זיוה בר-דבcms.education.gov.il/.../165739/nituach3.docx · web viewהנימוק:...

מדינת ישראלמשרד החינוך

המזכירות הפדגוגיתאגף מדעים

הפיקוח על הוראת הכימיה

ניתוח התוצאות של בחינת הבגרות בכימיה יחידות לימוד3

תשע"ב37303שאלון בוגרי הקורסים למורים מוביליםהוכן על-ידי:

במסגרת המרכז הארצי למורי הכימיה

זיוה בר-דבבראשות:חני אלישעצוות הכתיבה:

אסתר ברקוביץידידה גוטליבמוחמד גרה

קלודיה סאדראלה פרוטקין-זילברמן

מיכאל קויפמןעדינה שינפלד

נאוה תמם

מכון ויצמן למדע: ד"ר רחל ממלוק-נעמןיעוץ מדעי ופדגוגי: ד"ר דורית טייטלבאום, מפמ"רמשרד החינוך:

כימיה

2013ינואר

ניתוח התוצאות של בחינת הבגרות בכימיה תשע"ב37303שאלון

ניתוח התוצאות של בחינת הבגרות נעשה השנה על ידי מספר מורים מנוסים, בעלי ניסיון רב בהכנה ובהגשה לבגרות, בוגרי הקורסים למורים מובילים. הקורסים התקיימו במרכז הארצי

למורי הכימיה, המחלקה להוראת המדעים, במכון ויצמן למדע.

החומר מופיע באתר המרכז הארצי למורי הכימיה, מכון ויצמן למדע:http://stwww.weizmann.ac.il/chemcenter

ובאתר המפמ"ר:http://cms.education.gov.il/EducationCMS/Units/Mazkirut_Pedagogit/chimya

למורי הארצי המרכז באתר נמצאים תשנ"ח-תשע"א מהשנים הבגרות ניתוחי בנוסף, הכימיה, מכון ויצמן למדע.

הפרק הראשון של הבחינה הוא פרק חובה המכיל: סעיפים, כל סעיף הוא שאלה סגורה. 8 הכוללת 1- שאלה - ניתוח קטע ממאמר מדעי.2- שאלה

הפרק השני מכיל שש שאלות פתוחות, מתוכן התלמיד חייב לענות על שלוש שאלות. ( ותוצאות1 מתבסס על הממצאים הסטטיסטיים של מכון סאלד )ציון שאלה 1ניתוח שאלה דפי תשובות של תלמידים )ציוני סעיפים(.300המדגם של

ניתוח השאלות הפתוחות מתבסס על ממצאים סטטיסטיים של מכון סאלד )ציוני שאלותשל המדגם תוצאות על סעיפים(, טעויות300וציוני ועל תת-סעיפים( )ציוני מחברות

אופייניות שאותרו על-ידי מעריכי בחינת הבגרות. איתור ואיסוף טעויות אלה כרוך במאמצים רבים מצד המעריכים ועל כך תודתנו

הרבה. תלמידים. על-פי הממצאים של מכון סאלד: 9810השנה ניגשו לבחינה

2

http://cms.education.gov.il/EducationCMS/Units/Mazkirut_Pedagogit/chimya

41-5412%

0-407%

55-8454%

85-10027%

. 77וציון סופי ממוצע 84 , ציון שנתי ממוצע 71ציון ממוצע של הבחינה

על-פי ממצאי מכון סאלדציוני הבחינההתפלגות

, העשויה לעזוררמות חשיבה על פי הטקסונומיה של בלוםבניתוח השאלות אנו מציגים בתכנון לימודים ובהערכת הישגים. הטקסונומיה כוללת שש רמות חשיבה:

: יכולת של שליפת מידע מהזיכרון: פרטים, דרכים, אמצעים ועוד. ידעדוגמה לשאלה ברמה של ידע: מהי טמפרטורת הרתיחה של המים?

: יכולת להשתמש בחומר הנלמד, הצגתו בדרך שונה מזו שנלמדה.הבנה דוגמה לשאלה: קבע אם ההיגד הוא נכון: לאטומים של היסודות הנמצאים בטור השני, יש

מספר זהה של אלקטרוני ערכיות.: יכולת ליישם את הידע הנרכש בהקשרים שונים ובמצבים חדשים.יישום

+Pb2, מגיבה עם יוני עופרת, Ni(s)דוגמה לשאלה: המתכת ניקל, (aq)אך אינה מגיבה עם ,

+Cr3יוני כרום, (aq)האם מתרחשת תגובה אם טובלים מוט עשוי מתכת כרום, בתמיסה .

המכילה יוני עופרת?: יכולת לנתח את הנתונים, להבחין בין עובדות להנחות, בין עיקר לטפל.אנליזה )ניתוח(

במים. תאר באופן מילולי ברמהNH4NO3(s)דוגמה לשאלה: המיסו את החומר המיקרוסקופית את התמיסה שהתקבלה.

: יכולת להרכיב תוצר ממרכיביו - יכולת לשער, להמציא.סינתזהשאלה לדוגמה: לבקש מהתלמיד לתכנן ניסוי העשוי לאשר את השערתו.

: יכולת שיפוט איכותי וכמותי של תוצר על פי קריטריונים.הערכהלדוגמה: שיפוט רעיון, המצאה מדעית.

- החלק הרב ברירתי 1ניתוח התוצאות של שאלה בבחינת הבגרות תשע"ב

3

41-548%

0-408%

55-8427%

85-10057%

%

30

40

50

60

70

80

90

100

8077

85

75 74

87 88

66

סעיפים. הניתוח של8 המכילה 1כפי שנאמר, החלק הרב-ברירתי של הבחינה הוא שאלה ( ותוצאות1שאלה זו מתבסס על הממצאים הסטטיסטיים של מכון סאלד )ציון שאלה

דפי תשובות של תלמידים )ציוני סעיפים(.300המדגם של

79 הוא 1ציון ממוצע של שאלה פיזור הציונים על-פי הממצאים של מכון סאלד

, על1ציונים ממוצעים לכל אחד מהסעיפים א'-ח' של שאלה פי המדגם

חמצוןמבנה וקישורמבנה האטוםנושא-חיזור

סטויכיו-מטריה

חומצותסוכריםובסיסים

חזוהדגבאסעיף8087857577886674ציון

רמתחשיבה

יישוםהבנהאנליזההבנההבנההבנהיישוםיישום

4

1שאלה 79 ציון ממוצע על פי מכון סאלד:

סעיף א' הן סמלים שרירותיים, המייצגים ארבעה יסודות בעלי מספריםd , c , b , aהאותיות

יש אלקטרון ערכיותcאטומיים עוקבים במערכה המחזורית. לאטום של יסוד מסמל אטום חנקן.Nאחד.

מהי הנוסחה הנכונה?5%1.a3c2

12%2.b3N2

3%3.da

5

80%4.d3N2

הנימוק: סידור היסודות הנתונים לפי מיקומם האפשרי במערכה המחזורית - שיוכם לטורים

המתאימים.טור8

טור7

טור6

טור5

טור4

טור3

טור2

טור1

ba

dc

, שלאטום שלו יש אלקטרון ערכיות אחד, שייך לטור הראשוןcעל פי נתוני השאלה, יסוד יש שני אלקטרוני ערכיות, והוא שייך לטורdבמערכה המחזורית. לפיכך לאטום של יסוד

+ בתרכובות יוניות.2השני. היונים, הנוצרים מאטומי המתכות מטור השני, הם בעלי מטען . d3N2 בתרכובות יוניות. לכן נוסחת התרכובת היא 3יוני החנקן הם בעלי מטען

.יישוםלדעתנו, רמת חשיבה על פי הטקסונומיה של בלום היא

כדי לענות על שאלה זו על התלמיד לדעת:.מבנה המערכה המחזורית.היערכות אלקטרונים באטומי היסודות ברמות אנרגיההקשר בין מספר אלקטרוני ערכיות באטום היסוד לבין הטור, שבו נמצא היסוד

במערכה המחזורית, ומטען היון, שנוצר מאטום היסוד, בתרכובות יוניות..סכום המטענים של היונים בתרכובת שווה לאפס

סיבות אפשריות לטעויות: . תלמידים אלה לא הצליחו לקשר בין מספר אלקטרוני2 מהתלמידים בחרו במסיח 12%

ערכיות באטום היסוד לבין הטור, שבו נמצא היסוד במערכה המחזורית, ומטען היון, שנוצר .b ו- dמאטום היסוד, בתרכובות יוניות. יתכן וחלק מהתלמידים התבלבלו בין האותיות

, לא הצליחו כנראה לזהות את הטורים3 ו- 1 מהתלמידים, שבחרו במסיחים 8% במערכה המחזורית שבהם נמצאים היסודות הנתונים, או לא ידעו לרשום נוסחה נכונה של תרכובת על פי הטורים שבהם נמצאים היסודות שהאטומים שלהם מרכיבים את התרכובת.

6

מומלץ לתת לתלמידים שאלות שהתשובות עליהן דורשות את הבנת הקשר בין מספר אלקטרוני ערכיות באטום היסוד לבין הטור שבו נמצא היסוד במערכה המחזורית,

ומטען היון, שנוצר מאטום היסוד, בתרכובות יוניות. כמו כן מומלץ גם לבקשמהתלמידים לרשום נוסחאות של תרכובות מולקולריות.

אנו מביאים מספר שאלות סגורות מבחינות בגרות וממליצים, בנוסף לבחירה בתשובה הנכונה, לבקש מהתלמידים לנמק את בחירתם ולהסביר מדוע פסלו את המסיחים

האחרים. 1 שאלה

, הנוגעים לאטומים של יסודות במערכה המחזורית:I –IVלפניך ארבעה היגדים, I .לאטומים של היסודות הנמצאים בטור השני, יש מספר זהה של אלקטרוני

.ערכיותII.באטומים של היסודות הנמצאים בטור השני, האלקטרונים מאכלסים מספר זהה

של רמות אנרגיה.III .לאטומים של היסודות הנמצאים במחזור השני )בשורה השנייה(, יש מספר זהה

של אלקטרוני ערכיות.IV.באטומים של היסודות הנמצאים במחזור השני, האלקטרונים מאכלסים מספר

זהה של רמות אנרגיה.מה הם ההיגדים הנכונים?

בלבדIII ו- II. היגדים 3 בלבדIII ו- Iהיגדים . 1 בלבדIV ו- II. היגדים 4 בלבדIV ו- Iהיגדים .2

2 שאלה . ליסודd , c , b , aארבעה יסודות, שמספריהם האטומיים עוקבים, מסומנים באותיות

d המספר האטומי הגדול ביותר. יסוד b?הוא הלוגן. מהי הקביעה הנכונה .d קטן מהרדיוס של אטום היסוד cהרדיוס של אטום היסוד .1 גדול ממספר האלקטרונים באטום שלaמספר האלקטרונים באטום של יסוד .2

.bיסוד המספר הגדול ביותר שלd , לאטום של יסוד d , c , b , aמבין אטומי היסודות .3

אלקטרוני הערכיות. נמצאים באותה רמת אנרגיה.d , c , b , aאלקטרוני הערכיות של אטומי היסודות .4

3 שאלה

7

X -ו Y לאו דווקא באותו מחזור( במערכה המחזורית. עוקבים הם שני יסודות( . X מסה מולרית גדולה מהמסה המולרית של יסוד Yליסוד

גרם למול.35לשני היסודות מסה מולרית קטנה מ- ?תמידמהי הקביעה הנכונה

. X יש יותר רמות אנרגיה מאשר לאטום של Yלאטום של .1 .X יש יותר אלקטרונים ברמת האנרגיה האחרונה מאשר לאטום של Yלאטום של .2 .X יש פרוטון אחד יותר מאשר בגרעין האטום של Yבגרעין האטום של .3 .X יש נויטרון אחד יותר מאשר בגרעין האטום של Yבגרעין האטום של .4

4 שאלה הגרף שלפניך מתאר את אנרגיות היינון הראשונות של ארבעה יסודות עוקבים

w , x , y , zבמערכה המחזורית: הם סימולים w , x , y , z)האותיות

שרירותיים(.מהי נוסחת התחמוצת )תרכובת עם חמצן(

?yשל יסוד 1.y2O

2.yO

3.yO2

4.3y2O

5 שאלה d . ליסוד d , c , b , aארבעה יסודות, שמספריהם האטומיים עוקבים, מסומנים באותיות

הוא הלוגן. מהי הקביעה הנכונה? bהמספר האטומי הגדול ביותר. יסוד .H2a עם מימן היא aנוסחת התרכובת של .1 .b גדול ממספר האלקטרונים באטום של יסוד aמספר האלקטרונים באטום של יסוד .2 .a2b היא b עם aנוסחת התרכובת של .3 .dO עם חמצן היא dנוסחת התרכובת של .4

8

סעיף ב' קילוג'אול למול.1250 , היא Clאנרגיית היינון הראשונה של כלור, קילוג'אול למול.1520 , היא Arאנרגיית היינון הראשונה של ארגון,

? Kמהי הקביעה הנכונה בנוגע לאנרגיית היינון הראשונה של אשלגן, קילוג'אול למול. 1520היא גבוהה מ- .9%1 קילוג'אול1520 קילוג'אול למול ונמוכה מ- 1250היא גבוהה מ- .3%2

למול. קילוג'אול למול.1250היא נמוכה מ- .87%3

אי אפשר לקבוע בלי נתונים נוספים..1%4

הנימוק:סידור היסודות הנתונים לפי מיקומם במערכה המחזורית - שיוכם לטורים המתאימים.

טור8

טור7

טור6

טור5

טור4

טור3

טור2

טור1

18Ar17Cl

19K

אנרגיית יינון ראשונה של אטומי אשלגן נמוכה מאנרגיית יינון ראשונה של אטומי ארגון ושל אטומי כלור, כי באטום אשלגן האלקטרונים מאכלסים ארבע רמות אנרגיה, לעומת שלוש

המרחק בין גרעין האטום לאלקטרון שעוזב אתרמות אנרגיה באטום ארגון ובאטום כלור. האטום כתוצאה מהשקעת אנרגיית יינון באטום אשלגן גדול מאשר באטום ארגון ובאטום

כלור, לכן כוחות המשיכה בין הגרעין של אטום אשלגן לבין האלקטרון העוזבחלשים יותר, ואנרגיית היינון נמוכה יותר.

על פי חוק קולון, קיים יחס הפוך בין המרחק שבין גרעין האטום לאלקטרון לבין חוזקכוחות המשיכה ביניהם.


כדי לענות על שאלה זו על התלמיד לדעת:.מהי אנרגיית יינון ראשונה.הגורמים המשפיעים על הערך של אנרגיית היינון

9

H:C N::::H:N:H

: :

H [:Cl:]: : H:C:H

:

H

.

.מבנה המערכה המחזורית.היערכות אלקטרונים באטומי היסודות ברמות אנרגיהכי קיים יחס הפוך בין המרחק שבין גרעין האטום לאלקטרון לבין חוזק כוחות המשיכה

ביניהם, על פי חוק קולון.

סיבות אפשריות לטעויות: , התייחסו רק לגורם הגודל של המטען1 מהתלמידים, שבחרו במסיח 9%הציון גבוה.

הגרעיני באטומים והתעלמו מגורם המרחק בין גרעין האטום לאלקטרון שעוזב את האטוםכתוצאה מהשקעת אנרגיית יינון.

, לא ידעו לקשר בין מיקום היסוד במערכה המחזורית2 מהתלמידים, שבחרו במסיח 3%לבין הערך של אנרגיית היינון.

סעיף ג' באיזה מהחלקיקים שלפניך יש אטום שבו אלקטרון בלתי מזווג?

1%1.HCN

85%2.CH3

2%3.NH3

12%4.Cl

הנימוק:נוסחאות ייצוג אלקטרונים של החלקיקים הנתונים:

יש ארבעה אלקטרוני ערכיות ולאטוםC יש אלקטרון בלתי מזווג. לאטום CH3רק בחלקיק H יש אלקטרון ערכיות אחד. בחלקיק CH3 יש שלושה קשרים קוולנטיים בין אטום C

נשאר בלתי מזווג.C , ואלקטרון ערכיות אחד של אטום Hלאטומי

.הבנהלדעתנו, רמת חשיבה על פי הטקסונומיה של בלום היא

כדי לענות על שאלה זו על התלמיד לדעת: .מהם אלקטרוני ערכיות

10

הקשר בין מיקום היסוד במערכה המחזורית למבנה האטומים שלו ולמספר אלקטרוני הערכיות בכל אטום.

.היערכות אלקטרונים באטומי היסודות ברמות אנרגיה.אלקטרון בלתי מזווג.כלל האוקטט.רישום נוסחאות ייצוג אלקטרונים.מהו קשר קוולנטי וכיצד הוא נוצר

סיבות אפשריות לטעויות: , התקשו בהבנת המושג4 מהתלמידים, שבחרו במסיח 12%הציון גבוה. יתכן ש-

"אלקטרון בלתי מזווג", ולכן בחרו ביון כלור שיש בו אלקטרון נוסף בהשוואה לאטום כלור.מומלץ להקפיד להשתמש במינוח "אלקטרון בלתי מזווג" בעת ההוראה.

מומלץ לחדד לתלמידים את ההבדלים בין המושגים המתייחסים לאלקטרונים: אלקטרוניםקושרים אלקטרונים לא קושרים, אלקטרונים מזווגים, אלקטרון בלתי מזווג.

סעיף ד' הכינו תמיסות מימיות, שוות ריכוז, משלושה חומרים:

נוסחת החומר שהומסהתמיסהבמים

ICH3CH2OH(l)

IINa2CO3(s)

IIINH4Cl(s)

מוליכות חשמלית טובה?I-IIIלאיזו/לאילו מהתמיסות בלבד. Iלתמיסה .4%1

בלבד.IIלתמיסה .16%2 בלבד.III ו- Iלתמיסות .5%3

בלבד.III ו- IIלתמיסות .75%4

הנימוק:

11

מים

מים

מים

lC

4HN +

+aN

+aN3OC 2

תמיסה מימית מוליכה חשמל רק אם היא מכילה יונים ניידים. בין שלושת החומרים הנתונים הם חומרים יוניים. במהלך ההמסה במים חומרים אלהIII ו- IIרק חומרים

הוא חומר מולקולרי ובמהלך ההמסהIמתפרקים ליונים, החופשיים לנוע בתמיסה. חומר שלו במים לא נוצרים יונים.


כדי לענות על שאלה זו על התלמיד לדעת:.לזהות חומרים יוניים וחומרים מולקולריים על פי הנוסחאות שלהם.תהליכי המסה של חומרים יוניים.תהליכי המסה של חומרים מולקולריים.תנאים לקיום הולכה חשמלית בתמיסות מימיות.מהם החלקיקים הנמצאים בתמיסה מימית של חומר יוני.מהם החלקיקים הנמצאים בתמיסה מימית של חומר מולקולרי

סיבות אפשריות לטעויות: כחומר מולקולרי ולאNH4Cl(s) , זיהו את החומר 2 מהתלמידים, שבחרו במסיח 16%

כחומר יוני, כנראה בגלל שהוא לא מכיל יוני מתכות, אלא מורכב מאטומים של מהתלמידים, שבחרו9%אל-מתכות. תלמידים אלה לא מכירים יונים חיוביים מורכבים.

כחומר יוני, כנראה בגלל נוכחות קבוצת -CH3CH2OH(l) , זיהו את החומר 3 ו- 1במסיחים OH אותה הם בלבלו עם היון , OH.

מומלץ לתרגל תהליכי המסה במים של חומרים שונים ולרשום את ניסוחי התהליכים, בליווי הסבר מפורט של המתרחש בעת ההמסה ברמה מאקרוסקופית וברמה מיקרוסקופית.

הדבר עשוי לתרוםלבניית תבנית חשיבה לתלמידים.

מומלץ להשוות בין תהליך המסה במים של חומר יוני, שבו משתחררים יונים, לבין המסה במיםשל

חומר מולקולרי, למשל:Na2CO3(s) 2Na+

(aq) + CO32

(aq)

NH4Cl(s) NH4+

(aq) + Cl(aq)

CH3CH2OH(l) CH3CH2OH(aq)

מומלץ להרבות בציורים המתארים את התמיסות ברמה מיקרוסקופית, כגון:

12

HO2HC3HC(qa) תמיסת

מומלץ לא רק להציג לתלמידים איורים כנ"ל, אלא גם לבקש מהתלמידים לשרטטבעצמם איורים מתאימים.

כמו כן, מומלץ להשתמש באנימציות ממוחשבות וסרטונים.קישורים לאנימציות הממחישות את המסת חומר יוני במים:

http://programs.northlandcollege.edu/biology/Biology1111/animations/dissolve.html

http://www.mhhe.com/physsci/chemistry/essentialchemistry/flash/molvie1.swf

http://academic.cengage.com/biology/discipline_content/animations/dissolving_salt.html

סעיף ה'

13




מוצגת נכון דרגת החמצון של אטום המימן בכל אחד מהחומרים1-4באיזו מהשורות הנתונים?

CH4H2MgH2NH3

0% 1.

+402+3

77% 2.

+101+1

22% 3.

+10+1+1

1% 4.

+1+101

הנימוק: מכילה שני אטומים זהים בעלי אותה אלקטרושליליות, לכן דרגת החמצוןH2המולקולה

. 0של כל אחד מאטומי המימן היא , לכן דרגת החמצון של כל אחדH גדולה מזו של אטומי Cהאלקטרושליליות של אטום .1 היא +CH4מאטומי המימן במולקולה

, לכן דרגת החמצון של כל אחדH גדולה מזו של אטומי Nהאלקטרושליליות של אטום .1 היא +NH3מאטומי המימן במולקולה

. דרגת החמצון של מימן H , ויוני +Mg2 הוא חומר יוני המורכב מיוני מגנזיום, MgH2החומר .1שווה למטען היון, והיא


כדי לענות על שאלה זו על התלמיד לדעת:.מהי דרגת חמצון .את הכללים לקביעת דרגת חמצון של אטום בחומר מולקולרי.כי דרגת חמצון של יון בחומר יוני שווה למטענו

סיבות אפשריות לטעויות:

14

ריכוזM

זמן

0.60.5

0.20.1 0

0.40.3

הוספתNaBr(s)

ריכוזM

זמן

0.60.5

0.20.1 0

0.40.3

הוספתNaBr(s)

ריכוזM

זמן

0.60.5

0.20.1 0

0.40.3

הוספתNaBr(s)

ריכוזM

זמן

0.60.5

0.20.1 0

0.40.3

הוספתNaBr(s)

1 2

3 4

88% 1%

6% 5%

. הם שיננו שברוב המקרים דרגת החמצון של אטומי3 מהתלמידים בחרו במסיח 22% כחומר יוני המכיל יוני מתכת חיוביים.MgH2 , ולא זיהו את 1המימן בתרכובותיו היא +

תלמידים אלה לא הבינו שבמקרה זה האלקטרושליליות של המימן גדולה מזו של המתכת, .1ולכן מטען היון הוא

סעיף ו' מול 0.1 , הוסיפו M 0.1 ,בריכוז BaBr2(aq) ליטר של תמיסה מימית של בריום ברומי, 1ל-

.NaBr(s)נתרן ברומי, שלפניך מתאר נכון את השינוי בריכוזי היונים החיוביים והיונים1-4איזה מהגרפים

השליליים בתמיסה עם הזמן?מקרא:

ריכוז יונים חיובייםריכוז יונים שליליים

15

מים

מים

נימוק::BaBr2(s)ניסוח תהליך ההמסה במים של

BaBr2(s) Ba2+(aq) + 2Br(aq)

:NaBr (s)ניסוח תהליך ההמסה במים של NaBr(s) Na+

(aq) + Br(aq)

( Mריכוז היונים בתמיסה המימית )Ba2+

(aq)Na+(aq)ריכוז כולל

של יוניםחיוביים

Br(aq)

לפני הוספתNaBr(s)

0.100.10.2

אחרי הוספתNaBr(s)

0.10.10.20.3

.1נתונים אלה מתאימים לגרף

.אנליזהלדעתנו, רמת חשיבה על פי הטקסונומיה של בלום היא

כדי לענות על שאלה זו על התלמיד לדעת: .לנסח תהליכי ההמסה של חומרים יוניים במים.להבחין ביחסים סטויכיומטריים בין יונים בתהליכי ההמסה של חומרים יוניים .לקרוא גרף ולהתייחס לכל מרכיביו .לעבור בין צורות ייצוג שונות של נתונים, כגון גרף וניסוח תהליך ההמסה

סיבות אפשריות לטעויות: הציון גבוה. רוב התלמידים ידעו לקשר בין נתונים כמותיים הקשורים בתהליכי ההמסה

, טעו3 מהתלמידים, שבחרו במסיח 6%במים של חומרים יוניים לבין ייצוג גרפי. בפירוש של ייצוג גרפי - התבלבלו בין ייצוג הריכוז של יונים חיוביים לזה של יונים

, טעו ביחס הסטויכיומטרי בין4 מהתלמידים, שבחרו במסיח 5%שליליים. לתמיסה.NaBr(s)ריכוזי היונים לאחר הוספת

מומלץ לתרגל עם התלמידים מיומנות של קריאת גרף ושרטוט גרף, כולל התייחסותלמשמעות השיפוע בהתייחס לתהליכים שונים.

16

זמן

ריכוזM

(1)

(2)

שאלה לדוגמה: .CaCl2(s)נסח את תהליך ההמסה במים של סידן כלורי, א.

הגרף שלפניך מציג את השינוי של ריכוזי היונים במהלך ההמסה של סידן כלוריב.במים.

( לריכוזי היונים - חיוביים ושליליים בתמיסה.2)( ו- 1)התאם את העקומות .NaCl(s)נסח את תהליך ההמסה במים של נתרן כלורי, ג.צייר גרף המציג את השינוי של ריכוזי היונים במהלך ההמסה של נתרן כלורי במים.ד.

סעיף ז' .A , B ,C , Dנתונות ארבע תמיסות מימיות:

נפח התמיסההתמיסה)מ"ל(

ריכוז התמיסה(M)

AKOH(aq)1500.3

BKOH(aq)3000.2

CBa(OH)2(aq)750.2

DBa(OH)2(aq)1500.1

מהי הקביעה הנכונה?

17

.pHלכל התמיסות אותו .1%1 הוא הגבוה ביותר.B של תמיסה pHה- .19%2OHהריכוז של יוני .14%3

(aq) בתמיסה A.הוא הגבוה ביותר היא התמיסה הבסיסית ביותר.Сתמיסה .66%4

הנימוק:OHיוני מוצאים ריכוז

(aq):בכל אחת מהתמיסות

נפחהתמיסההתמיסה)מ"ל(

ריכוזהתמיסה

(M)

מספר המוליםOH של יוני

(aq)

מול1ב- תרכובת

ריכוזOHיוני

(aq)

(M)

AKOH(aq)1500.310.3

BKOH(aq)3000.210.2

CBa(OH)2(aq)750.220.4

DBa(OH)2(aq)1500.120.2

OHיוני ריכוז (aq) בתמיסה C -הוא הגבוה ביותר, לכן זוהי התמיסה הבסיסית ביותר, וה pH

שלה הוא הגבוה ביותר.


כדי לענות על שאלה זו על התלמיד לדעת: .מהי תמיסה בסיסית ומהי תמיסה חומצית מהוpH וסקלת pH. יוני ריכוז הקשר ביןOH

(aq) בתמיסה לבין pH.התמיסה הבסיסית pHיוני ריכוז התמיסה הבסיסית תלוי רק בOH

(aq).בתמיסה, ואינו תלוי בנפח התמיסה .תהליכי המסה במים של חומרים יוניים.חישובים סטויכיומטריים

18

OHO

H

OHHO

CH2OH

H

H

H H

HO

מאנוז α מאנוז אלדהיד עם שרשרת פתוחה

סיבות אפשריות לטעויות: . טעות זו נובעת מחוסר הבנה2 מהתלמידים בחרו במסיח 19%הציון נמוך יחסית.

התמיסה תלוי בנפח התמיסה.pH התמיסה, תלמידים אלה סברו שהערך של pHמהו OHיוני , טעו בקביעת הריכוז של 3 מהתלמידים, שבחרו במסיח 14%

(aq)בתמיסות מול3 מול בריום הידרוקסידי במים מתקבלים 1הנתונות. הם לא ידעו שכאשר ממיסים

+Ba2 מול יוני 1יונים )(aq) -מול יוני 2 ו OH

(aq).)

סעיף ח' מאנוז במים.במטרה להכין תמיסה של חד-סוכר מאנוז, המיסו

מאנוז:לפניך נוסחת הייוורת של

מהי הקביעה הנכונה בנוגע לתמיסה שהתקבלה? מאנוז בלבד.התמיסה מכילה מולקולות של .15%1 מאנוז בלבד.התמיסה מכילה מולקולות של .4%2

מאנוז ומולקולות של התמיסה מכילה מולקולות של .74%3

מאנוז. אי אפשר לקבוע את סוג מולקולות המאנוז בתמיסה בלי נתונים.7%4

נוספים.

הנימוק: בתמיסה מימית המכילה מולקולות של חד-סוכר, כגון מאנוז, מתרחשת מוטרוטציה: אנומר

הופך לאנומר :דרך אלדהיד עם שרשרת פתוחה( עד להשגת מצב שיווי-משקל(

19

מאנוז ומעט מאנוז, מולקולות של מולקולות של לכן תמיסה מימית של מאנוז מכילה מולקולות של אלדהיד.


כדי לענות על שאלה זו על התלמיד לדעת: .מבנה של חד-סוכרים .נוסחות הייוורט של חד-סוכרים .)אפימרים של גלוקוז )כגון מאנוז, גאלקטוז מבנה של אנומריםα -ו .של חד-סוכרים .צורת אלדהיד עם שרשרת פתוחה של חד-סוכר .תהליך מוטרוטציה בתמיסה מימית של חד-סוכר .משמעות של מצב שיווי-משקל בתמיסה מימית של חד-סוכר

סיבות אפשריות לטעויות: , אינם מודעים להתרחשות של תהליך מוטרוטציה1 מהתלמידים, שבחרו במסיח 15%

בתמיסה מימית של חד-סוכר. הם סבורים שבהמסה במים של אנומר מסוים מתקבלתתמיסה של אותו אנומר.

. הם יודעים כנראה שבתמיסה מימית של4 ו- 2מהתלמידים בחרו במסיחים 11% חד-סוכר מתרחשת מוטרוטציה, אך לא מבינים את המשמעות של מצב שיווי-משקל

שבו נוכחים בתמיסה שני האנומרים ואלדהיד )בכמות קטנה(. הסיבה לכך היא כנראה יחידות.3בכך שמושג שיווי-משקל אינו נכלל בתוכנית הלימודים של

בעת ההוראה של תהליך מוטרוטציה, מומלץ להסביר לתלמידים באופן איכותי מהו מצב שיווי-משקל, ולהדגיש שבמצב זה נוכחים במערכת גם המגיבים וגם

התוצרים, וגם התוצרים "החדשים" שנוצרו לאחר המוטרוטציה.

20

ניתוח התוצאות של שאלות פתוחותבבחינת הבגרות תשע"ב

כפי שנאמר, ניתוח השאלות הפתוחות מתבסס על ממצאים סטטיסטיים של מכון סאלד מחברות )ציוני תת-סעיפים( ועל300)ציוני שאלות וציוני סעיפים(, על תוצאות המדגם של

טעויות אופייניות שאותרו על-ידי מעריכי בחינת הבגרות.

בטבלה הבאה מופיעים ממצאים סטטיסטיים שדווחו על-ידי מכון סאלד.

21

5974 76 76

010

2030

405060

7080

90100

ד ג ב א41-5412%

0-4010%

55-8446%

85-10032%

נבחנים. 9810ממצאים אלה מתבססים על

8 7 6 5 4 3 2 מס' שאלה ניתוחנושא

קטע ממאמרמדעי

מבנהוקישור

מבנהוקישורוחמצון-חיזור

מצב גזוסטויכיו-מטריה

חומצותובסיסיםוסטויכיו-מטריה

חומצותובסיסים

חומצות שומן

וסוכרים

71637473686170ציון ממוצע % תלמידים

100%53%85%36%9%56%58%שבחרו בשאלה

% תלמידים שציונם

85-10032214041361933

55-8446454339364343

0-54) 0-40(

22(10)

34(19)

17(8)

20(12)

28(19)

38(22)

24(13)

התשובות לשאלות שמופיעות בחוברת זו מבוססות על המחוון למעריכיבחינת הבגרות ומיועדות למורים.

תלמידים זקוקים לתשובות מפורטות יותר!

2שאלה ניתוח קטע ממאמר מדעי - חובה

פיזור ציונים 71 ציון ממוצע על פי מכון סאלד:

ציונים ממוצעים של סעיפי השאלה:

22

כדי לענות על שאלה זו על התלמיד:.לנתח טקסט מדעי .לקשר בין ייצוגים שונים של מידע: מילולי, גרף, ניסוח תגובה.להכיר ייצוגים שונים של נוסחת מבנה של מולקולה: ייצוג מקוצר וייצוג מלא.להכיר קבוצות פונקציונליות של תרכובות פחמןלקשר בין חוזק אינטראקציות בין מולקולריות בחומר מסוים לבין מצב הצבירה שלו

בתנאי החדר..לחשב חישובים סטויכיומטריים.לקשר בין כמות הגז )מספר המולים של גז( לנפח שלו -לקשר בין הpH .של התמיסה המימית של חומצה מסוימת לחוזק של חומצה זו

רמות חשיבה על פי הטקסונומיה של בלום

הסעיפים שאחריו. כלקרא את הקטע שלפניך, וענה על

כימיה במטבח - האבנית והסרתה

דרך נוחה להרתיח מים להכנת קפה או תה היא באמצעות קומקום.

23

לפיחשיבהרמת תת-סעיףסעיףבלום

הבנהiאiiאנליזה

הבנהiבiiהבנה

iiiיישוםיישוםגיישוםד

OH

OH

OHHO

OO O

אם המים "קשים", במשך הזמן מצטברת בקומקום שכבה של מוצק לבן, . CaCO3(s)המכונה אבנית. המרכיב העיקרי של האבנית הוא סידן פחמתי,

+Ca2"מים קשים" הם מים עשירים ביוני סידן, (aq) וביוני מימן ,

HCO3פחמתי −

(aq) .

( והאבנית שוקעת:1כאשר מרתיחים מים "קשים", מתרחשת תגובה )(1) Ca2+

(aq) + 2HCO3−

(aq) CaCO3(s) + H2O(g) + CO2(g)

הסרת האבנית מתבצעת בסביבה חומצית. סידן פחמתי מגיב עם תמיסות מימיות שלחומצות

(:2על פי תגובה )(2) CaCO3(s) + 2H3O+

(aq) Ca2+(aq) + 3H2O(l) + CO2(g)

כדי להסיר את האבנית אפשר להשתמש במסירי אבנית מסחריים, המכילים . גם המוצרים הנמצאים בבית HSO3NH2 , או חומצה סולפאמית, H3PO4חומצה זרחתית,

כמו התבלין "מלח לימון", מיץ לימון או חומץ יכולים להסיר את האבנית."מלח לימון" הוא גבישים של חומצת לימון, שנוסחתה:

לימון ופירות הדר אחרים מכילים חומצת לימון, המקנה להם את טעמם החמוץ

. CH3COOH(aq)חומץ הוא תמיסה מימית של חומצה אצטית, חומצה זו מקנה לחומץ את טעמו ואת ריחו האופייניים. החומצה האצטית היא נוזל בתנאי

.CH3COOH(l)החדר, כדי להסיר את האבנית מקומקום, מכסים אותה בתמיסה של חומצת לימון או בחומץ.

כעבור שעה כל האבנית מגיבה. שופכים את התמיסה ושוטפים היטב את הקומקום במים.

חימום

24

74

52

010

2030

405060

7080

90100

i ii

O H

C

O HH

C C C CC

H

HH

O O H

OO

H O

(59 )הציון סעיף א'

(74)הציון iתת-סעיף רשום ייצוג מלא לנוסחת המבנה של חומצת לימון.

תשובה:


רוב התלמידים רשמו נכון את מספר אטומי הפחמן ואת מיקומם. הטעויות הופיעו ברישום אטומי מימן - היו תלמידים שלא רשמו אותם כלל והיו שרשמו רק חלק מאטומי מימן.

תלמידים רבים לא רשמו קו המסמל קשר קוולנטי בין אטומי מימן וחמצן בתוך קבוצות -OH .

היו תלמידים שרשמו נוסחה מולקולרית במקום נוסחת מבנה.

25

הטעויות בשאלות מסוג זה נובעות מבלבול בין שיטות ייצוג שונות של מולקולות. מומלץלסכם עם התלמידים צורות ייצוג של מולקולות ולתת להם דוגמאות שונות. למשל:

צורת ייצוג של מולקולהייצוג מלאנוסחה מולקולרית

של נוסחת מבנהייצוג מקוצר

של נוסחת מבנה ייצוג האטומים המרכיבים את

המולקולה ומספרם. אפשר לרשום בנוסחה זו

את הקבוצה הפונקציונלית

שבמולקולה כדילהדגיש את קיומה.

ייצוג של כל האטומים במולקולה )כולל אטומי פחמן ומימן( והקשרים

ביניהם.

ייצוג הקשרים בין אטומים במולקולה )חוץ מקשרים עם אטומי מימן(. ייצוג זה לא כולל אטומי פחמן ומימן, מלבד

בקבוצותפונקציונליות.

26

אתאנול

C2H6O

C2H5OHCH3CH2OH

חומצהאצטית

C2H4O2

CH3COOH

CH3COOH

27

דוגמאו

ת

אתילאמיןC2H7N

C2H5NH2

CH3CH2NH2

(52)הציון iiתת-סעיף הסבר מדוע בתנאי החדר חומצת לימון היא מוצק, ואילו חומצה אצטית היא נוזל.

תשובה:במולקולות של חומצת לימון יש יותר מוקדים ליצירת קשרי מימן )אן יותר קבוצות -

COOHמאשר במולקולות של חומצה אצטית. בין המולקולות של חומצת לימון נוצרים ) קשרי מימן רבים יותר מאשר בין המולקולות של חומצה אצטית, ולכן חומצת לימון היא

מוצק בטמפרטורת החדר והחומצה האצטית היא נוזל. קשרי המימן נוצרים בין אטום המימן החשוף מאלקטרונים במולקולה אחת לבין זוג

אלקטרונים בלתי קושר על אטום החמצן במולקולה סמוכה. )או: אטום מימן עם מטען חיובי חלקי גדול יחסית; או: אטום מימן הקשור בקשר קוולנטי

לאטום חמצן.( )בנוסף: המולקולות של חומצת לימון גדולות יותר, ולכן אינטראקציותון-דר-ולס בין המולקולות חזקות יותר מאשר בחומצה אצטית.(


הציון נמוך. תלמידים רבים לא הצליחו לקשר בין חוזק האינטראקציות הבין מולקולריות בחומר מסוים לבין מצב הצבירה שלו בתנאי החדר. ניתן למיין את הטעויות שאותרו

בתת-סעיף זה למספר סוגים::התייחסות לאינטראקציות ון-דר-ואלס בלבד "למולקולות של חומצת לימון ענן אלקטרונים גדול יותר, לכן כוחות ון-דר-ואלס בין מולקולות חזקים•

יותר מאשר בחומצה אצטית." "חומצת לימון היא מוצק כי אינטראקציות ון-דר-ואלס בין המולקולות שלה חזקות יותר." •

28

חוסר הבחנה בין אינטראקציות בין מולקולריות לבין קשרים קוולנטיים - תוך מולקולריים:

חומצת לימון יש קשרים קוולנטיים כפולים החזקים יותר מקשר יחיד, לעומת החומצה האצטית שבין"ב•מולקולות שלה קשרים חלשים יותר."

חומצת לימון קשרים תוך מולקולריים חזקים יותר מאלה שבחומצה אצטית."ב"•

התייחסות לחומצת לימון כאל חומר יוני, לעיתים עם הסברים שגויים על מבנה של חומר יוני:

"חומצת לימון היא מלח, כלומר חומר יוני וחומרים יוניים הם מוצקים בטמפרטורת החדר. המולקולה• בנויה מסריג של יונים חיוביים ושליליים וביניהם כוחות משיכה חזקים. חומצה אצטית היא חומר

מוקולרי." "חומצת לימון מוצק כי זה חומר יוני. חומצה אצטית לא תרכובת יונית אלא חומצה רגילה, אין קשר•

חזק בין היונים שלה."

יתכן שהסיבה להתייחסות לחומצת לימון כאל חומר יוני היא השם המסחרי שלה "מלח לימון" )למרות שבקטע כתוב שזהו שם מסחרי(. מאחר ואנו משתמשים

בחומצת לימון במספר ניסויים, למשל בניסוי "חומרים בשקית", כדאי בכל ניסוילהדגיש לתלמידים שמדובר בחומצה ולא במלח.

:הסברים הקושרים מצב צבירה של חומצה עם חוזק חומצה או עם פרוטיות שלה "חומצה אצטית היא חומצה קרבוקסילית חלשה וריכוז יוני הידרוניום בתמיסה שלה נמוך מזה של•

חומצת לימון, שהיא חומצה חזקה. לכן צריך להשקיע אנרגיה כדי להתיך את החומר.""חומצת לימון היא מוצק כי היא תלת-פרוטית לעומת חומצה אצטית שהיא חד-פרוטית."•

:התייחסות לחומצות הנתונות כאל חומצות שומן"חומצת לימון היא רוויה במימנים ולכן היא מוצק. חומצה אצטית נוזל כי אין בה כל כך הרבה מימנים."•"חומצת לימון הינה חומצת שומן וחומצת שומן בתנאי החדר היא מוצק."•

:קביעת מצב צבירה על פי סוג החומר "חומצה אצטית נוזל כי היא חומצה קרבוקסילית, וכל החומצות הקרבוסיליות נוזליות בטמפרטורת•

החדר."

מומלץ להדגיש את ההבדלים בתהליכי היתוך של חומרים יוניים וחומרים מולקולריים מבחינת הקשרים הניתקים במהלך ההתכה. למשל אפשר לבקש מהתלמידים להשלים את

הטבלה הבאה:

29

010

2030

405060

7080

90100

i ii iii

88 88

60

grmol 60

5.25 gr = 0.087 molgrmol 60

מצב צבירה נוזלתהליך היתוךמצב צבירה מוצק נוסחת החומרהמוצק

חלקיקים המרכיביםאת הסריג

סוגהסריג

קשרים הניתקים במהלךההתכה

ניסוח תהליך היתוך חלקיקים

ניידיםבנוזל

מוליכות חשמלית )גבוהה

אוזניחה(

NaCl(s)+Naיוני

קשריםיוניClיוני +NaCl(s) Naיוניים

(l) + Cl(l)+Naיוני

גבוההClיוני C2H5OH(s)מולקולות

C2H5OHמולקול

רי קשרימימן

ואינטר-אקציות

ון-דר-ואלס

C2H5OH(s) C2H5OH(l)מולקולותC2H5OH

זניחה

O2(s)

K3PO4(s)

Br2(s)

CH3COOH(s)

Fe2(SO4)3(s)

(74 )הציון סעיף ב'. CH3COOH גרם חומצה אצטית, 5.25 מ"ל חומץ ביתי יש 100ב-

(88)הציון iתת-סעיף .פרט את חישוביך מ"ל חומץ ביתי. 100חשב את מספר המולים של חומצה אצטית ב-

תשובה:המסה המולרית של חומצה אצטית:

מ"ל חומץ: 100מספר המולים של חומצה אצטית ב-

30

0.087 mol 1 liter

0.1 liter= 0.87 mol

grmol

100 0.0435 mol = 4.35 gr

0.087 mol2 = 0.0435 mol

grmol100


(88)הציון iiתת-סעיף .פרט את חישוביךחשב את הריכוז המולרי של חומצה אצטית בחומץ ביתי.

תשובה:

מספר המולים של חומצה אצטית בליטר חומץ: M 0.87הריכוז המולרי של חומצה אצטית בחומץ:


גבוהים. התלמידים ידעו לחשב את מספר המולים בכמותii-iהציונים של תת-סעיפים נתונה של החומר ואת הריכוז המולרי של החומר בתמיסה מימית על פי מספר מולי

החומר בנפח מסוים של תמיסה. הופיעו טעויות מעטות בהצבה ובחישובים.

(60)הציון iiiתת-סעיף .פרט את חישוביך מ"ל של חומץ ביתי? 100כמה גרם אבנית אפשר להסיר באמצעות

תשובה: (mol 0.087 מ"ל חומץ: 100)מספר המולים של חומצה אצטית ב-

+H3O מול יוני 1 נוצר בתמיסה מימית CH3COOH(l) מול 1מ- (aq).

+H3Oיוני מול 0.087( יגיבו2 לכן על פי תגובה )(aq).

+H3O מול יוני 2על פי יחס המולים בניסוח התגובה, (aq) מול 1 מגיבים עם CaCO3(s),

: שיגיבוCaCO3(s)לכן מספר המולים של

:CaCO3(s)המסה המולרית של שתגיב:CaCO3(s)המסה של


31

CO2(g) נפח(מ"ל )

זמן (דקות)


זמן (דקות)


זמן (דקות)

60 60 600 0 0

I II III

מול2 (:2)יחס המולים בניסוח התגובה הציון נמוך. רוב התלמידים שטעו לא התייחסו ל . היו תלמידים1:1 , וחישבו על פי יחס המולים CaCO3(s) מול 1 מגיבים עם +H3Oיוני

שחישבו על פי יחס המסות של המגיבים ולא על פי יחס המולים.

(76 )הציון סעיף ג'שנפלט. CO2(g)במהלך ניסוי להסרת האבנית באמצעות חומץ ביתי נמדד הנפח של

כתלות בזמן. CO2(g) שלפניך, יכול לתאר נכון את הנפח של I-IIIקבע איזה מהגרפים .נמק את קביעתך

תשובה: .IIגרף

הולך וגדל .CO2(g)ככל שכמות האבנית שמגיבה הולכת וגדלה, הנפח של כעבור שעה, כשכל האבנית הגיבה אין יותר שינוי בנפח הגז.


רוב הטעויות שאותרו בסעיף זה נובעות מחוסר יכולת לקשר בין כמות הגז )מספר המוליםשל גז( לבין הנפח שלו. ניתן למיין את הטעויות האופייניות לשני סוגים עיקריים:

:התייחסות לכל מרכיבי המערכת כאל גזים שווים, והנפח CO2(g) , לכן הנפחים של אבנית ו- 1:1 הוא CO2(g). יחס המולים בין אבנית ל- I"גרף •

הכולל לא משתנה."

:חוסר הבחנה בין נפח הגז שנפלט לבין נפח הכלי"גז טופס כל נפח הכלי שהוא נמצא בו. כאשר גז מתחיל להיפלט, הנפח נשאר קבוע ולא משתנה."•

32

1000 liter

litermol25

= 40 mol

litermol2550 mol = 1250 liter

4 mol40 mol 5 mol

= 50 mol

. החומר גזי, לכן הנפח לא יקטן ולא יגדל."I"גרף •

כדי להבהיר לתלמידים שיחס המקדמים בניסוח תגובה שווה ליחס המולים רק כשהמגיביםאו התוצרים הם גזים, אפשר לבצע בכיתה את הפעילות הבאה:

ביצוע חישובים לפי ניסוח תגובה, שבה משתתפים גזים, בשתי דרכים:לפי יחס המולים בניסוח תגובה ולפי יחס נפחים - מתקבלת אותה תשובה סופית.

דיון: מדוע התקבלה אותה תשובה - השערת אבוגדרו.

דיון: מדוע הדרך השנייה מתאימה רק לגזים - השערת אבוגדרו תקפה רק לגזים.

שאלה לדוגמה:4NH3(g) + 5O2(g) 4NO(g) + 6H2O(l)

בתנאי החדרNH3(g) ליטר 1000 שנדרש לתגובה מלאה עם O2(g)מהו הנפח של א. ליטר(? פרט את חישוביך.25)נפח מולרי של גז הוא

תשובה::Iחישוב בדרך

שהגיב: NH3(g)מספר המולים של

O2(g) , לכן מספר המולים של 4:5 הוא NH3(g) לביןO2(g)יחס המולים בניסוח התגובה בין

הנדרש לתגובה מלאה:

33

4 mol1000 liter 5 mol

= 1250 liter

שנדרש לתגובה מלאה:O2(g)הנפח של

יש להפנות את תשומת ליבם של התלמידים לכך שבפעולה ראשונה חילקנו בנפח מולריובפעולה

אחרונה כפלנו בנפח מולרי. לכן אפשר להשתמש ביחס מקדמים כיחס נפחים: שנדרש לתגובה מלאה:O2(g)הנפח של

, שנוצרו בתגובה זו, בדרך השנייה?H2O(l)האם אפשר למצוא את הנפח של מים, ב.נמק.

תשובה: לא. כדי למצוא את הנפח של כמות מסוימת של נוזל יש לחלק את מסת הנוזל בצפיפות

שלו. גרם למ"ל(.1)במקרה של המים הצפיפות היא

אפשר לבקש מהתלמידים לחשב את נפח המים המתקבלים בתגובה ולהשוות אתולתוצאה השגויה

שמתקבלת אם מחשבים את נפח המים כמו נפח הגז - בדרך השנייה.

(76 )הציון סעיף ד' של תמיסות מימיות של שלוש חומצות, המשמשותpHבטבלה שלפניך מוצגים ערכי

להסרת אבנית. .0.1Mהריכוז של כל אחת מהתמיסות הוא

חומצה סולפאמיתחומצה אצטיתחומצת לימוןהחומצהpH2.082.871.2 של התמיסה

.נמקסדר את שלוש החומצות לפי סדר עולה של חוזק חומצה.

34

עלייה בחוזק החומצה

חומצה סולפאמית חומצת לימון חומצה אצטית

תשובה:

)שלוש החומצות הן חומצות חלשות, כלומר רק חלק מהמולקולות שלהן מגיב עם מים+H3Oיוני ליצירת

(aq)). +H3Oיוני של התמיסה נמוך יותר, ריכוז pH)התמיסות הן שוות ריכוז( ככל שה-

(aq)בתמיסה יותר גדול, והחומצה חזקה יותר.


ניתן למיין את הטעויות האופייניות שהופיעו בסעיף זה למספר סוגים: -אי הבנה של הקשר בין הpHשל תמיסה מימית של חומצה מסוימת לחוזק של

חומצה זו: גדולה יותר כך יותר עולה יכולת של תמיסה להיות חומצית."pH"ככל שרמת ה- •+H3O יותר גבוהה, כך ריכוז יוני pH"ככל שרמת ה- •

(aq)".גבוה יותר והחומצה חזקה יותר שלה הגבוה ביותר."pH"חומצה אצטית היא החזקה ביותר מכיוון שה- •

הסבר המבוסס על ההנחה שחוזק החומצה תלוי במסיסות החומצה במים - יצירת קשרי מימן עם המים:

"חומצת לימון הכי חזקה, כי היא בעלת מספר אתרים רב יותר ליצירת קשרי מימן עם המים."•

:הסבר המבוסס על ההנחה שחוזק החומצה תלוי בפרוטיות החומצה"חומצת לימון היא תלת-פרוטית, כלומר מוסרת שלושה פרוטונים, ולכן היא הכי חזקה."•

קביעה נכונה המלווה בהסבר חלקי - ללא התייחסות לקשר ביןpHהתמיסה לבין +H3Oריכוז יוני

(aq). התייחסות לכמות יוניH3O+

(aq) .ולא לריכוזם

35

+H3O התמיסה, ריכוז יוני pHכדי להבהיר את הקשר בין (aq) ויוני OH

(aq)בתמיסה וחוזק חומצה, מומלץ להסביר לתלמידים - כהעשרה - את המושג "קבוע חומצה" על פי פרק ד'

"שמירה על איזון - זה כל העניין!" בספר לימוד "כימיה... זה בתוכנו" מאת דבורה קצביץ, נעמי ארנסט, רונית ברד ודינה רפפורט, מכון ויצמן למדע.

המתארים את98-99מומלץ לדון עם התלמידים באיורים בספר בעמודים +H3Oהריכוזים של יוני

(aq) ויוני OH(aq) בתמיסות השונות ואת סולם pHכמו כן .

- קבועי חומצות, בספר נתונים מאת18מומלץ לעבור עם התלמידים על טבלה ד"ר איטה כהן, מכון ויצמן למדע. יש לשים לב לחומצות חזקות ולהבדלים בקבועי חומצות

חלשות.

שאלות לתרגול: : 1 שאלה

הכינו שלוש תמיסות שוות ריכוז של החומצות הבאות:

Kaקבוע חומצה, חומצה

1CH3COOH1.8·105

2CCl3COOH2.1·101

3CF3COOH5.9·101

מהו ההיגד הנכון ? של שלוש התמיסות זהה, כי הן שוות ריכוז.pHה- א. זהה, כי לערכי הקבוע יש אותה חזקה. 3 ו- 2 של תמיסות pHה- ב. היא החזקה ביותר, כי ערך קבוע החומצה שלה הכי גבוה.3חומצה ג. פרוטונים. 4 היא החזקה ביותר, כי כל מולקולה שלה יכולה למסור 1חומצה ד.

תיאור פעילות הָקַשר בכדורגל אמריקאי - פוטבול )שחקן שתפקידו להעביר כדור חזקיםים לשחקני ההתקפה( יכול לשמש אנלוגיה מתאימה לחוזק חומצה. ָקַשר

משחררים את הכדור מהר מאוד ולכן, כשהמשחק נעצר, הכדור לא נמצא אצל בתמיסה. לעומתחזקהים - כמו פרוטונים שיוצאים ממולקולות של חומצה ָקַשר מחזיקים את הכדור יותר זמן ולכן, כשהמשחק נעצר, רקחלשיםים ָקַשרזאת, ים מעטים נשארים בלי כדור - כמו פרוטונים מעטים שיוצאים ממולקולות שלָקַשר

בתמיסה. חלשהחומצה

36

כדי להמחיש לתלמידים שאין בהכרח קשר בין מידת מסיסות החומצה במים )מספר אתריםלהיווצרות קשרי מימן( לבין חוזקה, ניתן להשתמש במספר דוגמאות:

להלן נתונים לגבי מספר חומצות

סמך עלנתוני הטבלה:

ציין דוגמאות שחומצה עם מסיסות גבוהה יותר היא חומצה חזקה יותר.א. ציין דוגמאות שחומצה עם מסיסות גבוהה יותר היא חומצה חלשה יותר.ב. רשום ייצוג מלא לנוסחת מבנה של מולקולות החומצה המופיעות בטבלה.ג.

האם קיים קשר בין מספר קשרי מימן שנוצרים בין מולקולה של חומצה למולקולותד. המים לבין חוזק החומצה? נמק.

הצע הסבר לעלייה בחוזק החומצות. ה.

: 2 שאלה

37

מסיסות חומצהבמים

Kaנוסחת החומצה

שם החומצה

אצטית105CH3COOH•1.8ללא הגבלה 100 גרם ל- 85.8

מ"ל13•103CH2ClCOOHכלורואצטית

דו-כלורואצטית102CHCl2COOH•5ללא הגבלה 100 גרם ל- 1000

מ"ל2.3•101CCl3COOHתלת-כלורואצטי

ת

מסיסות חומצהבמים

קבועחומצה

נוסחתהחומצה

שם החומצה

מימן פלואורית104HF•5.6ללא הגבלה 100 גרם ל- 85.8

מ"ל-HClמימן כלורית

מימן ברומיתHBr-ללא הגבלה

7462 64

54

010

2030

405060

7080

90100

ד ג ב א

41-5415%

0-4019%

55-8445%

85-10021%

האם קיים קשר חד-משמעי בין מסיסות החומצה במים לבין חוזקה? נמק על סמךא. נתוני הטבלה.

HBr > HCl > HFחוזק החומצות עולה לפי הסדר הבא: ב. הסבר מדוע.

הסבר מדוע לחומצה מימן כלורית ולחומצה מימן ברומית אין קבוע חומצה?ג.

3שאלה מבנה וקישור


53%בחרו בשאלה ציונים ממוצעים של סעיפי השאלה:מהתלמידים

כדי לענות על שאלה זו על התלמיד:

38

.לדעת מהי נוסחה מולקולרית ומהי נוסחת ייצוג אלקטרונית של מולקולה .לעבור בין שיטות ייצוג שונות של מולקולות.להכיר כוחות בין מולקולריים מסוגים שוניםלהכיר כי טמפרטורות היתוך ורתיחה של חומר מולקולרי הן מדד לחוזק הכוחות הבין

מולקולריים בחומר.לקבוע מהו מצב הצבירה של החומר בטמפרטורה מסוימת, כשנתונות טמפרטורות

היתוך ורתיחה..לתאר ברמה מיקרוסקופית מבנה של חומר מולקולרי במצבי צבירה שוניםלהכיר את הקשר בין חוזק אינטראקציות בין מולקולריות בחומר מסוים לבין מצב

הצבירה שלו בתנאי החדר. .לקבוע מסיסות חומרים מולקולריים.לנסח תהליכי המסה של חומרים מולקולריים


בטבלה שלפניך מוצגים נתונים על אתילן גליקול ועל בוטאן.

אחד השימושים טמפרטורת טמפרטורתייצוג מקוצרהחומר

39


הבנהiאiiהבנה

יישוםiבiiאנליזה

הבנהiגiiיישום

יישוםד

HOOH

6781

010

2030

405060

7080

90100

i ii

..:אוO..

.. OH aa

H C aa

H

H

C aa

H

H

.. H H: :: :

: :H:O:C:C:O:H

: :

H H

רתיחה )( oCהיתוך )של נוסחת מבנהoC)

בחומר

13197אתילן גליקול

חומר מונע קיפאון

)אנטי-פריז( במערכת קירור

של רכב גז למילוי1380בוטאן

מצתים


(67)הציון iתת-סעיף רשום נוסחת ייצוג אלקטרונית למולקולה של אתילן גליקול.

תשובה:


הטעויות האופייניות שאותרו בתת-סעיף זה הן:.אי-רישום אלקטרונים לא קושרים

40

H O C C C C O H

H

H

H

H

H

H

H

H: :

: :•

•

: :

H

H

H

:

H C C O H

:O H

H C O O C H

H

H

H

H

: :

: :•

:רישום ארבעה אטומי פחמן בנוסחה

:רישום נוסחה שבה שתי קבוצות הידרוקסיליות קשורות לאותו אטום פחמן

רישום נוסחת ייצוג אלקטרונים של מולקולה המכילה קבוצת O O :

טעויות מסוג זה נובעות מחוסר ידע והבנה - איך לעבור מייצוג מקוצר של נוסחת מבנה iלייצוג מלא, שכולל אלקטרונים קושרים ולא קושרים. ראו המלצות לתת-סעיף א'

על תרגול המעבר בין שיטות ייצוג שונות לנוסחות מבנה של2בשאלה מולקולות.

(81)הציון iiתת-סעיף רשום נוסחאות מולקולריות של אתילן גליקול ושל בוטאן.

תשובה:C2H6O2אתילן גליקול:

C4H10 בוטאן:


41

61 64

010

2030

405060

7080

90100

i ii

רוב התלמידים ידעו לרשום נוסחה מולקולרית על פי ייצוג מקוצר של נוסחת מבנה.הטעויות שאותרו הן:

:רישום נוסחות מבנה במקום נוסחאות מולקולריות• CH3CH2CH2CH3

:רישום שגוי של נוסחת אתילן גליקול• CH3COOH

(62 )הציון סעיף ב'

(61)הציון iתת-סעיף הסבר את ההבדל בטמפרטורת הרתיחה של שני החומרים שבטבלה.

תשובה: גודל העננים האלקטרוניים של המולקולות של שני החומרים דומה. לכן חוזק

אינטראקציות ון-דר-ולס בין המולקולות של שני החומרים במצב נוזל דומה. בין מולקולות אתילן גליקול במצב נוזל קיימים קשרי מימן - בין אטום מימן החשוף

מאלקטרונים של מולקולה אחת לבין זוג אלקטרונים לא קושר על אטום חמצן במולקולהסמוכה, בנוסף לאינטראקציות ון-דר-ואלס.

לכן הכוחות הבין מולקולריים באתילן גליקול חזקים יותר, טמפרטורת הרתיחה )שהיאמדד לחוזק כוחות בין מולקולריים( גבוהה יותר.

יישוםלדעתנו, רמת חשיבה על פי הטקסונומיה של בלום היא

42

HOOH

הציון נמוך. חלק מהתלמידים התקשו לקשר בין טמפרטורות הרתיחה של חומרים לביןהבדלים בחוזק הכוחות הבין מולקולריים בחומרים אלה. נתגלו שתי בעיות עיקריות:

.הסברים חלקיים ללא התייחסות לתנאים לקיום קשרי מימן בין מולקולות:חוסר הבחנה בין כוחות בין מולקולריים לבין קשרים קוולנטיים תוך מולקולריים ,לכן נדרשת טמפרטורה נמוכה יותר על מנת CH חזקים יותר מהקשרים בבוטאן CO ו- OH"קשרי •

לפרק את הקשר הזה." "ההבדל בטמפרטורת הרתיחה הוא שאתילן גליקול מורכב מאטומים שונים וביניהם קשרי ון-דר-ואלס•

חזקים, וגם שטח פני המולקולה רחב יותר, ולכן יהיה קשה לפרקה ותידרש יותר אנרגיה."

בעיה נוספת היא דקלום סיסמאות ללא התייחסות לחומרים הנתונים בשאלה: "קשרי ון-דר-ואלס הם כוחות חשמליים שפועלים בין מולקולות וקשרי מימן אלה קשרים בין אטומי•

N.O.F.אטומים מאוד אלקטרושליליים, בעלי זוגות אלקטרונים לא קושרים, לבין מימן חשוף - מאלקטרונים."

מומלץ לבנות עם התלמידים את שלבי הפתרון לתת-סעיף זה:

החומרבוטאןאתילן גליקול

סוג החומרשניהם חומרים מולקולרייםאינטראקציות ון-דר-ואלס בין מולקולות קוטביות של אתילן גליקול חזקות מאינטראקציות ון-דר-ואלס בין

מולקולותלא קוטביות של בוטאן.

בין מולקולות אתילן גליקול, בנוסף לאינטראקציות ון-דר-ואלס, קיימים קשרי מימן - בין אטום מימן החשוף מאלקטרונים של מולקולה אחת לבין זוג אלקטרונים לא

קושר על אטום חמצן במולקולה סמוכה.לכן הכוחות הבין מולקולריים באתילן גליקול חזקים יותר.

חוזק יחסי של הכוחות הבין מולקולריים

בחומרים במצב נוזל

טמפרטורת הרתיחה של אתילן גליקול גבוההמטמפרטורת הרתיחה של בוטאן.

טמפרטורת הרתיחה היא מדד לחוזק כוחות בין מולקולריים. המסקנה: כוחות בין מולקולריים באתילן גליקול במצב נוזל

חזקים יותר מכוחות בין מולקולריים בבוטאן במצב נוזל.

התכונה הנתונה -טמפרטורת רתיחה

קשרי מימןאינטראקציות ון-דר-ואלסואינטראקציות ון-דר-ואלס

סוג הכוחות הביןמולקולריים בחומרים

במצב נוזל

בשני החומרים ענני האלקטרונים במולקולות אלקטרונים(.58 אלקטרונים ו- 62דומים בגודלם )

גודל יחסי של ענני האלקטרונים

במולקולות החומריםהנתונים

43

(64)הציון iiתת-סעיף לבין25oC הבדלים ברמה המיקרוסקופית בין אתילן גליקול בטמפרטורה של שניציין

אתילן גליקול .250oCבטמפרטורה של

תשובה: אתילן גליקול נמצא במצב מוצק.25oCבטמפרטורה של אתילן גליקול נמצא במצב גז.250oCבטמפרטורה של

מההבדלים הבאים:שניים- במוצק החלקיקים אינם ניידים )יש רק תנודה( ובגז החלקיקים ניידים.

- במוצק החלקיקים מסודרים ובגז החלקיקים אינם מסודרים.- במוצק החלקיקים צמודים ובגז יש מרחקים גדולים בין החלקיקים

- במוצק פועלים כוחות בין מולקולריים משמעותיים ובגז כמעט שאין כוחות ביןמולקולריים.


בתת-סעיף זה נדרש מהתלמיד: לקבוע את מצבי הצבירה של אתילן גליקול בטמפרטורות שונות, כאשר נתונות.1

טמפרטורת הרתיחה וטמפרטורת ההיתוך.לתאר את מצבי הצבירה השונים ברמה מיקרוסקופית ולהשוות בין התיאורים..2

רוב התלמידים קבעו נכון את מצבי הצבירה של אתילן גליקול בטמפרטורות הנתונות. הטעויות הופיעו בציון ההבדלים ברמה מיקרוסקופית בין אתילן גליקול במצב מוצק לבין

אתילן גליקול במצב גז.הטעויות האופייניות הן:

חוסר הבחנה בין כוחות בין מולקולריים לבין קשרים קוולנטיים תוך מולקולריים, וגם בין מולקולות לבין אטומים:

"במצב מוצק האטומים יותר צפופים."• "במצב מוצק הקשרים במולקולה חזקים וצפופים יותר, ואילו במצב גז הקשרים במולקולה פחות•

צפופים ופחות חזקים." "במצב גז בין מולקולות שלו קיימים קשרים קוולנטיים חלשים יותר מאשר במצב מוצק".•

44

7157

010

2030

405060

7080

90100

i ii

חוסר הבחנה בין רמה מיקרוסקופית לרמה מאקרוסקופית, וכתוצאה מכך ציון הבדלים ברמה מאקרוסקופית - לרוב מצבי צבירה:

הוא גז." 250oC אתילן גליקול הוא מוצק ובטמפרטורה של 25oC"בטמפרטורה של •"במוצק יש הולכה חשמלית ובגז אין."•

מומלץ לבקש מהתלמידים לתאר את החומרים השונים ברמה מאקרוסקופית וברמה מיקרוסקופית, במצבי צבירה שונים - גם באופן מילולי וגם באמצעות ציורים

סכמתיים המלווים בהסברים. לאחר מכן אפשר לבקש מהתלמידים לציין הבדלים ביןתיאורים של אותו חומר במצבי צבירה שונים.

(64 )הציון סעיף ג'

(71)הציון iתת-סעיף אתילן גליקול מתמוסס היטב במים. נסח את תהליך ההמסה במים של אתילן גליקול.

תשובה:

C2H6O2(l) C2H6O2(aq)


הטעויות האופייניות שהופיעו בתת-סעיף זה הן:

מים

45

O

CH2H2C

חוסר הבחנה בין חומר יוני לבין חומר מולקולרי - התייחסות לאתילן גליקול כאל חומר יוני:

• C2H4(OH)2(l) C2H4+

(aq) + 2OH(aq)

:התייחסות לאתילן גליקול כאל חומצה קרבוקסילית• C2H6O2(l) + 2H2O(l) 2H3O+

(aq) + C2H4O22(aq)

(57)הציון iiתת-סעיף אתילן גליקול הוא חומר למניעת קיפאון, כי כאשר מוסיפים אותו למים נוצרת תמיסה

שטמפרטורת . בוטאן אינו מתאים לשמש חומר למניעת קיפאון. הסבר0oCהקיפאון שלה נמוכה מ-

מדוע.

תשובה: בוטאן אינו מתמוסס במים )כי אין אפשרות ליצירת קשרי מימן בין המולקולות שלו לבין

מולקולותהמים(. לכן בוטאן לא יכול להוריד את טמפרטורת הקיפאון של מים.


הציון נמוך. תלמידים רבים לא התייחסו כלל למסיסות של החומרים במים. הם לא הצליחו לקשר בין שימוש החומר למניעת קיפאון למידת המסיסות שלו במים. תלמידים אלה

התייחסו למצב צבירה של בוטאן: החומר צריך להיות מוצק."0oC"בוטאן אינו מתאים ,מכיוון שמתחת ל- • בוטאן הופך לגז ,לכן אי אפשר להוסיף אותו למים."0oC"ב-•"בוטאן לא מתאים, כי טמפרטורת הרתיחה שלו נמוכה מדי, ולכן הוא יהפוך לגז מהר מדי."•

(54 )הציון סעיף ד'אתילן אוקסיד הוא חומר מוצא לקבלת אתילן גליקול.

לפניך נוסחת מבנה של אתילן אוקסיד:בתנאי החדר אתילן אוקסיד הוא גז. הסבר עובדה זו.

תשובה:

מים

מים

46

המולקולות של אתילן אוקסיד הן קטנות יחסית )ביחס למולקולות בוטאן(, לכן אינטראקציות ון-דר-ואלס בין המולקולות הן חלשות. לכן אתילן אוקסיד הוא

גז בתנאי החדר.


הציון של סעיף זה הוא הנמוך בין ציוני הסעיפים והתת-סעיפים בשאלה. תלמידים רבים התקשו לקשר בין חוזק הכוחות הבין מולקולריים בחומר לבין מצב הצבירה של החומר

בתנאי החדר. הטעויות האופייניות שאותרו הן:חוסר הבחנה בין כוחות בין מולקולריים לבין קשרים קוולנטיים תוך מולקולריים, וגם

בין מולקולות לבין אטומים: "טמפרטורת רתיחה נמוכה נובעת מהקשרים הקוולנטיים של אתילן אוקסיד, אשר חלשים מאשר של•

אתילן גליקול שיש לו קשרים יותר קוטביים." "בתנאי החדר אתילן אוקסיד הוא גז מכיוון שהקשרים בו הם מאוד חלשים, ההפרש באלקטרושליליות•

בקשרים מזערי ולא קיים כוח משיכה בין אטומים כתוצאה מכך חלקיקים נפרדים זה מזה - גז."

:חוסר הבחנה בין מולקולות לבין אטומים, בין חומר לבין מולקולה "אתילן אוקסיד הוא גז בטמפרטורת החדר, כי הוא מורכב משלושה אטומים של גז: פחמן, מימן•

וחמצן." "אתילן אוקסיד הוא גז בטמפרטורת החדר, מכיוון שהוא בנוי מגזים."•"הוא גז, כי לחומר זה יש ענן אלקטרוני קטן יחסית, לכן המולקולה במצב צבירה גז בתנאי החדר."•

:השוואה בין אתילן אוקסיד לבין אתילן גליקול מבחינת קיום קשרי מימן בין מולקולות"לאתילן אוקסיד יש פחות מוקדים ליצירת קשרי מימן ולכן הוא גז בטמפרטורת החדר."•

בנושא "מבנה וקישור" )יותר מאשר בנושאים אחרים( באים לידי ביטוי קשיים ברמת ההבנה וביכולת הביטוי המילולית של חלק מהתלמידים. לכן מומלץ לתרגל לאורך כל שנת

הלימודים כתיבת הסברים לתשובות על שאלות בנושא, ללמד את התלמידים לכתובהסברים ברורים.

לקראת סיום ההוראה של צבר מולקולרי מומלץ לקיים בכיתה דיון שמטרתו לחדד את ההבדלים בין התהליכים השונים ולקשר בין הרמה המאקרוסקופית, הרמה המיקרוסקופית

ורמת הסמל.

שאלה לתרגול:

47

OH

8290

82

57

010

2030

405060

7080

90100

בטבלה שלפניך מוצגים נתונים על שלושה חומרים מולקולריים:

שםהחומר

נוסחהמולקולרי

תשל החומר

ייצוג מקוצר של

נוסחת מבנה של מולקולתהחומר

נוסחת ייצוג אלקטרונית של מולקולת

החומר

טמפרטורת היתוך

שלהחומר

oC))

טמפרטורת רתיחה

שלהחומר

oC))

מצבהצבירה

של החומרבטמפרטורת החדר

18388אתאן

אתאנו11478ל

דו-מתיC2H6O13825ל אתר

השלם את הטבלה הנתונה.א. הסבר את ההבדלים בין טמפרטורות הרתיחה של שלושת החומרים שבטבלה. ב. תאר את האתאנול בכל אחד ממצבי הצבירה - מוצק, נוזל וגז:ג.

i .ברמה מאקרוסקופיתii .ברמה מיקרוסקופית

ציין את ההבדלים ברמה מיקרוסקופית עבור אתאנול בין שלושת מצבי הצבירה שלו.ד.תלמיד ביצע את הניסוי הבא:ה.

לכלי א', שבו נמצא אתאנול, התלמיד הוסיף מים וקבל תמיסה אחידה.לכלי ב', שבו נמצאים מים, התלמיד בעבע אתר דרך המים וקבל תמיסה אחידה.

תאר ברמה מיקרוסקופית כל אחת מהתמיסות שהתקבלו.

4שאלה מבנה וקישור וחמצון-חיזור



48

41-549%

0-408%

55-8443%

85-10040%

כדי לענות על שאלה זו על התלמיד: .לקבוע דרגות חמצון של אטומים ביסודות ובתרכובות.להכיר את המושגים הקשורים לתהליכי חמצון-חיזור: חמצון, חיזור, מחמצן, מחזר.לרשום נוסחות ייצוג אלקטרוניות של מולקולות.לתאר באופן מילולי ובציור את מבנה הגז ברמה מיקרוסקופית.לקבוע אם במולקולה יש דו-קוטב קבוע, כשנתונה צורת המולקולה.לזהות חומר יוני על פי נוסחתו.לנסח תהליך המסה במים של חומר יוני.לתאר ברמה מיקרוסקופית תמיסה מימית של חומר יוני


, הוא יסוד פעיל מאוד היוצר תרכובות רבות, ומשמש ליצירת מיסוך עשןP4(s)זרחן לבן, בקרבות.

לפניך נוסחאות של חמישה חומרים המכילים זרחן:

49


הבנהiאiiיישום

יישוםבהבנהiג

iiיישוםיישוםiד

iiאנליזה

7593

010

2030

405060

7080

90100

i ii

0 +3+3 +53

P4O6(l) , Ca3P2(s) , P4(s) , Na3PO4(s) , PCl3(l)


(93)הציון iתת-סעיף ציין את דרגת החמצון של אטום הזרחן בכל אחד מהחומרים.

תשובה:P4O6(l) , Ca3P2(s) , P4(s) , Na3PO4(s) , PCl3(l)


הציון גבוה. התלמידים ידעו לקבוע דרגות חמצון של אטומים ביסוד זרחן ובתרכובותיו. הופיעו טעויות מעטות, בעיקר עקב חוסר ידע של אחד מהכללים לקביעת דרגות חמצון: סכום דרגות חמצון במולקולה שווה לאפס, סכום דרגות חמצון ביון מורכב שווה למטען

היון וסכום מטעני היונים בחומר יוני שווה לאפס.

(75)הציון iiתת-סעיף יכולים לפעול רקCa3P2(s) ו- , P4O6(l)קבע אם אטומי הזרחן בכל אחד משני החומרים:

כמחמצן,.נמק כל קביעהרק כמחזר או גם כמחמצן וגם כמחזר.

50

3

+3

3

+5

I II III

תשובה:

דרגת החמצון המרבית של אטומי הזרחן היא , ודרגת החמצון המזערית של אלקטרונים ברמת האנרגיה החיצונית.(5)כי לאטום זרחן אטומי הזרחן היא .

לכן הם יכולים לשמש רק כמחזר , היא Ca3P2(s)דרגת החמצון של יוני הזרחן בחומר: דרגת החמצון של יוני זרחן יכולה רק לעלות(.או)

לשמש, לכן הם יכולים היא P4O6(l)דרגת החמצון של אטומי הזרחן במולקולות של: דרגת החמצון של אטומי זרחן יכולה גם לעלות וגם לרדת(.אוגם כמחמצן וגם כמחזר )


קביעה שגויה של דרגות חמצון -הסיבה לרוב הטעויות שאותרו בתת-סעיף זה היא המרבית והמזערית של אטום זרחן עקב פירוש שגוי של מספר אלקטרונים ברמת האנרגיה

החיצונית: , כי מספר אלקטרונים ברמה החיצונית של 5 ודרגת חמצון מזערית היא 3+"דרגת חמצון מרבית היא •

אטום זרחן הוא חמש." רוב התלמידים שכתבו תשובות מסוג זה, קבעו נכון את דרגות החמצון של אטומי ויוני זרחן

בתרכובות, אטומי הזרחן במולקולות ולגבי Ca3P2(s)יוני הזרחן בחומרמה שהביא לקביעה שגויה לגבי

:P4O6(l)של לבין3+ יכולים לשמש גם כמחמצן וגם כמחזר, כי דרגת החמצון שלהם היא בין Ca3P2(s)"יוני הזרחן ב-•

5 ". יכולים לשמש רק כמחמצן, כי דרגת החמצון שלהם היא מרבית." P4O6(l)"יוני הזרחן ב- •

(90 )הציון סעיף ב' , משמש להדברת מזיקים. PH3(g)פוספין,

?PH3(g) שלפניך, מתאים לתיאור סכמתי של I , II , IIIאיזה מהאיורים

51

7789

010

2030

405060

7080

90100

i ii

:או

: :

:Cl:

:ClPCl:

: :

: : : : :: :

: ::Cl:P:Cl: :Cl:

תשובה: .IIאיור


.IIמבנה הגז ברמה מיקרוסקופית המתואר בציור הציון גבוה. התלמידים ידעו לזהות את הטעויות המעטות בבחירת הציור הנכון נובעות מחוסר הבנה של מבנה חומר מולקולרי

במצב גז.


(77)הציון iתת-סעיף . PCl3רשום נוסחת ייצוג אלקטרונית למולקולה

תשובה:


52

רוב התלמידים שטעו בתת-סעיף זה לא ציינו אלקטרונים לא קושרים על אטומי כלור ולעיתים גם על אטום זרחן. תלמידים אלה יודעים מהו מבנה המולקולה, אך לא הפנימו

את כללי הרישום של נוסחאות ייצוג אלקטרוניות.

מומלץ לתרגל רישום של נוסחות ייצוג אלקטרוניות של מולקולות לאורך לימוד של כלנושאי הסילבוס, לבחור לתרגול מולקולות מכל הסוגים ובצורות שונות.

(89)הציון iiתת-סעיף צורה של פירמידה משולשת. קבע אם למולקולה זאת יש דו-קוטב קבוע. PCl3למולקולה

תשובה: יש דו-קוטב קבוע. PCl3כן, למולקולה


הציון גבוה. רוב התלמידים ידעו לקבוע את קוטביות המולקולה, כשצורתה נתונה. הם ידעו שבמולקולה שצורתה פירמידה משולשת פיזור המטען אינו אחיד. תלמידים מעטים טעו -

קבעו שבמולקולה אין דו-קוטב קבוע. הטעות נובעת מחוסר ידע והבנה שבקביעת קוטביות המולקולה יש להתייחס לצורתה ולא רק להפרש באלקטרושליליות

האטומים.

בתרגול עם מודלים מומלץ לעמוד על מיקום של אטומי היסודות במערכה המחזורית, וכתוצאה מכך על ההבדלים בין הצורות השונות של המולקולות, תוך הדגשת ההבדלים בין פירמידה משולשת למשולש מישורי, בין צורה קווית לצורה זוויתית,

בין טטראהדר לפירמידה משולשת.

(57 )הציון סעיף ד' , הוא חומר המשמש לניקוי צנרת במערכות מים בתעשייה.Na3PO4(s)נתרן זרחתי,

53

73

47

010

2030

405060

7080

90100

i ii

(73)הציון iתת-סעיף נתרן זרחתי מתמוסס היטב במים. נסח ואזן את תהליך ההמסה.

תשובה:

Na3PO4(s) 3Na+(aq) + PO4

3(aq)


ניתן למיין את הטעויות האופייניות שהופיעו בתת-סעיף זה למספר סוגים: :חוסר יכולת לזהות חומר יוני - התייחסות לחומר הנתון כאל חומר מולקולרי

• Na3PO4(s) Na3PO4(aq)

,חוסר יכולת לקבוע מהם היונים - במיוחד יונים רב אטומיים - המרכיבים את החומר ואת מטעני היונים:

• Na3PO4(s) 3Na+(aq) + P3

(aq) + 4O2((aq)

חוסר הבנה מהו תהליך ההמסה - רישום ניסוח תגובה של התפרקות החומר במקום תהליך ההמסה:

• Na3PO4(s) 3Na+(aq) + P3

(aq) + 2O2(g)

(47)הציון iiתת-סעיף תאר ברמה המיקרוסקופית תמיסה מימית של נתרן זרחתי.

תשובה:PO4 ויוני +Naהתמיסה מכילה יוני

3.)המוקפים במולקולות המים )יונים ממוימים בין מולקולות המים לבין היונים פועלים כוחות משיכה חשמליים.

מים

מים

מים

מים

54

הקוטב החיובי של מולקולת המים - אטומי המימן - נמשך ליון השלילי, והקוטב השלילי שלמולקולת המים - אטום החמצן - נמשך ליון החיובי.

בין מולקולות המים קיימים קשרי מימן. החלקיקים בתמיסה הם ניידים.


הציון נמוך מאוד. תלמידים רבים התקשו לתאר ברמה מיקרוסקופית תמיסה מימית שלחומר יוני.

הבעיה העיקרית בתת-סעיף זה היא תשובות חלקיות: ציון יונים - ללא התייחסות לכך שהם ממוימים, חוסר התייחסות לכוחות הפועלים בין היונים לבין מולקולות המים, לניידות

החלקיקים, לקשרי מימן בין מולקולות המים:PO4 ויונים +Na"התמיסה מכילה יוני •

3. ""התמיסה מכילה יונים חיוביים ויונים שליליים." •

כמו כן הופיעו תיאורים שגויים:תיאור שגוי של כוחות הפועלים בין היונים לבין מולקולות המים או תיאור המים

כחומר המתפרק ליונים:PO4 מוקפים ביונים שליליים של מים, ויוני +Na"יוני •

3 ".מוקפים ביונים חיוביים של מים"בתמיסה יש יונים בים של אלקטרונים."•"יוני נתרן מוקפים במולקולות מים בגלל קשרי מימן."• :חוסר הבחנה בין תמיסה של חומר לחומר במצב נוזל"יש כאן יונים במצב נוזל."•"החומר הוא נוזל לא אחיד."• :טעויות ובלבול במושגי יסודPO4"תמיסה מימית זו מורכבת מיון •

3 ".ומסביבו שלושה יוני נתרן "נתרן זרחתי בתמיסה מימית הופך לארבע מולקולות של יונים."•""בתמיסה יש אטומים חיוביים ואטומים שליליים.•:אי-הבחנה בין סוגי הכוחות הפועלים בין חלקיקים"בין היונים לבין מולקולות המים יש קשרים יוניים." •"בתמיסה קיימים כוחות משיכה בין יונים לאלקטרונים."•היו תלמידים שלא הבינו מהי רמה מיקרוסקופית ותיארו את התמיסה ברמה

מאקרוסקופית: "התקבלה תמיסה מימית חסרת צבע."•

55

מומלץ לתרגל תהליכי המסה במים של חומרים מסוגים שונים, כולל חומרים יוניים, ולרשום את ניסוחי התהליכים בליווי הסבר מפורט של המתרחש בעת ההמסה ברמה מאקרוסקופית וברמה

מיקרוסקופית. קישורים לאנימציות הממחישות את המסת חומר יוני במים:




שאלה לתרגול:רשמו את התיאורים המתארים ברמה מיקרוסקופית את התמיסות המימיות הברות:

KBr(aq)תמיסת א.

C2H5OH(aq)תמיסת ב.

CH3COCH3(aq)תמיסת ג.

NH4Cl(aq)תמיסת ד.

3PO4(aq)(NH4תמיסת )ה. במיםHCl(g)תמיסה המתקבלת בהמסת ר. במים.NH3(g)תמיסה המתקבלת בהמסת ז.

הטבלה הבאה עשויה לעזור לתלמיד להבחין בין סוגים שונים של קשרים כימיים.

סוג הקשרהמטענים שביניהם פועלים כוחות משיכה חשמלייםיוניבין יונים חיוביים ושליליים

קוולנטי טהורבין גרעינים לאלקטרוני קשר. בקשר זה יש כיווניות.

קוולנטי קוטביבין גרעינים לאלקטרוני קשר. בקשר זה יש כיווניות.

56




בין אטום מימן החשוף מאלקטרונים במולקולה אחת לזוג אלקטרונים לא קושרים על אטום אלקטרושלילי מאוד

במולקולה סמוכה. בקשר זה יש כיווניות.

קשרי מימן

קטבים בעלי מטען חלקי חיובי לקטבים בעלי מטען חלקישלילי )קוטביות רגעית מושרית או קוטביות קבועה(

אינטראקציותון-דר-ואלס

יונים חיוביים נמשכים לקטבים בעלי מטען חלקי שליליויונים שליליים נמשכים לקטבים בעלי מטען חלקי חיובי.

)יונים שליליים נדחים על ידי קטבים בעלי מטען חלקי שלילי ויונים חיוביים נדחים על ידי קטבים בעלי מטען חלקי

חיובי(

אינטראקציות חשמליות בין

יונים למולקולות

קוטביותבאטום הבודדבין פרוטונים בגרעין לאלקטרונים באורביטלים האטומיים

57

68 6882

73

010

2030

405060

7080

90100

ד ג ב א

41-548%

0-4012%

55-8439%

85-10041%

5שאלה מצב גז וסטויכיומטריה



כדי לענות על שאלה זו על התלמיד:.להכיר את המושגים: מול, מסה מולרית .לדעת את מאפייני המצב הגזי: לחץ, נפח, טמפרטורה .לדעת מהי ההשפעה של שינוי הטמפרטורה על הנפח ועל הלחץ של גז.לדעת מהי ההשפעה של שינוי מספר המולים של הגז על הנפח ועל הלחץ של גז.להכיר את השערת אבוגדרו.לדעת מהו נפח מולרי של גז.לבצע חישובים סטויכיומטריים.לנתח מידע המוצג בגרף.לנסח ולאזן תגובה כשנתונים המגיבים והתוצרים.לדעת מהו ריכוז מולרי, ריכוז היונים בתמיסה מימית.לדעת מהו מיהול ולבצע את החישובים הקשורים בו

58

55

81

010

2030

405060

7080

90100

i ii


השאלה עוסקת בגזים: חנקן, חמצן ותחמוצות חנקן.


59


יישוםiאiiאנליזה

הבנהiבiiאנליזה

יישוםגהבנהiד

iiהבנהiiiיישום

1 gr = 0.03125 molgrmol 32

1 gr = 0.0357 molgrmol 28

(55)הציון iתת-סעיף שני כלים סגורים, שהנפחים שלהם שווים וקבועים, הוחזקו בטמפרטורה קבועה.

.N2(g) גרם חנקן, 1 , והכלי השני מכיל O2(g) גרם חמצן, 1הכלי הראשון מכיל נמק אתקבע אם הלחץ בכלי השני גדול מהלחץ בכלי הראשון, קטן ממנו או שווה לו.

.קביעתך

תשובה:הלחץ בכלי השני גדול יותר.

בכלי הראשון:O2(g)מספר המולים של

בכלי השני:N2(g)מספר המולים של

בכלי השני יש יותר מולים של גז. לכן הלחץ בכלי השני גדול יותר. : המסה המולרית של חמצן גדולה יותר, לכן מספר המולים של חמצן קטן ממספראו

לכן הלחץ בכלי השני גדול יותר. המולים של חנקן בכלי השני.


הציון נמוך. רוב הטעויות האופייניות שאותרו בתת-סעיף זה נובעות מחוסר הבנה שלהשערת אבוגדרו:

התייחסות ללחץ בתוך הכלי כאל לחץ חיצוני והחלטה ללא חישוב שמספר מולי גז בשני הכלים שווה:

"הלחצים שווים, כי הכלים נמצאים באותם תנאים."•"בתנאים זהים מספר מולי גז בשני בכלים שווה, לכן גם הלחץ שווה."•

:בלבול בין מסת הגז לבין מספר המולים של גז"הלחץ שווה, כי המסה שווה."•

:התייחסות לגודל מולקולות כאל גורם המשפיע על לחץ הגז

60

זמן

לחץ

0זמן

לחץ

0זמן

לחץ

0

IV III II Iזמן

לחץ

0

." N2 גדולה ממולקולה O2"הלחץ בכלי הראשון גדול יותר כי מולקולה •

(81)הציון iiתת-סעיף מחממים את הכלי המכיל חנקן.

שלפניך הוא תיאור סכמתי נכון של הלחץ בכלי במהלך החימוםI-IVאיזה מהגרפים כתלות בזמן?

.נמק את קביעתך

תשובה: . IIIגרף

בתחילת הניסוי היה גז בכלי, לכן הלחץ ההתחלתי גדול מאפס. כשטמפרטורת הגז עולה, הלחץ בכלי עולה.


רוב התלמידים בחרו בגרף הנכון. הם ידעו לנתח את נתוני השאלה ואת הגרפים ולהסיקמסקנה נכונה.

ניתן למיין את הטעויות האופייניות לשני סוגים עיקריים:קביעה שגויה וניסיון לנמקה:.1 בחירה בגרףIהתייחסות רק לשינוי הלחץ בכלי כתלות בשינוי הטמפרטורה, ללא -

ניתוח של נתוני השאלה - נוכחות הגז בכלי בתחילת הניסוי:"כשמחממים את הכלי הלחץ עולה." • בחירה בגרףIIהתייחסות לשינוי נפח הגז בחימום, למרות הנתון שהכלי סגור ובעל -

נפח קבוע: "בחימום נפח הכלי גדל, לכן הלחץ בכלי קטן - קיים יחס הפוך." •

61

94

41

010

2030

405060

7080

90100

i ii

12

קביעה נכונה המלווה בהסבר שגוי המצביע על חוסר הבנה של השינויים המתרחשים.2בחימום הכלי:

"הלחץ עולה בגלל שהחימום גורם להגדלת מספר מולקולות בכלי." •

(68 )הציון סעיף ב' ומתקבלת תחמוצת אחרת שלO2(g) מגיבה עם NO(g)בתנאים מתאימים, תחמוצת החנקן

. NO2(g)חנקן -

(94)הציון iתת-סעיף נסח ואזן את התגובה.

תשובה: 2NO(g) + O2(g) 2NO2(g)

NO(g) + O2(g) NO2(g) :או


הציון גבוה מאוד, התלמידים ידעו לנסח תגובה כשנתונים המגיבים והתוצרים. כמעט ולאנתגלו טעויות.

(41)הציון iiתת-סעיף

62

ביצעו את התגובה בתוך מזרק, כשהטמפרטורה והלחץ נשמרו קבועים..נמק את קביעתךקבע אם במהלך התגובה נפח המזרק גדל, קטן או לא השתנה.

תשובה:נפח המזרק קטן, כי מספר מולים של גז קטן במהלך התגובה.


הציון נמוך מאוד. תלמידים רבים לא ידעו לקשר בין שינוי מספר המולים של הגז לבין נפחהגז.

רוב התלמידים שטעו קבעו שנפח המזרק לא השתנה:"נפח המזרק לא השתנה, מכיוון שהוא תלוי בשינוי לחץ וטמפרטורה." •"הנפח לא השתנה, כי טמפרטורה ולחץ נשארו קבועים." •

מומלץ להפנות את תשומת הלב של התלמידים לכך שקיימים שני סוגים עיקריים שלשאלות המתייחסות לגזים הנמצאים בכלים סגורים:

גז הנמצא בכלי סגור שנפחו קבוע. נפח הגז במקרה זה שווה לנפח הכלי ולא יכול.1להשתנות.

אם בכלי כזה מתרחשת תגובה שבמהלכה משתנה מספר מולים של גז, הלחץ בכלימשתנה.

גז הנמצא בכלי סגור שנפחו יכול להשתנות - כגון מזרק. אם בכלי כזה מתרחשת.2תגובה שבמהלכה משתנה מספר מולים של לגז, נפח הכלי משתנה.

שאלות לתרגול - מומלץ לבקש מהתלמידים לנמק את קביעתם:

63

1 שאלה . O2(g) מיליליטר חמצן 150בכלי סגור בצורת מזרק נמצאים

יצרו ניצוץ חשמלי בכלי על ידי מתג חיצוני. מיליליטר. 100נפח הכלי קטן ל-

תלמידים הציעו סיבות שונות להקטנת הנפח.בהסתמך על תוצאות הניסוי -

הסיבה להקטנה של נפח הכלי היא:התפרקות מולקולות החמצן לאטומים בודדים..1הפיכת החמצן לנוזל.. 2.O3(g)היווצרות הגז אוזון .3התלכדות מולקולות החמצן לזוגות..4

2 שאלה .N2(g) גרם של גז חנקן, 14 נמצאים Aבמזרק )כלי המשנה את נפחו(

.C2H4(g) גרם של הגז אתילן , 14 נמצאים Bבמזרק Aהטמפרטורה בשני הכלים זהה, אך הלחץ השורר בכלי

.Bקטן מהלחץ השורר בכלי מהי הקביעה הנכונה?

.B גדול ממספר המולים של גז בכלי Aמספר המולים של גז בכלי .1 .B קטן ממספר המולים של גז בכלי Aמספר המולים של גז בכלי .2 .B גדול מנפח הגז בכלי Aנפח הגז בכלי .3 .B קטן מנפח הגז בכלי Aנפח הגז בכלי .4

64

0.03 mol3 = 0.01 mol

litermol

25 0.01 mol = 0.25 liter

grmol 46

1.38 gr = 0.03 molgrmol 46

מסה מולרית (גרם למול)

מספר מולים נתון/נדרשבניסוי ספציפי

מסה נתונה/נדרשתבניסוי ספציפי (גרם)

יחס המולים בניסוח תגובה

נפח מולרי של גז בתנאי הניסוי (ליטר למול)

נפח הגז נתון/נדרשבניסוי ספציפי (ליטר)

3NO2(g) + 3H2O(l) 2H3O+(aq) + 2NO3(aq) + NO(g)

46

3 1

25

0.03 0.01

0.255

(82 )הציון סעיף ג' מגיבים עם מים על פי התגובה:NO2(g) גרם 1.38

3NO2(g) + 3H2O(l) 2H3O+(aq) + 2NO3(aq) + NO(g)

שהתקבל בתגובה, אם נתון שנפח מולרי של גז בתנאי התגובהNO(g)חשב את הנפח של ליטר.25הוא

.פרט את חישוביך

תשובה: :NO2(g) המסה המולרית של

שהגיב:NO2(g)מספר המולים של

,NO2(g) מול 3 התקבל מ- NO(g) מול 1על פי יחס המולים בניסוח התגובה, שהתקבל:NO(g)לכן מספר המולים של

שהתקבל:NO(g)הנפח של

' טבלה מסכמת לסעיף גאו


65

010

2030

405060

7080

90100

i ii iii

83 81

60

0.03 mol 23 = 0.02 mol

הנפח שלהטעות העיקרית בסעיף זה היא חוסר התייחסות ליחס המולים בניסוח התגובה - חישוב NO(g)מול חומר. טעויות נוספות הן טעויות חישוב ואי-רישום0.03 על פי שהתקבל

יחידות.

(73 )הציון סעיף ד'

(83)הציון iתת-סעיף +H3Oחשב את מספר המולים של יוני

(aq) .פרט את חישוביך שהתקבלו בתגובה.

תשובה:+H3O מול יוני 2 על פי יחס המולים בניסוח התגובה,

(aq) -מול 3 התקבלו מ NO2(g), +H3Oלכן מספר המולים של יוני

(aq):שהתקבלו


גם בתת-סעיף זה הטעות העיקרית היא חוסר התייחסות ליחס המולים בניסוח התגובה,+H3O יוני וכתוצאה מכך חישוב שגוי של מספר המולים של

(aq)טעויות נוספות הן שהתקבלו . טעויות חישוב.

(81)הציון iiתת-סעיף +H3Oהריכוז של יוני

(aq) 0.04 בתמיסה המימית שהתקבלה היה M.

66

= 0.5 liter0.02 mol

litermol0.04

0.02 mol 1 liter0.01 mol = 2 liter

.פרט את חישוביךמהו הנפח של התמיסה שהתקבלה?

תשובה:הנפח של התמיסה שהתקבלה:


רוב הטעויות שאותרו בתת-סעיף זה הן טעויות חישוב ואי-רישום יחידות.

(60)הציון iiiתת-סעיף +H3Oלתמיסה שהתקבלה הוסיפו מים עד שהתקבלה תמיסה שבה ריכוז יוני

(aq) 0.01 היה M .

.פרט את חישוביךחשב את נפח המים שהוסיפו.

תשובה:+H3O מול יוני 0.02 ליטר תמיסה יש 0.5ב-

(aq) .מספר מולים זה יישאר בתמיסה המהולה.

+H3O מול יוני 0.01 ליטר של התמיסה המהולה יש 1ב- (aq).

+H3O מול יוני 0.02 ליטר של התמיסה המהולה יש Xב- (aq).

נפח התמיסה המהולה:

liter 0.5 liter = 1.5 liter 2 נפח המים שהוסיפו:


הציון נמוך. תלמידים רבים לא הצליחו לחשב את נפח המים שהוסיפו לתמיסה המקורית.הטעויות האופייניות הן:

.התייחסות למים שנוצרו בתגובה כאל מים שהוסיפו לתמיסה במטרה למהול אותה של התמיסה. התלמידים שענו כך סבורים שהמיהול הוא2 תשובה המתייחסת למיהול פי

.2תמיד פי נפח התמיסה המהולה ללא המשך.חישוב נכון של

67

ליטר תמיסה 0.5 מול20.0המכילה

O3H+(qa) יוני

מוסיפים 5.1 ליטר מים

2 ליטר תמיסה מול20.0המכילה

O3H+(qa) יוני

O3H+(qa) 10.0 ריכו יוני M

95

4886

85 26

001

0203

040506

0708

09001

ה ד ג ב א

45-14%904-0

%91

48-55%63

001-58%63

מומלץ לבצע במעבדה את המיהול המתואר בשאלה וללוות את הניסוי בחישוב מספר+H3Oהמולים של יוני

(aq) וריכוז יוני H3O+(aq) . כמו כן אפשר להיעזר באיורים

סכמתיים בהסבר של תהליך המיהול. לדוגמה, אפשר לסכם את התרגיל באיורהבא:

6שאלה חומצות ובסיסים וסטויכיומטריה



68

טהור בדגימה MgO(s) מסת100% מסת הדגימה

כדי לענות על שאלה זו על התלמיד:.לזהות את הסיום של תגובת חומצה - בסיס .לבצע חישובים סטויכיומטרייםלנתח מידע חדש המופיע בשאלה וליישם אותו )במקרה זה חישוב דרגת ניקיון של

תוצר(.,לנסח תגובה בין תחמוצת בסיסית לבין חומצה, כשתגובה דומה - עם חומצה אחרת

נתונה בשאלה. יוני לקבוע את מספר המולים שלH3O+

(aq) הנוצרים בתמיסה מימית ממול חומצה נתונה.

.לזהות חומצה ובסיס על פי נוסחותיהם.להכיר את התכונות של חומצות ובסיסים


, בדרגת ניקיון גבוהה, משמשת בין היתר לייצור תוספיםMgO(s)אבקת מגנזיום חמצני, לדלק.

טהור בדגימה, המחושב על פי הנוסחה: MgO(s)מגדירים את דרגת הניקיון כאחוז של

ביצעו שני ניסויים לקביעת דרגת הניקיון של אבקה המכילה מגנזיום חמצני. גרם מגנזיום חמצני. הוסיפו לדגימה, במנות קטנות,8 לקחו דגימה של בניסוי הראשון

.M 0.45 , בריכוז HCl(aq)תמיסה מימית של חומצת מימן כלורי, התרחשה התגובה:

69


יישוםאיישוםiב

iiהבנהיישוםiג

iiיישוםאנליזהדיישוםה

84 83

30

405060

7080

90100

MgO(s) + 2H3O+(aq) Mg2+

(aq) + 3H2O(l)

. HCl(aq) מ"ל תמיסת 860התגובה הסתיימה כשהגיבו

(59 )הציון סעיף א'כיצד קובעים שהתגובה הסתיימה?

תשובה:אחת מהתשובות:

- קובעים שהתגובה הסתיימה בעזרת אינדיקטור מתאים, שהצבע שלו משתנה במעברמתמיסה

חומצית לתמיסה ניטרלית.-מטר.pH- בדיקה ב-

- המוצק נעלם- תמיסה עכורה הופכת לצלולה.


הציון נמוך. תלמידים רבים התקשו בקביעת סיום התגובה. הם לא הבינו, שיש להתייחס לשיטה ניסויית - לשינוי הנראה לעין, ותיארו את סיום התגובה ברמה מיקרוסקופית במקום

לתאר אותו ברמה מאקרוסקופית: +H3O"התגובה הסתיימה כאשר כל יוני •

(aq) ".הגיבו +H3O הגיב וכל יוני MgO(s)"התגובה הסתיימה כשכל החומר •

(aq) ".הגיבו במלואם MgO(s) מ"ל לא יוצרת תוצרים, לכן ניתן להניח שכל ה- 860 מעבר ל- HCl(aq)"כל תוספת של •

הגיב במלואו."

חלק מהתלמידים מתקשים להבחין בין תיאור המערכת ברמה מאקרוסקופית לבין תיאורה ברמה מיקרוסקופית. מומלץ להדגיש את ההבדלים בין רמות אלה במהלך ביצוע ניסויים, אנימציות ותרגילים. מומלץ לבצע ניסוי המתואר בשאלה ולבקש מהתלמידים לתאר את התצפיות שלהם, לקבוע את סיום התגובה, ולאחר מכן לתאר את

המתרחש בתגובה ברמה מיקרוסקופית.


70

litermol 0.45 0.860 liter = 0.387 mol

0.387 mol2

= 0.194 mol

grmol 40

40 0.194 mol = 7.76 gr grmol

מסה מולרית (גרם למול)

מספר מולים נתון/נדרשבניסוי ספציפי

מסה נתונה/נדרשתבניסוי ספציפי (גרם)

יחס המולים בניסוח תגובה

(M) ריכוז מולרי של מומס בתמיסה

נפח התמיסה )ליטר(

MgO(s) + 2H3O+(aq) Mg2+(aq) + 3H2O(l)

1 2

0.194 0.387

40

7.76

0.860

0.45

(84)הציון iתת-סעיף .פרט את חישוביך . HCl(aq) שהגיבה עם תמיסת MgO(s)חשב את המסה של

תשובה: מ"ל תמיסה:860 ב- HClמספר המולים של

+H3O מול יוני 1 נוצר בתמיסה מימית HCl מול 1מ- (aq) מספר המולים של יוני , H3O+

(aq) mol 0.387 מ"ל תמיסה: 860ב-

+H3O מול יוני 2על פי יחס המולים בניסוח התגובה, (aq) מול 1 מגיבים עם MgO(s),

שהגיב:MgO(s)לכן מספר המולים של :MgO(s)המסה המולרית של

שהגיב:MgO(s)המסה של

i טבלה מסכמת לתת-סעיף ב' או


71

7.76 gr8 gr

100% = 97%

8063

010

2030

405060

7080

90100

i ii

תמיסת שהגיב, על פי נתונים על MgO(s)הציון גבוה. רוב התלמידים ידעו לחשב את המסה של HCl(aq).

הטעות העיקרית בתת- סעיף זה היא חוסר התייחסות ליחס המולים בניסוח התגובה - חישוב מול חומר. טעויות נוספות הן טעויות0.387על פי שהגיבMgO(s)המסה של

חישוב ואי-רישום יחידות.

(83)הציון iiתת-סעיף .פרט את חישוביךחשב את דרגת הניקיון.

תשובה:

דרגת הניקיון של מגנזיום חמצני שבדגימה:


רוב התלמידים הבינו את ההסבר שבתחילת השאלה וחישבו נכון את דרגת הניקיון של מגנזיוםחמצני שבדגימה, אך היו תלמידים שטעו בחישוב או דילגו על תת-סעיף זה.

(68 )הציון סעיף ג' גרם מגנזיום חמצני. הוסיפו לדגימה תמיסה מימית של8 לקחו דגימה של בניסוי השני

.M 0.45 בריכוז H2SO4(aq)חומצה גפרתית,

72

(80)הציון iתת-סעיף נסח ואזן את התגובה שהתרחשה בניסוי השני.

תשובה: MgO(s) + 2H3O+

(aq) Mg2+(aq) + 3H2O(l)

MgO(s) + 2H3O+(aq) + SO4

2(aq) Mg2+

(aq) + SO42

(aq) + 3H2O(l) או:


רוב התלמידים ידעו לנסח תגובה בין תחמוצת בסיסית לבין חומצה, כשתגובה דומה - עםחומצה אחרת, נתונה בשאלה. הטעות העיקרית בתת-סעיף זה היא איזון שגוי:

• MgO(s) + 4H3O+(aq) Mg2+

(aq) + 6H2O(l)

• MgO(s) + H3O+(aq) Mg2+

(aq) + H2O(l)

טעויות נוספות שנתגלו הן רישום מגנזיום גופרתי מוצק בתוצרים:• MgO(s) + 2H3O+

(aq) + SO42

(aq) MgSO4(s) + 3H2O(l)

ורישום ניסוח מולקולרי:• MgO(s) + H2SO4(aq) MgSO4(aq) + H2O(l)

כאשר התלמידים מנסחים תגובות חומצה - בסיס, מומלץ לבקש מהם לרשום ניסוחיתגובה יוניים, בנוסף לניסוחי נטו.

(63)הציון iiתת-סעיף ,H2SO4(aq) מ"ל תמיסת 860קבע אם בניסוי השני התגובה הסתיימה לאחר הוספה של

.נמק מ"ל. 860 מיליליטר או הוספה של פחות מ- 860הוספה של יותר מ-

תשובה: .H2SO4(aq) מ"ל תמיסת 860התגובה הסתיימה לאחר הוספה של פחות מ-

+H3O מול יוני 1 נוצר בתמיסה מימית HCl מול 1מ- (aq).

+H3O מול יוני 2 נוצרים בתמיסה מימית H2SO4 מול 1מ- (aq).

.HCl(aq) באותו ריכוז כמו תמיסת H2SO4(aq)לכן יידרש נפח קטן פי שניים של תמיסת

73

4OS2H(qa) תמיסת lCH(qa) תמיסת

lC

lC

+O3H

+O3H

4OS 2

4OS 2

+O3H

+O3H+O3H

+O3H

)לקבל גם חישוב כנימוק.(

יישוםלדעתנו, רמת חשיבה על פי הטקסונומיה של בלום היא

+H3Oהציון נמוך יחסית. תלמידים רבים התקשו לקבוע את מספר המולים של יוני (aq),

הנוצרים בתמיסה מימית ממול החומצה הנתונה, וכתוצאה מכך טעו בהערכת הנפח של שהוסיפו לכלי:H2SO4(aq)תמיסת

"יש אותו יחס, אך מולקולות החומצה גדולות יותר, לכן הנפח יהיה גדול יותר." •"היחס הוא אותו יחס, ולכן הנפה נשאר אותו דבר." •

)למרות שאפשרות זו לא מופיעה בשאלה.(

מומלץ להכין - יחד עם התלמידים, ציורים המתארים תמיסות מימיות של חומצות ברמהמיקרוסקופית, כגון:

(58 )הציון סעיף ד' .Mg(OH)2(s) מתקבל תוצר לוואי - מגנזיום הידרוקסידי, MgO(s)בתהליך הייצור של

, הקביעה של דרגת ניקיון אינה מדויקת. הסבר מדוע. Mg(OH)2(s)אם הדגימה מכילה גם

74

תשובה: , שהוא בסיס, יגיב עםMg(OH)2(s) הקביעה של דרגת ניקיון תהיה לא מדויקת, כי גם

תמיסת החומצה.


הציון נמוך. תלמידים רבים התקשו לקשר בין דיוק הקביעה של דרגת ניקיון של מגנזיום לבין חומצה. תלמידים אלה ניסו להמציא סיבותMg(OH)2(s)חמצני לבין התגובה בין בסיס

שונות לכך שדרגת ניקיון תהיה לא מדויקת:"יש מסה נוספת ולכן קשה לבדוק את דרגת הניקיון." •"תוצר לוואי מוסיף מסה." •"צריך להפריד תוצר לוואי וזה מקשה על הבדיקה." •

טעות אופיינית נוספת היא אי-זיהוי של מגנזיום הידרוקסידי כבסיס המגיב עם חומצה:•" Mg(OH)2(s) ".לא מגיב עם חומצהאינו בסיס." Mg(OH)2(s) "רק בסיסים מגיבים עם חומצה, ו- •

(62 )הציון סעיף ה' , תמיסת אמוניה,HCOOH(aq)נתונות שלוש תמיסות מימיות: תמיסת חומצה מתאנואית,

NH3(aq) , .KCl(aq)תמיסת אשלגן כלורי,

.Mg(OH)2(s)קבע, עבור כל אחת משלוש התמיסות, אם היא מגיבה עם אם כן - נסח את התגובה. אם לא - הסבר מדוע.

תשובה: Mg(OH)2(s) + 2HCOOH(aq) Mg2+

(aq) + 2HCOO(aq) + 2H2O(l)

Mg(OH)2(s) + 2H3O+(aq) Mg2+

(aq) + 4H2O(l) או:

, כי גם האמוניה היא בסיס.Mg(OH)2(s) אינה מגיבה עם בסיס NH3(aq)תמיסת , כי אין בתמיסה חלקיקיםMg(OH)2(s) אינה מגיבה עם בסיס KCl(aq)תמיסת מלח

המתנהגים כחומצה.


75

62 63 6853

010

2030

405060

7080

90100

ד ג ב א

45-14%61

04-0%22

48-55%34

001-58%91

הציון נמוך יחסית. הטעויות האופייניות שאותרו בסעיף זה הן: תלמידים שלא זיהוMg(OH)2(s)כבסיס בסעיף הקודם, קבעו שחומר זה לא מגיב עם

חומצה מתאנואית. זיהוי נכון שלMg(OH)2(s) כבסיס וזיהוי מוטעה של NH3(aq):כתמיסת חומצה

• Mg(OH)2(s) + NH3(aq) MgNH4(aq) + H2O(l)

זיהוי מוטעה שלMg(OH)2(s) כמלח וקביעה שהוא מגיב עם תמיסת KCl(aq)בתגובת שיקוע:

• Mg(OH)2(s) + 2KCl(aq) MgCl2(s) + KOH(aq)

מומלץ לבצע עם התלמידים את כל הניסויים והפעילויות המתוארים בשאלה, לדון בסוגשל כל חומר, בשיטות הזיהוי של חומצות ובסיסים ובתכונות שלהם, לבצע את החישובים.

מומלץ לבצע את האנימציה הנמצאת באתר של מכון דוידסון שליד מכון ויצמן למדע:http://davidson.weizmann.ac.il/online/tikshuv/chemistry/%D7%AA%D7%9E%D7%99%D7%A1%D7%95%D7%AA-%D7%97%D7%95%D7%9E%D7%A6%D7%94-%D7%91%D7%A1%D7%99%D7%A1

7שאלה חומצות ובסיסים

פיזור ציונים 61 ציון ממוצע על פי מכון סאלד: 56%בחרו בשאלה

מהתלמידיםציונים ממוצעים של סעיפי השאלה:

76

http://davidson.weizmann.ac.il/online/tikshuv/chemistry/%D7%AA%D7%9E%D7%99%D7%A1%D7%95%D7%AA-%D7%97%D7%95%D7%9E%D7%A6%D7%94-%D7%91%D7%A1%D7%99%D7%A1



כדי לענות על שאלה זו על התלמיד: .לנסח תגובה בין חומצה חזקה לבין המים .לנסח תגובה בין חומצה חלשה לבין המים .להבחין בין חומצה חזקה לבין חומצה חלשה,לקשר בין חוזק החומצה לבין ריכוז יוני הידרוניוםH3O+

(aq).בתמיסה המימית , לדעת מהוpH.התמיסה המימית לקשר בין ריכוז יוניH3O+

(aq) -בתמיסה מימית לבין ה pH.של התמיסה לקשר בין ריכוז יוניH3O+

(aq).בתמיסה מימית לבין המוליכות החשמלית של התמיסה .לדעת מהו מצב שיווי-משקל בתמיסה של חומצה חלשה.לדעת מהו ריכוז מולרי.לתאר ברמה מיקרוסקופית את התמיסה המימית של חומצה חלשה לזהות את יוניHCO3

−(aq).כבסיס חלש

לדעת כיצד משתנהpH.התמיסה במהלך התגובה בין חומצה לבסיס לדעת כיצד משתנהpHהתמיסה במהלך הערבוב של תמיסות החומצות השונות

בריכוזים שונים.


77

לפיחשיבהרמת בלום

סעיףתת-סעיף

אiהבנהiiיישום

iiiאנליזה

בiיישוםiiיישום

גאנליזהדiיישוםiiיישום

010

2030

405060

7080

90100

i ii iii

92

69

34

H2O(l)

H2O(l)

H2O(l)

.I - IIIבטבלה שלפניך מוצגים נתונים על שלוש תמיסות מימיות,

התמיסה

נוסחת החומרשם החומר המומסהמומס

ריכוזהתמיסה

(M)

pHשל התמיסה

Iחומצה חנקתיתHNO3(l)0.11

IIחומצה אצטיתCH3COOH(l)0.12.9

IIIחומצת מימן כלוריHCl(g)?1.7


(92)הציון iתת-סעיף .HCl(g) ו- HNO3(l)נסח את התהליך שמתרחש כאשר מכניסים למים כל אחת מהחומצות

תשובה:HNO3(l) + H2O(l) H3O+

(aq) + NO3−

(aq)

HCl(g) + H2O(l) H3O+(aq) + Cl−

(aq)


תגובה בין חומצה חזקה לבין המים. הציון גבוה. התלמידים ידעו לנסח

78

תלמידים מעטים התייחסו למים כאל ממס:• HCl(g) H+

(aq) + Cl(aq)

• HNO3(l) H3O+(aq) + NO3(aq)

• HCl(g) HCl(aq)

(69)הציון iiתת-סעיף ii( שלפניך הוא הניסוח הנכון עבור התגובה2(-)1קבע איזה משני הניסוחים )

של CH3COOH(l) .נמק עם מים.

(1) CH3COOH(l) + H2O(l) CH2COOH−(aq) + H3O+

(aq)

(2) CH3COOH(l) + H2O(l) CH3COO− (aq) + H3O+

(aq)

תשובה:(2ניסוח )

( אטום המימן בקבוצה קרבוקסילית )במולקולה של חומצה( חשוף2בניסוח ) : קשור בקשר קוולנטי לאטום בעל אלקטרושליליותאו: מימן חומצי; אומאלקטרונים )

גבוהה(. לכן מולקולות המים מושכות אטום זה.


עם מים, אך חלקם התקשוCH3COOH(l)רוב התלמידים קבעו נכון את ניסוח התגובה של לנמק את בחירתם. הופיעו אמירות כלליות ללא הסבר לעומק:

נכון, כי זאת חומצה חלשה."(2)"ניסוח • כי זאת חומצה קרבוקסילית." CH3COOH(l) נכון, כי (2)"ניסוח •

(34)הציון iiiתת-סעיף .CH3COOH(aq)תאר ברמה המיקרוסקופית את התמיסה המימית של

תשובה:

79

הקשורות בקשרי מימןCH3COOHבתמיסה מימית של חומצה אצטית יש מולקולותלמולקולות+H3Oהמים, יוני

(aq) ויוני CH3COO−(aq)המוקפים במולקולות מים. בין היונים לבין הקוטב

הנגדי של מולקולות המים נוצרים כוחות משיכה חשמליים. כמו כן יש בתמיסה מולקולות מים

שאינן משתתפות במיום היונים. בין מולקולות אלה יש קשרי מימן. החלקיקים בתמיסה הם

ניידים.


הציון נמוך במיוחד. הדבר מצביע על חוסר ידע והבנה מהו תיאור ברמה מיקרוסקופית. CH3COOH(aq)את התמיסה המימית של תלמידים רבים התקשו לתאר ברמה מיקרוסקופית

הבעיה העיקרית בתת-סעיף זה היא תשובות חלקיות: ציון יונים ללא התייחסות. , אי-ציון של קשרי מימן בין מולקולות המים ו/או בין מולקולותCH3COOHלמולקולות

החומצה לבין מולקולות המים, אי-ציון של כוחות משיכה חשמליים בין היונים לבין הקוטבהנגדי של מולקולות המים:

" .CH3COO ויונים +H3O"התמיסה מכילה יוני •"בתמיסה יש יונים חיוביים ויונים שליליים." •

כמו כן הופיעו תיאורים שגויים::תיאור שגוי של כוחות הפועלים בין היונים לבין מולקולות המים"בתמיסה קיימים קשרי מימן בין היונים לבין מולקולות המים."•"בין היונים של חומצה לבין היונים של מים יש קשרים יוניים."•

:טעויות ובלבול במושגי יסוד"התמיסה המימית מכילה יונים ניידים בים של אלקטרונים."•."(OH) וקשרי מימן (CC , CH , CO)"בתמיסה יש קשרי ון-דר-ואלס •

:תיאור התמיסה ברמה מאקרוסקופית"התמיסה היא חסרת צבע וחומצית."•

80

66 60

010

2030

405060

7080

90100

i ii

כדי לעזור לתלמידים לענות נכון לשאלות מסוג זה, מומלץ לבקש מהם להתייחסלשלושה היבטים עיקריים:

אילו חלקיקים נמצאים בתמיסה? כדאי להזכיר לתלמידים שיש להתייחס גם.1לחלקיקי הממס.

מהם סוגי האינטראקציות בין חלקיקים?.2מהם סוגי התנועה של החלקיקים?.3

כדאי להזכיר לתלמידים שיש להתייחס גם לחלקיקי הממס. מומלץ לבצע עם התלמידים ניסויים, הכוללים המסה במים של חומצות ובסיסים שונים,

ולבקש מהתלמידים לרשום את ניסוחי התהליכים בליווי הסבר מפורט של המתרחש בעתההמסה ברמה מאקרוסקופית וברמה מיקרוסקופית.


(66)הציון iתת-סעיף . I של תמיסה pH גבוה מה- II של תמיסה pHהסבר מדוע ה-

תשובה: חומצה אצטית היא חומצה חלשה. רק חלק ממולקולות החומצה מגיב עם מולקולות

+H3Oהמים ליצירת יוני (aq) ויוני CH3COO−

(aq) .חומצה חנקתית היא חומצה חזקה המגיבה במלואה עם המים ליצירת יונים.

. ככל שריכוז יוניI נמוך מריכוז יוני ההידרוניום בתמיסה IIריכוז יוני הידרוניום בתמיסה pH גבוה מה-II של תמיסה pH של התמיסה גבוה יותר. לכן ה-pHההידרוניום נמוך יותר, ה-

.Iשל תמיסה

81


רוב התלמידים ידעו שחומצה חנקתית היא חומצה חזקה וחומצה אצטית היא חומצה חלשה, אך חלקם התקשו לפרש את המושגים האלה - לקשר בין חוזק החומצה לבין ריכוז

התמיסה, אךpHיוני הידרוניום בתמיסה. הופיעו הסברים הקושרים את חוזק החומצה ל- ללא אזכור הריכוז של יוני הידרוניום.

התמיסה נקבע על ידי מידת המסיסות של חומצה במים:pHחלק מהתלמידים סבורים ש- התמיסה של חומצהpH"מסיסות חומצה חנקתית במים גבוהה יותר מזו של חומצה אצטית, לכן •

חנקתית חומצי יותר - קרוב לאפס."

מומלץ להפעיל עם התלמידים אנימציות המתארות את התגובות עם מים של חומצהחזקה ושל חומצה חלשה:

http://stwww.weizmann.ac.il/G-CHEM/animationsindex/acidbasepH/HCl(aq).html

http://stwww.weizmann.ac.il/G-CHEM/animationsindex/acidbasepH/aceticeq.html

(60)הציון iiתת-סעיף , קטן ממנו אוI גדול מהריכוז המולרי של תמיסה IIIקבע אם הריכוז המולרי של תמיסה

.נמקשווה לו.

תשובה: .I נמוך מהריכוז המולרי של תמיסה IIIהריכוז המולרי של תמיסה

שתי החומצות הן חזקות וחד-פרוטיות. ממול של כל חומצה נוצר מול יוני הידרוניום.


ניתן למיין את הטעויות האופייניות בתת-סעיף זה לשני סוגים עיקריים: קביעה שגויה וניסיון לנמקה באמצעות השוואה בין חוזק החומצות - חוסר ידע ששתי.1

החומצות הן חזקות: חלשה יותר, לכן הריכוז המולרי שלה גדול יותר."HCl(l)"חומצה •

קביעה נכונה המלווה בנימוק שגוי:.2"הריכוז שווה, כי שתיהן מתפרקות ליונים."•

82

http://stwww.weizmann.ac.il/G-CHEM/animationsindex/acidbasepH/aceticeq.html

http://stwww.weizmann.ac.il/G-CHEM/animationsindex/acidbasepH/HCl(aq).html

"הריכוז שווה בגלל ששתי החומצות הן תרכובות יוניות."•

(68 )הציון סעיף ג' . קבע אם המוליכות החשמלית שלII ו- Iמדדו את המוליכות החשמלית של תמיסות

גבוהה Iתמיסה .נמק , נמוכה ממנה או שווה לה. IIמהמוליכות החשמלית של תמיסה

תשובה: .II גבוהה מהמוליכות החשמלית של תמיסה Iהמוליכות החשמלית של תמיסה

הריכוזים של התמיסות אמנם שווים, אך בכל תמיסה ריכוזי היונים שונים. .I נמוך מריכוז היונים בתמיסה IIחומצה אצטית היא חומצה חלשה. ריכוז היונים בתמיסה

ככל שריכוז היונים בתמיסה גדול יותר המוליכות החשמלית של התמיסה גבוהה יותר..אנליזהלדעתנו, רמת חשיבה על פי הטקסונומיה של בלום היא

רוב התלמידים קבעו נכון. הם ידעו שחומצה חנקתית היא חומצה חזקה וחומצה אצטית היא חומצה חלשה, אך חלקם התקשו לקשר בין חוזק החומצה לבין המוליכות החשמלית

של התמיסה. הופיעו הסברים הקושרים את חוזק החומצה למוליכות התמיסה, אך ללאאזכור הריכוזים של יונים.

חלק מהתלמידים שטעו סבורים שהולכה חשמלית אפשרית רק בתמיסה מימית של חומר יוני, ולא מתייחסים להיווצרות יונים בתמיסה מימית בתגובות בין חומרים מולקולריים

מסוימים, כגון חומצות ובסיסים, לבין המים. הטעויות האופייניות הנוספות הן: :התייחסות לחומצה חנקתית כאל חומר יוני זה חומר מולקולרי."CH3COOHזה חומר יוני ו- HNO3 גבוהה יתר, כי I"המוליכות של תמיסה •התייחסות לגודל היונים בתמיסה כאל גורם המשפיע על מידת ניידות היונים ועל

המוליכות: גבוהה יותר, כי היונים בה קטנים יותר, ולכן ניידים יותר."I"המוליכות של תמיסה •

מומלץ לבצע עם התלמידים ניסוי שבו מכינים תמיסות של מספר חומצות - חזקות ומוליכות חשמלית של כל תמיסה, לבקשpHוחלשות, בריכוזים שונים. לבדוק

מהתלמידים להסביר את התוצאות ולרשום את תהליכי ההמסה שלהחומצות במים. לאחר מכן אפשר לסכם:

83

5947

010

2030

405060

7080

90100

i ii

I. :תמיסות של אותה חומצה בריכוזים שונים:ככל שריכוז התמיסה גדול יותר, ריכוז היונים בתמיסה גדול יותר. ולכן

-pHהתמיסה נמוך יותר המוליכות החשמלית של התמיסה גבוהה יותר.-

II. :תמיסות שוות ריכוז של חומצות חזקות ושל חומצות חלשות:ככל שחומצה חזקה יותר, ריכוז היונים בתמיסה גדול יותר. ולכן

-pHהתמיסה נמוך יותר המוליכות החשמלית של התמיסה גבוהה יותר.-

שאלה לתרגול: .pH=1. נמדד HCl(g) מול 0.1 ליטר תמיסה על ידי המסה במים של 1הכינו .pH=5. נמדד CH3COOH(l) מול 0.1 ליטר תמיסה על ידי המסה במים של 1הכינו

של שתי התמיסות.pHהסבר את ההבדל בערכי ה- א. הייתה גבוהה בהרבה מהמוליכות בתמיסתHCl(aq)המוליכות החשמלית בתמיסת ב.

CH3COOH(aq).הסבר את ההבדל במוליכות של שתי התמיסות .

(53 )הציון סעיף ד'

(59)הציון iתת-סעיף . NaHCO3(s) הוסיפו סודה לשתייה, III מ"ל של תמיסה 100ל-

.נמק עלה , ירד או לא השתנה. III של תמיסה pHקבע אם לאחר ההוספה ה-

תשובה: של התמיסה עלה.pHה-

84

HCO3 יש יוני NaHCO3(aq)בתמיסת −

(aq). .HCl(aq)יונים אלה מגיבים כבסיס עם יוני הידרוניום שבתמיסת

( HCO3−

(aq) + H3O+(aq) 2H2O(l) + CO2(g) )

של התמיסה עלה.pHריכוז יוני הידרוניום בתמיסה ירד ולכן ה-


הבעיה העיקרית בתת-סעיף זה היא אי-זיהוי של סודה לשתייה כחומר יוני, שמתמוסס במיHCO3התמיסה, מתפרק ליונים, ויוני

−(aq) מתנהגים כבסיס - מגיבים עם יוני H3O+

(aq). ניתן למיין את הטעויות האופייניות לשני סוגים:

של התמיסה עלה, המלווה בנימוק שגוי: pHקביעה נכונה שה- .1 :התייחסות להוספת סודה לשתייה במצב מוצק כאל הוספת תמיסה ניטרלית"המים שבתמיסה שהוספה גרמו להורדת הריכוז של יוני הידרוניום."• התייחסות לסודה לשתייה כאל חומר מולקולרי, שהמולקולות שלו השפיעו עלpH

התמיסה: התמיסה."pH תפסו מקום בתמיסה ובכך העלו את NaHCO3"המולקולות •

קביעה שגויה וניסיון לנמקה: .2:התייחסות לסודה לשתייה כאל חומצה •" pH".התמיסה ירד, כי הוסיפו חומצה חזקה

מומלץ לעבור עם התלמידים על תרכובות יוניות המכילות יונים המתנהגים כחומצה או כבסיס. כמו כן מומלץ לעבור עם התלמידים על דפי התגובות של חומצות

ובסיסים, שתלמיד צריך להכיר, ולהביא דוגמאות נוספות.

(47)הציון iiתת-סעיף .HCl(aq) 0.1M מ"ל תמיסת 50 עם I מ"ל תמיסה 100ערבבו

.נמק של התמיסה עלה, ירד או לא השתנה. pHקבע אם לאחר הערבוב ה-

תשובה:

85

של התמיסה לא השתנה.pH ה-ערבבו תמיסות שוות ריכוז של שתי חומצות חזקות חד-פרוטיות.

+H3Oריכוז יוני (aq)-לא השתנה. לכן ה pH.של התמיסה לא השתנה


של תמיסה.pHהציון נמוך מאוד. הבעיה העיקרית בתת-סעיף זה היא חוסר הבנה מהו התמיסה תלוי אך ורק בריכוז יוני הידרוניום, ולא בכמותpHתלמידים רבים לא ידעו ש-

שלהם בתמיסה:•" pH".התמיסה ירד, כי הוספו יוני הידרוניום ." pH"הוספת חומצה לחומצה מעלה ריכוז של יוני הידרוניום ובכך מורידה •

)וגם שאלות נוספות( מהחוברת המכילה7, 3, 2, 1מומלץ לפתור עם התלמידים שאלות שאלות בנושאי המבנית "כימיה... זה בתוכנו", שנכתבו במסגרת הסדנה לפיתוח

משימות מבחן, שהתקיימה במכון ויצמן. החוברת נמצאת באתר הספר, במדריך למורה:http://stwww.weizmann.ac.il/g-chem/chemin

ובאתר המפמ"ר:http://cms.education.gov.il/EducationCMS/Units/Mazkirut_Pedagogit/Chimya/Mivnyot/AzareyHoraa.htm

אנו מודים למשתתפי הקורס "מורים מובילים חונכים מורים חדשים בנושאים של תכנית הלימודים" בהנחיית שרה אקונס, ד"ר דבורה קצביץ וזיוה בר-דב, על העזרה בניתוח

שאלה זו ועל ההצעות המועילות. הקורס מתקיים במרכז הארצי למורי הכימיה, במכוןויצמן למדע.

8שאלה חומצות שומן וסוכרים


86

http://cms.education.gov.il/EducationCMS/Units/Mazkirut_Pedagogit/Chimya/Mivnyot/AzareyHoraa.htm


http://stwww.weizmann.ac.il/g-chem/chemin

6975

62

8264

010

2030

405060

7080

90100

ה ד ג ב א

41-5411%

0-4013%

55-8443%

85-10033%


כדי לענות על שאלה זו על התלמיד: להכיר צורות ייצוג שונות של חומצות שומן: רישום מקוצר, ייצוג מקוצר לנוסחת מבנה

ונוסחה מולקולרית..להכיר את המושגים: רווי, לא-רווי וההבדל ביניהםלהכיר את הגורמים המשפיעים על חוזק הכוחות הפועלים בין מולקולות של חומצות

שומן.לדעת מהי ההשפעה של קשרים כפולים בתוך מולקולות של חומצות שומן על חוזק

אינטראקציות ון-דר-ואלס בין מולקולות של חומצות שומן.לקשר בין חוזק הכוחות הבין מולקולריים בחומצות שומן לבין טמפרטורות היתוך של

חומצות.לדעת את ההבדל בין התארגנות המולקולות של חומצות שומן, המכילות קשרים

כפולים במבנה ציס, לבין התארגנות המולקולות של חומצות שומן, המכילות קשרים כפולים במבנה טרנס; מהי ההשפעה של התארגנות המולקולות על חוזק הכוחות

הבין מולקולריים המשפיע על טמפרטורות היתוך של חומצות שומן..לנסח תגובה בין חומצת שומן בלתי רוויה לבין מימן, לקבלת חומצת שומן רוויה.לבצע חישובים סטויכיומטריים .לדעת את מבנה של חד-סוכרים ודו-סוכרים.להכיר את נוסחאות הייוורת של חד-סוכרים ודו-סוכרים.)לדעת מהם אפימרים ומהם ההבדלים בין אפימרים של גלוקוז )כגון מאנוז, גאלקטוז.להכיר את הקשר הגליקוזידי בדו-סוכרים לדעת מבנה של אנומרים, תבניתα ותבנית .בקשר גליקוזידי

87

.להכיר את צורת האלדהיד עם שרשרת פתוחה של חד-סוכר .להכיר את תהליך המוטרוטציה בתמיסה מימית של חד-סוכר .לדעת מהי המשמעות של מצב שיווי-משקל בתמיסה מימית של חד-סוכר


חלב פרה מכיל, בין היתר, חומצות שומן וסוכרים.בטבלה שלפניך מוצגים נתונים על חומצות שומן אחדות הנמצאות בחלב פרה.

שם חומצתהשומן

רישום מקוצר לנוסחהשל חומצת שומן

טמפרטורת ההיתוך

(oC)

מסה מולרית

C16:063256פלמיטית

C18:19, cis13282אולאית

C20:46, cis, cis, cis, cis49304ארכידונית


88


הבנהiאiiאנליזה

אנליזהביישוםiג

iiיישוםהבנהiד

iiיישוםיישוםiה

iiיישום

82

61

010

2030

405060

7080

90100

i ii

O

HO

O

HO

O

HO•

•

•

(82)הציון iתת-סעיף רשום ייצוג מקוצר של נוסחת מבנה לחומצה פלמיטית ולחומצה אולאית.

תשובה:

חומצה פלמיטית:

חומצה אולאית:


הטעויות האופייניות שהופיעו בתת-סעיף זה הן:.אי-רישום של קבוצות קרבוקסיליות

:רישום קבוצה קרבוקסילית ללא ייצוג של קשרים קוולנטיים• -COOH

:רישום קשר כפול במולקולה של חומצה אולאית בעמדת טרנס במקום ציס

כדי למנוע בלבול בין צורות הייצוג השונות של מולקולות, מומלץ לתרגל עם התלמידים מעבר בין צורות ייצוג שונות בפרק מבנה וקישור ולאחר מכן לחזור על התרגול

ולהוסיף את צורות הייצוג הייחודיות למבנית "טעם של כימיה".

89

(61)הציון iiתת-סעיף הסבר את ההבדל בין טמפרטורת ההיתוך של חומצה פלמיטית לבין טמפרטורת ההיתוך

של חומצה אולאית.

תשובה:: חומצת שומן רוויה(. אובמולקולה של חומצה פלמיטית אין קשר כפול )

במולקולה של חומצה אולאית יש קשר כפול במבנה ציס.: יוצר כיפוף(.אוקשר כפול במולקולה גורם ליצירת אזור קשיח )

: הכיפוף מפריע להתקרבות המולקולות(.אומתקבלת אריזה פחות צפופה ) אינטראקציות ון-דר-ולס בין המולקולות חלשות יותר, ולכן טמפרטורת ההיתוך נמוכה יותר

)למרות שענני האלקטרונים של מולקולות חומצה אולאית גדולים יותר(.


הציון נמוך יחסית. תלמידים רבים התקשו להסביר את ההבדל בין טמפרטורות היתוך של שתי החומצות. הבעיה העיקרית בתת-סעיף זה היא חוסר שלב אחד או יותר בהסבר. רוב

התלמידים שטעו ציינו שבמולקולה של חומצה אולאית יש קשר כפול ובמולקולה של חומצה פלמיטית אין, אך מכאן המשיכו להבדל בטמפרטורות היתוך, ללא אזכור של מבנה

ציס, צפיפות אריזה ואינטראקציות ון-דר-ואלס: "במולקולה של חומצה פלמיטית אין קשר כפול ובמולקולה של חומצה אולאית יש. לכן טמפרטורת•

היתוך של חומצה פלמיטית גבוהה יותר."

טעויות אופייניות נוספות קשורות לחוסר דיוק בשפה מדעית. התלמידים מתבלבלים ביןהמושגים

חומר ומולקולה: "אינטראקציות ון-דר-ואלס במולקולה."•

לא מבחינים בין קשרים קוולנטיים תוך מולקולריים לבין כוחות בין מולקולריים:

90

59 64

010

2030

405060

7080

90100

i ii

"בין מולקולות של חומצה אולאית יש קשר כפול."•משייכים טמפרטורת היתוך לחומר במצב נוזל:

"כדי להתיך את החומצה יש לשבור את הקשרים בנוזל."•מתארים מולקולות במושגים שגויים כגון:

"מולקולות גמישות יותר."•

(75 )הציון סעיף ב' או13oC , גבוהה מ- C18:19 transקבע אם טמפרטורת ההיתוך של חומצה אלאידית -

.נמק . 13oCנמוכה מ-

תשובה: .13oCטמפרטורת היתוך של חומצה אלאידית גבוהה מ-

מולקולות של חומצות שומן לא רוויות בסידור ציס כפופות יותר מאשר מולקולות המצויות בסידור טראנס עם אורך שרשרת זהה, ולכן הן מתארגנות באריזה פחות צפופה,

אינטראקציות ון-דר-ואלס תהיינה חלשות יותר, ולכן טמפרטורת ההיתוך של חומצת שומןבסידור ציס נמוכה יותר.


ניתן למיין את הטעויות האופייניות שאותרו בתת-סעיף זה לשני סוגים עיקריים:קביעה נכונה המלווה בנימוק שבו חסר שלב אחד או יותר:.1"בחומצה אלאידית יש קשר כפול טרנס, לכן טמפרטורת היתוך שלה גבוהה יותר."•קביעה שגויה וניסיון לנמקה:.2"נמוכה יותר, כי מבנה טרנס מקנה למולקולות צורה רופפת יותר."•, בגלל שקשרים בין מולקולות בחומצת טרנס חלשים יותר." 13oC"נמוכה מ- •


91

+ 4H2(g) Ni(s)

HO

O

O

HO

(59)הציון iתת-סעיף , לקבלתNi(s) , בנוכחות ניקל, H2(g)נסח ואזן את התגובה של חומצה ארכידונית עם מימן,

חומצתשומן רוויה.

תשובה:

C19H31COOH + 4H2(g) C19H39COOH או:


חלק ניכר מהתלמידים התקשו לנסח תגובה בין חומצה לא רוויה לבין מימן. הטעויותהאופייניות הן:

.רישום מימן מעל החץ ולא כמגיב .איזון שגוי של ניסוח התגובה רישום ניסוח תגובה, שבה מגיב רק מול אחד של מימן, למרות שנתון שמתקבלת

חומצת שומן רוויה:• C19H31COOH + 4H2(g) C19H33COOH + 3H2(g)

.אי-רישום זרז - ניקל רישום ניקל כמגיב והמצאת תוצרים כגון NiH2(l).

(64)הציון iiתת-סעיף גרם של חומצה ארכידונית, אם נתון30.4 הדרוש לתגובה עם H2(g)חשב את הנפח של שנפח מולרי של גז

. פרט את חישוביך ליטר. 32בתנאי התגובה הוא

Ni(s)

92

30.4 gr = 0.1 molgrmol 304

litermol32 0.4 mol = 12.8 liter

OHO

OH

OHHO

CH2OH

HH

H

H HO

OH

OH

HO

CH2OH

H

H

H

H

H

H

H

OHO

OH

OH

CH2OH

HH

H

O

לקטוז גלוקוז

84 81

010

2030

405060

7080

90100

i ii

תשובה:

מספר המולים של חומצה ארכידונים שהגיבו:

מול של חומצה ארכידונית,1 מגיבים עם H2(g) מול 4על פי יחס המולים בניסוח התגובה, mol 4 = 0.4 mol 0.1 הדרושים לתגובה:H2(g)לכן מספר המולים של

הדרוש לתגובה:H2(g)הנפח של


הטעות העיקרית שהופיעה בתת-סעיף זה היא התעלמות מיחס המולים בניסוח התגובה - מול מימן.0.1 הדרוש לתגובה על פי H2(g)חישוב הנפח של

(82 )הציון סעיף ד' מרכיב חשוב של חלב פרה הוא דו-סוכר לקטוז, שכל מולקולה שלו מורכבת מטבעת

גלוקוז וטבעת גלקטוז. לפניך נוסחאות הייוורת של לקטוז וגלוקוז.

93

(84)הציון iתת-סעיף במה שונה טבעת גלקטוז מטבעת גלוקוז?

תשובה: פונה כלפי מעלה )בטבעת גלוקוז -OH , קבוצת -4בטבעת גלקטוז, באטום פחמן מספר

כלפי מטה(.


טבעת גלקטוז לטבעת גלוקוז.הציון גבוה. התלמידים ידעו מהו ההבדל בין הופיעו תשובות חלקיות, שבהן צוין מספר של אטום הפחמן בטבעת, ללא התייחסות

. OHלקבוצת -היו תלמידים שלא הבינו את השאלה והתבלבלו בין גלקטוז ללקטוז:

"גלוקוז הוא חד-סוכר וגלקטוז הוא דו-סוכר."•

(81)הציון iiתת-סעיף התייחס לקשר הגליקוזידי בדו-סוכר לקטוז וציין את תבנית הקשר ואת אטומי הפחמן

שביניהם נוצרקשר )עמדות הקישור(.

תשובה: .תבנית הקשר היא

של4 בטבעת גלקטוז לבין אטום פחמן מס' 1הקשר הגליקוזידי נוצר בין אטום פחמן מס' טבעת גלוקוז.

(14): או


94

CH2OH

C

C

C

C

C

H O

H

OH

H

H

H

OH

OH

HO

6658

010

2030

405060

7080

90100

i ii

רוב התלמידים קבעו נכון את תבנית הקשר הגליקוזידי ואת עמדות הקישור. יחד עם זאתהיו תלמידים שרשמו עמדת הקישור ותבנית הקשר שגויות:

• (14)

• (41)

• (14)

(64 )הציון סעיף ה'

תמיסה מימית של גלוקוז מכילה מולקולות של שלושה איזומרים: ,גלוקוז :גלוקוז ואיזומר שלישי של גלוקוז שנוסחתו

(66)הציון iתת-סעיף קבע ממולקולות של איזה איזומר יכולות להתקבל מולקולות של האיזומר השלישי:

95

CH2OH

H

OH

H

H

H

OH

OH

HO

CH2OH

C

C

C

C

.נמק גלוקוז? גלוקוז וגם גלוקוז או גם גלוקוז, רק רק

תשובה: גלוקוז. גלוקוז וגם מ- גם מ-

האיזומר השלישי הוא אלדהיד. בתמיסה מימית של גלוקוז מתרחש תהליך מוטרוטציה: ולהפך דרך איזומר עם שרשרת פתוחה. לאנומר תהליך מעבר מאנומר

.יישוםלדעתנו, רמת חשיבה על פי הטקסונומיה של בלום היא הטעויות האופייניות שאותרו בתת-סעיף זה נובעות מחוסר ידע והבנה של תהליך

ולהפך דרך איזומר עם שרשרת פתוחה: לאנומר מוטרוטציה - תהליך מעבר מאנומר גלוקוז ולהפך. האיזומר השלישי מתקבל מחומר אחר." גלוקוז יכול להתקבל רק "מ- •"מנוסחת פישר יכולים להתקבל שני איזומרים, כי תלוי איך תיסגר הטבעת."• גלוקוז, כי איזומר זה יכול לעבור מוטרוטציה בתמיסה מימית.""רק מ- •

היו תלמידים שקבעו נכון, אך לא נימקו.

(58)הציון iiתת-סעיף לפניך נוסחה של ממתיק מלאכותי סורביטול:

הסבר מדוע לא קיימות מולקולות סורביטול בצורה של טבעת.

תשובה: (, אשר מגיבה עם הקבוצה1במולקולת הגלוקוז יש קבוצה אלדהידית )פחמן מספר

, וכך נסגרת הטבעת. במולקולת הסורביטול אין קבוצה5הכוהלית על פחמן מספר אלדהידית ולכן תהליך זה לא מתרחש.

96


הציון נמוך. הטעויות שהופיעו בתת-סעיף זה נובעות מחוסר ידע והבנה של תהליך סגירת השרשרת לטבעת )ותהליך הפוך( בחד-סוכרים אלדהידיים, כגון גלוקוז. חלק מהתלמידים

ציינו שלקבוצה אלדהידית יש חלק בתגובה, אך לא פרטו. היו תלמידים שכתבו הסבריםלא מתאימים ולא הגיוניים:

"סורביטול הוא ממתיק מלאכותי ולא טבעי."•"למולקולת סורביטול אין אטומים בלתי מזווגים, חופשיים."•"כי לטבעת צריכים להיות חמישה אטומי פחמן ולמולקולת סורביטול יש רק ארבעה."•

)וגם שאלות20, 19, 18, 15, 12, 9, 8, 4מומלץ לפתור עם התלמידים שאלות נוספות( מהחוברת המכילה שאלות בנושאי המבנית "טעם של כימיה", שנכתבו במסגרת הסדנה לפיתוח משימות מבחן, שהתקיימה במכון ויצמן. החוברת נמצאת ובאתר

המפמ"ר:http://cms.education.gov.il/EducationCMS/Units/Mazkirut_Pedagogit/Chimya/Mivnyot/AzareyHoraa.htm

בעת ההוראה של הנושא מומלץ להיעזר בדגם הוראה בנושא פחמימות, שהוכן במסגרתהסדנה

לכתיבת דגמי הוראה, שהתקיימה במכון ויצמן. הדגם נמצא באתר המרכז הארצי למורי הכימיה:

http://stwww.weizmann.ac.il/chemcenter/Page.asp?id=500

מומלץ להיעזר במצגת המצורפת בנושא "סוכרים". זוהי מצגת שצורפה לניתוח בגרותתש"ע,

שעודכנה השנה. המצגת עוסקת בעיקר בהיבט הכימי של הנושא, והיא מכילה גם חומר העשרה. מומלץ להשתמש בחלקים מהמצגת בעת הוראת הנושא, וללוות את

הצגת השקופיות בעבודה עם מודלים.

97

http://stwww.weizmann.ac.il/chemcenter/Page.asp?id=500



זיוה בר-דבcms.education.gov.il/.../165739/nituach3.docx · web viewהנימוק:...

Documents