Γ) [54Xe] 4f14 5d10 6s2 6p5 Δ) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1 Ε3.19. i. Στη 2η σειρά των στοιχείων μετάπτωσης συμπληρώνεται η υποστιβάδα: Α) 4d Β) 3f Γ) 3d Δ) 3p ii. Στην 5η περίοδο του Π.Π. πόσα στοιχεία διαθέτουν ένα ή περισσότερα 4d ηλεκτρόνια; Α) 0 Β) 8 Γ) 10 Δ) 16 Ε3.20. Η ηλεκτρονιακή δομή: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6: Α) μπορεί να αντιστοιχεί σε κατιόν ενός στοιχείου μετάπτωσης της 4ης περιόδου Β) μπορεί να αντιστοιχεί σε άτομο στοιχείου του p τομέα Γ) μπορεί να ανήκει σε άτομο στοιχείου της 3ης περιόδου Δ) είναι αδύνατη Ε3.21. i. Όταν τα άτομα των στοιχείων, 16S, 34Se, 17Cl και το ανιόν Se2 ταξινομηθούν κατ’ αυξανόμενο μέγεθος, η σωστή σειρά θα είναι: A) Se2, Se, S, Cl B) Se2, S, Cl, Se Γ) Cl, S, Se, Se2− Δ) S, Se, Cl, Se2− ii. Ποιο από τα ακόλουθα σύνολα έχει γραφεί κατά αυξανόμενη ατομική ή ιοντική ακτίνα; Α) 20Ca, 12Mg, 4Be B) 10Ne, 9F−, 8O2−, 7N3− + 2+ 3+ Γ) 81Tl , 81Tl , 81Tl Δ) 19K, 11Na, 3Li, 3Li+ Ε3.22. Ποια από τα παρακάτω άτομα ή ιόντα έχουν 3 μονήρη (ασύζευκτα) ηλεκτρόνια στη θεμελιώδη τους κατάσταση; A) Τα άτομα των στοιχείων της 15ης (ΙVΑ) ομάδας B) Τα άτομα των στοιχείων της 13ης (ΙΙΙΑ) ομάδας Γ) Τα άτομα των στοιχείων της 3ης περιόδου Δ) Το 7N3− και το 15P3− E) το 5B3+ και το 13Al3+ Ε3.23. Με βάση τις εξισώσεις: Ca(g) → Ca+(g) + e, Ei1 = 600 kJ Mg(g) → Mg +(g) + e, Ei1 = x kJ Mg +(g) → Mg 2+(g) + e, Ei2 = y kJ συμπεραίνουμε ότι: A) y > x > 600 B) y < x < 600 Γ) x < 600 < y Δ) y < 600 < x Δίνονται οι ατομικοί αριθμοί, Ca:20, Μg:12.

ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 6ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

Ε3.24. Το TiCl4 είναι άχρωμο υγρό που όταν εκτεθεί στην υγρασία της ατμόσφαιρας δημιουργεί «γραφή» στον αέρα. Στην ένωση αυτή ένα ιόν 22Ti4+ περιβάλλεται από 4 ιόντα  4+ και Cl, ποια από τις προ17Cl . Σχετικά με τα ιόντα Ti τάσεις που ακολουθούν είναι σωστή; Α) Το ιόν 22Ti4+ έχει δομή στη θεμελιώδη του κατάσταση [18Αr] 3d2 Β) Τα δύο ιόντα έχουν το ίδιο μέγεθος Γ) Το Ti4+ είναι μεγαλύτερο από το Cl Δ) Τα δύο ιόντα έχουν την ίδια δομή (1s2 2s2 2p6 3s2 3p6) στη θεμελιώδη τους κατάσταση Ε3.25. i. Ένα στοιχείο Q με Ζ = 27 ανήκει: Α) στην 3η περίοδο και είναι μέταλλο Β) στην 4η περίοδο και είναι αμέταλλο Γ) στην 4η περίοδο και σχηματίζει σύμπλοκα ιόντα και έγχρωμες ενώσεις Δ) στην VIIB ομάδα του Π.Π. ii. Τι από τα παρακάτω δεν ισχύει για στοιχείο R με Ζ = 33; Α) Το άτομο του στοιχείου στη θεμελιώδη κατάσταση διαθέτει πλήρη υποστιβάδα 3d Β) Ανήκει στην 15η ομάδα του Π.Π. και στην 4η περίοδο Γ) Ανήκει στα στοιχεία μετάπτωσης Δ) Αν το άτομο του στοιχείου προσλάβει τρία ηλεκτρόνια θα μετατραπεί σε ανιόν με δομή ευγενούς αερίου Ε3.26. Το ανιόν Χ2− στοιχείου Χ παρουσιάζει ηλεκτρονιακή δομή 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6. i. Σε ποια ομάδα του Π.Π. ανήκει το στοιχείο Χ; Α) στη 4η (ΙIΒ) Β) στη 14η (ΙVA) Γ) στη 16η (VIA) Δ) στη 18η (VIIIA) ii. Σε ποιο τομέα του Π.Π. ανήκει το στοιχείο Χ; Α) Στον s τομέα Β) Στον p τομέα Γ) Στον d τομέα Δ) Στον f τομέα Ε3.27. i. Oι ενέργειες πρώτου ιοντισμού με τιμές 1251, 1520 και 419 kJ·mol−1 αντιστοιχούν κατά σειρά στα άτομα των στοιχείων: Α) 17Cl, 18Ar, 19Κ Β) 16S, 17Cl, 18Ar Γ) 19Κ, 18Ar, 17Cl, Δ) 18Ar, 17Cl , 16S ii. Oι τιμές των Εi1 των στοιχείων Α, Β, Γ και Δ με διαδοχικούς ατομικούς αριθμούς είναι 997, 1251, 1520 και 419 kJ·mol−1, αντίστοιχα. Τα στοιχεία αυτά είναι: Α) τα τέσσερα τελευταία στοιχεία της ίδιας περιόδου Β) στοιχεία της ίδιας ομάδας Γ) τα τρία τελευταία στοιχεία μιας περιόδου και το πρώτο στοιχείο της επόμενης Δ) στοιχεία μετάπτωσης της ίδιας περιόδου του Π.Π. Ε3.28. Ποιο από τα άτομα των στοιχείων που ακολουθούν, στη θεμελιώδη του κατάσταση, προβλέπετε να έχει την υψηλότερη τιμή Εi2; A) 3Li B) 4Be Γ) 5B Δ) 6C Ε3.29. Όλα τα άτομα που ακολουθούν χάνουν πρώτα ηλεκτρόνια από την υποστιβάδα 4s, για το σχηματισμό κατιόντος, εκτός από το: Α) 19Κ Β) 20Ca Γ) 25Mn Δ) 31Ga

Ε3.30. Ποιος ο μέγιστος αριθμός ηλεκτρονίων σε ένα πολυηλεκτρονιακό άτομο τα οποία να έχουν n = 2 και mℓ = 0; Α) 1 Β) 2 Γ) 3 Δ) 4 Ε3.31. Αν το στοιχείο Ζr βρίσκεται ακριβώς από κάτω από τον 22Ti (στην ίδια ομάδα του Π.Π.), το ιόν Zr2+ θα έχει ηλεκτρονιακή δομή: Α) 4d0 Β) 4d2 Γ) 3d0 Δ) 3d2 Ε3.32. Διεγερμένο άτομο Η έχει το ηλεκτρόνιό του σε τροχιακό 4d. Για τους κβαντικούς αριθμούς του ηλεκτρονίου αυτού θα ισχύουν: Α) n = 4, ℓ = 1, mℓ = −1, 0, +1 Β) n = 4, ℓ = 2, mℓ = 0, +1, +2, +3, +4 Γ) n = 4, ℓ = 2, mℓ = −2, −1, 0, +1, +2 Δ) n = 4, ℓ = 3, mℓ = −1, 0, +1 Ε3.33. i. Με τη νέα αρίθμηση ο περιοδικός πίνακας περιλαμβάνει συνολικά 18 ομάδες. Πόσες από τις ομάδες αυτές αντιστοιχούν στον τομέα d; A) 6 ομάδες Β) 8 ομάδες Γ) 10 ομάδες Δ) 12 ομάδες ii. Στα στοιχεία της 3ης περιόδου του Π.Π.: Α) δεν περιλαμβάνονται αμέταλλα Β) περιλαμβάνονται μόνο μεταλλοειδή και αμέταλλα Γ) συμπεριλαμβάνονται και στοιχεία μετάπτωσης τα οποία συμπληρώνουν διαδοχικά την υποστιβάδα 3d Δ) συμπληρώνονται από αριστερά προς τα δεξιά οι υποστιβάδες 3s και 3p Ε3.34. i. Ποια ιδιότητα αναπαριστάνεται από το διάγραμμα που ακολουθεί;

A) Η ατομική ακτίνα B) Η ηλεκτροθετικότητα Γ) Η ενέργεια πρώτου ιοντισμού Δ) Η ενέργεια δεύτερου ιοντισμού ii. Με βάση τον περιοδικό πίνακα, ο μεταλλικός χαρακτήρας και η ηλεκτροθετικότητα: Α) αυξάνονται όσο πάμε αριστερά και κάτω Β) μειώνονται όσο πάμε αριστερά και πάνω Γ) αυξάνονται όσο πάμε δεξιά και κάτω Δ) μειώνονται όσο πάμε δεξιά και κάτω Ε3.35. Tο τροχιακό 3px έχει την παρακάτω τριάδα κβαντικών αριθμών (n, ℓ, mℓ): ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2016 A) (3, 1, 1) B) (3, 1, 0) Γ) (3, 1, −1) Δ) (3, 0, 0)

273

ΧΗΜΕΙΑ Γ΄ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Ε3.36. Να χαρακτηριστούν οι προτάσεις που ακολουθούν ως σωστές (Σ) ή λανθασμένες. Α) Για το άτομο του υδρογόνου η επίλυση της εξίσωσης Schrödinger οδηγεί στις κυματοσυναρτήσεις ψ, οι οποίες περιγράφουν την κατάσταση του ηλεκτρονίου με ορισμένη ενέργεια (Εn) και ονομάζονται ατομικά τροχιακά. Β) Τα ατομικά τροχιακά είναι οι λύσεις ψ της εξίσωσης Schrödinger για το άτομο του Η, όχι οι λύσεις των εξισώσεων Schrödinger πολυηλεκτρονικών ατόμων. Γ) Σε ένα πολυηλεκτρονιακό άτομο οποιοδήποτε τροχιακό s έχει μικρότερη ενέργεια από οποιοδήποτε τροχιακό p. Δ) H δομή 1s2 2s2 2px2 2py0 2pz0 δεν ικανοποιεί την απαγορευτική αρχή του Pauli. Ε) Στο άτομο του Η που έχει ένα ηλεκτρόνιο υπάρχει μόνο το τροχιακό 1s, ενώ στο κατιόν Η+ που δεν έχει κανένα ηλεκτρόνιο δεν υπάρχει κανένα τροχιακό. ΣΤ) Η δομή 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 μπορεί να αποτελεί τη θεμελιώδη κατάσταση κατιόντος στοιχείου μετάπτωσης. Ζ) Η τάση που έχουν τα στοιχεία να αποβάλλουν ηλεκτρόνια χαρακτηρίζεται ως ηλεκτροθετικότητα. Η) Ο κύριος κβαντικός αριθμός σχετίζεται με την έλξη πυρήνα - ηλεκτρονίου ενώ ο δευτερεύων κβαντικός αριθμός σχετίζεται με τις ηλεκτρονιακές απώσεις. Θ) Ο αριθμός των ενδιάμεσων ηλεκτρονίων επηρεάζει σημαντικά την έλξη πυρήνα - τελευταίου ηλεκτρονίου καθώς απωθούν το τελευταίο ηλεκτρόνιο, με αποτέλεσμα η ενέργεια ιοντισμού να μειώνεται. Ι) Το φορτίο του πυρήνα σε συνδυασμό με τα ενδιάμεσα ηλεκτρόνια καθορίζουν την τιμή του δραστικού πυρηνικού φορτίου. Κ) Ο μέγιστος δυνατός ατομικός αριθμός στοιχείου με 1 μονήρες (ασύζευκτο) ηλεκτρόνιο στη στιβάδα Μ είναι 21 Ε3.37. α) Να διατυπώσετε: i. Την μηχανική και την οπτική συνθήκη για το ατομικό πρότυπο του Bohr. ii. Την αρχή της απροσδιοριστίας (ή αβεβαιότητας) του Heisenberg. iii. Τις τρεις αρχές (κανόνες) της ηλεκτρονιακής δόμησης. iv. Τον ορισμό της στιβάδας και της υποστιβάδας. v. Το νόμο της περιοδικότητας του Moseley. vi.. Τον ορισμό της ατομικής ακτίνας. vii. Τον ορισμό της ενέργειας ιοντισμού. viii. Τον κανόνα της οκτάδας του Lewis. β) Nα εξηγήσετε: i. Τι εκφράζει την κβαντομηχανική το ψ2 και το –eψ2. ii. Πότε μία κατάσταση σε ένα άτομο είναι διεγερμένη και πότε αδύνατη. iii. Τι είναι τομέας του Π.Π. iv. Τι εκφράζει το δραστικό πυρηνικό φορτίο. γ) Να περιγράψετε: i. Τα βασικά κοινά χαρακτηριστικά των στοιχείων μετάπτωσης. ii. Ποιοι είναι οι παράμετροι που καθορίζουν την ενέργεια ιοντισμού ενός ατόμου. iii. Τι είναι τα ημιμέταλλα ή μεταλλοειδή και που βρίσκονται στον Π.Π.

274

Ε3.38. Να γραφούν οι ορισμοί των όρων που ακολουθούν: α) στιβάδα ή φλοιός, β) υποστιβάδα, γ) τομέας του περιοδικού πίνακα και δ) ατομική ακτίνα. ΘΕΜΑ Β Ε3.39. Ποιές από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστές; Να αιτιολογήσετε τις απαντήσεις σας. Α) Οι ενέργειες ιοντισμού ατόμων με διαδοχικούς ατομικούς αριθμούς είναι όλο και μεγαλύτερες. Β) Ένα άτομο στη θεμελιώδη του κατάσταση με μέγιστο κύριο κβαντικό αριθμό n = 3 δεν μπορεί να διαθέτει πάνω από 18 ηλεκτρόνια. Γ) Στο ιόν 3Li2+ ηλεκτρόνιο σε τροχιακό με n = 2 και ℓ = 0 έχει μικρότερη ενέργεια από ότι σε τροχιακό με n = 2 και ℓ = 1. Δ) Στο άτομο του Η οι ενέργειες των υποστιβάδων 3s, 3p και 3d ακολουθούν τη σειρά: Ε3s < E3p < E3d. Ε) Το στοιχείο το άτομο του οποίου στη θεμελιώδη του κατάσταση διαθέτει 8 p ηλεκτρόνια ανήκει στην 3η περίοδο και στην 14η (IVA) ομάδα του Π.Π. ΣΤ) Το στοιχείο Α ανήκει στην ομάδα των αλκαλικών γαιών και σχηματίζει οξείδιο με μοριακό τύπο Α2Ο, που είναι στερεό με υψηλό σημείο τήξης. Ζ) Το στοιχείο το άτομο του οποίου στη θεμελιώδη κατάσταση διαθέτει 6 μονήρη ηλεκτρόνια ανήκει οπωσδήποτε στον f τομέα του Π.Π. Ε3.40. α) Ποιος ο μέγιστος αριθμός ηλεκτρονίων σε ένα άτομο που μπορούν να έχουν: i. n = 4, ℓ = 3, ii. n = 3, ℓ = 1, iii. n = 3, ℓ = 2, mℓ = 2, iv. n = 2, ℓ = 0, v. n = 2, ms = +1/2. β) Θεωρήστε τα άτομα 17Cl και 18Ar στη θεμελιώδη τους κατάσταση. i. Πόσα ηλεκτρόνια του 17Cl χαρακτηρίζονται από ℓ = 1; ii. Πόσα ηλεκτρόνια του 18Ar χαρακτηρίζονται από mℓ = 1 και επίσης από ms = +1/2; Να αιτιολογήσετε τις απαντήσεις σας. Ε3.41. Το άτομο ενός στοιχείου Χ της 3ης περιόδου, στη θεμελιώδη του κατάσταση, έχει άθροισμα κβαντικών αριθμών spin ίσο με 1. α) Να βρείτε τους δυνατούς ατομικούς αριθμούς του Χ. β) Με βάση τη μεγαλύτερη τιμή ατομικού αριθμού, να προσδιορίσετε: i. πόσα μονήρη ηλεκτρόνια έχει το Χ στην εξωτερική του στιβάδα, ii. πόσα ηλεκτρόνια του Χ έχουν ℓ = 1 και iii. την ηλεκτρονιακή δομή του ευγενούς αερίου που είναι ισοηλεκτρονιακό με το σταθερότερο ιόν που σχηματίζει το Χ. Ε3.42. Δίνονται τα άτομα των στοιχείων 6C, 8O και 16S. α) i. Να ταξινομήσετε τα ηλεκτρόνια των στοιχείων αυτών σε υποστιβάδες και πιο αναλυτικά σε τροχιακά και ii. να σημειώσετε ποιο στοιχείο έχει τη μεγαλύτερη τιμή της ενέργειας (πρώτου) ιοντισμού. β) Τα στοιχεία αυτά σχηματίζουν τα οξείδια SO3 και CO2. Ποιος είναι ο χαρακτήρας των ενώσεων αυτών, ιοντικός ή ομοιοπολικός;

ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 6ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

Ε3.43. Για τα στοιχεία Α, Β, Γ, Δ και Ε είναι γνωστά τα εξής: Α: Το άτομό του στη θεμελιώδη του κατάσταση έχει δομή εξωτερικής στιβάδας: 3s2 3p1. Β: Είναι το τρίτο κατά σειρά στοιχείο μετάπτωσης της 4ης περιόδου του Π.Π. Γ: Είναι το δεύτερο αλογόνο του Π.Π. Δ: Ανήκει στη 3η περίοδο του Π.Π. και το άτομό του στη θεμελιώδη του κατάσταση διαθέτει 4 ζεύγη ηλεκτρονίων σε p τροχιακά. Ε: Είναι το τρίτο αλκαλιμέταλλο. α) Να προσδιορίσετε τους ατομικούς αριθμούς των στοιχείων Α, Β, Γ, Δ και Ε. β) Να προβλέψετε ποιο από τα στοιχεία αυτά εμφανίζει τη μικρότερη τιμή της ενέργειας πρώτου ιοντισμού (Εi1). Να αιτιολογήσετε σύντομα τις απαντήσεις σας. Ε3.44. Τα ηλεκτρόνια του ατόμου ενός στοιχείου Σ στη θεμελιώδη του κατάσταση καταλαμβάνουν τέσσερα μόνο ατομικά τροχιακά. α) Να προσδιορίσετε τον ατομικό αριθμό του στοιχείου Σ. β) Να γράψετε την ηλεκτρονιακή δομή στη θεμελιώδη κατάσταση του ατόμου: i. Του αλογόνου που ανήκει στην ίδια περίοδο με το στοιχείο Σ. ii. Του στοιχείου Χ, που είναι στην ίδια ομάδα με το Σ και στην ακριβώς επόμενη περίοδο. Ε3.45. Πόσα από τα πρώτα 54 στοιχεία του περιοδικού πίνακα, τα άτομά τους διαθέτουν στη θεμελιώδη τους κατάσταση: α) Ένα ή περισσότερα 2s ηλεκτρόνια. β) Ένα ή περισσότερα 2p ηλεκτρόνια. γ) Ένα ή περισσότερα 3d ηλεκτρόνια. δ) Ένα ή περισσότερα 5p ηλεκτρόνια. Ε3.46. Δίνεται η θέση στον Π.Π. ορισμένων στοιχείων: Ν: 15η ομάδα, 2η περίοδος, Ο: 16η ομάδα, 2η περίοδος, F: 17η ομάδα, 2η περίοδος, Mg: 2η ομάδα, 3η περίοδος, K: 1η ομάδα, 4η περίοδος, V: 5η ομάδα, 4η περίοδος. α) Ποιο-α από τα στοιχεία αυτά έχει-ουν το μεγαλύτερο άθροισμα κβαντικών αριθμών spin; β) Ποιο από τα στοιχεία αυτά σχηματίζει πολλά έγχρωμα σύμπλοκα ιόντα; γ) Ποιο από τα στοιχεία αυτά έχει τη μεγαλύτερη ατομική ακτίνα και ποιο τη μεγαλύτερη ενέργεια (πρώτου) ιοντισμού; Ε3.47. Το άτομο του Mn και το ιόν Co2+ διαθέτουν και τα δύο από 25 ηλεκτρόνια. α) i. Να γράψετε την ηλεκτρονιακή δομή των δύο αυτών σωματιδίων στη θεμελιώδη τους κατάσταση. ii. Ποιο από τα δύο αυτά σωματίδια διαθέτει το μεγαλύτερο αριθμό ασύζευκτων ηλεκτρονίων; Ποιο προβλέπετε να έχει το μεγαλύτερο μέγεθος; iii. Σε ποια περίοδο, ομάδα και τομέα ανήκουν τα στοιχεία Mn και Co;

β) Να γράψετε την ηλεκτρονιακή δομή του ιόντος Μn2+, καθώς και του ατόμου του Co στη θεμελιώδη τους κατάσταση. γ) Ο Fe είναι ανάμεσα στο Μn και στο Co στον Π.Π. (στην ίδια περίοδο) και σχηματίζει τα ιόντα Fe2+ και Fe3+. Ποια η ηλεκτρονιακή δομή των ιόντων αυτών στη θεμελιώδη τους κατάσταση; Ε3.48. α) Να προσδιοριστούν οι ατομικοί αριθμοί των ατόμων των στοιχείων της 4ης περιόδου του Π.Π. τα άτομα των οποίων στη θεμελιώδη τους κατάσταση δεν διαθέτουν μονήρη (ασύζευκτα) ηλεκτρόνια. β) Ποιος ο ατομικός αριθμός ενός στοιχείου Χ του οποίου το ιόν Χ2+ διαθέτει ένα μόνο ζεύγος ηλεκτρονίων σε τροχιακό τύπου d (στη θεμελιώδη του κατάσταση); Ε3.49. Tα στοιχεία Χ και Υ είναι διαδοχικά στοιχεία (με ατομικούς αριθμούς Ζ και Ζ+1, αντίστοιχα) και ανήκουν σε κύριες ομάδες του περιοδικού πίνακα. Οι ενέργειες των τριών πρώτων ιοντισμών για τα άτομα των στοιχείων αυτών δίνονται στον πίνακα που ακολουθεί: X Y

Εi1 496 738

Εi2 4562 1451

Εi3 6910 7733

α) Να εξηγήσετε γιατί και για τα δύο στοιχεία ισχύει: Εi1 < Εi2 < Εi3. β) Να προβλέψετε τις ομάδες του Π.Π. στις οποίες ανήκουν τα στοιχεία. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. γ) Να συγκρίνετε τις ατομικές ακτίνες των δύο στοιχείων καθώς και τις ακτίνες των ιόντων Χ+ και Υ2+. Ε3.50. Το άτομο ενός στοιχείου Χ βρίσκεται σε διεγερμένη κατάσταση και παρουσιάζει δομή: 1s2 2s2 2p2 3s1. α) Να γράψετε την αντίστοιχη ηλεκτρονιακή δομή στη θεμελιώδη του κατάσταση. β) Να σημειώσετε τους 4 κβαντικούς αριθμούς για όλα τα μονήρη ηλεκτρόνια του ατόμου του στοιχείου Χ στη θεμελιώδη του κατάσταση. γ) Ποια η θέση του στοιχείου Χ στον περιοδικό πίνακα (τομέας, ομάδα, περίοδος); Ε3.51. Στο άτομο ενός στοιχείου Χ της 3ης περιόδου στη θεμελιώδη κατάσταση ο αριθμός των s ηλεκτρονίων του είναι ίσος με τον αριθμό των p ηλεκτρονίων του. α) i. Ποιος ο ατομικός αριθμός του Χ; ii. Σε ποια ομάδα του Π.Π. ανήκει; β) Ένα άλλο στοιχείο Υ διαθέτει τον ίδιο αριθμό s ηλεκτρονίων με το στοιχείο Χ και επίσης ότι διαθέτει το μεγαλύτερο άθροισμα κβαντικών αριθμών spin από όλα τα άλλα στοιχεία της περιόδου του. Σε ποια ομάδα του Π.Π. ανήκει το Υ; Ε3.52. Να θεωρήσετε τα διαδοχικά στοιχεία της 3ης περιόδου του Π.Π.: Νa, Mg, Al, Si, P, S, Cl και Ar. α) Ποιοι οι ατομικοί αριθμοί των στοιχείων αυτών και σε ποιους τομείς ανήκουν;

275

ΧΗΜΕΙΑ Γ΄ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

β) Ποιο από τα στοιχεία αυτά: i. έχει τον ίδιο αριθμό ηλεκτρονίων σε s και p ατομικά τροχιακά; ii. ανήκει στα αλογόνα; iii. διαθέτει το μεγαλύτερο αριθμό ασύζευκτων (μονήρων) ηλεκτρονίων; iv. προβλέπετε να έχει τη μεγαλύτερη τιμή της ενέργειας δεύτερου ιοντισμού; γ) Ποιοι οι ατομικοί αριθμοί των στοιχείων της 4ης περιόδου που βρίσκονται ακριβώς από κάτω στον Π.Π. από τα στοιχεία της 3ης περιόδου; Ε3.53. Στοιχείο Χ ανήκει στην 3η περίοδο του περιοδικού πίνακα και το άτομό του διαθέτει στη θεμελιώδη κατάσταση 5 ηλεκτρόνια σθένους. α) Σε ποια ομάδα ανήκει το στοιχείο Χ; β) Να γραφούν οι κβαντικοί αριθμοί όλων των τροχιακών της εξωτερικής στοιβάδας του ατόμου του στοιχείου Χ στη θεμελιώδη του κατάσταση. γ) Πόσα ηλεκτρόνια του ατόμου του στοιχείου Χ στη θεμελιώδη κατάσταση διαθέτουν n = 3, και ml = −1; δ) Να γραφεί η ηλεκτρονιακή δομή του στοιχείου (Υ) που ανήκει στην ίδια περίοδο με το Χ και διαθέτει τη μεγαλύτερη ατομική ακτίνα από όλα τα στοιχεία της περιόδου. Ε3.54. Τα στοιχεία Α, Β και Γ (κατά σειρά αυξανόμενου ατομικού αριθμού) ανήκουν στην 3η περίοδο του περιοδικού πίνακα και τα άτομά τους, στη θεμελιώδη κατάσταση, περιέχουν ένα μόνο μονήρες ηλεκτρόνιο. α) Να προσδιορίσετε τους ατομικούς αριθμούς των στοιχείων Α, Β και Γ. β) Να γράψετε την ηλεκτρονιακή δομή του ατόμου ενός στοιχείου που ανήκει στην ίδια ομάδα με το στοιχείο Γ και έχει μεγαλύτερη ενέργεια ιοντισμού από αυτό (στη θεμελιώδη κατάσταση). γ) Ποια είναι τα πιο σταθερά ιόντα που σχηματίζουν τα στοιχεία Α, Β και Γ; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Ε3.55. Θεωρείστε την 4η περίοδο του περιοδικού πίνακα. α) Πόσα στοιχεία έχει η 4η περίοδος του περιοδικού πίνακα και ποιοι οι ατομικοί τους αριθμοί; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. β) Το βανάδιο (V) είναι στοιχείο της 4ης περιόδου με Ζ = 23. Σε ποιο τομέα και σε ποια ομάδα ανήκει το στοιχείο; Να εξηγήσετε αν είναι παραμαγνητικό ή όχι. γ) Ποιος ο ατομικός αριθμός του στοιχείου που βρίσκεται ακριβώς κάτω από το V στον περιοδικό πίνακα; Ε3.56. Δίνονται τα στοιχεία: Α (3η περίοδος, 14η ομάδα), Β (3η περίοδος, 16η ομάδα), Γ (3η περίοδος, 2η ομάδα), Δ (4η περίοδος, 2η ομάδα), Ε (5η περίοδος, 1η ομάδα) και Ζ (2η περίοδος, 18η ομάδα). α) Να γραφεί η ηλεκτρονιακή τους δομή και να προσδιοριστούν οι ατομικοί τους αριθμοί. β) Να ταξινομηθούν τα στοιχεία κατ’ αυξανόμενη τιμή της Εi1. Ε3.57. Να θεωρήσετε την 4η περίοδο του Π.Π. α) Ποιοι οι ατομικοί αριθμοί του πρώτου και του τελευταίου στοιχείου της περιόδου αυτής;

276

β) Ποιες υποστιβάδες συμπληρώνονται κατά μήκος της περιόδου; γ) Ποιος ο ατομικός αριθμός στοιχείου της περιόδου που έχει: i. τη μεγαλύτερη ηλεκτραρνητικότητα, ii. τη μικρότερη ατομική ακτίνα, iii. τη μεγαλύτερη ενέργεια ιοντισμού. δ) Ποιοι οι ατομικοί αριθμοί των στοιχείων της περιόδου που δε διαθέτουν μονήρη (ασύζευκτα) ηλεκτρόνια στην ηλεκτρονιακή τους δομή στη θεμελιώδη τους κατάσταση; ε) Ποιος ο ατομικός αριθμός του στοιχείου της περιόδου με 5 ηλεκτρόνια σθένους; Ε3.58. Στοιχείο Χ ανήκει στην 3η περίοδο και στην 16η (VΙA) ομάδα του Π.Π. α) Nα ταξινομήσετε τα ηλεκτρόνια του ατόμου του Χ σε υποστιβάδες, στη θεμελιώδη κατάσταση και να προσδιορίσετε τον ατομικό του αριθμό Ζ. β) Να προσδιορίσετε τον ατομικό αριθμό ενός άλλου στοιχείου Υ που ανήκει στην ίδια ομάδα με το Χ και διαθέτει μεγαλύτερη ενέργεια ιοντισμού από αυτό. γ) Να συγκρίνετε την ατομική ακτίνα του Χ με την ατομική ακτίνα των στοιχείων 8Ο και 9F, καθώς και με την ακτίνα του ιόντος X2−. Ε3.59. Στο διάγραμμα που ακολουθεί εμφανίζονται 4 στοιχεία του p τομέα που ανήκουν στις περιόδους από 2-5 και στις ομάδες IVA - VIIA (14 - 17).

F S As Sn α) Ποιο από τα στοιχεία αυτά έχει το μεγαλύτερο αριθμό μονήρων (ασύζευκτων) ηλεκτρονίων; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. β) Ποια από τα στοιχεία αυτά έχει τη μεγαλύτερη ατομική ακτίνα και ποιο τη μεγαλύτερη τιμή της Ei1; Ποιο είναι μέταλλο; Ε3.60. Oι ενέργειες 1ου ιοντισμού 4 στοιχείων Α, Β, Γ και Δ με διαδοχικούς ατομικούς αριθμούς Ζ, Ζ+1, Ζ+2, Ζ+3 είναι: 999,5, 1251, 1520 και 419 kJ·mol−1, αντίστοιχα. α) Σε ποιες ομάδες του Π.Π. μπορεί να ανήκουν τα στοιχεία αυτά; Ποιο από τα στοιχεία αυτά είναι μέταλλο; β) Το στοιχείο Β είναι το 2ο της ομάδας του. Ποια είναι η κατανομή των ηλεκτρονίων του σε υποστιβάδες; Ε3.61. Τα στοιχεία Α, Β, Γ και Δ είναι διαδοχικά στοιχεία του p τομέα της 2ης περιόδου του Π.Π., εκ των οποίων τα στοιχεία Α και Γ διαθέτουν τον ίδιο αριθμό μονήρων (ασύζευκτων) ηλεκτρονίων στη θεμελιώδη κατάσταση. α) Να γράψετε την ηλεκτρονιακή τους δομή. β) Να συγκρίνετε τα στοιχεία ως προς την ατομική τους ακτίνα. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας.

ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 6ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

Ε3.62. Τα στοιχεία Α, Β, Γ και Δ έχουν Ζ = 7, 8, 9, 12, αντίστοιχα. α) Να γράψετε την ηλεκτρονιακή δομή των ατόμων τους στη θεμελιώδη κατάσταση. Ποιο από τα στοιχεία έχει τη μικρότερη τιμή της Εi1 και ποιο το μεγαλύτερο άθροισμα κβαντικών αριθμών spin; Να αιτιολογήσετε τις απαντήσεις σας. β) Να συγκρίνετε τις ακτίνες: του Α με το Γ και του Β2 με το Δ2+.

Ε3.67. To διάγραμμα που ακολουθεί παριστάνει τον περιοδικό πίνακα με μερικά από τα στοιχεία του.

1 2

Li

3

Na

4

He

Η Be

B

Sc

C

N

O

F

Ne

Ζn

5

Cd

6

Ε3.63. Το στοιχείο Χ ανήκει στην 3η περίοδο και διαθέτει τη μικρότερη τιμή της Ei1 από όλα τα στοιχεία της περιόδου του. Το στοιχείο Υ διαθέτει στη θεμελιώδη του κατάσταση δέκα ηλεκτρόνια σε υποστιβάδες τύπου p. α) Σε ποια ομάδα ανήκει το Χ; β) Σε ποια περίοδο, ομάδα και τομέα ανήκει το Υ; Ε3.64. Για τα στοιχεία Α, Β, Γ, Δ και Ε είναι γνωστά τα εξής: Α: 1s2 2s2 2p4. Β: Ανήκει στην 2η περίοδο και στην 13η (ΙΙΙΑ) ομάδα του Π.Π. Γ: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1. Δ: Είναι η αλκαλική γαία της 4ης περιόδου. Ε: Το 1ο στοιχείο της ομάδας των αλογόνων. Να ταξινομήσετε τα παραπάνω στοιχεία κατά σειρά αυξανόμενης τιμής Ei1. Ε3.65. Θεωρήστε τα στοιχεία: 11Νa, 12Μg, 13Al και 14Si. α) i. Ποιο από τα στοιχεία έχει τα περισσότερα μονήρη ηλεκτρόνια στη θεμελιώδη κατάσταση του ατόμου του; ii. Ποιο από τα στοιχεία αυτά διαθέτει τη μεγαλύτερη ατομική ακτίνα; β) i. Ποιο ή ποια από τα στοιχεία αυτά ανήκει-ουν στο p τομέα του Π.Π.; ii. Ποιο από τα στοιχεία αυτά είναι στην ίδια ομάδα με το 5Β; γ) Ποιο από τα στοιχεία αυτά προβλέπετε να διαθέτει: i. τη μικρότερη τιμή της Εi1; ii. τη μεγαλύτερη τιμή της Εi2; iii. τη μεγαλύτερη ενέργεια τρίτου ιοντισμού; δ) Ποιο από τα στοιχεία αυτά (Χ) σχηματίζει με το 8Ο ιοντικό οξείδιο του τύπου Χ2Ο3 που λειτουργεί ως επαμφοτερίζον; Ε3.66. Το στοιχείο Χ ανήκει στην 16η ομάδα του Π.Π. και γειτνιάζει (οριζόντια, κάθετα ή διαγώνια) μόνο με τα στοιχεία Α, Β, Γ, Δ και Ε, όπως φαίνεται στο σχήμα που ακολουθεί: Α

Χ

Γ

Β

Δ

Ε

α) Σε ποιες περιόδους ανήκουν τα στοιχεία Α, Β, Γ, Δ, Ε και Χ; Να γράψετε τις ηλεκτρονιακές δομές των ατόμων τους στη θεμελιώδη κατάσταση. β) Ποιο από τα στοιχεία, i. έχει τη μεγαλύτερη τιμή της Εi1; ii. έχει τη μεγαλύτερη ατομική ακτίνα; iii. έχει το μεγαλύτερο άθροισμα κβαντικών αριθμών spin;

7 Ce

α) Ποια από τα στοιχεία που εμφανίζονται στον πίνακα είναι αλκάλια; β) Ποιοι οι ατομικοί αριθμοί των στοιχείων Sc και Ζn; Ποιες οι ηλεκτρονιακές δομές των ιόντων Sc3+ και Ζn2+; γ) i. Ποια από τα παραπάνω στοιχεία διαθέτουν 3d ηλεκτρόνια; ii. Ποιο διαθέτει τα περισσότερα μονήρη (ασύζευκτα) ηλεκτρόνια; δ) Τρία από τα στοιχεία έχουν ατομικούς αριθμούς Ζ, Ζ+1 και Ζ+2 (με Ζ ≠ 1) και ατομικές ακτίνες 50, 38 και 180 pm, αντίστοιχα. Ποια είναι τα στοιχεία αυτά; ε) i. Ένα από τα στοιχεία έχει Εi1 = 2,37 ΜJ·mol−1, που είναι η μεγαλύτερη τιμή Εi1 από όλα τα στοιχεία του Π.Π. Ποιο είναι το στοιχείο αυτό; ii. Ένα άλλο από τα παραπάνω στοιχεία έχει Εi2 = 7,3 ΜJ·mol−1, που είναι και η μεγαλύτερη τιμή ενέργειας δεύτερου ιοντισμού από όλα τα στοιχεία του Π.Π. Ποιο είναι το στοιχείο αυτό; iii. Ένα από τα στοιχεία (Χ) παρουσιάζει τις εξής τιμές για τις πέντε πρώτες ενέργειες ιοντισμού του: Εi1 = 1,09, Εi2 = 2,35, Εi3 = 4,62, Εi4 = 6,22 και Εi5 = 37,82 (σε ΜJ·mol−1). Ποιο μπορεί να είναι το στοιχείο αυτό; Στο ιόν Χ5+ να ταξινομήσετε τις υποστιβάδες 3s, 3d, 4s, 4d και 5p κατά σειρά αυξανόμενης ενέργειας. Να αιτιολογήσετε σύντομα τις απαντήσεις σας. Ε3.68. Το άτομο ενός στοιχείου Χ βρίσκεται σε διεγερμένη κατάσταση. i. Ποια μπορεί να είναι η ηλεκτρονιακή του δομή; Α) [He] 2s2 2p5 Β) [Ne] 3s2 3p1 1 1 Γ) [Ar] 4s 4p Δ) [Αr] 3d7 4s2 ii. Με βάση την ηλεκτρονιακή δομή που επιλέξατε, ποιος ο ατομικός αριθμός του στοιχείου; Α) 9 Β) 20 Γ) 27 Δ) 31 iii. Με δεδομένες τις σωστές απαντήσεις των προηγουμένων ερωτήσεων συμπεραίνουμε ότι: Α) το άτομο του στοιχείου Χ στη θεμελιώδη του κατάσταση διαθέτει 12 ηλεκτρόνια με mℓ = 0 Β) το άτομο του στοιχείου Χ στη θεμελιώδη του κατάσταση έχει άθροισμα κβαντικών αριθμών spin ίσο με 1 Γ) το στοιχείο Χ διαθέτει πολλούς αριθμούς οξείδωσης και σχηματίζει σύμπλοκα ιόντα Δ) το στοιχείο Χ ανήκει στον p τομέα του Π.Π. και το πιο σταθερό ιόν του έχει φορτίο −1

277

ΧΗΜΕΙΑ Γ΄ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

iv. Το στοιχείο αυτό (Χ): Α) διαθέτει τη μεγαλύτερη ατομική ακτίνα από όλα τα προηγούμενά του στοιχεία Β) είναι μέταλλο και στις ιοντικές ενώσεις που σχηματίζει εμφανίζει αριθμό οξείδωσης +2 Γ) είναι το μοναδικό αμέταλλο στοιχείο της ομάδας του Δ) είναι το μοναδικό μεταλλοειδές στοιχείο της περιόδου του Ε3.69. Τα στοιχεία Τt, Χ, Υ και L ανήκουν στην 2η περίοδο του Π.Π. Tα Χ, Υ και L εμφανίζονται ως διατομικά αέρια (Χ2, Υ2, L2), έχουν ατομικούς αριθμούς Ζ, Ζ+1 και Ζ+2, αντίστοιχα, και σχηματίζουν με το υδρογόνο τις αέριες ενώσεις ΧΗ3, Η2Υ και ΗL. To Tt ανήκει στα μέταλλα, αλλά σχηματίζει επαμφοτερίζον οξείδιο με τύπο ΤtO, καθώς και ένωση με το 9F του τύπου ΤtF2 που στην αέρια κατάσταση αποτελείται από γραμμικά (ομοιοπολικά) μόρια. α) i. Ποιοι οι ατομικοί αριθμοί των Tt, Χ, Υ και L; Ποιο από τα στοιχεία αυτά διαθέτει στη θεμελιώδη του κατάσταση αποκλειστικά ηλεκτρόνια με ℓ = 0; ii. Ποιο από τα παραπάνω στοιχεία ανήκει στην ίδια ομάδα με το 34Se;

278

iii. Το στοιχείο Sq της 4ης περιόδου του Π.Π. σχηματίζει τα έγχρωμα σύμπλοκα ιόντα Sq(Η2Ο)62+ και Sq(Η2Ο)63+, ενώ το ιόν του Sq2+ έχει τον ίδιο αριθμό μονήρων (ασύζευκτων) ηλεκτρονίων με το άτομο του στοιχείου Χ (στη θεμελιώδη τους κατάσταση). Ποιος ο ατομικός αριθμός του Sq; β) Ένα άλλο στοιχείο Rd βρίσκεται στην ίδια ομάδα του Π.Π. με το Τt, αλλά στην ακριβώς από κάτω περίοδο. i. Ποιος ο ατομικός αριθμός του Rd; ii. Nα χαρακτηρίσετε το Rd ως μέταλλο, αμέταλλο ή μεταλλοειδές. γ) i. Να συγκρίνετε τις ατομικές ακτίνες των Τt, Χ, Υ, L και Rd. ii. Nα γράψετε τις ηλεκτρονιακές δομές των πιο σταθερών ιόντων που σχηματίζουν τα Χ, Υ, L και Rd και να συγκρίνετε τις ακτίνες των ιόντων αυτών. δ) Να τοποθετήσετε όλα τα παραπάνω στοιχεία σε ένα αυτοσχέδιο διάγραμμα που να αναπαριστάνει τις 4 πρώτες περιόδους του Π.Π. Σημείωση: Οι συμβολισμοί των στοιχείων Τt, Χ, Υ, L Sq και Rd είναι αυθαίρετοι.

Ε4 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ: ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 (ΟΡΓΑΝΙΚΗ)

ΕΠΙΣΗΜΑΝΣΕΙΣ ΘΕΩΡΙΑΣ Για την κβαντομηχανική περιγραφή του ομοιοπολικού δεσμού, έχουν διατυπωθεί η θεωρία δεσμού σθένους και η θεωρία των μοριακών τροχιακών. Οι π δεσμοί προκύπτουν με πλευρικές επικαλύψεις p-p ατομικών τροχιακών (των οποίων οι άξονες είναι παράλληλοι) και είναι ασθενέστεροι των σ δεσμών. Υβριδισμός είναι ο γραμμικός συνδυασμός (πρόσθεση ή αφαίρεση) ατομικών τροχιακών προς δημιουργία νέων ισότιμων ατομικών τροχιακών (υβριδικών τροχιακών). Σύμφωνα με τον κανόνα του Markovnikov, «Όταν ένα μόριο ΑΒ προστίθεται στο διπλό δεσμό ενός μη συμμετρικού αλκενίου το κύριο προϊόν της αντίδρασης είναι αυτό που προκύπτει από την προσθήκη του θετικού τμήματος (το οποίο είναι συνήθως Ηδ+) στον άνθρακα με τα περισσότερα υδρογόνα.» Το καρβονύλιο >C=O είναι πολωμένος δεσμός λόγω της διαφοράς ηλεκτραρνητικότητας του C με το Ο. Η σειρά δραστικότητας των καρβονυλικών ενώσεων, στις αντιδράσεις προσθήκης, είναι: HCHO > RCHO > RCOR΄ > C6H5CHO > C6H5COR > C6H5COC6H5. Σύμφωνα με τον κανόνα του Saytseff, «Κατά την απόσπαση μορίου ΗΑ από οργανική ένωση, το Η αποσπάται ευκολότερα από το τριτοταγές άτομο άνθρακα, λιγότερο εύκολα από το δευτεροταγές άτομο άνθρακα και δυσκολότερα από το πρωτοταγές άτομο άνθρακα.» Τα αλκυλαλογονίδια είναι πολύ δραστικές ενώσεις, λόγω της ισχυρής πόλωσης του δεσμού C−Χ. Η δραστικότητά τους ακολουθεί τη σειρά: RI > RBr > RCl > RF.

Ο πολυμερισμός που γίνεται με δύο ή περισσότερα είδη μονομερούς ονομάζεται συμπολυμερισμός. Το προϊόν του συμπολυμερισμού του 1,3-βουταδιενίου με στυρόλιο (C6H5CH=CH2) είναι είδος τεχνητού καουτσούκ που ονομάζεται Buna S. Αντίστοιχα, από το συμπολυμερισμό του 1,3-βουταδιενίου με CH2=CHCN (ακρυλονιτριλιο) προκύπτει προϊόν που επίσης είναι είδος τεχνητού καουτσούκ που ονομάζεται Buna N. Οξείδωση στην οργανική χημεία είναι η μείωση της ηλεκτρονιακής πυκνότητας του C η οποία προκαλείται με σχηματισμό δεσμών C−O, C−N, C−X ή με διάσπαση δεσμών C−H. Αναγωγή είναι η αύξηση της ηλεκτρονιακής πυκνότητας του C η οποία προκαλείται με σχηματισμό δεσμών C−H ή με διάσπαση δεσμών C−O, C−N, C−X. Το CO2 προκαλεί θόλωμα σε ασβεστόνερο (διάλυμα Ca(OH)2), λόγω σχηματισμού του αδιάλυτου CaCO3. Η ισχύς των οξέων ακολουθεί τη σειρά: RCOOH > C6H5OH > ROH > RCCH. Αντίστροφη είναι η σειρά ισχύος των συζυγών τους βάσεων. Διάκριση μιας ένωσης Α σε σχέση με μία ένωση Β είναι μια δοκιμασία (αντίδραση) που μας επιτρέπει να διακρίνουμε ποια από τις δύο είναι η ένωση που διερευνάμε. Ταυτοποίηση είναι η διαδικασία για τον καθορισμό μιας ένωσης, όταν δίνεται ο μοριακός τύπος και ορισμένες χαρακτηριστικές ιδιότητες της ένωσης.

279

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΤΩΝ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΩΝ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ 1. Προσθήκες σε αλκένια

2. Προσθήκες σε αλκίνια

280

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 7ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

3. Προσθήκη Η2, ΗCN σε καρβονυλικές ενώσεις

4. Αντιδραστήρια Grignard

5. Προσθήκη σε νιτρίλια

6. Αφυδραλογόνωση αλκυλαλογονιδίων

7. Διπλή αφυδραλογόνωση

281

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

8. Αφυδάτωση αλκοολών

9. Αντιδράσεις υποκατάστασης σε αλκυλαλογονίδια

10. Αντίδραση υποκατάστασης σε αλκοόλες

11. Αντιδράσεις υποκατάστασης σε οξέα-εστέρες

282

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 7ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

12. Αντιδράσεις υποκατάστασης σε αλκάνια

13. Πολυμερισμός

14. Αντιδράσεις οξείδωσης

283

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

15. Όξινος χαρακτήρας

16. Βασικός χαρακτήρας

17. Αλογονοφορμική αντίδραση

284

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 7ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

18. Γενικές μορφές οργανικών αντιδράσεων

285

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

ΕΙΔΙΚΕΣ ΠΕΡΙΠΤΩΣΕΙΣ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΩΝ

α) Μόνο το αιθυλένιο (CH2=CH2) δίνει με επίδραση Η2Ο/Η+ πρωτοταγή αλκοόλη (CH3CH2OH) ως μοναδικό προϊόν προσθήκης:

Tα άλλα αλκένια δίνουν ως κύριο (ή μοναδικό) προϊόν δευτεροταγή ή τριτοταγή αλκοόλη. Π.χ.:

β) Τα συμμετρικά αλκένια δίνουν με επίδραση υδραλογόνου (ΗΧ) ή Η2Ο αποκλειστικά ένα προϊόν προσθήκης (μοναδικό προϊόν). Π.χ. το 2-βουτένιο με επίδραση ΗCl δίνει αποκλειστικά 2-χλωροβουτάνιο ως μοναδικό προϊόν προσθήκης:

γ) Μόνο το ακετυλένιο (CH≡CH) δίνει αλδεΰδη (CH3CHO) με επίδραση Η2Ο παρουσία καταλυτών (HgSO4/H2SO4) και μέσω σχηματισμού ενόλης. Όλα τα άλλα αλκίνια δίνουν κετόνες:

δ) Η CH3CH2OH είναι η μοναδική πρωτοταγής αλκοόλη που δίνει κίτρινο ίζημα με την επίδραση I2/NaOH. Επίσης, η CH3CHO είναι η μοναδική αλδεΰδη που δίνει κίτρινο ίζημα με I2/NaOH.

ε) Το ΗCΟΟΗ (και το άλας του, HCOONa) είναι το μοναδικό κορεσμένο μονοκαρβοξυλικό οξύ το οποίο αποχρωματίζει διάλυμα ΚΜnO4/H2SO4 σχηματίζοντας αέριο CO2.

To άλλο οξύ που επίσης οξειδώνεται σχηματίζοντας CO2 είναι το (COOH)2 αλλά είναι δικαρβοξυλικό οξύ:

286

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 7ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

στ) Η πιο απλή τριτοταγής αλκοόλη είναι η 2-μεθυλο-2-προπανόλη. Η αλκοόλη αυτή δεν αποχρωματίζει διάλυμα KMnO4/H2SO4, αντιδρά όμως με μεταλλικό Na ελευθερώνοντας Η2. ζ) Η πιο απλή δευτεροταγής αλκοόλη είναι η 2-προπανόλη. Η αλκοόλη αυτή δίνει την αλογονοφορμική αντίδραση, οξειδώνεται προς κετόνη (προπανόνη) και αντιδρά με μεταλλικό Na ελευθερώνοντας Η2. η) Η CH3OH είναι η μοναδική αλκοόλη που μπορεί να οξειδωθεί προς CO2 με την επίδραση KMnO4/H2SO4. H αλκοόλη αυτή είναι και η μοναδική αλκοόλη που δεν μπορεί να παρασκευαστεί από αντιδραστήρια Grignard. Επίσης, η HCHO είναι η μοναδική αλδεΰδη που μπορεί να οξειδωθεί προς CO2 με την επίδραση KMnO4/H2SO4. θ) Η πιο απλή κετόνη είναι η προπανόνη (ακετόνη). Η κετόνη αυτή δίνει κίτρινο ίζημα με την επίδραση Ι2/ΝaOH, αλλά δεν αντιδρά με το αντιδραστήριο Fehling ούτε με το αντιδραστήριο Τοllens. ι) Η αντίδραση της εστεροποίησης έχει όλα τα χαρακτηριστικά μιας αμφίδρομης αντίδρασης (οδηγεί σε κατάσταση χημικής ισορροπίας στην οποία συνήθως Kc = 4):

Kc 

[CH3COOCH2CH3 ]  [H2O] 4 [CH3COOH]  [CH3CH2OH]

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ

1. Να αιτιολογήσετε τις επόμενες προτάσεις: α) Τα αντιδραστήρια Grignard παρασκευάζονται σε απόλυτο αιθέρα. β) Κατά την προσθήκη HCN σε καρβονυλική ένωση και στη συνέχεια υδρόλυση του προϊόντος, προκύπτει α-υδροξυοξύ. γ) Το κύριο προϊόν της αντίδρασης του 2-χλωροβουτανίου με αλκοολικό διάλυμα ΝaΟΗ είναι το 2-βουτένιο. δ) Η επίδραση NaOH σε αλκυλαλογονίδιο μπορεί να οδηγήσει σε δύο διαφορετικά προϊόντα που ανήκουν σε διαφορετικές ομόλογες σειρές. ε) Κατά την προσθήκη H2Ο σε αιθίνιο, παρουσία H2SO4/HgSΟ4, προκύπτει ως προϊόν η αιθανάλη. στ) O δεσμός σ μεταξύ δύο ατόμων C είναι πιο ισχυρός από τον δεσμό π. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] ΑΠΑΝΤΗΣΗ

α) Τα αντιδραστήρια Grignard παρασκευάζονται σε απόλυτο αιθέρα, καθόσον αντιδρούν με το νερό, λειτουργώντας ως ισχυρές βάσεις:

β) Πράγματι, οι καρβονυλικές ενώσεις αντιδρούν με το HCN παράγοντας ως προϊόν προσθήκης τις κυανυδρίνες. Οι κυανυδρίνες υδρολύονται σε όξινο ή βασικό περιβάλλον σχηματίζοντας α-υδροξυοξέα (ή 2-υδροξυοξέα):

287

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

γ) Κατά την αντίδραση ενός αλκυλαλογονιδίου με αλκοολικό διάλυμα NaOH ευνοείται η απόσπαση HΧ (αφυδραλογόνωση) και η δημιουργία αλκενίου και μάλιστα το κύριο προϊόν της αντίδρασης είναι σύμφωνο με τον κανόνα του Saytzeff. Έτσι, κατά την αφυδραλογόνωση του 2-χλωροβουτανίου σχηματίζεται ως κύριο προϊόν το 2-βουτένιο:

δ) Γενικά, κατά την αντίδραση αλκυλαλογονιδίου με υδατικό διάλυμα NaOH ευνοείται η αντίδραση υποκατάστασης και ο σχηματισμός αλκοόλης, ενώ κατά την αντίδραση αλκυλαλογονιδίου με αλκοολικό διάλυμα NaOH ευνοείται η απόσπαση υδραλογόνου (αφυδραλογόνωση) και η δημιουργία αλκενίου. ε) Κατά την προσθήκη H2Ο, παρουσία H2SO4/HgSΟ4, σε αλκίνιο προκύπτει αρχικά μία ενόλη που ταχύτητα μετατρέπεται σε καρβονυλική ένωση. Ειδικά με το αιθίνιο η προσθήκη νερού οδηγεί τελικά σε αλδεΰδη ως τελικό προϊόν (σε όλα τα άλλα αλκίνια λαμβάνεται κετόνη):

στ) Σύμφωνα με τη θεωρία δεσμού σθένους, ο σ δεσμός σχηματίζεται με αξονική επικάλυψη ατομικών τροχιακών ενώ ο π δεσμός με πλευρική επικάλυψη p τροχιακών. Στο σ δεσμό μεταξύ ατόμων C επικαλύπτονται αξονικά υβριδικά τροχιακά του ενός ατόμου C με υβριδικά ατομικά τροχιακά του άλλου ατόμου C. Καθώς η αξονική επικάλυψη είναι μεγαλύτερη από την πλευρική ο σ δεσμός είναι ισχυρότερος από τον π δεσμό.

2. Για τέσσερις οργανικές ενώσεις Α, Β, Γ και Δ διαπιστώθηκε ότι είναι δυνατές οι ακόλουθες μετατροπές: A → Β → Γ → Δ και Δ → Γ → Β → Α. α) Να κάνετε μια αντιστοίχηση των παραπάνω ενώσεων Α, Β, Γ και Δ με τους τύπους: CH2=CH2, CH3CH2OH, CH3CHO και CH3CH2Cl. Ποια αντιδραστήρια απαιτούνται για κάθε μία από τις παραπάνω μετατροπές; β) Χρησιμοποιώντας τις παραπάνω οργανικές ενώσεις ως πρώτες ύλες, να γράψετε τις χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων με τις οποίες παρασκευάζεται η 2βουτανόλη. γ) Διαθέτουμε μεταλλικό Νa, διάλυμα Br2/CCl4 και το αντιδραστήριο Tollens. Να γράψετε τις εξισώσεις των αντιδράσεων με τις οποίες μπορούμε να διακρίνουμε τις ενώσεις Α, Β, Γ και Δ. Με ποιες οπτικές παρατηρήσεις διαπιστώνεται η πραγματοποίηση καθεμίας από τις αντιδράσεις αυτές; ΑΠΑΝΤΗΣΗ

288

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 7ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

α) Για τη μετατροπή A  Β  Γ  Δ:

Για τη μετατροπή Δ  Γ  Β  Α:

β)

γ) Μόνο η αιθανόλη ελευθερώνει αέριο Η2 με επίδραση Νa:

Από τις υπόλοιπες ενώσεις μόνο η αιθανάλη αντιδρά με το αντιδραστήριο Tollens σχηματίζοντας κάτοπτρο Ag:

Από τις δύο ενώσεις που απομένουν, το CH2=CH2 αποχρωματίζει διάλυμα Br2/CCl4:

Η ένωση που δε δίνει καμία από τις παραπάνω αντιδράσεις είναι το CH3CH2Cl. 3. Δίνονται οι οργανικές ενώσεις: 1-βουτένιο (I), 1,1-διβρωμοβουτάνιο (II), βουτανόνη (III), 2-βουτανόλη (IV) και 1-βουτίνιο (V). α) Nα προτείνετε μία διάταξη (σειρά) των ενώσεων αυτών, ώστε να είναι δυνατή η παρασκευή καθεμίας από την αμέσως προηγούμενή της με μία μόνο αντίδραση. Να γράψετε τις εξισώσεις όλων των αντιδράσεων της διάταξης. β) Ποια από τις παραπάνω ενώσεις θα χρησιμοποιούσατε σαν μοναδική οργανική πρώτη ύλη για να παρασκευάζατε: i. 3,4-διμεθυλο-3-εξανόλη, ii. 2-μεθυλο-2υδροξυβουτανικό οξύ; Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων που απαιτούνται για τις παρασκευές αυτές. ΑΠΑΝΤΗΣΗ

α) Ξεκινώντας από το 1,1-διβρωμοβουτάνιο (ένωση ΙΙ) καταλήγουμε στη 2-βουτανόνη (ένωση ΙΙΙ), με βάση την εξής σειρά αντιδράσεων:

289

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

β) i. Aπό τη 2-βουτανόλη, παρασκευάζουμε: 1) Το αντίστοιχο αντιδραστήριο Grignard, με επίδραση SOCl2 ακολουθούμενη από επίδραση Mg σε απόλυτο αιθέρα.

2) Τη βουτανόνη, με οξείδωση, π.χ. με ΚΜnO4/H2SO4. Η αντίδραση μεταξύ των δύο παραπάνω ενώσεων δίνει, την 3,4-διμεθυλο-3-εξανόλη, μετά από υδρόλυση. ii. H 2-βουτανόλη οδηγεί σε 2-μεθυλο-2-υδροξυβουτανικό οξύ διαδοχικά με οξείδωση (π.χ. με ΚΜnO4/H2SO4), με επίδραση ΗCN στη σχηματιζόμενη βουτανόνη και στη συνέχεια με υδρόλυση της σχηματιζόμενης κυανυδρίνης σε όξινο περιβάλλον (μετατροπή −CN σε −COOH).

4. Για τρεις ενώσεις Α, Β και Γ με τύπο C4H10O ξέρουμε τα εξής: i. Με την επίδραση μεταλλικού Na σε καθεμία από τις ενώσεις αυτές ελευθερώθηκε αέριο. ii. Με την επίδραση διαλύματος KMnO4/Η2SΟ4 και στις τρεις ενώσεις, μόνο η Α μετατρέπεται σε οξύ, ενώ η Β οδηγεί σε κετόνη. iii. H ένωση Α κατά τη θέρμανσή της με H2SO4 στους 170οC μετατράπηκε στην ένωση Δ, η οποία με προσθήκη νερού έδωσε ως κύριο προϊόν την ένωση Β. Να προσδιορίσετε τους συντακτικούς τύπους των Α, Β και Γ. ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Στο μοριακό τύπο C4H10O αντιστοιχούν τόσο αλκοόλες, όσο και αιθέρες. Εφ’ όσον και οι τρεις ενώσεις Α, Β και Γ αντιδρούν με Na πρόκειται για αλκοόλες. Οι δυνατοί συντακτικοί τύποι των αλκοολών είναι οι εξής:

Από τις αλκοόλες αυτές μόνο η 2-βουτανόλη οξειδώνεται σε κετόνη και άρα η Β είναι η 2-βουτανόλη. Η Α είναι πρωτοταγής αλκοόλη, καθώς με οξείδωση οδηγεί σε οξύ. Από τις δύο πρωτοταγείς αλκοόλες, η 1-βουτανόλη (ένωση Α) με αφυδάτωση οδηγεί στο 1-βουτένιο (ένωση Δ), που με προσθήκη νερού δίνει τη 2-βουτανόλη (ένωση Β) ως κύριο προϊόν. Τέλος, η τρίτη αλκοόλη (ένωση Γ) δε μπορεί να είναι πρωτοταγής καθώς μόνο η Α μπορεί να οξειδωθεί προς καρβοξυλικό οξύ με επίδραση KMnO4/Η2SΟ4 και άρα θα είναι η 2-μεθυλο-2-προπανόλη.

5. Οργανική ένωση Α έχει μοριακό τύπο C5H12O και διαπιστώθηκε ότι: i. Αντιδρά με νάτριο (Na) και εκλύεται Η2. ii. Με πλήρη οξείδωσή της από όξινο διάλυμα ΚΜnO4 δίνει ως προϊόν ένωση Β με μοριακό τύπο C5H10Ο. H ένωση Β με επίδραση αλκαλικού διαλύματος Ι2 δεν σχηματίζει κίτρινο ίζημα.

290

Να γράψετε τις σχετικές χημικές εξισώσεις.

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 7ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

α) Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α και Β. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. β) Να σχηματίσετε την ένωση Α χρησιμοποιώντας την κατάλληλη καρβονυλική ένωση και το κατάλληλο αντιδραστήριο Grignard, γράφοντας τις χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Χωρίς να είναι απαραίτητο, γράψτε για σιγουριά όλες τις ισομερείς αλκοόλες με τύπο C5H10Ο και επιλέξτε αυτή με τις επιθυμητές ιδιότητες.

α) Σύμφωνα με το μοριακό της τύπο η Α θα πρέπει να είναι αλκοόλη ή αιθέρας. Επειδή, όμως, αντιδρά με Νa θα πρέπει να είναι αλκοόλη. Επίσης, οξειδώνεται από το όξινο διάλυμα ΚΜnO4, επομένως θα είναι πρωτοταγής ή δευτεροταγής αλκοόλη, καθώς όμως οξειδώνεται σε καρβονυλική ένωση (κετόνη) θα είναι δευτεροταγής αλκοόλη. Τέλος, επειδή δεν δίνει την ιωδοφορμική αντίδραση θα πρέπει να είναι η 3-πεντανόλη (οι άλλες δευτεροταγείς αλκοόλες δίνουν την ιωδοφορμική αντίδραση). β) Υπάρχει μόνο ο εξής συνδυασμός αλδεΰδης και αντιδραστηρίου Grignard:

6. Στις παρακάτω μετατροπές συμμετέχουν οι οργανικές ενώσεις Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ και Λ εκ των οποίων η Δ είναι το προπανικό οξύ.

α) Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α, B, Γ, Ε, Ζ, Θ και Λ. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] β) Να γράψετε την εξίσωση μετατροπής της 1-προπανόλης στην ένωση Δ. ΑΠΑΝΤΗΣΗ

α) H CH3CH2CH2OH είναι πρωτοταγής αλκοόλη και παρασκευάζεται με σύνθεση Grignard (RMgCl και ΗCHO). Επομένως, η Α είναι το CH3CH2Cl. Παρατηρώντας το διάγραμμα αντιδράσεων προκύπτει ότι οι υπόλοιποι συντακτικοί τύποι είναι οι εξής: Β: CH3CH2ΜgCl, Γ: CH3CH2CH2OΜgCl, E: CH3CH2CN, Z: CH3CH2CH2NH2, Θ: CH3CH=CH2, .

β)

291

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

7. Δίνονται οι παρακάτω μετατροπές οργανικών ενώσεων:

`

α) Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α, B, Γ, Ε, Ζ, Θ, Κ, Λ και Μ. β) Αέριο μίγμα της παραπάνω ένωσης Α και ενός αλκενίου (Χ), έχει μάζα 6,8 g και καταλαμβάνει όγκο 4,48 L μετρημένα σε STP. Βρέθηκε ότι το μίγμα αποχρωματίζει ακριβώς 300 mL διαλύματος Br2 16%w/v σε CCl4. Nα προσδιορίσετε το συντακτικό τύπο του αλκενίου Χ. Σχετικές ατομικές μάζες, C:12, H:1, Βr:80. ΛΥΣΗ

α) Η ένωση Α είναι αλκίνιο, που με προσθήκη Η2Ο οδηγεί στην καρβονυλική ένωση Β η οποία με καταλυτική προσθήκη Η2 οδηγεί στην αλκοόλη Δ με τα ίδια άτομα C στο μόριό της (έστω ν). Η ένωση Γ είναι άλας καρβοξυλικού οξέος με ένα άτομο C λιγότερο. Οι ενώσεις Δ και Ε οδηγούν στον εστέρα Ζ. Επομένως: ν + (ν ‒ 1) = 5, ν = 3. Δηλαδή, οι ενώσεις Α, Β και Γ έχουν από τρία άτομα C στο μόριό τους. Με βάση και τις υπόλοιπες αντιδράσεις του διαγράμματος έχουμε τους εξής συντακτικούς τύπους:

β) Έστω x mol του προπινίου (Μr = 40) και y mol του αλκενίου Χ με τύπο CνΗ2ν και Μr = 14ν. Η μάζα του μίγματος είναι: 40x + 14ν·y = 6,8 (1). Θα ισχύει επίσης: x + y = 4,48/22,4 = 0,2 (2).

292

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 7ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

Η συνολική ποσότητα Br2 στο διάλυμα που αποχρωματίστηκε είναι: (300/100)·16 = 48 g ή 48/160 = 0,3 mol. Άρα θα ισχύει: 2x + y = 0,3 (3) Από τις εξισώσεις (2) και (3) προκύπτει: x = y = 0,1 mol και επομένως αντικαθιστώντας στην (1), έχουμε: ν = 2 (αιθένιο ή αιθυλένιο, CH2=CH2).

8. Δίνεται το παρακάτω διάγραμμα χημικών μετατροπών:

Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α, B, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ, Κ και Λ. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] ΛΥΣΗ

H ένωση Ζ είναι αλκοόλη και μάλιστα μία τριτοταγής, καθώς δεν οξειδώνεται. Άρα, η ένωση Β είναι κετόνη και η αλκοόλη Α είναι δευτεροταγής. Η ένωση Δ είναι ένα αλκυλοχλωρίδιο με τα ίδια άτομα άνθρακα στο μόριό της με αυτά της Α. Όταν η Α και η Δ αντιδράσουν παράγουν τον αιθέρα Θ με έξι άτομα άνθρακα. Επομένως, η αλκοόλη Α θα είναι (δευτεροταγής) με τρία άτομα άνθρακα, δηλαδή η 2-προπανόλη. Επομένως: Γ: CH 3CHCH 3 ONa Ε: CH 3CHCH 3 MgCl

Δ: CH3CHCH 3 Cl Θ: CH3CH

CH3

O

CHCH 3 CH3

9. Ποσότητα αλκινίου (X) μάζας 6,8 g υφίσταται προσθήκη Η2Ο, παρουσία Η2SO4/HgSO4 και προκύπτει η καρβονυλική ένωση (Υ). Όλη η ποσότητα της Υ αντιδρά ακριβώς με 0,2 g H2, παρουσία Νi, οδηγώντας σε μία δευτεροταγή αλκοόλη (Ζ). Η αλκοόλη Ζ με απόσπαση και στη συνέχεια επαναπροσθήκη νερού οδηγεί τελικά στην τριτοταγή αλκοόλη (Ω). Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των ενώσεων Χ, Υ, Ζ και Ω. Οι αντιδράσεις να θεωρηθούν πλήρεις και μονόδρομες. ΛΥΣΗ

293

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Έστω CνΗ2ν‒2 ο μοριακός τύπος του αλκινίου Χ και Mr = 14ν ‒ 2 η σχετική μοριακή μάζα του. Η ποσότητά του Χ (σε mol) θα είναι:

x

6 ,8 (1) (1) 14 ν  2

Η ποσότητα του Η2 που αντιδρά είναι x = 0,2/2 = 0,1 mol και επομένως:

x

6,8  0,1 , ν  5 14 v  2

Ο μοριακός τύπος του αλκινίου (Χ) είναι C5H8 και άρα η αλκοόλη Ζ και η αλκοόλη Ω διαθέτουν από 5 άτομα C. Μάλιστα, για να είναι τριτοταγής, η Ω θα πρέπει να είναι η 2-μεθυλο-2-βουτανόλη:

Έτσι, η δευτεροταγής αλκοόλη Ζ, η καρβονυλική ένωση Υ και το αλκίνιο Χ θα είναι, αντίστοιχα:

10. Ισομοριακό μίγμα μιας αλκοόλης (Χ), ισομερούς της 1-προπανόλης και μιας κορεσμένης μονοσθενούς αλδεΰδης (Υ) χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. Το 1o μέρος δίνει 4,32 g κατόπτρου αργύρου όταν αντιδράσει με το αντιδραστήριο Tollens. To 2ο μέρος δίνει 15,76 g κίτρινου ιζήματος όταν κατεργαστεί με I2/NaOH. Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Χ και Y και ποιες οι μάζες τους στο αρχικό μίγμα; Όλες οι αντιδράσεις θεωρούνται ποσοτικές και μονόδρομες. ΛΥΣΗ

Η αλκοόλη που είναι ισομερής με την 1-προπανόλη είναι η 2-προπανόλη (ένωση Χ). Από τα δύο συστατικά του μίγματος μόνο η αλδεΰδη αντιδρά με το αντιδραστήριο Tollens παράγοντας 4,32/108 = 0,04 mol Ag:

Επειδή το μίγμα είναι ισομοριακό σε κάθε μέρος θα υπάρχουν 0,02 mol της 2προπανόλης και 0,02 mol της αλδεΰδης. Η ποσότητα της 2-προπανόλης δίνει την ιωδοφορμική αντίδραση:

294

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 7ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

Η ποσότητα του κίτρινου ιζήματος (CHI3, Μr = 394) είναι: 15,76/394 = 0,04 mol, άρα αντιδρά και η αλδεΰδη με το Ι2/ΝaOH και επομένως πρόκειται για την αιθανάλη (CH3CHO, ένωση Y). Στο αρχικό μίγμα περιέχονται 0,04 mol 2-προπανόλης (Mr = 60) και 0,04 mol αιθανάλης (Μr = 44). H συνολική μάζα του μίγματος (mολ) θα είναι: mολ = mΧ + mΥ = 0,04·60 + 0,04·44 = 4,16 g.

11. Ποσότητα αιθανόλης μπορεί να αποχρωματίσει μέχρι και 80 mL διαλύματος KMnO4 1 Μ οξινισμένου με H2SO4, οπότε και σχηματίζεται η οργανική ένωση Α. α) Ποιος ο συντακτικός τύπος της Α; Να γραφεί η σχετική χημική εξίσωση και να υπολογιστεί η μάζα της αιθανόλης. β) Η ίδια ποσότητα της αιθανόλης οξειδώνεται πλήρως με τη βοήθεια όξινου διαλύματος Κ2Cr2O7 οπότε, κάτω από κατάλληλες συνθήκες, προκύπτει μίγμα δύο οργανικών προϊόντων Α και Β, συνολικής μάζας ίσης με την μάζα της αιθανόλης. i. Nα γραφούν οι χημικές εξισώσεις μετατροπής της αιθανόλης ξεχωριστά στις Α και Β και ii. να υπολογιστεί η απόδοση μετατροπής της αιθανόλης στις Α και Β. ΛΥΣΗ

α) Η πλήρης οξείδωσης μιας πρωτοταγούς αλκοόλης οδηγεί σε καρβοξυλικό οξύ, επομένως η Α είναι το CH3COOH.

Η ποσότητα του KMnO4 είναι n = c·V = 0,08 mol, οπότε από τη στοιχειομετρία της αντίδρασης προκύπτει ότι η ποσότητα της CH3CH2OH είναι 0,1 mol. H μάζα της επομένως θα είναι: m = n·Mr = 0,1·46 = 4,6 g. β) Έστω ότι από τα 0,1 mol της CH3CH2OH α mol οξειδώνονται προς CH3COOH (προϊόν Α) και τα υπόλοιπα β mol οξειδώνονται προς CH3CHO (προϊόν Β). Θα ισχύει: α + β = 0,1 (1)

Η μάζα των οργανικών προϊόντων (CH3COOH, Μr = 60 και CH3CHO, Μr = 44, είναι: m = 60α + 44β και σύμφωνα με το πρόβλημα ισχύει: 60α + 44β = 0,1·46 = 4,6 (2). Από τις εξισώσεις (1) και (2) προκύπτει: α = 0,0125 mol και β = 0,0875 mol. H απόδοση μετατροπής της CH3CH2OH σε CH3CHO είναι:

0,0875  100  87 ,5% 0,1 Το υπόλοιπο 12,5 % της CH3CH2OH μετατρέπεται σε CH3COOH.

295

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

12. Ομογενές μίγμα αποτελείται από δύο ισομερείς ενώσεις με μοριακό τύπο C4H10O από τις οποίες μόνο μία ένωση αποχρωματίζει διάλυμα KΜnO4/Η2SΟ4. Το αρχικό μίγμα χωρίζεται σε τρία ίσα μέρη. α) Το 1ο μέρος του μίγματος αντιδρά με Ι2/NaOH και σχηματίζεται ίζημα. Ποιος ο συντακτικός τύπος της ένωσης που παρέχει την αντίδραση αυτή; β) Το 2ο μέρος του μίγματος απαιτεί για πλήρη οξείδωση της οξειδώσιμης ένωσης 100 mL διαλύματος KΜnO4 0,16 Μ παρουσία H2SO4. Ποια η ποσότητα της οξειδώσιμης ένωσης σε mol στο αρχικό μίγμα; γ) Το 3ο μέρος του μίγματος αντιδρά με περίσσεια Na και ελευθερώνονται 1,12 L Η2 (σε STP). Να προσδιοριστεί ο συντακτικός τύπος και η αρχική ποσότητα του άλλου συστατικού του μίγματος. Όλες οι αντιδράσεις να θεωρούνται ποσοτικές. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] ΛΥΣΗ

α) Από όλες τις αλκοόλες με τύπο C4H10O μόνο η 2-βουτανόλη αντιδρά με Ι2/NaOH, επομένως το ένα συστατικό του μίγματος θα είναι αυτή. β) Η 2-βουτανόλη είναι το συστατικό του μίγματος που οξειδώνεται:

Η ποσότητα του KΜnO4 στο διάλυμά του είναι: n = c·V = 0,16·0,1 = 0,016 mol. Με βάση τη στοιχειομετρία της αντίδρασης οξείδωσης η ποσότητα της 2-βουτανόλης είναι (5/2)·0,016 = 0,04 mol. Το αρχικό μίγμα, επομένως, περιέχει 3·0,04 = 0,12 mol 2βουτανόλης. γ) Η άλλη ένωση του μίγματος μπορεί να είναι ή η τριτοταγής αλκοόλη (2-μεθυλο-2προπανόλη) ή κάποιος ισομερής αιθέρας. Ας δούμε πόσο όγκο Η2 παράγει μόνο η 2βουτανόλη με κατεργασία με Na:

Επομένως προκύπτουν: 0,02·22,4 = 0,448 L H2 και άρα τα υπόλοιπα 1,12 – 0,448 = 0,672 L (ή 0,03 mol) αέριου Η2 παράγονται από το άλλο συστατικό του μίγματος που θα είναι η 2-μεθυλο-2-προπανόλη. Η ποσότητά της υπολογίζεται από την αντίδρασή της με Na:

Η ποσότητα της 2-μεθυλο-2-προπανόλης στο αρχικό μίγμα είναι: 3·0,06 = 0,18 mol.

296

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 7ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

13. Ομογενές μίγμα περιέχει μια αλδεΰδη του τύπου C2H4O και μια αλκοόλη του τύπου C3H7OH με αναλογία mol 1 : 2. Το μίγμα χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. Στο 1o μέρος επιδρούμε με αμμωνιακό διάλυμα νιτρικού αργύρου και παράγονται 21,6 g αργύρου. Για την πλήρη οξείδωση του 2oυ μέρους απαιτείται 1 L διαλύματος KMnO4 0,2 M (παρουσία H2SO4). α) Να υπολογιστεί ο αριθμός mol της αλδεΰδης στο μίγμα. β) Να γραφεί ο συντακτικός τύπος της αλκοόλης και να αιτιολογηθεί η απάντηση. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] ΛΥΣΗ

α) Η αλδεΰδη μπορεί να είναι μόνο η αιθανάλη (CH3CHO), ενώ η αλκοόλη μπορεί να είναι η 1-προπανάλη ή η 2-προπανόλη. Έστω x o αριθμός των mol της αιθανάλης και 2x mol της αλκοόλης στο αρχικό μίγμα. Όταν χωρίζουμε το μίγμα σε 2 ίσα μέρη κάθε μέρος θα περιέχει (x/2) mol αιθανάλης και x mol της αλκοόλης. Από τα δύο συστατικά του μίγματος μόνο η αλδεΰδη αντιδρά με το αμμωνιακό διάλυμα νιτρικού αργύρου:

Από την ποσότητα του ιζήματος έχουμε: x 

21 ,6  0,2 mol 108

β) Το 2ο μέρος αποτελείται από 0,1 mol αιθανάλης και 0,2 mol αλκοόλης.

Από τη στοιχειομετρία της παραπάνω αντίδρασης βλέπουμε ότι τα 0,1 mol αιθανάλης καταναλώνουν (2/5)·0,1 = 0,04 mol ΚΜnO4. Έτσι, από τα συνολικά 0,2 mol του ΚΜnO4 που απαιτούνται για την οξείδωση του μίγματος τα 0,2 – 0,04 = 0,16 mol καταναλώνονται για την οξείδωση της αλκοόλης. Έστω ότι η αλκοόλη είναι η 2προπανόλη:

Από τη στοιχειομετρία της αντίδρασης υπολογίζουμε ότι τα 0,2 mol της 2-προπανόλης καταναλώνουν 0,08 mol KMnO4 και όχι 0,16 mol. Άρα, η αλκοόλη στο μίγμα είναι η 1-προπανόλη:

14. Ισομοριακό μίγμα δύο αλκοολών του τύπου C4H10O κατεργάζεται με την κατάλληλη ποσότητα Νa και παράγονται 4,48 L αερίου (μετρημένα σε STP). Ίση ποσότητα του ίδιου μίγματος αποχρωματίζει ακριβώς 80 mL διαλύματος KMnO4 1 Μ οξινισμένου με H2SO4. Nα υπολογιστεί η μάζα του μίγματος και να γραφούν οι συντακτικοί τύποι των δύο αλκοολών. ΛΥΣΗ

297

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Έστω ROH και R΄OH οι δύο αλκοόλες και x mol η ποσότητά τους.

Η συνολική ποσότητα του αερίου είναι x mol και επομένως:

x

4,48  0,2 mol 22 ,4

H σχετική μοριακή μάζα των αλκοολών είναι: Mr = 74 και επομένως η μάζα του μίγματος είναι: 0,2·74 + 0,2·74 = 29,6 g. Από τις δυνατές αλκοόλες του τύπου C4H10O, δύο είναι πρωτοταγείς (η 1-βουτανόλη και η 2-μεθυλο-1-προπανόλη), μία δευτεροταγής (η 2-βουτανόλη) και μία τριτοταγής (η 2-μεθυλο-2-προπανόλη). Έστω ότι μία από τις αλκοόλες στο μίγμα είναι πρωτοταγής (C3H7CH2OH):

Το μίγμα των δύο αλκοολών αποχρωματίζει n = c·V = 1·0,08 = 0,08 mol και επομένως είναι αδύνατο έστω και μία από τις δύο αλκοόλες να είναι πρωτοταγής. Έτσι, το μίγμα αποτελείται από την δευτεροταγή και την τριτοταγή αλκοόλη (δεν οξειδώνεται):

Να γράψετε την αντίδραση οξείδωσης της 2-βουτανόλης και να επιβεβαιώσετε.

15. Ποσότητα κορεσμένου μονοκαρβοξυλικού οξέος Α μάζας 7,4 g διαλύεται σε νερό και στη συνέχεια υφίστανται κατεργασία με την απαιτούμενη για πλήρη αντίδραση ποσότητα Νa2CO3. Παρατηρείται η έκλυση 1,12 L αερίου μετρημένα σε STP, ενώ απομένει διάλυμα όγκου 1 L (διάλυμα Χ). α) Ποιος ο συντακτικός τύπος του οξέος Α; β) Ποιο το pH του διαλύματος Χ; γ) Στο διάλυμα Χ προστίθενται 0,05 mol ΗCl, χωρίς μεταβολή όγκου, οπότε προκύπτει νέο διάλυμα Υ. Ποιο το pH του; Για το οξύ Α, Κa = 10−5. θ=25oC. Να θεωρηθούν οι κατάλληλες προσεγγίσεις. ΛΥΣΗ

α) Έστω CνH2ν+1COOH ο τύπος του οξέος Α. Έχουμε την αντίδραση:

2CvH2v+1COOH + Na2CO3 → 2CvH2v+1COONa + CO2 + H2O Η ποσότητα του αερίου CO2 που εκλύεται είναι:

n

298

1,12  0,05 mol 22 ,4

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 7ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

Από τη στοιχειομετρία της αντίδρασης προκύπτει ότι η ποσότητα του οξέος Α είναι 2·0,05 = 0,1 mol. Αν (14ν + 46) η σχετική μοριακή μάζα του Α, θα ισχύει: 7,4 = 0,1·(14ν + 46)  (πράξεις) ν = 2 και άρα η θα είναι το CH3CH2COOH (προπανικό οξύ).

0,1 mol β) Το CH3CH2COOΝa στο διάλυμα Χ έχει: c = = 0,1 M. 1L mol/L

CH3CH2COONa → CH3CH2COO− + Na+ 0,1

0,1

mol/L

CH3CH2COO− + H2O

Ισορροπία

0,1 – x ≈ 0,1

0,1

CH3CH2COOH + OH− x

x

Υπολογίζοντας την Kb του προπανικού ιόντος (CH3CH2COO) και θεωρώντας την προσέγγιση 0,1 – x ≈ 0,1, έχουμε:

Kb 

Kw x2  , x  [OH ]  10 5 M 10 5 0,1

Επομένως, pOH = 5, pH = 9. γ) Με την προσθήκη 0,05 mol ΗCl, έχουμε: mol

CH3CH2COONa + HCl → CH3CH2COOH + NaCl

Αρχικά

0,1

0,05

Μεταβολές

‒0,05

‒0,05

0,05

Τελικά

0,05

—

0,05

Το ρυθμιστικό διάλυμα (Y) που προκύπτει περιέχει CH3CH2COOH (co = 0,05 M) και CH3CH2COONa (cβ = 0,05 M). Με βάση την εξίσωση Henderson - Hasselbalch προκύπτει:

pH  pK a  log

cβ co

 5  log

0,05 5 0,05

299

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΑΣΚΗΣΕΙΣ Όλες οι αντιδράσεις να θεωρηθούν μονόδρομες και ποσοτικές (εκτός αν αναφέρεται διαφορετικά). Οι σχετικές ατομικές μάζες δίνονται στο τέλος του βιβλίου.

ΘΕΜΑ Α Ε4.1. Πόσοι σ δεσμοί και πόσοι π δεσμοί υπάρχουν στην ένωση:

Α) 12 σ δεσμοί, 1 π δεσμός Γ) 10 σ δεσμοί, 1 π δεσμός

Β) 11 σ δεσμοί, 1 π δεσμός Δ) 10 σ δεσμοί, 2 π δεσμοί

Ε4.2. i. Στο μόριο του αιθυλενίου ο π δεσμός προκύπτει με επικάλυψη των τροχιακών Α) sp2 – s Β) sp2 - px Γ) pz - pz Δ) sp2 - sp2 [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] ii. Στην ένωση 1,3-βουταδιένιο, πόσοι σ δεσμοί σχηματίζονται με επικάλυψη sp2 - sp2 υβριδικών τροχιακών; Α) 1 Β) 2 Γ) 3 Δ) 4 Ε4.3. Ποιον τύπο υβριδισμού παρουσιάζει ο C(3) της παρακάτω οργανικής ένωσης, ποια η κατά προσέγγιση τιμή για τη γωνία (φ) και ποιο είδος επικάλυψης εξηγεί το σ δεσμό C(2)-C(3);

Α) sp2, 109o, sp2- sp Γ) sp3, 109o, sp2 - sp3

Β) sp2, 90o, sp - sp3 Δ) sp3, 120o, sp2 - sp3

Ε4.4. i. Η μετατροπή του 2-βρωμοπροπανίου σε προπένιο με επίδραση NaOH σε αλκοόλη είναι αντίδραση: Α) προσθήκης Β) απόσπασης Γ) υποκατάστασης Δ) οξέος - βάσης [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] ii. Η αντίδραση, CH3CN + 2H2 → CH3CH2NH2, ανήκει στην κατηγορία των αντιδράσεων: Α) βασικού χαρακτήρα Β) οξείδωσης οργανικών ενώσεων Γ) προσθήκης ή αναγωγής Δ) απόσπασης iii. Η αντίδραση, CH3OH + HCOOH HCOOCH3 + H2O είναι αντίδραση: A) προσθήκης B) υποκατάστασης Γ) απόσπασης Δ) σαπωνοποίησης Ε4.5. Η σειρά δραστικότητας των αλκυλαλογονιδίων στις αντιδράσεις υποκατάστασης είναι A) CH3I > CH3Br > CH3Cl > CH3F B) CH3I > CH3Br > CH3F > CH3Cl Γ) CH3F > CH3Cl > CH3Br > CH3I Δ) CH3Br > CH3I > CH3Cl > CH3F [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2016]

300

Ε4.6. Σε ένα από τα παρακάτω ζεύγη αντιδρούν και οι δύο χημικές ενώσεις με NaOH. Να επιλέξετε το σωστό ζεύγος. Α) CH3COOH , C6H5OH B) CH3COOH , CH3OH Γ) C6H5OH , CH3C≡CH Δ) CH3OH , CH3C≡CH [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2016] Ε4.7. Οι παρακάτω καθαρές οργανικές ενώσεις αντιδρούν πλήρως με μεταλλικό Na. Σε ποια περίπτωση θα καταναλωθεί μεγαλύτερη ποσότητα Na; A) 1 mol HC≡CH B) 1 mol CH3COOH Γ) 1 mol CH3OH Δ) 1 mol CH2=CHC≡CH [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2016] Ε4.8. i. Κατά τον συμπολυμερισμό του 1,3-βουταδιενίου με στυρόλιο θα προκύψει: A) ΒuNa B) ΒuNa N Γ) ΒuNa S Δ) νεοπρένιο ii. Το πολυβινυλιδενοχλωρίδιο είναι ένα προϊόν προσθήκης με δομή: ··· − CCl2CH2 − CCl2CH2 − ··· Ποια η ένωση της ένωσης (μονομερούς) που χρησιμοποιείται για την παρασκευή του πολυμερούς αυτού; Α) Cl2C=CH2 Β) Cl2CCΗ2 Γ) ClCH=CHCl Δ) Cl2C=CH2=CCl2 Ε4.9. i. Ποια από τις επόμενες χημικές ενώσεις αντιδρά με νερό σε κατάλληλες συνθήκες παράγοντας προπανόνη; Α) CH3CH2C≡Ν Β) CH3CH=CH2 Γ) CH3C≡CH Δ) CH3CH2CH2ΜgX ii. Ποια από τις ακόλουθες ενώσεις δεν αντιδρά με Η2Ο σε όξινο περιβάλλον; Α) CH3MgCl Β) CH2=CH2 Γ) CH3CH3 Δ) HCOOCH3 Ε4.10. i. Ποια από τις παρακάτω ενώσεις αντιδρά με αλκοολικό διάλυμα NaOH παράγοντας προπένιο; Α) CH3CH2CH3 Β) CH3CH2CH2OH Γ) CH3C≡CH Δ) CH3CH2CH2Cl ii. Ποια από τις παρακάτω χημικές ενώσεις αντιδρά με το αντιδραστήριο Fehling; Α) CH3COCH3 Β) CH3CHO Γ) CH3CH2OH Δ) CH3CH2CH3 [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2016] Ε4.11. Ποιο είναι το κύριο προϊόν της προσθήκης περίσσειας νερού (παρουσία καταλυτών) στην ένωση:

CH≡CCH2CH=CH2

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 7ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

Ε4.12. 0,3 mol (COONa)2 οξειδώνονται πλήρως με διάλυμα KMnO4/Η2SO4. Η ποσότητα του KMnO4 που ανάγεται είναι ίση με: A) 0,08 mol B) 0,12 mol Γ) 0,04 mol Δ) 0,16 mol Ε4.13. H προσθήκη HCl σε ένωση (X) με μοριακό τύπο C5H10 οδηγεί σε μίγμα δύο συντακτικά ισομερών ενώσεων σε περίπου ίσα ποσοστά (50% - 50%). Η ένωση (X) μπορεί να είναι το: A) 2-πεντένιο Β) 3-μεθυλο-2-βουτένιο Γ) 2-μεθυλο-1-βουτένιο Δ) 3-μεθυλο-1-βουτένιο [Π.Μ.Δ.Χ] Ε4.14. Με ποιο συνδυασμό αντιδρώντων μπορεί να παρασκευαστεί ο οξικός προπυλεστέρας; A) CH3COOH και CH3CH2OH B) CH3CH2COOH και CH3CH2OH Γ) CH3COOH και CH3CH2CH2OH Δ) CH3CH2COOH και CH3CH2CH2OH Ε4.15. Σχετικά με την 1-προπανόλη και τη 2-προπανόλη, ποια από τις προτάσεις που ακολουθούν δεν είναι σωστή; Α) Και οι δύο παραπάνω ενώσεις αντιδρούν τόσο με Νa όσο και με NaOH Β) Και οι δύο ενώσεις αντιδρούν με καρβοξυλικά οξέα παράγοντας ισομερείς εστέρες (αντίδραση εστεροποίησης) Γ) Και οι δύο παραπάνω ενώσεις αποχρωματίζουν το διάλυμα ΚΜnO4/H2SO4, παράγοντας προπανικό οξύ και προπανόνη, αντίστοιχα Δ) Στα υδατικά τους διαλύματα οι συζυγείς βάσεις και των δύο παραπάνω αλκοολών εμφανίζουν ισχυρά βασικό χαρακτήρα Ε4.16. Ένωση Χ παρουσιάζει τις εξής ιδιότητες: Ι. Αποχρωματίζει όξινο διάλυμα ΚΜnO4. ΙΙ. Δίνει κίτρινο ίζημα με επίδραση I2/NaOH. Ποια από τις παρακάτω ενώσεις μπορεί να είναι η ένωση Χ; Α) 2-μεθυλο-1-προπανόλη Β) 2-βουτανόλη Γ) προπανόνη Δ) 2-μεθυλο-1-βουτανόλη Ε) βουτανόνη Ε4.17. i. Ποιο αλκίνιο δίνει με προσθήκη Η2Ο ένωση η οποία με επίδραση του αντιδραστηρίου Tollens δίνει κάτοπτρο Ag; Α) αιθίνιο B) προπίνιο Γ) μεθυλοβουτίνιο Δ) κανένα από αυτά ii. Ποια από τις ενώσεις που ακολουθούν δεν αντιδρά με το αντιδραστήριο Fehling και δεν δίνει την αλογονοφορμική αντίδραση; Α) η 2-μεθυλοβουτανάλη Β) η μεθυλοβουτανόνη Γ) η 3-πεντανόνη Δ) η 2-πεντανόλη Ε4.18. Από τις ενώσεις: αιθανόλη (Ι), 2-προπανόλη (II), προπανάλη (III) και προπανόνη (ΙV): i. Αποχρωματίζουν το οξινισμένο με H2SO4 διάλυμα KΜnO4: Α) όλες Β) μόνο οι (Ι) και (ΙΙ) Γ) οι (Ι), (ΙΙ) και (ΙΙΙ) Δ) μόνο η (ΙΙΙ)

ii. Ανάγουν το αντιδραστήριο Fehling: Α) μόνο η (ΙΙΙ) Β) οι (Ι) και (ΙΙΙ) Γ) οι (ΙΙΙ) και (ΙV) Δ) όλες iii. Δίνουν αντίδραση προσθήκης με ΗCN σχηματίζοντας κυανυδρίνες: Α) μόνο η (ΙΙΙ) Β) μόνο η (ΙV) Γ) οι (Ι) και (ΙΙΙ) Δ) οι (ΙΙΙ) και (ΙV) Ε4.19. Στην αντίδραση:

Α) Ο C(1) οξειδώνεται και ο C(2) ανάγεται Β) Ο C(1) ανάγεται και ο C(2) οξειδώνεται Γ) Ο C(2) ανάγεται και ο C(3) οξειδώνεται Δ) Ο C(2) οξειδώνεται και ο C(3) ανάγεται Ε4.20. Πόσες άκυκλες κορεσμένες ενώσεις του τύπου C5H12O αντιδρούν με μεταλλικό Na ελευθερώνοντας αέριο (Η2), αλλά δεν αποχρωματίζουν διάλυμα KMnO4/H2SO4; Α) 1 Β) 2 Γ) 3 Δ) 4 Ε4.21. Να χαρακτηρίσετε τις προτάσεις που ακολουθούν ως σωστές (Σ) ή όχι (Λ). Α) Τα αντιδραστήρια Grignard είναι χρήσιμα αντιδραστήρια για παρασκευές αλκοολών. Β) Κατά την αφυδάτωση της 2-βουτανόλης σχηματίζεται ως κύριο προϊόν το 2-βουτένιο. Γ) Η αντίδραση προσθήκης Η2/Νi σε CH3CHO είναι και αντίδραση αναγωγής της CH3CHO. Δ) Οι αλδεΰδες ανάγονται, ενώ οι κετόνες όχι. Ε) Με την επίδραση αντιδραστηρίου Tollens, οι πρωτοταγείς αλκοόλες οξειδώνονται προς καρβοξυλικά οξέα. ΣΤ) Κατά την αντίδραση προπινίου με περίσσεια HCl, προκύπτει ως κύριο προϊόν το 1,2-διχλωροπροπάνιο. Ζ) Η αντίδραση που ακολουθεί είναι αντίδραση εξουδετέρωσης: CH3OK + CH3Cl → CH3OCH3 + KCl Η) Κατά τον πολυμερισμό του 2-μεθυλο-2-βουτενίου προκύπτει το πολυμερές του τύπου,

Ε4.22. Να χαρακτηρίσετε τις προτάσεις που ακολουθούν ως σωστές (Σ) ή λανθασμένες (Λ). Α) Στο μόριο του αιθυλενίου κάθε άτομο άνθρακα έχει τρία sp2 υβριδικά τροχιακά.

B) Η προπανάλη είναι η μοναδική αλδεΰδη που δίνει την αλογονοφορμική αντίδραση. Γ) Η φαινόλη (C6H5OH) δεν αντιδρά με NaOH. Δ) Η υδρόλυση νιτριλίου (RCN) οδηγεί στο σχηματισµό αμίνης του τύπου RNH2. Ε) Κατά την χλωρίωση του μεθανίου παρουσία διάχυτου φωτός λαμβάνεται μίγμα χλωροπαραγώγων του μεθανίου. ΣΤ) Με βάση τον κανόνα του Saytseff, η αφυδραλογόνωση του 2-χλωροβουτανίου δίνει ως κύριο προϊόν το 2-βουτένιο.

301

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Ζ) Η φαινόλη (C6H5OH) είναι οργανική ένωση με ασθενώς όξινο χαρακτήρα. Η) Σύμφωνα με τον κανόνα του Saytseff, κατά την απόσπαση μορίου ΗΑ από οργανική ένωση, το άτομο Η αποσπάται ευκολότερα από το τριτοταγές άτομο άνθρακα και λιγότερο εύκολα από το δευτεροταγές. Θ) Τα καρβοξυλικά οξέα RCOOH, η φαινόλη (C6H5OH) και οι αλκοόλες ROH αντιδρούν με νάτριο (Νa). ελευθερώνοντας αέριο Η2. Ι) Κατά τις αντιδράσεις προσθήκης σε διπλό δεσμό C=C, ο υβριδισμός των ατόμων C του διπλού δεσμού μεταβάλλεται από sp2 σε sp3. Κ) Tο προπίνιο έχει πολύ ασθενή όξινο χαρακτήρα και αντιδρά με Na ελευθερώνοντας Η2. Λ) Η απόσπαση δύο μορίων ΗCl από την ένωση 1,1διχλωροπροπάνιο οδηγεί στο σχηματισμό προπινίου. Μ) Οι εστέρες διακρίνονται από τα καρβοξυλικά οξέα, αφού μόνο τα οξέα διασπούν τα ανθρακικά άλατα εκλύοντας CO2. Ν) Η φαινόλη διασπά τα ανθρακικά άλατα. Ξ) Ο πολυμερισμός που γίνεται με δύο ή περισσότερα είδη μονομερούς ονομάζεται συμπολυμερισμός. Ο) Η αιθανάλη είναι δραστικότερη στις αντιδράσεις προσθήκης από την προπανόνη. Π) Oι αλδεΰδες μπορούν να προκύψουν με οξείδωση των πρωτοταγών αλκοολών. Ρ) Από τα κορεσμένα μονοκαρβοξυλικά οξέα μόνο το ΗCOOH οξειδώνεται. Σ) Τα περισσότερα από τα υφάσματα, χρώματα, γυαλιά που χρησιμοποιούμε σήμερα είναι συνθετικά πολυμερή. Ε4.23. Να αιτιολογήσετε την ισχύ των προτάσεων που ακολουθούν. Α) Η μετατροπή των πρωτοταγών αλκοολών σε αλδεΰδες αλλά και η μετατροπή των αλδεϋδών σε οξέα είναι αντιδράσεις οξείδωσης. Β) Η αντίδραση, CH3CN + 2H2 → CH3CH2NH2, είναι οξειδοαναγωγική αντίδραση. Γ) Το CO2 προκαλεί θόλωμα σε ασβεστόνερο. Δ) Αν σε μία ένωση που μπορεί να είναι βουτανικό οξύ ή οξικός αιθυλεστέρας προσθέσουμε βάμμα του ηλιοτροπίου και παρατηρήσουμε ότι ο δείκτης γίνει κόκκινος, τότε συμπεράνουμε ότι η ένωση είναι οξύ. Ε) Υδατικό διάλυμα αιθανόλης έχει pH = 7, στους 25 οC. Ε4.24. α) Να εξηγήσετε το σχηματισμό των δεσμών στο μόριο του N2, σύμφωνα με τη θεωρία δεσμού σθένους (για το Ν, Ζ = 7). β) Nα διατυπώστε: i. Τον ορισμό του υβριδισμού. ii. Τον κανόνα του Markovnikov. iii. Τον κανόνα του Zaitsev. iv. Τον ορισμό του συμπολυμερισμού. v. Τον ορισμό της οξείδωσης και της αναγωγής στην οργανική χημεία. vi. Τον ορισμό της διάκρισης μιας οργανικής ένωσης και τον ορισμό της ταυτοποίησης. γ) Να αναφέρετε: i. Τις βασικές αρχές της θεωρίας δεσμού σθένους. ii. Τις κατηγορίες των οργανικών αντιδράσεων, ανάλογα με το είδος της αντίδρασης.

302

ΘΕΜΑ Β Ε4.25. Ένωση Α έχει συντακτικό τύπο:

1. Η ένωση Α είναι: Α) αλδεΰδη Β) αλκοόλη Γ) καρβοξυλικό οξύ Δ) εστέρας 2. Σε ποτήρι που περιέχει ποσότητα της ένωσης Α προσθέτουμε υδατικό διάλυμα ΝaΟΗ και θερμαίνουμε. Ποια η χημική εξίσωση της αντίδρασης που πραγματοποιείται; 3. Στο ίδιο ποτήρι και μετά την πραγματοποίηση της παραπάνω αντίδρασης προσθέτουμε I2/NaOH. Να γραφούν τα στάδια, καθώς και η συνολική εξίσωση της αντίδρασης. Ε4.26. Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις που αντιστοιχούν στις παρακάτω μετατροπές, σημειώνοντας τη γενική κατηγορία αντιδράσεων στην οποία ανήκουν.

1. προπένιο → 2-βρωμοπροπάνιο 2. μεθάνιο → χλωρομεθάνιο 3. προπένιο → πολυπροπυλένιο 4. 2-προπανόλη → προπένιο 5. 2-προπανόλη → αιθανικό νάτριο Ε4.27. Ποια από τα αντιδραστήρια 1-8 που ακολουθούν θα απαιτηθούν για καθεμία από τις μετατροπές Α-Η; 1. H2/Ni 2. H2O 3. CH3COOH 4. HCN 5. SOCl2 6. KMnO4/Η+ 7. CuCl/NH3 8. CH3ONa Α. CH3CH2Cl → CH3CH2OCH3 Β. CH3C≡CH → CH3C≡CCu Γ. CH3CH2OH → CH3CH2Cl Δ. CH3CH2CHO → CH3CH2CH2OH Ε. CH3CH2CHO → κυανυδρίνη ΣΤ. CH3CH2CH2OH → CH3CH2CΟΟH Ζ. CH3CH2OH → CH3CΟOCH2CH3 Η. CH3CH2CH2MgCl → CH3CH2CH3 Ε4.28. Δίνονται οι ενώσεις: Α: CH3CH2Cl, B: CH3CH2OH και Γ: CH2=CH2. Να γράψετε την πλήρη χημική εξίσωση για καθεμιά από τις παρακάτω χημικές μετατροπές: i. Της Α στη Β. ii. Της Β στη Γ. iii. Της Α στη Γ. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] Ε4.29. Να γράψετε συμπληρωμένες τις χημικές εξισώσεις των παρακάτω αντιδράσεων: α) CH3C≡CH + H2O (ΗgSO4, Hg, H2SO4) → β) CH3CH2ΜgCl + H2O → γ) CH3Cl + CH3CH2ΟΝa → δ) 2-προπανόλη + CH3COOH (παρουσία Η+) ε) CH3CHΟ + αντιδραστήριο Tollens → στ) (CH3)2NH + HCl → ζ) CH3CH2CΝ + 2H2 (παρουσία Νi) → η) 2-χλωροβουτάνιο + ΚΟΗ (σε αλκοόλη) → κύριο προϊόν θ) Πολυμερισμός του 1,3-βουταδιενίου ι) Πολυμερισμός του ακρυλονιτριλίου (CH2=CHCN) κ) CH3CHCH=O + CuSO4 + NaOH → λ) CH3COCH3 + I2 + NaOH → [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2016]

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 7ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

Ε4.30. Δίνονται οι οργανικές ενώσεις: i. CH3C≡CH ii. HCHO iii. CH3OH iv. CH3COOH, καθώς και τα αντιδραστήρια: 1) NaHCO3 2) SOCl2 3) CuSO4/NaOH 4) CuCl/NH3 α) Για καθεμιά από τις οργανικές ενώσεις i έως iv να επιλέξετε το αντιδραστήριο 1 έως 4 με το οποίο αυτή αντιδρά. β) Να γράψετε σωστά (προϊόντα και συντελεστές) τις αντιδράσεις του αλκινίου και του καρβοξυλικού οξέoς με το αντιδραστήριο που επιλέξατε. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2016] Ε4.31. Σε κάθε μία από τις κετόνες Ι, ΙΙ και ΙΙΙ που ακολουθούν επιδρούμε το κατάλληλο αντιδραστήριο Grignard, οπότε τελικά προκύπτει, και στις τρεις περιπτώσεις, αλκοόλη Α με τον ίδιο συντακτικό τύπο και μοριακό τύπο C7H16O.

Nα γράψετε τους συντακτικούς τύπους των αντιδραστηρίων Grignard, καθώς και το συντακτικό τύπο της αλκοόλης Α. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] Ε4.32. Ακόρεστος υδρογονάνθρακας Χ δίνει αντιδράσεις προσθήκης με τα αντιδραστήρια της στήλης Ι παράγοντας τα προϊόντα της στήλης ΙΙ. Στήλη Ι 1. HCl 2. Cl2 3. H2O 4. H2

Στήλη ΙΙ α. 2-βουτανόλη β. βουτάνιο γ. 1,2-διχλωροβουτάνιο δ. 2-χλωροβουτάνιο

i. Να γράψετε τους αριθμούς της στήλης Ι και δίπλα από κάθε αριθμό ένα γράμμα της στήλης ΙΙ, ώστε να προκύπτει σωστή αντιστοίχιση. ii. Να γράψετε το συντακτικό τύπο του υδρογονάνθρακα Χ. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] Ε4.33. Οι οργανικές ενώσεις με τύπο RNH2 ανήκουν στην τάξη των πρωτοταγών αμινών. α) Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των πρωτοταγών αμινών με 3 άτομα. β) Να γράψετε τις εξισώσεις των αντιδράσεων με τις οποίες προκύπτει μία από τις παραπάνω αμίνες: i. από ένα αλκυλοχλωρίδιο με τρία άτομα C στο μόριό του και ii. από ένα αλκυλοχλωρίδιο με δύο άτομα C στο μόριό του. Ε4.34. Οι μετατροπές που ακολουθούν γίνονται σε ένα στάδιο - αντίδραση. α) χλωροαιθάνιο σε CH3CH2CN β) προπίνιο σε CH3CCNa γ) αιθανόλη σε χλωροαιθάνιο δ) 1-προπανόλη σε προπανάλη

ε) προπίνιο σε 1,1,2,2-τετραχλωροπροπάνιο στ) αιθανάλη στην αντίστοιχη κυανυδρίνη ζ) 2-βρωμοπροπάνιο σε προπένιο η) 1-προπανόλη σε προπανικό οξύ θ) προπανάλη σε προπανικό αμμώνιο Να δώσετε ένα κατάλληλο αντιδραστήριο (από αυτά που εμφανίζονται στη συνέχεια) για κάθε μία μετατροπή. Κάθε αντιδραστήριο να χρησιμοποιηθεί μόνο μία φορά. Αντιδραστήρια: Tollens, SOCl2, Cl2/CCl4, ΗCN, διάλυμα K2Cr2O7/H2SO4, αιθανολικό διάλυμα KOH, NaCN, μεταλλικό Na, KMnO4/H2SO4, Ε4.35. Οι χημικές μετατροπές που ακολουθούν πραγματοποιούνται σε ένα μόνο στάδιο με κατεργασία των αρχικών ενώσεων με κατάλληλα αντιδραστήρια. i. CH3CH2CN → CH3CH2COOH ii. CH3CH2CHCl2 → CH3C≡CH iii. CH3CH2Cl → HCOOCH2CH3 iv. CH3CH2CH2Cl → CH3CH2CH2ΟCH3 Να γράψετε τις πλήρεις χημικές εξισώσεις όλων των αντιδράσεων με τις οποίες γίνονται οι παραπάνω μετατροπές. Ε4.36. Να συμπληρωθούν οι εξισώσεις: α) αιθένιο + Βr2/CCl4 → β) οξικός αιθυλεστέρας + ΝaOH → γ) αιθανάλη + υδροκυάνιο → δ) ακετυλένιο + 2Η2/Νi → ε) CH3CN + 2Η2/Νi → στ) 2-προπανόλη + SOCl2 → Ποιες από τις εξισώσεις αυτές δεν αντιστοιχούν σε αντιδράσεις προσθήκης; Ε4.37. Να δείξετε με κατάλληλες χημικές εξισώσεις την επίδραση του Η2Ο στις παρακάτω οργανικές ενώσεις. α) μεθυλοπροπένιο β) προπίνιο γ) αιθανικό οξύ δ) μεθυλαμίνη ε) μεθοξείδιο του νατρίου (CH3ONa) στ) μεθανικός μεθυλεστέρας (HCOOCH3) Ε4.38. Σε κάθε μία από 4 φιάλες που ακολουθούν περιέχεται μόνο μία από τις παρακάτω υγρές οργανικές ενώσεις: Α. 1-προπανόλη Β. 2-προπανόλη Γ. προπανόνη Δ. αιθανικός αιθυλεστέρας. Να εξετάσετε πώς μπορούμε να ταυτοποιήσουμε το περιεχόμενο της κάθε φιάλης, αν διαθέτουμε μόνο τα αντιδραστήρια: α) υδατικό διάλυμα Ι2/NaΟΗ και β) μεταλλικό Νa. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] Ε4.39. Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων που ακολουθούν: α) Οξείδωση (COONa)2 από διάλυμα KMnO4 / H2SO4. β) Επίδραση αλκοολικού διαλύματος NaΟΗ σε 2-χλωροβουτάνιο (κύριο προϊόν). Ποιος κανόνας εφαρμόζεται στην περίπτωση αυτή; γ) Κατεργασία προπανόνης με CH3MgCl και υδρόλυση, παρουσία οξέος, του σχηματιζομένου ενδιάμεσου.

303

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Ε4.40. H ένωση Α που ακολουθεί προτείνεται τα τελευταία χρόνια ως νέο εντομοκτόνο.

Παρασκευάζεται σύμφωνα με το διάγραμμα αντιδράσεων που ακολουθεί:

Με βάση τις γνωστές μας αντιδράσεις, να γράψετε τα αντιδραστήρια (1) και (2) που χρησιμοποιήθηκαν στο παραπάνω διάγραμμα για την παρασκευή της ένωσης (Α). Ε4.41. Να συμπληρωθούν οι εξισώσεις που ακολουθούν με τα προϊόντα και τους συντελεστές: α) φαινόλη + ΝaOH → β) οξικό οξύ + 2-προπανόλη → γ) ακετυλένιο + CuCl + NH3 → δ) C6H5CH=CH2 → πολυμερισμός Ε4.42. Να γίνει διάκριση των παρακάτω ζευγών χημικών ενώσεων: α) 1-βουτένιο και βουτάνιο. β) αιθανόλη και διμεθυλαιθέρας. γ) προπανάλη και προπανόνη. δ) μεθανικό οξύ και οξικό οξύ. Να αναφέρετε απλά τα κατάλληλα αντιδραστήρια σε κάθε περίπτωση, καθώς και τα οπτικά αποτελέσματα που παρατηρούνται. Ε4.43. Θεωρείστε την ένωση προπανάλη. α) Πόσους σ και πόσους π δεσμούς διαθέτει; Για τους δύο δεσμούς C−C να αναφερθεί το είδος των τροχιακών που επικαλύπτονται. β) Να γραφούν οι κατάλληλες (πλήρεις) χημικές εξισώσεις της προπανάλης με: i. HCN, ii. H2/Ni, iii. CH3CH2MgCl και στη συνέχεια H2O/H+ στο ενδιάμεσο προϊόν, iv. το αντιδραστήριο Tollens. γ) Πως μπορούμε να διακρίνουμε την προπανάλη από i. την αιθανόλη, ii. το αιθανικό οξύ, iii. την προπανόνη. Να αναφέρετε απλά τον τρόπο, χωρίς να γράψετε χημικές εξισώσεις. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε κάποιο από τα παραπάνω αντιδραστήρια ή και κάποιο της επιλογή σας. Ε4.44. Στο εργαστήριο είναι διαθέσιμα τα αντιδραστήρια: NaCN, H2O, HgSO4, H2SO4 καθώς και φιάλη με αιθίνιο. Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων με τις οποίες μπορούμε να παρασκευάσουμε στο εργαστήριο το 2-υδροξυπροπανικό οξύ μέσω σχηματισμού κυανυδρίνης. Ε4.45. Δίνονται οι οργανικές ενώσεις: Ι. 1-βουτένιο ΙΙ. προπανικό οξύ

304

ΙΙΙ. 2-βουτανόνη ΙV. προπανάλη V. 2-χλωροβουτάνιο VI. προπίνιο VII. 2-βουτανόλη VIII. χλωροαιθάνιο IΧ. προπένιο α) Να γραφούν οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων. β) Ποιες (ή ποια) από τις ενώσεις αυτές: i. Αντιδρά με το αντιδραστήριοTollens; ii. Αφυδατώνεται προς αλκένιο; iii. Αφυδραλογονώνονται προς αλκένιο; iv. Πολυμερίζεται προς πολυπροπένιο; v. Αποχρωματίζει διάλυμα Br2 σε CCl4; vi. Ελευθερώνει αέριο Η2 με κατεργασία με μεταλλικό Na; vii. Διασπά τα ανθρακικά άλατα; γ) Πως μπορούμε να παρασκευάσουμε: i. Από την (VII) την (ΙΙΙ); ii. Από την (Ι) την (V); iii. Από την (ΙΙΙ) την (VIΙ); δ) Ποια ή ποιες από τις ενώσεις Ι - IΧ θα διαλέγατε για να παρασκευάσετε με μία αντίδραση: i. βουτάνιο. ii. 2,2-διχλωροπροπάνιο. ii. 1,1,2,2-τετραβρωμοπροπάνιο. iv. προπανόνη v. 2-προπανόλη. Ε4.46. Με ποιες χημικές αντιδράσεις μπορούμε να μετατρέψουμε την 1η χαρακτηριστική ομάδα στη 2η; α) −ΟΗ σε −Cl β) −CH2OH σε −CHO γ) −Βr σε −OH δ) −CH2OH σε −COOH ε) −OH σε −OCH3 στ) −CHO σε −COOH ζ) −CN σε −COOH η) −Br σε −NH2 θ) −CN σε −CH2NH2 ι) −CH2OH σε κυανυδρίνη Ε4.47. Σε έξι διαφορετικές φιάλες περιέχονται οι υγρές ενώσεις: 1-εξίνιο, 2-βουτενικό οξύ, βουτανάλη, 1-εξένιο, εξάνιο, βουτανικό οξύ. Nα εξετάσετε πως είναι δυνατόν να εξακριβωθεί το περιεχόμενο της κάθε φιάλης, αν τα μοναδικά αντιδραστήρια που είναι διαθέσιμα είναι: i. Διάλυμα Br2 σε CCl4. ii. Αντιδραστήριο Tollens. iii. Υδατικό διάλυμα Na2CO3. iv. CuCl/NH3 Ε4.48. Κορεσμένη οργανική ένωση Α με μοριακό τύπο C5H10O2 υδρολύεται και δίνει ένα οξύ Β και μια αλκοόλη Γ. Η Γ έχει την ίδια σχετική μοριακή μάζα με το οξύ Β. Η οξείδωση της Γ οδηγεί σε χημική ένωση Δ, η οποία αντιδρά με το Na2CO3 και εκλύεται αέριο CO2. Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των ενώσεων Α, Β, Γ, Δ. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2016] Ε4.49. Αφού μελετήσετε την παρακάτω σειρά αντιδράσεων, να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των ενώσεων Α, Β, Γ, Δ και E.

E2 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 7ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

Ε4.50. Η οργανική ένωση (A) που ακολουθεί χρησιμοποιείται ως ηρεμιστικό φάρμακο:

α) Να σημειώσετε το είδος του υβριδισμού που παρουσιάζουν όλα τα άτομα άνθρακα της παραπάνω ένωσης. Τι είδους επικάλυψη εξηγεί το δεσμό C(3) - C(4); β) i. Να γράψετε τον αριθμό mol Βr2 που απαιτεί 1 mol της ένωσης A ώστε να μετατραπεί σε κορεσμένη. ii. Με πλήρη αναγωγή της ένωσης Α με H2 προκύπτει ένωση Β στην οποία ο διπλός και ο τριπλός δεσμός έχουν μετατραπεί σε απλούς ενώ ο δεσμός C−Cl σε C−H. Ποιος είναι ο συντακτικός τύπος της ένωσης Β; γ) Πως μπορεί να προκύψει η ένωση Β με βάση τα αντιδραστήρια Grignard; Να γραφεί η σχετική χημική εξίσωση. Ε4.51. Δίνονται τα ζεύγη των οργανικών ενώσεων 1-5 που ακολουθούν:  1-προπανόλη, 2-προπανόλη,  1-προπανόλη, αιθυλομεθυλαιθέρας,  προπανάλη, προπανόνη,  προπανικό οξύ, μεθανικός αιθυλεστέρας,  1-προπανόλη, 2-μεθυλο-2προπανόλη. Δίνονται επίσης τα αντιδραστήρια Α-Ε: Α. I2/NaOH, Β. αντιδραστήριο Τοllens, Γ. NaHCO3, Δ. ΚΜnO4/H2SO4, Ε. μεταλλικό Na. Πως μπορούμε να διακρίνουμε τα συστατικά κάθε ζεύγους με τα αντιδραστήρια που διαθέτουμε; Να σημειώσετε σε κάθε περίπτωση το ορατό αποτέλεσμα (σχηματισμός αερίου, σχηματισμός ιζήματος ή αλλαγές χρωματισμών) που παρατηρούνται. Ε4.52. Το Tamoxifen είναι ένα γνωστό φάρμακο που χρησιμοποιείται στον καρκίνο του μαστού. Παρασκευάζεται με πρώτη ύλη την ένωση:

Στην ένωση αυτή επιδρούμε αρχικά την ένωση,

και στην ένωση Α που προκύπτει επιδρούμε C6H5MgBr οπότε σχηματίζεται μετά από υδρόλυση η ένωση Β, η οποία στη συνέχεια με αφυδάτωση οδηγεί τελικά στο Tamoxifen. Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των Α και Β και ποιος ο τύπος του Tamoxifen;

Ε4.53. Φιάλη περιέχει μίγμα δύο οργανικών ενώσεων που δεν αντιδρούν μεταξύ τους. Για τη ταυτοποίηση του περιεχομένου των δύο φιαλών εκτελέσαμε μία σειρά από διάφορες δοκιμασίες με τα εξής τρία αντιδραστήρια: KMnO4/H2SO4, I2/NaOH και Νa2CO3. Παρατηρήσαμε ότι το περιεχόμενο της φιάλης δίνει σε όλες τις περιπτώσεις θετικές τις δοκιμασίες με τα παραπάνω αντιδραστήρια. α) Να εξηγήσετε τι σημαίνει ότι το μίγμα της φιάλης έδωσε θετικές τις δοκιμασίες, επισημαίνοντας τις παρατηρούμενες μεταβολές (αλλαγές χρωμάτων, σχηματισμός ιζημάτων ή αερίων) που συμβαίνουν. β) Ποιό από τα παρακάτω μίγματα μπορεί να είναι το περιεχόμενο της φιάλης; Ι. Αιθανάλη και μεθανικό οξύ. ΙΙ. 2-Προπανόλη και προπανόνη. ΙΙΙ. 2-Μεθυλο-2-προπανόλη και 2-βουτανόλη.

IV. Προπανικό οξύ και βουτανόνη.

V. Αιθανικό οξύ και μεθανόλη. γ) Να γράψετε τις πλήρεις χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων που έγιναν στις δοκιμασίες με τα τρία αντιδραστήρια. Ε4.54. Δίνονται οι παρακάτω ενώσεις: Α. αιθανόλη, Β. αιθανάλη, Γ. ακετοφαινόνη (CH3COC6H5), Δ. βενζαλδεΰδη (C6H5CH=O). α) Να προτείνετε ένα αντιδραστήριο/συνθήκες που να δίνει εμφανές αποτέλεσμα (αέριο, ίζημα ή αποχρωματισμό) μόνο με: i. Τις ενώσεις Α, Β και Γ. ii. Τις ενώσεις Β και Δ. ii. Tην ένωση Α. Να γράψετε το εμφανές αποτέλεσμα που δίνει στην κάθε περίπτωση το αντιδραστήριο που προτείνατε. β) Ποια από τις παραπάνω ενώσεις αντιδρά πιο γρήγορα με το ΗCN; Πως από το προϊόν της αντίδρασης αυτής μπορεί να προκύψει γαλακτικό οξύ (2-υδροξυπροπανικό οξύ). Να γραφούν οι χημικές εξισώσεις των σχετικών αντιδράσεων. Ε4.55. Διαθέτουμε μία κορεσμένη οργανική ένωση (Α) του τύπου C4HxO. α) Ποια η τιμή του x αν είναι γνωστό ότι η ένωση Α αντιδρά με το αντιδραστήριο Τollens παράγοντας κάτοπτρο Ag; Ποιοι οι δυνατοί συντακτικοί τύποι της Α; β) Ισομερές (Β) της ένωσης Α δίνει κίτρινο ίζημα με την επίδραση Ι2/NaOH. Ποιος ο συντακτικός τύπος της Β; Να γραφεί η συνολική χημική εξίσωση της σχετικής αντίδρασης. γ) Η ένωση Β αντιδρά με ΗCN και προκύπτει προϊόν προσθήκης Γ. Η Γ υδρολύεται και προκύπτει το οργανικό προϊόν Δ. Ποιοι οι συντακτικοί τύπων των ενώσεων Γ και Δ; Να γραφούν οι σχετικές χημικές εξισώσεις.

305

ΧΗΜΕΙΑ Γ΄ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

ΘΕΜΑ Γ Ε4.56. Εστέρας Α με τύπο C7H14O2 υδρολύεται σε όξινο περιβάλλον, οπότε προκύπτουν δύο ενώσεις με την ίδια σχετική μοριακή μάζα, η κορεσμένη μονοσθενής αλκοόλη Β και το κορεσμένο μονοκαρβοξυλικό οξύ Γ. Η Β μπορεί να αποχρωματίσει το όξινο διάλυμα KΜnO4 παράγοντας την καρβονυλική ένωση Δ, η οποία δεν σχηματίζει κάτοπτρο αργύρου με κατεργασία με το αντιδραστήριο Tollens. α) Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των Α, Β, Γ και Δ; β) Γράψτε τη χημική εξίσωση της επίδρασης ΗCN στη Δ. γ) Πως μπορεί να παρασκευαστεί η Β με τη χρήση αντιδραστηρίων Grignard και κατάλληλων καρβονυλικών ενώσεων; δ) Nα γράψετε δύο διαφορετικές χημικές εξισώσεις, που να φανερώνουν τον όξινο χαρακτήρα της Γ. Ε4.57. Δύο κορεσμένες καρβονυλικές ενώσεις Α και Β έχουν τον ίδιο μοριακό τύπο CνH2νO και σχετική μοριακή μάζα Mr = 72. Η ένωση Α είναι αναγωγικό σώμα. Η ένωση Β δεν παρουσιάζει αναγωγικές ιδιότητες, αλλά δίνει την ιωδοφορμική αντίδραση. Αναγωγή της Α με Η2/Νi δίνει την ένωση Γ, που με επίδραση SOCl2 και στη συνέχεια Mg σε απόλυτο αιθέρα οδηγεί τελικά στο αντιδραστήριο Grignard Δ. Τέλος, η ένωση Β αντιδρά με την ένωση Δ, οπότε μετά από υδρόλυση του σχηματιζόμενου ενδιαμέσου προκύπτει 3,5-διμεθυλο-3-εξανόλη. α) Να δείξετε ότι ο μοριακός τύπος των Α και Β είναι C4H8O, ενώ η Β είναι η 2-βουτανόνη. β) Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των Α, Γ και Δ; γ) Ποσότητα της ένωσης Β μάζας 3,6 g κατεργάζεται με περίσσεια Ι2/ΝaΟΗ. i. Να γράψετε τα στάδια και τη συνολική εξίσωση της αντίδρασης που πραγματοποιείται. ii. Να υπολογίσετε τη μάζα (σε g) του ιζήματος που σχηματίζεται. Ε4.58. Ποσότητα αλκινίου Α υφίσταται προσθήκη νερού παρουσία καταλυτών, οπότε προκύπτει η ένωση Β. Όλη η ποσότητα της Β κατεργάζεται με αλκαλικό διάλυμα ιωδίου παράγοντας 3,94 g κίτρινου ιζήματος. Επίσης, η ίδια ποσότητα του αλκινίου Α οδηγεί με μερική υδρογόνωση στο αντίστοιχο αλκένιο που στη συνέχεια με προσθήκη ΗΒr παράγει την ένωση Γ. Το αντιδραστήριο Grignard της Γ φέρεται προς αντίδραση με ισομοριακή ποσότητα της Β, οπότε μετά από υδρόλυση λαμβάνεται τελικά ένωση Δ. Όλη η ποσότητα της Δ οξειδώνεται με τη βοήθεια διαλύματος KΜnO4 0,1 M, οξινισμένου με Η2SO4. α) i. Να δείξετε ότι το αλκίνιο Α είναι το αιθίνιο. ii. Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των υπολοίπων ενώσεων Β, Γ και Δ; β) Ποιος ο μέγιστος όγκος του διαλύματος KΜnO4 που μπορεί να αποχρωματιστεί από την ποσότητα της ένωσης Δ; Όλες οι αντιδράσεις να θεωρηθούν πλήρεις. Ε4.59. Ακόρεστος υδρογονάνθρακας Α δίνει με πλήρη υδρογόνωση, παρουσία Ni, 2-μεθυλοβουτάνιο, ενώ αν κατεργαστεί με CuCl/NH3 παράγει ίζημα.

306

α) Ποιος ο συντακτικός τύπος του Α; Να γραφεί η εξίσωση της αντίδρασής του με CuCl/NH3. β) Αλκένιο Γ με προσθήκη HCl οδηγεί στο κύριο προϊόν Ε. Επίσης, αλκίνιο Δ με επίδραση μεταλλικού Na παράγει την οργανική ένωση Z. Οι ενώσεις Ε και Ζ αντιδρούν μεταξύ τους παράγοντας την παραπάνω ένωση Α. Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των Γ, Δ, Ε και Ζ; γ) Υδρογονάνθρακας Θ έχει τον ίδιο μοριακό τύπο με τον Α, ενώ όταν πολυμερίζεται, υπό κατάλληλες συνθήκες, παράγει συνθετικό καουτσούκ. i. Ποιος ο συντακτικός τύπος του Θ; ii. Να γραφεί η εξίσωση της αντίδρασης πολυμερισμού. iii. Πόσα Kg συνθετικού καουτσούκ θα παραχθούν από 6,8 Kg του Θ, αν η αντίδραση πολυμερισμού έχει απόδοση 80%; Ε4.60. Παρατηρείστε το διάγραμμα αντιδράσεων που ακολουθεί:

α) Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων ΑH; β) Ποσότητα της ένωσης Α μετατρέπεται πλήρως στη Γ, μέσω σχηματισμού της Β, σύμφωνα με το παραπάνω διάγραμμα. Tο 1/10 της ποσότητας της Γ που σχηματίστηκε διαλύεται σε νερό και το διάλυμα που προκύπτει ογκομετρείται με πρότυπο διάλυμα NaOH 0,1 Μ. Παρατηρείται ότι μέχρι το πέρας της ογκομέτρησης απαιτήθηκαν 25 mL του πρότυπου διαλύματος. i. Να γράψετε την εξίσωση της αντίδρασης που συμβαίνει κατά την ογκομέτρηση. ii. Ποια η μάζα της Γ που ογκομετρήθηκε; iii. Ποια η μάζα της Α που μετατράπηκε στη Γ; Ε4.61. Δείγμα αιθανόλης έχει νοθευτεί με μεθανόλη. Για τον προσδιορισμό της νοθείας εκτελούνται τα πειράματα Ι και ΙΙ που ακολουθούν. Ι. Ποσότητα του δείγματος κατεργάζεται με περίσσεια μεταλλικού Νa, οπότε προκύπτουν 4,48 L αερίου Α σε STP. II. Ίση ποσότητα του παραπάνω δείγματος οξειδώνεται πλήρως με τη βοήθεια διαλύματος KMnO4 οξινισμένου με H2SO4. Παρατηρείται η απελευθέρωση 2,24 L αερίου Β, μετρημένα σε STP. α) Ποια είναι τα αέρια Α και Β; β) Με βάση τις εξισώσεις των αντιδράσεων των δύο αλκοολών με το Na, να υπολογίσετε τη συνολική τους ποσότητα σε mol στην ποσότητα του δείγματος που χρησιμοποιήθηκε. γ) Να γράψετε τις εξισώσεις οξείδωσης των δύο αλκοολών με το διάλυμα KMnO4/H2SO4 και προσδιορίστε το ποσοστό σε %w/w του δείγματος σε νοθεία (CH3OH).

ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 7ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

Ε4.62. Ποσότητα ακετυλενίου χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. Στο 1ο μέρος επιδρούμε ισομοριακή ποσότητα Na και σχηματίζεται ένωση Α. Το 2ο μέρος υδρογονώνεται καταλυτικά προς αλκένιο Β στο οποίο προστίθεται HCl μέχρι πλήρους αντίδρασης οπότε προκύπτει ένωση Γ. Οι ποσότητες των Α και Γ αντιδρούν προς ένωση Δ η οποία με επίδραση μεταλλικού Na παράγει 2,24 L αερίου σε STP. α) Να καθοριστούν οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Α, Β, Γ και Δ. β) Η ποσότητα της Δ που έχει σχηματιστεί αντιδρά με νερό, κάτω από κατάλληλες συνθήκες, οπότε προκύπτει νέα οργανική ένωση Ε. i. Ποιος ο συντακτικός τύπος της Ε; Να γραφεί η σχετική χημική εξίσωση. ii. Να υπολογιστεί η μάζα της Ε που παράγεται. Όλες οι αντιδράσεις να θεωρηθούν πλήρεις. Ε4.63. Αέριο μίγμα προπινίου και ενός αλκενίου (Χ) έχει μάζα 4,8 g και καταλαμβάνει όγκο 2,24 L μετρημένα σε STP. Βρέθηκε επίσης ότι το μίγμα αποχρωματίζει το πολύ 300 mL διαλύματος Br2 0,5 Μ σε CCl4. Nα προσδιοριστεί ο συντακτικός τύπος του αλκενίου Χ. Ε4.64. Ορισμένη ποσότητα κορεσμένης μονοσθενούς αλκοόλης Α χωρίζεται σε τρία ίσα μέρη. Στο 1ο μέρος επιδρά αλκαλικό διάλυμα ιωδίου, οπότε σχηματίζονται 5,91 g κίτρινου ιζήματος. Στο 2ο μέρος επιδρά διάλυμα Η2SO4 σε κατάλληλες συνθήκες και προκύπτει ακόρεστος υδρογονάνθρακας Β ως μοναδικό οργανικό προϊόν. Το 3ο μέρος καίγεται πλήρως και προκύπτουν 1,08 g Η2Ο. α) Να καθοριστούν οι συντακτικοί τύποι των Α και Β, και να υπολογιστεί η μάζα της αρχικής ποσότητας της αλκοόλης Α. β) Ο υδρογονάνθρακας Β πολυμερίζεται πλήρως υπό κατάλληλες συνθήκες. Ποιο το προϊόν πολυμερισμού και ποια η μάζα του; Ε4.65. 2,04 g μίγματος δύο κορεσμένων μονοσθενών αλδεϋδών χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. Το 1ο μέρος κατεργάζεται με περίσσεια αντιδραστηρίου Tollens, οπότε προκύπτουν 4,32 g μεταλλικού Ag. Το 2ο μέρος κατεργάζεται με περίσσεια αλκαλικού διαλύματος I2, οπότε προκύπτουν 3,94 g κίτρινου ιζήματος. Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των δύο αλδεϋδών και ποιες οι ποσότητές τους στο αρχικό μίγμα; Ε4.66. Ποσότητα κορεσμένης μονοσθενούς αλδεΰδης (Α) μάζας 5,8 g αντιδρά πλήρως με C2H5MgBr σε απόλυτο αιθέρα. Μετά από υδρόλυση του σχηματιζόμενου ενδιαμέσου προκύπτει αλκοόλη Β. Όλη η ποσότητα της Β που σχηματίστηκε αντιδρά πλήρως μεταλλικό Na και προκύπτουν 1,12 L αερίου μετρημένα σε STP. Να προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι των Α και Β. Ε4.67. Αλκυλαλοβρωμίδιο (Α) κατεργάζεται με Mg σε άνυδρο αιθέρα και το αντιδραστήριο Grignard που προκύπτει αντιδρά με CΗ3CΗΟ. Το προϊόν της αντίδρασης υδρολύεται και προκύπτει αλκοόλη (Β). Παρατηρήθηκε ότι

3,7 g της Β δίνουν με την επίδραση Ι2/ΝaΟΗ 19,7 g κίτρινου ιζήματος, καθώς και ποσότητα οργανικού άλατος (Γ). Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Α, Β και Γ; Ε4.68. Πρωτοταγής αλκοόλη Α κατεργάζεται με SOCl2 και προκύπτει ένωση Β που στη συνέχεια σχηματίζει το αντίστοιχο αντιδραστήριο Grignard Γ. Επίσης, η ένωση Α αφυδατώνεται παρουσία Η2SO4 σε κατάλληλη θερμοκρασία και προκύπτει ένωση Δ. Η ένωση Δ με επαναπροσθήκη νερού οδηγεί στη δευτεροταγή αλκοόλη Ε η οποία με επίδραση K2Cr2O7/H2SO4 παράγει την οργανική ένωση Ζ. Οι ενώσεις Γ και Ζ φέρονται προς αντίδραση και σχηματίζουν την ενδιάμεση ένωση Η, η οποία με υδρόλυση οδηγεί στην ένωση Θ με μοριακό τύπο C6H14O. α) Να γραφούν οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Η και Θ. β) Η ένωση Θ προκύπτει επίσης και με άλλο συνδυασμό αντιδραστηρίου Grignard και καρβονυλικής ένωσης. Ποιον; Να γραφεί η εξίσωση της σχετικής αντίδρασης. γ) Ισομοριακό μίγμα των παραπάνω ενώσεων Α και Ε χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. Το 1ο μέρος σχηματίζει 6,72 L αερίου (σε STP) όταν κατεργαστεί με μεταλλικό Na. Ποιος ο μέγιστος όγκος διαλύματος K2Cr2O7 1 M οξινισμένου με H2SO4 που απαιτείται για την πλήρη οξείδωση του 2ου μέρους του μίγματος των Α και Ε; Ε4.69. 5,8 g ένωσης Α του τύπο CνH2νO παράγει 14,3 g ιζήματος, όταν αντιδράσει πλήρως με το αντιδραστήριο Fehling. α) Ποιος ο συντακτικός τύπος της Α; β) Πως αντιδρά η Α με HCN; Ποιο το προϊόν της επίδρασης Η2Ο/Η+ στην ένωση που προκύπτει; γ) Πως από την Α μπορεί να προκύψει 3-εξανόλη, μέσω σχηματισμού αντιδραστηρίου Grignard; δ) Ισομερές Β της ένωσης A κατεργάζεται με I2/NaOH παράγοντας κίτρινο ίζημα και οργανικό άλας Γ. Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Β και Γ; Ε4.70. 25,5 g ενός εστέρα Α με μοριακό τύπο C5H10O2 κατεργάζονται με περίσσεια νερού, παρουσία H2SO4, οπότε προκύπτουν δύο νέες οργανικές ενώσεις Β και Γ με την ίδια σχετική μοριακή μάζα. Η ποσότητα της Β αντιδρά με περίσσεια Na2CO3 και ελευθερώνει 2,24 L αερίου (σε STP). Η ποσότητα της ένωσης Γ οξειδώνεται σε κατάλληλες συνθήκες προς καρβονυλική ένωση Δ, η οποία στη συνέχεια ανάγει το αντιδραστήριο Fehling. α) Να προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι των Α, Β, Γ και Δ. β) Να υπολογιστεί η μάζα του ιζήματος που παράγεται κατά την αντίδραση της Δ με το αντιδραστήριο Fehling. γ) Να υπολογιστεί η απόδοση της υδρόλυσης του εστέρα στις Β και Γ. Ε4.71. Υδατικό διάλυμα (Δ) περιέχει μίγμα CH3COOH και ΗCOOH. Για τον προσδιορισμό της περιεκτικότητας του διαλύματος σε CH3COOH εκτελέστηκαν τα παρακάτω δύο πειράματα Ι και ΙΙ.

307

ΧΗΜΕΙΑ Γ΄ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Πείραμα Ι: 25 mL του διαλύματος Δ απαίτησαν για πλήρη αντίδραση 50 mL διαλύματος NaOH 0,2 M. Πείραμα ΙΙ: Άλλα 25 mL του διαλύματος Δ απαίτησαν για πλήρη αντίδραση 15 mL διαλύματος ΚΜnO4 0,2 Μ οξινισμένου με H2SO4. α) Να γράψετε τις εξισώσεις των αντιδράσεων που έγιναν στα πειράματα Ι και ΙΙ. β) Να υπολογίσετε: i. την ποσότητα του HCOOH στα 25 mL του διαλύματος Δ. ii. τη συγκέντρωση του διαλύματος Δ σε CH3COOH. Ε4.72. 6 g κορεσμένης μονοσθενούς αλκοόλης Α οξειδώνονται πλήρως με τη βοήθεια ΚΜnO4 1 Μ οξινισμένου με H2SO4 προς οργανική ένωση Β. Σε ένα άλλο πείραμα 0,3 mol της Α και 0,3 mol της Β φέρονται προς αντίδραση, παρουσία H2SO4, οπότε προκύπτει εστέρας Γ με μοριακό τύπο C6H12O2. Να προσδιοριστούν: α) Ο όγκος του διαλύματος KMnO4 για πλήρη αντίδραση με τα 6 g της Α και β) Ο τύπος και η μάζα του εστέρα Γ που παράχθηκε κατά τη δεύτερη αντίδραση. Η σταθερά ισορροπίας της αντίδρασης της εστεροποίησης είναι: Κc = 4. Ε4.73. Κατά την καύση 7,4 g οργανικής ένωσης Α με Mr = 74, που αποτελείται από C, Η και Ο, παράγονται 17,6 g CO2 και 9 g H2O. α) Ποιος είναι ο μοριακός τύπος της Α; β) Ποιοι είναι οι δυνατοί συντακτικοί τύποι της Α, αν είναι γνωστό ότι αυτή αντιδρά με μεταλλικό Νa; Ποια είναι η ένωση Α, αν δίνεται ότι αυτή παράγει κίτρινο ίζημα, όταν αντιδρά με Ι2/NaOH; γ) Ποιος όγκος διαλύματος KMnO4 0,2 Μ, οξινισμένου με H2SO4, απαιτείται για την οξείδωση 3,7 g της Α; Ε4.74. 3,7 g κορεσμένης οργανικής ένωσης (Α) του τύπου CνH2ν+2O αποχρωματίζουν το πολύ 200 mL διαλύματος KMnO4 0,1 Μ οξινισμένου με Η2SO4. α) Να δείξετε ότι η ένωση Α είναι η 2-βουτανόλη. β) Ποσότητα 2-βουτανόλης κατεργάζεται με SOCl2 και προκύπτει οργανική ένωση Β η οποία στη συνέχεια μετατρέπεται στο αντίστοιχο αντιδραστήριο Grignard Γ. H ένωση Γ αντιδρά με άλλη οργανική ένωση Δ και το ενδιάμεσο προϊόν (Ε) της αντίδρασης υδρολύεται και σχηματίζεται ένωση Ζ με τύπο C6H14O. H ένωση Ζ με επίδραση διαλύματος KMnO4 οξινισμένου με Η2SO4 μετατρέπεται στην ένωση Κ, ενώ η ίδια ένωση (Ζ) με επίδραση Ι 2/ΝaOH παράγει την οργανική ένωση Θ καθώς και κίτρινο ίζημα. Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ και Κ. γ) i. Ποια από τις παραπάνω οργανικές ενώσεις όταν αντιδράσει με CH3CH2Cl οδηγεί στο σχηματισμό εστέρα; ii. Ποια από τις ενώσεις του διαγράμματος δίνει κάτοπτρο Ag με την επίδραση του αντιδραστηρίου Tollens και παράλληλα σχηματίζει α-υδροξυοξύ με την επίδραση ΗCN, ακολουθούμενη από υδρόλυση σε όξινο περιβάλλον; Να γραφούν οι χημικές εξισώσεις των σχετικών αντιδράσεων.

308

Ε4.75. Ποσότητα 1-βουτενίου μάζας 61,6 g υφίστανται προσθήκη Η2Ο, παρουσία οξέος, παράγοντας δύο νέα οργανικά προϊόντα, το Α (σε μεγαλύτερη αναλογία) και το Β. α) Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των Α και Β; Εξηγείστε με βάση γνωστό κανόνα. β) Ποιο από τα προϊόντα Α και Β παράγει κίτρινο ίζημα με κατεργασία με I2/NaOH; Να γραφεί η συνολική εξίσωση της αντίδρασης. γ) Το μίγμα των δύο προϊόντων Α και Β υφίσταται πλήρη οξείδωση με τη βοήθεια όξινου διαλύματος KMnO4 2 Μ. Παρατηρείται ο πλήρης αποχρωματισμός 240 mL του διαλύματος αυτού. i. Nα γραφούν οι εξισώσεις οξείδωσης των Α και Β από το όξινο (με H2SO4) διάλυμα KMnO4. ii. Να υπολογιστεί το ποσοστό μετατροπής του 1-βουτενίου ξεχωριστά στα προϊόντα Α και Β. Ε4.76. Σε καθένα από έξι διαφορετικά δοχεία Α, Β, Γ, Δ, Ε και Ζ περιέχονται μία από τις έξι υγρές οργανικές ενώσεις: μεθανικό οξύ, αιθανικό οξύ, αιθανάλη, αιθανόλη, προπανόνη, αιθανικός αιθυλεστέρας. Για να αναγνωριστεί το περιεχόμενο της κάθε φιάλης πραγματοποιήθηκαν διάφορα πειράματα τα αποτελέσματα των οποίων συνοψίζονται στα εξής συμπεράσματα Ι, ΙΙ και ΙΙΙ: Ι. Τα περιεχόμενα των δοχείων Α, Γ και Ε αποχρωματίζουν διάλυμα KMnO4 οξινισμένο με H2SO4. Μάλιστα, 2,3 g από το περιεχόμενο της φιάλης Ε αποχρωματίζει ακριβώς 40 mL διαλύματος KMnO4 1 M οξινισμένου με H2SO4.

II. Tα περιεχόμενα των δοχείων Β, Γ και Ε παράγουν κίτρινο ίζημα με κατεργασία με I2/NaOH. ΙΙΙ. Tα περιεχόμενα των δοχείων Α και Δ ελευθερώνουν αέριο μετά από κατεργασία με ΝaHCO3. α) Με βάση τα παραπάνω συμπεράσματα να εξηγήσετε γιατί στη φιάλη Α βρίσκεται το μεθανικό οξύ. β) Με βάση κατάλληλους στοιχειομετρικούς υπολογισμούς να εξηγήσετε γιατί στη φιάλη Ε βρίσκεται η αιθανόλη. γ) Ποιες ενώσεις περιέχονται στις υπόλοιπες φιάλες Β, Γ, Δ και Ζ; δ) Δύο από τις έξι ουσίες αντιδρούν μεταξύ τους, παρουσία H2SO4, και παράγουν μία άλλη από τις παραπάνω; Να γραφεί η σχετική χημική εξίσωση. Ε4.77. Αέριο μίγμα που αποτελείται από ισομοριακές ποσότητες ενός αλκανίου, ενός αλκενίου και ενός αλκινίου υποβάλλεται στις ακόλουθες διεργασίες: Ι. Το μίγμα διέρχεται αρχικά από περίσσεια διαλύματος CuCl/ΝΗ3 και προκύπτει ίζημα του τύπου CνH2ν‒3Cu μάζας 0,1025 g. ΙΙ. Το μίγμα που φεύγει από την πρώτη κατεργασία διοχετεύεται σε περίσσεια διαλύματος Br2 σε CCl4 και προκύπτουν 0,202 g ελαιώδους υγρού με Μr = 202. ΙΙΙ. Το αέριο που διαφεύγει τελικά απαιτεί για την πλήρη καύση διπλάσιο όγκο Ο2 μετρημένος στις ίδιες συνθήκες. α) Ποιος ο όγκος του αρχικού αέριου μίγματος σε STP; β) Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των 3 υδρογονανθράκων;

ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 7ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

Ε4.78. Κατά την αντίδραση 9,2 g αλκοόλης Α (CνH2ν+2Ο) με SOCl2 προκύπτει μίγμα αερίων όγκου 8,96 L σε STP. α) Ποιος ο συντακτικός τύπος της αλκοόλης; Να γραφούν οι χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων της αλκοόλης αυτής με: i. Na, ii. CH3COOH, iii. H2SO4/170oC. β) 69 g της ένωσης A οξειδώνεται μερικά, σχηματίζοντας υγρό μείγμα που περιέχει δύο διαφορετικά οργανικά προϊόντα Β και Γ, καθώς και ποσότητα της Α, που δεν έχει οξειδωθεί. Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των Β και Γ; γ) Το 1/10 του υγρού μείγματος αντιδρά με αντιδραστήριο Fehling και σχηματίζονται 12,87 g κεραμέρυθρου ιζήματος. Άλλο 1/10 του μείγματος απαιτεί για πλήρη εξουδετέρωση 30 mL διαλύματος NaOH 1 Μ. Ποια η απόδοση της οξείδωσης (ξεχωριστά) στα προϊόντα Β και Γ; Ε4.79. 1,44 g ισομοριακού μείγματος δύο ισομερών καρβονυλικών ενώσεων Α και Β του τύπου C4H8O κατεργάζεται με αντιδραστήριο Tollens και προκύπτουν 4,32 g κατόπτρου Ag. α) Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των Α και Β; β) Ένωση Γ είναι ισομερής με τις ενώσεις Α και Β και αντιδρά με τα αντιδραστήρια: 1. Η2/Νi, 2. I2/NaOH, 3.

HCN και στη συνέχεια με Η2Ο/Η+. i. Ποιος ο συντακτικός τύπος της Γ; ii. Να γραφούν οι χημικές εξισώσεις των παραπάνω αντιδράσεων. Ε4.80. Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ, Λ, Μ, Ν των χημικών αντιδράσεων του παρακάτω σχήματος. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2016]

Ε4.81. Ομογενές μίγμα αποτελείται από τρία συστατικά, τη 2-προπανόλη, μία άλλη αλκοόλη του τύπου CνH2ν+1OΗ και μία κετόνη του τύπου CμΗ2μΟ. Το μίγμα έχει μάζα 30 g και χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. Το 1o μέρος αποχρωματίζει ακριβώς 320 mL διαλύματος KMnO4 0,5 M οξινισμένου με H2SO4 και ταυτόχρονα παρατηρείται έκλυση αερίου όγκου 2,24 L, μετρημένα σε STP, το οποίο παράγει λευκό ίζημα με τη διοχέτευσή του σε διάλυμα Ca(OH)2. Το 2o μέρος κατεργάζεται με Ι2/ΝaΟΗ και προκύπτει ίζημα μάζας 78,8 g. Nα προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι της αλκοόλης και της κετόνης. Όλες οι αντιδράσεις να θεωρηθούν πλήρεις και μονόδρομες.

Ε4.82. Ποσότητα ισομοριακού μίγματος (Μ) δύο αλκοολών του τύπου C4H10O χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. Το πρώτο μέρος αντιδρά με την απαιτούμενη ποσότητα μεταλλικού Na και προκύπτουν 1,12 L αερίου (σε stp). Το δεύτερο μέρος αποχρωματίζει το πολύ 200 mL διαλύματος KMnO4 0,1 Μ οξινισμένου με Η2SO4. α) Να υπολογιστούν οι μάζες των δύο αλκοολών στο αρχικό μίγμα (Μ). β) Να προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι των δύο αλκοολών. γ) Με αφετηρία τις αλκοόλες του μείγματος να γράψετε τις κατάλληλες χημικές εξισώσεις με τις οποίες να προκύπτει: i. μεθυλοπροπένιο, ii. προπανικό νάτριο. Ε4.83. Ποσότητα μίγματος δύο διαφορετικών οξέων του τύπου CνH2ν+1COOH (ν ≥ 0) μάζας 10,6 g χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. Το 1ο μέρος αντιδρά με την απαιτούμενη ποσότητα Na2CO3 ελευθερώνοντας 1,12 L αερίου (σε STP). Το 2ο μέρος αποχρωματίζει το πολύ 200 mL διαλύματος KMnO4 0,1 Μ οξινισμένου με Η2SO4. Να προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι των δύο οξέων, καθώς και οι μάζες τους στο αρχικό μίγμα. Ε4.84. Οργανική ένωση Α του τύπου C3H8O οξειδώνεται προς ένωση Β με την επίδραση διαλύματος Κ2Cr2O7 παρουσία Η2SO4. Ποσότητα της Β αντιδρά με το αντιδραστήριο Tollens παράγοντας κάτοπτρο Ag. Άλλη ποσότητα της Β αντιδρά με HCN και δίνει την οργανική ένωση Γ, η οποία στη συνέχεια υδρολύεται παρουσία οξέος και παράγει την οργανική ένωση Δ. α) Να προσδιορίσετε τους συντακτικούς τύπους των ενώσεων Α, Β, Γ και Δ και να γράψετε τις πλήρεις χημικές εξισώσεις των παραπάνω αντιδράσεων. β) 24 g της ένωσης Α αντιδρούν πλήρως με SOCl2. Να γράψετε την εξίσωση της αντίδρασης και να υπολογίσετε τον όγκο σε STP του αερίου που προκύπτει. Ε4.85. 14,5 g εστέρα Χ υδρολύονται με απόδοση 80% σχηματίζοντας κορεσμένο μονοκαρβοξυλικό οξύ Α και κορεσμένη μονοσθενή αλκοόλη Β. Η ποσότητα του παραγόμενου οξέος Α σχηματίζει διάλυμα (Δ) 200 mL με pH = 2,5. α) Να προσδιοριστεί η συγκέντρωση του διαλύματος Δ. β) Να προσδιοριστεί ο τύπος του εστέρα Χ αν είναι γνωστό ότι το οξύ Α προκύπτει από την αλκοόλη Β με οξείδωση. γ) Να εξεταστεί αν η ποσότητα της Β που παράγεται από την υδρόλυση μπορεί ή όχι να αποχρωματίσει 600 mL διαλύματος ΚΜnO4 0,4 M οξινισμένου με Η2SO4. Στην περίπτωση του διαλύματος του οξέος Α ισχύουν οι κατάλληλες προσεγγίσεις. Για το οξύ Α: Ka = 2·10−5. Ε4.86. Ποσότητα αλκυλοβρωμίδιου Α χωρίζεται σε δύο ίσα μέση. Το πρώτο μέρος κατεργάζεται με υδατικό διάλυμα ΝaOH και μετατρέπεται πλήρως στην οργανική ένωση Β. Το δεύτερο μέρος αντιδρά με Mg σε απόλυτο αιθέρα και το προϊόν κατεργάζεται με καρβονυλική ένωση Γ. Το ενδιάμεσο προϊόν υδρολύεται παράγοντας την

309

ΧΗΜΕΙΑ Γ΄ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

κορεσμένη μονοσθενή αλκοόλη Δ. Παρατηρήθηκε ότι η ποσότητα της Δ που σχηματίστηκε αποχρωματίζει πλήρως 120 mL όξινου διαλύματος KMnO4 0,2 Μ. Το προϊόν Ε της οξείδωσης παραλαμβάνεται και αναμιγνύεται με όλη την ποσότητα της ένωσης Β, οπότε σχηματίστηκαν 2,04 g ενός εστέρα Ζ με απόδοση α = 2/3. Όλες οι αντιδράσεις, εκτός από την τελευταία, να θεωρηθούν πλήρεις και μονόδρομες. α) Να εξηγήσετε γιατί η Δ είναι πρωτοταγής αλκοόλη, ενώ η Γ είναι η φορμαλδεΰδη. β) Να υπολογίσετε τον αρχικό αριθμό moles του Α. γ) Να προσδιορίσετε τους συντακτικούς τύπους και των υπολοίπων οργανικών ενώσεων που αναφέρονται. Ε4.87. Δίνονται οι παρακάτω αντιδράσεις:

Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Η, Θ, Ι, Κ, Λ, Μ και CνH2νO2. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2016] Ε4.88. Για τον άκυκλο ακόρεστο υδρογονάνθρακα Α δίνονται οι πληροφορίες που ακολουθούν. Ι. Κατά την αντίδραση 3,4 g του Α με περίσσεια Br2 σε CCl4 σχηματίζονται 0,05 mol προϊόντος Β. ΙΙ. Κατά την τέλεια καύση 3,4 g του Α σχηματίζονται 5,6 L CO2 (σε STP). ΙΙΙ. Με προσθήκη νερού στην ένωση Α υπό κατάλληλες συνθήκες σχηματίζεται ισομοριακό μίγμα δύο κορεσμένων κετονών Γ και Δ, εκ των οποίων η Γ αντιδρά με Cl2/NaOH παράγοντας CHCl3 και οργανικό άλας Ε. α) Με βάση τις πληροφορίες Ι και ΙΙ να δείξετε ότι ο μοριακός τύπος του υδρογονάνθρακα είναι C5H8. β) Με βάση και την πληροφορία ΙΙΙ να προσδιορίσετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ και Ε. γ) Στην ένωση Δ επιδρούμε ΗCN και στην συνέχεια υδρολύουμε το παραγόμενο προϊόν παρουσία οξέος. Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις των σχετικών αντιδράσεων. Ε4.89. Οργανική ένωση Α έχει μοριακό τύπο C5H12O και διαπιστώθηκε ότι: Ι. Αντιδρά με νάτριο (Na) και εκλύεται Η2.

310

ΙΙ. Με πλήρη οξείδωσή της από όξινο διάλυμα ΚΜnO4 δίνει ως προϊόν ένωση Β με μοριακό τύπο C5H10O. ΙΙΙ. H ένωση Β με επίδραση Ι2NaOH δεν σχηματίζει κίτρινο ίζημα. α) Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α και Β. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. β) Να σχηματίσετε την ένωση Α χρησιμοποιώντας την κατάλληλη καρβονυλική ένωση και το κατάλληλο αντιδραστήριο Grignard, γράφοντας τις χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων. γ) Να γράψετε την εξίσωση της αντίδρασης της Α από το διάλυμα KMnO4/H2SO4. Ποιος όγκος διαλύματος KMnO4 0,2 Μ απαιτείται για την οξείδωση 22 g της Α; [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] Ε4.90. Σε 3 δοχεία Α, Β, και Γ περιέχονται τρεις διαφορετικές ισομερείς αλκοόλες με μοριακό τύπο C4H9OH. Για την ταυτοποίηση του περιεχομένου στα 3 δοχεία εκτελέστηκαν κατάλληλα πειράματα, με βάση τα οποία παράχθηκαν τα παρακάτω συμπεράσματα Ι, ΙΙ και ΙΙΙ: Ι. Ποσότητα από το περιεχόμενο του δοχείου Α αντιδρά με Ι2/ΝaOΗ παράγοντας κίτρινο ίζημα. ΙΙ. Ίση μάζα από το περιεχόμενο του δοχείου Β αποχρωματίζει το πολύ 80 mL διαλύματος KΜnO4 0,1 Μ, οξινισμένου με H2SO4. ΙΙΙ. Το περιεχόμενο του δοχείου Γ δεν αποχρωματίζει το ίδιο διάλυμα. α) Ποιοι οι δυνατοί συντακτικοί τύποι των περιεχομένων στα τρία δοχεία; β) Να προσδιοριστεί η μάζα του περιεχομένου του δοχείου Β που οξειδώθηκε. γ) Να γραφεί η εξίσωση της αντίδρασης του περιεχομένου του δοχείου Α με το Ι2/ΝaOH και να υπολογιστεί η μάζα του ιζήματος που σχηματίστηκε. Για τη διευκρίνιση της δομής της ένωσης στο δοχείο Β εκτελέστηκαν επιπλέον και τα εξής πειράματα ΙV και V: IV. Ποσότητα της ένωσης που περιέχεται στο δοχείο Β αφυδατώνεται κατάλληλα, οπότε σχηματίζεται αλκένιο Δ.

V. Η ένωση Δ υφίσταται προσθήκη νερού, σε κατάλληλες συνθήκες, οπότε λαμβάνεται ως κύριο προϊόν η ένωση που υπάρχει στο δοχείο Γ, καθώς και μικρή ποσότητα από την αλκοόλη που περιέχεται στο δοχείο Β. δ) i. Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Β και Δ; Να αιτιολογήσετε τις απαντήσεις σας. ii. Να εξηγήσετε με βάση γνωστό κανόνα γιατί προτιμάται ο σχηματισμός της ένωσης Γ, έναντι της Β στο πείραμα V. Ε4.91. 3,36 L αερίου μίγματος δύο αλκινίων του τύπου CνH2ν+1C≡CH (ν ≥ 0), αντιδρούν με περίσσεια Na και προκύπτουν 2,24 L αερίου σε STP. Ίδια ποσότητα του αρχικού μίγματος διαβιβάζεται πλήρως σε διάλυμα Br2 σε CCl4 περιεκτικότητας 10% w/v, οπότε η μάζα του διαλύματος αυξάνεται κατά 5,3 g. α) Nα προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι των δύο αλκινίων. β) Ποιος ο μέγιστος όγκος του διαλύματος Br2 που μπορεί να αποχρωματιστεί με τη διοχέτευση του μίγματος των αλκινίων;

ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 7ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

Ε4.92. Ένωση Χ έχει τύπο C4H10O. Για την ένωση Χ είναι γνωστά τα εξής: Ι. Σε φιάλη που περιέχει την ένωση Χ προσθέτουμε μεταλλικό Na και παρατηρείται η ελευθέρωση αερίου. Στο διάλυμα που προκύπτει προσθέτουμε ποσότητα νερού και σταγόνες δείκτη φαινολοφθαλεΐνης. Το διάλυμα γίνεται κόκκινο, γεγονός που φανερώνει ότι είναι βασικό. ΙΙ. Η ένωση Χ δίνει ίζημα όταν κατεργαστεί με Ι 2/ΝaΟΗ. α) Ποιος ο συντακτικός τύπος της ένωσης Χ; β) Να εξηγήσετε γιατί το διάλυμα που προκύπτει μετά την προσθήκη του μεταλλικού νατρίου και τη διάλυση σε νερό έχει ισχυρά βασικό χαρακτήρα. γ) Η ένωση Χ οξειδώνεται με επίδραση Κ2Cr2O7/H2SO4 και προκύπτει οργανική ένωση Α. Η Α κατεργάζεται με HCN και το προϊόν Β υδρολύεται. i. Ποιος ο συντακτικός τύπος του τελικού οργανικού προϊόντος Γ; ii. Ποιος όγκος διαλύματος Κ2Cr2O7 0,1 Μ/H2SO4, απαιτείται για την πλήρη οξείδωση 0,03 mol της Χ; δ) Η Χ κατεργάζεται με SOCl2 και το οργανικό προϊόν Δ της αντίδρασης αντιδρά: i. με CH3COONa, ii. με CH3ONa. Nα γράψετε τις σχετικές χημικές εξισώσεις. ε) Η ένωση Χ αφυδατώνεται κατάλληλα προς 2 ισομερείς ενώσεις με τύπο C4H8. Ποια από τις 2 ενώσεις σχηματίζεται σε μεγαλύτερο ποσοστό; Εξηγείστε. Ε4.93. Να προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε με βάση τις παρακάτω πληροφορίες: Η Α είναι άκυκλη κορεσμένη ένωση με τύπο C8H16O2.

C8H16O2 + H2O → B + Γ Γ + ΝaHCO3 → Δ + CO2 + … Μr(B) = Mr(Γ) + 14 B + KMnO4 + H2SO4 → E(καρβονυλική ένωση) + … Η ένωση Ε δεν αντιδρά με αντιδραστήριο Fehling.

H ένωση Β δεν αντιδρά με διάλυμα Ι2 και NaOH. [Π.Μ.Δ.Χ.] Ε4.94. Για την πλήρη αντίδραση 6,5 g ενός αλκινίου Α απαιτούνται 11,2 L αερίου ΗCl (σε STP). α) Να προσδιορίσετε το συντακτικό τύπο του αλκινίου Α. β) Ποσότητα x mol του αλκινίου Α με προσθήκη Η2/Ni) μετατρέπεται στο αλκένιο Β το οποίο με προσθήκη ΗCl δίνει την οργανική ένωση Γ. Με επίδραση διαλύματος ΚCN στη Γ προκύπτει η οργανική ένωση ∆. Με όξινη υδρόλυση (με περίσσεια νερού) της ∆ προκύπτει τελικά οργανική ένωση Ε. Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των ενώσεων Β, Γ, ∆ και Ε. Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις των παραπάνω αντιδράσεων. γ) Η ένωση Ε είναι κορεσμένο μονοκαρβοξυλικό οξύ το οποίο αντιδρά πλήρως με την απαιτούμενη ποσότητα ΝaOH και μετατρέπεται ποσοτικά στο αντίστοιχο άλας. Το άλας διαλύεται σε νερό στους 25οC δίνοντας τελικά 200 mL υδατικού διαλύματος με τιμή pH = 9. Να βρεθεί η ποσότητα x των mol του αλκινίου Α. Δίνονται: Ka(E) = 5·10−5, Κw = 10−14, θ=25οC. Όλες οι παραπάνω αντιδράσεις πρακτικά θεωρούνται μονόδρομες

και ποσοτικές. Οι γνωστές προσεγγίσεις επιτρέπονται από τα δεδομένα του προβλήματος. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] Ε4.95. Η επικοινωνία μεταξύ των εντόμων γίνεται βασικά με τη βοήθεια χημικών ουσιών που αποκαλούνται φερομόνες. Μερικές από αυτές δείχνουν την ύπαρξη κινδύνου σε άλλα έντομα (φερομόνες κινδύνου). Το μόριο Α που ακολουθεί λειτουργεί ως φερομόνη κινδύνου της κοινής μέλισσας και οδηγεί τα έντομα σε επιθετική συμπεριφορά:

α) i. Σε ποια ομόλογη σειρά οργανικών ενώσεων ανήκει η ένωση Α; ii. Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους του καρβοξυλικού οξέος και της αλκοόλης που οδηγούν στη σύνθεση της Α καθώς και τη σχετική χημική εξίσωση. β) 0,5 mol του καρβοξυλικού οξέος και 0,5 mol της αλκοόλης αντιδρούν σχηματίζοντας την ένωση Α. Μετά από ορισμένο χρονικό διάστημα, για τον προσδιορισμό του οξέος που δεν έχει αντιδράσει, εκτελούμε την εξής διαδικασία: Στη φιάλη της αντίδρασης προστίθεται ποσότητα νερού μέχρι τελικού όγκου 100 mL. 5 mL από το διάλυμα αυτό ογκομετρείται με πρότυπο διάλυμα ΝaOH 1 M οπότε παρατηρείται ότι μέχρι το ισοδύναμο σημείο απαιτούνται 10 mL από το πρότυπο διάλυμα. Ποια η απόδοση της αντίδρασης σχηματισμού της Α; γ) Η παραπάνω ένωση Α συμμετέχει στο διάγραμμα αντιδράσεων που ακολουθεί:

Να γραφούν οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων: Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ, Κ, Λ, Μ και Ξ. δ) Να θεωρήσετε 4,4 g της ένωσης Λ και να υπολογίσετε: i. Την ποσότητα ιζήματος (σε g) που προκύπτουν με την επίδραση I2/NaOH. ii. Το μέγιστο όγκο διαλύματος KMnO4 0,1 Μ οξινισμένου με H2SO4 που μπορεί να αποχρωματιστεί από την παραπάνω ποσότητα της ένωσης Λ. Ε4.96. Ισομοριακό μίγμα δύο αλκινίων Χ και Υ έχει μάζα 12,2 g και αποχρωματίζει ακριβώς 400 mL διαλύματος Βr2 σε CCl4 συγκέντρωσης 1 Μ. Αν είναι επίσης γνωστό ότι κανένα από τα δύο αλκίνια δεν δίνει ίζημα με κατεργασία με αμμωνιακό διάλυμα CuCl και ότι το αλκίνιο Χ έχει μοριακό τύπο C4H6, να προσδιορίσετε τους συντακτικούς τύπους των δύο αλκινίων.

311

ΧΗΜΕΙΑ Γ΄ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Ε4.97. Δίνεται το διάγραμμα των οργανικών αντιδράσεων που ακολουθεί:

β) Να γράψετε τη χημική εξίσωση της αντίδρασης μεταξύ της ένωσης Β και του NaHCO3. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] Ε4.99. Δίνεται το παρακάτω διάγραμμα χημικών μετατροπών:

α) Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Η, Θ, Κ και Λ. β) Να γράψετε τις πλήρεις χημικές εξισώσεις για τις μετατροπές: i. της Γ στην Δ, ii. της Ε στην Μ, iii. της Κ στην Λ (στάδια και συνολική εξίσωση). γ) Να δώσετε τρεις τρόπους για τη διάκριση της ένωσης Κ από ισομερή της ένωση του τύπου: CH3CH2OCH2CH3. δ) Ισομοριακό μίγμα της ένωσης Ε και μίας άλλης καρβονυλικής ένωσης (Χ) του τύπου C3H6O έχει συνολική μάζα 10,2 g. Το μίγμα παράγει 78,8 g ιζήματος με κατεργασία με Ι2/ΝaOH. Ίση ποσότητα του παραπάνω μίγματος αντιδρά πλήρως με το αντιδραστήριο Fehling. Ποια ποσότητα ιζήματος θα σχηματιστεί από την αντίδραση αυτή;;

Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α, B, Γ, ∆, Ε, Ζ, Θ, Κ και Λ. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] Ε4.100. Δίνεται το παρακάτω διάγραμμα χημικών μετατροπών:

Ε4.98. Δίνεται το παρακάτω διάγραμμα χημικών μετατροπών:

α) Αν είναι επίσης γνωστό ότι η ένωση Γ δίνει κίτρινο ίζημα με την επίδραση Ι2/NaOH, να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α, B, Γ, ∆, Ε, Ζ, Θ και Κ. β) Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις των μετατροπών: i. της Γ στην Ζ και ii. της Γ στην Δ. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] α) Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, ∆, Ε και Ζ.

312

ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 7ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

Ε4.101. Το αλκυλοχλωρίδιο Α συμμετέχει στο διάγραμμα αντιδράσεων που ακολουθεί:

Ε4.103. Δίνεται το διάγραμμα οργανικών αντιδράσεων που ακολουθεί:

α) Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ και Η; β) 3,06 g εστέρα (Θ) του τύπου C5H10O2 κατεργάζεται με ισομοριακή ποσότητα νερού παράγοντας δύο οργανικά προϊόντα Κ και Λ με την ίδια σχετική μοριακή μάζα. Όλη η παραγόμενη ποσότητα της Λ κατεργάζεται με την απαιτούμενη ποσότητα I2/NaOH και προκύπτουν 3,94 g κίτρινου ιζήματος. i. Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των Θ, Κ και Λ; ii. Ποια η απόδοση της υδρόλυσης του εστέρα;

α) Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων που αντιστοιχούν στα γράμματα Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ, Κ, Λ και Μ. β) Ισομοριακό μίγμα της παραπάνω ένωσης Ε, μιας άλλης ένωσης Ν ισομερούς με την Ε και μιας τρίτης ένωσης Ξ με μοριακό τύπο C5H12O, έχει συνολική μάζα 47,2 g. Το μίγμα χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. Το 1ο μέρος κατεργάζεται με την απαιτούμενη ποσότητα μεταλλικού Na και προκύπτουν 3,36 L αερίου Η2 (σε STP). To 2o μέρος αποχρωματίζει το πολύ 40 mL διαλύματος KMnO4 1 Μ οξινισμένου με H2SO4. Να προσδιορίσετε τους συντακτικούς τύπους των ενώσεων Ν και Ξ.

Ε4.102. Δίνεται το παρακάτω διάγραμμα χημικών μετατροπών:

α) Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α, B, Γ, ∆, Ε, Ζ, Θ, Κ και Λ. β) Ποιες από τις οργανικές ενώσεις B, Λ, Z έχουν, κατά Brönsted - Lowry, ιδιότητες οξέων και ποιες έχουν ιδιότητες βάσεων; [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] γ) 0,22 mol του παραπάνω αλκενίου Α υφίσταται πλήρη προσθήκη Η2Ο και προκύπτει μίγμα δύο προϊόντων Β (κύριο προϊόν) και Μ. Βρέθηκε ότι το μίγμα αποχρωματίζει ακριβώς 480 mL διαλύματος ΚΜnO4 0,2 M οξινισμένου με H2SO4. Nα προσδιοριστούν τα mol tων δύο προϊόντων Β και Μ και να δικαιολογηθεί η σχετική τους αναλογία με βάση γνωστό κανόνα.

Ε4.104. 7,4 g κορεσμένης μονοσθενούς αλκοόλης Χ κατεργάζονται με την κατάλληλη ποσότητα Na και προκύπτει ένωση Υ, καθώς και 1,12 L αερίου σε STP. α) Nα δείξετε ότι η αλκοόλη Χ έχει τύπο C4H10O. β) Άλλα 7,4 g της αλκοόλης Χ απαιτεί για πλήρη οξείδωση όλης της ποσότητάς της 200 mL διαλύματος KMnO4 0,2 M, οξινισμένου με Η2SO4. Με βάση και το δεδομένο αυτό δείξτε ότι η αλκοόλη Χ είναι η 2-βουτανόλη. γ) Η 2-βουτανόλη μπορεί να συντεθεί από το αλκίνιο Α με βάση το εξής διάγραμμα αντιδράσεων:

Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε και Ζ; δ) Να γράψετε την εξίσωση της αντίδρασης της ένωσης Υ με την ένωση Δ. Σε ποια κατηγορία (ομόλογη σειρά) ανήκει η ένωση που προκύπτει; ε) Να γράψετε τις πλήρεις χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων της 2-βουτανόλης με: i. CH3COOH, παρουσία Η2SΟ4 και με ii. I2/NaOH (όλα τα στάδια και συνολική εξίσωση).

313

ΧΗΜΕΙΑ Γ΄ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Ε4.105. Δίνονται οι παρακάτω οργανικές αντιδράσεις.

Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Η, Θ, Ι, Κ και Λ, οι οποίες αποτελούν τα κύρια προϊόντα των αντιδράσεων. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2016] Ε4.106. 4,62 g προπενίου υφίστανται πλήρη προσθήκη νερού σε κατάλληλες συνθήκες και προκύπτουν δύο προϊόντα Α και Β (το Α σε μεγαλύτερη αναλογία). α) i. Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των Α και Β; Να εξηγήσετε την απάντησή σας. ii. To προπένιο πολυμερίζεται υπό κατάλληλες συνθήκες προς πολυπροπυλένιο (PP). Να γραφεί η χημική εξίσωση του πολυμερισμού. β) Η ένωση Α συμμετέχει στο διάγραμμα αντιδράσεων που ακολουθεί:

i. Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ, Κ και Λ; ii. Πως από την ένωση Θ μπορούμε να παρασκευάσουμε την αντίστοιχη κυανυδρίνη; Ποιο το προϊόν της επίδρασης Η2Ο/Η+ στην κυανυδρίνη αυτή; γ) Όλη η ποσότητα του μίγματος των δύο ενώσεων Α και Β που παράχθηκε από την προσθήκη νερού στα 4,62 g προπενίου αποχρωματίζει ακριβώς 240 mL διαλύματος KMnO4 0,2 Μ οξινισμένου με H2SO4. i. Να γράψετε τις εξισώσεις οξείδωσης των Α και Β από το KMnO4/H2SO4. ii. Να υπολογίσετε το ποσοστό μετατροπής του προπενίου στα προϊόντα Α και Β.

314

Ε4.107. Κορεσμένη μονοσθενής αλκοόλη (Π), μάζας 12 g, αντιδρά πλήρως με 80 mL διαλύματος ΚΜnO4 2 M, παρουσία H2SO4, και παράγεται οργανική ένωση (Σ). Όλη η ποσότητα της (Σ) αντιδρά με περίσσεια Na2CO3 και εκλύεται αέριο (Τ). Η ένωση (Φ), που είναι ισομερής με την (Π), αντιδρά πλήρως με διάλυμα Ι2/NaOH και παράγονται 39,4 g κίτρινου στερεού. α) Να γραφούν οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Π, Σ, Φ και ο μοριακός τύπος του Τ. β) Να γραφούν οι χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων που πραγματοποιούνται. γ) Να υπολογιστεί ο όγκος σε L του αερίου (Τ) που εκλύεται σε STP και η μάζα σε g της ένωσης (Φ) που αντέδρασε. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2016] Ε4.108. Ομογενές μίγμα μεθανόλης και κορεσμένης ένωσης με μοριακό τύπο C3H6O χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. Το 1ο μέρος αντιδρά πλήρως με SOCl2 και παράγονται 2,24 L ανόργανων αερίων μετρημένα σε STP. Το 2ο μέρος αντιδρά πλήρως με 550 mL διαλύματος KMnO4 0,2 M, παρουσία H2SO4. Να προσδιοριστούν: α) Ο συντακτικός τύπος της C3H6O, και β) Η σύσταση του αρχικού μίγματος σε mol. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2016] Ε4.109. Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ, Κ, Μ, Ν, Ξ των χημικών αντιδράσεων του παρακάτω διαγράμματος. Δίνεται ότι η ένωση Α είναι αλκένιο που έχει 11 σ και ένα 1 π δεσμούς στο μόριό του. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2016]

Ε4.110. Μίγμα δύο κορεσμένων μονοκαρβοξυλικών οξέων έχει μάζα 12 g και χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. Το 1ο μέρος απαιτεί για την εξουδετέρωση 200 mL διαλύματος NaOH 0,5 M. To 2o μέρος αποχρωματίζει ακριβώς 200 mL διαλύματος ΚΜnO4 0,1 Μ οξινισμένου με H2SO4. Nα προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι των δύο οξέων.

ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 7ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

Ε4.111. Δίνονται τα παρακάτω διαγράμματα οργανικών αντιδράσεων 1 και 2:

β) Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις των εξής αντιδράσεων: i. της Β με το αντιδραστήριο Fehling, ii. της Γ με I2/NaOH, iii. της Ε με το αντιδραστήριο Tollens και iv. της Γ με K2Cr2O7/H2SO4 προς ένωση Δ. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ] Ε4.113. Με βάση το διάγραμμα χημικών μετατροπών που ακολουθεί να απαντήστε στις ερωτήσεις που ακολουθούν.

α) Με βάση το διάγραμμα 1 να προσδιορίσετε το συντακτικό τύπο της ένωσης L. Να δικαιολογήστε την απάντησή σας. β) Με βάση το διάγραμμα 2 να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των ενώσεων Α, Β, C, D, E, F και Ζ. γ) Να γράψετε τις εξισώσεις για τις εξής αντιδράσεις: i. Επίδραση CuCl/NH3 στην ένωση Ζ. ii. Επίδραση KMnO4/H2SO4 στην ένωση D. iii. Επίδραση Ι2/NaOH στην ένωση G. iv. Επίδραση CH3COOH στην ένωση Κ. v. Επίδραση H2O στην ένωση C. δ) Ισομοριακό μίγμα των ενώσεων Α και Ε έχει μάζα 13,8 g. Το μίγμα προστίθεται σε διάλυμα Βr2 σε CCl4 συγκέντρωσης 1 Μ και όγκου 300 mL. Nα εξετάσετε αν θα γίνει ή όχι αποχρωματισμός του διαλύματος. Ε4.112. Σε πέντε φιάλες περιέχονται 5 άκυκλες οργανικές ενώσεις Α, Β, Γ, Δ, Ε, από τις οποίες δύο είναι κορεσμένα μονοκαρβοξυλικά οξέα, δύο είναι κορεσμένες μονοσθενείς αλδεΰδες και μία είναι κορεσμένη μονοσθενής αλκοόλη. Για τις ενώσεις αυτές δίνονται οι εξής πληροφορίες: Ι. Η ένωση Α διασπά το ανθρακικό νάτριο και επίσης αποχρωματίζει διάλυμα KMnO4/H2SO4. ΙΙ. Η ένωση Β ανάγει το αντιδραστήριο Fehling και δίνει προϊόν, το οποίο αποχρωματίζει διάλυμα KMnO4/H2SO4. ΙΙΙ. Η ένωση Γ αντιδρά με I2/NaOH και δίνει ίζημα, ενώ όταν οξειδωθεί πλήρως με διάλυμα K2Cr2O7/H2SO4 δίνει την ένωση Δ. ΙV. Η ένωση Ε ανάγει το αντιδραστήριο Tollens, ενώ, όταν αντιδρά με I2/NaOH, δίνει ίζημα. α) Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε.

α) Ποια η φύση του αερίου Χ και του κίτρινου ιζήματος; β) Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ και Η. γ) Να γράψετε την πλήρη εξίσωση της μετατροπής της Ε στην ένωση Η. δ) Η ένωση Η μπορεί επίσης να προκύψει με υδρόλυση κατάλληλου νιτριλίου. Να γράψετε τη σχετική χημική εξίσωση. ε) Η ένωση Ζ οδηγεί με τη βοήθεια 2 αντιδράσεων σε γαλακτικό οξύ (2-υδροξυπροπανικό οξύ). Να γράψετε τις 2 χημικές εξισώσεις με τις οποίες η ένωση Ζ μετατρέπεται στο γαλακτικό οξύ. στ) Το οργανικό προϊόν της επίδρασης μεταλλικού Na σε προπίνιο αντιδρά με την ένωση Β. Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις των δύο αντιδράσεων. ζ) 0,3 mol της ένωσης Η αντιδρούν αμφίδρομα με 0,3 mol της ένωσης Ε, παρουσία Η2SO4, οπότε προκύπτει νέα οργανική ένωση Κ. Ποιος ο συντακτικός της ένωσης Κ και ποια η ποσότητά της στη χημική ισορροπία; Δίνεται η σχετική Κc ίση με 4. Ε4.114. Αλκένιο Α κατεργάζεται με ΗCl και προκύπτει ένωση Β η οποία μετατρέπεται στο αντίστοιχο αντιδραστήριο Grignard Γ. Άλλη ποσότητα της Α υφίσταται προσθήκη Η2Ο και προκύπτει αλκοόλη Δ ως μοναδικό προϊόν. Η αλκοόλη Δ οξειδώνεται με την επίδραση διαλύματος Κ2Cr2O7/H2SO4 και το οργανικό προϊόν της οξείδωσης (Ε) αντιδρά με το αντιδραστήριο Grignard Γ, οπότε μετά από υδρόλυση του σχηματιζόμενου ενδιαμέσου προκύπτει η ένωση Ζ. Επίσης, η ένωση Δ οξειδώνεται με την επίδραση διαλύματος ΚΜnO4/H2SO4 προς ένωση Θ η οποία με την επίδραση της Ζ οδηγεί στον εστέρα Κ. α) Να προσδιορίσετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ και Κ.

315

ΧΗΜΕΙΑ Γ΄ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

β) Ποσότητα εστέρα (X) του τύπου C7H14O2, μάζας 39 g, υδρολύεται σε κατάλληλες συνθήκες με ισομοριακή ποσότητα νερού σε κατάλληλο διαλύτη. Μετά την αποκατάσταση χημικής ισορροπίας, στα προϊόντα ανιχνεύθηκαν ίσες μάζες ενός καρβοξυλικού οξέος (Μ) και μίας αλκοόλης (Ν) καθώς επίσης και 26 g του εστέρα (Χ) που δεν υδρολύθηκαν. Αν είναι επίσης γνωστό ότι η αλκοόλη (Ν) με την επίδραση I2/NaOH δίνει κίτρινο ίζημα, να προσδιοριστούν: i. Η απόδοση της υδρόλυσης καθώς και η τιμή της σταθεράς (Kc) της ισορροπίας. ii. Oι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Χ, Μ και Ν. Ε4.115. Ομογενές μίγμα αποτελείται από CΗ3CHO και CΗ3CH2OΗ και χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. Στο 1ο μέρος προστίθεται αντιδραστήριο Fehling και προκύπτουν 14,3 g καστανέρυθρου ιζήματος. Το 2ο μέρος οξειδώνεται πλήρως με διάλυμα KMnO4 0,2 M, παρουσία H2SO4, και παράγεται μια μόνο οργανική ένωση μάζας 18 g. Να υπολογίσετε την ποσότητα σε mol κάθε συστατικού στο αρχικό μίγμα και τον όγκο του διαλύματος KMnO4 που απαιτήθηκε για την οξείδωση. [ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2016] Ε4.116. Ποσότητα εστέρα (Α) του τύπου RCOOR΄ υδρολύεται πλήρως σε όξινο περιβάλλον και προκύπτει μίγμα δύο νέων οργανικών ενώσεων Β και Γ συνολικής μάζας 21,2 g. Το μίγμα των ενώσεων Β και Γ χωρίζεται σε 2 ίσα μέρη. Το 1ο μέρος αποχρωματίζει διάλυμα ΚΜnO4/H2SO4 ελευθερώνοντας αέριο CO2. Το 2ο μέρος παράγει 39,4 g κίτρινου ιζήματος όταν κατεργαστεί με Ι2/ΝaOH. α) Ποιος ο συντακτικός τύπος του εστέρα Α; β) Ποιος όγκος διαλύματος ΚΜnO4 0,1 Μ οξινισμένου με H2SO4 μπορεί να αποχρωματιστεί από το 1ο μέρος του παραπάνω μίγματος των ενώσεων Β και Γ;

εξίσωση της κατεργασίας της Ε με το αντιδραστήριο Fehling. β) Να προσδιορίσετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Β, Γ, Ζ, Θ, Κ, Λ, Μ και Ν. γ) Ισομοριακό αέριο μίγμα του αλκινίου Μ και ενός άλλου υδρογονάνθρακα (Χ) έχει συνολική μάζα 5,4 g και καταλαμβάνει όγκο 4,48 L (σε STP). Βρέθηκε ότι το μίγμα αποχρωματίζει ακριβώς 300 mL διαλύματος Βr2 16% w/v σε CCl4. Να προσδιορίσετε το συντακτικό τύπο του υδρογονάνθρακα Χ. Ε4.118. Ποσότητα αλκενίου (Α) μάζας 11,2 g χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. Το 1o μέρος αντιδρά με ΗΙ και δίνει ένα και μοναδικό προϊόν (Β), το οποίο στη συνέχεια αντιδρά με μαγνήσιο σε άνυδρο αιθέρα και δίνει προϊόν Γ. Το 2o μέρος αντιδρά με Η2Ο σε όξινο περιβάλλον και δίνει ένα και μόνο προϊόν Δ, το οποίο οξειδώνεται πλήρως από KMnO4 παρουσία H2SO4 και δίνει καρβονυλική ένωση Ε. Η ένωση Γ αντιδρά με την ένωση Ε και το προϊόν υδρολύεται σε όξινο περιβάλλον παράγοντας 13 g ένωσης Ζ. Αν όλες οι αντιδράσεις θεωρηθούν πλήρεις και μονόδρομες, να προσδιοριστούν: α) Η αρχική ποσότητα (σε mol) της ένωσης Α. β) Οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε και Ζ. [Π.Μ.Δ.Χ.] Ε4.119. Δίνεται το διάγραμμα των οργανικών αντιδράσεων που ακολουθεί:

Ε4.117. Στο διάγραμμα των οργανικών αντιδράσεων που ακολουθεί οι ενώσεις Α, Β και Γ είναι κορεσμένα μονοκαρβοξυλικά οξέα με ν, ν+1 και ν+2 άτομα C, αντίστοιχα, στο μόριό τους.

α) i. Με βάση την πρώτη γραμμή του διαγράμματος να εξηγήσετε γιατί η ένωση Α είναι το απλούστερο κορεσμένο μονοκαρβοξυλικό οξύ και να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των ενώσεων Δ και Ε. ii. Να γράψετε την

316

α) Να προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Α, Β, Γ, Ε, Ζ, Θ και Κ. β) Να γραφούν οι πλήρεις χημικές εξισώσεις της επίδρασης Ι2/ΝaOH στην ένωση Ε (στάδια και συνολική εξίσωση), της μετατροπής της ένωσης Κ στην ένωση Θ, καθώς και της επίδρασης αντιδραστηρίου Fehling στην ένωση Θ. γ) Ισομοριακό μείγμα της ένωσης Γ και μίας ένωσης Δ, ισομερούς της Γ, έχει μάζα 17,6 g. Όταν το μείγμα αυτό κατεργαστεί με κατάλληλη ποσότητα Na2CO3 παράγονται 2,24 L CO2 (σε STP). Να προσδιοριστεί ο συντακτικός τύπος της ένωσης Δ.

ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 7ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

Ε4.120. Ισομοριακό μίγμα περιέχει μια αλδεΰδη του τύπου C3H6O και μια αλκοόλη του τύπου C4H10O. Το μίγμα χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. Στο 1o μέρος επιδρούμε κατάλληλη ποσότητα αντιδραστηρίου Tollens και προκύπτουν 4,32 g κατόπτρου. Για την πλήρη οξείδωση του 2oυ μέρους απαιτούνται 80 mL διαλύματος KMnO4 0,2 M οξινισμένου με H2SO4. i. Να υπολογιστεί ο αριθμός mol της αλδεΰδης στο αρχικό μίγμα. ii. Να προσδιοριστεί ο συντακτικός τύπος της αλκοόλης. Ε4.121. Δίνεται το διάγραμμα των οργανικών αντιδράσεων που ακολουθεί:

Από τις παραπάνω ενώσεις, οι ενώσεις Γ, Κ και Μ είναι ισομερείς ενώσεις, η ένωση Μ δεν αποχρωματίζει το διάλυμα KMnO4/Η2SO4 και η ένωση Γ δεν δίνει κίτρινο ίζημα με την επίδραση I2/NaOH. α) Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ, Κ, Λ και Μ; β) Ποιες από τις ενώσεις Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ, Κ, Λ και Μ έχουν βασικές ιδιότητες στο νερό; Να γραφεί από μία χημική εξίσωση που να δείχνει την ιδιότητα αυτή. γ) Με ποιο συνδυασμό αντιδραστηρίου Grignard και καρβονυλικής ένωσης μπορεί να προκύψει η ένωση Μ; Να γράψετε τις σχετικές χημικές εξισώσεις. Ε4.122. Αλκίνιο (Α) αντιδρά με ισομοριακή ποσότητα μεταλλικού Na και η οργανική ένωση που προκύπτει αντιδρά με περίσσεια αλκυλοβρωμιδίου (Β). Προκύπτει έτσι συμμετρικό αλκίνιο (Γ), το οποίο στη συνέχεια με προσθήκη Η2Ο, παρουσία καταλυτών και μέσω σχηματισμού ενόλης, παράγει την ένωση Δ. Η ένωση αυτή (Δ) υφίσταται προσθήκη Η2, παρουσία Ni, και η ένωση (Ε) που σχηματίζεται κατεργάζεται με μεταλλικό Na οδηγώντας στο αλκοξείδιο (Ζ). Τέλος, στην ένωση (Ζ) επιδρούμε το αλκυλοβρωμίδιο Β, οπότε προκύπτει ένωση (Θ) με τύπο C8H18O. Να προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ και Θ.

α) Να προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ, Κ (αλκυλοχλωρίδιο) και Χ. β) Αν κατά την μετατροπή της ένωσης Χ στις ενώσεις Α και Β παράχθηκαν 7,4 g A, πόσα g της ένωσης Β παράχθηκαν ταυτόχρονα; γ) Να γράψετε την εξίσωση μιας αντίδρασης διάκρισης των ενώσεων Α και Ε. δ) Με βάση τη μετατροπή της Δ στην Γ να υπολογίσετε την ποσότητα του ιζήματος που προκύπτει από 1,16 g της Δ. Ε4.124. Σε ογκομετρική φιάλη των 250 mL εισάγονται 15 g μίγματος δύο αλάτων RCOONa και CH3COONa και προστίθεται νερό μέχρι τη χαραγή (διάλυμα Δ1). α) 25 mL του διαλύματος Δ1 ογκομετρούνται με πρότυπο διάλυμα KMnO4 0,5 M οξινισμένου με H2SO4 οπότε αποχρωματίζονται 8 mL του πρότυπου διαλύματος. Να προσδιοριστούν οι μάζες των δύο αλάτων στο διάλυμα Δ1. β) Άλλα 25 mL του Δ1 αραιώνονται με νερό μέχρι τελικού όγκου 100 mL. Στο διάλυμα (Δ2) που προκύπτει να προσδιοριστεί ο λόγος των συγκεντρώσεων [CH3COOH] / [RCOOH]. γ) Στο διάλυμα Δ2 προστίθεται 0,01 mol HCl χωρίς μεταβολή όγκου. Να υπολογιστεί το pH του τελικού διαλύματος. Οι σταθερές ιοντισμού (Ka) των οξέων RCOOH και CH3COOΗ είναι ίσες με 10−4 και 10−5, αντίστοιχα. Σε όλες τις περιπτώσεις να θεωρηθούν οι κατάλληλες προσεγγίσεις. [Π.Μ.Δ.Χ.]

Ε4.123. Δίνεται το διάγραμμα οργανικών αντιδράσεων που ακολουθεί:

317

ΧΗΜΕΙΑ Γ΄ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Ε4.125. Δίνεται το διάγραμμα των οργανικών αντιδράσεων που ακολουθεί: Η2/Ni

Α

ΗCl

B

ΝaOH

Γ

+Νa

H2O

Δ

Κ2Cr2O7

Μg

- ½ H2

E

H+

+

Π

Ρ

Ψ +Γ

ίζημα

Ξ

CuCl NH3

Z +Νa

Η2SΟ4 ΗgSΟ4

Θ

Ω: C9Η18Ο3

Σ

Η2Ο

- ½ H2

Η+

Η2Ο

Η2/Ni

T

I2/ΝaOH

Χ

+Γ

Φ

+Γ

Κ

Η2Ο Η2SΟ4 ΗgSΟ4

Λ

ΗCN

Μ

Η2Ο/Η+

Ν

α) Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ, Κ, Λ, Μ, Ν, Ξ, Π, Ρ, Σ, Τ, Φ και Χ. β) Να γραφούν οι χημικές εξισώσεις των εξής μετατροπών: i. της Δ στη Γ, ii. της Γ στη Β και iii. της Ρ στη Δ. γ) Πως μπορεί να γίνει η διάκριση μεταξύ των ενώσεων Δ και Ρ (δύο τρόποι). Ε4.126. Διαθέτουμε τα αντιδραστήρια 1-18 που ακολουθούν: 1. ΗCl 2. CH3ONa 3. H2/Ni 4. AgNO3/NH3 5. Mg/αιθέρας 6. HCHO

7. KMnO4/H2SO4 8. Na2CO3 9. CuCl/NH3 10. H2O/H+ 11. H2SO4 12. I2/NaOH

13. Cl2 14. NaOH 15. CuSO4/NaOH 16. ΗCN 17. KCN 18. SOCl2

Θέλουμε να κάνουμε τις εξής μετατροπές A, B, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ, Κ και Λ. Μετατροπή Α: CH3CH2CH2OH σε CH3CH2CH2Cl (σε μία αντίδραση). Μετατροπή B: CH3CH2CHO σε CH3CH2CH2OH (σε μία αντίδραση). Μετατροπή Γ: CH3CH2CH2CH2OH σε CH3CH2CH2CΟOH (σε μία αντίδραση). Μετατροπή Δ: CH3CH2CH2CH2OH σε CH3CH2CH=CH2 (σε μία αντίδραση). Μετατροπή E: CH3CH2CH2Cl σε CH3CH2CH2OCH3 (σε μία αντίδραση). Μετατροπή Ζ: σε CH3CH2COONa (σε μία αντίδραση). Μετατροπή Θ. CH3CH2CH2CH2OH σε 2-χλωροβουτάνιο (σε δύο αντιδράσεις με ενδιάμεση παρασκευή ενός αλκενίου). Μετατροπή Κ: CH3CH2CH2Cl σε CH3CH2CH2CΟOH (σε δύο αντιδράσεις, με ενδιάμεση παρασκευή ενός νιτριλίου). Μετατροπή Λ: CH3CH2CH2Cl σε CH3CH2CH2CH2OH (σε περισσότερες αντιδράσεις, με βάση τη χημεία των αντιδραστηρίων Grignard). α) Σε κάθε μία από τις παραπάνω μετατροπές A, B, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ, Κ και Λ σημειώστε απλά ποια είναι τα απαραίτητα αντιδραστήρια από αυτά που διαθέτουμε (κάποιο-α αντιδραστήριο-α μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε περισσότερες από μία μετατροπές). Δεν απαιτείται η αναγραφή χημικών εξισώσεων.

318

ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 7ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ

β) Ποια από τις ενώσεις που εμφανίζονται στις παραπάνω μετατροπές θα διαλέγαμε, αν θέλαμε να σχηματίσουμε κάτοπτρο αργύρου; Ποιο από τα αντιδραστήρια 1-18 θα χρειαζόταν; Να γραφεί η πλήρης χημική εξίσωση της αντίδρασης. γ) Να γράψετε την πλήρη εξίσωση της αντίδρασης για τη μετατροπή Ζ (στάδια και συνολική εξίσωση). δ) Ποιες από τις ενώσεις που αναφέρθηκαν στις παραπάνω μετατροπές θα πρέπει να χρησιμοποιήσουμε, ώστε να προκύψει ένωση με τύπο:

Να γράψετε τη σχετική χημική εξίσωση. Ε4.127. [Συνθετικό θέμα] Ήδη από τον 5ο αιώνα π.Χ. ο διάσημος γιατρός της αρχαιότητας Ιπποκράτης χρησιμοποιούσε παρασκεύασμα από το φλοιό της ιτιάς για την καταπολέμηση του πονοκεφάλου και του πυρετού. Ο φλοιός της ιτιάς, αλλά και τα φύλλα της περιέχουν ένα οργανικό μονοπρωτικό οξύ με το όνομα σαλικυλικό οξύ:

α) Με κατάλληλη διαδικασία απομονώσαμε από την ιτιά ποσότητα σαλικυλικού οξέος σε καθαρή μορφή και με αυτό παρασκευάσαμε υδατικό διάλυμά του συγκέντρωσης 0,01 Μ. Μετρήσαμε το pH του διαλύματος που βρέθηκε ίσο με 2,5. i. Εκτιμήστε αν το σαλικυλικό οξύ είναι ισχυρό ή ασθενές. Το σαλικυλικό οξύ λειτουργεί ως μονοπρωτικό οξύ (ΗΑ). Nα αιτιολογήσετε την απάντησή σας. ii. Με βάση τα δεδομένα του διαλύματος να υπολογίσετε το βαθμό ιοντισμού του σαλικυλικού οξέος και στη συνέχεια (με βάση το νόμο αραίωσης του Ostwald) τη σταθερά ιοντισμού Ka του σαλικυλικού οξέος (10−0,5 ≈ 0,3). β) Θέλουμε να πιστοποιήσουμε με ογκομέτρηση τη σύσταση ενός σκευάσματος σαλικυλικού οξέος που αγοράσαμε στο φαρμακείο. Στην ετικέτα του σκευάσματος διαβάσαμε: 10 g σαλικυλικού οξέος ανά 100 mL διαλύματος. Πήραμε 10 mL από το σκεύασμα αυτό και το αραιώσαμε με νερό μέχρι τελικού όγκου 100 mL. 20 mL από το διάλυμα αυτό ογκομετρήθηκε με πρότυπο διάλυμα NaOH 0,1 Μ. Κατά τη διαδικασία αυτή πήραμε την καμπύλη ογκομέτρησης που ακολουθεί: \ 14

pH 10

Ισοδύναμο σημείο

6

2 7,5

30

15

VNaOH 0,1 M (mL) i. Να γράψετε την χημική εξίσωση της αντίδρασης εξουδετέρωσης κατά την ογκομέτρηση. ii. Να εξηγήσετε γιατί το pH στο ισοδύναμο σημείο είναι μεγαλύτερο του 7. iii. Με βάση τον όγκο του πρότυπου διαλύματος που καταναλώθηκε μέχρι το ισοδύναμο σημείο, να προσδιορίσετε τη συγκέντρωση του σκευάσματος σε σαλικυλικό οξύ και κατόπιν την % w/v περιεκτικότητά του (για το σαλικυλικό οξύ: Μr = 138). iv. Η ογκομέτρηση θα μπορούσε να γίνει πιο γρήγορα με τη βοήθεια κατάλληλου δείκτη. Ποιος από τους δείκτες που ακολουθούν είναι ο πιο κατάλληλος για το σκοπό αυτό; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας.

319

ΧΗΜΕΙΑ Γ΄ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Δείκτης Ηλιανθίνη Ερυθρό της βρωμοφαινόλης Μπλε της βρωμοθυμόλης Ερυθρό της κρεσόλης Φαινολοφθαλεΐνη

Περιοχή αλλαγής χρώματος 3,1 - 4,4 4,8 - 6,4 6,0 - 7,6 7,2 - 8,8 8,2 - 10

γ) Το 1853 ο Γάλλος χημικός Gerhardt παρασκεύασε το ακετυλοσαλικυλικό οξύ με την επίδραση σαλικυλικού οξέος σε αιθανικό (οξικό) οξύ. Το οργανικό προϊόν της αντίδρασης έγινε εμπορικό το 1899 από τη γερμανική φαρμακευτική εταιρεία Bayer με το όνομα ασπιρίνη. Από τότε χιλιάδες τόνοι ασπιρίνης παρασκευάζονται κάθε χρόνο για τις ανάγκες διαφόρων φαρμακευτικών σκευασμάτων. i. Ποιος ο συντακτικός τύπος της ασπιρίνης; ii. Ποιο το γενικό όνομα της αντίδρασης με την οποία παρασκευάστηκε η ασπιρίνη από τον Gerhardt; iii. Η παραπάνω αντίδραση είναι αργή. Πως μπορεί να επιταχυνθεί; δ) Ποσότητα ασπιρίνης μάζας 2 g μεταφέρθηκε σε φιάλη και στη συνέχεια προσθέσαμε 20 mL διαλύματος NaOH 1 Μ. Μετά την εξουδετέρωση αραιώσαμε το διάλυμα μέχρι τελικού όγκου 250 mL. Πήραμε στη συνέχεια 25 mL από το διάλυμα αυτό και ογκομετρήσαμε την περίσσεια του NaOH με τη βοήθεια πρότυπου διαλύματος HCl 0,1 Μ, παρουσία δείκτη φαινολοφθαλεΐνης. Μέχρι το ισοδύναμο σημείο απαιτήθηκαν ακριβώς 10 mL πρότυπου διαλύματος. Πόσα mol καθαρού ακετυλοσαλικυλικού οξέος (Μr = 180) υπάρχουν στο δείγμα των 2 g της ασπιρίνης; Σημείωση: Στις συνθήκες του πειράματος, η εξουδετέρωση NaOH έχει ως αποτέλεσμα μόνο την εξουδετέρωση του −COOH του ακετυλοσαλικυλικού οξέος. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………..………………… ……………………………………………………………………………………………………………………..………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

320

ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ Τα κριτήρια αξιολόγησης έχουν ως στόχο την προετοιμασία των υποψηφίων και όχι την προσομοίωση των εξετάσεων.

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

322

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ

1ο ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΟ ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ Θέμα Α Για τις ερωτήσεις Α1 - Α4 να γράψετε απλά το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση. Α1. Από τις τιμές που ακολουθούν, ποια δεν μπορεί να ισχύει για την τιμή του μαγνητικού κβαντικού αριθμού (mℓ) ενός ηλεκτρονίου με ℓ = 2; Α) +3 Β) +2 Γ) +1 Δ) 0 Μονάδες 4 Α2. Ο μέγιστος αριθμός ασύζευκτων (μονήρων) ηλεκτρονίων στα άτομα των στοιχείων της 4ης περιόδου του περιοδικού πίνακα, στη θεμελιώδη τους κατάσταση, είναι ίσος με: Α) 3 Β) 4 Γ) 5 Δ) 6 Μονάδες 4 Α3. Δίνεται η αντίδραση: αΑ(g) → βΒ(g) + 3Γ(g), όπου α και β οι συντελεστές των σωμάτων Α και Β, αντίστοιχα. Για την αντίδραση αυτή και κάποια χρονική στιγμή t, δίνονται:



d[B] d[Γ] d[A]  0 ,075 M  s 1  0,025 M  s 1 ,  0,15 M  s 1 , dt dt dt

Με βάση τα παραπάνω δεδομένα προκύπτει ότι για τους συντελεστές α και β ισχύει: Α) α = 6 και β = 1 Β) α = 6 και β = 3 Γ) α = 2 και β = 1 Δ) α = 2 και β = 3 Μονάδες 4 Α4. Πως μπορεί να διαπιστωθεί ότι το άτομο Η του −ΟΗ στη 2-προπανόλη είναι «ευκίνητο»; Α) Με επίδραση Νa (ελευθέρωση αερίου Η2) Β) Με επίδραση ΝaΟΗ (εξουδετέρωση, αλλαγή χρώματος κατάλληλου δείκτη) Γ) Με επίδραση Na2CO3 ή ΝaΗCO3 (ελευθέρωση αερίου CO2) Δ) Με όλους τους παραπάνω τρόπους Μονάδες 4 Α5. α) Να γραφούν μία ομοιότητα και μία διαφορά μεταξύ του δεσμού C=C και του δεσμού C=O. β) Τι είναι η ενέργεια ενεργοποίησης σύμφωνα με τη θεωρία των συγκρούσεων και σύμφωνα με τη θεωρία της μεταβατικής κατάστασης; γ) Για ένα διάλυμα ασθενούς μονοπρωτικού οξέος ΗΑ, να αποδείξετε το νόμο αραίωσης του Ostwald. Υπό ποιες προϋποθέσεις απλουστεύεται ο νόμος αυτός και ποια η απλουστευμένη του μορφή; Μονάδες 9 Θέμα Β Β1. Nα αιτιολογηθεί η ισχύς των προτάσεων που ακολουθούν. Μονάδες 15 α) Στις οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις στις οποίες συμμετέχουν μέταλλα (Μ) με τη στοιχειακή τους μορφή, αυτά δεν μπορούν να λειτουργήσουν ως οξειδωτικά. β) Αν για δύο ασθενή οξέα ΗΑ και ΗΒ ισχύει Κa(HA, 25οC) > Ka(HB, 35oC), τότε το ΗΑ θα είναι ισχυρότερο οξύ από το ΗΒ. γ) Στους 25οC, διάλυμα που περιέχει το ασθενές οξύ ΗΑ 0,1 Μ και το άλας ΝaA 0,01 M θα έχει pH = 7, αν Κa(HA) = 10−8 και pH < 7, αν Κa(HA) > 10−8. δ) Η αποδοχή της αρχής της αβεβαιότητας του Heisenberg οδηγεί στην απόρριψη όλων των πλανητικών μοντέλων. ε) Οι κορεσμένες ενώσεις του τύπου C4HxO που δίνουν την ιωδοφορμική αντίδραση είναι δύο.

323

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Β2. Δίνεται το παρακάτω διάγραμμα χημικών μετατροπών:

Να προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α (αλκένιο), Β, Γ, Δ, Ζ, Θ, Κ και Λ, του ανόργανου αερίου Χ και του ανόργανου αντιδραστηρίου Ε. Μονάδες 10 Θέμα Γ Γ1. Σε κλειστό δοχείο όγκου V = 10 L εισάγονται 4 mol COCl 2(g) και αποκαθίσταται η ισορροπία που ακολουθεί, σε θερμοκρασία Τ, στην οποία συνυπάρχουν 6 mol αερίων, συνολικά.

COCl2(g) CO(g) + Cl2(g) , ΔΗ = +120 kJ α) Να υπολογίσετε την απόδοση της αντίδρασης καθώς και την τιμή της σταθεράς K c στη θερμοκρασία Τ. β) Να εξετάσετε πως πρέπει να μεταβάλλουμε τον όγκο του δοχείου (αύξηση ή μείωση), έτσι ώστε να αυξηθεί η ποσότητα του παραγόμενου CO από την παραπάνω ισορροπία. Πως θα μεταβληθεί η ποσότητα του παραγομένου CO με την αύξηση της θερμοκρασίας, υπό σταθερό όγκο; Πως θα μεταβληθεί η τιμή της σταθεράς Kc με την αύξηση της θερμοκρασίας; Να αιτιολογήσετε σύντομα τις απαντήσεις σας. γ) Να υπολογίσετε τον όγκο διαλύματος KMnO4 0,2 M, οξινισμένου με H2SO4, που απαιτείται για την οξείδωση του CO που παράγεται από την παραπάνω ισορροπία. Η παγκόσμια σταθερά των αερίων έχει τιμή R = 0,082 atm·L/mol·K. Μονάδες 13 Γ2. Ποσότητα κορεσμένης μονοσθενούς κετόνης (A) αντιδρά με HCN και το προϊόν (Β) της αντίδρασης υδρολύεται σε όξινο περιβάλλον. Προκύπτει έτσι α-υδροξυοξύ (Γ), με μάζα κατά 9,2 g μεγαλύτερη σε σχέση με τη μάζα της ένωσης Α. Ίση με την παραπάνω ποσότητα της κετόνης (Α) αντιδρά πλήρως με αιθερικό διάλυμα CH3MgBr και το ενδιάμεσο προϊόν υδρολύεται. Προκύπτουν έτσι 17,6 g αλκοόλης (Δ). Nα προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ και Δ. Όλες οι αντιδράσεις να θεωρηθούν πλήρεις και μονόδρομες. C:12, H:1, O:16. Μονάδες 12

Θέμα Δ Διάλυμα ασθενούς μονοπρωτικού οξέος (ΗΑ), συγκέντρωσης c, έχει όγκο 40 mL. Το διάλυμα αυτό ογκομετρείται με πρότυπο διάλυμα NaOH 0,2 M. Όταν προστεθούν 20 mL του πρότυπου διαλύματος η [Η3Ο+] γίνεται ίση με 10−5 M ενώ όταν προστεθούν επιπλέον 40 mL του πρότυπου διαλύματος παρατηρείται ότι [OH−] = 0,04 Μ. Δ1. Να δείξετε ότι όταν προστέθηκαν τα 20 mL του πρότυπου διαλύματος έχει σχηματιστεί ρυθμιστικό διάλυμα, ενώ όταν προστέθηκαν τα επιπλέον 40 mL του πρότυπου διαλύματος έχει ξεπεραστεί το ισοδύναμο σημείο της ογκομέτρησης. Μονάδες 5

324

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ

Δ2. Να υπολογίστε: i. την τιμή της σταθεράς ιοντισμού Ka του οξέος ΗΑ καθώς και ii. την τιμή της συγκέντρωσης c. Μονάδες 10 Δ3. Ποιο τo pH του διαλύματος όταν είχαν προστεθεί 40 mL του πρότυπου διαλύματος (συνολικός όγκος διαλύματος ίσος με 80 mL); Μονάδες 8 Δ4. Να αναφέρετε δύο παράγοντες που επηρεάζουν τη ρυθμιστική ικανότητα ενός ρυθμιστικού διαλύματος με τα συστατικά B (ασθενής βάση) και ΒΗCl. Μονάδες 2 Όλα τα διαλύματα έχουν θ=25οC, όπου Kw = 10−14. Nα θεωρήσετε τις κατάλληλες προσεγγίσεις. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

325

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

2ο ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΟ ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ Θέμα Α Για τις ερωτήσεις Α1 – Α5 να γράψετε τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση. Α1. Η ενέργεια ενεργοποίησης (Εa) μιας αντίδρασης: Α) μπορεί να είναι θετική ή αρνητική, ανάλογα με το αν η αντίδραση είναι εξώθερμη ή ενδόθερμη Β) είναι μικρότερη από την ενθαλπία των αντιδρώντων αλλά μεγαλύτερη από την ενθαλπία των προϊόντων Γ) είναι μικρότερη τόσο από την ενθαλπία των αντιδρώντων όσο και από την ενθαλπία των προϊόντων Δ) είναι η απαιτούμενη ενέργεια για το σχηματισμό του ενεργοποιημένου συμπλόκου Α2. Ποια από τις προτάσεις που ακολουθούν δεν είναι σωστή σχετικά με τη δομή 3d7; Α) Το 3 αντιστοιχεί στη 3η ενεργειακή στιβάδα (στιβάδα Μ) Β) Το d σημαίνει υποστιβάδα με ℓ = 2 Γ) Στη δομή αυτή αντιστοιχούν επτά μονήρη ηλεκτρόνια Δ) Αν η δομή αυτή είναι μέρος της ηλεκτρονιακής δομής ατόμου ενός στοιχείου στη θεμελιώδη του κατάσταση, το στοιχείο θα ανήκει στα στοιχεία μετάπτωσης της 4ης περιόδου. Μονάδες 5 Α3. Τα οξείδια των στοιχείων της 3ης περιόδου από τα αριστερά προς τα δεξιά: Α) έχουν όλο και μεγαλύτερα σημεία τήξης και με τη διάλυσή τους στο νερό παράγουν όλο και περισσότερο όξινα διαλύματα Β) έχουν όλο και μικρότερα σημεία τήξης και με τη διάλυσή τους στο νερό παράγουν όλο και περισσότερο όξινα διαλύματα Γ) έχουν όλο και μικρότερα σημεία τήξης και με τη διάλυσή τους στο νερό παράγουν όλο και περισσότερο βασικά διαλύματα Δ) έχουν όλο και μεγαλύτερα σημεία τήξης και με τη διάλυσή τους στο νερό παράγουν όλο και περισσότερο βασικά διαλύματα Μονάδες 5 Α4. Με φωτοχημική χλωρίωση οργανική ένωση (Α) σχηματίζει ένα μόνο αλκυλοχλωρίδιο και πλήθος άλλων χλωροπαραγώγων. Ποια από τις παρακάτω μπορεί να είναι η οργανική ένωση (Α); Α) διμεθυλοπροπάνιο Β) 2-μεθυλοβουτάνιο Γ) 2,3-διμεθυλοβουτάνιο Δ) μεθυλοπροπάνιο Μονάδες 5 Α5. Οι κυανυδρίνες προκύπτουν: Α) Με προσθήκη HCN σε αλδεΰδες ή κετόνες Β) Με προσθήκη ΗCN σε ακετυλένιο και στη συνέχεια υδρόλυση σε όξινο περιβάλλον Γ) Με υδρόλυση νιτριλίων Δ) Με αναγωγή νιτριλίων, παρουσία καταλυτών Μονάδες 5 Θέμα Β Β1. Nα χαρακτηρίσετε τις προτάσεις που ακολουθούν ως σωστές (Σ) ή όχι (Λ). α) Στο οξαλικό οξύ ο αριθμός οξείδωσης καθενός από τα δύο άτομα C είναι ίσος με +2. β) Στο μόριο του μεθυλοπροπενίου όλα τα άτομα C βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο. γ) Ο αριθμός οξείδωσης του H στις ενώσεις του είναι +1 εκτός από την περίπτωση που ενώνεται με μέταλλα, οπότε ο αριθμός οξείδωσής του είναι −1. Να αιτιολογήσετε τις επιλογές σας. Μονάδες 9

326

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ

Β2. Διάλυμα CH3COOH έχει συγκέντρωση c1 και όγκο V1. Από το διάλυμα εξατμίζεται ποσότητα νερού και προκύπτει διάλυμα όγκου V2 < V1. Να εξηγήσετε αν θα παρατηρηθεί μεταβολή και τι είδους (αύξηση ή μείωση) στα παρακάτω μεγέθη: α) Στο βαθμό ιοντισμού του οξέος. β) Στο pH του διαλύματος. γ) Στα mol των ιόντων ΟΗ−. δ) Στα mol του NaOH που απαιτούνται για την εξουδετέρωση του CH3COOH. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε προσεγγιστικές εκφράσεις τόσο για το αρχικό όσο και για το συμπυκνωμένο διάλυμα. Η θερμοκρασία είναι η ίδια και στα δύο διαλύματα. Μονάδες 8 Β3. α) Με βάση το διάγραμμα των οργανικών αντιδράσεων που ακολουθεί να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ (κύριο προϊόν), Δ και Ε.

β) Να αναφέρετε τη γενική κατηγορία οργανικών αντιδράσεων στην οποία ανήκουν οι αντιδράσεις του διαγράμματος. Μονάδες 8

Θέμα Γ Σε κενό δοχείο όγκου 10 L και σε θερμοκρασία θ οC, εισάγονται 0,6 mol SO2 και 0,6 mol O2 οπότε πραγματοποιείται η αντίδραση, υπό σταθερή θερμοκρασία Τ: 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) , ΔΗ < 0 H χημική ισορροπία αποκαθίσταται μετά από χρόνο t = 2 min από την έναρξη της αντίδρασης και τότε η συγκέντρωση του SO3(g) βρέθηκε ίση με 0,04 Μ. Γ1. Να υπολογίσετε: i. Τη μέση ταχύτητα της αντίδρασης (σε Μ·min−1), καθώς και τη μέση ταχύτητα σχηματισμού του SO3(g) (σε Μ·min−1) από την έναρξη της αντίδρασης (t = 0) μέχρι την αποκατάσταση της ισορροπίας. ii. Τη σταθερά Kc της ισορροπίας. Μονάδες 9 Γ2. Να εξετάσετε πως θα μεταβληθεί η θέση της χημικής ισορροπίας, αν: i. Αυξήσουμε τον όγκο του δοχείου, υπό σταθερή θερμοκρασία, ii. Αυξήσουμε τη θερμοκρασία στο δοχείο. iii. Aφαιρέσουμε μέρος της παραγόμενης ποσότητας SΟ3(g). Να εξετάσετε αν θα μεταβληθεί και πως η τιμή της σταθεράς Kc με τις μεταβολές αυτές. Μονάδες 8 Γ3. Η αρχική ποσότητα SO2(g) (0,6 mol) προέκυψε από αντίδραση στερεού S με πυκνό και θερμό υδατικό διάλυμα Η2SO4, σύμφωνα με την εξίσωση (χωρίς συντελεστές):

S + H2SO4 → SO2 + H2O Να εξηγήσετε γιατί η αντίδραση είναι οξειδοαναγωγική, να τη συμπληρώσετε με τους κατάλληλους συντελεστές (μικρότεροι δυνατοί ακέραιοι αριθμοί) και να υπολογίσετε την απαιτούμενη μάζα του θείου για την παραγωγή των 0,6 mol SO2(g). Για το S, Αr = 32. Μονάδες 8

327

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Θέμα Δ Υδατικό διάλυμα (Y) περιέχει το ασθενές οξύ ΗΑ σε συγκέντρωση c και ΗCl σε συγκέντρωση επίσης c. Δ1. Πόσα mL νερού πρέπει να προσθέσουμε σε 100 mL του διαλύματος Y, ώστε να προκύψει διάλυμα (Y1) στο οποίο ο βαθμός ιοντισμού του ΗΑ να έχει διπλασιαστεί; Ποια η τιμή της συγκέντρωσης c, αν γνωρίζουμε επίσης ότι για το διάλυμα Y1 ισχύει pH = 3; Δ2. Σε άλλα 100 mL του διαλύματος Y προσθέτουμε 150 mL διαλύματος Ba(OH)2 συγκέντρωσης 10−3 Μ και προκύπτει διάλυμα με pH = 7. Να υπολογιστεί η τιμή της σταθεράς ιοντισμού Ka του οξέος ΗΑ. Δ3. Σε άλλα 100 mL του διαλύματος Y προσθέτουμε 100 mL διαλύματος Ba(OH)2 συγκέντρωσης 2·10−3 Μ. Στο διάλυμα που προκύπτει να υπολογίσετε τις συγκεντρώσεις όλων των ιόντων. Δ4. Διάλυμα ασθενούς οξέος ΗΒ, όγκου V ογκομετρείται με πρότυπο διάλυμα NaOH 0,01 M. Ίση ποσότητα του ίδιου διαλύματος ΗΒ ογκομετρείται με πρότυπο διάλυμα Ba(OH)2 0,01 M. Να συγκρίνετε: i. Τους όγκους των δύο προτύπων διαλυμάτων στις 2 ογκομετρήσεις μέχρι το ισοδύναμο σημείο. ii. Τους όγκους των δύο προτύπων διαλυμάτων στις δύο ογκομετρήσεις που πρέπει να προσθέσουμε ώστε να προκύψει ρυθμιστικό διάλυμα με pH = pKa(HΒ). Όλα τα διαλύματα έχουν θερμοκρασία θ = 25οC, όπου Kw = 10−14. Να θεωρήσετε τις σχετικές προσεγγίσεις. Μονάδες 25 ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

328

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ

3ο ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΟ ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ Θέμα Α Α1. Να αναφέρετε (ονομαστικά) τις δύο βασικές θεωρίες που εξηγούν τους χημικούς δεσμούς με βάση τις αρχές της κβαντομηχανικής. Να αναφερθεί μία διαφορά ανάμεσα στις δύο αυτές θεωρίες. Μονάδες 5 Για τις ερωτήσεις Α2 – Α6 να γράψετε το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση. Α2. Ποια από τις μετατροπές στις ηλεκτρονιακές δομές που ακολουθούν σχετίζεται με την ενέργεια (πρώτου) ιοντισμού του 38Sr; A) [36Kr] 5s1 5p1 → [36Kr] 5s1 + e− B) [36Kr] 5s2 → [36Kr] 5s1 + e− Γ) [36Kr] 5s2 → [36Kr] 5s1 5p1 Δ) [36Kr] 5s2 + e− → [36Kr] 5s2 5p1 Μονάδες 4 Α3. Σε ποια από τις ισορροπίες που ακολουθούν το ιόν ΗS– παίζει το ρόλο βάσης κατά Brönsted - Lowry; Α) ΗS + Η2Ο S2 + Η3Ο+ Β) S2 + Η2Ο ΗS + ΟΗ– Γ) H2S + H2O ΗS– + Η3Ο+ Δ) S2 + ΗCN ΗS– + CN– Μονάδες 4 Α4. Ο αριθμός των σ και των π-δεσμών στο μόριο της ένωσης 2-βουτενικό οξύ είναι, αντίστοιχα: A) 12 και 1 Β) 11 και 1 Γ) 9 και 2 Δ) 11 και 2 Μονάδες 4 Α5. Το αντιδραστήριο CuCl/ΝΗ3 είναι χρήσιμο για τη διάκριση των: A) κορεσμένων υδρογονανθράκων από τους ακόρεστους υδρογονάνθρακες B) αλδεϋδών από τις κετόνες Γ) αλκενίων από τα αλκίνια Δ) αλκινίων με τον τριπλό δεσμό στην άκρη της αλυσίδας από τους υπόλοιπους υδρογονάνθρακες Μονάδες 4 Α6. Στους 280ºC το ΝΟ2(g) διασπάται σε NO(g) και Ο2(g) σύμφωνα με την εξίσωση:

2NO2(g) → 2NO(g) + O2(g) Σε ένα πείραμα, η συγκέντρωση NO2 μειώνεται από την τιμή 0,01 M στην τιμή 0,005 M σε ένα χρονικό διάστημα Δt = 100 s. Ποια η μέση ταχύτητα της αντίδρασης στο χρονικό αυτό διάστημα; A) 10–2 M·s–1 B) 5·10−3 M·s–1 Γ) 5·10–5 M·s–1 Δ) 2,5·10–5 M·s–1 Μονάδες 4 Θέμα Β Β1. Nα χαρακτηρίσετε τις προτάσεις που ακολουθούν ως σωστές (Σ) ή όχι (Λ). α) Σε μία χημική αντίδραση, η μεταβολή της ενθαλπίας, ΔΗ, ισούται με το απορροφούμενο ή εκλυόμενο ποσό θερμότητας, εφόσον η αντίδραση πραγματοποιείται υπό σταθερή πίεση. β) Aν σε 1 L διαλύματος HCl 0,1 M προστεθεί 1 L διαλύματος HΒr 0,1 M, της ίδιας θερμοκρασίας, το pH του διαλύματος που θα προκύψει θα είναι μικρότερο από 1. γ) α g μίγματος ΝaΟΗ (Μr = 40) και ΚΟΗ (Mr = 56) εξουδετερώνουν πλήρως μικρότερο όγκο διαλύματος 0,1 Μ HCl σε σχέση με α g καθαρού ΝaΟΗ. δ) Το ιωδοαιθάνιο (CH3CH2I) είναι δραστικότερο στις αντιδράσεις υποκατάστασης από το χλωροαιθάνιο (CH3CH2Cl). ε) To CO2(g) ανιχνεύεται με τη διοχέτευσή του σε ασβεστόνερο, καθώς σχηματίζει λευκό θόλωμα. Μονάδες 5

329

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Β2. Σε δοχείο έχει αποκατασταθεί η ισορροπία που περιγράφεται από την εξίσωση: 2Α(g) + Β(s) 2Γ(g) , ΔΗ < 0. Να εξηγήσετε σύντομα πως θα μεταβληθεί η ποσότητα του Γ (αύξηση, μείωση ή καμία μεταβολή) στο δοχείο στις νέες χημικές ισορροπίας που θα αποκατασταθούν, μετά τις ακόλουθες μεταβολές. α) Αύξηση της θερμοκρασίας, χωρίς μεταβολή όγκου. β) Προσθήκη επιπλέον ποσότητας του Β, υπό σταθερή θερμοκρασία και χωρίς μεταβολή όγκου. γ) Αύξηση του όγκου του δοχείου, υπό σταθερή θερμοκρασία. δ) Προσθήκη He(g), υπό σταθερό όγκο και θερμοκρασία. ε) Αφαίρεση ποσότητας του Γ, υπό σταθερή θερμοκρασία και χωρίς μεταβολή όγκου. Ποια από τις παραπάνω μεταβολές θα έχει ως αποτέλεσμα τη μεταβολή στη τιμή της σταθεράς Kc και πώς (αύξηση ή μείωση). Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Μονάδες 12 Β3. Οργανική ένωση (Α) έχει το συντακτικό τύπο που ακολουθεί:

Να γραφούν οι πλήρεις χημικές εξισώσεις της ένωσης (Α) με τα αντιδραστήρια που ακολουθούν. α) Θέρμανση με H2SO4 προς σχηματισμό διπλού δεσμού και πολυμερισμός του προϊόντος που προκύπτει. β) Cl2/NaOH (συνολική αντίδραση). γ) CH3COOH, παρουσία Η2SO4. δ) μεταλλικό Νa. Μονάδες 8

Θέμα Γ Γ1. α) 18 g μεταλλικού Hg αντιδρούν πλήρως με 300 mL διαλύματος K2Cr2O7 0,1 M, παρουσία HCl και προκύπτει ένωση του τύπου HgClx. Nα υπολογιστεί η τιμή του x. β) Σε άλλη περίπτωση, άλλα 18 g Ηg αντιδρούν πλήρως με 200 mL διαλύματος K2Cr2O7 0,1 M, παρουσία HCl και προκύπτει μείγμα δύο ενώσεων, HgCl και HgCl2. Nα υπολογίσετε το ποσοστό του Hg που οξειδώνεται σε Hg2+. Η σχετική ατομική μάζα του Hg να θεωρηθεί ίση με 200. Μονάδες 10 Γ2. Ποσότητα αλκενίου (Α) μάζας 11,2 g χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. Το 1o μέρος αντιδρά με ΗΙ και δίνει ένα και μοναδικό προϊόν (Β), το οποίο στη συνέχεια αντιδρά με Mg σε άνυδρο αιθέρα και δίνει προϊόν Γ. Το 2o μέρος αντιδρά με Η2Ο σε όξινο περιβάλλον και δίνει ένα και μόνο προϊόν (Δ), το οποίο οξειδώνεται πλήρως από KMnO4 παρουσία H2SO4 και δίνει καρβονυλική ένωση (Ε). Η ένωση Γ αντιδρά με την ένωση Ε και το προϊόν υδρολύεται σε όξινο περιβάλλον παράγοντας 13 g ένωσης Ζ. Αν όλες οι αντιδράσεις θεωρηθούν πλήρεις και μονόδρομες, να βρεθούν: α) η ποσότητα (σε mol) της ένωσης Α και β) οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε και Ζ. Σχετικές ατομικές μάζες, C:12, H:1, O:16. Μονάδες 15

330

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ

Θέμα Δ Το νιτρώδες οξύ (ΗΝΟ2) δεν είναι σταθερό στα υδατικά του διαλύματα, καθώς διασπάται σε νιτρικό οξύ με σύγχρονη έκλυση NO(g), σύμφωνα με την εξίσωση (1): 3ΗΝΟ2(aq) → 2NO(g) + HNO3(aq) + H2O(ℓ) (1) Σε ένα διάλυμα νιτρώδους οξέος παρακολουθούμε τη συγκέντρωση του HNO2 (c, αρχική συγκέντρωση, πριν τον ασθενή ιοντισμό του) καθώς και τη συγκέντρωση του ιόντος ΝΟ 3− σε σχέση με το χρόνο. Λαμβάνουμε έτσι τις δύο καμπύλες που ακολουθούν:

0,6 c(Μ)

[ΗΝO2]

0,2 ΝΟ3− t1

t

tv

Στο ίδιο πείραμα, η αρχική συγκέντρωση των ιόντων Η 3Ο+ ([Η3Ο+]0, για t = 0) βρέθηκε ίση με 0,015 Μ. Δ1. Να εξηγήσετε γιατί η παραπάνω αντίδραση (1) είναι οξειδοαναγωγική. Δ2. Να εκφράσετε τη μέση ταχύτητα της αντίδρασης, με βάση το ΗΝΟ 2 και το HNO3 καθώς και τη σχέση μεταξύ της μεταβολής της συγκέντρωσης του ΗΝΟ 2 και της μεταβολής της συγκέντρωσης του ΗΝΟ3, σε ορισμένο χρονικό διάστημα Δt. Δ3. Να υπολογίσετε την τιμή της σταθεράς ιοντισμού (Κa) του HNO2 καθώς και το ποσοστό ιοντισμού του, για t = 0. Δ4. Όπως φαίνεται και από το διάγραμμα των συγκεντρώσεων, τη χρονική στιγμή t1 οι δύο καμπύλες τέμνονται. Για τη χρονική αυτή στιγμή t1, να υπολογίσετε τη [Η3Ο+]1, καθώς και το βαθμό ιοντισμού του HNO2. Δ5. Να υπολογιστεί η [Η3Ο+] μετά το τέλος της αντίδρασης. Ο όγκος του διαλύματος και η θερμοκρασία του δεν μεταβάλλονται. Να θεωρήσετε τις κατάλληλες προσεγγίσεις. Μονάδες 25

331

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

4ο ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΟ ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ Θέμα Α Για τις ερωτήσεις Α1 – Α4 που ακολουθούν να γράψετε τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση. Α1. Μία αντίδραση της μορφής, Α + Β → Γ + Δ, έχει ΔΗ = −75 kJ και ενέργεια ενεργοποίησης Εa = 40 kJ. Με κατάλληλο τρόπο (προσθήκη καταλύτη) η ενέργεια ενεργοποίησης της αντίδρασης μειώνεται κατά 15 kJ. Ποια η τιμή της ενέργειας ενεργοποίησης (Ea΄) της αντίστροφης αντίδρασης, Γ + Δ → Α + Β, παρουσία αυτού του καταλύτη; Α) 25 kJ Β) 40 kJ Γ) 60 kJ Δ) 100 kJ Μονάδες 4 Α2. Για τη σταθερά της ισορροπίας: 2NOBr(g) η τιμή της σταθεράς της ισορροπίας, NO(g) + σία; Α) 2 Μ

Β) 2

Γ) 0,5

2NO(g) + Br2(g), ισχύει Kc = 0,25. Ποια

1 Br2(g) 2

NOBr(g), στην ίδια θερμοκρα-

Δ) 1

Μονάδες 4

Α3. Τα τροχιακά του ατόμου του υδρογόνου έχουν: Α) όλα την ίδια ενέργεια Β) ενέργεια που καθορίζεται από άθροισμα (n + ℓ) Γ) ενέργεια που καθορίζεται από τον κύριο κβαντικό αριθμό (n) Δ) όλα το ίδιο σχήμα

Μονάδες 4

Α4. Αν τα στοιχεία, 3Li, 6C, 8O, 9F και 11Na ταξινομηθούν κατά σειρά αυξανόμενης τιμής της ενέργειας πρώτου ιοντισμού τότε η σειρά αυτή θα είναι: Α) Li < Na < C < O < F Β) Na < Li < C < O < F Γ) Na < Li < F < O < C Δ) Na < Li < C < F < O Μονάδες 4 Α5. Κάθε μία από τις οργανικές ενώσεις της στήλης (Ι) μετατρέπεται σε ένα προϊόν που υπάρχει στην στήλη (ΙΙ) με βάση ένα είδος της αντίδρασης που εμφανίζεται στη στήλη (ΙΙΙ). Να γράψετε τις σχετικές αντιστοιχήσεις. Μονάδες 7

A. B. Γ. Δ. Ε.

Ι CH3CH2CH2CH=O CH3CH2CH2CH2OH CH2=CHCl CH3CH=CHCH3 CH3CH2C≡N

Ζ. Η.

CH3Cl CH3C≡CH

α. β. γ. δ. ε.

ΙΙ CH3CH2CH2NH2 ΡVC CH3C≡CNa CH3CH2CH=CH2 2-βουτανόλη

1.

2.

3.

4.

5.

ΙΙΙ Οξείδωση Αναγωγή προσθήκη Πολυμερισμός Απόσπαση

ζ. η.

CH3CH2CH2COOH CH3OH

6.

7.

Υποκατάσταση όξινη συμπεριφορά

Α6. Τι είναι ηλεκτροθετικότητα ενός στοιχείου; Που βρίσκονται τα πιο ηλεκτροθετικά στοιχεία στον Π.Π.; Μονάδες 2

332

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ

Θέμα Β Β1. Σε υδατικό διάλυμα CH3COOH (διάλυμα Δ) κάνουμε τις εξής μεταβολές (ξεχωριστά): 1. Προσθέτουμε επιπλέον ποσότητα H2O (Τ = σταθ.).

2. Διοχετεύουμε στο διάλυμα αέριο HCl (V, Τ = σταθ.).

3. Προσθέτουμε ποσότητα στερεού ΚΝΟ3 (V, Τ = σταθ.).

4. Αυξάνουμε τη θερμοκρασία του διαλύματος (V = σταθ.). Να εξηγήσετε το είδος της μεταβολής που θα παρουσιάσει ο βαθμός ιοντισμού του CH3COOH, σε σχέση με το αρχικό διάλυμα (Δ), για κάθε μία από τις μεταβολές 1-4. Μονάδες 12 Β2. Δίνεται το διάγραμμα των οργανικών αντιδράσεων που ακολουθεί.

α) Να προσδιοριστούν οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ, Κ, Λ και M. β) Ποια από τις ενώσεις του διαγράμματος οδηγεί στο σχηματισμό του 2-μεθυλο-2υδροξυπροπανικού οξέος, μέσω σχηματισμού κυανυδρίνης; Να γραφούν οι σχετικές χημικές εξισώσεις. Μονάδες 13

Θέμα Γ Γ1. Το Ι2 αντιδρά με πυκνό διάλυμα ΗΝΟ3, σύμφωνα με την εξίσωση (χωρίς συντελεστές):

I2 + HNO3 → HIO3 + NO2 + H2O α) Να εξηγήσετε αν η αντίδραση είναι οξειδοαναγωγική ή όχι. Να γράψετε την παραπάνω αντίδραση συμπληρωμένη με τους κατάλληλους συντελεστές (μικρότεροι δυνατοί ακέραιο αριθμοί). β) Πόσα g I2 πρέπει να αντιδράσουν πλήρως, ώστε να παραχθούν 6,72 L NO2(g) σε STP, σύμφωνα με την παραπάνω αντίδραση; γ) Σε δοχείο όγκου V εισάγεται η παραπάνω ποσότητα του NO2 (6,72 L σε STP), στους θοC και αποκαθίσταται η χημική ισορροπία: 2NO2(g) Ν2Ο4(g), στην οποία προσδιορίστηκαν 0,1 mol NO2. Σε ένα άλλο δοχείο όγκου 1 L εισάγουμε 0,3 mol Ν2Ο4(g) στους θοC και όταν αποκαταστάθηκε η ισορροπία στο δοχείο προσδιορίστηκαν 0,2 mol NO2. Να προσδιοριστεί η τιμή του όγκου (V) του πρώτου δοχείου. Η σχετική ατομική μάζα ιωδίου είναι ίση με 127. Μονάδες 15 Γ2. Ισομοριακό μίγμα δύο κορεσμένων μονοκαρβοξυλικών οξέων έχει μάζα 13,4 g. To μίγμα αντιδρά πλήρως με Νa2CO3 και προκύπτουν 2,24 L αερίου σε STP. α) Ποιοι οι δυνατοί συντακτικοί τύποι των δύο καρβοξυλικών οξέων; β) Πως μπορεί να ταυτοποιηθεί το αέριο που προκύπτει από την παραπάνω αντίδραση; Σχετικές ατομικές μάζες, C:12, H:1, O:16. Μονάδες 10

333

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Θέμα Δ Διαθέτουμε 150 mL διαλύματος HClO 1 M (διάλυμα Δ 1). Το διάλυμα αυτό έχει pH = 4. Δ1. i. Πόσα mL νερού πρέπει να προσθέσουμε σε 50 mL του Δ1, ώστε ο βαθμός ιοντισμού του HClO να διπλασιαστεί; ii. Να υπολογιστεί ο λόγος των mol των ιόντων Η3Ο+ στο αρχικό και στο αραιωμένο διάλυμα. Δ2. Σε άλλα 50 mL του Δ1 προσθέτουμε 0,05 mol στερεού NaOH, οπότε προκύπτει νέο διάλυμα (Δ2) όγκου επίσης 50 mL. Ποιο το pH του διαλύματος Δ2; Δ3. Στα υπόλοιπα 50 mL του Δ1 προσθέτουμε όλη την ποσότητα του Δ2, καθώς και μία σταγόνα διαλύματος που περιέχει το δείκτη ερυθρό του μεθυλίου. i. Ποιο το pH του διαλύματος Δ3 που προκύπτει; ii. Ποιος ο λόγος της συγκέντρωσης της όξινης προς τη βασική μορφή του δείκτη στο διάλυμα Δ3; Δ4. Ο δείκτης ερυθρό του μεθυλίου χρησιμοποιείται ως δείκτης για την ογκομέτρηση διαλύματος NH3 με πρότυπο διάλυμα ΗCl. Ποιος ο χρωματισμός του δείκτη στο τελικό σημείο της ογκομέτρησης; Ποια η μέγιστη τιμή του pH στο τελικό σημείο της ογκομέτρησης, θεωρητικά; Για το δείκτη ερυθρό του μεθυλίου: Κa,ΗΔ = 10−5. Η όξινη μορφή του δείκτη είναι κόκκινη, ενώ η βασική του κίτρινη. θ=25οC. Κw = 10−14. Σε όλες τις περιπτώσεις να θεωρηθούν οι κατάλληλες προσεγγίσεις. Μονάδες 25 ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

334

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ

5ο ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΟ ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ Θέμα Α Α1. Να εξετάσετε αν οι προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστές (Σ) ή Λανθασμένες (Λ). Nα αιτιολογήσετε τις επιλογές σας. Μονάδες 15 α) Με καταλυτική προσθήκη Η2 νιτριλίων μπορεί να προκύψει οποιαδήποτε πρωτοταγής αμίνη. β) Μεταξύ του ηλεκτρονίου 1s του 1Η και 2pz του 9F δημιουργείται δεσμός, ο οποίος χαρακτηρίζεται από μέγιστη ηλεκτρονιακή πυκνότητα πάνω και κάτω από τον άξονα του δεσμού. γ) Η μονάδα για τη σταθερά Κc της χημικής ισορροπίας, CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g), είναι το Μ (mol/L). δ) Αν προσθέσουμε ένα ισχυρό οξύ ή μία ισχυρή βάση σε νερό, υπό σταθερή θερμοκρασία, ο ιοντισμός του νερού θα μειωθεί. ε) Αν σε θερμοκρασία Τ1 η ισορροπία, Α(g) + Β(g) Γ(g), ΔΗ < 0, έχει Kc1 = 4, τότε σε θερμοκρασία Τ2 > Τ1 για τη σταθερά (Κc2) της ισορροπίας: Γ(g) Β(g) + Α(g), θα ισχύει Kc2 > 0,25. Στις παρακάτω ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής να γράψετε απλά το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή επιλογή. Α2. Το γράφημα που ακολουθεί δείχνει τη μεταβολή της ενέργειας πρώτου ιοντισμού (σε kJ·mol−1) ως συνάρτηση του ατομικού αριθμού (Z) για μία σειρά πέντε στοιχείων με διαδοχικούς ατομικούς αριθμούς. Σε ποια ομάδα του περιοδικού πίνακα ανήκει το στοιχείο Χ; 2500

Εi 1500

Χ

500

Ζ Α) Στην ΙΑ (1η) ομάδα Γ) Στη VIA (16η) ομάδα

Β) Στη ΙΙΑ (2η) ομάδα Δ) Στη VΙIA (17η) ομάδα

Μονάδες 5

Α3. Ποια θεώρηση του Bohr για το άτομο του υδρογόνου συνεισφέρει άμεσα στην εξήγηση του γραμμικού φάσματος εκπομπής του; Α) Η θεώρηση του κύριου κβαντικού αριθμού n Β) Το ηλεκτρόνιο όταν κινείται σε μία στιβάδα έχει σταθερή ενέργεια Γ) Η μηχανική συνθήκη Δ) Η οπτική συνθήκη Μονάδες 5

335

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Θέμα Β Β1. Ποσότητα I2(s) αντιδρά πλήρως με H2SO3(aq), υπό σταθερή θερμοκρασία, σύμφωνα με την εξίσωση: I2(s) + H2SO3(aq) + H2O(ℓ) → HI(aq) + H2SO4(aq) (χωρίς συντελεστές) α) Να εξηγήσετε γιατί η παραπάνω αντίδραση είναι οξειδοαναγωγική και να τη συμπληρώσετε με τους κατάλληλους συντελεστές (μικρότεροι δυνατοί ακέραιοι αριθμοί). β) Να γράψετε τη σχέση που δίνει τη μέση ταχύτητα της αντίδρασης σε σχέση με το αντιδρών Η2SΟ3(aq) καθώς και σε σχέση με το προϊόν ΗΙ(aq). γ) Να εξηγήσετε πως μεταβάλλονται κατά τη διάρκεια της αντίδρασης οι συγκεντρώσεις των ιόντων Ι−, ΗSO4− και SO42− και πως μεταβάλλεται το pH του διαλύματος. Μονάδες 10 Β2. Δίνεται το παρακάτω διάγραμμα χημικών διεργασιών.

α) Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε και Ζ. β) Ποια από τις ενώσεις του διαγράμματος διασπά το ανθρακικό νάτριο (Na2CO3); Να γραφεί η σχετική χημική εξίσωση. γ) Ποια από τις ενώσεις του διαγράμματος αντιδρά με Η2Ο σχηματίζοντας υδρογονάνθρακα; Να γραφεί η εξίσωση της αντίδρασης αυτής. Μονάδες 15 Θέμα Γ Γ1. Σε δοχείο όγκου 10 L εισάγονται ποσότητες από τις ενώσεις Α(g) και Β(g), οπότε τη χρονική στιγμή t1 αποκαθίσταται η ισορροπία: A(g) + 2B(g) 2Γ(g), σε θερμοκρασία θ1. Τη χρονική στιγμή t2 αυξάνουμε τη θερμοκρασία σε θ2 > θ1, οπότε τη χρονική στιγμή t3 αποκαθίσταται νέα χημική ισορροπία. Όλες οι μεταβολές των συγκεντρώσεων των σωμάτων που συμμετέχουν στην ισορροπία εμφανίζονται στα διαγράμματα που ακολουθούν.

0,5

Ι 0,4

c 0,3 0,2

ΙΙ

0,1

ΙΙΙ t1

t2

t3

α) Να αντιστοιχήσετε τις καμπύλες (Ι, ΙΙ, ΙΙΙ) στις ενώσεις Α, Β και Γ. Ποια η τιμή της σταθεράς Kc στους θ1οC; β) Να χαρακτηρίσετε την παραπάνω ισορροπία ως ενδόθερμη ή εξώθερμη (προς τα δεξιά). Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. γ) Τη χρονική στιγμή t3 μεταβάλλουμε τον όγκο του δοχείου, διατηρώντας σταθερή τη θερμοκρασία στους θ2οC, οπότε στη νέα χημική ισορροπία βρέθηκε 1 mol B. Nα υπολογιστεί ο νέος όγκος του δοχείου. Μονάδες 12

336

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ

Γ2. Αλκένιο (Α) αντιδρά με HCl και προκύπτει η ένωση Β ως κύριο προϊόν. Η ένωση Β με την επίδραση Mg σε άνυδρο αιθέρα παράγει την ένωση Γ η οποία με την επίδραση άλλης οργανικής ένωσης (Ε) παράγει ενδιάμεσο το οποίο με υδρόλυση οδηγεί στην οργανική ένωση Θ. Επίσης, η ένωση Β με κατεργασία με υδατικό διάλυμα NaOH παράγει οργανική ένωση (Δ) η οποία με επίδραση K2Cr2O7/H2SO4 οδηγεί στην οργανική ένωση (Ε). Τέλος, η Ε με κατεργασία με Ι2/ΝaOH οδηγεί σε ένωση (Z) του τύπου C3H5O2Na. α) Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ και Θ; β) i. Με ποιους άλλους συνδυασμούς αντιδραστηρίου Grignard και καρβονυλικής ένωσης μπορεί να παρασκευαστεί η ένωση Θ; ii. Πως μπορούμε να διακρίνουμε την ένωση Δ από την ένωση Θ; Να αναφέρετε δύο τρόπους, αναγράφοντας και τις χημικές εξισώσεις των σχετικών αντιδράσεων. Μονάδες 13

Θέμα Δ Δ1.Yδατικό διάλυμα (Υ1) ασθενούς μονοπρωτικής βάσης (Α) έχει pH = 11. Ένα άλλο υδατικό διάλυμα (Y2) άλλης ασθενούς μονοπρωτικής βάσης (B) έχει βαθμό ιοντισμού α = 10−3 και συγκέντρωση 2 M. α) Πόσα mL νερού πρέπει να προσθέσουμε σε 200 mL του διαλύματος Y2 ώστε να μεταβληθεί το pH του κατά μισή μονάδα; β) Πόσα mol ΗNO3 πρέπει να προσθέσουμε σε 200 mL του διαλύματος Υ1 ώστε να προκύψει ρυθμιστικό διάλυμα με pH = 7; γ) Σε 200 mL από το διάλυμα Υ1 προσθέτουμε 1,8 L νερού και προκύπτει νέο διάλυμα (Υ3). Πόσα mL διαλύματος NaOH 0,09 Μ πρέπει να προσθέσουμε σε 200 mL του διαλύματος Υ3, ώστε το pH του διαλύματος που θα προκύψει να είναι pH = 12; Ποια είναι η [ΑΗ+] στο διάλυμα αυτό; Η προσθήκη του HNO3 γίνεται χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος Υ1. Για τη βάση Α ισχύει: Κb = 10−6. Σε όλες τις περιπτώσεις, για την απλούστευση των υπολογισμών, να γίνουν οι κατάλληλες προσεγγίσεις που υποδεικνύονται στη θεωρία. Για όλα τα διαλύματα ισχύει: θ=25οC. Μονάδες 20 Δ2. Σε 0,5 g δείγματος που περιέχει Na2CO3, καθώς και άλλες αδρανείς ουσίες, προστίθενται 100 mL HCl 0,1 Μ (περίσσεια), οπότε πραγματοποιείται η αντίδραση:

Na2CO3 + 2HCl → 2NaCl + CO2 + H2O Το διάλυμα στη συνέχεια θερμαίνεται μέχρι βρασμού για την απομάκρυνση του CO 2 και κατόπιν η περίσσεια του HCl ογκομετρείται με πρότυπο διάλυμα ΝaOH 0,1 Μ, παρουσία φαινολοφθαλεΐνης. Για το σκοπό αυτό καταναλώθηκαν 20 mL πρότυπου διαλύματος. Με βάση τα παραπάνω δεδομένα, ποια είναι η % w/w περιεκτικότητα του δείγματος σε Na2CO3; Σχετικές ατομικές μάζες, Na:23, C:12, O:16. Μονάδες 5

337

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

6ο ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΟ ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ Θέμα Α Α1. Να εξετάσετε αν οι προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστές (Σ) ή όχι. Δεν απαιτείται αιτιολόγηση. α) Κατά τη διάρκεια της αντίδρασης, IO3−(aq) + 5I−(aq) + 6H3O+(aq) → 3I2(aq) + 9H2O(ℓ), το pH του διαλύματος μειώνεται. β) Για την ισορροπία, Ni(s) + 4CO(g) Ni(CO)4(g), η σταθερά Kc δεν έχει μονάδες (είναι καθαρός αριθμός). γ) Tα σωματίδιο 10Ne και 8Ο2− έχουν το ίδιο μέγεθος. δ) Όταν επικαλύπτονται μεταξύ τους p τροχιακά μπορούν να σχηματίσουν σ ή π δεσμούς. ε) Η ισορροπία, CH3COOH(ℓ) + CH3OH(ℓ) CH3COOCH3(ℓ) + H2O(ℓ), χαρακτηρίζεται ως ομογενής. Μονάδες 5 Για τις ερωτήσεις Α2 - Α4 να γράψετε τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση. Α2. Παρακολουθούμε τη χημική αντίδραση, Α(g) + 2B(g) → 3Γ(g) από t = 0 (έναρξη της αντίδρασης) μέχρι t = tv (τέλος αντίδρασης). Οι ρυθμοί μεταβολής των αντιδρώντων και των προϊόντων παριστάνονται με τα μεγέθη υ Α, υΒ και υΓ, αντίστοιχα. Κατά τη διάρκεια της αντίδρασης: Α) τα υΑ, υΒ και υΓ αυξάνονται Β) τα υΑ, υΒ και υΓ μειώνονται Γ) τα υΑ και υΒ αυξάνονται και το υΓ μειώνεται Δ) τα υΑ και υΒ μειώνονται και το υΓ αυξάνεται Μονάδες 4 Α3. Το διάγραμμα που ακολουθεί εμφανίζονται οι διαδοχικές ενέργειες ιοντισμού (σε ΜJ·mol−1) που απαιτούνται για την απομάκρυνση των πρώτων 9 ηλεκτρονίων από το άτομο ενός στοιχείου Χ.

40

Εi

30 20 10 3 4 5 6 7 8 9 1 2 αριθμός απομακρυνόμενων ηλεκτρονίων

Ποιο από τα ακόλουθα στοιχεία μπορεί να είναι το στοιχείο Χ; A) 16S B) 17Cl Γ) 18Ar Δ) 20Ca

Μονάδες 4

Α4. Με ποια από τις παρακάτω συνθετικές πορείες μπορεί να προκύψει αιθανόλη;

Μονάδες 4

338

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ

Α5. Να ταξινομήσετε τις οργανικές ενώσεις A, B, Γ και Δ που ακολουθούν κατά σειρά αυξανόμενης τιμής pKa.

Μονάδες 3 Α6. α) Να γράψετε τους παράγοντες που καθορίζουν την τιμή της ενέργειας ιοντισμού (Ei) ενός στοιχείου (απλή αναφορά των παραγόντων). β) Να γράψετε δύο χρήσεις των δεικτών. Μονάδες 5

Θέμα Β Β1. Δίνεται η χημική εξίσωση: K2Cr2O7 + HΒr → Br2 + A + B + Η2Ο. α) Nα αντιγράψετε την παραπάνω χημική εξίσωση συμπληρωμένη με τους τύπους των ενώσεων που αντιστοιχούν στα γράμματα Α και Β και με τους κατάλληλους συντελεστές. β) Πως δρα το HΒr στην παραπάνω αντίδραση, ως οξειδωτικό ή αναγωγικό; Να εξηγήσετε αν είναι ορθή η πρόταση: «Όλα τα άτομα Br οξειδώνονται». Μονάδες 6 Β2. Τέσσερα υδατικά διαλύματα, Α, Β, Γ και Δ έχουν όλα τον ίδιο όγκο και θ=25οC. Α: CH3COONa 0,1 Μ Β: CH3COOH 0,1 Μ Γ: HNO3 0,1 Μ Δ: CH3COOH 0,1 Μ, CH3COONa 0,1 Μ α) Να διατάξετε τα διαλύματα κατά αυξανόμενη τιμή pH. β) Να συγκρίνετε το βαθμό ιοντισμού του CH3COOH στα διαλύματα Β και Δ. γ) Να αναφέρετε αν και πώς θα μεταβληθεί το pH του κάθε διαλύματος κατά την αραίωσή του µε νερό σε διπλάσιο όγκο. Μονάδες 9 Β3. Ποσότητα αλκανίου (Α) κατεργάζεται με Br2 σε υψηλή θερμοκρασία. Ένα από τα προϊόντα της αντίδρασης (προϊόν Β) έχει Μr = 202 και μπορεί να προκύψει επίσης με επίδραση περίσσειας HBr σε αλκίνιο (Γ). α) Ποιοι οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Α, Β και Γ; β) Από την ένωση Γ μπορεί να προκύψει η ένωση 2,3-διμεθυλο-2-βουτανόλη (ένωση Κ), με βάση το διάγραμμα αντιδράσεων που ακολουθεί:

Ποια είναι τα αντιδραστήρια Χ, Υ και Ζ; Να γραφούν οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Δ, Ε, Ζ και Θ. Σχετικές ατομικές μάζες, C:12, H:1, Br:80. Μονάδες 10 Θέμα Γ Γ1. 16 g οξειδίου του τύπου M2Ox ανάγονται πλήρως με τη βοήθεια C(s) και προκύπτουν 11,2 g του μετάλλου Μ, σύμφωνα με την εξίσωση: M2Ox + C(s) → 2Μ(s) + xCO(g).

Nα υπολογιστεί η τιμή του x. Για το μέταλλο Μ, Αr = 56 και για το οξυγόνο, Αr = 16. Μονάδες 5

339

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Γ2. Σε δοχείο όγκου V = 3 L εισάγονται 2 mol A(g) και 2 mol E(g) καθώς και περίσσεια B(s), οπότε αποκαθίστανται παράλληλα οι παρακάτω χημικές ισορροπίες (1) και (2): A(g) + B(s) Γ(g) + Δ(g) (1) Ε(g) + B(s) Γ(g) + Ζ(g) (2) Μετά την αποκατάσταση και των δύο ισορροπιών, η ποσότητα του σώματος Γ(g) βρέθηκε ίση με 2 mol. Αν για την ισορροπία (2), Kc2 = 2, να υπολογιστούν: α) Oι ποσότητες (σε mol) στο δοχείο μετά την αποκατάσταση και των δύο ισορροπιών. β) Η σταθερά Kc1 της ισορροπίας (1). Σε όλες τις παραπάνω διαδικασίες η θερμοκρασία είναι ή ίδια. Μονάδες 10 Γ3. Ποσότητα εστέρα (Α) του τύπου RCOOR΄ υδρολύεται πλήρως σε όξινο περιβάλλον και προκύπτει μίγμα δύο νέων οργανικών ενώσεων Β και Γ συνολικής μάζας 21,2 g. Το μίγμα των ενώσεων Β και Γ χωρίζεται σε 2 ίσα μέρη. Το 1ο μέρος αποχρωματίζει διάλυμα ΚΜnO4 οξινισμένο με H2SO4 ελευθερώνοντας αέριο CO2. Το 2ο μέρος παράγει 39,4 g κίτρινου ιζήματος όταν κατεργαστεί με Ι2/ΝaOH. Ποιος ο συντακτικός τύπος του εστέρα Α; Μονάδες 10 Θέμα Δ Δ1. Σε 25 mL διαλύματος ασθενούς οξέος ΗΧ, συγκέντρωσης c, προσθέτουμε σταγόνες δείκτη ΗΔ (pKaHΔ = 9) και στη συνέχεια 25 mL διαλύματος NaOH 0,1 Μ. Προκύπτει έτσι διάλυμα (Υ1) όγκου 50 mL στο οποίο βρέθηκε ότι ισχύει: [ΗΔ]/[Δ−] = 3·104. Στο διάλυμα Υ1 προσθέτουμε επιπλέον 75 mL του διαλύματος NaOH 0,1 Μ και επέρχεται (πλήρης) εξουδετέρωση (διάλυμα Υ2). Να προσδιοριστούν: α) Η συγκέντρωση των Η3Ο+ στο διάλυμα Υ1. β) Η τιμή της συγκέντρωσης c. γ) Η τιμή της σταθεράς ιοντισμού Ka του οξέος ΗΧ. Να θεωρήσετε τις κατάλληλες προσεγγίσεις. Μονάδες 15 Δ2. Ποσότητα διαλύματος ασθενούς οξέος ΗΑ ογκομετρείται με πρότυπο διάλυμα ΝaOH και λαμβάνεται η καμπύλη ογκομέτρησης που ακολουθεί:

pH

5

20

30 VNaOH (mL)

Να υπολογιστεί η τιμή της σταθεράς ιοντισμού του ασθενούς οξέος ΗΑ. Να θεωρήσετε τις κατάλληλες προσεγγίσεις. Μονάδες 5 Δ3. Σε διάλυμα μονοπρωτικού οξέος (ΗΑ) όγκου V1 = 60 mL το οξύ ιοντίζεται σε ποσοστό 20%. Να υπολογίσετε τον όγκο του νερού που πρέπει να προστεθεί στο διάλυμα αυτό, υπό σταθερή θερμοκρασία, ώστε το οξύ να ιοντίζεται σε ποσοστό 25%. Μονάδες 5

340

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ

7ο ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΟ ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ Θέμα Α Α1. Να χαρακτηρίσετε τις προτάσεις που ακολουθούν ως σωστές (Σ) ή λανθασμένες (Λ). Δεν απαιτείται αιτιολόγηση. α) Από τον πολύ μεγάλο αριθμό συγκρούσεων μεταξύ των αντιδρώντων μορίων ελάχιστες είναι αποτελεσματικές. β) Το pH ενός ουδέτερου διαλύματος στους 15oC έχει τιμή μικρότερη του 7. γ) Τα χημικά στοιχεία της 3ης περιόδου ανήκουν σε κύριες ομάδες του Π.Π. και έχουν ατομικούς αριθμούς Ζ = 11 - 18. δ) Σε ένα πολυηλεκτρονιακό άτομο δεν υπάρχει υποστιβάδα που να έχει την ίδια ενέργεια με μία άλλη υποστιβάδα. ε) Η 1-προπανόλη προκύπτει πιο εύκολα με προσθήκη Η2/Νi από προπανάλη, σε σχέση με τη 2-προπανόλη με προσθήκη Η2/Νi από προπανόνη. Μονάδες 10 Στις παρακάτω ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής Α2, Α3, Α4 και Α5 να γράψετε απλά το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή επιλογή. Α2. Σε υδατικό διάλυμα που περιέχει ΗCl(aq) σε συγκέντρωση 0,1 Μ προστίθεται ποσότητα μεταλλικού Zn(s) και διεξάγεται η αντίδραση:

Ζn(s) + 2HCl(aq) → ZnCl2(aq) + H2(g) Κατά τη διάρκεια διεξαγωγής της αντίδρασης, υπό σταθερή θερμοκρασία: Α) Το pH του διαλύματος αυξάνεται Β) Η ποσότητα των ιόντων Zn2+ στο διάλυμα μειώνεται Γ) Η ποσότητα των ιόντων Η3Ο+ στο διάλυμα αυξάνεται Δ) Η ποσότητα των ιόντων Cl− στο διάλυμα αυξάνεται

Μονάδες 3

Α3. Σε ποιο από τα επόμενα υδατικά διαλύματα το άθροισμα [Η3Ο+] + [ΟΗ−] έχει τη μικρότερη τιμή; Α) Ca(NO3)2 0,01 M, στους 25οC Β) Ca(OH)2 0,005 M, στους 25οC −4 ο Γ) NaOH 10 M, σε θ > 25 C Δ) ΗCl 0,2 M, σε θ < 25οC Μονάδες 3 Α4. Σε ποιον από τους παρακάτω επιστήμονες αποδίδεται η θεώρηση ότι τα μικρά κινούμενα σωματίδια παρουσιάζουν και κυματική συμπεριφορά; Α) De Broglie Β) Schrödinger Γ) Planck Δ) Heisenberg Μονάδες 3 Α5. Η αντίδραση μεταξύ της αιθανόλης και του αιθανικού οξέος ανήκει στις αντιδράσεις: A) προσθήκης B) οξείδωσης Γ) υποκατάστασης Δ) εξουδετέρωσης Μονάδες 3 Α6. Να αναφέρετε δύο ομοιότητες και μία διαφορά μεταξύ της θεωρίας δεσμού σθένους και της θεωρίας των μοριακών τροχιακών. Μονάδες 3

Θέμα Β Β1. Σε κλειστό δοχείο έχει αποκατασταθεί η ισορροπία που περιγράφεται από την εξίσωση: CO(g) + Cl2(g) COCl2(g) , ΔΗ = −110 kJ Στο διάγραμμα που ακολουθεί παρουσιάζεται η μεταβολή της συγκέντρωσης των σωμάτων που μετέχουν στην ισορροπία σε συνάρτηση με το χρόνο.

341

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Να εξηγήσετε ποιοι παράγοντες της χημικής ισορροπίας μεταβλήθηκαν τις χρονικές στιγμές t1, t2 και t3. Να διατυπώσετε τη γενική αρχή στην οποία βασίστηκαν οι προβλέψεις σας. Μονάδες 7 Β2. Σε διάλυμα (Δ1) οξέος ΗΑ όγκου V και συγκέντρωσης 0,1 Μ προστίθεται διάλυμα (Δ2) ισχυρής μονοπρωτικής βάσης κατά Arrhenius (ΜΟΗ), όγκου 8V με pH = 12 και το διάλυμα (Δ3) που προκύπτει έχει pH = 7. α) Να εξηγήσετε αν το οξύ ΗΑ είναι ισχυρό ή ασθενές. β) Το διάλυμα Δ3 αραιώνεται με την προσθήκη νερού. Να εξηγήσετε αν θα μεταβληθούν και πως τα μεγέθη: i. βαθμός ιοντισμού του ΗΑ και ii. το pH του διαλύματος, iii. τα mol των ιόντων ΟΗ−. Όλα τα διαλύματα έχουν θ=25oC. Μονάδες 9 Β3. Οργανική ένωση έχει το συντακτικό τύπο που ακολουθεί:

Πως αντιδρά η ένωση αυτή με τα αντιδραστήρια που ακολουθούν; Να γραφούν όλες οι σχετικές χημικές εξισώσεις. α) θέρμανση παρουσία H2SO4, προς προϊόν που πολυμερίζεται προς πολυστυρόλιο. β) Μεταλλικό Na. γ) ΚΜnO4/H2SO4. δ) CH3COOH, παρουσία Η2SO4. Μονάδες 9

Θέμα Γ Γ1. Διαθέτουμε δείγμα FeSO4 μάζας 1 g, που περιέχει και αδρανείς προσμίξεις. Διαλύουμε την ποσότητα αυτή σε νερό και οξινίζουμε το διάλυμα που προκύπτει με H2SO4. Ογκομετρούμε το οξινισμένο διάλυμα με διάλυμα KMnO4 0,05 M και παρατηρούμε ελαφρά έγχρωμη απόχρωση με την προσθήκη ακριβώς 25 mL του διαλύματος KMnO4. Nα υπολογίσετε τη μάζα του καθαρού FeSO4 στο δείγμα του 1 g. Σχετικές ατομικές μάζες, Fe:56, S:32, O:16. Μονάδες 8

342

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ

Γ2. Κατά την πλήρη καύση 5,1 g οργανικής ένωσης (Α), που έχει σχετική μοριακή μάζα ίση με 102, παράγονται 11 g CO2 και 4,5 g Η2O. α) Με βάση τα παραπάνω δεδομένα να δείξετε ότι ο μοριακός τύπος της ένωσης είναι C5H10O2. β) Ποσότητα της ίδιας ένωσης (Α) ίση με 0,03 mol αναμιγνύεται με ισομοριακή ποσότητα νερού και το μίγμα θερμαίνεται σε κατάλληλη θερμοκρασία μέχρι την αποκατάσταση χημικής ισορροπίας. Προκύπτει έτσι μίγμα που αποτελείται από ποσότητα της ένωσης Α που δεν έχει υδρολυθεί, καθώς και από ποσότητες δύο νέων οργανικών προϊόντων Β και Γ με την ίδια σχετική μοριακή μάζα: Μr(B) = Mr(Γ). Να προσδιοριστούν οι δυνατοί συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, Β και Γ. γ) Βρέθηκε ότι όλη η ποσότητα της ένωσης Β που περιέχεται στο μίγμα ισορροπίας εξουδετερώνεται ακριβώς με 10 mL διαλύματος ΚΟΗ 1 Μ. Να υπολογιστεί η τιμή της σταθεράς ισορροπίας της υδρόλυσης της ένωσης Α στις συνθήκες του πειράματος. Σχετικές ατομικές μάζες, C:12, H:1, O:16. Μονάδες 17

Θέμα Δ Δ1. Σε 1 L διαλύματος οξέος ΗΑ με pH = 3 προσθέτουμε 9 L νερό και παίρνουμε 10 L διαλύματος με pH = 4. Σε 1 L διαλύματος οξέος ΗΒ με pH = 3 προσθέτουμε 9 L νερό και παίρνουμε 10 L διαλύματος με pH = 3,5. Τι συμπεραίνετε για την ισχύ των μονοπρωτικών οξέων ΗΑ και ΗΒ; Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. Μονάδες 4 Δ2. Διαθέτουμε τα παρακάτω υδατικά διαλύματα, Υ1, Υ2 και Υ3. Διάλυμα Υ1: CH3COOH 0,1 M, 400 mL. Διάλυμα Υ2: CH3COONa 0,2 M, 300 mL. Διάλυμα Υ3: NaOH 0,2 M, 300 mL. Ποιος είναι ο μέγιστος όγκος ρυθμιστικού διαλύματος με pH = 5, που μπορεί να προκύψει με την ανάμειξη ποσοτήτων από τα διαλύματα: α) Υ1 και Υ2 και β) Υ1 και Υ3. Δίνονται οι σταθερές: Κa(CH3COOH) = 10−5 και Kw = 10−14. Όλα τα διαλύματα έχουν θ=25οC. Να θεωρήσετε τις κατάλληλες προσεγγίσεις. Μονάδες 9 Δ3. Για τον έλεγχο της καθαρότητας ενός δείγματος (ΝΗ4)2SO4 εκτελούμε τη διαδικασία που ακολουθεί: Ποσότητα από το δείγμα μάζας 0,5 g θερμαίνεται με περίσσεια πυκνού διαλύματος ΚΟΗ και το αέριο που εκλύεται διαβιβάζεται σε 100 mL διαλύματος H2SO4 0,05 M. Για πλήρη εξουδετέρωση της περίσσειας του H2SO4 απαιτούνται 25 mL διαλύματος NaOH 0,1 M. Να υπολογίσετε την % w/w περιεκτικότητα του δείγματος σε (ΝΗ4)2SO4. Σχετικές ατομικές μάζες, N:14, H:1, S:32, O:16. Μονάδες 10 Δ4. Υδατικό διάλυμα άγνωστου μονοπρωτικού ασθενούς οξέος (ΗΧ) όγκου V ογκομετρείται με πρότυπο διάλυμα NaOH 0,1 Μ και λαμβάνεται η σχετική καμπύλη ογκομέτρησης. Να αναφέρετε δύο πληροφορίες που μπορούμε να πάρουμε από την καμπύλη αυτή. Μονάδες 2

343

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

8ο ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΟ ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ Θέμα Α Α1. Να χαρακτηρίσετε τις προτάσεις που ακολουθούν ως σωστές (Σ) ή λανθασμένες (Λ). Δεν απαιτείται αιτιολόγηση. α) Η προσθήκη αφυδατικής ουσίας (ουσία που απομακρύνει το Η 2Ο) αυξάνει την απόδοση της αντίδρασης εστεροποίησης. β) Αν η θέση της χημικής ισορροπίας, A(g) + 2B(g) Γ(g) + 2Δ(g) , ΔΗ, δε μεταβάλλεται με τη μεταβολή της θερμοκρασίας, θα ισχύει ΔΗ = 0. γ) Στα υδατικά του διαλύματα, το ιόν CH3O− λειτουργεί ως ισχυρή βάση κατά Bronsted Lowry. δ) Σε ένα πολυηλεκτρονιακό άτομο όλα τα τροχιακά έχουν διαφορετική ενέργεια μεταξύ τους. ε) Κάθε μοριακό τροχιακό μπορεί να καταλαμβάνεται από ένα ή δύο ηλεκτρόνια με αντιπαράλληλα spin. Μονάδες 5 Στις ερωτήσεις Α2, Α3 Α4, Α5 και Α6 να γράψετε το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή επιλογή. Α2. Θεωρήστε την αντίδραση Α + Β Γ + Δ. Για την αντίδραση αυτή δίνεται το διπλανό ενεργειακό διάγραμμα. Ποια από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστή; Α) Η ενέργεια ενεργοποίησης της αντίστροφης αντίδρασης, Γ + Δ → Α + Β, είναι αρνητική Β) Η ενέργεια ενεργοποίησης της αντίδρασης, Α + Β → Γ + Δ, έχει μικρότερη τιμή από την ενέργεια ενεργοποίησης της αντίδρασης, Γ + Δ → Α + Β Γ) Με αντιδρώντα τα Α και Β, η ταχύτητα της αντίδρασης προς τα δεξιά συνεχώς αυξάνεται μέχρι την αποκατάσταση χημικής ισορροπίας Δ) Για την αντίδραση, Α + Β → Γ + Δ, ισχύει ΔΗ > 0 Μονάδες 4

Ε Γ+Δ Α+Β

Α3. Από τις ακόλουθες ενώσεις ή ιόντα μπορεί να αναχθεί προς το σχηματισμό ΝO 2: A) το N2O Β) το NO3– Γ) το NO2– Δ) το NO Μονάδες 4 Α4. Σε 1 L διαλύματος HF 0,1 Μ με pH = 2,1 διαλύουμε 0,1 mol ΝaF(s) χωρίς μεταβολή όγκου και της θερμοκρασίας. Το διάλυμα που προκύπτει: Α) έχει pH = 2,1 Β) έχει pH πρακτικά ίσο με 2,1 Γ) έχει pH = pKa, όπου Κa η σταθερά ιοντισμού του ΗF Δ) δεν είναι ρυθμιστικό καθώς το HF είναι ισχυρό οξύ Μονάδες 4 Α5. Ένα χημικό στοιχείο ανήκει στην 4η περίοδο του Π.Π. Τι από τα παρακάτω ισχύει οπωσδήποτε για το στοιχείο αυτό; Α) Μπορεί να διαθέτει το πολύ 3 ασύζευκτα (μονήρη) ηλεκτρόνια. Β) Ανήκει στον τομέα s ή στο τομέα p Γ) Θα έχει σίγουρα συμπληρωμένη τη στιβάδα Μ Δ) Αν είναι στοιχείο του d ή του p τομέα θα διαθέτει ηλεκτρόνια σε υποστιβάδα d Μονάδες 4

344

πορεία της αντίδρασης

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ

Α6. Να θεωρήσετε τις οργανικές ενώσεις: αιθανόλη, μεθανάλη, προπανάλη, αιθανικό ή οξικό οξύ και μεθανικό ή μυρμηκικό οξύ, καθώς και τις προτάσεις i-iv που ακολουθούν: i. Όλες οι παραπάνω ενώσεις, εκτός από το αιθανικό οξύ έχουν αναγωγικές ιδιότητες. ii. Από τις παραπάνω ενώσεις μόνο η αιθανόλη δίνει την αλογονοφορμική αντίδραση, παράγοντας π.χ. ίζημα με την επίδραση I2/NaOH. iii. H μεθανάλη παρουσιάζεται περισσότερο δραστική στις αντιδράσεις προσθήκης σε σχέση με την προπανάλη. iv. Το αιθανικό οξύ και το μεθανικό οξύ έχουν την ικανότητα να διασπούν τα ανθρακικά άλατα παράγοντας CO2. Ποια-ες από τις παραπάνω προτάσεις είναι σωστή-ές; Α) Οι προτάσεις i και ii Β) Οι προτάσεις i, ii και iii Γ) Οι προτάσεις i και iii Δ) Και οι 4 προτάσεις i-iv είναι σωστές Μονάδες 4 Θέμα Β Β1. Σε δοχείο σταθερού όγκου V εισάγουμε ποσότητες από τις ενώσεις A(g) και B(g), C (M) οπότε υπό σταθερή θερμοκρασία εξελίσσε1 c0 ται η αντίδραση που περιγράφεται από την εξίσωση: αΑ(g) + B(g) → 2Γ(g), όπου α o 2 ακέραιος συντελεστής του σώματος Α(g). Στο διπλανό διάγραμμα εμφανίζεται η μεταβολή της συγκέντρωσης και των τριών 3 0 σωμάτων της αντίδρασης σε συνάρτηση με 0 10 t(min) το χρόνο, χωρίς να ξέρουμε ποια καμπύλη αντιστοιχεί σε ποια ένωση. Με βάση τα παραπάνω δεδομένα, να χαρακτηρίσετε τις προτάσεις που ακολουθούν ως Σωστές (Σ) ή Λανθασμένες (Λ). Να αιτιολογήσετε τις επιλογές σας. α) Η αντίδραση οδηγεί σε χημική ισορροπία, καθώς η ποσότητα του Α(g) δεν μηδενίζεται. β) Ο ρυθμός μεταβολής της συγκέντρωσης του Α μειώνεται με την με την πάροδο του χρόνου, ενώ ο ρυθμός μεταβολής της συγκέντρωσης του Γ αυξάνεται. γ) Σε όλη τη διάρκεια της αντίδρασης η πίεση στο δοχείο παραμένει σταθερή. Μονάδες 9 Β2. Σε δοχείο έχει αποκατασταθεί η χημική ισορροπία, αA(g) + B(s) Γ(g) + 2Δ(g) , ΔΗ > 0 (α: ακέραιος αριθμός). Με την αύξηση του όγκου του δοχείου, υπό σταθερή θερμοκρασία, παρατηρείται ότι η ποσότητα του Γ(g) αυξάνεται. α) Ποιες οι δυνατές τιμές του Γ; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. β) Πως θα μεταβληθεί η θέση της χημικής ισορροπίας και η τιμή της σταθεράς ισορροπίας (Κc), i. Mε την προσθήκη επιπλέον ποσότητας Γ(g), ii. Με την αύξηση της θερμοκρασίας. Μονάδες 5 Β3. Τα στοιχεία Α, Β, Γ και Δ έχουν διαδοχικούς ατομικούς αριθμούς, ανήκουν ανά δύο στον ίδιο τομέα του Π.Π. και το σύνολο των ηλεκτρονίων του καθενός από αυτά κατανέμονται σε τρεις στιβάδες. α) Nα σημειώσετε τη θέση καθενός από τα παραπάνω στοιχεία στον Π.Π. (περίοδο, τομέα και ομάδα). β) Να σημειώστε τον αριθμό των ασύζευκτων ηλεκτρονίων που διαθέτει καθένα από τα παραπάνω στοιχεία.. γ) Να χαρακτηρίσετε τα οξείδια των στοιχείων Α και Β ως όξινα, βασικά ή επαμφοτερίζοντα και να εκτιμήσετε αν τα οξείδια αυτά έχουν υψηλά ή χαμηλά σημεία βρασμού. Δεν απαιτείται αιτιολόγηση. Μονάδες 6

345

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Β4. Δίνονται οι οργανικές ενώσεις: 1-βουτένιο (I), 1,1-διβρωμοβουτάνιο (II), 2-βουτανόνη (III), 2-βουτανόλη (IV) και 1-βουτίνιο (V). α) Nα προτείνετε μία διάταξη (σειρά) των ενώσεων αυτών, ώστε να είναι δυνατή η παρασκευή καθεμίας από την αμέσως προηγούμενή της με μία μόνο αντίδραση. β) Ποια από τις παραπάνω ενώσεις θα χρησιμοποιούσατε για την παρασκευή 2-μεθυλο-2υδροξυβουτανικού οξέος, με προσθήκη HCN και στη συνέχεια υδρόλυση του σχηματιζομένου ενδιαμέσου. Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις των σχετικών αντιδράσεων. Μονάδες 5 Θέμα Γ Γ1. Στο διπλανό σχήμα οι δύο φιάλες Α και Β διαχωρίζονται με κλειστή στρόφιγγα. Στο αριστερό δοχείο έχει αποκατασταθεί η ισορροπία: A(g) 2B(g), στην οποία συνυπάρχουν 2x mol A(g) και x mol B(g). Η φιάλη στα δεξιά είναι κενή. Ανοίγουμε τη στρόφιγγα και αποκαθίσταται νέα ισορροπία, στην ίδια θερμοκρασία, στην οποία ότι οι ποσότητες των αερίων Α και Β είναι ισομοριακές. Να υπολογιστεί ο λόγος των όγκων (VA/VB). Μονάδες 10 Γ2. Ποσότητα προπενίου αντιδρά πλήρως με HBr και το μίγμα των δύο προϊόντων που προκύπτει (Α κύριο προϊόν, Β δευτερεύον προϊόν) αντιδρά πλήρως με Mg σε απόλυτο αιθέρα. Το νέο μίγμα χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. Το 1ο μέρος υδρολύεται και προκύπτουν 2,24 L αερίου (Γ) μετρημένα σε STP. Στο 2ο μέρος προστίθεται η απαιτούμενη ποσότητα μιας αλδεΰδης (Δ) και τα σχηματιζόμενα ενδιάμεσα υδρολύονται. Προκύπτουν τελικά δύο αλκοόλες Ε και Ζ (η Ε σε μεγαλύτερη αναλογία) οι οποίες δίνουν και οι δύο την ιωδοφορμική αντίδραση. Από τις δύο αυτές αλκοόλες, η Ε έχει μάζα 7,92 g. α) Να γραφούν οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, Β και Γ και να υπολογιστεί η αρχική ποσότητα του προπενίου (σε mol). β) Να γραφούν οι συντακτικοί τύποι της αλδεΰδης Δ και των αλκοολών Ε και Ζ. γ) Να υπολογιστεί το ποσοστό μετατροπής του προπενίου στην ένωση Α. Μονάδες 15 Θέμα Δ Διαθέτουμε τα διαλύματα Υ1, Υ2 και Υ3 που ακολουθούν. Διάλυμα Υ1: μονοπρωτικό οξύ ΗΑ, συγκέντρωσης c, με pH = 3. Διάλυμα Υ2: μονοπρωτικό οξύ ΗB, συγκέντρωσης 2c, με pH = 4. Διάλυμα Υ3: μονοπρωτικό οξύ ΗΓ, συγκέντρωσης c, με pH = 2. Ίσοι όγκοι (V) από τα παραπάνω διαλύματα αραιώνονται με νερό σε δεκαπλάσιο όγκο και προκύπτουν τρία νέα διαλύματα, όγκου 10V το καθένα (Υ4, Υ5 και Υ6, αντίστοιχα). Το pH του Υ4 βρέθηκε ίσο με 3,5, το pH του Υ5 ίσο με 4,5 και το pH του Υ6 ίσο με 3. Δ1. i. Να δείξετε ότι το ΗΓ είναι ισχυρό οξύ ενώ τα οξέα ΗΑ και ΗΒ είναι ασθενή. ii. Nα συγκρίνετε την ισχύ των οξέων ΗΑ και ΗΒ και να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Δ2. Να υπολογιστεί ο λόγος των βαθμών ιοντισμού του ΗΑ στα διαλύματα Υ4 και Υ1 καθώς και ο λόγος των mol των ιόντων ΟΗ− στα διαλύματα Υ5 και Υ2. Δ3. Με ποια αναλογία όγκων πρέπει να αναμείξουμε τα διαλύματα Υ2 και Υ3, ώστε να προκύψει διάλυμα (Υ7) με pH = 3; Να υπολογίσετε τις συγκεντρώσεις όλων των ιόντων στο διάλυμα Υ7. Δ4. Ποσότητα του διαλύματος Υ1 ογκομετρείται με πρότυπο διάλυμα ΝaOH 0,01 M. Για το σκοπό αυτό διαθέτουμε τους δείκτες μπλε της θυμόλης (περιοχή αλλαγής χρώματος 8,0 - 9,6) και ηλιανθίνη (περιοχή pH αλλαγής χρώματος 3,2 - 4,4). i. Να εξηγήσετε με ποιον από τους δείκτες, η υπολογιζόμενη συγκέντρωση του διαλύματος Υ1 είναι πιο κοντά στη πραγματική τιμή. ii. Να αναφέρετε 2 μειονεκτήματα της χρήσης του ακατάλληλου δείκτη. θ=25οC. Να θεωρήσετε τις κατάλληλες προσεγγίσεις. Μονάδες 25

346

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ

9ο ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΟ ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ Θέμα Α Α1. Να χαρακτηρίσετε τις προτάσεις που ακολουθούν ως σωστές (Σ) ή λανθασμένες (Λ). Δεν απαιτείται αιτιολόγηση. α) Αν σε δοχείο σταθερού όγκου στο οποίο έχει αποκατασταθεί η ισορροπία, C(s) + CO2(g) 2CO(g), εισάγουμε ποσότητα ευγενούς αερίου, υπό σταθερή θερμοκρασία, η πίεση στο δοχείο αυξάνεται, αλλά οι ποσότητες των τριών αερίων δε μεταβάλλονται. β) Ένα διάλυμα στο οποίο ισχύει [ΟΗ–] = 25·[H3Ο+] είναι λιγότερο βασικό από ένα άλλο διάλυμα με pH = 8 στους 25oC. γ) Ο όξινος ή ο βασικός χαρακτήρας του ιόντος HCO3− εξαρτάται από την αντίδραση στην οποία συμμετέχει. δ) Όταν σε μια οργανική ένωση, ένα άτομο C συνδέεται με υδροξύλιο και παράλληλα σχηματίζει διπλό δεσμό με άλλο άτομο C, η ένωση είναι σε ισορροπία με καρβονυλική ένωση, η οποία συνήθως επικρατεί. ε) Μόνο οι ακόρεστες ενώσεις δίνουν αντιδράσεις προσθήκης. Μονάδες 5 Στις ερωτήσεις Α2, Α3 Α4, Α5 και Α6 να γράψετε το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή επιλογή. Α2. Σε ποια από τις επόμενες αντιδράσεις το H2S δρα ως οξειδωτικό; Α) H2S + 2NaOH → Na2S + 2H2Ο Β) H2S + Cl2 → 2HCl + S Γ) 3H2S + 2HNO3 → 3S + 2NO + 4H2O Δ) H2S + Mg → MgS + H2

Μονάδες 4

Α3. Θεωρείστε την εξίσωση που περιγράφεται από την εξίσωση που ακολουθεί: 2NOCl(g) 2NO(g) + Cl2(g) , ΔH > 0 Ποιες από τις συνθήκες που ακολουθούν μεγιστοποιούν το ποσό του Cl2(g) στην ισορροπία; A) Χαμηλή θερμοκρασία, υψηλή πίεση B) Yψηλή θερμοκρασία, χαμηλή πίεση Γ) Yψηλή θερμοκρασία, υψηλή πίεση Δ) Yψηλή θερμοκρασία, η πίεση δεν επιφέρει μεταβολή Μονάδες 4 Α4. Το νιτρώδες οξύ, ΗΝΟ2, έχει Ka = 4,5·10−4. Σε ένα διάλυμα ΗΝΟ2 0,1 Μ, τι από τα παρακάτω ισχύει; A) Η συγκέντρωση των μορίων HNO2(aq) στην ιοντική ισορροπία είναι μεγαλύτερη από τη συγκέντρωση των ιόντων Η3Ο+.

B) Οι συγκεντρώσεις των ιόντων H3Ο+(aq) και NO2–(aq) είναι σημαντικά μεγαλύτερες από τη συγκέντρωση των μορίων ΗΝΟ2 που δεν έχουν ιοντιστεί Γ) Το ΗΝΟ2 ιοντίζεται πρακτικά σε ποσοστό 100% Δ) Οι συγκεντρώσεις, [ΗΝΟ2], [H3Ο+] και του [NO2–] έχουν παρόμοιες τιμές Μονάδες 4 Α5. Διαγώνια σχέση στον περιοδικό πίνακα έχουν τα στοιχεία: Α) 3Li και 12Mg Β) 3Li και 11Na Γ) 5Β και 13Αl Δ) 4Be και 12Mg

Μονάδες 4

Α6. Ένωση Χ με τύπο: C5H10O2 αντιδρά με NaOH και παράγονται δύο οργανικές ενώσεις Ψ και Ζ, εκ των οποίων μόνο η μία αποχρωματίζει διάλυμα ΚΜnO4 σε όξινο περιβάλλον. Η ένωση Χ μπορεί να είναι ο: Α) μεθανικός τριτοταγής βουτυλεστέρας Β) μεθανικός βουτυλεστέρας Γ) προπανικός προπυλεστέρας Δ) μεθανικός ισοβουτυλεστέρας Μονάδες 4

347

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Θέμα Β Β1. Για τα άτομα των στοιχείων Χ και Υ, στη θεμελιώδη κατάσταση, γνωρίζουμε τα εξής: i. Το άτομο του στοιχείου Χ του s τομέα, διαθέτει 6 ηλεκτρόνια σε s τροχιακά. ii. Το άτομο του στοιχείου Υ διαθέτει εννέα ηλεκτρόνια σε p τροχιακά. α) Να βρεθούν οι ατομικοί αριθμοί των στοιχείων Χ και Υ. β) Να προσδιοριστούν οι θέσεις των στοιχείων Χ και Υ στον περιοδικό πίνακα (ομάδα, περίοδος). γ) Να συγκρίνετε τις ατομικές ακτίνες και τις ενέργειες ιοντισμού των δύο στοιχείων. Μονάδες 7 Β2. Η σταθερά του γινομένου των ιόντων του νερού έχει τιμή Kw = 10–15 στους 0oC. α) Nα υπολογίσετε το pH του χημικά καθαρού νερού στους 0οC. β) Να εξηγήσετε αν ένα υδατικό διάλυμα ΚΝΟ3 στους 0oC είναι ουδέτερο, όξινο ή βασικό. γ) Θερμαίνουμε το προηγούμενο διάλυμα ΚΝΟ3, οπότε η θερμοκρασία του γίνεται ίση με 30oC. Να εξετάσετε: i. Αν το διάλυμα που προκύπτει είναι ουδέτερο, όξινο ή βασικό. ii. Αν με την αύξηση της θερμοκρασίας του παραπάνω διαλύματος το pH θα αυξηθεί, θα μειωθεί ή θα μείνει σταθερό. Μονάδες 6 Β3. Το γαλακτικό οξύ είναι ένα 2-υδροξυοξύ με μοριακό τύπο C3H6O3. α) Ποιος ο συντακτικός τύπος του γαλακτικού οξέος; β) Τι είδους υβριδισμό παρουσιάζουν τα τρία άτομα C στην ένωση αυτή; γ) Ποια αλδεΰδη μπορεί να οδηγήσει στην παρασκευή του γαλακτικού οξέος με την επίδραση HCN ακολουθούμενη από υδρόλυση παρουσία οξέος; Να γραφούν οι χημικές εξισώσεις των σχετικών αντιδράσεων. δ) Το γαλακτικό οξύ οξειδώνεται σε μία ένωση με τύπο C3H4O3. Ποιος ο συντακτικός τύπος της ένωσης αυτής; Μονάδες 12 Θέμα Γ Γ1. Σε φιάλη εισάγονται α mol CH3CH2COOH(ℓ) και β mol CH3OH(ℓ) που αντιδρούν, σύμφωνα με την εξίσωση: CH3OH(ℓ) + CH3CH2COOH(ℓ) CH3CH2COOCH3(ℓ) + H2O(ℓ) , Κc = 4 Σε κάποια χρονική στιγμή t1 στη φιάλη προσδιορίστηκαν 0,2 mol CH3OH, 0,2 mol CH3CH2COOH, 0,1 mol CH3CH2COOCH3 και 0,1 mol H2O. α) Να δείξετε ότι το σύστημα τη χρονική στιγμή t1 δεν βρίσκεται ακόμη σε χημική ισορροπία και να προσδιορίσετε τις αρχικές ποσότητες α και β. β) Μία άλλη χρονική στιγμή t2 > t1 στη φιάλη της αντίδρασης έχει αποκατασταθεί χημική ισορροπία. Ποια ποσότητα εστέρα έχει σχηματιστεί; Ποια η απόδοση της αντίδρασης; γ) Στο δοχείο της ισορροπίας προσθέτουμε επιπλέον λ mol του οξέος, οπότε στη νέα χημική ισορροπία η ποσότητα του εστέρα βρέθηκε ίση με 0,28 mol. Ποια η τιμή του λ; δ) Να αναφέρετε δύο τρόπους με τους οποίους μπορούμε να αυξήσουμε την απόδοση της αντίδρασης της εστεροποίησης. Μονάδες 13 Γ2. Ένωση (Χ) του γενικού τύπου CνH2ν+2O περιέχει 60% w/w C. α) Να δείξετε ότι η ένωση Χ έχει μοριακό τύπο C3H8O και αναφέρετε πως μπορούμε να διακρίνουμε μεταξύ τους τα δυνατά ισομερή. β) Ισομοριακό μίγμα δύο ενώσεων του τύπου C3H8O αντιδρά πλήρως με Na και προκύπτουν 1,12 L αερίου μετρημένα σε STP. Ίση ποσότητα του ίδιου μίγματος αποχρωματίζει το πολύ 80 mL διαλύματος KMnO4 0,5 M, οξινισμένο με H2SO4. Ποιοι οι συντακτικοί των δύο ενώσεων; Σχετικές ατομικές μάζες, C:12, H:1, O:16. Μονάδες 12

348

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ

Θέμα Δ Δ1. Σε διάλυμα μονοπρωτικού οξέος (ΗΑ) όγκου V1 = 60 mL το οξύ ιοντίζεται σε ποσοστό 20%. Να υπολογίσετε τον όγκο του νερού που πρέπει να προστεθεί στο διάλυμα αυτό, υπό σταθερή θερμοκρασία, ώστε το οξύ να ιοντίζεται σε ποσοστό 25%. Δ2. Αναμιγνύουμε δύο διαλύματα, ένα όγκου 250 mL που περιέχει CH3COOΝa σε συγκέντρωση 2·10−3 Μ και ένα άλλο όγκου επίσης 250 mL που περιέχει (CH3COO)2Ca σε συγκέντρωση 10−3 Μ. To διάλυμα που προκύπτει έχει όγκο 500 mL. Να υπολογιστεί το pH του. Για το CH3COOH, Κa = 2·10−5 Μ. Η θερμοκρασία των διαλυμάτων είναι θ=25 οC, όπου Kw = 10−14. Δ3. Ποιος ο μέγιστος όγκος ρυθμιστικού διαλύματος με pH = 9 που μπορεί να προκύψει, αν διαθέτουμε 600 mL διαλύματος NH4Cl 0,1 Μ και 600 mL διαλύματος NaOH με pH = 13; Για την NH3: Kb = 2·10−5. Όλα τα διαλύματα έχουν θ=25οC, όπου Κw = 10−14. Nα θεωρήσετε τις κατάλληλες προσεγγίσεις. Δ4. Διάλυμα CH3COOΗ όγκου 50 mL και συγκέντρωσης c ογκομετρείται με πρότυπο διάλυμα ασθενούς βάσης Β. Στο ισοδύναμο σημείο βρέθηκε ότι pH = 7 (στους 25οC). α) Να συγκρίνετε τη σταθερά Kb(B) με τη σταθερά Κa(CH3COOH), στους 25οC. β) Να αναφέρετε δύο παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται η ακρίβεια με την οποία μπορεί να προσδιοριστεί η τιμή της συγκέντρωσης c, στην παραπάνω ογκομέτρηση. Μονάδες 25 ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

349

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

10ο ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΟ ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ Θέμα Α Στις ερωτήσεις πολλαπλής επιλογής (A1 – A4) που ακολουθούν να σημειώσετε τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα την ένδειξη της σωστής απάντησης.

Α1. Σχετικά με τις ισορροπίες που ακολουθούν, ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; HS− + CN− S2− + HCN και HF + HS− F− + H2S 2− Α) Το ιόν S λειτουργεί ως αναγωγικό σώμα Β) To ΗS− δρα αμφιπρωτικά Γ) Το S2− είναι η συζυγής βάση του H2S Δ) Το S2− είναι ισχυρότερη βάση από το CN− Μονάδες 5 Α2. Για την ενέργεια ενεργοποίησης (Εa) της εξώθερμης αντίδρασης, A(g) + Β(g) → Γ(g), σε σχέση με την ενέργεια ενεργοποίησης (Εa΄) της αντίστροφης αντίδρασης, θα ισχύει: Α) Εa > Εa΄ Β) Εa < Εa΄ Γ) Εa = Εa΄ Δ) Δεν μπορεί να γίνει σύγκριση Μονάδες 5 Α3. Δεσμός σ που προκύπτει με επικάλυψη sp2 - sp2 υβριδικών τροχιακών υπάρχει στην ένωση: Α) CH4 Β) CH3CH3 Γ) CH2 = CH2 Δ) C2H2 Μονάδες 5 Α4. Το στοιχείο Ge διαθέτει στη θεμελιώδη του κατάσταση 14 p ηλεκτρόνια και έχει ατομικό αριθμό Ζ = : Α) 14 Β) 32 Γ) 34 Δ) 50 Μονάδες 5 Α5. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι Σωστές (Σ) και ποιες Λανθασμένες (Λ); Χωρίς αιτιολόγηση. α) Σε μία υποστιβάδα αντιστοιχούν το πολύ (4ℓ + 2) ηλεκτρόνια, όπου ℓ ο αζιμουθιακός κβαντικός αριθμός. β) Το σύστημα Na2CO3(aq) 0,1 M και NaHCO3(aq) 0,1 M αποτελεί ρυθμιστικό διάλυμα. γ) Στα αντιδραστήρια Grignard η πολικότητα του δεσμού C – MgX είναι Cδ+ – δ−(MgX). δ) Η αμίνη CH3CH2NH2 μπορεί να προκύψει με προσθήκη Η2 σε νιτρίλιο καθώς επίσης και επίδραση ΝΗ3 σε αλκυλαλογονίδιο. ε) Στην αντίδραση, 2Η2Ο2 → 2Η2Ο + Ο2, το Η2Ο2 συμπεριφέρεται τόσο ως οξειδωτικό όσο και ως αναγωγικό. Μονάδες 5 Θέμα Β Β1. Σε δοχείο σταθερού όγκου V που βρίσκεται σε περιβάλλον σταθερής θερμοκρασίας Τ, εισάγεται ποσότητα Ν2Ο5, που αρχίζει και διασπάται σύμφωνα με την εξίσωση:

2Ν2Ο5(g) → 4NO2(g) + O2(g) Η αρχική πίεση (πριν την έναρξη της αντίδρασης) στο δοχείο είναι ίση με Ρ0. Τη χρονική στιγμή t1 έχει διασπαστεί η μισή ποσότητα του Ν2Ο5. Να αποδειχθεί ότι η μέση ταχύτητα (υ) της αντίδρασης, από τη χρονική στιγμή t = 0, μέχρι τη χρονική στιγμή t1, δίνεται από τη σχέση:

υ

350

P0 4RTt 1

(R η παγκόσμια σταθερά των αερίων)

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ

Β2. Το άτομο ενός στοιχείου (Σ) έχει συμπληρωμένη τη στιβάδα Μ, στη θεμελιώδη κατάσταση. α) Ποιος ο ελάχιστος ατομικός αριθμός του στοιχείου; β) Σε ποια ομάδα, περίοδο και τομέα του Π.Π. μπορεί να ανήκει το στοιχείο με τον ελάχιστο ατομικό αριθμό); γ) Πόσα ηλεκτρόνια με mℓ = −1 διαθέτει το άτομο αυτό; Μονάδες 8 Β3. α) Να συμπληρώσετε στη στήλη (ΙΙ) το κατάλληλο αντιδραστήριο, ώστε να μετατραπεί η ένωση της στήλης (Ι) στην ένωση στης στήλης (ΙΙΙ). (Ι) 1. αιθανάλη 2. προπανόνη 3. 1-βουτίνιο

(ΙΙ)

(ΙΙΙ) αιθανικό αμμώνιο 2 μεθυλο-2-υδροξυπροπανονιτρίλιο 2,2-διχλωροβουτάνιο Μονάδες 6 β) Οργανική ένωση έχει το συντακτικό τύπο που ακολουθεί:

Να γραφούν οι πλήρεις χημικές εξισώσεις της ένωσης αυτής με τα εξής αντιδραστήρια: NaOH, ΚΗCO3, 2-βουτανόλη και ΗΒr. Μονάδες 4 Θέμα Γ Γ1. Κράμα Αg και Fe έχει συνολική μάζα 6 g. To κράμα αυτό αντιδρά με περίσσεια αραιού διαλύματος Η2SO4, οπότε αντιδρά μόνο ο Fe, σύμφωνα με την εξίσωση:

Fe(s) + H2SO4(aq) → FeSO4(aq) + H2(g) Μέχρι την πλήρη αντίδραση του Fe παρατηρείται η έκλυση 672 mL αερίου σε STP. α) Ποιες είναι οι μάζες των δύο συστατικών του κράματος (σε g); Σχετική ατομική μάζα, Fe:56. β) Ποιος ο μέγιστος όγκος διαλύματος K2Cr2O7 0,2 M, που αντιδρά πλήρως με το διάλυμα που προκύπτει από την αντίδραση του κράματος με το Η2SO4, μετά την απομάκρυνση της ποσότητας του Ag που δεν αντέδρασε; Μονάδες 6 Γ2. α) Με βάση το παρακάτω διάγραμμα αντιδράσεων, ποιοι οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ και Κ;

Μονάδες 8 β) Αέριο μίγμα αποτελείται από την παραπάνω ένωση Β και ένα αλκίνιο (Χ). Το μίγμα καταλαμβάνει όγκο 13,44 L σε STP και χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη. Το 1ο μέρος αντιδρά πλήρως με Na και προκύπτει αέριο όγκου 2,24 L σε STP. To 2ο μέρος αποχρωματίζει το πολύ 400 mL διαλύματος Br2 σε CCl4, περιεκτικότητας 16%w/v. Nα προσδιοριστεί ο συντακτικός τύπος του αλκινίου, καθώς και οι ποσότητες, σε mol, των δύο συστατικών στο αρχικό μίγμα. Η σχετική ατομική μάζα του Br είναι ίση με 80. Μονάδες 6

351

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Γ3. 0,3 mol CH3COOH και 0,3 mol C2H5OH αντιδρούν μεταξύ τους, σύμφωνα με την εξίσωση:

C2H5OH(ℓ) + CH3COOH(ℓ)

CH3COOC2H5(ℓ) + H2O(ℓ)

Η ποσότητα του CH3COOH που βρίσκεται στο 1/100 του μείγματος ισορροπίας απαιτεί για την πλήρη εξουδετέρωση 50 mL διαλύματος Ba(OH)2 συγκέντρωσης 0,01 M. Να υπολογιστεί η σταθερά Kc της ισορροπίας εστεροποίησης. Μονάδες 5 Θέμα Δ Διαθέτουμε τα παρακάτω υδατικά διαλύματα Υ1 και Υ2.

Y1: CH3COONa 0,82% w/v, pH = 9.

Y2: HCOOH 0,1 Μ, pH = 2,5. Δ1. Με ποια αναλογία όγκων πρέπει να αναμείξουμε το διάλυμα Υ1 με νερό για να μεταβληθεί το pH του κατά 1; Δ2. Σε 500 mL του Y2 προσθέτουμε 0,3 g Μg, χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος, οπότε προκύπτει διάλυμα Y4. Να υπολογίσετε το pH διαλύματος Y4. Δ3. Αναμειγνύονται 500 mL διαλύματος Y2 με 500 mL διαλύματος ασθενούς οξέος ΗΑ 0,1 Μ και στο διάλυμα που προκύπτει προστίθενται 0,07 mol NaOH(s), οπότε προκύπτει διάλυμα όγκου 1 L. Αν είναι γνωστό ότι εξουδετερώθηκε το 80% του ΗCOOH, να υπολογιστούν: α) η [H3O+] στο τελικό διάλυμα και β) η τιμή της σταθεράς ιοντισμού Ka(HA). Δ4. Διάλυμα (Υ5), όγκου V, περιέχει HCOOH και HCl σε συγκεντρώσεις c1 και c2, αντίστοιχα. Το διάλυμα αραιώνεται με νερό σε τελικό όγκο V΄ = λ·V και προκύπτει νέο διάλυμα (Υ6). Να αποδείξετε ότι για το βαθμό ιοντισμού του CH3COOΗ στο αρχικό διάλυμα (Υ5) και στο τελικό διάλυμα (Υ6) (α και α΄, αντίστοιχα) θα ισχύει:

α΄ = α·λ Όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία 25 οC όπου Kw = 10−14. Σχετικές ατομικές μάζες, H:1, C:12, Ο:16, Νa:23, Μg:24. Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. Μονάδες 25 ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

352

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ

ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2016 – ΝΕΑ ΥΛΗ Θέμα Α Για τις προτάσεις Α1 έως και Α5 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της πρότασης και, δίπλα, το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή επιλογή. Α1. Για την αντίδραση: 2Η2(g) + 2ΝΟ(g) → 2Η2Ο(g) + Ν2(g), η μέση ταχύτητα της αντίδρασης είναι υ = 0,2 mol·L−1·s−1 και ο ρυθμός κατανάλωσης του H2 είναι: Α) 0,3 mol·L−1·s−1 Β) 0,1 mol·L−1·s−1 Γ) 0,4 mol·L−1·s−1 Δ) 0,2 mol·L−1·s−1 Μονάδες 5 Α2. Δίνεται η ισορροπία: CO2(g) + C(s) 2CO(g). H σωστή έκφραση για τη σταθερά ισορροπίας (Kc) είναι: Α) Κc = [CO] / [CO2] Β) Κc = [CO]2 / [CO2]·[C] 2 Γ) [CO2]·[C] / [CO] Δ) [CO]2/[CO2] Μονάδες 5 Α3. Ποιο είναι το πλήθος των p ατομικών τροχιακών του ατόμου 15P που περιέχουν e− στη θεμελιώδη κατάσταση; Α) 2 Β) 5 Γ) 6 Δ) 9 Μονάδες 5 Α4. Σε ποια από τις παρακάτω ενώσεις ο αριθμός οξείδωσης του C έχει τιμή 0; Α) CH2O Β) HCOOH Γ) CO2 Δ) CH3OH Μονάδες 5 A5. 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) Στις εξώθερμες αντιδράσεις ισχύει ΔH < 0. β) Η ελάττωση της θερμοκρασίας ευνοεί τις ενδόθερμες αντιδράσεις. γ) Η ατομική ακτίνα του 12Mg είναι μεγαλύτερη από του 11Na. δ) Στο μόριο του CH2=CHCl ο σ δεσμός μεταξύ 6C και 17Cl προκύπτει με επικάλυψη ατομικών τροχιακών του τύπου sp3 - p. ε) Διάλυμα που περιέχει CH3NH2 0,1 M και CH3NH3Cl 0,1 M αποτελεί ρυθμιστικό διάλυμα. Μονάδες 5 Θέμα Β Β1. Να μεταφέρετε στο τετράδιό σας σωστά συμπληρωμένες τις παρακάτω χημικές εξισώσεις: α) NH3 + CuO → β) CH3CHCH3 + KMnO4 + H2SO4 →

OH

Μονάδες 6 Β2. Σε δοχείο θερμοκρασίας θoC έχει αποκατασταθεί η ισορροπία: N2(g) + 3H2(g) 2NH3, ΔH < 0 Τι θα συμβεί στην ποσότητα της NH3 και στην Kc της αντίδρασης: α) Όταν αυξηθεί η θερμοκρασία στο δοχείο; (μονάδες 2) β) Όταν αυξηθεί ο όγκος του δοχείου υπό σταθερή θερμοκρασία; (μονάδες 2) Να αιτιολογήσετε τις απαντήσεις σας. (μονάδες 4) Μονάδες 8

353

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Β3. Για το δείκτη ερυθρό του αιθυλίου με pΚa = 5, η όξινη μορφή του έχει χρώμα κόκκινο και η βασική του κίτρινο. α) Προσθέτουμε μερικές σταγόνες του δείκτη σε 25 mL HCl 0,1 M. Τι χρώμα θα αποκτήσει το διάλυμα (μονάδα 1); Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. (μονάδες 2) β) Στο διάλυμα του HCl προστίθεται σταδιακά διάλυμα NaOH 0,1 M. Σε ποια περιοχή του pH θα αλλάξει χρώμα ο δείκτης; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. (μονάδες 2) Μονάδες 5 Β4. Δίνονται τα στοιχεία: 11Na, 17Cl, 19K. α) Να βρείτε τη θέση των παραπάνω στοιχείων στον περιοδικό πίνακα, δηλαδή την ομάδα, την περίοδο και τον τομέα. (μονάδες 3) β) Να ταξινομήσετε τα παραπάνω στοιχεία κατά αύξουσα ατομική ακτίνα (μονάδα 1) και να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. (μονάδες 2) Μονάδες 6 Θέμα Γ Γ1. Δίνονται οι παρακάτω αντιδράσεις:

Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Η, Θ, Ι, Κ, Λ, Μ και CνH2νO2. Μονάδες 13 Γ2. Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις πολυμερισμού: α) Του 1,3-βουταδιενίου. β) Του ακρυλονιτριλίου (CH2=CHCN).

Μονάδες 4

Γ3. Ποσότητα προπινίου ίση με 8 g αντιδρά με 6,72 L H2 μετρημένα σε STP, παρουσία Ni ως καταλύτη. Όλη η ποσότητα του προπινίου και του H2 μετατρέπεται σε προϊόντα. Να βρείτε: α) Τους συντακτικούς τύπους των προϊόντων της αντίδρασης. (μονάδες 2) β) Τις ποσότητες των προϊόντων σε mol. (μονάδες 6) Σχετικές ατομικές μάζες, C:12, H:1. Μονάδες 8

354

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ

Θέμα Δ Δίνονται τα υδατικά διαλύματα: Υ1: NH3 0,1 M με pΗ = 11 Υ2: CΗ3NH2 1 M με βαθμό ιοντισμού, α = 2%. Δ1. Να βρεθούν: α) Ο βαθμός ιοντισμού της NH3. (μονάδες 2) β) Η Κb της NH3 και η Κb της CΗ3NH2. (μονάδες 4) γ) Ποια από τις δύο βάσεις είναι ισχυρότερη; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. (μονάδες 2) Μονάδες 8 Δ2. Σε 200 mL του διαλύματος Υ1 προσθέτουμε 200 mL υδατικού διαλύματος HCl 0,05 Μ. Συμπληρώνουμε το διάλυμα με νερό μέχρι τελικού όγκου 1 L, χωρίς μεταβολή της θερμοκρασίας, οπότε λαμβάνεται διάλυμα Υ3. Να υπολογιστεί το pH του διαλύματος Υ3. Μονάδες 7 Δ3. Σε 10 mL του διαλύματος Υ2 προσθέτουμε 200 mL υδατικού διαλύματος HCl 0,05 M. Συμπληρώνουμε το διάλυμα με νερό μέχρι τελικού όγκου 250 mL, χωρίς μεταβολή της θερμοκρασίας, οπότε λαμβάνεται διάλυμα Υ4. Να υπολογιστεί το pH του διαλύματος Υ4. Μονάδες 6 Δ4. Αναμιγνύουμε 100 mL διαλύματος Y1 με 100 mL υδατικού διαλύματος HCOOH 0,1 Μ, χωρίς μεταβολή της θερμοκρασίας, οπότε λαμβάνεται διάλυμα Υ5. Η Κa του ΗCOOH ισούται με 10−4. Με βάση τα παραπάνω, αναμένεται το Υ5 να είναι όξινο, βασικό ή ουδέτερο; (μονάδες 2) Αιτιολογήσετε την απάντησή σας (μονάδες 2). Μονάδες 4 Δίνεται ότι: • Όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία θ=25οC, όπου Kw = 10−14.

• Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

355

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………………………………..

356

357

ΧΗΜΕΙΑ Γ’ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

358

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1. α) CH3CH2CH− C≡CH CH3

β) CH2=C− CH=CH2 CH3

γ) BrCH2CH2CH2CHO δ) CH3COCH=CH2 ε) CH3CH=CHCH2CH2COOH στ) CH3CH2OCH3 ζ) BrCH2CH2CH2Br η) CH3CH−C−CH3 CH3 O

θ) 2-βουτανόλη: CH3CH2CHCH3 ι) CH3COONa κ) (COOH)2 λ) CH3COOCH2CH3 μ) CH3CH2COOCHCH3

OH

CH3

ν) CH3CH2NH2 ξ) CH3CH2CN ο) CH3CHCH2CH2OH CH3

1.2. Δ.

1.3. Δ.

1.4. i. Α, ii. Γ.

1.5. Γ.

1.6. Α.

1.7. i. Δ, ii. Α.

1.8. Β.

1.9. Β.

1.10. Α.

1.11. Α.

1.12. Α.

1.13. Ε.

1.14. Γ.

1.15. Α.

1.16. i. Γ, ii. A. 1.17. Σωστές είναι μόνο οι προτάσεις Α και Β. Γ: αιθανικό οξύ. Δ: μεθυλοπροπυλαιθέρας. Ε: Ο διμεθυλαιθέρας ανήκει στους κορεσμένους μονοαιθέρες και η 1-προπανόλη στις κορεσμένες μονοσθενείς αλκοόλες.

1.18. 1-Α, 2-Ζ, 3-Ε, 4-Β, 5-Γ, 6-Δ.

1.19. α) αλκάνιο, β) αλκένιο, γ) αλκίνιο, δ) κορεσμένη μονοσθενής αλκοόλη, ε) κορεσμένη μονοσθενής αλδεΰδη, στ) κορεσμένος μονοαιθέρας, ζ) κορεσμένη μονοσθενής κετόνη, η) κορεσμένο μονοκαρβοξυλικό οξύ, θ) αλκυλοχλωρίδιο, ι) εστέρας.

1.20. CH3C=CHCH2CH2C=CHCH2ΟΗ CΗ3

CΗ3

1.21. α) Ο ΓΜΤ των κορεσμένων μονοκαρβοξυλικών οξέων είναι CνΗ2νΟ2. Επομένως: 12ν + 2ν + 32 = 74, ν = 3, CH3CH2COOH (προπανικό οξύ). β) i. Προπανάλη, ii. προπανόνη, iii. αιθυλομεθυλαιθέρας, iv. οξικός μεθυλεστέρας.

1.22.

1.23. α), β) 1-βουτανόλη: πρωτοταγής, 2-βουτανόλη: δευτεροταγής, 2-μεθυλο-1-προπανόλη: πρωτοταγής, 2-μεθυλο-2προπανόλη: τριτοταγής, γ) διαθυλαιθέρας, μεθυλοπροπυλαιθέρας, ισοπροπυλομεθυλαιθέρας.

1.24. α) 2-μεθυλο-2-βουτανόλη, β) αιθυλοπροπυλαιθέρας.

1.25. 4 αλδεΰδες (πεντανάλη, 2-μεθυλοβουτανάλη, 3-μεθυλοβουτανάλη, 2,2-διμεθυλοπροπανάλη) και 3 κετόνες (3-πεντανόνη, 2-πεντανόνη, 3-μεθυλο-2-βουτανόνη).

1.26. α) 2 ισομερή οξέα (βουτανικό οξύ και μεθυλοπροπανικό οξύ). β) μεθανικός προπυλεστέρας, μεθανικός ισοπροπυλεστέρας, αιθανικός αιθυλεστέρας και προπανικός μεθυλεστέρας.

1.27. 9 ισομερή διχλωροπαράγωγα (1,1-διχλωροβουτάνιο, 1,2-διχλωροβουτάνιο, 1,3-διχλωροβουτάνιο, 1,4-διχλωροβουτάνιο, 2,3-διχλωροβουτάνιο, 2,2-διχλωροβουτάνιο, 2μεθυλο-1,1-διχλωροπροπάνιο, 2-μεθυλο-1,2-διχλωροπροπάνιο, 2-μεθυλο-1,3-διχλωροπροπάνιο).

1.28. α-3, β-4, γ-1, δ-2.

1.29. α) 11 διπλοί δεσμοί, β) όχι, αν ήταν αλκάνιο θα είχε τύπο C40H82 (διαθέτει δακτύλιο ατόμων C).

1.30. Για x = 8: 1-προπανόλη, 2-προπανόλη, αιθυλομεθυλαιθέρας. Για x = 6: προπανάλη, προπανόνη.

1.31. Για x = 10: βουτάνιο, μεθυλοπροπάνιο. Για x = 8: 1-βουτένιο, 2-βουτένιο, μεθυλοπροπένιο. Για x = 6: 1-βουτίνιο, 2-βουτίνιο, 1,2-βουταδιένιο, 1,3-βουταδιένιο. ΦΥΛΛΑΔΙΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 1 Α. Για x = 10: βουτάνιο, μεθυλοπροπάνιο. Για x = 8: 1-βουτένιο ή 2-βουτένιο, μεθυλοπροπένιο. Για x = 6: Αλκίνια ή αλκαδιένια. Αλκίνια: 1-βουτίνιο, 2-βουτίνιο. Αλκαδιένια: 1,3-βουταδιένιο, 1,2-βουταδιένιο. Β. Για x = 10: Αλκοόλες ή αιθέρες. Αλκοόλες (4): 1-βουτανόλη, 2-βουτανόλη, 2-μεθυλο-1-προπανόλη, 2-μεθυλο-2-προπανόλη. Αιθέρες: μεθυλοπροπυλαιθέρας, ισοπροπυλομεθυλαιθέρας, διαιθυλαιθέρας. Για x = 8: Αλδεΰδες ή κετόνες. Αλδεΰδες: βουτανάλη, μεθυλοπροπανάλη. Κετόνες: βουτανόνη. Γ. Καρβοξυλικά οξέα: βουτανικό οξύ μεθυλοπροπανικό οξύ. Εστέρες: μεθανικός προπυλεστέρας, μεθανικός ισοπροπυλεστέρας, αιθανικός αιθυλεστέρας, προπανικός μεθυλεστέρας.

2. ΔΟΜΗ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ 2.1. A. 2.2. Γ.

2.3. Γ.

2.4. Γ.

2.5. Α.

2.6. Γ.

2.7. Γ.

2.8. Δ.

2.9. Β.

359

ΧΗΜΕΙΑ Γ΄ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

2.10. Δ.

2.11. Γ.

2.12. Γ.

2.13. Δ.

2.14. A. 2.15. Δ.

2.16. Β.

2.17. Γ.

2.18. i. Δ, ii. A. 2.19. Α.

2.20. A. 2.21. A. 2.22. A. 2.23. Σωστές είναι η Β και η Γ.

2.24. Σωστές είναι η Α, η Γ, η Δ, η ΣΤ και η Ζ.

2.25. Σωστές είναι η Δ, η Ζ, η Θ, η Ι και η Κ.

2.26. Σωστές είναι η Α, η Β και η Ε.

2.27. Σωστές είναι η Δ και η Ε.

2.28. Σωστή είναι η Γ.

2.29. Σωστή είναι μόνο η πρόταση Α. Β: Λανθασμένη. Με την επικάλυψη ενός s και ενός p τροχιακού σχηματίζεται ένας σ δεσμός στον οποίο η μέγιστη ηλεκτρονιακή πυκνότητα εμφανίζεται μεταξύ των δύο πυρήνων και όχι πάνω και κάτω από τον άξονα του δεσμού. Γ: Λανθασμένη. Με το γραμμικό συνδυασμό δύο 1s ατομικών τροχιακών προκύπτουν δύο μοριακά τροχιακά, ένα χαμηλής ενέργειας που χαρακτηρίζεται ως δεσμικό και ένα υψηλής ενέργειας που χαρακτηρίζεται ως αντιδεσμικό. Δ: Λανθασμένη. Τα υβριδικά τροχιακά έχουν σχήμα ζεύγους ομοαξονικών λοβών εκ των οποίων ο ένας έχει μεγαλύτερο μέγεθος. Ε: Λανθασμένη. Στο σχήμα απεικονίζεται ένα από τα τέσσερα sp3 υβριδικά τροχιακά (τετραεδρική γεωμετρία). ΣΤ: Λανθασμένη. Tα υβριδικά τροχιακά είναι αριθμητικά ίσα με τα συνδυαζόμενα ατομικά τροχιακά, έχουν την ίδια ενέργεια, την ίδια μορφή αλλά διαφέρουν ως προς τον προσανατολισμό τους στο χώρο.

2.30. Α) πυρήνων, ελάχιστη, Β) αξονική, ατομικών, Γ) πλευρικά, π, Δ) τροχιακά, υβριδιακά, 180ο, Ε) p - p, άξονα, πυρήνες, επικάλυψη, ΣΤ) πλευρικές, παράλληλοι, ασθενέστεροι, Ζ) γραμμικός, ατομικών, ισότιμων, Η) αλκανίων.

2.31. i. Oι σ δεσμοί σχηματίζονται με αξονική επικάλυψη s s, s - p ή p - p ατομικών τροχιακών, ενώ οι π δεσμοί με πλευρική επικάλυψη p - p ατομικών τροχιακών. ii. Οι σ δεσμοί είναι ισχυρότεροι από τους π δεσμούς καθώς στην πρώτη περίπτωση γίνεται καλύτερη επικάλυψη. iii. Οι σ δεσμοί μπορούν να υπάρχουν χωρίς την ύπαρξη π δεσμών, ενώ οι π δεσμοί απαιτούν την παρουσία των σ δεσμών. iv. Στους σ δεσμούς η μεγαλύτερη ηλεκτρονιακή πυκνότητα είναι ανάμεσα στους πυρήνες που σχηματίζουν το δεσμό, ενώ στους π δεσμούς η μεγαλύτερη ηλεκτρονιακή πυκνότητα είναι πάνω και κάτω από τον άξονα του δεσμού.

2.32. Ομοιότητες: Και οι δύο θεωρίες, α) είναι κβαντικές θεωρίες για την εξήγηση του ομοιοπολικού δεσμού, β) χρησιμοποιούν τα ατομικά τροχιακά των ατόμων που συνδέονται, γ) διακρίνουν τους δεσμούς σε σ και π. Διαφορές: α) Η θεωρία δεσμού σθένους θεωρεί την επικάλυψη δύο ατομικών τροχιακών με μονήρες ηλεκτρόνιο για την εξή-

360

γηση του ομοιοπολικού δεσμού, ενώ η θεωρία των μοριακών τροχιακών δεν σχετίζεται με την επικάλυψη ατομικών τροχιακών. β) Στη θεωρία των μοριακών τροχιακών παράγονται τόσο δεσμικά μοριακά τροχιακά (μικρότερης ενέργειας) όσο και αντιδεσμικά τροχιακά (μεγαλύτερης ενέργειας) που καταλαμβάνονται από δύο το πολύ ηλεκτρόνια, ενώ στη θεωρία δεσμού σθένους, όχι.

2.33. O συνολικός αριθμός των σ και των π δεσμών είναι: 50·4 + 100 = 300. Ο αριθμός των σ δεσμών είναι 50 + 100 − 1 = 149 και επομένως 1 π δεσμός.

2.34. α) 13 σ και 3 π δεσμοί. β) i. C(1): sp2, C(2): sp2, C(3): sp3, C(4): sp, C(5): sp, C(6): sp3, ii. sp2 - sp3 και sp3 - sp, αντίστοιχα.

2.35. α) Ν2Η4: 5 σ δεσμοί, Ν2F2: 4 σ δεσμοί και ένας δεσμός, Ν2: 1 σ δεσμός και 2 π δεσμοί. β) Απλός, διπλός και τριπλός δεσμός μεταξύ των δύο ατόμων Ν, αντίστοιχα. Όταν δύο άτομα συνδέονται με διπλό δεσμό, η απόσταση μεταξύ τους θα είναι μικρότερη σχετικά με την περίπτωση που συνδέονται με διπλό δεσμό.

2.36. α) p - p, β) s - p, γ) sp - p, δ) sp2 - p.

2.37. α) 1 σ δεσμός (sp2 - sp2) και 1 π δεσμός, β) 1 σ δεσμός (sp - sp) και 2 π δεσμοί, γ) 2 σ δεσμοί (sp3 - sp2).

2.38. α)

β) 3σ δεσμοί και ένας π δεσμός.

2.39. α) 7 σ και 3 π δεσμοί. β) sp2, sp2, sp, sp. γ) Η−C=C: 120o, H−C−H: 120º, C=C−Η: 120o, H−C−C: 120º, C−C≡C: 180º, C≡C−Η: 180o.

2.40. α), β) CH3‒C≡N, γ) o C του μεθυλίου εμφανίζει υβριδισμό sp3 (≈ 109,5ο), ενώ ο C της ομάδας −C≡N υβριδισμό sp (180ο).

2.41. Σε όλες τις περιπτώσεις ο δεσμός του υδρογόνου με το αλογόνο σχηματίζεται με επικάλυψη ενός s ατομικού τροχιακού του Η με p ατομικό τροχιακό του αλογόνου (2p για άτομο του F, 3p για το Cl, 4p για το Br και 5p για το I). Όσο αυξάνει ο κύριος κβαντικός αριθμός (n) το ατομικό τροχιακό p είναι όλο και πιο μακριά από το Η με αποτέλεσμα η επικάλυψη να είναι όλο και μικρότερη. Έτσι, στο ΗI η επικάλυψη s - p είναι η μικρότερη. Ως αποτέλεσμα, ο δεσμός Η−Ι είναι ο ασθενέστερος και άρα ο ιοντισμός είναι ευκολότερος με αποτέλεσμα το ΗΙ να είναι το ισχυρότερο οξύ από όλα τα υδραλογόνα.

2.42. Όσο πλησιάζουν τα δύο άτομα Η το τροχιακό του ενός αρχίζει να επικαλύπτει το τροχιακό του άλλου και οι έλξεις των πυρήνων με τα ηλεκτρόνια υπερνικούν τις απώσεις μεταξύ των ηλεκτρονίων. Έτσι, η ενέργεια του συστήματος μειώνεται. Από ένα σημείο και πέρα όμως οι πυρήνες απωθούνται ισχυρότατα και η ενέργεια του συστήματος αυξάνεται απότομα. Υπάρχει μία απόσταση μεταξύ των πυρήνων, που ονομάζεται μήκος δεσμού, στην οποία επιτυγχάνεται η ελάχιστη ενέργεια. Το μήκος δεσμού για το δεσμό Η−Η είναι 74 pm. Στο σχήμα φαίνεται επίσης ότι, η ενέργεια που ελευθερώνεται κατά το σχηματισμό του ομοιοπολικού δεσμού Η−Η είναι 436 kJ·mol−1. ΦΥΛΛΑΔΙΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 2 1. Δ. 2. Β. 3. Β. 4. Β. 5. Γ. 6. Δ. 7. Β. 8. Β. 9. Γ. 10. Α.

11. Δ. 12. Α. 13. Γ. 14. Γ. 15. Γ.

16. Σωστές είναι οι προτάσεις Α και Γ.

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

17. Α-3, Β-1, Γ-2.

18. α) C2H5Cl: 7 σ και κανένας π, β) C2H4: 5 σ και 1 π, γ) C2H2: 3 σ και 2 π.

19. α) 7 σ και 3 π, β) μεταξύ των ατόμων C(1)-C(2): 1 π και C(3)-C(4): 2 π, γ) C(1): sp2, C(2): sp2, C(3): sp, C(4): sp.

3. ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΠΡΟΣΘΗΚΗΣ (1) 3.1. Δ.

3.2. Δ.

3.3. Δ.

3.4. Α.

3.5. Γ.

3.6. Β.

3.7. Γ.

3.8. Β.

3.9. Α.

3.10. i. Α, ii. Γ.

3.11. Α-3, Β-4, Γ-1, Δ-2.

3.12. Τα x mol Br2 αντιδρούν πλήρως με i. x mol αιθενίου, ii. x mol 2-βουτενίου, iii. x mol προπενίου, iv. x/2 mol προπινίου και v. x/2 mol 2-βουτινίου. Οι μάζες του αιθενίου, 2βουτενίου, προπενίου, προπινίου και 2-βουτινίου είναι, αντίστοιχα: m1 = 28x, m2 = 56x, m3 = 42x, m4 = 20x και m5 = 27x. Επομένως, m4 < m5 < m1 < m3 < m2.

3.13. Α: 1): Μarkovnikov, (2): 2-προπανόλη, Β: (1): αιθανάλη, (2): προπανόνη, Γ: (1): ΗCl, (2): αλκινίων, Δ: (1): αλκενίων, (2) διβρωμοαλκανίων, Ε: (1): προσθήκης, (2): Ni (ή Pd, Pt), (3): αλκάνια, (4): CCl4, (5): διβρωμοπαράγωγα, (6): άχρωμα, (7): αλκυλοχλωρίδια, (8): οξέων, (9): μονοσθενείς, (10): αλκοόλες.

3.14. Α): Λ (στην περίπτωση του αιθενίου σχηματίζεται πρωτοταγής αλκοόλη (αιθανόλη). Β) Λ (λόγω Markovnikov, η 2-προπανόλη σχηματίζεται σε μεγαλύτερη αναλογία). Γ) Λ. Ειδικά από το αιθίνιο σχηματίζεται αλδεΰδη (αιθανάλη). Δ) Λ (μπορεί να είναι και αλκίνιο ή και άλλη ακόρεστη ένωση). Ε) Λ (παράγεται 2,2-διχλωροπροπάνιο). Στ) Λ (με τα περισσότερα υδρογόνα).

Z) Σ.

3.15. α) μεθυλοπροπάνιο. β) 1,2-διβρωμο-2-μεθυλοπροπάνιο. γ) 2-βρωμο-2-μεθυλοπροπάνιο. δ) 2-μεθυλο-2-προπανόλη.

3.16. α) προπένιο (επίδραση ΗΙ). β) 2-μεθυλοπροπένιο (επίδραση Η2Ο). γ) 1-πεντένιο (επίδραση νερού). δ) προπίνιο (διπλή προσθήκη HCl). ε) προπένιο (προσθήκη Cl2). στ) 4 δυνατά αλκένια (προσθήκη Η2) και δύο αλκίνια.

3.17. 1-βουτίνιο, 2-βουτίνιο.

3.18. Στην ένωση προστίθενται 62 – 50 = 12 άτομα Η, οπότε αντέδρασε με 6 μόρια Η2. Καθώς σε κάθε διπλό δεσμό προστίθεται ένα μόριο H2 ή ένωση θα περιέχει 6 διπλούς δεσμούς.

3.19. Λόγω του κανόνα του Markovnikov.

3.20. α) Από το 2-βουτένιο με προσθήκη Cl2. β) Από το 2βουτίνιο με προσθήκη Η2, και στη συνέχεια προσθήκη Cl2.

3.21. α) 2,2-διβρωμο-2-βουτένιο, β) 2,2,3,3-τετραβρωμοβουτάνιο, γ) βουτάνιο, δ) 2,2-διβρωμοβουτάνιο.

3.22. Με επίδραση Η2Ο και οι δύο ενώσεις μετατρέπονται στην εξής ένωση (κανόνας Markovnikov):

3.23. 2-πεντένιο.

3.24. Α: 2-βουτένιο, Β: μεθυλοπροπένιο, Γ: 2-βουτανόλη, Δ: 2-μεθυλο-2-προπανόλη.

3.25. Α: προπίνιο, Β: προπανόνη, Γ: προπένιο, Δ: 2-προπανόλη.

3.26. Αιθυλένιο.

3.27. Όχι, γιατί ο αριθμός mol του Br2 είναι μεγαλύτερος από τον αριθμό των mol του προπενίου.

3.28. Προπένιο και 1,2-διβρωμοπροπάνιο.

3.29. Α: προπίνιο.

3.30. H ποσότητα του προπενίου είναι (V/Vm) mol, όπου Vm ο γραμμομοριακός όγκος, που αποχρωματίζει ισάριθμα mol Βr2. Από τη στοιχειομετρία της αντίδρασης του Br2 με το προπίνιο παρατηρούμε ότι τα (V/Vm) mol Βr2 αποχρωματίζονται από (V/2Vm) mol προπινίου που αντιστοιχούν σε όγκο (V/2Vm)·Vm = V/2.

3.31. Έστω τα x mL του ακετυλενίου (αιθινίου) και y τα mL του αιθυλενίου (αιθενίου). Θα ισχύει: x + y = 250 (1). Από τις εξισώσεις υδρογόνωσης των δύο ενώσεων προκύπτει ότι απαιτούνται: (2x + y) mL Η2 συνολικά και επομένως: 2x + y = 485 (2). Με επίλυση του συστήματος των (1) και (2) προκύπτει ότι: x = 235 mL και y = 15 mL. Επομένως, στο μίγμα θα περιέχεται (15/250)·100 = 6% v/v αιθυλένιο.

3.32. α) Για να προκύπτει μία και μοναδική ένωση θα πρέπει όλη η ποσότητα του αιθενίου να αντιδρά πλήρως με όλη την ποσότητα του H2 και να προκύπτει αιθάνιο (που υπάρχει και στο αρχικό μίγμα): CH2=CH2 + H2 → CH3CH3. β) Έστω ότι το αρχικό μίγμα αποτελείται από x mοl αιθενίου, x mοl H2 και y mol αιθανίου. Θα ισχύει: nολ = 11,2/22,4 = 0,5 και άρα 2x + y = 0,05 (1).

CH2=CH2 + H2 → CH3CH3 x x x To τελικό προϊόν θα έχει όγκο (x + y) mol και επομένως: x + y = 0,672/22,4 = 0,03 (2). Από τις εξισώσεις (1) και (2) προκύπτει: x = 0,02 mol (448 mL σε STP) και y = 0,01 mol (224 mL σε STP) και επομένως η σύσταση του αρχικού μίγματος είναι: 448 mL η ποσότητα του αιθενίου, 448 mL H2 και 224 mL αιθανίου. γ) Με το διάλυμα Br2 αντιδρά μόνο το αιθένιο: CH2=CH2 + Br2 → BrCH2CH2Br 0,02 0,02 0,02 Το διάλυμα Br2 θα έχει όγκο σε V = n/c = 0,02/0,1 = 0,2 L. 3.33. Το μίγμα των δύο υδρογονανθράκων αποτελείται από το προπένιο, που δεν αντέδρασε και το προπάνιο που παράχθηκε. Αν x και y τα mol, αντίστοιχα, των δύο υδρογονανθράκων, θα ισχύει: x + y = 5,6/22,4 =0,25 (1). To διάλυμα Br2 περιέχει 16/160 = 0,1 mol Br2, οπότε το προπένιο που αντέδρασε θα είναι επίσης 0,1 mol. Από την (1) προκύπτει y = 0,15 mol. Επειδή στα αέρια η αναλογία όγκων είναι και αναλογία mol θα έχουμε 60% v/v C3H8 και 40% v/v C3H6. Κατά την καύση του μίγματος παράγονται 0,1·3 = 0,3 mol CO2 από το προπένιο και 0,15·3 = 0,45 mol CO2 από το προπάνιο. Συνολικά 0,75 mol ή 16,8 L (σε STP).

361

ΧΗΜΕΙΑ Γ΄ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

3.34. Tα προϊόντα είναι η A: 2-προπανόλη (κύριο προϊόν) και η B: 1-προπανόλη (δευτερεύον προϊόν). Οι ποσότητες των δύο αλκοολών είναι αντίστοιχα, 2,7/60 = 0,045 mol και 0,3/60 = 0,005 mol ή συνολικά 0,05 mol. Η ποσότητα του προπένιου είναι, επομένως, 0,05 mol ή 1,12 L. To ποσοστό μετατροπής του προπενίου σε 2-προπανόλη είναι 0,045/0,05 = 0,9 ή 90%, ενώ το ποσοστό μετατροπής του προπένιου σε 1-προπανόλη είναι 0,005/0,05 = 0,1 ή 10%. Τα ποσοστά είναι σύμφωνα με τον κανόνα του Markovnikov.

3.35. α) Προφανώς, όλη η ποσότητα του αλκενίου αντιδρά με όλη την ποσότητα του Η2 και προκύπτει το ίδιο αλκάνιο που υπήρχε και στο αρχικό μίγμα. β) Έστω x mL, y mL και z mL οι ποσότητες του Η2, του αλκανίου (CνΗ2ν+2) και του αλκενίου (CνΗ2ν), αντίστοιχα, στο αρχικό μίγμα. Θα ισχύει: x + y + z = 100 (1). Από τις εξισώσεις καύσης του αλκανίου και του αλκενίου προκύπτει: ν·y + ν·z = 160 (2). Επίσης, για να αντιδρούν πλήρως το H2 και το αλκένιο θα πρέπει να ισχύει: x = z (3), ενώ η τελική ποσότητα του αλκανίου θα είναι: x + y = 80 (4). Από τις (1), (2), (3) και (4) θα ισχύει: x = z = 20 mL, y = 60 mL και ν = 2 (CH2=CH2 και CH3CH3).

3.36. α) Αιθυλένιο, β) 6,72 L, γ) i. βρωμοαιθάνιο, ii. αιθανόλη.

3.37. α) 20 L C2H4, 20 L H2, 80 L C2H6, 80%. β) 4 L C2H4, 4 L H2, 96 L C2H6.

3.38. α) Α: προπένιο, β) Δ: 1-προπανόλη, γ) 90% και 10%.

3.39. α) Α: προπίνιο, B: προπανόνη, β) 400 mL, γ) με προσθήκη 2 mol HBr. 3.40. Έστω x mol C2H2 (Mr = 26) και x mol από τον υδρογονάνθρακα Χ (Mr = M). Θα ισχύουν: 2x = 8,96/22,4 = 0,4, x = 0,2 mol και 26·0,2 + 0,2·Μ = 13,6, Μ = 42. Η ποσότητα του Br2 είναι: (16/100)·600 = 96 g Br2 που αντιστοιχεί σε 96/160 = 0,6 mol. Από αυτά 0,4 mol αποχρωματίζονται από τα 0,2 mol ακετυλενίου και τα υπόλοιπα 0,6 – 0,4 = 0,2 mol αποχρωματίζονται από τα 0,2 mol του Χ. Επειδή η ποσότητα του Χ αποχρωματίζει ισάριθμα mol Br2 θα είναι αλκένιο (CνΗ2ν). 12ν + 2ν = 14ν = 42, ν = 3 (προπένιο).

3.41. Η ποσότητα του οξέος αντιστοιχεί σε 0,278/278 = 10−3 mol, ενώ η ποσότητα του Ι2 αντιστοιχεί σε 0,762/254 = 3·10−3 mol. Καθώς σε κάθε 1 mol α-λινολενικού οξέος αντιστοιχούν 3 mol Ι2, η ένωση θα πρέπει να διαθέτει 3 διπλούς δεσμούς.

4.4. Γ.

4.5. Δ.

4.6. Δ.

4.7. Ε.

4.8. Γ.

4.9. (1): προπανόνη, (2): CH3MgX, (3) 2-υδροξυπροπανονιτρίλιο, (4): 2-υδροξυπροπανικό οξύ.

4.10. Α) Λ, καθώς η CH3OH δε μπορεί να παρασκευαστεί με τον τρόπο αυτό, καθόσον διαθέτει ένα μόνο άτομο C. Β) Σ. Γ) Σ. Δ) Λ. Ε) Λ.

4.11. Α: ΗCHO (μεθανάλη), B: (CH3)3CMgX. 4.12. 2-υδροξυβουτανονιτρίλιο. Παρασκευάζεται με προσθήκη HCN (ΝaCN + H2SO4) σε προπανάλη.

4.13. α) Πρόκειται για την CH3CH2OH, που παρασκευάζεται με CH3MgX + HCHO και υδρόλυση του ενδιαμέσου. β) Πρόκειται για την 2-προπανόλη, που παρασκευάζεται με την επίδραση του CH3MgX σε CH3CHO (αιθανάλη) και υδρόλυση του σχηματιζόμενου προϊόντος. γ) Πρόκειται για την 2-μεθυλο-2-προπανόλη, που παρασκευάζεται με την επίδραση του CH3MgX σε προπανόνη και υδρόλυση του σχηματιζόμενου προϊόντος.

4.14. α) Από CH3CHO με επίδραση, i. HCN (σχηματισμός κυανυδρίνης) και ii. 2Η2Ο/Η+ (σχηματισμός 2-υδροξυοξέος). β) Από 2-βουτανόνη με επίδραση, i. HCN (σχηματισμός κυανυδρίνης) και ii. 2Η2Ο/Η+ (σχηματισμός 2-υδροξυοξέος).

4.15. Α) 2-μεθυλο-1-βουτανόλη. Β) 2-μεθυλο-2-υδροξυβουτανικό οξύ. Γ) 2,3-διμεθυλο-3-πεντανόλη. Δ) Με υδρόλυση CH3CH2CN σε όξινο περιβάλλον. Ε) με επίδραση 2Η2/Νi σε προπανονιτρίλιο.

4.16. α) CH3MgX + διμεθυλοπροπανάλη. β) (CH3)3CMgX + αιθανάλη.

4.17. α) i. CH3CH2MgX + προπανόνη, ii. CH3MgX + 2-βουτανόνη. β) i. CH3MgX + 3-πεντανόνη, ii. CH3CH2MgX + βουτανόνη. γ) i. CH3MgX + 2-αιθυλοβουτανάλη.

4. ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΠΡΟΣΘΗΚΗΣ (2)

δ) (CH3)2CHCH2CH2MgX + HCHO. 4.18. α) Προπάνιο, β) 2-πεντανόλη, γ) 1-βουτανόλη, δ) 2-μεθυλο-2-πεντανόλη.

4.19. α) Με επίδραση Η2/Ni. β) Με επίδραση HCN. γ) Με επίδραση CH3MgX και υδρόλυση του ενδιάμεσου. δ) Από το β με υδρόλυση σε όξινο περιβάλλον.

4.20. Α: αιθάνιο, Β: αιθανάλη, Γ: 2-βουτανόλη.

4.21. Η κετόνη Α διαθέτει 7 – 3 = 4 άτομα C και επομένως είναι η βουτανόνη. Η Β είναι η 2,3-διμεθυλο-3-πεντανόλη (τριτοταγής αλκοόλη).

4.22. Η κετόνη Α διαθέτει πέντε άτομα C (8 ‒ 3 = 5) και επομένως έχει μοριακό τύπο C5H10O. Στον τύπο αυτό αντιστοιχούν τρεις ενώσεις, η 2-πεντανόνη, η 3-πεντανόνη και η μεθυλοβουτανόνη, Η Β είναι ΙΙΙταγής αλκοόλη στην οποία αντιστοιχούν επίσης τρεις περιπτώσεις, μία για κάθε κετόνη, η 2,3-διμεθυλο-3-εξανόλη, η 3-αιθυλο-2-μεθυλο-3-πεντανόλη και η 2,3,4-τριμεθυλο-3-πεντανόλη.

4.23. i. Με επίδραση CH3MgX στην ένωση,

4.1. A. 4.2. i. Β, ii. Γ.

4.3. Α.

και υδρόλυση του σχηματιζόμενου ενδιαμέσου.

ΦΥΛΛΑΔΙΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 3 Β. i. Από προπίνιο με προσθήκη Η2, παρουσία Ni. ii. Από προπένιο με προσθήκη Η2Ο (κύριο προϊόν). iii. Από 1-βουτίνιο ή από 2-βουτίνιο με προσθήκη Η2Ο, παρουσία Hg/HgSO4/H2SO4 και μέσω σχηματισμού ενόλης. iv. Από προπίνιο με διπλή προσθήκη HCl. v. Από προπένιο με προσθήκη Br2. Γ. α) Β: μεθυλοβουτάνιο, Α3: 3-μεθυλο-1-βουτένιο. β) Σχηματισμός 3-μεθυλο-2-βουτανόλης (κύριο προϊόν). Δ. 600 mL. Ε. αιθένιο και αιθανόλη.

362

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

ii. Με επίδραση προπανόνης στο αντιδραστήριο Grignard:

και υδρόλυση του σχηματιζόμενου ενδιαμέσου.

4.24. α) Έστω CνΗ2ν+2Ο o μοριακός τύπος της αλκοόλης και x mol η ποσότητά της. Ισχύει: x = 8,8/(14ν + 18) (1), όπου 14ν + 18 = Μr. Η εξίσωση καύσης είναι η εξής: CνΗ2ν+2Ο + (3ν/2) Ο2 → ν CO2 + (ν+1) Η2Ο. Η ποσότητα του CO2 είναι: n = 11,2/22,4 = 0,5 mol και επομένως: ν·x = 0,5 (2). Aπό τις εξισώσεις (1) και (2) προκύπτει: x = 0,1 mol και ν = 5 (C5Η12Ο). Για να προκύπτει με την επίδραση κετόνης σε αντιδραστήριο Grignard θα είναι τριτοταγής αλκοόλη και επομένως θα είναι η 2-μεθυλο-2-βουτανόλη. β) Δύο συνδυασμοί: CH3MgX + βουτανόνη και CH3CH2MgX + προπανόνη. γ) Όχι (οι τριτοταγείς αλκοόλες δεν μπορούν να προκύψουν με υδρογόνωση κάποιας καρβονυλικής).

4.25. α) Προφανώς, το αλκίνιο (A) έχει 4 άτομα C και μπορεί να είναι ή το 1-βουτίνιο ή το 2-βουτίνιο. Το 2-βουτίνιο θα έδινε με Η2/Νi το 2-βουτένιο το οποίο με την προσθήκη Η2Ο θα οδηγούσε αποκλειστικά στη 2-βουτανόλη. Επομένως, το αλκίνιο Α θα είναι το 1-βουτίνιο και άρα η ένωση Β θα είναι το 1-βουτένιο, το κύριο προϊόν Γ είναι η 2-βουτανόλη και η Ε η 2-βουτανόνη. β) Στο 2-βουτένιο. γ) Τα 5,6 g της Β αντιστοιχούν σε n = 5,6/56 = 0,1 mol, ενώ τα 0,74 g της Δ αντιστοιχούν σε n = 0,74/74 = 0,01 mol. Επομένως, το ποσοστό μετατροπής της ένωσης Β στη Δ θα είναι (0,01/0,1)·100 = 10% (τα υπόλοιπα 90% μετατράπηκαν στο κύριο προϊόν Γ, σύμφωνα με τον κανόνα του Markovnikov).

4.26. Α: 1-βουτίνιο, Β: 1-βουτένιο, Γ: 2-χλωροβουτάνιο, Δ: βουτανόνη, Ε: 2-βουτανόλη, Ζ: 2-μεθυλο-2-υδροξυβουτανονιτρίλιο, Θ: 2-μεθυλο-2-υδροξυβουτανικό οξύ, Μ: 3,4-διμεθυλο-3-εξανόλη. ΦΥΛΛΑΔΙΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 4 B. 1) CH3MgX + 5-μεθυλο-3-εξανόνη, 2) CH3CH2MgX + 4-μεθυλο-2-πεντανόνη, 3) (CH3)2CHCH2MgX + βουτανόνη Γ. Α: προπίνιο, Β: προπένιο, Γ: 2-χλωροπροπάνιο, K: (CH3)2CHMgCl, Δ: προπανόνη, Ε: 2-προπανόλη, Ζ: 2-μεθυλο-2-υδροξυπροπανονιτρίλιο, Ζ: 2-μεθυλο-2-υδροξυπροπανικό οξύ, Μ: 2,3-διμεθυλο-2-βουτανόλη.

5. ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ AΠΟΣΠΑΣΗΣ 5.1. Β.

5.2. i. Α, ii. Γ.

5.3. (1): 2-βουτένιο, (2): 1-βουτένιο.

5.4. (1): προπένιο, (2): προσθήκη, (3): 2-προπανόλη , (4): Markovnikov.

5.5. Α) Σ, Β) Σ (της 1- και της 2-προπανόλης), Γ) Λ (λόγω Saytzeff υπερτερεί σε ποσοστό το 2-βουτένιο, Δ) Λ (και από τις δύο αλκοόλες προκύπτει το προπένιο), Ε) Λ (στην περίπτωση της 2,2-διμεθυλο-1-προπανόλης δεν προκύπτει, θεωρητικά, αλκένιο).

5.6. α) 2-βουτένιο, κανόνας του Saytzeff, β) θέρμανση, παρουσία H2SO4 (2-βουτένιο).

5.7. α) απόσπαση (αφυδραλογόνωση) και προσθήκη. β) ΝaOH (αλκοόλη), προσθήκη ΗΒr. γ) Λόγω του κανόνα του Markownikov.

5.8. 2-μεθυλο-2-βουτένιο, κανόνας Saytzeff.

5.9. α) κύριο προϊόν: 2-βουτένιο. β) κύριο προϊόν: 2-βουτίνιο. γ) κύριο προϊόν: 2-μεθυλο-2-βουτένιο.

5.10. α) Αφυδάτωση προς αιθυλένιο. β) Αφυδραλογόνωση προς μεθυλοπροπένιο γ) Αφυδραλογόνωση προς 2,2-διμεθυλο-3-εξένιο. δ) Αφυδραλογόνωση κυρίως προς 2-βουτένιο (κανόνας του Saytzeff).

5.11. α) Με θέρμανση με H2SO4 (αφυδάτωση 1-προπανόλης). β) Με επίδραση H2SO4 στους 170oC (αφυδάτωση 2προπανόλης). γ) Με θέρμανση με αλκοολικό διάλυμα ΚΟΗ (αφυδραλογόνωση 2-χλωροπροπανίου).

5.12. α) 1-πεντένιο. β) 1-πεντένιο και 2-πεντένιο (το 2-πεντένιο σε μεγαλύτερο ποσοστό). γ) 2-πεντένιο. δ) 2-μεθυλο-2-βουτένιο και 2-μεθυλο-1-βουτένιο (το πρώτο σε μεγαλύτερο ποσοστό). ε) Δεν αφυδραλογονώνεται θεωρητικά.

5.13. 2-μεθυλο-1-προπανόλη, 2-μεθυλο-2-προπανόλη.

5.14. Α: 2-χλωροπροπάνιο, Β: προπένιο.

5.15. Με αφυδραλογόνωση (π.χ. με κατεργασία με αλκοολικό διάλυμα ΚΟΗ), ακολουθούμενη από ΗCl. 5.16. CH3X και (CH3)3CCH2X. Αντίστοιχα: CH3ΟΗ και (CH3)3CH2ΟΗ 5.17. α) Το –ΟΗ δεν μπορεί να προσλάβει άτομο Η από τον C(3)! β) Α: 3-μεθυλο-2-εξένιο, Β: 3-μεθυλο-1-εξένιο.

5.18. α) Α: αιθανόλη, Β: αιθυλένιο, Γ: 1,2-διβρωμοαιθάνιο, Δ: ακετυλένιο. β) i. Θ: 2-υδροξυπροπανικό οξύ, ii. 11 g.

5.19. Α: 1-προπανόλη, Β: προπένιο, Γ: 2-βρωμοπροπάνιο, Ε: 1,2-διβρωμοπροπάνιο, Ζ: προπανάλη.

5.20. Β: προπίνιο, Γ: προπανόνη, Δ: 2-προπανόλη, Ε: προπένιο, Ζ: 1,2-διβρωμοπροπάνιο, Θ: 2-βρωμοπροπάνιο, Μ: 2,3-διμεθυλο-2-βουτανόλη, Ν: 2,3-διμεθυλο-2-βουτένιο.

ΦΥΛΛΑΔΙΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 5 Β. Δ (τρία δυνατά αλκένια από τα οποία το ΙΙΙ είναι το κύριο προϊόν, σύμφωνα με τον κανόνα του Saytzeff). Γ. Α: αιθίνιο, Β: αιθένιο, Γ: βρωμοαιθάνιο, Δ: αιθυλομαγνησιοβρωμίδιο, Ε: αιθανάλη, Ζ: 2-βουτανόλη, Θ: 2-βουτένιο.

6. ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΥΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ 6.1. i. Δ, ii. Δ.

6.2. Γ.

6.3. Γ.

6.4. Γ.

6.5. Γ.

6.6. Γ.

6.7. Γ.

6.8. Γ.

6.9. Δ.

363

ΧΗΜΕΙΑ Γ΄ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

6.10. Α) Λ. Η μετατροπή αυτή γίνεται με ΝaΟΗ σε υδατικό διάλυμα. Β) Σ. Γ) Λ. Παράγονται αέρια SO2 και HCl, οπότε η μάζα του ποτηριού μετά την αντίδραση θα είναι μικρότερη από (α + β). Δ) Λ. Η αντίδραση της εστεροποίησης είναι αμφίδρομη αντίδραση, οπότε η απόδοση είναι μικρότερη από 100%.

6.11. Α) Λ. Δίνουν πολλές π.χ. αντιδράσεις υποκατάστασης. Β) Λ. Παράγονται νιτρίλια με ένα άτομο C περισσότερο από το αλκυλαλογονίδιο. Γ) Σ. Δ) Λ. Γίνεται μόνο σε όξινο περιβάλλον. Ε) Λ. Παράγονται δύο αέρια, το SO2 και το HCl. 6.12. Και οι δύο προτάσεις είναι σωστές. Στη Β προκύπτουν τέσσερα αλκυλαλογονίδια: το 2-μεθυλο-1χλωρο-βουτάνιο, το 2-μεθυλο-2-χλωροβουτάνιο, το 2-μεθυλο3-χλωροβουτάνιο και το 3-μεθυλο-1-χλωρο-βουτάνιο, καθώς και άλλα πολυχλωροπαράγωγα.

6.13. Α-4, Β-6, Γ-5, Δ-1, Ε-3, ΣΤ-2.

6.14. Α-3, Β-1, Γ-4 (προσθήκη), Δ-2.

6.15. α) Επίδραση ΝaOH (υδατικό διάλυμα). β) Επίδραση CH3CH2CH2ONa. γ) Επίδραση CH3CH2COONa. δ) Επίδραση KCN. 6.16. α) H αντίδραση ενός καρβοξυλικού οξέος με μία αλκοόλη ονομάζεται εστεροποίηση και είναι αμφίδρομη αντίδραση (βλ. θεωρία). Αντικαθίσταται το –ΟΗ της –COOH. β) Η αύξηση της απόδοσης παραγωγής του εστέρα μπορεί να γίνει, π.χ. με χρήση περίσσειας του οξέος ή της αλκοόλης ή με απομάκρυνση ενός από τα προϊόντα από την ισορροπία (αρχή Le Châtelier).

6.17. (CH3)2CHCH2Br + CH3CH2ONa → (CH3)2CHCH2OCH2CH3 + NaBr 6.18. CH4, CH3CH3 και διμεθυλοπροπάνιο.

6.19. Α: 2-ιωδοβουτάνιο, Β: 2-βουτανόλη, Γ: 2-βουτένιο.

6.20. Α: CH3CH2COONa, Β: CH3CH2COOCH2CH3.

6.21. Α: μεθανικός 2-βουτυλεστέρας, Β: 2-βουτανόλη.

6.22. 4.

6.23. α) 2-μεθυλο-1-χλωροπροπάνιο και 2-μεθυλο-2-χλωροπροπάνιο. β) 2-μεθυλο-1,1-διχλωροπροπάνιο και 2-μεθυλο-1,1,1-τριχλωροπροπάνιο.

6.24. Προϊόντα: α) 2-χλωροπροπάνιο, β) 2,5-διμεθυλο-3εξίνιο, γ) αιθανικός ισοβουτυλεστέρας, δ) 1-βουτίνιο, ε) 3μεθυλοβουτανονιτρίλιο, στ) αιθυλαμίνη, ζ) μεθανόλη, η) 1προπανόλη, θ) 2-μεθυλοβουτανικό οξύ, ι) βενζοϊκός αιθυλεστέρας (αμφίδρομη αντίδραση), κ) προπανικό οξύ + 2-προπανόλη, λ) αιθυλoπροπυλαιθέρας.

6.25. α) Επίδραση ΚCN. β) Επίδραση CH3CH2CΟΟΝa. γ) Επίδραση NH3. δ) Επίδραση NaCCCH3. ε) Επίδραση CH3CHCH2ONa. CH3

στ) Επίδραση NaΟΗ σε υδατικό διάλυμα.

6.26. Προϊόντα: α) νιτρίλιο, β) αιθέρας, γ) αμίνη, δ) εστέρας.

6.27. Σχηματίζεται κυκλικός εστέρας με τύπο,

364

με εστεροποίηση του –COOH και του –ΟΗ.

6.28. i. CH3CH2Cl + CH3CH2CH2OΝa, ii. CH3CH2ONa + CH3CH2CH2Cl. , εστεροποίηση

6.29.

. β) Η ασπιρίνη υδρολύεται μερικά σε ακετυλοσαλικυλικό οξύ και CH3COOH (υδρόλυση εστέρα).

6.30. A: μεθανικός αιθυλεστέρας.

6.31. Α: προπανικό οξύ, Β: 2-προπανόλη, Γ: 2-χλωροπροπάνιο, Δ: 2-μεθυλοπροπανονιτρίλιο.

6.32. Έστω CνΗ2ν+1ΟΗ o τύπος της αλκοόλης και x mol η ποσότητά της. Ισχύει: x

14,8 (1) 14ν  18

Eπίσης: 2x·22,4 = 8,96  x = 0,2 mol. Από την (1) προκύπτει: ν = 4. Ο τύπος της αλκοόλης είναι: C4H10O (4 δυνατά ισομερή).

6.33. α) Χωρίζουμε την ποσότητα του CH3CH2I στη μέση.

CH3CH2ICH3CH2OHCH3CH2ONaCH3CH2OCH2CH3. β) Με βάση τη στοιχειομετρία των αντιδράσεων προκύπτουν 0,2 mol διαιθυλαιθέρα ή 0,2·74 = 14,8 g.

6.34. α) Έστω CνΗ2ν+1Βr o τύπος του Α και x mol η ποσότητά του.

CνH2ν+1Br + NaOH → CνH2ν+1OH + NaBr x=

2,18 14 ν + 81

(1)

x=

0,92 14 ν + 18

(2)

Από τις (1) και (2) προκύπτει: ν = 2 (βρωμοαιθάνιο, αιθανόλη) και x = 0,02 mol. β) CΗ3CΗ2Cl (0,02 mol), CΗ3CΗ2I (0,02 mol).

6.35. α) Α: CH3Cl, Β: CH3CN, Γ: CH3COOH, Δ: CH3ONa, E: CH3COOCH3, γ) 25%.

6.36. Χ: προπανικό οξύ, Υ: προπανικός ισοπροπυλεστέρας.

6.37. β) 35,2 g CH3COOCH2CH3., 48 g.

6.38. α) A: CH3CH2Br, B: CH3CH2OH, Γ: CH2=CH2, β) 1,4 g CH2=CH2, 10,9 g CH3CH2Br, γ) από 50%.

6.39. α) Εστέρας κορεσμένου μονοκαρβοξυλικού οξέος με κορεσμένη μονοσθενή αλκοόλη. β) i. Β: αιθανικό οξύ, Γ: 3μεθυλο-1-βουτανόλη, ii. εστεροποίηση, iii. 104 g. γ) i. Δ: 3-μεθυλο-1-χλωροβουτάνιο, ii. με SOCl2, 44,8 L. 6.40. Α: προπανάλη, Β: 1-προπανόλη, Γ: προπένιο, Δ: 2-προπανόλη, Ε: 2-βρωμοπροπάνιο, Ζ: 2-μεθυλοπροπανονιτρίλιο, Θ: 2-μεθυλοπροπανικό οξύ, Κ: 2-μεθυλοπροπανικός ισοπροπυλεστέρας.

6.41. Α: προπένιο, Β: 2-βρωμοπροπάνιο, Γ: 1,2-διβρωμοπροπάνιο, Δ: προπίνιο, Ζ: 4-μεθυλο-2-πεντίνιο.

6.42. α) Χ: προπένιο, Α: 3-μεθυλο-1-βουτίνιο, β) Β: 3-μεθυλο-2-βουτανόνη, Γ: 3-μεθυλο-2-βουτανόλη, Δ: 2-μεθυλο-3χλωροβουτάνιο, Ε: 2,3-διμεθυλο-βουτανονιτρίλιο, Ζ: 1-αμινο2,3-διμεθυλοβουτάνιο, Θ: 2,3-διμεθυλοβουτανικό οξύ, Κ: 2,3διμεθυλοβουτανικός μεθυλεστέρας, Μ: 2-μεθυλο-2-βουτένιο.

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

6.43. Α: προπένιο, Β: 2-χλωροπροπάνιο, Γ: 2-μεθυλο-προπανονιτρίλιο, Δ: 2-μεθυλο-1-αμινοπροπάνιο, Ε: 2-προπανόλη, Ζ: προπανόνη, Θ: 2-μεθυλο-2-υδροξυπροπανονιτρίλιο, Κ: 2-μεθυλο-2-υδροξυπροπανικό οξύ, CH3

CH3

Λ: CH3CCOOH, M: CH3CCOOCH2CH3 OCOCH3

OH

ΦΥΛΛΑΔΙΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 6 Β. Β (το 1-χλωροβουτάνιο και το 2-χλωροβουτάνιο). Γ. Γ. Δ. Α: προπίνιο, Β: προπανόνη, Γ: 2-προπανόλη, Δ: 2-χλωροπροπάνιο, Ε: 2-μεθυλοπροπανονιτρίλιο, Ζ: 2-μεθυλο-1-αμινοπροπάνιο, Θ: 2-μεθυλοπροπανικό οξύ, Κ: 2-μεθυλοπροπανικός αιθυλεστέρας. Ε. α) αιθανόλη, β) 0,2 mol εστέρα.

β) Η ποσότητα του ΡΑΑ αντιστοιχεί σε 14,404/7202 = 2·10−3 mol ή σε συγκέντρωση c = 2·10−3/2 = 10−3 M. Καθώς κάθε μόριο ΡΑΑ διαθέτει 100 –COOH, η συγκέντρωση του διαλύματος σε –COOH θα είναι 10−3·100 = 0,1 M. Αν το υπόλοιπο τμήμα του πολυμερούς εκτός από τις ομάδες –COOH συμβολιστεί με Α: ΑCOOH + H2O ACOO− + H3O+ 0,1− x  0,1 M x x 10−5 = x2/0,1, x = [H3O+], pH = 3. ΦΥΛΛΑΔΙΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 7

Α. Γ. Β. Γ. Γ. α) Το πολυμερές του 1,3-βουταδιενίου, το πολυμερές του χλωροαιθενίου. β) Το πολυμερές του 2-μεθυλο-1,3-βουταδιενίου. γ) Οι δύο τελευταίοι πολυμερισμοί. Δ. α) Συμπολυμερισμός, β) στυρόλιο και ακρυλονιτρίλιο. Ε. β) 4.000 μόρια μονομερούς.

CH3

7. ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΠΟΛΥΜΕΡΙΣΜΟΥ 7.1. Γ.

7.2. Δ, 7.3. A. 7.4. Δ.

7.5. Β.

7.6. Α: Γενικά, η πρόταση αυτή είναι λανθασμένη, καθώς υπάρχουν περιπτώσεις πολυμερών κατά τις οποίες η συνένωση των μορίων των μονομερών συνεπάγεται αποβολή ενός μικρού μορίου, π.χ. Η2Ο. Πάντως, στην περίπτωση των πολυμερών προσθήκης η πρόταση ισχύει), Β: Λ, Γ: Σ, Δ: Λ, Ε: Σ, ΣΤ: Σ.

7.7. Λανθασμένες είναι οι προτάσεις Β και Ζ. Β: Ο πολυμερισμός του αιθυλενίου ακολουθεί μηχανισμό ριζών που περιλαμβάνει τρία στάδια (έναρξη, διάδοση και τερματισμός). Ζ: Από το συμπολυμερισμό του 1,3-βουταδιενίου και του ακρυλονιτριλίου (CH2=CHCN) προκύπτει είδος τεχνητού καουτσούκ που αναφέρεται με το όνομα BuNa N. 7.8. Βλ. θεωρία (γενική εξίσωση πολυμερισμού για Α = −CH3 και για Α = −CN).

7.9. CH2=CHOCH3 και CH2=CCl2, αντίστοιχα.

7.10. (−CF2−CF2−)ν.

7.11. Έχουν τον ίδιο εμπειρικό τύπο: (CΗ2)ν.

7.12. α) Α: αιθίνιο, Β: χλωροαιθένιο ή βινυλοχλωρίδιο. β) Προσθήκη HCl, πολυμερισμός.

7.13 α) Προπενονιτρίλιο, β) 2000, γ) στο μονομερές υπάρχουν 6 σ και 3 π δεσμοί, ενώ στο πολυμερές υπάρχουν 2 π δεσμοί ανά δομική μονάδα (4000 π δεσμοί).

7.14. α) PVC, β) 2000, γ) 80%.

7.15. α) Οι τρεις δεσμοί C – C (όλα τα άτομα C εμφανίζουν υβριδισμό sp2). β) Με διπλή αφυδραλογόνωση με NaOH/ αλκοόλη. γ) Πολυμερισμός 1,4, Buna.

7.16. α) i. ii. Καθώς το Mr του μονομερούς είναι ίσο με 72, το Mr του πολυμερούς θα είναι ίσο με: 100·72 + 2 = 7202.

ΣΤ. α) Α: ΒrCH2−C−COOH, Β: CH2=C(CH3)COOCH3 Br

Γ: CH2=C(CH3)COONa CH3

β) (−CH2−C−)ν COOCH3

8. ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ ΟΞΕΙΔΩΣΗΣ - ΑΝΑΓΩΓΗΣ 8.1. Ε. Οξειδώνονται προς κετόνες οι I, II, IV (δευτεροταγείς αλκοόλες).

8.2. Γ.

8.3. Α.

8.4. Γ (το μόνο αλκίνιο που με προσθήκη νερού δίνει αλδεΰδη είναι το αιθίνιο).

8.5. i. B. Οι δύο ισομερείς αλδεΰδες, βουτανάλη και μεθυλοπροπανάλη, ii. B. 8.6. Γ.

8.7. Δ.

8.8. (1): Προπανάλη, (2): προπανικό οξύ.

8.9. Λανθασμένες είναι οι Α, Δ, Ε, Η και Θ.

8.10. Α: Λ. Ο C(1) σχηματίζει έναν επιπλέον δεσμό C−H και επομένως ανάγεται, ενώ ο C(2) σχηματίζει έναν δεσμό C−Cl και επομένως οξειδώνεται. Β: Σ. Όλες οι αλδεΰδες αντιδρούν με το αντιδραστήριο Fehling (CuSO4/NaOH) παράγοντας καστανοκόκκινο ίζημα Cu2O. Γ: Σ. Αν η αλκοόλη (CνΗ2ν+2Ο) είναι πρωτοταγής μπορεί να οξειδωθεί σε καρβοξυλικό οξύ (CνΗ2νΟ2) που έχει μεγαλύτερη Mr και άρα μεγαλύτερη μάζα ή σε αλδεΰδη (CνΗ2νΟ) που έχει μικρότερη Mr και άρα μικρότερη μάζα. Αν είναι δευτεροταγής οξειδώνεται σε κετόνη (CνΗ2νΟ) που έχει μικρότερη Mr και άρα μικρότερη μάζα. Επομένως, όταν μία αλκοόλη οξειδώνεται σε προϊόν που έχει μεγαλύτερη μάζα θα έχει οξειδωθεί σε καρβοξυλικό οξύ και άρα θα είναι πρωτοταγής.

365

ΧΗΜΕΙΑ Γ΄ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

8.11. Α: Σ, Β: Λ (μπορεί να είναι τριτοταγής αλκοόλη που δεν οξειδώνεται), Γ: Λ (η 2-μεθυλο-2-προπανόλη δεν οξειδώνεται), Δ: Σ, Ε: Σ, ΣΤ: Σ, Ζ: Σ, Η: Λ (η 2-μεθυλο-2-προπανόλη είναι τριτοταγής αλκοόλη και δε μπορεί να παραχθεί με τον τρόπο αυτό).

8.12. Mε K2Cr2O7/H2SO4.

8.13. Παράγονται: α) 2-προπανόλη, β) 1-προπανόλη, γ) προπυλαμίνη (CH3CH2CH2NH2).

8.14. α) 1-βουτανόλη (οξειδώνεται προς βουτανάλη ή προς βουτανικό οξύ), 2-βουτανόλη (οξειδώνεται προς βουτανόνη), 2-μεθυλο-1-προπανόλη (οξειδώνεται προς μεθυλοπροπανάλη ή προς μεθυλοπροπανικό οξύ) και 2-μεθυλο-2-προπανόλη (τριτοταγής αλκοόλη που δεν οξειδώνεται). β) Βλ. θεωρία.

8.15. α) Οξείδωση προς αιθανικό οξύ. β) Οξείδωση προς προπανόνη. γ) Οξείδωση προς προπανικό οξύ. δ) Βλ. θεωρία (οξείδωση προς αιθανικό νάτριο). ε) Βλ. θεωρία (οξείδωση προς προπανικό αμμώνιο). στ) 2-μεθυλο-1-προπανόλη. ζ) μεθυλοπροπάνιο. η) Προπυλαμίνη. θ) Οξείδωση σε προπανάλη. ι) Οξείδωση σε αιθανικό οξύ.

8.16. Μόνο οι δύο ισομερείς αλδεΰδες, βουτανάλη και μεθυλοπροπανάλη. H άλλη ισομερής ένωση με τύπο C4H8O είναι η 2-βουτανόνη που δεν οξειδώνεται.

8.17. 8 ισομερείς αλκοόλες από τις οποίες 4 Ι-ταγείς (1πεντανόλη, 3-μεθυλο-1-βουτανόλη, 2,2-διμεθυλο-1-προπανόλη και 2-μεθυλο-1-βουτανόλη), που οξειδώνονται είτε προς αλδεΰδες είτε προς καρβοξυλικά οξέα, 3 ΙΙ-ταγείς αλκοόλες (2-πεντανόλη, 3-πεντανόλη και 3-μεθυλο-2-βουτανόλη), που οξειδώνονται προς κετόνες και μία ΙΙΙ-ταγής (2-μεθυλο-2-βουτανόλη), που δεν οξειδώνεται.

8.18. Α. (το δευτεροταγές –ΟΗ οξειδώθηκε σε κετόνη).

8.20. 3-πεντανόλη ή 2-πεντανόλη ή 3-μεθυλο-2-βουτανόλη.

8.21. α) Α: 3-μεθυλο-2-βουτανόλη. β) 3-μεθυλο-1-βουτένιο, 2-μεθυλο-2-βουτένιο (σε μεγαλύτερη αναλογία).

8.22. Η ποσότητα της αλκοόλης είναι 3,7/74 = 0,05 mol. Από τα 4 δυνατά ισομερή, η τριτοταγής αποκλείεται γιατί δεν οξειδώνεται. Έστω ότι είναι πρωτοταγής (η 1-βουτανόλη ή η 2μεθυλο-1-προπανόλη). Τη συμβολίζουμε ως C3H7CH2OH και γράφουμε την αντίδραση οξείδωσης με ΚΜnO4/H2SO4. Υπολογίζουμε την ποσότητα (σε mol) του ΚΜnO4 που απαιτείται για την οξείδωση αυτή και τη συγκρίνουμε με την ποσότητα του ΚΜnO4 που υπάρχει στο διάλυμά του. Βλέπουμε ότι δεν είναι ίδια. Επομένως, είναι δευτεροταγής, δηλαδή η 2βουτανόλη. Επιβεβαιώνουμε κάνοντας τους σχετικούς υπολογισμούς για τη 2-βουτανόλη.

8.23. α) Βουτανόνη (1η περίπτωση) και μίγμα βουτανόνης και βουτανικού οξέος (2η περίπτωση). β) Με την προσθήκη Η2Ο σε 0,2 mol 2-βουτενίου σχηματίζονται 0,2 mol 2-βουτανόλης, που οξειδώνονται από x mL όξινου διαλύματος KMnO4 0,5 Μ προς 2-βουτανόνη. Με την προσθήκη Η2Ο σε 0,2 mol 1-βουτένιου σχηματίζεται μίγμα 2βουτανόλης και 1-βουτανόλης (η 2-βουτανόλη σε μεγαλύτερη αναλογία, λόγω του κανόνα του Markovnikov). To μίγμα των δύο αλκοολών οξειδώνεται, αντίστοιχα, σε βουτανόνη και βουτανικό οξύ. Καθώς, για την οξείδωση της 1-βουτανόλης

366

προς βουτανικό οξύ απαιτείται διπλάσια ποσότητα KMnO4 σε σχέση με την οξείδωση της ίδιας ποσότητας 2-βουτανόλης προς βουτανόνη (ή και για την οξείδωση της ίδιας ποσότητας 1-βουτανόλης προς βουτανάλη), ο όγκος του διαλύματος KMnO4 για τη δεύτερη περίπτωση θα είναι 2x > y > x. γ) Από τη στοιχειομετρία της αντίδρασης οξείδωσης των 0,2 mol της 2-βουτανόλης προς βουτανόνη προκύπτει ότι απαιτούνται 0,08 mol KMnO4 ή 0,08/0,5 = 0,16 L ή 160 mL διαλύματος KMnO4.

8.24. α) 100 mL, β) 120 mL, γ) 42,9 g.

8.25. α) Με το αντιδραστήριο Tollens αντιδρά μόνο η αιθανάλη, CH3CHO (Μr = 44), παράγοντας 2,16/108 = 0,02 mol Ag. Από τη στοιχειομετρία της αντίδρασης βλέπουμε ότι αντέδρασαν 0,01 mol αλδεΰδης, που αντιστοιχούν σε 0,01·44 = 0,44 g. β) Η συνολική ποσότητα του ΚΜnO4 που απαιτήθηκε για την οξείδωση του μίγματος είναι 0,1·0,12 = 0,012 mol. Γράφουμε την εξίσωση της αντίδρασης οξείδωσης της CH3CHO με το ΚΜnO4/Η2SO4 και υπολογίζουμε την ποσότητα του ΚΜnO4 που απαιτήθηκε (0,004 mol). Tα υπόλοιπα 0,012 – 0,004 mol χρειάστηκαν για την οξείδωση της CH3CH2OΗ (Μr = 46). Από τη στοιχειομετρία της οξείδωσης αυτής υπολογίζουμε την ποσότητα της CH3CH2OΗ (0,01 mol) που αντιστοιχούν σε μάζα 0,01·46 = 0,46 g.

8.26. α) Α: 1-βουτανόλη ή 2-μεθυλο-1-προπανόλη, Β: βουτανάλη ή μεθυλοπροπανάλη, Γ: βουτανικό οξύ ή μεθυλοπροπανικό οξύ. β) Για το NaOH: n = 1·0,02 = 0,02 mol. Επομένως από την αντίδραση εξουδετέρωσης προκύπτουν 0,02 mol του οξέος Γ (Μr = 88) ή 0,02·88 = 1,76 g. γ) H ποσότητα της Α είναι (14,8/74) = 0,2 mol. Επομένως, το ποσοστό μετατροπής της Α στη Γ είναι: (0,02/0,2) = 10%.

8.27. 80 mL. 8.28. α) Α: αιθανάλη, Β: αιθανικό οξύ. β) Έστω x mol η αρχική ποσότητα της CH3CH2OH (Mr = 46) από τα οποία y mol μετατρέπονται σε CH3CHO (Mr = 44) και τα υπόλοιπα (x – y) mol σε CH3COOH (Mr = 60). Από τα δεδομένα ισχύει: 44y + (x – y)·60 = 1,1·46x. Από την εξίσωση αυτή προκύπτει: 16y = 9,4x. To ποσοστό μετατροπής της αιθανόλης σε αιθανάλη είναι (y/x)·100 = 58,75%. To υπόλοιπο ποσοστό μετατρέπεται σε CH3COOH. 8.29. Η ένωση που οξειδώνεται είναι η 1-προπανόλη, καθώς η άλλη ισομερής αλκοόλη, η 2-προπανόλη, οδηγεί αποκλειστικά σε κετόνη. Η Α είναι η προπανάλη (δίνει κάτοπτρο με το αντιδραστήριο Tollens) και η Β είναι το προπανικό οξύ. Η ποσότητα του κατόπτρου είναι 4,32/108 = 0,04 mol, οπότε από τη στοιχειομετρία της αντίδρασης προκύπτει ότι η ποσότητα της Α είναι 0,02 mol. H ποσότητα του NaOH είναι 0,005 mol, οπότε η ποσότητα του Β είναι επίσης 0,005 mol. Γράφουμε την εξίσωση μετατροπής της 1-προπανόλης σε προπανάλη και την εξίσωση μετατροπής της 1-προπανόλης σε προπανικό οξύ (ξεχωριστά) και υπολογίζουμε τη συνολική ποσότητα του K2Cr2O7 που απαιτείται. Τέλος, υπολογίζουμε τον όγκο του αντίστοιχου διαλύματος (= 100 mL).

8.30. α) Α: 1-προπανόλη, Β: προπανάλη, Γ: 2-υδροξυβουτανονιτρίλιο, γ) 0,1 mol 1-χλωροπροπανίου, 4,48 L μίγματος SO2 και ΗCl. 8.31. 0,45 mol CH3COOH και 0,15 mol CΗ3CΗ=Ο.

8.32. α) Α: 2-προπανόλη, Β: 1-προπανόλη, Γ: προπανόνη,

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

Δ: προπανάλη. β) Η αρχική ποσότητα του προπενίου είναι 4,2/42 = 0,1 mol. Από αυτά έστω x mol μετατράπηκαν στην 2-προπανόλη και τα υπόλοιπα (0,1 – x) mol στην 1-προπανόλη. Γράφουμε τις δύο αντιδράσεις οξείδωσης, υπολογίζουμε την ποσότητα του KMnO4 που απαιτείται συνολικά και εξισώνουμε με την ποσότητα του KMnO4 στο διάλυμά ως συνάρτηση του x. Τελικά x = 0,09 mol και επομένως 0,09 mol A και 0,01 mol B. 8.33. Α: CH3CH2CH2OH, Β: CH3CH2CH2Cl, Δ: CH3CH2CH2CH2OH, Ε: CH3CH2CH2CH=O, Ζ: CH3CH2CH2COONa, Θ: CH3CH2CH=CH2, Κ: CH3CH2CH(Cl)CH3, Λ: CH3CH2CH2COOCH(CH3)CH2CH3.

8.34. α) i. K2Cr2O7 + 3CH3OH + 4H2SO4 → Cr2(SO4)3 + 3HCHO + K2SO4 + 7H2O ii. Με την αντίδραση της CH3OH με το K2Cr2O7 το χρώμα του σωλήνα μετατρέπεται από πορτοκαλί σε πράσινο. Μετά από μία ορισμένη ποσότητα CH3OH που έχει απορροφηθεί, ο πράσινος χρωματισμός ξεπερνά το όριο για την αποδεκτή συγκέντρωση της μεθανόλης στο χώρο. β) 0,234 g, 40 mL.

ΦΥΛΛΑΔΙΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 8 Β. Οξείδωση του HCOOH από το διάλυμα ΚMnO4/Η2SO4. Μόλις τελειώσει η αντίδραση επέρχεται ιώδης χρωματισμός του ογκομετρούμενου διαλύματος και επομένως δεν απαιτείται δείκτης. Γ. α) Α: αιθίνιο, Β: αιθανάλη, Γ: αιθανόλη, Δ: αιθανικό οξύ, Ε: CH≡CNa, Z: προπίνιο, Θ: προπένιο, Κ: 2-προπανόλη, Λ: αιθανικός ισοπροπυλεστέρας. β) Όχι. γ) 27,6 g Cu2O. Δ. i. 0,672 L, ii. 60 mL διαλύματος

9. ΟΞΙΝΟΣ - ΒΑΣΙΚΟΣ ΧΑΡΑΚΤΗΡΑΣ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ 9.1. Δ.

9.2. Β.

9.3. B. 9.4. Δ. Οι (I), (II) και (VI).

9.5. i. A, ii. Ε.

9.6. i. A, ii. B, iii. B. 9.7. Γ.

9.8. (1): CH3CH3, (2): CHCH, (3): CH3CH2OH, (4): CH3CH2, (5): CHC, (6): CH3CH2O.

9.9. Δ.

9.10. i. Α, ii. Δ.

9.11. i. Δ, ii. B. 9.12. (1): πρωτοταγείς, (2): αμίνες, (3): βασικές, (4): οξέα, (5): RNH3Χ, (6): CH3CH2NH3+Cl.

9.13. A-1, B-3, Γ-4, Δ-5, Ε-2.

9.14. Α-2, Β-3, Γ-4, Δ-1.

9.15. Α) Σ, Β) Λ, το 2-βουτίνιο δεν αντιδρά, Γ) Λ, μπορούν να αντιδράσουν και με ασθενή οξέα, π.χ. το CH3COOH ή το C6H5COOH, Δ) Σ, καθώς η αντίδραση είναι πλήρης προς τα δεξιά, το συζυγές οξύ (ROH) είναι πολύ ασθενές.

9.16. CH3CH2CH2NH2 και (CH3)2CHNH2. Προκύπτουν αλκυλαμμωνιακά άλατα (RNH3Cl).

9.17. α) CH3NH3Cl (όξινο), β) CH3COO–CH3NH3+ (βασικό), γ) (CH3NH3)2SO4 (όξινο).

9.18.

9.19. Ακετυλίδιο με Ca: [CC] Ca2+. Καθώς το διανιόν αυτό προέρχεται από πολύ ασθενές οξύ (το CΗCΗ), η αντίδραση με το νερό είναι πλήρως μετατοπισμένη προς τα δεξιά (θεωρία Βrönsted - Lowry): CaC2 + 2H2O → C2H2 + Ca(OH)2.

9.20. α) CH3C≡CH < CH3CH2OH < Η2Ο < C6H5OH < CH3COOH. β) CH3COO− < C6H5O− < CH3CH2O− < CH3C≡C−.

9.21. i. Με επίδραση Na σε βενζοϊκό οξύ, ii. με εξουδετέρωση του βενζοϊκού οξέος με NaOH και iii. με επίδραση NaΗCO3 ή Na2CO3 σε σε βενζοϊκό οξύ.

9.22. α) CH3O, β) CH3COO, γ) CH3NH2, δ) CH3CC, ε) C6H5O.

9.23. Όσο πιο μεγάλο το pKa, τόσο μικρότερη η Κa και τόσο πιο ασθενές το οξύ. Άρα: Γ < Β < Α < Δ.

9.24. Γιατί το αιθάνιο είναι πολύ πιο ασθενές οξύ από το αιθίνιο.

9.25. α) Α: CH3CCNa, B: (CH3)2CHΟNa, Γ: C6H5ONa, Δ: CH3CH2COONa. β) Α > Β > Γ > Δ (το προπίνιο είναι το πιο ασθενές οξύ).

9.26. α) 2CH3COOH + Na2CO3→2CH3COONa + CO2 + H2O. β) CH3COOH + NaΗCO3 → CH3COONa + CO2 + H2O. γ) CH3COOH + H2O CH3COO− + H3O+. δ) CH3COOH + NaOΗ → CH3COONa + H2O. ε) 2CH3COOH + 2Na → 2CH3COONa + H2. στ) 2CH3COOH + Ca → (CH3COO)2Ca + H2.

9.27. Γίνεται μόνο η αντίδραση: 2CH3CH2OH + 2Νa → 2CH3CH2ONa + H2.

9.28. Τα καρβοξυλικά οξέα εμφανίζουν τον ισχυρότερο όξινο χαρακτήρα. Μετά είναι το H2CO3 και τέλος οι φαινόλες. Επομένως: pKa (RCOOH) < pKa (H2CO3) < pKa (C6H5OH).

Tα καρβοξυλικά οξέα αντιδρούν με διάλυμα NaHCO3 καθότι είναι ισχυρότερα από το Η2CO3, ενώ οι φαινόλες είναι ασθενέστερα από το H2CO3 και δε διασπούν το NaHCO3.

9.29. α) Aλκαλικό. β) Όξινο, καθώς σχηματίζεται το άλας CH3CH2NH3+Cl (το κατιόν παίζει το ρόλο του ασθενούς οξέος αντιδρώντας με το νερό). γ) Αλκαλικό. Σχηματίζεται με πλήρη εξουδετέρωση το άλας CH3CΟΟΝa+. Το ανιόν παίζει το ρόλο της ασθενούς βάσης, αντιδρώντας με το νερό. δ) Ισχυρά αλκαλικό. Σχηματίζεται το ανιόν CHC που είναι πολύ ισχυρή βάση, καθώς προέρχεται από πολύ ασθενές οξύ.

9.30. Α) CH3CH2COOH, B) (CH3)2CHCH2X ή (CH3)3CX, Γ) CH3CH2CCH. 9.31. Η2ΝCH2COOH + HCl → ΗΟΟCCH2NH3Cl Η2ΝCH2COOH + NaOH → Η2ΝCH2COONa + H2O 2Η2ΝCH2COOH + Na2CO3 → 2Η2ΝCH2COONa + CO2 + H2O. 9.32. α) Η ένωση Α περιέχει −COOH. Το πιο απλό κορεσμένο μονοκαρβοξυλικό οξύ είναι το HCOOH με Μr = 46, ενώ το CH3COOH έχει Μr = 60. Καθώς δεν υπάρχει περίπτωση πολλαπλού δεσμού η ένωση Α είναι το CH3COOH. β) Με την επίδραση ΝaHCO3 ελευθερώνεται CO2 (περίσσεια 1 mol ΝaΗCO3). Παράγεται, άρα, 1 mol CO2 ή 22,4 L σε STP.

367

ΧΗΜΕΙΑ Γ΄ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

9.33. α), β) Το δοχείο αρχικά περιέχει 9,2/46 = 0,2 mol αιθανόλης και 0,46/23 = 0,02 mol Na. Η ποσότητα του Na βρίσκεται σε έλλειμμα, οπότε αντιδρά όλη η ποσότητά του με 0,02 mol αιθανόλης, παράγοντας 0,02 mol στερεού CH3CH2OΝa και 0,01 mol αερίου Η2. Από τα αρχικά 0,2 mol των ατμών της αιθανόλης παραμένουν 0,2 ‒ 0,02 = 0,18 mol χωρίς να αντιδράσουν, ενώ παράγονται 0,01 mol Η2. Τα συνολικά, λοιπόν, mol των αερίων μειώνονται (από 0,2 σε 0,19 mol), οπότε ο όγκος του δοχείου μειώνεται (από την καταστατική εξίσωση των αερίων με P, T σταθερά). γ) Με την εισαγωγή Η2Ο αντιδρά το CH3CH2OΝa παράγοντας αιθανόλη. Παρατηρούμε ότι επανασχηματίζονται τα 0,02 mol της αιθανόλης. Η ποσότητα των αερίων είναι τώρα 0,2 mol CH3CH2OH + 0,01 mol H2 = 0,21 mol και ο όγκος του δοχείου αυξάνεται.

9.34. α) O μοριακός τύπος της Α παραπέμπει σε αλκοόλες ή αιθέρες. Επειδή η Α αντιδρά με Na θα είναι η CH3CH2OH. Από την αντίδραση της Α με το Na υπολογίζουμε τα mol της (0,05 mol). Επομένως, η ποσότητα της Α στο αρχικό μίγμα θα είναι 0,1 mol ή 4,6 g. β) Γράφουμε την αντίδραση της Α με το KMnO4/H2SO4 προς αιθανικό οξύ και στοιχειομετρικά υπολογίζουμε τα mol του και στη συνέχεια τον όγκο του διαλύματός του (400 mL). γ) Γράφουμε την αντίδραση εξουδετέρωσης και υπολογίζουμε τα mol του NaOH και στη συνέχεια τον όγκο του διαλύματος (50 mL).

9.35. α) CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O, αλκαλιμετρία. β) Από την αντίδραση εξουδετέρωσης βρίσκουμε 0,05 mol CH3COOH (Mr = 60) που αντιστοιχούν σε 3 g. Επομένως, η περιεκτικότητα του κρασιού σε ξύδι θα είναι (3/50)·100 = 6% w/v. γ) 0,56 L CO2.

9.36. 2ΗCOOH + Mg → (HCOO)2Mg + H2 ↑ 0,05 mol 0,025 mol 2CH3COOH + Mg → (CH3COO)2Mg + H2 ↑ 0,5 mol 0,25 mol Η συνολική ποσότητα H2 είναι ίση με 0,275 mol που αντιστοιχεί σε όγκο V = 0,275·22,4 = 6,16 L σε STP. 9.37. α) 3 περιπτώσεις: i. HCOOH και CH3CH2CH2COOH, ii. HCOOH και (CH3)2CHCOOH, CH3COOH, iii. CH3CH2COOH. β) Το CO2 προκαλεί λευκό θόλωμα (ίζημα) με τη διοχέτευσή του σε ασβεστόνερο (διάλυμα Ca(OH)2). ΦΥΛΛΑΔΙΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 9 Β.

Γ. Έστω x mol CνΗ2ν+1ΟΗ. x = 8,8/(14ν + 18) (1).

2CνΗ2ν+1ΟΗ + 2Νa → 2CνΗ2ν+1ΟNa + H2. x mol x/2 Ισχύει: x/2 = 1,12/22,4, x = 0,1 mol. Από την εξίσωση (1): ν = 5. β) Πρέπει να είναι τριτοταγής. Η μοναδική τριτοταγής αλκοόλη με 5 άτομα C είναι η 2-μεθυλο-2-βουτανόλη.

368

Δ. Έστω x mol CνΗ2ν+1COΟΗ. x = 6/(14ν + 46) (1).

2CνΗ2ν+1COΟΗ+Νa2CO3→2CνΗ2ν+1COΟNa + CO2 + H2O x mol x x/2 Ισχύει: x/2 = 1,12/22,4, x = 0,1 mol. Από την εξίσωση (1): ν = 1 (CH3COOH). β) Απομένει CH3COONa σε συγκέντρωση: c = 0,1/0,1 = 1 M. Mετά τη διάσταση του άλατος και την υδρόλυση του ιόντος CH3COO− (Kb = 10−9), προκύπτει: pH = 9,5.

10. ΑΛΟΓΟΝΟΦΟΡΜΙΚΗ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΔΙΑΚΡΙΣΕΙΣ - ΤΑΥΤΟΠΟΙΗΣΕΙΣ 10.1. Α.

10.2. Ε.

10.3. Ε.

10.4. Β.

10.5. Γ.

10.6. Β.

10.7. Β. Mε το Cl2/NaOH γίνεται αντίδραση, αλλά δεν προκύπτει ίζημα.

10.8. Β.

10.9. Β.

10.10. Β.

10.11. Δ.

10.12. Α.

10.13. Α: Σ (μόνο η 2-προπανόλη δίνει ίζημα με επίδραση I2/NaOH, ενώ και οι δύο οξειδώνονται), Β: Σ (η μόνη αλδεΰδη που δίνει την αλογονοφορμική είναι η αιθανάλη).

10.14. Α: Σ, Β: Σ, Γ: Λ (όλες οι μεθυλοκετόνες).

10.15. β) Στις περιπτώσεις ii και iii.

10.16. Μόνο η 2-βουτανόλη.

10.17. α) 2-πεντανόλη, 3-μεθυλο-2-βουτανόλη. β) Η 2-πεντανόνη και η 3-μεθυλο-2-βουτανόνη.

10.18. Α: 2-βουτανόνη ή 2-βουτανόλη.

10.19. CH3CHO (αιθανάλη ή ακεταλδεΰδη).

10.20. α) → CHCl3 + HCOONa, β) → CHBr3 + CH3CH2COOK 10.21. α) Ζεύγος 1, β) ζεύγος 2, γ) ζεύγη 3 και 4.

10.22. Α: HCOOCH2CH3, B: HCOONa, Γ: CH3CH2OH. 10.23. α) Α: CH3CH2MgCl, Β: CH3CH2ΟΗ, Γ: HCOOK, Δ: CHCl3, Ε: HCOOΗ, Ζ: CH3CH3. β) η Ε. γ) Η Γ και η Α.

10.24. α) Α: 2-προπανόλη, Β: αιθανικό νάτριο, Γ: προπένιο, β) το CHI3, γ) αφυδάτωση (απόσπαση).

10.25. α) Όλες εκτός από το βουτάνιο, β) το 1-βουτίνιο, γ) το 2-βουτένιο.

10.26. Το περιεχόμενο της φιάλης που δίνει ίζημα με Ι2/ΝaOH και αποχρωματίζει διάλυμα KMnO4/Η2SO4 θα είναι η 2βουτανόλη. Το περιεχόμενο της φιάλης που δίνει ίζημα με Ι2/ΝaOH αλλά δεν αποχρωματίζει διάλυμα KMnO4/Η2SO4 θα είναι η 2-βουτανόνη. Το περιεχόμενο της φιάλης που δε δίνει ίζημα με Ι2/ΝaOH αλλά αποχρωματίζει διάλυμα KMnO4/ Η2SO4 θα είναι η 1-βουτανόλη. β) Η 2-βουτανόλη με K2Cr2O7/Η2SO4 δίνει τη βουτανόνη. Η 1-βουτανόλη με θέρμανση με Η2SO4 δίνει 1-βουτένιο (αφυδάτωση), που με προσθήκη νερού δίνει (ως κύριο προϊόν) 2βουτανόλη η οποία με επίδραση K2Cr2O7/Η2SO4 οδηγεί επίσης στην βουτανόνη.

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

10.27. α) Η ένωση που αντιδρά με το αντιδραστήριο Fehling (δοχείο 1) θα είναι η προπανάλη. Η ένωση που αντιδρά με Na (δοχείο 2) θα είναι η 2-προπανόλη. Άρα η ένωση που περιέχεται στο δοχείο 3 θα είναι η προπανόνη.

10.28. α) Το προπένιο και το προπίνιο, β) το προπίνιο, γ) η προπανάλη.

10.29. α) Το προπανικό οξύ με το NaHCO3, η προπανάλη με το αντιδραστήριο Fehling και το 1-βουτίνιο με το CuCl/NH3.

10.30. Δοχείο 1: 1-βουτανόλη, δοχείο 2: αιθανικός αιθυλεστέρας, δοχείο 3: 2-βουτανόλη, δοχείο 4: βουτανικό οξύ.

10.31. α) Για το ζεύγος Ι: το αντιδραστήριο 2 (ή το 3 ή το 6). Για το ζεύγος ΙΙ: το αντιδραστήριο 1. Για το ζεύγος ΙΙΙ: το αντιδραστήριο 3 (ή το 1 ή το 2). Για το ζεύγος ΙV: το αντιδραστήριο 6.

10.32. α) Σχηματίζονται CH3CH2CH2ONa, CH3CH2COONa και CH3CH2CH2CCΝa. β) Με H2Ο (CH3CH2CH2ONa και CH3CH2CH2CCΝa λειτουργούν ως ισχυρές βάσεις και με επίδραση νερού δίνουν τις αρχικές ενώσεις CH3CH2CH2OΗ και CH3CH2CH2CCΗ, αντίστοιχα).

10.33. α) Έστω CνΗ2ν+2Ο η αλκοόλη και x mol η ποσότητά της. Ισχύει: x = 12/(14ν + 18) (1). Έστω ότι είναι πρωτοταγής, οπότε με την επίδραση του ΚMnO4 θα μετατρέπεται στο οξύ CνΗ2νΟ2. Από τη στοιχειομετρία της αντίδρασης προκύπτουν (4x/5) mol ΚMnO4, οπότε 4x/5 = 0,08, x = 0,1 mol. Με αντικατάσταση στην (1) δεν προκύπτει ακέραιος αριθμός για το ν και η περίπτωση απορρίπτεται. Έστω ότι είναι δευτεροταγής, οπότε οξειδώνεται σε κετόνη (CνΗ2νΟ). Από τη στοιχειομετρία της αντίδρασης προκύπτουν (2x/5) mol ΚMnO4, οπότε 2x/5 = 0,08, x = 0,2 mol. Με αντικατάσταση στην (1) προκύπτει: ν = 3 και επομένως η αλκοόλη είναι η 2-προπανόλη. β) 78,8 g.

10.34. α) CH3CH2MgBr και CH3CH2CHO. β) 3,94 g.

10.35. Έστω ότι το μίγμα αποτελείται από x mol 2βουτανόλης και y mol 2-προπανόλης. Από τη στοιχειομετρία των δύο αντιδράσεων με το Na προκύπτουν (x + y)/2 mol H2 και επομένως (x + y)/2 = 0,56/22,5 = 0,025, x + y = 0,05 (1). Επίσης, οι δύο αλκοόλες αντιδρούν με Ι2/ΝaOH και προκύπτουν συνολικά (x + y) mol CHI3 (Mr = 394) που αντιστοιχούν σε μάζα m = 0,05·394 = 19,7 g.

10.36. α) Η Α είναι δευτεροταγής αλκοόλη, η Β είναι τριτοταγής (γιατί δεν οξειδώνεται) και η Γ πρωτοταγής, καθόσον απαιτεί διπλάσια ποσότητα KMnO4 για να οξειδωθεί σε οξύ. γ) Για τη δευτεροταγή αλκοόλη απαιτήθηκαν 0,04·0,5 = 0,02 mol ΚMnO4. Από τη στοιχειομετρία της αντίδρασης υπολογίζουμε τα mol της αλκοόλης που είναι: (5/2)·0,02 = 0,05. Επομένως: 3,7/(14ν + 18) = 0,05, ν = 4. Άρα, ο μοριακός τύπος θα είναι: C4H9OH. ΦΥΛΛΑΔΙΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 10 1. Γ. 2. i. Α, ii. Α. 4. Α. 3. Δ. 5. Δ.

6. i. Με αποχρωματισμό διαλύματος Br2 σε CCl4. ii. Mε επίδραση ΝaHCO3 (έκλυση αερίου CO2).

7.. Η 2-βουτανόλη.

8. Α: προπένιο, Β: 2-προπανόλη Γ: προπανόνη.

9. α) Νa (έκλυση αερίου Η2). β) Δίνει κίτρινο ίζημα με την επίδραση Ι2/ΝaOH. γ) Η μοναδική από τις 3 ενώσεις που δεν αποχρωματίζει διάλυμα KMnO4/H2SO4.

10. A: KMnO4/H2SO4, Β: αντιδραστήριο Tollens, Γ: Νa.

11. Δοχείο 1: διαιθυλαιθέρας, δοχείο 2: βουτανόνη, δοχείο 3: 1-βουτανόλη, δοχείο 4: αιθανάλη, δοχείο 5: αιθανόλη, δοχείο 6: βουτανικό οξύ.

11. ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΚΑΙ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ 11.1. α) Η προπανάλη, β) το προπανικό οξύ και η 1προπανόλη, γ) η προπανάλη (με την επίδραση HCN).

11.2. Α: 1-προπανόλη, Β: προπένιο, Γ: 2-προπανόλη, Δ: ισοπροποξείδιο του Na, Ε: 1-χλωροπροπάνιο.

11.3. K: 2-προπανόλη, Λ: προπανόνη, Μ: 2-μεθυλο-2-υδροξυπροπανονιτρίλιο, Ν: 2-μεθυλο-2-υδροξυπροπανικό οξύ.

11.4. Α: αιθάνιο, Β: 2-βουτανόλη, Γ: 2-χλωροβουτάνιο.

11.5. Α: προπένιο, Β: 2-προπανόλη, Γ: προπανόνη.

11.6. Α: προπένιο, Β: 2-χλωροπροπάνιο, Γ: 2-μεθυλοπροπανονιτρίλιο, Δ: 2-μεθυλοπροπυλαμίνη.

11.7. α) Χ: 2-προπανόλη, β) Α: προπένιο, Β: προπανόνη, Γ: 2-χλωροπροπάνιο.

11.8. Α: 2-ιωδοπροπάνιο, Β: 2-προπανόλη, Γ: προπανόνη, Δ: 2,3-διμεθυλο-2-βουτανόλη.

11.9. α) 2-βουτανόλη, β) δευτεροταγής βουτυλοαιθυλαιθέρας, γ) το 2-βουτένιο (σε μεγαλύτερη αναλογία, λόγω του κανόνα του Saytzeff) και το 1-βουτένιο.

11.10. 2-μεθυλοπροπανάλη.

11.11. Α: προπανόνη, Β: 2-προπανόλη, Γ: 2-χλωροπροπάνιο, Δ: 2,3-διμεθυλο-2-βουτανόλη.

11.12. 1-προπανόλη, προπένιο, 2-προπανόλη, προπανόνη, 2μεθυλο-2-υδροξυπροπανονιτρίλιο, 2-μεθυλο-2-υδροξυπροπανικό οξύ.

11.13. Α: 2-μεθυλο-2-προπανόλη, Β: πεντανάλη, Γ: 2-πεντανόνη, Δ: 2-βουτανόλη, Ε: διισοπροπυλαιθέρας.

11.14. α) Α: αιθένιο → χλωροαιθάνιο (με προσθήκη HCl) προπανονιτρίλιο (με επίδραση KCN) → προπανικό οξύ (με υδρόλυση σε όξινο περιβάλλον). Β: αιθένιο → αιθανόλη (με προσθήκη Η2Ο) → αιθανάλη (με οξείδωση με Κ2Cr2O7/H2SO4). β) Το περιεχόμενο του φιαλιδίου του Γ (μίγμα προπανικού οξέος και αιθανάλης) ελευθερώνει H2 με την επίδραση Νa ή δίνει κάτοπτρο Αg με την επίδραση αντιδραστηρίου Τollens ή τέλος αποχρωματίζει το όξινο διάλυμα KMnO4. Αν περιείχε προπανόνη δε θα έδινε τις αντιδράσεις αυτές.

11.15. α) 1-βουτένιο, 2-βουτένιο, μεθυλοπροπένιο. β) Α: μεθυλοπροπένιο. γ) Β: 2-βουτένιο, Δ: 2-βουτανόλη (οξειδώνεται σε βουτανόνη). δ) Γ: 1-βουτένιο. Το κύριο προϊόν προσθήκης HCl στο Γ είναι το 2-χλωροβουτάνιο (ένωση Ε), λόγω Markovnikov). Η: 2,4-διμεθυλο-3-εξανόλη.

11.16. Α: CH3CH2COOC(CH3)3 (προπανικός τριτοταγής βουτυλεστέρας), Γ: τριτοταγής βουτανόλη.

11.17. α) Α: 2-χλωροπροπάνιο, Β: 2-προπανόλη, Γ: CH3ONa, Δ: προπανόνη. β) Μία προσθήκη, δύο υποκαταστάσεις και μία οξείδωση. γ) 440 mL. 11.18. α) H ένωση Β θα είναι αλδεΰδη καθώς με το αντιδραστήριο Tollens δίνει κάτοπτρο αργύρου. Επομένως το αλκίνιο Α θα είναι το ακετυλένιο, η Β θα είναι η ακεταλδεΰδη, η Γ η αιθανόλη και η Δ το οξικό οξύ. β) CH3COOH + CH3CH2OH CH3COOCH2CH3 + H2O. γ) Με απόδραση HCN και στη συνέχεια υδρόλυση της σχηματιζόμενης κυανυδρίνης σε όξινο ή βασικό περιβάλλον.

369

ΧΗΜΕΙΑ Γ΄ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

11.19. α) Το αλκίνιο Α είναι το ακετυλένιο, καθώς με προσθήκη νερού παράγει αλδεΰδη Β (ακεταλδεΰδη, CH3CHO). Καθώς η ένωση Δ έχει 5 άτομα C το αλκένιο Γ θα έχει 3 άτομα C και επομένως θα είναι το προπένιο (CH3CH=CH2). Το προπένιο με HCl σχηματίζει το 2-χλωροπροπάνιο ως κύριο προϊόν και στη συνέχεια το αντίστοιχο αντιδραστήριο Grignard (CH3)2CHMgCl. Το (CH3)2CHMgCl αντιδρά με την CH3CHO και μετά την υδρόλυση του ενδιαμέσου παράγει την 3-μεθυλο-2-βουτανόλη (ένωση Δ). γ) Έστω ότι το μίγμα αποτελείται από x mol CH≡CH και y mol αλκανίου με τύπο CνΗ2ν+2. Θα ισχύει: x + y = 8,96 /22,4 = 0,4 mol (1) και επίσης 26x + y·(14ν+2) = 15,8 (2), όπου (14ν+2) η σχετική μοριακή μάζα του Χ. Από τη στοιχειομετρία της αντίδρασης του αλκινίου με το Br2 προκύπτει ότι απαιτούνται 2x mol Br2. Η ποσότητα του Br2 που υπάρχει στο διάλυμα είναι 32 g που αντιστοιχούν σε 32/160 = 0,2 mol και επομένως: 2x = 0,2, x = 0,1 mol. Από την εξίσωση (1) προκύπτει y = 0,3 mol και από τη (2) ν = 3 (προπάνιο).

11.20. Έστω x = 6/(14ν+18) (1) τα mol της αλκοόλης Α (CνΗ2ν+2Ο, Μr = 14ν+18). Mε την οξείδωση της Α προκύπτει καρβονυλική ένωση με τύπο CνΗ2νΟ (x mol), η οποία με την αντίδραση με CΗ3ΜgΙ και υδρόλυση οδηγεί σε x mol αλκοόλης με 1 άτομο C περισσότερο: Cν+1Η2ν+4Ο, Μr = 12·(ν+1) + 2ν + 4 + 16 = 14ν+32. Επίσης: x = 7,4/(14ν+32) (2). Από τις (1) και (2) προκύπτει ν = 3. Η αλκοόλη Γ είναι τριτοταγής και άρα η ένωση Β είναι κετόνη, οπότε η αλκοόλη Α θα είναι δευτεροταγής (Α: 2-προπανόλη, Β: προπανόνη, Γ: 2-μεθυλο-2προπανόλη).

11.21. Έστω x mol CνΗ2ν+1Cl που με NaOH παράγουν x mol CνΗ2ν+1ΟΗ. Ισχύει: x = 2,3/(14ν + 18) (1). Τα x mol CνΗ2ν+1Cl παράγουν x mol CνΗ2ν+1ΜgCl και με την επίδραση HCHO και υδρόλυση οδηγούν σε x mol CνΗ2ν+1CH2OH. Ισχύει επίσης: x = 3/(14ν + 32) (2). Από τις (1) και (2) προκύπτει: ν = 2. Α: CH3CH2Cl, B: CH3CH2ΟΗ, Γ: CH3CH2CH2OH. 11.22. α) Έστω CνΗ2νΟ (x mol) η καρβονυλική ένωση Α: x = 0,58/(14ν + 16) (1). Με την επίδραση CH3MgBr και υδρόλυση προκύπτει αλκοόλη (Γ) με ένα άτομο C περισσότερο: Cν+1Η2ν+4Ο, Μr = 14ν + 32, x mol. Mε την καύση της αλκοόλης Γ προκύπτουν (ν+1)·x mol CO2 και στη συνέχεια (ν + 1)·x mol CaCO3, Mr = 100 (CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O). Θα ισχύει: (ν + 1)·x = 4/100. Από τις (1) και (2) προκύπτει: ν = 3 (C3Η6Ο: προπανάλη ή προπανόνη). β) Προπανάλη.

11.23. α) Έστω x mol η ποσότητα της αλκοόλης και 14ν + 18 η σχετική μοριακή της μάζα. Θα ισχύει: x = 2,3/(14ν + 18). Από την εξίσωση καύσης: CνΗ2ν+2Ο + (3ν/2) Ο2 → ν CΟ2 + (ν+1) H2O, προκύπτουν x·ν = 2,24/22,4 = 0,1 mol CO2. Με επίλυση του συστήματος των εξισώσεων, προκύπτει: x = 0,05 mol και ν = 2 (CH3CH2OH). β) Από την εξίσωση της αντίδρασης οξείδωσης παρατηρούμε ότι τα 0,03 mol της Α απαιτούν 0,02 mol διαλύματος K2Cr2O7 που αντιστοιχούν σε όγκο V = 0,02/0,1 = 0,2 L ή 200 mL. γ) CH3COOH+CH3CH2OH CH3COOCH2CH3+Η2O 0,03 – x 0,03 – x x x Από την έκφραση της σταθεράς ισορροπίας της αντίδρασης, έχουμε: Kc = 4 = (x/V)2/[(0,03 – x)/V]2, x = 0,02 mol Γ.

11.24. α) Έστω x mol η ποσότητα της αλκοόλης Α (CνΗ2ν+1CΗ2ΟΗ). Θα ισχύει: x = (3,7/14ν + 32) (1), όπου 14ν + 32 η σχετική μοριακή μάζα της Α. Από την οξείδωση παράγονται x mol CνΗ2ν+1CΟΟΗ, τα οποία απαιτούν ισάριθμα mol

370

NaOH για την εξουδετέρωσή τους: x = 0,2·0,25 = 0,05 mol. Από την (1) προκύπτει: ν = 3 και επομένως η Α θα είναι η 1βουτανόλη ή η 2-μεθυλο-1-προπανόλη. β) (CH3)2CHMgBr + ΗCHO → ενδιάμεσο → 2-μεθυλο-1προπανόλη + Μg(OH)Br. γ) Πρόκειται για αντίδραση αφυδάτωσης οπότε η Β είναι το μεθυλοπροπένιο και η Γ το 1,2-διβρωμο-2-μεθυλοπροπάνιο.

11.25. α) Η ποσότητα του αιθενίου αντιστοιχεί σε 4,48/22,4 = 0,2 mol. Από την αντίδραση προσθήκης παράγονται 0,2 mol αιθανόλης. Τα 0,1 mol αιθανόλης αντιδρούν με ισομοριακή ποσότητα SOCl2 και παράγουν συνολικά 0,2 mol αερίου μίγματος (SO2 και HCl), που αντιστοιχούν σε όγκο 0,2·22,4 = 4,48 L (σε STP). β) Τα 0,1 mol της CH3CH2OH με κατεργασία με Ι2/ΝaΟΗ παράγουν 0,1 mol CHI3, που αντιστοιχούν σε μάζα 0,1·394 = 39,4 g (για το CHI3, Μr = 394).

11.26. α) Α: CH3CH(OH)CH3, Β: CH3COCH3, Γ: 2-χλωροπροπάνιο, Δ: CH3)2CHMgCl, Ε: ενδιάμεσο, Ζ: 2,3-διμεθυλο2-βουτανόλη. γ) 0,2 mol Γ ή 15,7 g.

11.27. α) A: αιθανάλη, Β: 2-βουτανόλη, β) 3-πεντανόλη ή 2μεθυλο-2-βουτανόλη, γ) 2-μεθυλο-2-βουτανόλη.

11.28. α) Α: 2-βρωμοπροπάνιο, Β: το Grignard της Α, Γ: προπάνιο, β) 0,1 mol, γ) Δ: 2-προπανόλη.

11.29. α) Β: 2-βουτανόνη, β) 200 mL. γ) i. Γ: 2-βουτένιο, Δ: 1-βουτένιο, ii. 80%.

11.30. α) Α: αιθίνιο, Β: αιθανάλη, Γ: αιθανόλη, Γ: χλωροαιθάνιο, γ) 30 g 2-προπανόλης.

11.31. Aιθυλένιο.

11.32. Α: 2-βουτανόλη, Β: βουτανόνη, Γ: βουτανάλη, Δ: 1βουτανόλη.

11.33. α) CH3CH2CH=O, β) Α: CH3MgBr, Γ: 2-βουτανόλη, Δ: προπανικό νάτριο, Ε: 1-προπανόλη, Ζ: 1-χλωροπροπάνιο, Κ: προπανικός προπυλεστέρας. γ) η Α: CH3MgBr + Η2Ο → CH4 + Mg(OH)Br. 11.34. α) Α: 1-προπανόλη, Β: 1-χλωροπροπάνιο, Γ: CH3CH2CH2ΜgCl, Δ: αιθανάλη, Ε: 2-πεντανόλη, Ζ: προποξείδιο του νατρίου (CH3CH2CH2ONa), Θ: διπροπυλαιθέρας, Κ: προπένιο, Μ: πολυπροπυλένιο. β) Η Γ (CH3CH2CH2ΜgCl+Η2Ο → CH3CH2CH3+Μg(ΟΗ)Cl) και η Z (CH3CH2CH2ONa + Η2Ο → CH3CH2CH2OΗ + NaΟΗ).

11.35. α) Έστω CνH2ν+2Ο o τύπος για τη Χ και CμH2μ+2Ο για την Ψ και από x mol η ποσότητά τους. m1 + m2 = 18,4, x·(14ν+18) + x·(14μ+18) = 18,4, x·[14(ν+μ) + 36)] = 18,4 (1). Με το Na μπορεί να αντιδρούν είτε και οι δύο ενώσεις είτε μόνο η μία. Έστω ότι και οι δύο είναι αλκοόλες και άρα αντιδρούν και οι δύο με το Na. CνH2ν+2Ο + Νa → CνH2ν+1ΟNa + 1/2H2 x x/2 CμH2μ+2Ο + Νa → CμH2μ+1ΟNa + 1/2H2 x x/2 (x/2 + x/2) = x = 2,24/22,4 = 0,1 mol. Από την εξίσωση (1): ν + μ = 148/14 = 10,57 (όχι ακέραιος). Άρα αντιδρά μόνο η μία ένωση με το Na και επομένως: x/2 = 2,24/22,4 = 0,1, x = 0,2 mol. Από την εξίσωση (1): 14(ν+μ) = 56, ν + μ = 4. Επομένως, ν = 3, μ = 1 (ή ν = 1, μ = 3). Καθώς δεν υπάρχει αιθέρας με ένα άτομο C, οι δύο ενώσεις είναι η CH3OH και η CH3OCH2CH3.

11.36. α) ΗCOOH, β) i. 2-προπανόλη, ii. ΗCOOCH(CH3)2, iii. 2/3, γ) 2·10−4, δ) προϊόντα: i. (CH3)2CHONa, ii. προπανόνη, iii. (CH3)2CHCl, iv. CH3CH=CH2.

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

11.37. β) 10,35 βαθμοί.

11.38. α) Α: CΗ3CHO, Χ: ΗCOOH. β) Ψ: CH3COOH. γ) HCOOH + NaOH → HCOONa + H2O, CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O, 5HCOOH + 2KMnO4 + 3H2SO4 → 5CO2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O. δ) 0,2 mol ΗCOOH και 0,1 mol CH3COOH. 11.39. α) Α: CH3COOCH3, B: CH3COOH, Γ: CH3OH, Δ: ΗCH=O, Ε: ΗCOONa, Ζ: CH3Cl, Θ: CH3MgCl, Κ: CH3CH2OH. β) i. CH3MgCl + Η2Ο → CH4 + Mg(ΟΗ)Cl ii. ΗCHO + 2CuSO4 + 5NaOH → ΗCOONa + Cu2O + 2Na2SO4 + 3H2O. γ) i. 0,025 mol, ii. 300 mL. 11.40. α) Μετασχηματίζουμε τις αντιδράσεις που δίνονται στο διάγραμμα αντιδράσεων που ακολουθεί:

Από το διάγραμμα αυτό προκύπτει: Α: 1-βουτένιο, Β: 1,2-διβρωμοβουτάνιο, Γ: 1-βουτίνιο, Δ: CH3CH2C≡CCu, E: 2-βουτανόλη, Ζ: βουτανόνη. β) i. 0,1 mol αλκενίου, ii. Χ: ακετυλένιο, Ψ: αιθυλένιο, Ω: αιθανόλη.

11.41. α) Α: CH3CH2COOCH2CH2CH3, B: CH3CH2CH2OH, Γ: CH3CH2CH2Cl, Δ: CH3CH2CH2MgCl, E: CH3CHO, Z: 2-πεντανόλη, Θ: CH3CH2CH2COOΝa, K: CH3CH2CH=CHCH3. γ) CH3CH2MgBr, 2-βουτανόλη.

11.42. α) Α: CH3CH2OH, B: CH3CH2Cl, Γ: CH3CH2ΜgCl, Δ: 2-βουτανόλη, E: CH3CHO, Z: αιθανικό νάτριο, Θ: CH3COOCH2CH3, Κ: ΗCOONa. β) 0,15 mol. γ) 28,6 g. δ) CH3MgX + CH3CH2CHO. 11.43. α) Α: CH3CH(Cl)CH3, Β: CH3CH(OH)CH3, Γ: CH3COCH3, Δ: (CH3)2CHMgCl, Ε: CH3CH2COCH3, Ζ: 2,3διμεθυλο-3-πεντανόλη, Θ: (CH3)2CHCN, Κ: (CH3)2CHCOOH. β) 2-βουτανόλη.

11.44. 1-προπανόλη και βουτανόνη.

11.45. Προπανόνη και μεθανικό (μυρμηκικό) οξύ.

11.46. α) Α: CH3CH2CH2CH2CH2Cl, B: SO2, Γ: ΗCl, Ε: CH3CHO, Ζ: 2-επτανόλη, Χ: 2-επτανόνη. β) Eξανάλη + CH3MgCl. γ) i. Προκύπτει η Ζ, ii. κυανυδρίνη και στη συνέχεια αυδροξυοξύ του τύπου:

δ) i. I2/NaOH, ii. 2 στάδια. ε) Συντελεστές: 3, 1, 4 (1ο μέλος), 3, 1, 1, 7 (2ο μέλος).

11.47. α) Α: 3-μεθυλο-1-βουτίνιο, Γ: μεθυλοβουτάνιο, Δ: 3μεθυλο-1-βουτένιο, Ε: 3-μεθυλο-2-βουτανόλη, Ζ: 2-μεθυλο-2βουτένιο, Θ: 2-μεθυλο-1-βουτένιο, Κ: 2-μεθυλο-2-βουτανόλη.

β) Βλ. θεωρία.

11.48. α) Α: προπίνιο, Β: προπένιο, Γ: 2-χλωροπροπάνιο, Ε: 2-μεθυλο-1-προπανόλη, Ζ: μεθυλοπροπανικό οξύ, Θ: μεθυλοπροπανικό νάτριο, Κ: μεθυλοβουτανόνη, Λ: μεθυλοβουτίνιο, Ν: 2,5-διμεθυλο-3-εξίνιο, Ξ: Ν: 2,5-διμεθυλο-3-εξανόνη. β) ii. Kυανυδρίνη και τελικά: 2-ισοπροπυλο-4-μεθυλο-2υδροξυπεντανικό οξύ (2-υδροξυοξύ). γ) i. 2000 μόρια μονομερούς (προπένιο ή προπυλένιο), ii. 60% σε πολυπροπυλένιο (ΡΡ).

11.49. β) 100 mL, γ) Α: 1-βουτανόλη, Β: 2-βουτανόλη, δ) ii.

3,94 g.

11.50. Α: 2-πεντανόλη, Β: βουτανικό νάτριο, Γ: βουτανάλη, Δ: 1-βουτανόλη, Ε: 1-βουτένιο, Ζ: 2-βουτανόλη, Θ: ιωδοαιθάνιο, Μ: αιθυλομαγνησιοιωδίδιο, Κ: αιθανόλη, Λ: αιθανάλη.

11.51. Η αλκοόλη (Δ) είναι τριτοταγής και επομένως η Α είναι κετόνη. Έστω x mol η ποσότητά της. Με προσθήκη ΗCN προκύπτει κυανυδρίνη (Β) του τύπου CνΗ2ν(ΟΗ)CN, η οποία με υδρόλυση σχηματίζει το α-υδροξυοξύ CνΗ2ν(ΟΗ)CΟΟΗ (ένωση Γ, x mol). mA = (14ν+16)·x , mΓ = (14ν+62)·x , Δm = mΓ – mA = 4,6 , 46x = 4,6 , x = 0,1 mol. Επίσης, τα 0,1 mol της Α σχηματίζουν, με την επίδραση του αντιδραστηρίου Grignard, 0,1 mol της αλκοόλης Ε (έστω του τύπου CμΗ2μ+2Ο).

0,1 = 8,8/(14μ+18), μ = 5. Επομένως, η κετόνη (Α) είναι η προπανόνη.

11.52.

11.53. β) Από 0,6 mol η καθεμία.

11.54. α) Από την αντίδραση του προπενίου με HBr προκύπτει μίγμα 2-βρωμοπροπανίου (Α, κύριο προϊόν) και 1βρωμοπροπανίου (Β, δευτερεύον προϊόν). Στη συνέχεια προκύπτει το αντίστοιχο μίγμα αντιδραστηρίων Grignard, το οποίο με υδρόλυση δίνει ένα μόνο αλκάνιο, το προπάνιο σε ποσότητα 2,24/22,4 = 0,1 mol. Επομένως, η αρχική ποσότητα του αλκενίου είναι επίσης 0,2 mol. β) Για να δίνουν οι δύο αλκοόλες Ε και Ζ την ιωδοφορμική αντίδραση, θα πρέπει η αλδεΰδη να είναι η ακεταλδεΰδη (CH3CH=O) και επομένως, η Ε θα είναι η 3-μεθυλο-2βουτανόλη και η Ζ η 2-πεντανόλη. Καθώς η Ε έχει Mr = 88, η ποσότητά της θα είναι 7,92/88 = 0,09 mol και καθώς προέρχεται από το κύριο προϊόν Α, η ποσότητα της ένωσης Α από την αρχική αντίδραση θα είναι 0,18 mol. Έτσι, το ποσοστό μετατροπής του προπενίου στην ένωση Α θα είναι: (0,18/0,2)·100 = 90%.

11.55. Α: 1-χλωροπροπάνιο.

371

ΧΗΜΕΙΑ Γ΄ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

KΡΙΤΗΡΙΟ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ Θέμα Α Α1. Α. Α2. Γ. Α3. Γ. Α4. A-ε-5, Β-γ-2, Γ-β-1, Δ-δ-3, Ε-α-4. Α5. Όλες είναι σωστές. Α6. Βλ. θεωρία. Θέμα Β Β1. α) CH3C≡CH + H2O → [ενόλη] → CH3COCH3 (προπανόνη) β) CH2=CHCH2CH=CH2+H2O → CH3CHCH2CHCH3 ΟΗ ΟΗ γ) C6H5MgBr + H2O → C6H6 + Μg(OH)Br δ) CH3CH2Cl + NaOH → CH3CH2OH + NaCl ε) CH3CH=O+2AgNO3+3NH3+H2O → CH3COONH4+2Ag+ NH4NO3 Β2. α) 2-υδροξυπροπανικό οξύ, β) sp3, sp3 και sp2. γ) H CH3CHO, δ) Β3. α) Το Na (έκλυση Η2), β) Με την ιωδοφορμική αντίδραση, γ) Περιέχεται στη φιάλη που το περιεχόμενό της δεν αποχρωματίζει το όξινο διάλυμα ΚMnO4. Θέμα Γ Γ1. Α: CH2=CH2, B: CH3CH2OH, Γ: CH3CH2Cl, Δ: CH3CH=O, E: HCOONa, Z: CH3COONa, Θ: CH3COOCH2CH3, K: CH3CH2ONa, Λ: CΗ3CΗ2ΟCΗ2CΗ3. Γ2. α) 0,3 mol αιθινίου και 0,1 mol αιθενίου. β) 0,8 mol CHI3. Θέμα Δ Δ1. C4Η10Ο. Ισομερείς αλκοόλες: 1-βουτανόλη, 2-βουτανόλη, 2-μεθυλο-1-προπανόλη, 2-μεθυλο-2-προπανόλη. Δ2. i. Από τα δυνατά ισομερή μόνο η 2-βουτανόλη δίνει κίτρινο ίζημα με την επίδραση Ι2/NaOH. ii. Σύμφωνα με τον κανόνα του Saytzeff η αφυδάτωση της 2βουτανόλης παράγει 2-βουτένιο ως κύριο προϊόν. iii. Δ3. Έστω 2x mol της αλκοόλης Α (2-βουτανόλη) και 2x mol της αλκοόλης B στο αρχικό μίγμα. Καθένα από τα δύο ίσα μέρη αποτελείται από x mol της Α και x mol της B. Από την αντίδραση των δύο αλκοολών με το Na προκύπτουν (x/2 + x/2) mol Η2 και επομένως: x = 0,2 mol, οπότε στο αρχικό μίγμα έχουμε από 0,4 mol των 2 αλκοολών. Από τη στοιχειομετρία της αντίδρασης των 0,2 mol της 2-βουτανόλης με το KMnO4 υπολογίζουμε ότι αντιδρά με 0,08 mol KMnO4 και επομένως η αλκοόλη Β δεν αντιδρά (δεν οξειδώνεται). Άρα είναι η 2-μεθυλο-2-προπανόλη. Δ4. Γ: 2-χλωροβουτάνιο, Δ: , E: φορμαλδεΰδη, Z: 2-μεθυλο-1-βουτανόλη, Θ: 2-μεθυλοβουτανικό οξύ, Κ: 2-μεθυλοβουτανικό νάτριο.

ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ Ε1. ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ ΓΕΝΙΚΟΥ ΜΕΡΟΥΣ (ΚΕΦΑΛΑΙΑ 1-4 ΣΧΟΛΙΚΟΥ) Ε1.1. Γ. Ε1.2. Β. Ε1.3. Α. Ε1.4. Α. Ε1.5. Γ.

372

Ε1.6. Β. Ε1.7. Δ. Ε1.8. Δ. Ε1.9. Γ. Ε1.10. Γ. Ε1.11. Δ. Ε1.12. Β. Ε1.13. α: Σ, β:Σ, γ:Σ, δ:Σ, ε:Λ (είναι σωστό μόνο για ιοντικές ενώσεις, στις ομοιοπολικές ενώσεις δεν πραγματοποιείται πραγματική αποβολή ηλεκτρονίων), στ: Σ, ζ:Λ (δες πρόταση ε), η: Λ (οξειδωτικό είναι αυτό που ανάγεται, προκαλεί οξείδωση), θ: (αναγωγικό είναι αυτό που οξειδώνεται, προκαλεί αναγωγή), ι: Λ (δεν υπάρχουν μεταβολές σε Α.Ο.), κ: Λ, λ: Λ. Ε1.14. P + 5HNO3 → H3PO4 + 5NO2 + H2O CO + FeO → Fe + CO2 MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + 2H2O 3Ag + 4HNO3 → 3AgNO3 + NO + 2H2O SO2 + 2H2S → 3S + 2H2O SO2 + 2HNO3 → H2SO4 + 2NO2 H2O2 + 2HI → I2 + 2H2O 5H2O2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 → 5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O 3AsH3 + 4KClO3 → 3H3AsO4 + 4KCl Ε1.15. Ι2 + 10HNO3 → 2HΙO3 + 10NO2 + 4Η2Ο Al + 4HNO3 → Al(NO3)3 + NO + 2H2O 3FeO + 10HNO3 → 3Fe(NO3)3 + NO + 5H2O K2Cr2O7 + 3H2S + 4H2SO4 → Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 3S + 7H2O 2KMnO4 + 16HCl → 2MnCl2 + 5Cl2 + 2KCl + 8H2O Ε1.16. α) C + 2H2SO4 → CO2 + 2SO2 + 2Η2Ο β) 2KMnO4+5H2S+3H2SO4 → 2ΜnSΟ4+Κ2SO4 +5S+8H2O γ) 3NaBrO + 2NH3 → N2 + 3ΝaBr + 3Η2Ο δ) KClO3 + 6FeSO4 + 3H2SO4 → KCl + 3Fe2(SO4)3 + 3Η2Ο ε) CaOCl2 + SnSO4 + H2SO4 → CaCl2 + Sn(SO4)2 + Η2Ο στ) Η2Ο2 + 2ΗΙ → Ι2 + 2Η2Ο ζ) SO2 + 2HNO3 → 2NO2 + H2SO4 η) 3SO2+K2Cr2O7+4H2SO4 → 3H2SO4+Cr2(SO4)3+Κ2SO4+ Η2O θ) 3Cl2 + 6KOH → 5KCl + KClO3 + 3H2O ι) 5SnCl2+2KMnO4+16HCl → 5SnCl4+2MnCl2+2KCl+ 8H2O Ε1.17. α) 2KMnO4 + 5SnSO4 + 8H2SO4 → 5Sn(SO4)2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O β) SnCl2(aq) + 2FeCl3(aq) → SnCl4(aq) + 2FeCl2(aq) γ) K2Cr2O7+3SnCl2+14HCl→2CrCl3+3SnCl4+2KCl+7H2O δ) 3Cu2+(aq) + 2Al(s) → 3Cu(s) + 2Al3+(aq) Ε1.18. Οξειδωτικά: H2SO4, ΗΝO3, αναγωγικά: H2S, ΝΗ3, οξειδωτικά ή αναγωγικά: SO2, NO. Ε1.19. Οξειδώνεται το Ν της ΝΗ3 από −3 σε 0 και ανάγεται το Ν του ΝΟ2 από +4 σε 0.

8NH3(g) + 6NO2(g) → 7N2(g) + 12H2O(ℓ) Ε1.20. Sn + 4HNO3 → SnO2 + 4NO2 + 2H2O (οξειδώνεται ο Sn και ανάγεται το Ν).

8HNO3 + 3H2S → 8NO + 3H2SO4 + 4H2O (οξειδώνεται το S και ανάγεται το Ν).

2Sb + 10HNO3 → Sb2O5 + 10NO2 + 5H2O (οξειδώνεται το Sb και ανάγεται το Ν). Ε1.21. Οξειδώνεται το Ο (από −1 σε 0 και ανάγεται το Cl (από +4 σε +3).

H2O2(ℓ) + 2ClO2(aq) → 2HClO2(aq) + O2(g). Ε1.22. α) 8ΝΗ3 + 3Cl2 → 6NH4Cl + N2 (οξειδώνεται το Ν από −3 σε 0 και ανάγεται το Cl από 0 σε −1).

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

β) 3Cl2 + 6KOH → 5KCl + KClO3 + 3H2O (το Cl οξειδώνεται και ανάγεται). γ) K2Cr2O7 + 3H2O2 + 4H2SO4 → 3O2 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O (οξειδώνεται το O από −1 σε 0 και ανάγεται το Cr από +6 σε +3). δ) 2Cu2O + Cu2S → 6Cu + SO2 (oξειδώνεται το S από −2 σε +4 και ανάγεται ο Cu από +1 σε 0. Ε1.23. Οξειδώνεται το S (από −2 σε 0) και ανάγεται το Ν (από +5 σε +2).

3CuS + 8ΗNO3 → 3S + 3Cu(ΝΟ3)2 + 2NO + 4H2O Ε1.24. α) +6, +7, +4, αντίστοιχα. β) Οξειδοαναγωγικές: 2MnO2 + 4KOH + O2 → 2K2MnO4 + 2H2O (1) 3K2MnO4 + 4HCl → 2KMnO4 + MnO2 + 4KCl + 2H2O (2) Ε1.25. n(NO) = 0,224/22,4 = 0,01 mol. n(M) = 3,24/108 = 0,03 mol.

3Μ + 4xHΝO3 → 3Μ(ΝΟ3)x + xΝO + 2xH2O 0,3 mol 0,1 mol Mε βάση τη στοιχειομετρία της αντίδρασης, προκύπτει: x = 1. Ε1.26. α) 2FeCl3(aq) + Cu(s) → 2FeCl2(aq) + CuCl2(aq). β) 9,525 g. Ε1.27. x = 2. Ε1.28. α) 119, β) ii. x = 4. Ε1.29. 0,05 M. Ε1.30. α) Οξειδοαναγωγική: Οξειδώνεται ο Zn από 0 σε +2 και ανάγεται το Η από +1 σε 0.β) 35% w/w. Ε1.31. 0,896 L, 7,62 g. Ε1.32. α) 56, β) x = 3. Ε1.33. α) SO2 + Cl2 + 2Η2O → H2SO4 + 2HCl (οξειδώνεται το S και ανάγεται το Cl). β) 400 mL. Ε1.34. α) οξειδώνεται το S και ανάγεται ο Fe. 2FeCl3(aq) + H2S(g) → 2FeCl2(aq) + 2HCl(aq) + S(s). β) 44,8 L, γ) i. 2FeCl2 + 2HCl → H2(g) + 2FeCl3, ii. 44,8 L. Ε1.35. α) Οξειδοαναγωγική, οξειδώνεται το S (από +4 σε +6) και ανάγεται το Cl (από +1 σε −1). Αναγωγικό είναι το Na2SO3. β) 504 g. γ) NaClO + 2HCl → Cl2 + H2O + NaCl Ε1.36. α) 5MCl2 + (x−2)KMnO4 + 8(x−2)HCl → 5MClx (x−2)MnCl2 + (x−2)KCl + 4(x−2)H2O β) n(MCl2) = 0,25·0,2 = 0,05 mol, n(KMnO4) = 0,02 mol. Από τη στοιχειομετρία της αντίδρασης προκύπτει ότι τα 0,05 mol MCl2 αντιδρούν πλήρως με (x−2)·0,01 mol KMnO4 και επομένως: (x−2)·0,01 = 0,02, x = 4. Ε1.37. α) Ναι, οξειδώνεται ο Fe και ανάγεται το Η. β) Μετά το τέλος της αντίδρασης και με την ελάχιστη περίσσεια KMnO4 το διάλυμα χρωματίζεται. γ) 20 mL. Ε1.38. Έστω α mol του μετάλλου Μ.

Μ + 2xHΝO3 → Μ(ΝΟ3)x + xΝO2 + xH2O α α·x mol α·x = 4,48/22,4 = 0,2 mol (1).

2Μ + 2xH2SO4 → Μ2(SO4)x + xSO2 + 2xH2O α (α·x)/2 mol V(SO2) = 0,1·22,4 = 2,24 L. Ε1.39. α) Οξειδώνεται το Te από +4 σε +6 και ανάγεται το Cr από +6 σε +3.

3TeO2 + K2Cr2O7 + 4H2SΟ4 → 3H2TeO4 + Cr2(SO4)3 + Κ2SO4 + H2O β) i. 6FeSO4 + K2Cr2O7 + 7H2SΟ4 → 3Fe2(SO4)3 + Cr2(SO4)3 + Κ2SO4 + 7H2O

Τα mol της περίσσειας του K2Cr2O7 είναι ίσα με 2·10−4 mol. ii. 10−3 mol K2Cr2O7 αντέδρασαν, 0,48 g TeO2. Ε1.40. α) ΝaClO: +1, +1, −2, ΚCN: +1, +2, −3. β) Οξειδώνεται ο C και το Ν, ανάγεται το Cl. γ) 50 L. Ε1.41. Β. Ε1.42. Α. Ε1.43. Γ. Ε1.44. Όλες σωστές. Ε1.45. Δ. Ε1.46. Γ. Ε1.47. To διάγραμμα 1. Ε1.48. Α. Ε1.49. Α. β) Ε1.50. Α. Ε1.51. Δ. Από το ενεργειακό διάγραμμα της αντίδρασης προκύπτει ότι ΔΗ΄ = 334 – 278 = 56 kJ. Ε1.52. Όλες σωστές, εκτός από την ε) που είναι λανθασμένη. Ε1.53. α) Οξειδοαναγωγική (το Br ανάγεται από +5 σε 0 και επίσης οξειδώνεται από −1 σε 0). Δ[ΒrΟ3  ] 1 Δ[Βr  ] 1 [H ] 1 Δ[Br2 ] υ    , υΒr2  3υ 5 Δt Δt 6 Δt 3 Δt Ε1.54. α) Ενδόθερμη (ΔΗ > 0) και επομένως Ηπ < Ηα. β) Οξειδοαναγωγική: Οξειδώνεται το Ν από +4 σε +5 και ανάγεται το Ο από 0 σε −2. γ) ΔΗ = −α kJ και Εa = (β – α) kJ. δ) υ(ΝΟ2) = 2x και υ(ΝΟ2) = x/2. Ε1.55. α = 6 και β = 1. Ε1.56. α) i. Όχι, γιατί δεν έχει μηδενιστεί η συγκέντρωση του Fe2+ ούτε η συγκέντρωση του Co3+. ii. t = 20 s: [Fe3+] = 2,22·10−4 Μ, t = 120 s: [Fe3+] = 4,14·10−4 Μ. β) υ(0 → 20s) = 1,11·10−5 Μ·s−1, υ(100 → 120s) = 7·10−7 Μ·s−1. H ταχύτητα της αντίδρασης μειώνεται με την πάροδο του χρόνου. Ε0.57. α) 1): Λ. Η ταχύτητα της αντίδρασης μειώνεται με την πάροδο του χρόνου. 2): Λ. Όταν ολοκληρωθεί η αντίδραση η πίεση έχει υποδιπλασιαστεί. 3) Σ. 4): Λ. 5) Λ. Ισχύει: −2·Δ[C8H12] = Δ[C4H6]. β) 30-60. Ε1.58. α) Έστω n0 η αρχική ποσότητα του SO2Cl2(g). mol SO2Cl2(g) → SO2(g) + Cl2(g) Αρχικά (t = 0) n0 – – Μεταβολές –n0 n0 n0 T = tv – n0 n0 Για t = 0 και για t = tv, ισχύουν, αντίστοιχα: P0·V = n0·R·T (1), Pτ·V = 2n0·R·T (2). Από τις σχέσεις αυτές προκύπτει: Ρτ = 2Ρ0. β) Για την πορεία της αντίδρασης από t = 0 μέχρι τη χρονική στιγμή t, έχουμε: mol SO2Cl2(g) → SO2(g) + Cl2(g) Αρχικά (t = 0) n0 – – Μεταβολές –x x x T n0 – x x x Ισχύουν: P0·V = n0·R·T , P·V = (n0 + x)·R·T από τις οποίες x P προκύπτει η σχέση:   1 (3). n 0 P0 Τη χρονική στιγμή t, ισχύει:

373

ΧΗΜΕΙΑ Γ΄ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

n0  x , c n0  x x (4)  1 V c0 n0 n0 n x P Συνδυάζοντας τις σχέσεις (3) και (4): c  0 2 . c0 n0 P0 [SO2Cl2 ] 

γ) i. Για τη μέση ταχύτητα (υ) της αντίδρασης από t = 0 → t , ισχύει: Δ[Cl 2 ] x (5). Από τη σχέση (3), προκύπτει: υ  Δt Vt P  P0 P  P0 x  n0   c0  V  P0 P0 Με αντικατάσταση του x στη σχέση (5) προκύπτει: (Ρ  Ρ0 )  c 0 υ P0  t Ε1.59. α) Καταστρώνουμε τον πίνακα της αντίδρασης από t = 0 μέχρι t = t1. β) Παίρνουμε τον ορισμό της ταχύτητας, π.χ. ως προς Ν2Ο5. γ) υ(NΟ2) = 2·υ, υ = 2·υ(Ο2). Ε1.60. α) [Α] = 0,2 Μ, [Β] = 0,3 Μ. β) 0,025 Μ·min−1. γ) υΑ = υΓ = 0,05 Μ·min−1, υΒ = 0,075 Μ·min−1. Ε1.61. α) Η στήλη Α αντιστοιχεί στο SO3(g), η στήλη Β στο O2(g) και η στήλη Γ στο SO2(g). β) Δεν έχει τελειώσει, γιατί δεν έχει μηδενιστεί η [SO3(g)]. γ) υ(0→10) = 1,6·10−3 Μ·min−1, υ(0→30) = 1,23·10−3 Μ·min−1, υ(0→50) = 9,6·10−4 Μ·min−1, Παρατηρούμε ότι η μέση ταχύτητες που υπολογίστηκαν ακολουθούν τη σειρά: υ(0→10) < υ(0→30) < υ(0→50), γιατί με την πάροδο του χρόνου η ταχύτητα της αντίδρασης μειώνεται. Ε1.62. υ(0→10) = 0,00665 Μ·s−1, υ(0→30) = 0,005 Μ·s−1. Παρατηρούμε ότι η μέση ταχύτητα από t = 0 σε t = 10 s είναι μεγαλύτερη από τη μέση ταχύτητα από t = 0 σε t = 30 s, καθώς η ταχύτητα της αντίδρασης μειώνεται με την πάροδο του χρόνου. Ε1.63. α) Καμπύλη Ι → Β(g), Καμπύλη ΙI → A (οι μεταβολές των συγκεντρώσεων αντιστοιχούν στους συντελεστές των σωμάτων). β) nA = nB = nΓ = 0,4 mol, nΔ = 0,6 mol. υΔ/υΓ = 1,5. γ) υ0 > υ1 > υv (= 0). Ε1.64. α) Με την εξέλιξη της αντίδρασης τα συνολικά mol των αερίων αυξάνονται, καθώς 2 < 4 + 1 και επομένως, με βάση την καταστατική εξίσωση των αερίων, προκύπτει ότι η πίεση στο δοχείο αυξάνεται (V, R, T: σταθερά). β) Από την έναρξη της αντίδρασης μέχρι τη χρονική στιγμή t1, κατασκευάζουμε τον πίνακα που ακολουθεί: mol 2Ν2Ο5(g) → 4ΝΟ2(g) + Ο2(g) Αρχικά n0 − − Μεταβολές −2x 4x x t1 n0 – 2x 4x x H συνολική ποσότητα των αερίων τη χρονική στιγμή t1 είναι: n = (n0 – 2x) + 4x + x = n0 + 3x P0  V  n0  R  T (1) και P1  V  (n0  3x)  R  T (2) , P1 n0  3x (3)  P0 n0 Η μέγιστη τιμή του λόγου (Ρ1/Ρ0) επιτυγχάνεται στο τέλος της αντίδρασης (Ρ = Ρτ).

374

mol 2Ν2Ο5(g) → 4ΝΟ2(g) + Ο2(g) Αρχικά N0 − − Μεταβολές −n0 2n0 n0/2 t = tv − 2n0 n0/2 H συνολική ποσότητα των αερίων στο τέλος της αντίδρασης θα είναι: n = 2n0 + n0/2 = 2,5n0 και επομένως: Ρ1 2,5n0   2,5 Ρτ n0

Όταν έχει διασπαστεί η μισή ποσότητα του Ν2Ο5 θα ισχύουν: mol 2Ν2Ο5(g) → 4ΝΟ2(g) + Ο2(g) Αρχικά n0 − − Μεταβολές −n0/2 n0 n0/4 t = tv n0/2 n0 n0/4 H συνολική ποσότητα των αερίων στην περίπτωση αυτή θα είναι: n = n0/2 + n0 + n0/4 = 1,75n0 P1  1,75n0  1,75 P0

n0

γ) Σύμφωνα με τον πίνακα της αντίδρασης από την έναρξή της (t = 0) μέχρι τη χρονική στιγμή t1, η μέση ταχύτητα της διάσπασης του Ν2Ο5 θα δίνεται από τη σχέση: Δ[Ο2 ] x (4) υ  Δt

V  t1

Από τις σχέσεις (1), (2) και (4), προκύπτει: υ

Ρ1  Ρ0 3  R  T  t1

Ε1.65. α) 0,01 Μ·s−1, υΓ = 0,02 Μ·s−1. β) 0,2 mol, 0,6 mol, 0,8 mol. γ) 2·10−3 Μ·s−1, δ) Οι καμπύλες των τριών συστατικών σε κοινό διάγραμμα: 0,5 c(Μ)

[Β]

[Γ]

0,25

[Α] tv t Ε1.66. Δ. Ε1.67. Γ. Ε1.68. Β. Ε1.69. Δ. Ε1.70. Α. Ε1.71. Α. Ε1.72. Γ. Ε1.73. Α. Ε1.74. Γ. Ε1.75. Δ. Τόσο με την αύξηση της θερμοκρασίας όσο και με τη μείωση της συγκέντρωσης του O2, η ισορροπία οδεύει προς τα αριστερά με αποτέλεσμα τη μείωση της οξυγόνωσης του αίματος. Ε1.76. Δ. Ε1.77. Α. Ε1.78. Α. Ε1.79. Β.

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

Ε1.80. Β. Από τον πίνακα δεδομένων παρατηρούμε ότι με την αύξηση της θερμοκρασίας η απόδοση σχηματισμού της ΝΗ3 μειώνεται και, επομένως, η αντίδραση οδεύει προς τα αριστερά (προς την ενδόθερμη κατεύθυνση, σύμφωνα με την αρχή Le Châtelier). Επομένως, η σύνθεση της ΝΗ3 είναι εξώθερμο φαινόμενο. Ε1.81. Όλες είναι σωστές. Ε1.82. α) K c 

[Fe2 ]2 [I2 ] , β) 1 , Kc  3 2  2 2 [Fe ] [I ] [Ca ]  [SO 4 2 ] 2

γ) Kc  [Ο2 ] , δ) Kc  [Ο2 ] , ε) K  [SO2 ] c

[O2 ]3

Ε1.83. α) Μ−2, β) Μ−2, γ) καθαρός αριθμός, δ) Μ2. Ε1.84. 3,75·1015. Ε1.85.

Kc 

Kc1  K2c3 K2c2

Ε1.86. α) Καμία μεταβολή, β) προς τα αριστερά, γ) προς τα αριστερά. Ε1.87. α) Προς τα δεξιά, β) προς τα δεξιά, γ) α + β = γ + δ. Ε1.88. α) 1ος ορισμός: Αποβολή ατόμων Ο από την ένωση Fe2O3(s). 3ος ορισμός: Μείωση του Α.Ο. από +3 σε 0.

Fe2O3(s) + 3CO(g) 2Fe(s) + 3CO2(g). β) i. προς τα δεξιά, ii. προς τα δεξιά, iii. και iv. καμία μεταβολή. Ε1.89. Με το άνοιγμα του δοχείου ελευθερώνεται μέρος της ποσότητας του διαλυμένου CO2 με αποτέλεσμα η ισορροπία να οδεύσει προς τα αριστερά (αρχή Le Châtelier). Επομένως, η [Η3Ο+] μειώνεται και το pH αυξάνεται. Ε1.90. α) Προς τα αριστερά, β) προς τα δεξιά, γ) προς τα δεξιά. Ε1.91.

Kc 

x y  c1  x c 2  y

Από τη σχέση αυτή, προκύπτει: x  y . Επομένως: α2 = α1.

c1

c2

Ε1.92. α) Γράφουμε την έκφραση του ορισμού της απόδοσης και αντικαθιστούμε στην έκφραση της σταθεράς της ισορροπίας. β) α ≤ 0,1 ή Κc/c ≤ 0,01. Ε1.93. Καταστρώνουμε τον πίνακα της ισορροπίας, γράφουμε την έκφραση της Kc και την καταστατική εξίσωση των αερίων στη χημική ισορροπία. Ε1.94. α) Από την αρχική κατάσταση στην κατάσταση της ισορροπίας καταστρώνουμε τον πίνακα που ακολουθεί: mol 2ΗΙ(g) Η2(g) + Ι2(g) Αρχικά n – – Μεταβολές –2x x x Χ.Ι. n – 2x x x 2x αn α  , 2x  αn, x  n 2 Στη Χ.Ι. συνυπάρχουν: n – 2x = n – αn = n(1 – α) mol HI, x = (αn/2) mol H2 και x = (αn/2) mol I2.

[HI] 

nα n(1  α) , [H2 ]  [I2 ]  2V V

β) Από την έκφραση της Κc, προκύπτει: Kc 

[HI]2 4  (1  α)2  [H2 ]  [I2 ] α2

Ε1.95. Όταν x = y + z. Δοχείο 1 2 3 Ε1.96. [Ν2Ο4] (Μ) 0,25 0,09 0,04 [ΝΟ2] (Μ) 1 0,6 0,4 Ε1.97. α) Προς τα αριστερά, β) προς τα δεξιά, γ) προς τα δεξιά (αρχή Le Châtelier). Ε1.98. α) Οξειδοαναγωγική: Το άζωτο ανάγεται από +4 σε +2 και επίσης οξειδώνεται από +4 σε +5.

3NO2(g) + H2O(g) 2HNO3(g) + NO(g). β) 1. Προς τα δεξιά, 2. προς τα αριστερά, 3. προς τα δεξιά, 4. προς τα δεξιά, 5. καμία μεταβολή (αρχή Le Châtelier). γ) Μ−1. Ε1.99. α) Αύξηση της τιμής της Κc, β) καμία μεταβολή (στερεό), γ) αύξηση της ποσότητας του CO, καθώς η αντίδραση κατευθύνεται προς τα δεξιά (λιγότερα moles αερίων). Ε1.100. Η χορήγηση καθαρού O2 οδηγεί και τις δύο ισορροπίες προς τα αριστερά. Ε1.101. Pf = Pi(1 + α). Ε1.102. α) P0 = P∞/2, β) c/c0 = 2 – (P/P0) Ε1.103. 1,944. Ε1.104. α = (Ρ·V/R·T·n0) – 1. Ε1.105. α) Η [ΗΙ] μεταβάλλεται από την τιμή 0,8 Μ στην τιμή 1 Μ. β) Κc(T1) = 16/3, Κc(T2) = 20. γ) ΔΗ > 0. Στην κατάσταση της ισορροπίας ισχύει υ1 = υ2, ενώ όταν η ισορροπία κατευθύνεται προς τα δεξιά υ1 > υ2, μέχρι να αποκατασταθεί νέα ισορροπία στην οποία πάλι θα ισχύει: υ1 = υ2. Ε1.106. α) M−2. β) i. Καμία μεταβολή στη θέση της χημικής ισορροπίας (η αντίδραση γίνεται σε διάλυμα) ούτε στη σταθερά Κc. ii. H ισορροπία οδεύει προς τα δεξιά, η Kc δε μεταβάλλεται. iii. H ισορροπία οδεύει προς τα αριστερά (αρχή Le Châtelier) και επομένως η Kc μειώνεται. Ε1.107. α) θ1: Kc = 10−3 (M). θ2: Kc = 8·10−2 (M). β) Παρατηρούμε ότι η τιμή της Kc αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας και άρα, με βάση της αρχή Le Châtelier, η αντίδραση προς τα δεξιά είναι ενδόθερμη (ΔΗ > 0). γ) Όχι, γιατί δεν ικανοποιείται ο νόμος της χημικής ισορροπίας. Ε1.108. α) 390 και 5,9, β) προς τα αριστερά, ΔΗ < 0 (−). Ε1.109. α) 5 mol. β) 4 mol. γ) 0,25 (25%). δ) 1/30. Ε1.110. α) 0,1 mol, 0,01 mol και 0,02 mol. β) 4·10−3. Ε1.111. α) Με την αύξηση της θερμοκρασίας σχηματίζεται μικρότερη ποσότητα Ι2, που σημαίνει ότι η αντίδραση πηγαίνει προς τα αριστερά. Σύμφωνα με την αρχή Le Chatelier, με την αύξηση της θερμοκρασίας η ισορροπία οδεύει προς την ενδόθερμη κατεύθυνση και επομένως η αντίδραση προς τα δεξιά είναι εξώθερμη. β) n0 = 1,8 mol, α = 4/9. γ) 0,6 mol HI, 0,6 mol H2, 0,6 mol I2. δ) 0,7 mol HI, 0,7 mol H2, 0,7 mol I2. Ε1.112. α) 2, β) 0,2 Μ. Ε1.113. α) 0,4 mol N2 και 2,6 mol H2. β) 50%. γ) 0,4. Ε1.114.  20,6 %v/v. Ε1.115. α) 12 mol Γ, β) αφαίρεση ποσότητας Γ(g), αρχή Le Châtelier, γ) 2 mol Γ(g) στη νέα χημική ισορροπία, 10,5 mol Γ(g) αφαιρέθηκαν.

4HCl + O2 2H2O + 2Cl2 Ε1.116.

12 10,5 ‒‒ ‒‒ − 4y −y 2y 2y 12 – 4y 11 – y 2y 2y

375

ΧΗΜΕΙΑ Γ΄ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Ισχύει: 2y = 1, y = 0,5 mol. Επομένως, στη χημική ισορροπία συνυπάρχουν: 10 mol HCl, 10 mol O2, 1 mol Cl2 και 1 mol H2O. Kc = 10−4. Ε1.117. 0,1 mol. Ε1.118. 0,08. Ε1.119. α) i. 0,8, ii. 64, β) 0,8, γ) 0,2 mol H2, 0,2 mol I2, και 1,6 mol HI. Ε1.120. 5,44. Ε1.121. α) Κc = 4, β) x = 1,6 mol. Ε1.122. α) 0,375 Μ, 0,375 Μ β) Όχι. Ε1.123. α) 400 atm και 100οC. Τα δεδομένα του πίνακα εξηγούνται σύμφωνα με την αρχή Le Châtelier. β) Οξειδοαναγωγική: 4NH3(g) + 5O2(g) → 4NO(g) + 6H2O(g). γ) 201,6 g. Ε1.124. α) 0,4 Μ, 1,2 Μ και 1,2 Μ. β) 2,08. γ) Η ισορροπία θα μετατοπιστεί προς τα δεξιά (αύξηση της απόδοσης της αντίδρασης). Ε1.125. α) 5 min. β) Κc = 0,64, α = 4/9. γ) Ενδόθερμη. Ε1.126. α) [CO] = 1,5 Μ, [H2O] = 2,5 M, [CO2] = 0,5 M, [H2] = 0,5 M. β) Κc = 1/15, α = 0,25 (25%). γ) Ποσότητα Η2: i. αύξηση, ii. καμία μεταβολή, iii. μείωση. Κc: Καμία μεταβολή σε όλες τις περιπτώσεις. Ε1.127. α) Ισχύει: Kc = [CO2] H ποσότητα του CO2 που θα διασπαστεί θα είναι η ίδια. Kc = 0,012. β) 0,496 mol CaCO3, 0,004 mol CaO και 0,012 mol CO2. γ) Δεν επαρκεί η ποσότητα του CaO. Ε1.128. 1,45 L. Ε1.129. Η ποσότητα του Na2S2O3 στα 400 mL του διαλύματος 0,5 Μ είναι: n = 0,5·0,4 = 0,2 mol.

I2(aq) + 2Na2S2O3(aq) → Na2S4O6(aq) + 2NaI(aq) 0,1 mol 0,2 mol Επομένως, στην χημική ισορροπία συνυπάρχουν 0,1 mol I2, 0,1 mol H2 και 0,7 – 0,2 = 0,5 mol HI. Kc = 0,04. Ε1.130. α) Για να αποκατασταθεί η ισορροπία, CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g), θα πρέπει να ισχύει η σχέση: [CO2] = Kc. Αρχικά, η ποσότητα του CaCO3(s) που εισάγεται στο δοχείο διασπάται πλήρως, μέχρις ότου η συγκέντρωση του [CO2] στο δοχείο να γίνει ίση με την τιμή Κc, οπότε από εκεί και πέρα αποκαθίσταται χημική ισορροπία και κάθε επιπλέον ποσότητα CaCO3 δεν διασπάται, αλλά παραμένει στο δοχείο ως στερεό. Σύμφωνα με το διάγραμμα, η χημική ισορροπία αποκαθίσταται με την εισαγωγή CaCO3 μάζας m > m0, ενώ όταν m ≥ m0, θα ισχύει: Ρ = Ρ0. Για m < m0, η ποσότητα του CaCO3 θα διασπάται πλήρως και θα παράγονται ισάριθμα moles CO2 (και CaO). Το CO2 είναι το μοναδικό αέριο της ισορροπίας και επομένως, θα ισχύει : RT m  m  k  m (k σταθερά).

P  V  n R  T  R  T , P  Mr  V Mr Επομένως, η πίεση στο δοχείο θα αυξάνεται γραμμικά με την αύξηση της μάζας m, μέχρι να ισχύει m = m0, οπότε από εκεί και πέρα θα παραμείνει σταθερή. β) Στην ισορροπία: P0·V = n(CO2)·R·T, P = [CO2]·R·T και Κc = [CO2]. Συνδυάζοντας τις σχέσεις αυτές προκύπτει η ζητούμενη. Ε1.131. n = c·V = 0,01·0,05 = 5·10−4 mol.

2CH3COOH + Ba(OH)2 → (CH3COO)2Ba + 2H2O(ℓ) 10−3 mol 5·10−4 mol

376

Επομένως, στο μείγμα της ισορροπίας βρίσκονται 10−3 ·100 = 0,1 mol CH3COOH. [CH 3 COOCH 2 CH 3 ]  [H2 O] Kc  4 [CH 3 COOH]  [CH 3 CH2 OH] Ε1.132. α) O λόγος των συγκεντρώσεων δεν ισούται με την Κc, α = β = 0,3 mol. β) 0,2 mol εστέρα, α = 2/3. γ) λ = 0,96 mol. Ε1.133. α) Κc(T1) = 0,02. β) προς τα δεξιά, Κc(T2) = 0,36. γ) ενδόθερμη. Ε1.134. α) 0,1 mol, β) 0,4 mol. Ε1.135. α) Κc = 2, α = 0,4 (40%), β) α = 0,4 (40%). Ε1.136. x = 2, Kc = 4, α = 0,5 (50%). Ε1.137. α) Σύμφωνα με την αρχή Le Châtelier, η ισορροπία κατευθύνεται προς τα αριστερά. β) Παρατηρούμε ότι η τιμή της Kc μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας και επομένως η ισορροπία οδεύει προς τα αριστερά (προς την ενδόθερμη κατεύθυνση) και άρα προς τα δεξιά θα είναι εξώθερμη. γ) Γράφουμε την καταστατική εξίσωση στη χημική ισορροπία και την έκφραση της σταθεράς Kc στην οποία αντικαθιστούμε του όγκο του δοχείου από την καταστατική. Ε1.138. [Α] = 0,5 Μ, [Β] = 1.5 Μ, [Δ] = 2,5 Μ, [Ε] = 0,5 Μ, Κc2 = 0,4.

A(g) + Β(g) Γ(g) Ε1.139. mol Αρχικά 5 5 Μεταβολές –x –x x 5–x 5–x x mol 2Γ(g) Δ(g) + E(g) Αρχικά x Μεταβολές –2y y y x – 2y y y [Γ] 0,25 K c1  , 4 , x  4 mol , 2 [Α]  [Β]  5x     4  x  2y [Γ]   0,25 M, y  1,5mol 4 Οι ποσότητες όλων των σωμάτων στην ισορροπία θα είναι: Α: 1 mol, B: 1 mol, Γ: 1 mol, Δ: 1,5 mol, E: 1,5 mol. [Δ]  [Ε] K c2   2,25 [Γ]2 Ε1.140. α) α = 0,5, Κc = 2. β) 0,35 mol. γ) όχι. δ) 205. Ε1.141. α) 1, β) 0,54 L, γ) θ1 = θ2. Ε1.142. α) 50, β) 1,7 mol, γ) 135 L. Ε1.143. α) 20 L. β) 0,8 mol PCl5. γ) 9 L.δ) i. εξώθερμο. ii. 45. Ε1.144. β) i. 12 mol και 28 mol, ii. 8 mol το καθένα. γ) i. αύξηση του όγκου, ii. 1 L. δ) ενδόθερμη. Ε1.145. α) Το V (βανάδιο) ανάγεται και το Cr οξειδώνεται. β) Κc = 729. γ) (2,8/90  0,031) mol. Ε1.146. α) i. 0,5 mol και 0,25 mol, ii. 9,6 L. β) 0,375 L. γ) 3,075 mol. δ) i. Εξώθερμη, ii. 76,8. Ε1.147. α) 4 Μ, β) Κc = 16, γ) Κb = 2·10−5. Ε1.148. α) Οξειδοαναγωγικές είναι οι (1) και (2).

Cu(s)+2H2SO4(aq) → CuSO4(aq) + SO2(g) + 2H2O(ℓ). β) pH = 5,5. γ) Κc = 20. Ε1.149. α) 2·10−5, β) 12,5.

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

Ε1.150. α) 2,7 mol από το καθένα, β) όξινο. −5

Ε1.151. α) 8ΝΗ3 + 3Cl2 → Ν2 + 6ΝΗ4Cl, β) 1 Μ, γ) 10 . Ε1.152. α) 2Cl2(g) + 2H2O(g) 4ΗCl(g) + O2(g), οξειδοαναγωγική. β) 6,4·10−3. γ) 10−4. Ε1.153. α) i. Καμία μεταβολή, Κc = σταθερή, ii. προς τα αριστερά, Kc = σταθερή, iii. προς τα δεξιά, Kc αυξάνεται. β) pH = 5,5. γ) 4500 mL. δ) 1/600 mol. Ε1.154. α) 6ΚCl + K2Cr2O7 + 7H2SO4 → 3Cl2 + Cr2(SO4)3 + 4K2SO4 + 7H2O β) c = 0,2 M. γ) α = 0,2. δ) εξώθερμη, Κc(θ2) = 0,16. ε) i. pH = 1, ii. V1/V2 = 1. Ε1.155. Δ1. α = 0,5. Δ2. Κc = 0,8. Δ3. i. Πρέπει να αυξηθεί. ii.

V2 = 10 L.

Ε2. ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 5ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ ΣΧΟΛΙΚΟΥ Ε2.1. i. Γ, ii. Α. Ε2.2. Γ. Ε2.3. B. Ε2.4. Α. Ε2.5. Α. Ε2.6. Α. Ε2.7. Α. Ε2.8. i. Α, ii. B. Ε2.9. i. Α, ii. A. Ε2.10. Δ. Ε2.11. Δ. Ε2.12. Γ. Ε2.13. i. Δ, ii. Δ. Ε2.14. B. Ε2.15. Δ. Ε2.16. Δ. Ε2.17. B. Ε2.18. Α. Ε2.19. Α. Ε2.20. Δ. Ε2.21. i. B, ii. Δ. Ε2.22. Δ. Ε2.23. Δ. Ε2.24. Δ. Ε2.25. Γ. Ε2.26. Γ. Ε2.27. B. Ε2.28. Α. Ε2.29. Σωστές είναι οι Α, Β, Ε, ΣΤ, Ζ, Η. Ε2.30. Α. Ε2.31. Α. Ε2.32. Α) Λανθασμένη. Το HCl είναι ισχυρό οξύ, ενώ το H3ΡO4 είναι ασθενές οξύ. Το αν είναι μονοπρωτικό ή πολυπρωτικό το οξύ δεν σχετίζεται με την ισχύ του. Β) Λανθασμένη. Όταν η ουσία (Α) προσλαμβάνει ένα πρωτόνιο λειτουργεί ως βάση και μετατρέπεται στο συζυγές της οξύ (ΑΗ+).

Γ) Σωστή. Μία ισορροπία κατά Brönsted - Lowry είναι μετατοπισμένη προς το ασθενέστερο οξύ και την ασθενέστερη βάση. Δ) Σωστή. Ο όξινος χαρακτήρας μιας ουσίας κατά Brönsted Lowry εξαρτάται και από την ισχύ της βάσης στην οποία αποδίδει το Η+. Όσο πιο ισχυρή είναι η βάση αυτή (όσο μεγαλύτερη τάση έχει να προσλαμβάνει Η+) τόσο πιο εύκολα το αποδίδει το οξύ (τόσο πιο ισχυρό είναι). Ε) Λανθασμένη. Το διάλυμα είναι ρυθμιστικό και η αραίωση δεν επιφέρει μεταβολή στο pH (ο λόγος cβ/co παραμένει σταθερός με την αραίωση). ΣΤ) Λανθασμένη. Το H2S είναι ασθενές διπρωτικό οξύ και στα δύο στάδια ιοντισμού του. Η2S + H2O HS− + H3O+ c–x x x ΗS− + H2O S2− + H3O+ x–y y y Ισχύει: [H3O+] = x + y  x και [S2−] = y < x. Ε2.33. Λανθασμένες είναι οι προτάσεις Β, Δ και ΣΤ. Ε2.34. Α) Σωστή. Το HCl, όπως όλα τα οξέα, είναι ομοιοπολική ένωση και επομένως ο όξινος χαρακτήρας κατά Arrhenius εκδηλώνεται μόνο με τη διάλυσή του στο νερό ώστε να παραχθούν ιόντα Η+. Με βάση τη θεωρία Brönsted - Lowry, το HCl θα πρέπει να δώσει Η+ σε μία βάση, οπότε απουσία βάσης δεν εκδηλώνεται ο όξινος χαρακτήρας. Β) Λανθασμένη. Αν το διάλυμα είναι ρυθμιστικό, η αραίωση δεν επιφέρει μεταβολή στο pH. Γ) Λανθασμένη. Στις περιπτώσεις διαλύματος ηλεκτρολύτη, π.χ. οξέος, πολύ μικρής συγκέντρωσης στο οποίο η συγκέντρωση των οξωνίων από τον ιοντισμό είναι μικρότερη από 10−6 Μ θα πρέπει να συνυπολογίσουμε και τη συγκέντρωση των οξωνίων από τον ιοντισμό του νερού. Δ) Σωστή. Ουσίες με Ka < 10−14 είναι τόσο πολύ ασθενή ως οξέα που πρακτικά δεν ιοντίζονται. Ε) Σωστή. Με την αντίδρασης εξουδετέρωσης το CH3COOH μετατρέπεται πλήρως σε CH3COO− και άρα ο βαθμός ιοντισμού αυξάνεται (γίνεται πρακτικά ίσος με 1). Επίσης, αυξάνεται και το pH λόγω της προσθήκης της βάσης. ΣΤ) Λανθασμένη. Το pH εξαρτάται και από τις συγκεντρώσεις των δύο οξέων. Ζ) Σωστή. pOH = 10 σημαίνει pH = 4. Η) Σωστή. Τα ιόντα CH3COO, υδρολύονται παράγοντας CH3COOH και ΟΗ. Θ) Σωστή. Ε2.35. Βλ. θεωρία. Ε2.36. Βλ. θεωρία. Ε2.37. β) Η (Ι) είναι μετατοπισμένη προς τα αριστερά, γιατί το Η3Ο+ είναι ισχυρότερο οξύ από το HCN και έχει μεγαλύτερη τάση να δώσει Η+. Η (ΙΙ) είναι μετατοπισμένη προς τα δεξιά (το Η3Ο+ είναι ισχυρότερο οξύ από το ΝΗ4+). γ) Λανθασμένο. Η ισχύς ενός οξέος εξαρτάται και από την τάση της βάσης να δεχθεί Η+, δηλαδή και από την ισχύ της βάσης. Ε2.38. α) α2 > α1, β) ΗΒ ισχυρότερο, γ) Α− ισχυρότερη, δ) στους 25οC θα έχει μεγαλύτερο pH. Ε2.39. Kc = 0,8. Ε2.40. [Al(H2O)6]3+ + Η2Ο [Al(H2O)5(OH)]2+ + Η3O+. Ε2.41. α) Γ, Β, Δ, Α. β) Είναι μικρότερος στο διάλυμα Δ, λόγω Ε.Κ.Ι. γ) Αυξάνεται στα διαλύματα Γ και Β, μειώνεται

377

ΧΗΜΕΙΑ Γ΄ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

στο διάλυμα Α και μένει σταθερό στο Δ (ρυθμιστικό διάλυμα). Ε2.42. Για το αρχικό διάλυμα έχουμε: HCOOH + Η2Ο Η3O+ + ΗCOO− c1 – x  c1 x x HCOOΝa → Na+ + ΗCOO− c2 c2 c2 Με τη θεώρηση των προσεγγίσεων, προκύπτει: Ka = x·(c2/c1) (1) Αν οι συγκεντρώσεις των δύο συστατικών στο αραιωμένο διάλυμα είναι c1΄ και c2΄, αντίστοιχα, θα ισχύουν: c1·0,5 = c1΄·V΄ (2) και c2·0,5 = c2΄·V΄ (3), όπου V΄ ο όγκος του αραιωμένου διαλύματος.

HCOOH + Η2Ο Η3O+ + ΗCOO− c1΄ – y  c1΄ y y HCOOΝa → Na+ + ΗCOO− c2΄ c2΄ c2΄ Ka = y·(c2΄/c1΄) (4). Από τις σχέσεις (2) και (3) προκύπτει ότι (c1΄/c2΄) = (c1/c2) και επομένως από τις σχέσεις (1) και (4): x = y. Oι βαθμοί ιοντισμού του HCOOH στο αρχικό διάλυμα είναι: α = x/c1 (5), ενώ στο τελικό διάλυμα είναι: 3·α = y/c1΄ = x/c1΄ (6). Από τις δύο τελευταίες εξισώσεις, προκύπτει: c1 = 3·c1΄. Τέλος, από την εξίσωση (2) προκύπτει: V΄ = 1,5 L, V(Η2Ο) = 1 L. Ε2.43. α) Αυξάνεται, μειώνεται, αυξάνεται, μένει σταθερή. β) Αυξάνεται, αυξάνεται, μειώνεται, αυξάνεται. γ) Μειώνεται, μειώνεται, αυξάνεται, μένει σταθερή. δ) Μειώνεται, αυξάνεται, μειώνεται, μένει σταθερή. Ε2.44. α) Οξέα: CH3COOH, ΗCN, β) προς τα δεξιά, γ) το διάλυμα ΝaCN. Ε2.45. α) 1ος τρόπος: με ανάμιξη ποσοτήτων από τα διαλύματα ΝΗ3 και ΝΗ4Cl, 2ος τρόπος με μερική εξουδετέρωση διαλύματος ΝΗ3 από ποσότητα του διαλύματος ΗCl, 3ος τρόπος με ανάμιξη ποσότητας διαλύματος ΝΗ4Cl με διάλυμα NaOH (το ΝΗ4Cl σε περίσσεια). Ε2.46. α) Η ΒΝΗ2 είναι ισχυρότερη βάση, β) το διάλυμα εξουδετέρωσης της ΑΝΗ2 έχει μικρότερο pH, γ) το διάλυμα που προέρχεται από τη BNH2 έχει μεγαλύτερο pH. Ε2.47. α) ii. Προς τα δεξιά, β) βασικό. Ε2.48. Α-α-2, Β-β-1, Γ-β-2, Δ-β-1, Ε-γ-3. Ε2.49. 1-ε, 2-στ, 3-α, 4-γ, 5-β. Ε2.50. α-4, β-3, γ-4, δ-1, ε-2. Ε2.51. α) c = 0,01 Μ, β) ισχυρό οξύ, x = 2. Ε2.52. Έστω c1 και c2 οι συγκεντρώσεις των διαλυμάτων του ΗΑ και του ΗΒ, αντίστοιχα. Με την αραίωση σε 10πλάσιο όγκο, θα ισχύουν: c1΄ = c1/10 και c2΄ = c2/10. Για το διάλυμα του ασθενούς οξέος: ΗΑ + Η2Ο Α− + Η3Ο+ c–x≈x x x Πριν την αραίωση: [H3O+]2 = Ka·c1 (1) Μετά την αραίωση: [H3O+]΄2 = Ka·c1/10 (2) Από τις σχέσεις (1) και (2), προκύπτει: pH΄ − pH = 0,5. Για το διάλυμα του ισχυρού οξέος: ΗΒ + Η2Ο → Β− + Η3Ο+ Πριν την αραίωση: [H3O+] = c2 (3) Μετά την αραίωση: [H3O+]΄ = c2/10 (4) Από τις σχέσεις (3) και (4), μετά τις σχετικές πράξεις, προκύπτει: pH΄ − pH = 1.

378

Ε2.53. α) ΝaA + HCl → HA + NaCl HA + NaOH → NaA + H2O β) Λανθασμένη (παραμένει σταθερό). Ε2.54. α) Α: κόκκινο, Β: κίτρινο, Γ: μπλε, Δ: κίτρινο, Ε: μπλε, β) το pH τείνει προς το ουδέτερο. Ε2.55. α) Το διάλυμα ii., β) τη φαινολοφθαλεΐνη γιατί αλλάζει χρώμα σε βασικό pH και η περιοχή αλλαγής χρώματος θα πρέπει να περικλείει το ισοδύναμο σημείο (στο ισοδύναμο σημείο έχουμε μόνο CH3COONa και το pH είναι βασικό). Ε2.56. ΝaHS → Νa+ + HS−. Το ιόν HS− λειτουργεί αμφι-

πρωτικά (και ως οξύ και ως βάση): HS− + Η2Ο Η2S + OH−, Κb(HS−) = Kw/Ka1 = 10−7 − HS + Η2Ο S2− + H3O+, Κa(HS−) = Ka2 = 10−13 Επειδή Κb(HS−) > Ka(HS−), το διάλυμα θα είναι βασικό. Ε2.57. α) ΗCO3 + OH → CO32 + Η2Ο, η βάση OH είναι πολύ πιο ισχυρή από τη βάση CO32. β) Ασθενώς βασικό, λόγω υδρόλυσης των ιόντων CO32, αφού το pH στο ισοδύναμο σημείο είναι βασικό, ο δείκτης θα πρέπει να αλλάζει χρώμα σε βασικό pH. Ε2.58. Επιλογή Α. Η ποσότητα του CH3COOH (σε mol) είναι η ίδια και στα δύο διαλύματα (άρα η ίδια ποσότητα NaOH απαιτείται μέχρι την εξουδετέρωση), το ίδιο και η παραγόμενη ποσότητα CH3COONa, αλλά στη δεύτερη περίπτωση ο όγκος στο ισοδύναμο σημείο είναι μεγαλύτερος, οπότε η συγκέντρωσή του μικρότερη και το pH επίσης. Ε2.59. α) Και στις τρεις περιπτώσεις στο ισοδύναμο σημείο έχουμε αποκλειστικά CH3COONa του οποίου το ανιόν υδρολύεται. β) i. cB > cA > cΓ, ii. pHB < pHA < pHΓ. γ) pH = pKa (και στις 3 περιπτώσεις). Ε2.60. α) Το ΗΒ, β) το ΗΒ, γ) ΗΑ: α = 0,1, ΗΓ: α = 0,25. Ε2.61. α) ΗΑ + Η2Ο Α– + Η3Ο+ + ΗΑ + Η2Ο Η2Α + ΟΗ– β) i. 1000, μπλε, ii. Α– (σε πολύ μεγάλες τιμές pH) και Η2Α+ (σε πολύ μικρές τιμές pH). γ) Λόγω των διαφορετικών τιμών pH του εδάφους. Ε2.62. Μεταβολή 1: (+), (–), (+), (+), (+), (+) Μεταβολή 2: (–), (+), (–), (–), (+), (–) Μεταβολή 3: (–), (–), (+), (+), (–), (+) Μεταβολή 4: (Χ), (Χ), (Χ), (Χ), (+), (+) Μεταβολή 5: (–), (+), (–), (–), (+), (+) Μεταβολή 6: (–), (+), (–), (–), (+), (+) Μεταβολή 7: (Χ), (Χ), (Χ), (Χ), (Χ), (Χ) Μεταβολή 8: (+), (–), (+), (+), (+), (+) Μεταβολή 9: (+), (+), (–), (;), (+), (+) Ε2.63. α) α = 10−3, Ka = 10−6. β) Το διάλυμα του NaA, από 50 mL. Ε2.64. α) 11, 0,01, β) 9, γ) 0,41 L (περίπου). Ε2.65. α) pH = 5, α = 5·10−5, β) 900 mL, γ) (2/3) L, [ΟΗ−] = 10−5 Μ, [Η3Ο+] = 10−9 Μ, [Νa+] = 0,05 M, [Cl−] = 0,15 M, [NH4+] = 0,1 + x  0,1 M. Ε2.66. α) 11,5 και 0, β) 50 mL, γ) δεν θα μεταβληθεί, δ) 1,2 g. Ε2.67. α) 10 , β) μπλε, γ) 9. Ε2.68. α) i. 0,1 M, ii. 2·10−5, β) pH = 9, γ) 0,1 mol. Ε2.69. α) i. 0,1 Μ, 0,01, ii. CH3COOH, β) i. 5, ii. [Na+] = [CH3COO−] = 0,1 M, [H3O+] = 10−5 M, [OH−] = 10−9 M, iii.

10−4, γ) i. 0,63 g, ii. 1, iii. 10−4.

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

Ε2.70. α) V3/V1 = 2, β) Ka = 5·10−4, 5 , γ) pH = 8, δ) [Η3Ο+] = 2,5·10−4 Μ, [Α−] = 0,01 Μ, [Μ2+] = 5·10−3 M, [OH−] = 4·10−11 M. Ε2.71. α) 5·10−4. β) 0,09 mol. γ) 4. Ε2.72. α) i. 5, ii. 5 (το pH δε μεταβάλλεται με την αραίωση), β) 3, γ) 540 mL. Ε2.73. α) i. CH3CH2COOH, ii. 10−5, iii. 3. β) 5. γ) 560 mL. Ε2.74. α) i. 5,6 g, ii. 9, iii. κατά 0,5. β) [Κ+] = 0,4 Μ, [CH3COO─] = [OH─] = 0,2 M, [H3O+] = 5·10−14 M, [CH3COOH] = 5·10−10 M. γ) 300 mL διαλύματος Δ2 με 200 mL διαλύματος HCl 0,1 M. Ε2.75. Έστω c1 η συγκέντρωση του ΗΑ και c2 του ΝaOH. Tα α mL περιέχουν (α/1000)·c1 mol HA και τα β mL του διαλύματος ΝaOH περιέχουν (β/1000)·c2 mol ΝaOH. Για την εξουδετέρωση ισχύει: (α/1000)·c1 = (β/1000)·c2 (1). Αν προσθέσουμε β/2 mL διαλύματος NaOH που περιέχουν (β/2000)·c2 mol ΝaOH θα έχουμε ρυθμιστικό διάλυμα. Από την αντίδραση εξουδετέρωσης και την εξίσωση των ρυθμιστικών διαλυμάτων προκύπτει: Κa = 10−5. Ε2.76. α) i. 0,1 Μ, 3, ii. 4, β) 0,045 mol. Ε2.77. α) 1,8 mol, β) 2/11 L, γ) 0,2 mol, pH = 13, δ) 0,02 mol, ε) 0,18 mol, στ) 18 L. Ε2.78. α) Ισχυρό οξύ, 0,7, β) 5, γ) 9. Ε2.79. α) [Α] = 10−3 Μ, [Β] = 10−7 Μ, [Η3Ο+] = 10−3 Μ, [ΟΗ] = 10−11 Μ, αΗΑ = 10−2, αΗΒ = 10−6. β) i. 1, ii. 10-4 και 10−8. Ε2.80. α) 10−4, β) βασικό, γ) 0,03 M ή 2,7 g/L. Ε2.81. α) 90%, β) 40 mL, γ) i. μεταθετική, ii. 2 g. Ε2.82. α) 0,2/3 - 0,1/3, β) 0,1/3 - 0,2/3 (όχι προσεγγίσεις!). Ε2.83. α) 2·10−5, 0,05. β) [Νa+] = 0,1 M, [Cl] = 0,15 M, [NH4+] = 0,05 M, [H3O+] = 5·10−6 M, [OH] = 2·10−9 M. γ) 250 mL. Ε2.84. α) ii. 2,24 L, β) 9/110 ≈ 0,082 mol, γ) [Cl] = 0,1 M, [NH4+] = 0,1 M, [H3O+] = 10−5 M, [OH] = 10−9 M. Ε2.85. α) 5·10−8, [Η3Ο+] = 10−8 Μ, [ΟΗ] = 10−6 Μ, [Α] = 0,5 Μ, [Na+] = 0,6 Μ, [Cl−] = 0,1 M. β) i. 1,25·10−8, ΗΑ ισχυρότερο του ΗΒ, ii. Προς τα αριστερά, iii. 0,25, γ) 10,5. Ε2.86. α) 3, 9, 13, β) 10:1, γ) 11:1. Ε2.87. α) 12, β) 11, γ) 0,05 mol. Ε2.88. α) 10−5, β) 5, γ) 1,1, δ) 1. Ε2.89. α) Δ1 → pH = 13, Δ2 → pH = 5, Δ3 → pH = 1. β) 10−5. γ) 0,11 mol. δ) 8. Ε2.90. α) i. 4,48 L, ii. 5, β) i. 5, ii. [Ca2+] = 0,1 M, [H3O+] = 10−5 M, [OH] = 10−9 M, [CH3COO] = 0,2 M, γ) 2,5. Ε2.91. α) 0,05, 5/6, β) 440 mL, γ) i. 0,25 mol, ii. 1/3. Ε2.92. β) i. 0,1 M, ii. pH = 9. γ) 200 και 100 mL. Ε2.93. α) 0,2 Μ, 2 , β) 1800 mL, γ) 0,02, 10−4. Ε2.94. α) 0,025 Μ, β) 1:40, γ) 3,1. Ε2.95. α) ΚaΗΒ = 2·10−6, αΗΑ = 10−3, β) το ΗΒ είναι ισχυρότερο, γ) 1800 mL, δ) 2/11 mol. Ε2.96. α) 11 και 13, β) 2·10−4, γ) 5,5. Ε2.97. α) i. 0,01, 0,1, 10−5, 10−4, ii. η CH3NH2. β) 100 mL.

γ) i. 11, ii. 0,01 και 0,1. Ε2.98. α) 2,5. β) i. 0,15 mol HCl, ii. 8,57·10−2 mol NaOH. γ) [OH] = 5·10−6 M, [H3O+] = 2·10−9 M, [CH3COO] = [Na+] = 0,05 M.. Ε2.99. α) 2, 0,01, 0,01, 10−12, β) HA το ίδιο ισχυρό με το ΗCOOH (HCl ισχυρότερο, γιατί είναι ισχυρό οξύ), γ) 0,01 mol, δ) 10−5. Ε2.100. α) Ο βαθμός ιοντισμού (α) αυξάνεται με την αραίωση. β) i. 9·10−5, ii. [A] = 10−4 M, [B] = 9·10−4 M, [H3O+] = 10−3 M, [OH] = 10−11 M. γ) i. 0,1 M, 10−5. δ) E.K.I. στον ιοντισμό των A και Β. Ε2.101. α) 1 M, 0,01%, β) 11, γ) i. 8, ii. κίτρινο, iii. 10-3, δ) 0,06 mol. Ε2.102. α) 160, β) i. 3,25, ii. 100 mL. Ε2.103. α) i. Στις φιάλες Α, Β, Γ, Δ και Ε περιέχονται αντίστοιχα, HCl, KBr, NaOH, NH3 και NH4Cl, ii. 10−5. β) i. 9, ii. 9. γ) 12,22 mL. Ε2.104. α) 0,1, 10−5 M, β) 10−4, γ) 9. Ε2.105. α) 0,03 Μ, β) 100 mL, γ) 6, δ) i. κίτρινο, ii. 100. Ε2.106. α) 5, β) 990 mL, γ) 50 mL, δ) 5. Ε2.107. α) 10−5, β) 13, γ) 250 mL. Ε2.108. α) 4,5, β) 9900 mL, γ) 100 mL, δ) 9. Ε2.109. α) Αρκεί να δείξουμε ότι ο βαθμός ιοντισμού του ΗΒ μένει σταθερός με την αραίωση. β) c = 0,1 M, Ka = 10−5. γ) pH = 2, [H3O+] = 10−2 M, [OH−] = 10−12 M, [A−] = 9·10−5 M, [B−] = 0,01 M. δ) pH = 13, [OH−] = 0,1 M, [H3O+] = 10−13 M, [K+] = 0,2 M, [A−] = 0,09 M, [B−] = 0,01 M. Ε2.110. α) Γ, Α, Β, Δ, β) 2·10−5 και 8·10−5, γ) 11,5. Ε2.111. α) 25 mL και 75 mL, β) pH = 9, γ) 50 mL. Ε2.112. α) C2H5NH2, β) ii. 10−4, γ) 5,5, δ) με επίδραση ΝΗ3 σε CH3CH2Br, ii. με αναγωγή του CH3CN με Η2 παρουσία καταλύτη. Ε2.113. α) i. 1 M, ii. 10−5, iii. 5, β) 45 mL, γ) ο δείκτης ΙΙΙ. Ε2.114. α) 3·10−5, β) 9·10−5. Ε2.115. α) 5, β) 150 mL. Ε2.116. α) i. CH3CH2NH3Br, ii. [H3O+] = 10−11,5 M, [OH–] = 10−2,5 M, [Na+] = 0,1 M, [Br–] = 0,1 M, [RNH3+] = 10−2,5 M. β) βασικό. γ) i. 13, ii. [H3O+] = 10−13 M, [OH–] = 0,1 M, [Na+] = 0,15 M, [Br–] = 0,05 M, [RNH3+] = 5·10−5 M. Ε2.117. α) CH3COOH. β) i. 0,2 M, ii. 4,9. γ) CH3COOCH2CH3, 0,2 mol. Ε2.118. α) ii. 1,5·10−5. β) i. 8,8 g, ii. 400 mL, iii. Kb > Κa(βουτυρικού οξέος). Ε2.119. α) i. 0,1 και 0,01, ii. το HCOOH. β) 10, προς τα δεξιά. γ) 2,5. δ) i. 0,76 g, ii. 9. Ε2.120. α) i. CH3CH2COOH, ii. CH3CH2COONa, 10−5, ii. 0,5. β) 4, γ) 5. Ε2.121. α) 2·10−5 και στα δύο οξέα, Δ1: [Α−] = [Η3Ο+] = 2·10−3 Μ, [ΟΗ−] = 5·10−12 Μ, Δ2: [Β−] = [Η3Ο+] = 10−3 Μ, [ΟΗ−] = 10−11 Μ. β) i. στο Δ1, ii. 300 mL. δ) i. 1,67·10−2, ii. 128 : 22. Ε2.122. α) i. 10-5, 0,1, ii. 10. β) πράσινο της βρωμοκρεσόλης. γ) i. μπλε, ii. 10−4, iii. μπλε.

379

ΧΗΜΕΙΑ Γ΄ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Ε2.123. α) i. 3, ii 9900 mL. β) 100 mL. γ) i. 11,5, ii. 10. δ) i.

25 mL, ii. 7. ε) i. 25 mL, ii. 5, iii. κατάλληλος. Ε2.124. α) 10−4, β) 2, γ) 5·10−5, 5,5. Ε2.125. α) pH1 = 2, pH2 = 9, α1 = 2·10−2, α2 = 2·10−5. β) ii. 4. γ) i. 0,25/3 Μ και 0,5/3 Μ, ii. 4. Ε2.126. α) i. στο Δ5, ii. 300 mL. β) i. 1:3, ii. 1:4. γ) A-ε, Β-α, Γ-β, Δ-γ, Ε-δ. δ) i. o δείκτης ΙΙΙ, ii. 10−4 και 1, iii.

0,2 M, iv. 5. Ε2.127. α) i. ο δείκτης ΙΙΙ, ii. οξυμετρία, β) i. 0,2 Μ, ii. 2·10−5, iii. [H3O+] = 2 ·10−3 M, γ) το ΗX. Ε2.128. γ) i. 2, ii.10−3 mol. Ε2.129. α) 7,12·10−3 Μ, 250,6 mg. β) i. Από 1,42 mmol, ii.

4,1, iii. δε θα μεταβληθεί (ρυθμιστικό διάλυμα). γ) Με τη μορφή των αδιάστατων μορίων ασκορβικού οξέος. Ε2.130. α) ii. 10−7. β) i. 10 : 1, ii. 0,045 mol, iii. 2 : 9. γ) Στο ρυθμιστικό διάλυμα που παρασκευάζεται με τη διαδικασία ΙΙ, γιατί τα συστατικά του έχουν μικρότερες συγκεντρώσεις (μικρότερη ρυθμιστική ικανότητα). Ε2.131 α) i. Δεν είναι οξειδοαναγωγική, ii. α = 10−3. β) 10−2, 900 mL Η2Ο. γ) c = 1,75·10−2 M. δ) 6. Ε2.132 Δ1. α) αλκαλιμετρία. β) Υ2: με ογκομετρικό κύλινδρο ή καλύτερα με βαθμονομημένο σιφώνιο, Υ4: με προχοΐδα. γ) c = 0,1 Μ, δ) [ΗΔ]/[Δ−] = 10. Δ2. Κa(HA = 10−7, Kb(NH3) = 10−5. Δ3. V1/V2 = 2. Δ4. 90 mL. Δ5. Βασικό, γιατί: Κb(A−) > Ka(NH4+).

Ε3 ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 6ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ ΣΧΟΛΙΚΟΥ E3.1. Δ.

E3.2. Β. Ε3.3. i. Γ, ii. Δ. Ε3.4. Δ. Ε3.5. i. A, ii. Δ. Ε3.6. Δ. Ε3.7. Δ.

E3.8. Δ.

E3.9. Α.

E3.10. i. Α. ii. B. E3.11. Α.

E3.12. i. Β, ii. Δ. Ε3.13. Β. Ε3.14. i. Γ, ii. Β. Ε3.15. Β.

E3.16. i. Γ, ii. Γ.

E3.17. Β.

E3.18. Α.

E3.19. i. A, ii. Δ.

E3.20. Α.

E3.21. i. Γ, ii. Β.

E3.22. A. E3.23. Α.

E3.24. Δ.

E3.25. i. Γ, ii. Γ.

E3.26. i. Γ, ii. B. E3.27. i. A, ii. Γ.

380

E3.28. Α.

E3.29. Δ.

E3.30. Δ.

E3.31. Β.

E3.32. Γ.

E3.33. i. Γ, ii. Δ.

E3.34. i. Γ, ii. A. E3.35. i. Γ, ii. Γ.

E3.36. Λανθασμένες είναι οι Γ, Δ και Ε.

E3.37. Βλ. θεωρία.

E3.38. α) Στιβάδα ή φλοιός είναι το σύνολο των τροχιακών με τον ίδιο κύριο κβαντικό αριθμό, n. β) Υποστιβάδα είναι το σύνολο των τροχιακών με τις ίδιες τιμές κβαντικών αριθμών n και ℓ. γ) Τομέας του περιοδικού πίνακα είναι ένα σύνολο στοιχείων των οποίων τα άτομα έχουν τα τελευταία τους ηλεκτρόνια (με τη μέγιστη ενέργεια, σύμφωνα με τη σειρά πλήρωσης των υποστιβάδων) στον ίδιο τύπο υποστιβάδας π.χ. s, p, d ή f. δ) Η ατομική ακτίνα ορίζεται ως το μισό της απόστασης μεταξύ των πυρήνων δύο γειτονικών ατόμων, όπως αυτά διατάσσονται στο κρυσταλλικό πλέγμα ενός στοιχείου.

E3.39. Α) Λανθασμένη. Σε μία περίοδο, όσο πηγαίνουμε προς τα δεξιά οι ατομικοί αριθμοί αυξάνονται συνεχώς και η ενέργεια ιοντισμού αυξάνεται. Μετά τα τέλος, όμως, της περιόδου το επόμενο στοιχείο ανήκει στην 1η ομάδα της επόμενης περιόδου και η ενέργεια ιοντισμού μειώνεται. Β) Σωστή. Μετά την συμπλήρωση της υποστιβάδας 3p, μέχρι την οποία έχουν εισαχθεί 18 ηλεκτρόνια, συμπληρώνεται η υποστιβάδα 4s οπότε η μέγιστη τιμή του n είναι πια ίση με 4. Γ) Λανθασμένη, Πρόκειται για υδρογονοειδές ιόν, δηλαδή ιόν με ένα μόνο ηλεκτρόνιο στο οποίο επομένως δεν εμφανίζονται ηλεκτρονιακές απώσεις με αποτέλεσμα οι υποστιβάδες της ίδιας στιβάδας να έχουν την ίδια ενέργεια. Δ) Λανθασμένη, Στο άτομο του υδρογόνου οι υποστιβάδες της ίδιας στιβάδας έχουν την ίδια ενέργεια. Ε) Σωστή. Για να έχει 8 p ηλεκτρόνια θα πρέπει να έχει ηλεκτρονιακή δομή: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 και επομένως ανήκει στην 3η περίοδο και στην 14η (IVA) ομάδα του Π.Π. ΣΤ) Λανθασμένη. Οι αλκαλικές γαίες ανήκουν στην 2η ομάδα του περιοδικού πίνακα και παρουσιάζουν αριθμό οξείδωσης ίσο με +2 με αποτέλεσμα να σχηματίζουν οξείδια του τύπου Α.Ο. και όχι Α2Ο. Πάντως, τα οξείδια αυτά είναι ιοντικά και όπως όλες οι ιοντικές ενώσεις διαθέτουν υψηλά σημεία τήξης. Ζ) Λανθασμένη. Μπορεί να είναι π.χ. το 24Cr με δομή στη θεμελιώδη κατάσταση: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s1 (κατ’ εξαίρεση) και άρα 6 μονήρη ηλεκτρόνια).

E3.40. α) i. 14, ii. 6, iii. 2, iv. 2, v. 4, β) i. 11, ii. 2.

E3.41. α) 14 και 16, β) i. 2, ii. 10, iii. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6.

E3.42. α) i. C: 1s2 2s2 2p2 (σε υποστιβάδες): 1s 2s 2p Ο: 1s2 2s2 2p4 (σε υποστιβάδες): 1s 2s 2p S: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 (σε υποστιβάδες): 1s

2s

2p

3s

3p

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

ii. Το Ο. β) SO3: όξινο οξείδιο και ομοιοπολικό (διαθέτει ένα διπλό και έναν απλό ομοιοπολικό δεσμό), CO2: όξινο οξείδιο και ομοιοπολικό E3.43. α) 13, 23, 17, 16 και 19, αντίστοιχα. β) το Ε.

E3.44. α) 6, β) i. 1s2 2s2 2p5, ii. 2s2 2s2 2p6 3s2 3p2 E3.45. α) 52 στοιχεία, β) 50 στοιχεία, γ) 34 στοιχεία, δ) 6 στοιχεία.

E3.46. α) Το Ν και το V (3 μονήρη ηλεκτρόνια, 3/2). β) To V. γ) Το Κ, το F. E3.47. α) i. Μn: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s2, Co2+: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d7, ii. το Mn (5 μονήρη ηλεκτρόνια), το Μn, iii. και τα δύο ανήκουν στο d-τομέα και στην 4η περίοδο. Το Mn ανήκη στη 7η ομάδα (VIIB) και το Co στην 9η ομάδα (VIIIB). β) Μn2+: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5, Co: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d7 4s2. γ) Fe2+: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6, Fe3+: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5.

E3.48. α) Ζ = 20, 30, 36, β) Ζ = 26.

E3.49. α) Βλέπε θεωρία. β) Στο Χ η Εi2 παρουσιάζει μεγάλη διαφορά σε σχέση με την Εi1 και επομένως το 2ο ηλεκτρόνιο αποσπάται από εσωτερική στιβάδα. Άρα, το στοιχείο διαθέτει ένα ηλεκτρόνιο σθένους και ανήκει στην 1η (ΙΑ) ομάδα. Στο στοιχείο Υ παρουσιάζεται μεγάλη διαφορά ενέργειας από την Εi2 στην Εi3. Επομένως, το στοιχείο διαθέτει δύο ηλεκτρόνια σθένους και ανήκει στη 2η (ΙΙΑ) ομάδα. γ) Τα ιόντα Χ+ και Υ2+ είναι ισοηλεκτρονιακά καθώς διαθέτουν από (Ζ – 1) ηλεκτρόνια. Όμως, το Υ έχει μεγαλύτερο πυρηνικό φορτίο (Ζ + 1), ασκεί μεγαλύτερη έλξη στα ηλεκτρόνια και επομένως έχει μικρότερο μέγεθος (μικρότερη ατομική ακτίνα).

E3.50. α) 1s2 2s2 2p3, β) (2,1,−1,+1/2), (2,1,0,+1/2), (2,1,1,+1/2), γ) p τομέας, 15η ομάδα, 2η περίοδος.

E3.51. α) i. 12, ii. 2η (ΙΙΑ), β) 15η (VA).

E3.52. α) Ζ = 11-18, β) i. το Mg, ii. το Cl, iii. ο P, iv. το Na, γ) 19-20 και 31-36.

E3.53. α) 15η (VA). β) (3,0,0,+1/2), (3,0,0,−1/2), (3,1,1,+1/2), (3,1,0,+1/2), (3,1,−1,+1/2). γ) 1 ηλεκτρόνιο. δ) 1s1 2s2 2p6 3s1. Ε3.54. α) ΖΑ = 11, ΖΒ = 13, ΖΓ = 17. β) 1s2 2s2 2p5. γ) Α+, Β3+, Γ−.

E3.55. α) 2 + 10 + 6 = 18 στοιχεία, Ζ = 19 - 36. β) Στον d τομέα, στην 5η ομάδα. Είναι παραμαγνητικό, καθώς διαθέτει 3 μονήρη ηλεκτρόνια. γ) 41.

E3.56. α) i. 14, 16, 12, 20, 37, 10. β) Ε, Δ, Γ, Α, Β, Ζ.

E3.57. α) Ζ = 19-36. β) i. Κατά σειρά: 4s, 3d και 4p. γ) i. Z = 35, ii. Z = 36, iii. Z = 36. δ) Ζ = 20, 30, 36. ε) Ζ = 33.

E3.58. α) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 (Z = 16). β) Ανήκει στη 2η περίοδο με δομή: 1s2 2s2 2p4 (Z = 8). γ) r(X2−) > r(X) > r(O) > r(F).

E3.59. α) το As. β) Sn, F, Sn. E3.60. α) 16η, 17η, 18η και 1η ομάδα. Μέταλλο είναι το Δ. β) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5.

E3.61. α) Α: 1s2 2s2 2p2, B: 1s2 2s2 2p3, Γ: 1s2 2s2 2p4, Δ: 1s2 2s2 2p5. β) Α > Β > Γ > Δ.

E3.62. α) Μικρότερη ενέργεια πρώτου ιοντισμού έχει το Δ και μεγαλύτερο άθροισμα κβαντικών αριθμών spin έχει το Α. β) Το Γ έχει τη μικρότερη ατομική ακτίνα και το Β2 μεγαλύτερη (ιοντική) ακτίνα από το Δ2+.

E3.63. α) 1η (ΙΑ). β) 3η, 16η (VIA), p.

E3.64. Δ, Γ, Β, Α, Ε.

E3.65. α) i. Το Si, ii. το Na. β) i. Το Al και το Si, ii. το Al. γ) i. Το Na, ii. το Na, iii. το Mg. δ) Το Al. E3.66. α) Α: 1s2 2s2 2p3, B: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3, Χ: 1s2 2s2 2p4, Δ: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4, Γ: 1s2 2s2 2p5, Ε: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5. β) i. Το Γ, ii. το Β, iii. το Α και το Β (= 3/2).

E3.67. α) Li, Na. β) 21 και 30, 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 και 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10. γ) i. Sc, Zn, Cd, Ce, ii. το Ν (τρία μονήρη). δ) F, Ne, Na. ε) i. He, ii. Li, iii. C, 3s = 3d, 4s = 4p, 5p.

E3.68. i. Γ, ii. Β, iii. Α, iv. B. E3.69. α) i. 4, 7, 8 και 9, το Tt, ii. το Υ, iii. 23 ή 27. β) i. 12, ii. μέταλλο. γ) i. L < Υ < Χ < Τt < Rd, ii. X3−, Y2−, L−, Rd2+: 1s2 2s2 2p6, X3− > Y2− > L− > Rd2+.

Ε4. ΕΠΑΝΑΛΗΨΗ 7ου ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ ΣΧΟΛΙΚΟΥ Ε4.1. B. E4.2. i. Γ, ii. Γ.

E4.3. Γ.

E4.4. i. B. ii. Γ. iii. B. E4.5. A. E4.6. A. E4.7. A. E4.8. i. Γ. ii. Α.

E4.9. i. Γ, ii. Γ.

E4.10. i. Δ. ii. B. E4.11. Γ.

E4.12. Β.

E4.13. Α.

E4.14. Γ.

E4.15. Α.

E4.16. Β.

E4.17. i. Α, ii. Γ.

E4.18. i. Γ, ii. A, iii. Δ.

E4.19. Γ.

E4.20. Α.

E4.21. Σωστές είναι η Α, η Β και η Γ.

E4.22. Λανθασμένες είναι οι προτάσεις Β, Γ, Δ και Ν.

E4.23. Α) Στην αντίδραση μετατροπής μιας πρωτοταγούς αλκοόλης σε αλδεΰδη διασπάται ένας δεσμός C−H με αποτέλεσμα τη μείωση της ηλεκτρονιακής πυκνότητας γύρω από το άτομο άνθρακα του −ΟΗ και την αύξηση του αριθμού οξείδωσης του άνθρακα αυτού. Με τη μετατροπή μιας αλδεΰδης σε καρβοξυλικό οξύ σχηματίζεται ένας επιπλέον δεσμός C−O με αποτέλεσμα πάλι τη μείωση της ηλεκτρονιακής πυκνότητας γύρω από το άτομο άνθρακα και τελικά την αύξηση του αριθμού οξείδωσης του άνθρακα αυτού. Β) Στην αντίδραση, CH3CN + 2H2 → CH3CH2NH2, σχηματίζονται δύο δεσμοί C−H με αποτέλεσμα την αύξηση της ηλεκτρονιακής πυκνότητας γύρω από το άτομο C και άρα την μείωση του αριθμού οξείδωσης του άνθρακα αυτού. Γ) Το ασβεστόνερο είναι διάλυμα Ca(OH)2 που αντιδρά με το CO2 (όξινο οξείδιο) σύμφωνα με την εξίσωση: Ca(OH)2 + CO2

381

ΧΗΜΕΙΑ Γ΄ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

→ CaCO3↓ + H2O. To παραγόμενο CaCO3 είναι ίζημα που εμφανίζεται ως λευκό θόλωμα. Δ) Οι εστέρες δεν εμφανίζουν όξινες ιδιότητες και άρα δεν αλλάζουν το χρώμα των δεικτών. Επομένως, η ένωση θα είναι το βουτανικό οξύ. Ε) Η αιθανόλη έχει Κa < 10−14 και επομένως ιοντίζεται σε αμελητέο βαθμό.

E4.24. Βλ. θεωρία.

E4.25. 1. εστέρας, 2. σαπωνοποίηση, 3. αλογονοφορμική.

E4.26. 1: προσθήκης, 2: υποκατάστασης, 3: πολυμερισμού, 4: απόσπασης, 5: αλογονοφορμική.

E4.27. Α. CH3ONa, Β. CuCl/NH3, Γ. SOCl2, Δ. H2/Ni, Ε.

HCN, ΣΤ. KMnO4/H2SO4, Ζ. CH3COOH, Η. H2O. E4.28. i. Επίδραση ΝaOH/H2O, ii. επίδραση Η2SO4 στους 170oC, iii. επίδραση ΝaOH/αλκοόλη.

E4.29 α) CH3C≡CH + H2O → CH3COCH3 β) CH3CH2ΜgCl + H2O → CH3CH3 + Μg(OH)Cl γ) CH3Cl + CH3CH2ΟΝa → CH3CH2ΟCH3 + ΝaCl δ) CH3CHCH3 + CH3COOH CH3COOCHCH3 + H2O OH CH3 ε) CH3CHΟ+2AgNO3+3NH3+H2O→CH3COONH4+2Ag+2NH4NO3 στ) (CH3)2NH + HCl → (CH3)2NH2Cl ζ) CH3CH2CΝ + H2 → CH3CH2CH2ΝH2 η) CH3CH2CH(Cl)CH3+ΚΟΗ→CH3CH=CHCH3+ΚCl+H2O θ) νCH2=CHCH=CH2 → (−CH2CH=CHCH2−)ν ι) νCH2=CHCN → (−CH2CH−)ν CΝ κ) CH3CHCH=O+2CuSO4+5NaOH → CH3CHCΟΟΝa+Cu2O+Na2SO4+H2O λ) CH3COCH3+3I2+4NaOH→CH3COONa+CHI3+3NaI+ H2O E4.30. α) i-4, ii-3, iii-2, iv-1.

E4.31. Α: 2,3-διμεθυλο-3-πεντανόλη.

E4.32. ii. 1-βουτένιο.

E4.33. α) CH3CH2CH2NH2, (CH3)2CHNH2 (ισοπροπυλαμίνη). β) i. με επίδραση ΝΗ3, ii. με επίδραση ΚCN, ακολουθούμενη με αναγωγή του σχηματιζόμενου νιτριλίου, παρουσία Ni. E4.34. α) NaCN, β) μεταλλικό Na, γ) SOCl2, δ) όξινο διάλυμα K2Cr2O7, ε) Cl2/CCl4, στ) HCN, ζ) αιθανολικό διάλυμα KOH, η) διάλυμα KΜnO4/H2SO4 θ) αντιδραστήριο Tollens.

E4.35. i. Επίδραση H2O/H+, ii. επίδραση NaOH σε αλκοόλη, iii. επίδραση HCOONa, iv. επίδραση CH3ONa. E4.36. Δεν είναι αντιδράσεις προσθήκης η β και η στ.

E4.37. Α) Σχηματισμός 2-μεθυλο-2-προπανόλης, Β) σχηματισμός προπανόνης, Γ) ιοντισμός CH3COOH, Δ) ιοντισμός CH3NH2 (+ H2O CH3NH3+ + ΟΗ−), Ε) CH3ONa + Η2Ο → CH3OH + NaOH, ΣΤ) HCOOCH3 + H2O HCOOH + CH3OH, E4.38. Αν δεν δίνει ίζημα με Ι2/NaΟΗ, αλλά ελευθερώνει Η2 με επίδραση Na θα είναι η 1-προπανόλη. Αν δίνει ίζημα με Ι2/NaΟΗ και ελευθερώνει Η2 με επίδραση Na θα είναι η 2προπανόλη. Αν δίνει ίζημα με Ι2/NaΟΗ, αλλά δεν ελευθερώνει Η2 με επίδραση Na θα είναι η προπανόνη.

E4.39. Α. → CO2 + K2SO4 + Na2SO4 + MnSO4 + H2O B. → 2-βουτένιο + ΝaCl + H2O. Γ. Τελικό προϊόν: 2-μεθυλο-2-προπανόλη.

E4.40. (1): ΗCN, (2): CH3COOH/H+.

E4.41. α) Εξουδετέρωση, β) εστεροποίηση.

382

γ) CH≡CH + 2CuCl + 2NH3 → CuC≡CCu↓ + 2ΝΗ4Cl. δ) πολυστυρόλιο.

E4.42. α) Με Br2/CCl4, β) με Na, γ) με Ι2/ΝaΟΗ ή με το αντιδραστήριο Tollens, δ) με ΚΜnO4/H2SO4.

E4.43. α) 9 σ και 1 π, ο C(3) με τον C(2): sp3 - sp3, ο C(2) με τον C(1): sp3 - sp2. β) i. Σχηματισμός κυανυδρίνης, ii. 1-προπανόλη, iii. 3πεντανόλη, iv. οξείδωση με σχηματισμό κατόπτρου. γ) i., ii. Με αντιδραστήριο Tollens, iii. με επίδραση Ι2/ΝaΟΗ (ή με Τοllens κτλ).

E4.44. Αιθίνιο, αιθανάλη, 2-υδροξυπροπανονιτρίλιο (με προσθήκη HCN, που παρασκευάζεται από NaCN και H2SO4), 2υδροξυπροπανικό οξύ (με επίδραση διαλύματος οξέος).

E4.45. β) i. Η ΙV, ii. η VII, iii. η V και η VIII, iv. η ΙΧ, v. η I, η VI και η IX, vi. H II, η VI και η VII, vii. η ΙΙ. γ) i. Με KMnO4/H+, ii. με προσθήκη HCl, iii. με αναγωγή με Η2/Ni. δ) i. Την Ι, ii. την VI, iii. την VI, iv. την VI, v) την ΙΧ.

E4.46. α) Με SOCl2. β) Με K2Cr2O7/H2SO4. γ) Με υδατικό διάλυμα ΝaOH. δ) Με KMnO4/H2SO4. ε) Με μετατροπή της ‒ΟΗ σε ‒ONa και επίδραση CH3Cl στο σχηματιζόμενο αλκοξείδιο. στ) Με αντιδραστήριο Τollens ή και KMnO4/H2SO4. ζ) Με υδρόλυση σε όξινο περιβάλλον. η) Με επίδραση ΝΗ3. θ) Με Η2/Νi. ι) Με οξείδωση σε ‒CΗO και επίδραση στη συνέχεια HCN. E4.47. Η φιάλη το περιεχόμενο της οποίας αντιδρά με Na2CO3 ελευθερώνοντας CO2 και δεν αποχρωματίζει το διάλυμα Br2 σε CCl4 περιέχει βουτανικό οξύ, ενώ η φιάλη που αντιδρά με το υδατικό διάλυμα Na2CO3 ελευθερώνοντας CO2 και επίσης αποχρωματίζει το διάλυμα Br2 σε CCl4 περιέχει 2-βουτενικό οξύ. Η φιάλη που σχηματίζει κάτοπτρο Αg με επίδραση αντιδραστηρίου Tollens (AgNO3/ΝΗ3) είναι η βουτανάλη. Η φιάλη που σχηματίζει ίζημα με CuCl/NH3, ενώ ταυτόχρονα αποχρωματίζει το διάλυμα Br2 σε CCl4 περιέχει το 1-εξίνιο. Η φιάλη που δε σχηματίζει ίζημα με CuCl/NH3, δεν ελευθερώνει αέριο CO2 με Na2CO3, αλλά αποχρωματίζει διάλυμα Br2 σε CCl4 περιέχει το 1-εξένιο. Η φιάλη που απομένει περιέχει εξάνιο, το οποίο δεν δίνει καμία από τις δοκιμασίες.

E4.48. A: CH3COOCH2CH2CH3, Β: CH3COOH, Γ: CH3CH2CH2ΟΗ, Δ: CH3CH2COOH. E4.49. α) Α: προπένιο, Γ: προπίνιο, Δ: προπανόνη, E: κυανυδρίνη, β) 1,2-διβρωμοπροπάνιο.

E4.50. α) C(1): sp2, C(2): sp2, C(3): sp3, C(4): sp, C(5): sp, C(6): sp3, C(7): sp3. H επικάλυψη που εξηγεί το δεσμό C(3) C(4) είναι sp3 - sp. β) i. 3 mol Br2 (ο τριπλός δεσμός απαιτεί 2 mol Br2 και ο διπλός δεσμός 1 mol Br2 επιπλέον). ii.

γ) Με αντίδραση του Grignard CH3CH2MgX με 3-πεντανόνη και υδρόλυση του σχηματιζομένου ενδιαμέσου (μόνο ένας συνδυασμός).

E4.51. 1. I2/NaOH, 2. μεταλλικό Na, 3. Τοllens, 4. NaHCO3, 5. ΚΜnO4/H2SO4.

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

E4.52. Tamoxifen: E4.53. β) Tο μίγμα Ι.

E4.54. α) i. Τεστ ιωδοφορμίου (κίτρινο ίζημα). ii. Αντιδραστήριο Tollens (σχηματισμός κατόπτρου αργύρου). iii. Επίδραση μεταλλικού Na (απελευθέρωση αερίου Η2). β) Η αιθανάλη. Αρχικά σχηματίζεται κυανυδρίνη η υδρόλυσης της οποίας σε όξινο ή βασικό περιβάλλον οδηγεί στο σχηματισμό του γαλακτικού οξέος.

E4.55. α) Η Α είναι αλδεΰδη και επομένως x = 8 (βουτανάλη ή μεθυλοπροπανάλη). β) Β: βουτανόνη (προϊόντα: προπανικό νάτριο, CHI3, NaI, Η2Ο). γ) Γ: 2-μεθυλο-2-υδροξυβουτανονιτρίλιο, Δ: 2-μεθυλο-2-υδροξυβουτανικό οξύ (α-υδροξυοξύ).

E4.56. α) Προπανικός δευτεροταγής βουτυλεστέρας.

E4.57. β) Α: 2-μεθυλοπροπανάλη, Β: βουτανόνη, γ) ii. 19,7 g.

E4.58. α) i. H Δ είναι αλκοόλη που οξειδώνεται και δεν μπορεί να είναι πρωτοταγής καθώς η Β δεν μπορεί να είναι η HCHO. Άρα είναι δευτεροταγής και η Β είναι αλδεΰδη. Επομένως, το Α είναι το αιθίνιο. ii. B: CH3CHO, Γ: CH3CH2Br, Δ: 2-βουτανόλη. β) 40 mL. E4.59. α) 3-μεθυλο-1-βουτίνιο. β) Γ: προπένιο, Δ: αιθίνιο. γ) iii. 5,44 Κg.

E4.60. α) Α: CH2=CH2, Β: CH3CH2OH, Γ: CH3COOH, Δ: CH3CH2Br, E: CH3CH2MgBr, Η: 2-βουτανόλη. β) ii. 0,15 g CH3COOH, iii. 0,7 g CH2=CH2.

E4.61. α) Α: Η2, Β: CO2, β) 0,4 mol, γ) 18,8% w/w.

E4.62. α) A: CHCNa, B: CH2=CH2, Γ: CH3CH2Cl, Δ: 1βουτίνιο. β) i. Βουτανόνη, ii. 14,4 g.

E4.63. 1-βουτένιο ή 2-βουτένιο ή μεθυλοπροπένιο.

E4.64. α) 2-προπανόλη, προπένιο, 2,7 g. β) πολυπροπυλένιο, 0,63 g.

E4.65. 0,02 mol CH3CHO και 0,02 mol CH3CH2CHO. E4.66. Α: προπανάλη, Β: 3-πεντανόλη.

E4.67. Α: βρωμοαιθάνιο, B: 2-βουτανόλη, Γ: προπανικό νάτριο.

E4.68. α) Α: 1-προπανόλη, Β: 1-χλωροπροπάνιο, Γ: CH3CH2CH2MgCl, Δ: προπένιο, Ε: 2-προπανόλη, Ζ: προπανόνη, Θ: 2-μεθυλο-2-πεντανόλη. β) 2-πεντανόνη και CH3MgCl. γ) 300 mL. E4.69. α) Α: προπανάλη, β) 2-υδροξυβουτανονιτρίλιο, 2-υδροξυβουτανικό οξύ. γ) CH3CH2CHO → CH3CH2CH2OH → CH3CH2CH2Cl → CH3CH2CH2MgCl. CH3CH2CH2MgCl + CH3CH2CHO → 3-εξανόλη. δ) Β: προπανόνη, Γ: αιθανικό νάτριο.

E4.70. α) Α: CH3COOCH2CH2CH3, β) 28,6 g, γ) 80%.

E4.71. β) i. 7,5·10−3 mol, ii. 0,1 M. E4.72. α) 80 mL, β) 23,2 g.

E4.73. α) C4H10O, β) 4 ισομερείς αλκοόλες (1-βουτανόλη, 2βουτανόλη, 2-μεθυλο-1-προπανόλη και 2-μεθυλο-2-προπανόλη), γ) 100 mL. E4.74. β) Β: 2-χλωροβουτάνιο, Δ: ακεταλδεΰδη, Ζ: 3-μεθυλο2-πεντανόλη, Κ: 3-μεθυλο-2-πεντανόνη, Θ: 2-μεθυλοβουτανικό νάτριο. γ) i. η Θ, ii. η Δ.

E4.75. α) Α: 2-βουτανόλη, β) 2-βουτανόλη, γ) 90,9% σε 2βουτανόλη.

E4.76. α) Το HCOOH είναι η μοναδική από τις ενώσεις η οποία οξειδώνεται και επίσης διασπά τα ανθρακικά άλατα. β) Με βάση τους στοιχειομετρικούς υπολογισμούς υπολογίζουμε το Mr και στις δύο περιπτώσεις. Από αυτές μόνο στην περίπτωση της CH3CH2OH το Mr είναι το πραγματικό (αυτό που υπολογίζεται από τα Ar). γ) Β: ακετόνη, Γ: ακεταλδεΰδη, Δ: αιθανικό (οξικό) οξύ, Ζ: αιθανικός αιθυλεστέρας. δ) Οι ενώσεις CH3COOH και CH3CH2OH που παράγουν με εστεροποίηση CH3COOCH2CH3.

E4.77. α) V = 0,0672 L, β) προπίνιο, προπένιο, μεθάνιο.

E4.78. α) Αιθανόλη, β) αιθανάλη και αιθανικό οξύ, γ) 20% και 60%.

E4.79. α) Βουτανάλη και μεθυλοπροπανάλη. β) i. βουτανόνη, ii. με Η2/Νi προκύπτει 2-βουτανόλη, με I2/NaOH αλογονοφορμική αντίδραση, με HCN και στη συνέχεια με Η2Ο/Η+ προκύπτει 2-μεθυλο-2-υδροξυβουτανικό οξύ.

E4.80. A: αιθίνιο, Β: αιθανάλη, Γ: αιθανικό αμμώνιο, Δ: αιθένιο, Ε: αιθανόλη, Ζ: χλωροαιθάνιο, Θ: CH3CH2MgCl, Λ: προπανονιτρίλιο, Μ: προπανικό οξύ, Ν: 2-βουτανόλη.

E4.81. Mεθανόλη και προπανόνη (ακετόνη).

E4.82. α) Από 7,4 g. β) 2-βουτανόλη και 2-μεθυλο-2-προπανόλη. γ) i. Με αφυδάτωση της 2-μεθυλο-2-προπανόλης, ii. με επίδραση I2/NaOH σε 2-βουτανόλη.

E4.83. HCOOH 4,6 g και CH3COOH 6 g.

E4.84. α) Α: 1-προπανόλη, Β: προπανάλη, Γ: 2-υδροξυβουτανονιτρίλιο, Δ: 2-υδροξυβουτανικό οξύ. β) 17,92 L. E4.85. α) 0,5 Μ, β) CH3CH2COOCH2CH2CH3, γ) όχι.

E4.86. α) Η Ε είναι καρβοξυλικό οξύ, οπότε η Δ είναι πρωτοταγής αλκοόλη και επομένως η Γ θα πρέπει να είναι η φορμαλδεΰδη (HCHO). β) 0,06 mol. γ) Α: CH3CH2Br, B: CH3CH2OH, Δ: CH3CH2CH2OH, E: CH3CH2COOH, Z: CH3CH2COOCH2CH3.

E4.87. Α: CH3CH2OH, B: CH3CH2COONa, Γ: CH2=CH2, Δ: ClCH2CH2Cl, E: CH≡CH, Z: CH3CH=O, H: CH3COONH4, Θ: CH3CH2Cl, Ι: CH3CH2CΝ, Κ: CH3CH2CΟΟΗ, Λ: CH3CH2CΗ2ΝΗ2, Μ: CH3CH2CΟΟ− CH3CH2CΗ2ΝΗ3+ (άλας), CνΗ2νΟ2: CH3CH2COOCH2CH3.

E4.88. β) Α: 2-πεντίνιο, Β: 2,2,3,3-τετραβρωμοπεντάνιο, Γ: 2πεντανόνη, Δ: 3-πεντανόνη, Ε: βουτανικό νάτριο. γ) 2-αιθυλο-2-υδροξυβουτανονιτρίλιο, 2-αιθυλο-2-υδροξυβουτανικό οξύ.

E4.89. α) A: 3-πεντανόλη, Β: 3-πεντανόνη. β) CH3CH2CHO + CH3CH2MgX. γ) 500 mL. E4.90. α) Α: 2-βουτανόλη, Β: 1-βουτανόλη ή 1-μεθυλο-2προπανόλη, Γ: 2-μεθυλο-2-προπανόλη. β) 0,74 g. γ) 3,94 g. δ) Β: 2-μεθυλο-1-προπανόλη, Δ: μεθυλοπροπένιο, κανόνας του Markovnikov.

E4.91. α) Αιθίνιο και προπίνιο. β) 480 mL. E4.92. α) 2-βουτανόλη, β) προκύπτει αλκοξείδιο με ισχυρά βασικές ιδιότητες, γ) i. 2-μεθυλο-2-υδροξυβουτανικό οξύ, ii.

100 mL, δ) i. εστέρας, ii. αιθέρας, ε) 2-βουτένιο (κανόνας του Saytzeff).

E4.93. B: 3-πεντανόλη, Γ: προπανικό οξύ.

E4.94. α) Ακετυλένιο, 1,1-διχλωροαιθάνιο.

383

ΧΗΜΕΙΑ Γ΄ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

β) Ε: προπανικό οξύ. γ) 0,1 mol.

E4.95. α) i. Εστέρας, ii. 3-μεθυλο-1-βουτανόλη και αιθανικό (οξικό) οξύ. β) 0,6 ή 60%. γ) Β: οξικό νάτριο, Γ: 3-μεθυλο-1-βουτανόλη, Δ: οξικό οξύ, Ε: αιθανόλη, Ζ: χλωροαιθάνιο, Θ: CH3CΗ2MgCl, Κ: 3-μεθυλο-1βουτένιο, Λ: 3-μεθυλο-2-βουτανόλη, Μ: μεθυλοβουτανόνη, Ξ: 2,3-διμεθυλο-3-πεντανόλη. δ) i. 19,7 g, ii. 200 mL. E4.96. 2-βουτίνιο και 2-πεντίνιο.

E4.97. α) A: αιθανόλη, B: αιθυλένιο, Γ: 1,2-διχλωροαιθάνιο, Δ: αιθίνιο, E: αιθανάλη, Z: οξικό νάτριο, H: χλωροαιθάνιο, Θ: αιθυλομαγνησιοχλωρίδιο, K: 2-βουτανόλη, Λ: προπανικό νάτριο. γ) Προπανάλη και CH3MgX, ii. με επίδραση μεταλλικού Na (απελευθέρωση Η2) στην 2-βουτανόλη, ή με I2/ΝaOH (σχηματισμός κίτρινου ιζήματος CHI3 από την 2-βουτανόλη), ή με ΚΜnO4/H2SO4 (αποχρωματισμός από την 2-βουτανόλη). δ) 14,3 g.

E4.98. α) A: CH3CH2COOCH(CH3)CH2CH3, Β: προπανικό οξύ, Γ: 2-βουτανόλη, Δ: χλωροαιθάνιο, Ε: προπανονιτρίλιο, Ζ: βουτανόνη.

E4.99. A: 1-χλωροπροπάνιο, Β: προπένιο, Γ: πολυπροπυλένιο, Δ: 1-προπανόλη, Ε: 2-προπανόλη, Ζ: βουτανικό οξύ, Θ: 1,2-διβρωμοπροπάνιο, Κ: προπίνιο, Λ: CH3C≡CΝa.

E4.100. α) A: μεθανικός ισοπροπυλεστέρας, Β: μεθανικό νάτριο, Γ: 2-προπανόλη, Δ: 2-χλωροπροπάνιο, Ε: Grignard, Ζ: προπανόνη, Θ: 2,3-διμεθυλο-2-βουτένιο, Κ: 2,3-διμεθυλο-2-βουτανόλη.

E4.101. α) Α: 1-χλωρο-2-μεθυλοπροπάνιο. β) i. Θ: αιθανικός ισοπροπυλεστέρας, Κ: αιθανικό οξύ, Λ: 2-προπανόλη, ii. α = 1/3.

E4.102. α) Α: προπένιο, Β: 2-προπανόλη, Γ: προπανόνη, Δ: 2 χλωροπροπάνιο, Ε: 2-μεθυλοπροπανονιτρίλιο, Ζ: 2-μεθυλοπροπανικό οξύ, Κ: προπάνιο, Λ: μεθυλοπροπυλαμίνη. β) Β: (πολύ ασθενές) οξύ, Ζ: οξύ, Λ: βάση. γ) 0,2 mol 2-προπανόλης, 0,02 mol 1-προπανόλης (κανόνας Μarkovnikov).

E4.103. α) Α: 2-βουτένιο, Β: 2-χλωροβουτάνιο, Γ: 2-μεθυλοβουτανονιτρίλιο, Δ: 2-μεθυλοβουτανικό οξύ, Ε: 2-βουτανόλη, Ζ: βουτανόνη, K: 3,4-διμεθυλο-3-εξανόλη, Λ: CH3CH2CH(CH3)COOCH(CH3)CH2CH3.

M: CH3CH2CH(CH3)CH2NH2. β) Ν: 2-μεθυλο-2-προπανόλη, Ξ: 2-μεθυλο-2-βουτανόλη.

E4.104. α) Από τη στοιχειομετρία της αντίδρασης. β) Έστω πρωτοταγής. Από τη στοιχειομετρία της αντίδρασης βλέπουμε ότι απαιτούνται 400 mL διαλύματος KMnO4 για την οξείδωση προς το αντίστοιχο καρβοξυλικό οξύ. Επομένως, η αλκοόλη είναι δευτεροταγής (2-βουτανόλη). γ) Α: ακετυλένιο. δ) αιθέρας. ε) i. Εστεροποίηση, ii. αλογονοφορμική.

E4.105. Α: προπένιο, Β: 2-χλωροπροπάνιο, Γ: Grignard, Δ: αιθανάλη, Ε: ενδιάμεσο, Ζ: 3-μεθυλο-2-βουτανόλη, Η: μεθυλοπροπανικό νάτριο, Θ: αιθανικό νάτριο, Ι: 2-προπανόλη, Κ: μεθυλοπροπένιο, Λ: 2-μεθυλο-2-προπανόλη.

E4.106. α) i. A: 2-προπανόλη (κανόνας του Markovnikov), ii. βλ. θεωρία. β) i. Γ: 2-χλωροπροπάνιο, Δ: 2-μεθυλοπροπανονιτρίλιο, Ε: 2μεθυλοπροπανικό οξύ, Ζ: 2-μεθυλοπροπαναμίνη, Θ: προπανό-

384

νη, Κ: CH3CH2MgBr, Λ: 2-μεθυλο-2-βουτανόλη, ii. με επίδραση HCN, 2-μεθυλο-2-υδροξυπροπανικό οξύ. γ) 90,9 %w/w στο προϊόν A. E4.107. α) Π: 1-προπανόλη, Σ: προπανικό οξύ, Φ: 2-προπανόλη, Τ: CO2. γ) 2,24 L, 6 g.

E4.108. α) προπανάλη. β) 0,1 mol μεθανόλης, 0,25 mol προπανάλης.

E4.109. Α: μεθυλοπροπένιο, Β: 2-μεθυλο-2-προπανόλη, Γ: 2-μεθυλο-2-χλωροπροπάνιο, Δ: Grignard, Ε: φορμαλδεΰδη, Θ: 2,2-διμεθυλο-1-προπανόλη, Κ: 2,2-διμεθυλοπροπανάλη, Ξ: 2,2-διμεθυλοπροπανικό νάτριο, Ν: 2,2-διμεθυλοπροπανικό οξύ, Μ: 2,2-διμεθυλοπροπανονιτρίλιο.

E4.110. HCOOH και CH3CH2COOH. E4.111. α) L: 2-χλωροπροπάνιο. β) Α: 3-μεθυλο-1-βουτένιο, Β: 2-ιωδο-3-μεθυλοβουτάνιο, D: 2,3-διμεθυλο-1-βουτανόλη, Ε: 3-μεθυλο-1-βουτίνιο, F: μονονάτριο ακετυλενίδιο, Ζ: ακετυλένιο. γ) i. Σχηματισμός ιζήματος CuC≡CCu, ii. οξείδωση προς το αντίστοιχο καρβοξυλικό οξύ, iii. αλογονοφορμική αντίδραση (τρία στάδια και συνολική), iv. εστεροποίηση, v. σχηματισμός αλκανίου. δ) Ναι (το μίγμα αποχρωματίζει ακριβώς 300 mL διαλύματος).

E4.112. α) Η Α είναι οξύ καθώς διασπά το Na2CO3 , ενώ αποχρωματίζει διάλυμα KMnO4/H2SO4. Επομένως, θα είναι το ΗCOOH. H B είναι αλδεΰδη, επειδή ανάγει το αντιδραστήριο Fehling και καθώς σχηματίζει άλας το οποίο οξειδώνεται (ΗCOONa) θα είναι η ΗCΗ=Ο. Η ένωση Ε είναι επίσης αλδεΰδη, καθώς ανάγει το αντιδραστήριο Tollens και επειδή δίνει ίζημα όταν αντιδρά με I2/NaOH θα είναι η CH3CH=O. H ένωση Γ δίνει την αλογονοφορμική και επειδή δεν μπορεί να είναι κετόνη ούτε αλδεΰδη θα είναι αλκοόλη. Μάλιστα, επειδή η Γ με οξείδωση δίνει καρβοξυλικό οξύ θα είναι πρωτοταγής και επομένως θα είναι η CH3CH2OH. Άρα, η Δ θα είναι το CH3COOH. β) Βλέπε θεωρία.

E4.113. α) Χ: CO2, CHI3, β) Α: CH3OH, Β: CH3Cl, Γ: CH3MgCl, Δ: ΗCΗΟ, Ε: CH3CH2OH, Z: CH3CHO, H: CH3COOH, δ) CH3CN + 2H2O → CH3COOH + NH3, ε) προσθήκη HCN και υδρόλυση της κυανυδρίνης, στ) CH3C≡CNa + CH3Cl → CH3C≡CCH3 + NaCl, ζ) Κ: CH3COOCH2CH3, 0,2 mol.

E4.114. α) Α: αιθυλένιο (το μοναδικό αλκένιο που με προσθήκη νερού δίνει ως μοναδικό προϊόν πρωτοταγή αλκοόλη). β) i. 1/3, 0,25, ii. Μ: προπανικό οξύ, Ν: 2-βουτανόλη, Χ: CH3CH2COOCH(CH3)CH2CH3.

E4.115. 0,2 mol αιθανάλης και 0,4 mol αιθανόλης, 1 L. E4.116. α) ΗCOOCH(CH3)2, β) 800 mL. E4.117. α) Η ένωση Ε είναι αλδεΰδη που δίνει και την αλογονοφορμική αντίδραση (CH3CHO) και επομένως η Δ θα είναι η ένωση ΗCOONa. Άρα το οξύ Α είναι το HCOOH. β) B: CH3COOH, Γ: CH3CH2COOH, Ζ: CH3COONa, Θ: CH3CH(OH)CH3, Κ: (CH3)2CHONa, Μ: CH≡CH, Λ: CH3CH2COOCH(CH3)2, Ν: CH3CH=O. γ) Από τον όγκο του μίγματος προσδιορίζουμε ότι η ποσότητα των δύο συστατικών είναι από 0,1 mol. H ποσότητα του Br2 στο διάλυμα είναι 0,3 mol. Καθώς το αλκίνιο αποχρωματίζει 0,2 mol Br2, ο υδρογονάνθρακας X θα αποχρωματίζει 0,1 mol Βr2 και επομένως θα είναι αλκένιο (CνΗ2ν). Από τη μάζα του μίγματος προκύπτει: 26·0,1 + 14ν·0,1 = 5,4, ν = 2 (CH2=CH2).

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

E4.118. α) 0,2 mol, β) 3,4-διμεθυλο-3-εξανόλη.

E4.119. α) A: 2-χλωροπροπάνιο, Β: 2-μεθυλοπροπανονιτρίλιο, Γ: 2-μεθυλοπροπανικό οξύ, Ε: 3-μεθυλο-2-βουτανόλη, Ζ: ισοπροπυλομαγνησιοχλωρίδιο, Κ: 2-μεθυλο-1-προπανόλη, Θ: 2-μεθυλοπροπανάλη. β) Βλ. θεωρία. γ) CH3CH2CH2COΟΗ.

E4.120. i. 0,04 mol, ii. 2-βουτανόλη.

E4.121. α) Α: οξικός 2-μεθυλο-1-βουτυλεστέρας, Β: οξικό νάτριο, Γ: 2-μεθυλο-1-βουτανόλη, Δ: αιθανάλη, Ε: 2-προπανόλη, Ζ: 2-χλωροπροπάνιο, Θ: ισοπροπυλομαγνησιοχλωρίδιο, Κ: 3-μεθυλο-2-βουτανόλη, Λ: 2-μεθυλο-1-βουτένιο, Μ: 2-μεθυλο-2-βουτανόλη. β) Oι ενώσεις Β (λόγω υδρόλυσης του CH3COO−) και Θ (RMgX + H2O → RH + Mg(OH)X). γ) Δύο συνδυασμοί αντιδρώντων: CH3MgX + βουτανόνη ή CH3CH2MgX + προπανόνη).

E4.122. Α: CH3CH2C≡CH, B: CH3CH2C≡CNa, Γ:

CH3CH2C≡CCH2CH3, Δ: CH3CH2CΟCH2CH2CH3, Ε: CH3CH2CΗ(ΟΗ)CH2CH2CH3, Ζ: CH3CH2CΗ(ΟNa)CH2CH2CH3,

Ε4.123. α) Α: προπανικό οξύ, Β: 2-βουτανόλη, Γ: προπανικό νάτριο, Δ: προπανάλη, Ε: 1-προπανόλη, Κ: χλωροαιθάνιο. β) 7,4 g. γ) Με NaHCO3 (Na2CO3) ή με ΚΜnO4/H2SO4. δ) 0,02 mol ή 2,86 g Cu2O. Ε4.124. α) 6,8 g και 8,2 g, β) 10, γ) 4,5.

E4.125. α) Α: αιθίνιο, Β: αιθένιο, Γ: χλωροαιθάνιο, Δ: αιθανόλη, Ζ: 1-βουτίνιο, Κ: 3-εξίνιο, Λ: 3-εξανόνη, Μ: 2-αιθυλο-2υδροξυπεντανονιτρίλιο, Ν: 2-αιθυλο-2-υδροξυπεντανικό οξύ, Ξ: CH3CH2CH(CH3)OMgCl, Ρ: αιθανάλη, Σ: 2-βουτανόλη, Τ: 2-βουτανόνη, Φ: προπανικό νάτριο, Χ: προπανικός αιθυλεστέρας, Ψ: CH3CH2C≡CCu, Ω: 2-αιθυλο-2-υδροξυπεντανικός αιθυλεστέρας, β) i. Με SOCl2, ii. με NaOH/αλκοόλη, iii. με Η2/Ni. γ) Με μεταλλικό Na (η αιθανόλη ελευθερώνει αέριο Η2) ή με ΑgNO3/NH3 (η αιθανάλη σχηματίζει κάτοπτρο αργύρου).

E4.126. α) Μετατροπή Α: 18, Μετατροπή Β: 3, Μετατροπή Γ: 7, Μετατροπή Δ: 11, Μετατροπή Ε: 2, Μετατροπή Ζ: 12, Μετατροπή Θ: 11 και μετά 1, Μετατροπή Κ: 17 και μετά 10, Μετατροπή Λ: 5, 6 και μετά 10. β) CH3CH2CHO, αντιδραστήριο 4. γ) Αλογονοφορμική, δ) CH3CH2CH2CΟOH και 2-βουτανόλη.

E4.127. α) i. Ασθενές, ii. α = 0,3, Κa = 1,3·10−3. β) ii. Το σαλικυλικό οξύ είναι ασθενές, iii. 0,75 M, 10,35% w/v, iv. ερυθρό της κρεσόλης (η περιοχή αλλαγής χρώματος πρέπει να «περικλείει» το ισοδύναμο σημείο). γ) i. ii. Εστεροποίηση, iii. με καταλύτη οξύ (π.χ. H2SO4) και θέρμανση. δ) 1,8 g ακετυλοσαλικυλικού οξέος.

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΚΡΙΤΗΡΙΑ 1ο ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΟ ΚΡΙΤΗΡΙΟ Θέμα Α Α1. Α. Α2. Δ. Α3. Α. Α4. Α. Α5. α) Ομοιότητα: Δίνουν και οι δύο αντιδράσεις προσθήκης. Διαφορά: Ο δεσμός C=C είναι μη πολικός, ενώ ο δεσμός C=O είναι πολικός. β) Βλ. θεωρία. γ) Βλ. θεωρία. Θέμα Β Β1. α) Τα μέταλλα είναι ηλεκτροθετικά στοιχεία και στις ενώσεις τους παρουσιάζουν μόνο θετικούς αριθμούς οξείδωσης και επομένως μπορούν μόνο να οξειδωθούν. β) Κa(HA, 25οC) > Ka(HB, 35oC) > Ka(HB, 25oC) και επομένως το ΗΑ θα είναι ισχυρότερο οξύ από το ΗΒ. γ) Προκύπτει από τον τύπο των ρυθμιστικών διαλυμάτων. δ) Σύμφωνα με την αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg είναι αδύνατο να ξέρουμε με ακρίβεια την θέση και την ορμή ενός σωματιδίου. Σύμφωνα με τα πλανητικά μοντέλα (π.χ. του Bohr) γνωρίζουμε με ακρίβεια τόσο την ταχύτητα όσο και τη θέση (ακτίνα της κυκλικής τροχιάς) του ηλεκτρονίου. ε) Για x = 10: 2-βουτανόλη. Για x = 8: βουτανόνη. Β2. Α: CH2=CH2, B: CH3CH2OH, Γ: CH3CH2Cl, Δ: CH3CH2CN, E: H2O, Z: CH3CΗ2COOH, X: CO2, Θ: CH3CH2CH2NH3Cl, K: CH3CH2CH2NH2, Λ: CH3CΗ2COOCH2CH3. Θέμα Γ Γ1. α) α = 0,5, Kc = 0,2. β) Aύξηση όγκου, αύξηση της θερμοκρασίας: προς τα δεξιά. Η Kc αυξάνεται. γ) 4 L.

Γ2. A: βουτανόνη. Θέμα Δ Δ1. Διερεύνηση. Δ2. i. Ka = 10−5, ii. c = 0,2 Μ. Δ3. pH = 9. Δ4. α) Οι συγκεντρώσεις των δύο συστατικών (οι μεγαλύτερες συγκεντρώσεις αυξάνουν τη ρυθμιστική ικανότητα). β) Το pH του ρυθμιστικού διαλύματος να είναι όσο πιο κοντά στην τιμή του pKa (co όσο πιο κοντά στο cβ).

2ο ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΟ ΚΡΙΤΗΡΙΟ Θέμα Α Α1. Δ. Α2. Γ. Α3. Β. Α4. Α. Α5. Α. Θέμα Β Β1. α) Λ (+3). β) Σ. Tα άτομα C του διπλού δεσμού παρουσιάζουν υβριδισμό sp2. Tα δύο αυτά άτομα C και με ότι συνδέονται βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο (επίπεδη τριγωνική γεωμετρία). γ) Το H είναι λιγότερο ηλεκτροθετικό από τα μέταλλα, αλλά περισσότερο ηλεκτροθετικό από τα αμέταλλα. Β2. α) Αύξηση, β) μείωση, γ) μείωση, δ) ίδια. Β3. α) A: CH3CH2CH2OH. β) A → B: απόσπαση, Β → Γ: προσθήκη, Γ → Δ: όξινος χαρακτήρας, A → Ε: υποκατάσταση, Ε + Δ: υποκατάσταση. Θέμα Γ Γ1. υ = 0,01 Μ·min−1, υ(SO3) = 0,02 Μ·min−1, Kc = 100. Γ2. i. Προς τα αριστερά, ii. προς τα αριστερά, iii. προς τα δεξιά. Η Kc μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Γ3. S + 2H2SO4 → 3SO2 + 2H2O , 6,4 g. Θέμα Δ Δ1. 100 mL, c = 0,002 M. Δ2. Ka = 10−7.

385

ΧΗΜΕΙΑ Γ΄ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

Δ3. [Ba2+] = 10−3 M, [Cl−] = 10−3 M, [A−] = 10−3 M, [OH−] = 10−5 M, [H3O+] = 10−9 M. Δ4. i. V(NaOH) = 2V(Ba(OH)2) ii. V(NaOH) = 2V(Ba(OH)2).

3ο ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΟ ΚΡΙΤΗΡΙΟ Θέμα Α Α1. Βλ. θεωρία Α2. Β. Α3. Γ. Α4. Δ. Α5. Δ. Α6. Δ. Θέμα Β Β1. α) Σ. β) Λ. γ) Σ. δ) Σ. ε) Σ. Β2. α) Προς τα αριστερά, μείωση. β) Καμία μεταβολή. γ) Καμία μεταβολή. δ) Καμία μεταβολή. ε) Προς τα δεξιά, μείωση. Η Kc μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. Β3. α) Αφυδάτωση προς στυρόλιο, πολυμερισμός προς πολυστυρόλιο. β) Cl2/NaOH: αλογονοφορμική προς βενζοϊκό νάτριο και χλωροφόρμιο. γ) Εστεροποίηση. δ) Σχηματισμός αλκοξειδίου. Θέμα Γ Γ1. α) x = 2, β) (100/3)%. Γ2. α) 0,2 mol. β) Α: 2-βουτένιο. Θέμα Δ Δ1. Το Ν οξειδώνεται από +3 σε +5 και επίσης ανάγεται από +3 σε +2.

1 Δ(ΗΝΟ2 ] Δ(ΗΝΟ3 ] Δ2. υ   , υ(ΗΝΟ2) = 3υ(ΗΝΟ3).  3 Δt Δt Δ3. Κa = 3,75·10−4, ποσοστό ιοντισμού 2,5%. Δ4. [Η3Ο+]1 = 0,15 Μ, α = 2,5·10−3. Δ5. Η3Ο+] = 0,2 Μ.

4ο ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΟ ΚΡΙΤΗΡΙΟ Θέμα Α Α1. Δ. Α2. Β. Α3. Γ. Α4. Β. Α5. Α-ζ-1, Β-δ-5, Γ-β-4, Δ-ε-3, Ε-α-2, Ζ-η-6, Η-γ-7. Α6. Βλ. θεωρία. Θέμα Β Β1. 1. αυξάνεται, 2. μειώνεται, λόγω Ε.Κ.Ι., 3. καμία μεταβολή, 4. αύξηση, λόγω αύξησης της σταθεράς ιοντισμού. Β2. α) A: 2-προπανόλη, Β: αιθανικό νάτριο, Γ: αιθανάλη, Δ: μεθανικό νάτριο, Ε: 2-χλωροπροπάνιο, Ζ: Grignard, Θ: προπανόνη, Κ: 2,3-διμεθυλο-2-βουτανόλη, Μ: αιθανικό οξύ, Λ: εστέρας. β) Η ένωση Θ. Θέμα Γ Γ1. α) Οξειδοαναγωγική.

I2 + 10HNO3 → 2HIO3 + 10NO2 + 4H2O β) 7,62 g. γ) 0,5 L. Γ2. α) Μεθανικό οξύ και βουτανικό ή μεθυλοπροπανικό οξύ ή αιθανικό και προπανικό οξύ. β) Με το σχηματισμό θολώματος μετά από διοχέτευσή του σε ασβεστόνερο. Θέμα Δ Δ1. i. 150 mL, ii. 1/2. Δ2. pH = 11. Δ3. i. pH = 8, ii. 1 : 1000. Δ4. κόκκινη, pH = 4.

5ο ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΟ ΚΡΙΤΗΡΙΟ Θέμα Α Α1. α) Λ. Μπορούν να παρασκευαστούν μόνο πρωτοταγείς αμίνες του τύπου RCH2NH2. β) Λ. Ο δεσμός είναι τύπου σ και εμφανίζει μέγιστη ηλεκτρονιακή πυκνότητα στον άξονα του δεσμού.

386

γ) Σ. H Θερμοχημεία ασχολείται με τα ποσά θερμότητας που απορροφώνται ή εκλύονται κατά τις χημικές αντιδράσεις (εξώθερμες ή ενδόθερμες) με βάση τις ενθαλπίες τους (ΔΗ < 0 για τις εξώθερμες και ΔΗ > 0 για τις ενδόθερμες). δ) Σ. Και στις 2 περιπτώσεις, με βάση την αρχή Le Châtelier, η ισορροπία ιοντισμού του νερού πηγαίνει προς τα αριστερά και επομένως ο ιοντισμός του νερού μειώνεται. ε) Σ. Σε θερμοκρασία Τ1 η αντίδραση, Γ(g) Β(g) + Α(g) έχει Κc = 0,25 και ΔΗ > 0. Επομένως, με αύξηση της θερμοκρασίας η σταθερά Kc αυξάνεται, δηλαδή Kc2 > 0,25. Α2. Γ. Α3. Δ. Θέμα Β Β1. α) I2(s) + H2SO3(aq) + H2O(ℓ) → 2HI(aq) + H2SO4(aq) β) υ  

Δ[Η2 SO 3 ] 1 Δ[ΗI]  Δt 2 Δt

γ) Η συγκέντρωση των ιόντων Ι−, ΗSO4− και SO42− αυξάνονται λόγω αύξησης της συγκέντρωσης του HI και του Η2SO4 με την πάροδο του χρόνου, ενώ το pH του διαλύματος μειώνεται. καθώς τα παραγόμενα οξέα είναι ισχυρά. Β2. α) Α: C6H5MgBr, B: CH3CH=O, Γ: C6H5CH(OH)CH3, Δ: C6H5COONa, E: CHI3, Z: C6H5COOΗ. β) 2C6H5COOΗ + Na2CO3 → 2C6H5COOΝa + CO2 + H2O. γ) C6H5MgBr + Η2Ο → C6H6 + Mg(OH)Br. Θέμα Γ Γ1. α) Ι:A(g), ΙΙ:B(g), ΙΙΙ:Γ(g). Kc = 10. β) Εξώθερμη (προς τα δεξιά). Αρχή Le Châtelier. γ) V = (10/18 ≈ 0,55) L. Γ2. α) Α: 1-βουτένιο, Β: 2-χλωροβουτάνιο, Δ: 2-βουτανόλη, Ε: βουτανόνη, Θ: 3,4-διμεθυλο-3-εξανόλη, Ζ: CH3CH2COONa. β) i. Άλλοι 2 συνδυασμοί ii. Με Ι2/ΝaOH ή με διάλυμα KMnO4/H2SO4. Θέμα Δ Δ1. α) 1800 mL. β) 2/11 (= 0,182) mol. γ) 25 mL, 8,9·10−6 Μ. Δ2. 84,8% w/w.

6ο ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΟ ΚΡΙΤΗΡΙΟ Θέμα Α Α1. α) Λ (αυξάνεται, λόγω σταδιακής μείωσης των ιόντων Η3Ο+). β) Λ (έχει μονάδες Μ−3). γ) Λ (είναι ισοηλεκτρονιακά και το μικρότερο μέγεθος έχει το σωματίδιο με το μικρότερο Ζ, δηλαδή το Ο2−). δ) Σ. ε) Σ. Α2. Β. Α3. Β. Α4. Α. Α5. Γ < Β < Α < Δ. Α6. Βλ. θεωρία. Θέμα Β Β1. α) K2Cr2O7 + 14HΒr → 3Br2 + 2CrBr3 + 2KBr + 7Η2Ο. β) Ως αναγωγικό. Η πρόταση είναι λανθασμένη, καθώς από τα 14 άτομα Br μόνο τα 6 οξειδώνονται. Β2. α) Γ < Β < Δ < Α. β) Στο Δ ο βαθμός ιοντισμού είναι μικρότερος, λόγω Ε.Κ.Ι. γ) Το pH των διαλυμάτων Γ και Β αυξάνεται, το pH του Α μειώνεται και το pH του Δ μένει σταθερό (ρυθμιστικό διάλυμα). Β3. Α: προπάνιο, B: 2,2-διβρωμοπροπάνιο, Γ: προπίνιο. β) Χ: Η2/Νi, Υ: ΗCl, Z: H2O/Hg/HgSO4/H2SO4. Δ: προπένιο, Ζ: 2χλωροπροπάνιο, Θ: Grignard, E: προπανόνη (ακετόνη). Υπάρχει και άλλη λύση (!). Θέμα Γ Γ1. x = 3. Γ2. α) 1,5 mol A(g), 0,5 mol Δ(g), 0,5 mol E(g), 1,5 mol Z(g). β) Κc1 = 2/9.

ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ

Γ3. α) ΗCOOCH(CH3)2. Θέμα Δ Δ1. α) [Η3Ο+] = 3·10−5. β) c = 0,4 M. γ) Κa = 10−5. Δ2. Κa = 2·10−5. Δ3. 40 mL.

7ο ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΟ ΚΡΙΤΗΡΙΟ Θέμα Α Α1. α) Σ. β) Λ. γ) Σ. δ) Σ. ε) Σ. Α2. Α. Α3. Α. Α4. Α. Α5. Γ. Α6. α) Ομοιότητες: 1) Και οι δύο χρησιμοποιούν την κβαντομηχανική για την περιγραφή του χημικού δεσμού. 2) Και οι δύο θεωρίες χρησιμοποιούν ατομικά τροχιακά των ατόμων που σχηματίζουν το δεσμό. Διαφορά: Στη θεωρία δεσμού σθένους πραγματοποιείται επικάλυψη ατομικών τροχιακών, ενώ στη θεωρία μοριακών τροχιακών συνδυάζονται ατομικά τροχιακά προς παραγωγή μοριακών τροχιακών, δεσμικών και αντιδεσμικών. Θέμα Β Β1. t1: Αύξηση θερμοκρασίας, t2: Αφαίρεση ποσότητας του CO, t3: αύξηση του όγκου του δοχείου (μείωση της πίεσης). Αρχή Le Châtelier (διατύπωση). Β2. α) Από την αντίδραση της εξουδετέρωσης, HA + MOH → MA + H2O, με βάση του στοιχειομετρικούς υπολογισμούς, προκύπτει ότι τελικά έχουμε το σύστημα ΗΑ/ΜΑ. Aν το ΗΑ ισχυρό, το pH θα καθοριζόταν από την περίσσεια του ΗΑ και άρα θα ήταν όξινο (δεν ισχύει). Επομένως, ΗΑ ασθενές οξύ (σχηματισμός ρυθμιστικού διαλύματος). β) i. Θα αυξηθεί ii. θα μείνει σταθερό, iii. θα αυξηθούν (η [ΟΗ−] θα μείνει σταθερή, αλλά θα έχουμε αύξηση όγκου του διαλύματος). Β3. α) Σχηματισμός C6H5CH=CH2. β) Σχηματισμός −ΟNa. γ) Μετατροπή σε κετόνη. δ) Εστεροποίηση. Θέμα Γ Γ1. 0,95 g. Γ2. β) αιθανικό οξύ και 1-προπανόλη ή 2-προπανόλη. Α: CH3COOCH2CH2CH3 ή CH3COOCH(CH3)2. γ) Κc = 1/4. Θέμα Δ Δ1. ΗΑ ισχυρό, ΗΒ ασθενές. Δ2. α) 600 mL, β) 500 mL. Δ3. 99%. Δ4. 1) Τη σταθερά ιοντισμού Κa του ΗΧ (από το pH στο μέσο της ογκομέτρησης).

2) Τον όγκο που απαιτείται μέχρι την εξουδετέρωση (ισοδύναμο σημείο) και επομένως να υπολογίσουμε τη συγκέντρωση του διαλύματος του ΗΧ.

8ο ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΟ ΚΡΙΤΗΡΙΟ Θέμα Α Α1. α) Σ. β) Σ. γ) Σ. δ) Λ. ε) Σ. Α2. Δ. Α3. Β. Α4. Γ. Α5. Δ. Α6. Δ. Θέμα Β Β1. α) Λ (η συγκέντρωση του Α μηδενίζεται). β) Λ. Μειώνονται και οι δύο. γ) Μειώνεται, γιατί μειώνεται ο συνολικός αριθμός mol. Β2. α) α = 1 ή 2. β) i. προς τα αριστερά, θα μείνει σταθερή, ii. προς τα δεξιά, θα αυξηθεί.

Β3. α) Α: 3η περίοδος, 1η ομάδα, s τομέας, Β: 3η περίοδος, 2η ομάδα, s τομέας, Γ: 3η περίοδος, 13η ομάδα, p τομέας, Δ: 3η περίοδος, 14η ομάδα, p τομέας. β) Αντίστοιχα 1, 0, 1, 2 ασύζευκτα ηλεκτρόνια. γ) Βασικά οξείδια, υψηλά σημεία βρασμού. Β4. α) 1,1-διβρωμοβουτάνιο (II), 1-βουτίνιο (V), 1-βουτένιο (I), 2-βουτανόλη (IV), 2-βουτανόνη (III). β) Βουτανόνη (III). Θέμα Γ Γ1. VA/VB = 3/7. Γ2. α) Α: 2-βρωμοπροπάνιο, Β: 1-βρωμοπροπάνιο, Γ: προπάνιο. 0,2 mol. β) Δ: αιθανάλη, Ε: 3-μεθυλο-2-βουτανόλη, Ζ: 2-πεντανόλη. γ) 90%. Θέμα Δ Δ1. ii. ΗΑ > ΗΒ. Δ2. 100,5, 101,5. Δ3. V1/V2 = 9, [B−] = 9·10−6 Μ, [Γ−] = 10−3 Μ, [ΟΗ−] = 10−11 Μ, [Η3Ο+] = 10−3 Μ. Δ4. i. Με το μπλε της θυμόλης. ii. 1) Μικρότερος όγκος πρότυπου μέχρι το τελικό σημείο, 2) όχι απότομη μεταβολή του pH.

9ο ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΟ ΚΡΙΤΗΡΙΟ Θέμα Α Α1. α) Σ. β) Σ. γ) Σ. δ) Σ. ε) Λ. Α2. Δ. Α3. Β. Α4. Α. Α5. A. Α6. A. Θέμα Β Β1. α) Z = 12 και Ζ = 15. β) Χ: 2η ομάδα, 3η περίοδος, Υ: 15η ομάδα, 3η περίοδος. γ) Ατομικές ακτίνες: Χ > Υ, ενέργειες ιοντισμού: Χ < Υ. Β2. α) pH = 7. β) Ουδέτερο. γ) i. Ουδέτερο. ii. Θα μειωθεί. Β3. α) β) C1: sp2, C2: sp3, C3: sp3. γ) H αιθανάλη. δ) Θέμα Γ Γ1. α) Δεν ισχύει ο νόμος της χημικής ισορροπίας, α = β = 0,3 mol. β) 0,2 mol εστέρα, α = 2/3. γ) λ = 0,96 mol. δ) 1) Με προσθήκη επιπλέον ποσότητας του οξέος ή της αλκοόλης, 2) με απομάκρυνση ποσότητας του σχηματιζομένου εστέρα ή του νερού. Γ2. α) Στα (14ν + 18) g της ένωσης περιέχονται 12ν g C και στα 100 g της ένωσης περιέχονται 60 g C (αναλογία). Τρία ισομερή: 1-προπανόλη, 2-προπανόλη, αιθυλομεθυλαιθέρας. Ο αιθέρας δεν παράγει αέριο με κατεργασία με μεταλλικό Na. Από τις δύο αλκοόλες, μόνο η 2-προπανόλη αντιδρά Ι2/ΝaOH παράγοντας κίτρινο ίζημα. β) 2-προπανόλη, αιθυλομεθυλαιθέρας. Θέμα Δ Δ1. V = 40 mL νερού. Δ2. pH = 8. Δ3. 800 mL. Δ4. α) Kb(B) = Κa(CH3COOH). β) 1. Οι συγκεντρώσεις του πρότυπου και του ογκομετρούμενου διαλύματος και 2. Οι τιμές των σταθερών ιοντισμού του ασθενούς οξέος και της ασθενούς βάσης (πολύ μικρές τιμές κάνουν δυσχερή τον προσδιορισμό του ισοδύναμου σημείου).

387

ΧΗΜΕΙΑ Γ΄ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΕΥΧΟΣ Γ2

10ο ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΟ ΚΡΙΤΗΡΙΟ Θέμα Α Α1. Β. Α2. Β. Α3. Γ. Α4. Β. Α5. α) Σ, β) Σ, γ) Λ, δ) Σ, ε) Σ. Θέμα Β Β1. Συμπληρώνουμε τον πίνακα της αντίδρασης από t = 0 μέχρι t1, παίρνουμε τον ορισμό της ταχύτητας της αντίδρασης και την καταστατική εξίσωση για t = 0. Β2. α) Ζmin = 29 (εξαίρεση). β) 11η ομάδα, 4η περίοδος, d τομέας. γ) 6. Β3. α) 1. Αντιδραστήριο Tollens (AgNO3/NH3), 2. ΗCN, 3. ΗCl (διπλή προσθήκη). β) Εξουδετέρωση, ελευθέρωση CO2, εστεροποίηση, εξουδετέρωση της −ΝΗ2. Θέμα Γ Γ1. α) Από τον όγκο του Η2 υπολογίζουμε 3·10−2 mol Fe, που αντιστοιχεί σε μάζα 1,68 g. Η μάζα του Ag είναι 6 − 1,68 = 4,32 g. β) Από τη στοιχειομετρία της αντίδρασης του FeSO4 με το διάλυμα K2Cr2O7/H2SO4 υπολογίζουμε 5·10−3 mol K2Cr2O7 και επομένως ο όγκος του διαλύματος είναι 25 mL. Γ2. α) Θ: (CH3)3C−O−CH2CH(CH3)2. β) X: CH≡CH, 0,2 mol, B: 0,4 mol. Γ3. Κc = 4. Θέμα Δ Δ1. 1 : 99. Δ2. pH = 4. Δ3. [H3O+] = 2,5·10−5, Ka(HA) = 3,75·10−5. Δ4. Για το αρχικό διάλυμα αποδεικνύουμε τη σχέση: Ka = α·c2 (όπου c2 η αρχική συγκέντρωση του ΗCl) και για το αραιωμένο ρυθμιστικό τη σχέση: Ka = α΄·(c2/λ). Από τις σχέσεις αυτές προκύπτει η ζητούμενη. ΠΑΝΕΛΛΗΝΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2016 – ΝΕΑ ΥΛΗ Θέμα Α Α1. Γ. Α2. Δ. Α3. Γ. Α4. Α.

A5. α) Σ. β) Λ.. γ) Λ. δ) Λ. ε) Σ. Θέμα Β Β1. α) 2NH3 + 3CuO → Ν2 + 3Cu + 3H2O β) 5CH3CH(OH)CH3 + 2KMnO4 + 3H2SO4 → 5CH3COCH3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O Β2. α) Θα μειωθεί η ποσότητα της NH3 και θα μειωθεί η τιμή της Kc (η ισορροπία πηγαίνει προς τα αριστερά, λόγω αρχής Le Châtelier). β) Όταν αυξηθεί ο όγκος του δοχείου υπό σταθερή θερμοκρασία, η ισορροπία πηγαίνει προς τα αριστερά, σύμφωνα με την αρχή Le Châtelier και επομένως η ποσότητα της ΝΗ3

388

μειώνεται. Η τιμή της Kc δεν αλλάζει, γιατί εξαρτάται μόνο από τη θερμοκρασία. Β3. α) Η περιοχή αλλαγής χρώματος του δείκτη είναι: pKa(HΔ) – 1, pKa(HΔ) + 1, δηλαδή 4 - 6. Το διάλυμα HCl 0,1 M θα έχει pH = 1, λόγω πλήρους ιοντισμού του HCl. Έτσι, το διάλυμα θα αποκτήσει το όξινο χρώμα του δείκτη, δηλαδή κόκκινο. β) Με την προσθήκη του διαλύματος NaOH το pH αυξάνεται. Μέχρι να αποκτήσει την τιμή pH = 4, το χρώμα του διαλύματος θα παραμείνει κόκκινο. Στη συνέχεια, με τη συνεχή προσθήκη NaOH, θα επέλθει βαθμιαία χρωματική αλλαγή από κόκκινο σε κίτρινο (pH = 6, βασικό χρώμα). Στη συνέχεια, το χρώμα θα παραμείνει κίτρινο, όση ποσότητα NaOH και να προσθέσουμε. Β4. α) 11Na: 1η ομάδα, 3η περίοδος, s τομέας, 17Cl: 17η ομάδα, 3η περίοδος, p τομέας, 19K: 1η ομάδα, 4η περίοδος, s τομέας, β) H ατομική ακτίνα αυξάνεται προς τα αριστερά και προς τα κάτω στον περιοδικό πίνακα. Έτσι: < r(Cl) < r(Na) < r(Κ). Θέμα Γ Γ1. A: CH3CH2OH, B: CH3CH2COONa, Γ: CH2=CH2, Δ: ClCH2CH2Cl, E: CH≡CH, Z: CH3CHO, H: CH3COONH4, Θ: CH3CH2Cl, I: CH3CH2CN, K: CH3CH2COOH, Λ: CH3CH2CΗ2NΗ2, Μ: (CH3CH2COO)CH3CH2CΗ2NΗ3.

CνΗ2νΟ2: CH3CH2COOCH2CH3. Γ2. α) νCH2=CH−CH=CH2 → (−CH2CH=CHCH2−)ν β) νCH2=CHCN → (−CH2−CH−)ν CN Γ3. α) CH2=CHCH3 και CH3CH2CH3. β) Από 0,1 mol το καθένα. Θέμα Δ Δ1. α) α = 0,01. β) Κb(NH3) = 10−5, Κb(CH3NH2) = 4·10−4. γ) Ισχυρότερη βάση είναι η CH3NH2, γιατί έχει μεγαλύτερη Κb, στην ίδια θερμοκρασία. Δ2. Mετά την αντίδραση της εξουδετέρωσης, έχουμε: c(ΝΗ3) = 0,01 Μ (βάση) και c(NH4Cl) = 0,01 Μ (οξύ). Τελικά, pH = 9. Δ3. pH = 6. Δ4. Απομένει HCOOΝΗ4 και ισχύει: Κb(HCOO−) > Ka(NH4+) Επομένως: pH όξινο.

ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΒΑΘΜΟΛΟΓΙΑΣ ΑΠΑΝΤΗΣΕΩΝ ΧΗΜΕΙΑΣ 2016 ΝΕΟΥ ΤΥΠΟΥ

Α

Α1:γ, Α2:δ, Α3:γ, Α4:α Α5 α:Σ β:Λ γ:Λ δ:Λ ε:Σ α) 2ΝΗ3 + 3CuO → N2 + 3Cu + 3H2O

Β1 β) 5CH CH(OH)CH + 2KMnO + 3H SO →5 CH COCH + 2MnSO + K SO 3 3 4 2 4 3 3 4 2 4 + 8H2O

Β2

Β3

Β4

Γ1

α) Αύξηση θερμοκρασίας ισορροπία προς την ενδόθερμη κατεύθυνση, δηλαδή προς τα αριστερά, δηλαδή ποσότητα ΝΗ3 και η Kc ελαττώνονται. β) Αύξηση όγκου συνεπάγεται ελάττωση πίεσης, η ισορροπία προς τα περισσότερα mol άρα η ποσότητα της ΝΗ3 ελαττώνεται αλλά η Kc παραμένει σταθερή διότι αυτή εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Το χρώμα της όξινης μορφής του δείκτη επικρατεί όταν pH < pKa – 1 οπότε το διάλυμα αποκτά κόκκινο χρώμα σε διαλύματα με pH<4. Το χρώμα της βασικής μορφής του δείκτη επικρατεί όταν pH > pKa + 1 οπότε το διάλυμα αποκτά κίτρινο χρώμα σε διαλύματα με pH>6. + α) [HCl]=0,1M συνεπάγεται [Η3O ]=0,1Μ διότι το HCl είναι ισχυρός ηλεκτρολύτης. Άρα pH=1. Το διάλυμα θα αποκτήσει κόκκινο χρώμα διότι pH<4. β) Με προσθήκη διαλύματος NaOH έχουμε αύξηση του pH. Το διάλυμα HCl έχει αρχικά κόκκινο χρώμα. Όταν το pH λάβει τιμή μεταξύ 4 και 6 αποκτά ενδιάμεσο χρώμα. Όταν το pH του διαλύματος γίνει μεγαλύτερο από 6 τότε το χρώμα του διαλύματος θα γίνει κίτρινο.

2 2 6 1 η η α) 11Na: 1s 2s 2p 3s 3 περίοδος, s τομέας, 1 ομάδα 2 2 6 2 5 η η 17Cl: 1s 2s 2p 3s 3p 3 περίοδος, p τομέας, VIΙΑ ή 17 ομάδα 2 2 6 2 6 1 η 4 περίοδος, s τομέας, ΙΑ ή 1η ομάδα 19K: 1s 2s 2p 3s 3p 4s β) Η ατομική ακτίνα κατά μήκος μίας περιόδου ελαττώνεται από αριστερά προς τα δεξιά διότι αυξάνεται το δραστικό πυρηνικό φορτίο, οπότε αυξάνεται η έλξη πυρήνα και ηλεκτρονίων εξωτερικής στιβάδας. Το Na και το Cl βρίσκονται στην η η ίδια περίοδο, αλλά το χλώριο βρίσκεται στην 17 ομάδα, ενώ το νάτριο στην 1 , οπότε r(Cl)< r(Na). Η ατονική ακτίνα των στοιχείων της ίδιας ομάδας του περιοδικού πίνακα αυξάνεται από πάνω προς τα κάτω, διότι κάθε αύξηση περιόδου συνεπάγεται προσθήκη στοιβάδας. Το Na και το Κ βρίσκονται στην ίδια ομάδα του περιοδικού πίνακα και το Κ έχει μια επιπλέον περίοδο, άρα και μεγαλύτερη ατομική ακτίνα. r(Na)<r(K). Από τις δύο αυτές σχέσεις προκύπτει r(Cl)< r(Na)<r(K) Α: CH3CH2OH B: CH3CH2COONa, Γ: CH2=CH2 Δ: ClCH2CH2Cl E: CH≡CH, Z: CH3CHO H: CH3COONH4 Θ: CH3CH2Cl I: CH3CH2CN K: CH3CH2COOH Λ: CH3CH2CH2NH2 M: CH3CH2COO(CH3CH2CH2NH3) CνΗ2νΟ2: CH3CH2COOCH2CH3 α) νCH2=CH-CH=CH2→(-CH2-CH=CH-CH2-)ν

5+5+5+5+5 Προϊόντα: 1 Συντελ οξειδ-αναγ: 1 Λοιποί συντελ: 1 Προϊόντα: 1 Συντελ οξειδ-αναγ: 1 Λοιποί συντελ: 1 Απαντήσεις 1+1, αιτιολ 2

25

6

8 Απαντήσεις 1+1, αιτιολ 2

Κόκκινο (απλή αναφορά): 1 Αιτιολόγηση κόκκινου 2

5

Αιτιολόγηση μετατροπής σε κίτρινο: 2

1+1+1=3 6 Ταξινόμηση 1, αιτιολόγηση 2

13

13

2+2=4

4

Γ2 β) C3H4 Mr=40 8/40=0,2mol C3H4

Γ3

6,72/22,4=0,3mol H2

C3H4 + H2 → C3H6 0,2 0,3 0 (αρχικά mol) 0,2 0,2 → 0,2 (mol που αντιδρούν και παράγονται) 0 0,1 0,2 (τελικά mol) Στη συνέχεια έχουμε

C3H6 + H2 → C3H8 0,2 0,1 0 (αρχικά mol) 0,1 0,1 → 0,1 (mol που αντιδρούν και παράγονται) 0,1 0 0,1 (τελικά mol) Άρα τελικά έχουμε 0,1 mol C3H6 και 0,1 mol C3H8 α) CH3CH=CH2 CH3CH2CH3

β) Υπολογισμός mol C3H4 και H2 1 Χημικές εξισώσεις 2 Υπολογισμ (πινακάκια) 3

α) Συντακτικοί τύποι 2

8

α) pH=11 [OH ] =aC

-

+

Δ1

-3

pOH=3 [OH ] = 10 mol/L -3 -2 a= [OH ]/C =10 /0,1 = 10

α: 2

-

β) ΝΗ3 + Η2Ο ⇌ ΝΗ4 + OH -3 -3 -3 10 10 (mol/L σε ισορροπία) 0,1-10 + -3 -5 Κb=[NH4 ][OH ]/[NH3]= 10 /0,1=10 2

.

2.

β: 2+2

-4

Για την αμίνη έχουμε: Κb= aC = 0,02 1=4 10 Διότι βαθμός ιοντισμού 2% συνεπάγεται α=0,02

Δ2

γ: 2

γ) Ισχυρότερη βάση η αμίνη διότι έχει μεγαλύτερη σταθερά ιοντισμού .

0,1 0,2 = 0,02 mol ΝΗ3 άρα 0,02Μ ΝΗ3 (βάση) .

0,05 0,2=0,01 mol HCl άρα 0,01Μ HCl διότι ο όγκος είναι 1L. + NH3 + HCl → NH4 + Cl 0,02 0,01 0,01 (αρχικά mol/L) 0,01 0,01 → 0,01 (mol/L που αντιδρούν και παράγονται) 0,01 0 0,01 (τελικά mol/L) + [ΝΗ3] = 0,01Μ (βάση) [NH4 ] = 0,01Μ (οξύ) Τύπος Henderson: -14 -5 pH=pKa+log(Cβασ/Cοξ) = -log(10 /10 ) + log(0,01/0,01) = 9

Δ3

Ή αντί εφαρμογής τύπου: + ΝΗ3 + Η2Ο ⇌ ΝΗ4 + OH 0,01 0,01 0 (αρχικά mol/L) 0,01-x 0.01+x x (τελικά mol/L) ……………… ………….. ………. κτλ ……………… κτλ .

1 0,01 = 0,01mol CH3ΝΗ2 .

0,05 0,2 = 0,01 mol HCl + CH3ΝΗ2 + HCl → CH3ΝΗ3 + Cl + Γίνεται πλήρης εξουδετέρωση και παράγονται 0,01mol CH3ΝΗ3 + 0,01mol/0,25L = 0,04M CH3ΝΗ3 +

CH3ΝΗ3 + Η2Ο ⇌ 0,04 – x

+

CH3ΝΗ2 + Η3O x x (mol/L σε ισοροπία)

Kw/Kb = ([CH3ΝΗ2].[ Η3O ])/[ CH3ΝΗ3 ] 10 /4 10 = x /(0,04-x) -14 .

-4 2 ή 10 /4 10 = x /0,04 διότι ισχύουν οι γνωστές προσεγγίσεις -6 + Άρα χ = 10 = [Η3O ] pH= 6 .

0,1 0,1 = 0,01mol ΝΗ3 .

0,1 0,1 = 0,01mol HCOOH + HCOOH + ΝΗ3 → HCOO + ΝΗ4 Γίνεται πλήρης εξουδετέρωση και το τελικό διάλυμα περιέχει σε ίσες ποσότητες + σε mol τη βάση HCOO και το οξύ ΝΗ4 -14 -4 -10 Για το HCOO έχουμε Kb = Kw/Ka = 10 /10 = 10 + -14 -5 -9 Και για το ΝΗ4 έχουμε Ka= Kw/Kb = 10 /10 = 10 + Επειδή Ka > Kb θα είναι [Η3O ] > [OH ] Άρα το διάλυμα είναι όξινο. +

Δ4

+

8

-14

.

-4

2

εύρεση mol 1 εξουδετέρωση και εύρεση τελικών mol 2 εύρεση συγκεντρ 1 Εφαρμογή τύπου Henderson και σωστή αντικατάσταση 2 Τελική τιμή 1(αριθμητικό λάθος -0,5)

7

Ή αντί εφαρμογής τύπου: (διάσταση, πίνακας, επίδραση κοινού ιόντος 2 Τελική τιμή 1(αριθμητικό λάθος -0,5)) Εύρεση mol 1 Εξουδετέρωση, εύρεση τελικών mol και συγκεντρ 1,5 Ιοντισνός πινακάκι 1,5 Τύπος και αντικατάσταση 1,5 Τελικό αποτέλεσμα 0,5

6

Ή Μέχρι ιοντισμό χωρίς πινακάκι το μισό και η συνέχεια το υπόλοιπο

2+2=4 4

ΙΑ

1 1H 1s1

12Mg [Ne]3s2

[He]2s22p2

6C

[Ne]3s23p2

14Si

[He]2s22p4

8O

13Al

[He]2s22p1

5B

13

ΙΙΙA

[Ne]3s23p2 [Xe]6s1

14Si

[He]2s22p2

6C

14

ΙVA

[Ar]3d10 4s24p3

[Ne]3s23p3 [Xe]6s1

15P

[He]2s22p3

7N

15

VA

[Kr]4d10 5s25p4

[Ar]3d10 4s24p4

[Ne]3s23p4 [Xe]6s1

16S

[He]2s22p4

8O

16

VIA

[Xe]4f14 5d106s26p5

[Kr]4d10 5s25p5

[Ar]3d10 4s24p5

[Ne]3s23p5 [Xe]6s1

17Cl

[He]2s22p5 [Xe]6s1

9F

17

VIIA

[Xe]4f14 5d106s26p6

[Kr]4d10 5s25p6

[Ar]3d10 4s24p6

[Ne]3s23p6 [Xe]6s1

18Αr

[He]2s22p6

10Νe

[Ne]3s1

11Na

[He]2s1

20Ca

[Ne]3s2

12Mg

[He]2s2

39Y

[Ar]3d14s2 [Ar]6s1

21Sc

3

ΙΙΙB

[Kr]4d25s2

40Zr

[Ar]3d24s2 [Xe]6s1

22Ti

4

ΙVB

[Kr]4d45s1

41Nb

[Ar]3d34s2

23V

5

VB

[Kr]4d55s1

42Mo

[Ar]3d54s1

24Cr

6

VIB

75Re

[Kr]4d65s1 [Xe]6s1

43Tc

[Ar]3d54s2 [Xe]6s1

25Mn

7

VIIB

[Xe]4f145d66s2

76Os

[Kr]4d75s1

44Ru

[Ar]3d64s2

26Fe

8

[Kr]4d85s1

45Rh

[Ar]3d74s2 [Xe]6s1

27Co

9

[Kr]4d10

46Pd

[Ar]3d84s2 [Xe]6s1

28Ni

10

[Ar]3d104s1 [Xe]6s1

29Cu

11

ΙB

[Ar]3d104s2

30Zn

12

ΙIB

38Sr

[Ar] 4s2 [Xe]6s1

[Kr]4d15s2 [Xe]6s1

[Xe]4f14 5d56s2

49In

50Sn

82Pb

51Sb

52Te

84Po

100Fm

[Rn]5f137s2

101Md

[Rn]5f147s2

102No

[Rn]5f14 6d17s2

103Lr

83Bi

99Es

[Rn]5f127s2

81Tl

98Cf

[Rn]5f117s2

80Hg

97Bk

[Rn]5f107s2

116Lv

96Cm

[Rn]5f76d1 7s2

114Fl

95Am

[Rn]5f76d17s2

79Au

48Cd

[Kr]5s2 [Xe]6s1

[Xe]4f14 5d46s2

107Bh

47Ag

[Kr]5s1

72Hf [Xe]4f14 5d36s2

106Sg

94Pu

[Rn]5f77s2

78Pt

57La [Xe]4f14 5d26s2

105Ha

93Np

[Rn]5f67s2

77Ir

[Xe]5d16s2

104Rf

92U

[Rn]5f46d1 7s2

[Rn]5f146d27s2 [Rn]5f14 6d37s2

91Pa

[Rn]5f36d1 7s2

74W

56Ba

89Ac

73Ta

55Cs [Xe]6s2

[Rn]6d17s2

19K

35Br

[Ne]3s23p1 [Xe]6s1

[Ar]3d10 4s24p2

[Kr]4d10 5s25p3

[Xe]4f14 5d106s26p4

[Xe]6s1

[Rn]7s2

88Ra

[Ar]4s1

[Ar]3d10 4s24p5

[Ar]3d10 4s24p1

[Kr]4d10 5s25p2

[Xe]4f14 5d106s26p3

υγρά

[Kr]4d10 5s25p1

[Xe]4f14 5d106s26p2

αέρια

[Kr]4d10 5s2

[Xe]4f14 5d106s26p1

71Lu

aμέταλλα μεταλλοειδή

[Kr]4d10 5s1

[Xe]4f14 5d106s2

70Yb

[Xe]4f145d1 6s2

μέταλλα

[Xe]4f14 5d106s1

112Cn

69Tm

[Xe] 4f14 6s2

[Rn]7s1

37Rb

VIIIA

[Xe]4f14 5d96s1

111Rg

68Er

[Xe]4f136s2

18

ΙΙΑ

[Xe]4f14 5d76s2

110Ds

67Ho

[Xe] 4f126s2

90Th

[Rn]5f26d17s2

53I

85At

86Rn

54Xe

36Kr

1s2

2He

2

109Mt

66Dy

[Xe]4f116s2

Στοιχεία μετάπτωσης

108Hs

[Rn]5f146d77s2

65Tb

[Xe]4f106s2

4Be

[Rn]5f14 6d67s2

64Gd

[Xe]4f96s2

87Fr

3Li

[Xe]5f146d57s2

63Eu

[Xe]4f75d16s2

VIIIB

[Xe]5f146d47s2

62Sm

[Xe]4f76s2

[Rn]6d27s2

35Br

61Pm

[Xe]4f66s2

34Se

60Nd

[Xe]4f56s2

33As

59Pr

[Xe]4f46s2

32Ge

58Ce

[Xe]4f36s2

31Ga

[Xe]4f15d16s2

Λανθανίδες Ακτινίδες

ΠΙΝΑΚΑΣ ΣΧΕΤΙΚΩΝ ΑΤΟΜΙΚΩΝ ΜΑΖΩΝ

Άζωτο Άνθρακας Αργίλιο Άργυρος Ασβέστιο Βάριο Βρώμιο Θείο Ιώδιο Κάλιο Κασσίτερος Κοβάλτιο Μαγγάνιο Μαγνήσιο Μόλυβδος Νάτριο Νικέλιο Οξυγόνο Πυρίτιο Σίδηρος Υδράργυρος Υδρογόνο Φθόριο Φωσφόρος Χαλκός Χλώριο Χρώμιο Ψευδάργυρος

14 12 27 108 40 137 80 32 127 39 119 59 55 24 207 23 59 16 28 56 200 1 19 31 63,5 35,5 52 65

h t t p : // c h e m i s t r y t o p i c s . x y z