chemcenter.weizmann.ac.ilchemcenter.weizmann.ac.il/.../File/bagrut_3_2014.docx · Web viewמסיח 2 אינו נכון, כי אורך הקשר C H אינו שווה לאורך הקשר

מדינת ישראלמשרד החינוך

המזכירות הפדגוגיתאגף מדעים

הפיקוח על הוראת הכימיה

ניתוח התוצאות של בחינת הבגרות בכימיה יחידות לימוד3

תשע"ד37303שאלון בוגרי הקורסים למורים מוביליםהוכן על-ידי:

במסגרת המרכז הארצי למורי הכימיה

זיוה בר-דבבראשות:חני אלישעצוות הכתיבה:

רחל אשראסתר ברקוביץ

מוחמד גרהרים סאבא

קלודיה סאדראלה פרוטקין-זילברמן

מיכאל קויפמןעדינה שינפלד

נאוה תמם

מכון ויצמן למדע: ד"ר רחל ממלוק-נעמןיעוץ מדעי ופדגוגי: פרופ' ליאור קרוניק

ד"ר דורית טייטלבאום, מפמ"רמשרד החינוך:כימיה

1

פברואר2015

תוכן עניינים

3תודות

4מבוא כללי

7 - החלק הרב ברירתי1ניתוח התוצאות של שאלה

27מבוא לניתוח התוצאות של השאלות הפתוחות

228ניתוח התוצאות של שאלה







2

אנו מודים לד"ר רון בלונדר ולאורית מולווידזון על יום העיון בנושא

"מטרות ההוראה".

בעקבות יום עיון זה הגדרנו את המטלות בכל שאלה כתוצרי למידה)ראו פירוט בהמשך(.

תודה למשתתפי ההשתלמות המחוזית "כימיה בהקשר למידה

משמעותית"

בהנחיה של נרימאן חכים, עבדאללה חלאילה וסוהאד אליאס,

- בנושא "מבנה,4שמתקיימת בנצרת, עבור העזרה בניתוח שאלה

קישור ותכונות של חומרים".

3

ניתוח התוצאות של בחינת הבגרות בכימיה תשע"ד37303שאלון

ניתוח התוצאות של בחינת הבגרות נעשה 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 ובטכניון.

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

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

4

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

41-548%

0-405%

55-8453%

85-10034%

- ניתוח קטע ממאמר מדעי.2- שאלה הפרק השני מכיל שש שאלות פתוחות, מתוכן התלמיד חייב לענות על שלוש שאלות.

מתבסס על הממצאים הסטטיסטיים של מכון סאלד )ציון שאלה 1ניתוח שאלה 1) דפי תשובות של תלמידים )ציוני סעיפים(.300ותוצאות המדגם של

ניתוח השאלות הפתוחות מתבסס על ממצאים סטטיסטיים של מכון סאלד )ציוני שאלותבשאלות סעיפים של 2-8וציוני תוצאות המדגם על סעיפים300(, )ציוני מחברות

( ועל טעויות אופייניות שאותרו על-ידי מעריכי2-8 וציוני תת-סעיפים בשאלות 1בשאלה בחינת הבגרות.

איתור ואיסוף טעויות אלה כרוך במאמצים רבים מצד המעריכים ועל כך תודתנוהרבה.

תלמידים. על-פי הממצאים של מכון סאלד: 10364השנה ניגשו לבחינה . 79וציון סופי ממוצע 84 , ציון שנתי ממוצע 75ציון ממוצע של הבחינה

על-פי ממצאי מכון סאלדציוני הבחינההתפלגות

ההרצאה של ד"ר רון בלונדר ולאורית מולווידזון "מטרות ההוראה"בעקבות

- מה יהיו התלמידים מסוגלים לעשותכתוצרי למידההגדרנו את המטלות בכל שאלה

כתוצאה מפעילות הלמידה.

תוצרי למידה מבטאים את מה שמצופה מהתלמיד לבצע בתום תקופת הלמידה.

גישה המבוססת על תוצרי למידה היא גישה ממוקדת תלמיד

הטקסונומיה של בלום בתחום הקוגניטיבי:

החשיבה מתחלקת לשש רמות מורכבות.•

תהליכי החשיבה השונים מאורגנים בסדר היררכי.•

5

כל רמה תלויה ביכולת לפעול ברמות שתחתיה.•

ההוראה והלמידה הן תהליכים מתמשכים.•

המורה צריך לגרות את התלמידים להניע את תהליכי החשיבה שלהם כלפי מעלה•

עד לשלבים הגבוהים של סינתזה והערכה.

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

: יכולת להיזכר או לזכור עובדות, יכולת של שליפת מידע מהזיכרון - פרטים,ידעדרכים, אמצעים ועוד.

דוגמה לשאלה: מהי טמפרטורת הרתיחה של המים?

: יכולת להבין ולפרש מידע שנלמד, יכולת להשתמש בחומר הנלמד, הצגתוהבנהבדרך שונה מזו שנלמדה.

דוגמה לשאלה: קבע אם ההיגד הוא נכון: לאטומים של היסודות הנמצאים בטור השני,יש מספר זהה של אלקטרוני ערכיות.

: יכולת להשתמש בחומר הנלמד במצבים חדשים, כלומר, להשתמש ברעיונותיישום ומושגים לפתרון בעיות, יכולת ליישם את הידע הנרכש בהקשרים שונים ובמצבים

חדשים. , הוא גז.C2H4הוא נוזל ואילו אתן, , C2Cl4דוגמה לשאלה: הסבר מדוע פרכלורואתן,

: יכולת לפרק מידע למרכיביו, כלומר לחפש אחר קשרים פנימייםאנליזה )ניתוח(ורעיונות,

6

יכולת לנתח את הנתונים, להבחין בין עובדות להנחות, בין עיקר לטפל.IO3דוגמה לשאלה: ערבבו תמיסה המכילה יוני יודאט,

(aq)עם תמיסת מימן על ,

.H2O2(aq)חמצני, התרחשה תגובה. אילו תוצרים יכולים להתקבל בתגובה זו?

1 .O2(g) -ו I2(aq) 2. O2(g) -ו IO4(aq) 3. OH

(aq) -ו I2(aq) 4. OH(aq) -ו IO

(aq)

יכולת לחבר חלקים יחדיו ולהבין באמצעותם את התמונה השלמה, יכולת :סינתזהלהרכיב תוצר ממרכיביו - יכולת לשער, להמציא.

שאלה לדוגמה: לבקש מהתלמיד לתכנן ניסוי העשוי לאשר את השערתו.

: יכולת לשפוט ולהעריך מידע למטרה מסוימת, יכולת שיפוט איכותי וכמותי שלהערכהתוצר על פי קריטריונים.

לדוגמה: שיפוט רעיון, המצאה מדעית.

7

41-548%

0-408%

55-8426%85-100

58%

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

סעיפים. הניתוח8 המכילה 1כפי שנאמר, החלק הרב-ברירתי של הבחינה הוא שאלה )ציון שאלה זו מתבסס על הממצאים הסטטיסטיים של מכון סאלד (1של שאלה

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

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

,1ציונים ממוצעים לכל אחד מהסעיפים א'-ח' של שאלה על פי המדגם

מבנהנושאהאטום

מבנהוקישור

מבנה וקישורוחמצון-חיזור

חמצון-חיסטויכיומטריהזור

חומצותובסיסים

חומצו ת

אמיניות

חזוהדגבאסעיף6399836776948275ציון

רמתחשיבה

יישוםיישוםיישוםאנליזהיישוםהבנהיישוםיישום

8

שורמבנה וקי

מבנה האטום

סטויכיומטריה

סטויכיומטריה

חומצות ובסיסים

חומצות אמיניות

חמצון-חיזור

שור וחמצון-חיזור חמצון-חיזורמבנה וקי

ח ז ו ה ד ג ב א מס' השאלה

%

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

63

76

83

67

75

9994

82

**

9

1שאלה 80 ציון ממוצע על פי מכון סאלד:

מבנה האטוםסעיף א' מסמלות אטומים של ארבעה יסודות הנמצאים באותה שורהd , c , b , aהאותיות

בטבלה המחזורית. בטבלה שלפניך מוצג מספר אלקטרוני הערכיות באטומים אלה.

האטוםמספר

אלקטרוניהערכיות

a1

b2

c6

d7

מהי הקביעה הנכונה? .b גדול מהרדיוס של אטום aהרדיוס של אטום .63%1 בקשר קוולנטי כפול.с יכול להתקשר לאטום bאטום .24%2 .d גבוהה מאנרגיית היינון של אטום cאנרגיית היינון של אטום .5%3 .5 , 2 היא dהיערכות האלקטרונים באטום .8%4

הנימוק: אטומי היסודות הנתונים נמצאים באותה שורה )מחזור( בטבלה המחזורית. רדיוס אטומי קטן לאורך השורה, מפני שהמטען הגרעיני של אטומים עולה. מספר הפרוטונים בגרעין

, לכן כוחות המשיכה בין גרעיןb קטן ממספר הפרוטונים בגרעין של אטום aשל אטום גדול מהרדיוסa חלשים יותר. כתוצאה מכך הרדיוס של אטום aלאלקטרונים באטום

.bשל אטום c הוא אטום של מתכת מטור שני )כגון מגנזיום( ואטום b אינו נכון, כי אטום 2מסיח

הוא אטום של אל-מתכת מטור שישי, כגון חמצן. תרכובת, שיכולה להיווצר מהיסודותb -ו c היא תרכובת יונית והקשרים שקיימים בה הם קשרים יוניים בין יונים חיוביים , b2+

.c2ליונים שליליים

10

אינו נכון, כי אנרגיית היינון הראשונה של אטומי היסודות עולה לאורך השורה.3מסיח ,d קטן ממספר הפרוטונים בגרעין של אטום cמספר הפרוטונים בגרעין של אטום

. כתוצאהd חלשים יותר מאלה שבאטום cלכן כוחות המשיכה בין הגרעין של אטום .d נמוכה מאנרגיית היינון של אטום cמכך אנרגיית היינון של אטום

-7 צריכה להסתיים בספרה d אינו נכון, כי היערכות האלקטרונים באטום 4מסיח מספר אלקטרוני ערכיות באטום זה.

.יישוםלדעתנו, רמת חשיבה על פי הטקסונומיה של בלום היא

כדי לענות על שאלה זו על התלמיד:.ליישם את הידע במבנה של הטבלה המחזורית: שורות )מחזורים( וטורים.להגדיר מהם אלקטרוני ערכיותלקשר בין מספר אלקטרוני ערכיות באטום לבין מיקום של אטום היסוד בשורה של

הטבלה המחזורית ולבין מספר פרוטונים בגרעין של אטום היסוד.לתאר ולהסביר את מגמת הירידה ברדיוס אטומי של אטומי היסודות לאורך שורה

בטבלה המחזורית.לתאר ולהסביר את מגמת העלייה באנרגיית היינון הראשונה של אטומי היסודות

לאורך שורה בטבלה המחזורית..להבחין בין קשר יוני לקשר קוולנטי- לקבוע אילו תרכובות - יוניות או מולקולריות, נוצרות בין מתכת ועל-מתכת ואילו

בין על-מתכות.

סיבות אפשריות לטעויות:הציון די נמוך.

המסיחים מתייחסים למושגים שונים: רדיוס אטומי, קישור כימי, אנרגיית יינון, היערכותאלקטרונים ברמות אנרגיה.

, אינם מבחינים בין קשר קוולנטי בין קשר יוני, בין2 מהתלמידים, שבחרו במסיח 24% תרכובת מולקולרית לבין תרכובת יונית. הם מתקשים לקבוע את סוג התרכובת

שעשויה להיווצר בין היסודות הנתונים. . תלמידים אלה אינם מבדילים בין מספר אלקטרוני4 מהתלמידים בחרו במסיח 8%

ערכיות באטום לבין מספר כולל של אלקטרונים באטום, יתכן שלא מבינים מהםאלקטרוני ערכיות.

11

, לא יודעים את המגמה של השתנות אנרגיית היינון3 מהתלמידים, שבחרו במסיח 5%בשורה במערכה המחזורית.

מומלץ להבהיר לתלמידים מהו הקשר בין מספר אלקטרוני הערכיות באטום נתון לבין מספר הטור שבו נמצא אטום היסוד בטבלה המחזורית, ומכאן

להמשיך לקשר בין מיקום של אטום היסוד בטבלה המחזורית לבין תכונותיו. מומלץ להיעזר בניתוחי בגרות משנים קודמות ולפתור עם התלמידים תרגילים

1 בניתוח בגרות תשע"ג, סעיפים א' ו- ב' בשאלה 1מתאימים, כגון: סעיף א' בשאלה 1 בניתוח בגרות תשע"א, סעיף א' בשאלה 1בניתוח בגרות תשע"ב, סעיף א' בשאלה

בניתוח בגרות תשס"ט.אפשר להרחיב את השאלה הנוכחית באופן הבא:

מסמלות אטומים של ארבעה יסודות הנמצאים באותה שורהd , c , b , aהאותיות בטבלה המחזורית.

שלפניך מוצג מספר אלקטרוני הערכיות באטומים אלה.Iבטבלה א.השלם את הטבלה.

מספר אלקטרוניאטום היסודערכיות באטום

מספר הטור בטבלה המחזורית שבו נמצא אטום

היסוד

אטום של מתכתאו של אל-מתכת

a1

b2

c6

d7

שלפניך מתייחסת לתרכובות הנוצרות בתגובות בין היסודות הנתונים.IIטבלה ב.השלם את הטבלה.

יסודות המגיבות ביניהם ליצירת

התרכובת

נוסחת התרכובתשנוצרת בתגובה

החלקיקים שמהםמורכבת התרכובת

סוגי הקשריםהקיימים בין

חלקיקי התרכובת

12

a מגיב עם c

a מגיב עם d

b מגיב עם c

b מגיב עם d

c מגיב עם d

מומלץ להיעזר באנימציות ממוחשבות ובסרטונים המתארים את מבנה האטום ואתהמערכה המחזורית, לדוגמה:

"הרכב אטום". הקישור נמצא באתר המפמ"ר:PhET Colorado- סימולציות של http://cms.education.gov.il/EducationCMS/Units/Mazkirut_Pedagogit/Chimya/Mivnyot/metukshav.htm

- סרטון "המערכה המחזורית":https://www.youtube.com/watch?v=ztP-wQmWJo4

מבנה וקישורסעיף ב' לפניך ארבעה היגדים הנוגעים לקשרים קוולנטיים.

מהו ההיגד הנכון? .C = O שווה לאורך הקשר C = Cאורך הקשר .1-

.N H שווה לאורך הקשר C Hאורך הקשר .1%2 .C C גדולה מאנרגיית הקשר C = Cאנרגיית הקשר .99%3

.C N גדולה מאנרגיית הקשר C Cאנרגיית הקשר .4-

הנימוק: הם קשרים קוולנטיים טהורים. בקשר יחיד פועלים כוחותC C ו- C = Cשני הקשרים

משיכה בין זוג אחד של אלקטרוני קשר לגרעיני האטומים המשתתפים בקשר. בקשר כפול פועלים כוחות משיכה בין שני זוגות אלקטרוני קשר לגרעינים. לכן פועלים יותר כוחות משיכה בקשר הכפול )וזאת על אף הדחייה הרבה יותר בין אלקטרוני הקשר

במקרה של קשר כפול(. מכאן האנרגיה הדרושה לפירוק הקשר גדולה יותר.

13

https://www.youtube.com/watch?v=ztP-wQmWJo4

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

. בקשרC = O אינו שווה לאורך הקשר C = C אינו נכון, כי אורך הקשר 1מסיח פועלים כוחות משיכה שבין אלקטרוני הקשר לגרעינים.C = Cקוולנטי טהור

בקשר קוולנטי קוטבי בנוסף לכוחות אלו פועלים כוחות משיכה בין הדו קטבים, ולכןפועלים יותר כוחות משיכה, הגרעינים מתקרבים ואורך הקשר הקוטבי יהיה קצר יותר.

N H . הקשר N H אינו שווה לאורך הקשר C H אינו נכון, כי אורך הקשר 2מסיח

.C גדולה מזו של אטום N, כי אלקטרושליליות של אטום C Hקוטבי יותר מהקשר ככל שהקשר הקוולנטי קוטבי יותר, המטענים החלקיים על הדו קטבים גדולים יותר, ולכן כוחות המשיכה בין המטענים החלקיים יהיו חזקים יותר, הגרעינים יתקרבו ואורך

הקשר יהיה קצר יותר. . C N קטנה מאנרגיית הקשר C C אינו נכון, כי אנרגיית הקשר 4מסיח

הוא קשר טהור. בקשר קוולנטי טהור פועליםC C הוא קוטבי והקשר C Nהקשר כוחות משיכה שבין אלקטרוני הקשר לגרעינים. בקשר קוולנטי קוטבי בנוסף לכוחות

אלו פועלים כוחות משיכה בין הדו קטבים, ולכן פועלים יותר כוחות משיכה. מכאןהאנרגיה הדרושה לפירוק הקשר גדולה יותר.

הערה: על פי הסילבוס, התלמידים נדרשים לציין את הגורמים המשפיעים על אנרגייתקשר ועל אורך קשר, אך לא נדרשים לנמק.


כדי לענות על שאלה זו על התלמיד:.להגדיר את הקשר הקוולנטי.לקבוע את סוג הקשר הקוולנטי: יחיד, כפול, משולש.)להסביר את המושגים: אלקטרושליליות, מטען חלקי )חיובי ושלילי,להסביר את השפעת הגורמים: סדר קשר, רדיוס אטומים המשתתפים בקשר

קוטביות הקשר - על חוזק קשר, על אנרגיית קשר ועל אורך קשר.

סיבות אפשריות לטעויות:

הציון גבוה מאוד. התלמידים ידעו את המושגים הדרושים והצליחו ליישם את הידע.

14

אפשר להרחיב את השאלה הנוכחית באופן הבא:לפניך מוצגים מספר קשרים קוולנטיים:

C C , C H , C = C , C = O , N H , C C , C N. השלם את הטבלה:א.

C CC H C = C C = O N H C CC Nהקשר

סדר קשר קוטביות

הקשר

קבע איזה אורך קשר גדול יותר: ב.i אורך הקשרC = C או אורך הקשר C = O.נמק .

ii אורך הקשרC H או אורך הקשר N H.נמק .קבע באיזה קשר אנרגיית הקשר גדולה יותר:ג.

i אנרגיית הקשרC = C או אנרגיית הקשר C C.נמק . ii אנרגיית הקשרC C או אנרגיית הקשר C N.נמק .

מומלץ להראות לתלמידים את הסרטון "קשרים כימיים: קשרים קוולנטיים" ולדון בו: https://www.youtube.com/watch?v=IY-4z1ZEoNs

מבנה וקישור וחמצון-חיזורסעיף ג' , צורה מישורית משולשת.CH2Oלמולקולה של מתאנאל,

:I-IIIלפניך שלושה היגדים I. דרגת החמצון של אטום הפחמן במולקולהCH2O.היא אפס

II. במולקולהCH2O.יש דו-קוטב קבוע III. בחומרCH2O(l).יש קשרי מימן בין המולקולות

מה הם ההיגדים הנכונים?83%1.I -ו II.בלבד

15

https://www.youtube.com/watch?v=IY-4z1ZEoNs

H

HO = C....

++

++

H

HCO..

..

2

0

+1

8%2.I -ו III.בלבד 4%3.II -ו III.בלבד 5%4.I , II -ו III.

הנימוק:נוסחת המבנה של מולקולת מתאנאל:

נכונים.II ו- Iהיגדים כפי שנתון בשאלה, למולקולה של מתאנאל צורה מישורית משולשת. מולקולה זאת

אינה סימטרית, פיזור האלקטרונים על פניה אינו אחיד, כי לאטום החמצן אלקטרושליליות גבוהה מזו של אטום הפחמן. בגלל ההפרש באלקטרושליליות הקשר

O = C הוא קוטבי. הקשרם H Cכמעט ולא קוטביים כי ההפרש באלקטרושליליות הוא קטן. לכן המולקולה היא קוטבית: לאטום החמצן מטען חלקי שלילי ועל החלק

השני של המולקולה מטען חיובי חלקי.קביעת דרגת חמצון של אטום הפחמן:

, כי אלקטרושליליות של אטום מימן קטנה +על כל אטום מימן יש מטען חלקי חיובי מזו של אטום פחמן. דרגת החמצון של כל אחד מאטומי המימן היא .

, כי אלקטרושליליות של אטום חמצן על אטום חמצן יש מטען חלקי שלילי גבוהה מזו של אטום פחמן. דרגת החמצון של אטום החמצן היא .

, לכן דרגת וגם מטען שלילי חלקי ++על אטום פחמן יהיו גם מטען חיובי חלקי החמצון שלו היא .

אינו נכון.IIIהיגד אין קשרי מימן בין המולקולות, כי במולקולת החומר אין אטום מימן חשוףCH2O(l)בחומר

מאלקטרונים - אף אחד מאטומי מימן לא קשור לאטום חמצן.

.הבנהלדעתנו, רמת חשיבה על פי הטקסונומיה של בלום היא

כדי לענות על שאלה זו על התלמיד:.לרשום נוסחת מבנה למולקולה כשנתונה נוסחה מולקולרית

16

.להסביר מהי אלקטרושליליותלקבוע אם המולקולה קוטבית או בלתי קוטבית - על פי צורתה הגיאומטרית ועל

פי ערכי אלקטרושליליות של אטומים..לקבוע דרגות חמצון של אטומים במולקולה, כולל מולקולות של תרכובות פחמן.לקבוע את סוג הכוחות הבין מולקולריים בחומרלקבוע אם בחומר קיימים קשרי מימן על פי התנאים לקיום קשרי מימן בין

מולקולות החומר.

סיבות אפשריות לטעויות: נכונים. הם הצליחו לקבוע שהמולקולהII ו- I מהתלמידים קבעו שהיגדים 83%

הנתונה היא קוטבית - על פי צורתה הגיאומטרית ועל פי ערכי אלקטרושליליות שלאטומים.

יש קשרי מימן בין מולקולות.CH2O(l) מהתלמידים טעו - הם קבעו שבחומר 17%תלמידים אלה

ידעו שבין מולקולות המכילות אטומי מימן וחמצן יכולים להיווצר קשרי מימן, אך התעלמו מכך שבמולקולות של החומר הנתון אין אטום מימן חשוף מאלקטרונים,

שקשור לאטום חמצן, ולכן בין מולקולות החומר לא נוצרים קשרי מימן. .CH2O , טעו גם בקביעת קוטביות של מולקולה 2 מהתלמידים, שבחרו במסיח 8% C , טעו גם בקביעת דרגת חמצון של אטום 3 מהתלמידים, שבחרו במסיח 4%

.CH2Oבמולקולה

מומלץ להרגיל את התלמידים לרשום נוסחת מבנה למולקולה כשנתונה נוסחה מולקולרית. כך יהיה לתלמידים קל יותר לקבוע בין אילו אטומים יש קשרים

קוולנטיים, ומכאן לעבור לקביעה של קוטביות המולקולה ולקביעת סוג הכוחותהבין מולקולריים בחומר המורכב מהמולקולות הנתונות.

לשני הסעיפים - א' ו-ב', מתאים יישומון "קוטביות של מולקולה" באתר המרכזהארצי למורי הכימיה, בדף:

http://stwww.weizmann.ac.il/chemcenter/Page.asp?id=912

17


25 litermol

0.5 liter = 0.02 mol

= 0.2 M 0.04 mol0.2 liter

2Br(aq) + Cl2(g) 2Cl(aq) + Br2(l)

מספר מולים נתון/נדרשבניסוי ספציפי

נפח התמיסה נתון/נדרשבניסוי ספציפי (ליטר)

יחס המולים בניסוח תגובה

נפח מולרי של גז בתנאי הניסוי (ליטר למול)

נפח הגז נתון/נדרשבניסוי ספציפי (ליטר)

(M) ריכוז מולרי של מומס בתמיסה

25

2 1 2 1 0.01

0.5

0.2

0.2

0.02 0.04 0.01

סטויכיומטריהסעיף ד' , על פי התגובה:Br2(l)במעבדה ובתעשייה מפיקים ברום,

2Br(aq) + Cl2(g) 2Cl(aq) + Br2(l)

Br מ"ל תמיסה מימית שהכילה יוני ברום, 200לתוך (aq) מ"ל גז כלור,500 , הזרימו

Cl2(g) . ליטר.25 מול גז היה 1החומרים הגיבו בשלמות. בתנאי התגובה הנפח של

בתום התגובה?Cl(aq)מהו הריכוז של יוני 11%1.0.02 M

14%2.0.0285 M

8%3.0.1 M

67%4.0.2 M

הנימוק:

שהגיבו:Cl2(g)מספר המולים של

,Cl(aq) מול יוני 2 מתקבלים Cl2(g) מול1על פי יחס המולים בניסוח התגובה, מ- , שהתקבלו:Cl(aq)לכן מספר המולים של יוני

0.04 mol

בתום התגובה:Cl(aq)הריכוז של יוני

:או

18

= 0.0285 M 0.02 mol0.7 liter

= 0.1 M 0.02 mol0.2 liter

. יישוםלדעתנו, רמת חשיבה על פי הטקסונומיה של בלום היא

כדי לענות על שאלה זו על התלמיד:.לבצע חישובים סטויכיומטרייםלהשתמש בנוסחאות ובשיטות המתאימות לסוגים שונים של חישובים

סטויכיומטריים: נפח ונפח מולרי של גז בתנאים מסוימים, נפח תמיסה וריכוזתמיסה.

סיבות אפשריות לטעויות:הציון נמוך יחסית.

. תלמידים אלה לא הבחינו בין נפח הגז לבין נפח2 מהתלמידים בחרו במסיח 14% התמיסה, חיברו נפחים אלה והתייחסו אל הסכום כאל נפח התמיסה. בנוסף הם לא

בתוםCl(aq)לקחו בחשבון את יחס המולים בניסוח התגובה. לכן בחישוב הריכוז של יוני התגובה קיבלו:

.Cl(aq)של יוני , כנראה טעו בחישוב הריכוז 1 מהתלמידים, שבחרו במסיח 11% , לא לקחו בחשבון את יחס המולים בניסוח3 מהתלמידים, שבחרו במסיח 8%

התגובה וקיבלו:

מומלץ בתרגול של חישובים סטויכיומטריים לפתור תרגילים המשלבים נתונים על נפחהגז

19

98gr

mol

litermol

30 0.2 mol = 6 liter

98 0.2 mol = 19.6 grgrmol

= 2 liter 0.2 mol

0.1molliter

98

SO3(g) + H2O(g) H2SO4(l)


מסה מולרית (גרם למול)

מספר המולים נתון/נדרשבניסוי ספציפי


10.0 1 1 1

03

ונפח התמיסה המימית. שאלה לדוגמה: , מגיבה עם אדי מים על פי התגובה:SO3(g)גופרית תלת-חמצנית,

SO3(g) + H2O(g) H2SO4(l)

ליטר.30ביצעו תגובה זו בתנאים קבועים. נפח מולרי של גז בתנאי הניסוי היה עם כמות מתאימה של אדי מים.SO3(g) מול0.2הגיבו

.פרט את חישוביך שהגיב? SO3(g)מהו הנפח שלא..פרט את חישוביך , שהתקבלה בניסוי? H2SO4(l)מהי המסה של חומצה גופרתית, ב. .0.1M , שהתקבלה בניסוי, הכינו תמיסה מימית בריכוז H2SO4(l)מכל הכמות של ג.

.פרט את חישוביךמהו הנפח של התמיסה שהתקבלה?

פתרון: שהגיב:SO3(g)הנפח שלא.

,1:1 הוא H2SO4(l) ל- SO3(g)יחס המולים בניסוח תגובה בין ב. שהתקבל הואH2SO4(l)לכן מספר המולים של

0.2 mol :H2SO4(l)המסה המולרית של

שהתקבלה:H2SO4(l)המסה של

נפח התמיסה שהתקבלה:ג.

או טבלה מסכמת:

20

סטויכיומטריהסעיף ה' .O2(g) מ"ל חמצן, 60 , הגיבו בשלמות עם NH3(g) מ"ל אמוניה, 60

מ"ל של גז נוסף.30 , ו- H2O(g) מ"ל אדי מים, 90התקבלו כל הנפחים נמדדו באותם תנאים של טמפרטורה ולחץ.

מהו הגז הנוסף שהתקבל בתגובה?6%1.N2(g)

76%2.N2O(g)

16%3.NO(g)

2%4.NO2(g)

הנימוק:

21

… NH3(g) + …O2(g) …H2O(g) + … NxOy(g)

ml 60 ml 90 ml 30 ml 0.01 60 הנפחים של הגזים

0.01 1 3 2 2 יחס המולים של הגזים בניסוח התגובה = יחס הנפחים של הגזים

על פי השערת אבוגדרו, באותם תנאי לחץ וטמפרטורה, יחסי הנפחים של גזים זהיםליחסי המולים של גזים.

הניסוח המאוזן של התגובה הוא: 2NH3(g) + 2O2(g) 3H2O(g) + NxOy(g)

, N מול אטומי 2 יש NH3(g) מול מולקולות של 2ב- במגיבים: . O מול אטומי 4 יש O2(g) מול מולקולות של 2וב- .N מול אטומי 2 צריך להיות NxOy(g)במול מולקולות של בתוצרים:

.O מול אטומי 3 יש H2O(g) מולים מולקולות של 3ב- .O מול אטומי 1 צריך להיות NxOy(g)לכן במול מולקולות של

.N2O(g)לכן הגז הנוסף הוא

.אנליזהלדעתנו, רמת חשיבה על פי הטקסונומיה של בלום היא

כדי לענות על שאלה זו על התלמיד:.לנסח תגובה על פי מידע מילוליליישם השערת אבוגדרו: באותם תנאי לחץ וטמפרטורה, יחסי הנפחים של גזים

זהים ליחסי המולים של גזים.לקבוע את נוסחת החומר המשתתף בתגובה, כשגם המגיבים וגם התוצרים הם

גזים - אם נתונים נפחי הגזים ונוסחאות של שאר החומרים.

סיבות אפשריות לטעויות:רוב התלמידים קבעו נכון את נוסחת התרכובת על פי נתוני השאלה.

מהתלמידים טעו. כנראה הם ידעו את השערת אבוגדרו, והטעויות נבעו מספירה24%לא נכונה של המולים של אטומי החומרים בשלב השני של הפתרון.

22

בין מספר המולים1:1 , התייחסו כנראה ליחס 3 מהתלמידים, שבחרו במסיח 16% של אמוניה וחמצן במגיבים, וסברו שאותו יחס קיים גם בין מספר המולים של

התוצרים. , לא ספרו את המולים של אטומי החמצן, אלא1 מהתלמידים, שבחרו במסיח 6%

התייחסו רק למספר המולים של אטומי החנקן במולקולות אמוניה. , לא ספרו את המולים של אטומי החמצן4 מהתלמידים, שבחרו במסיח 2%

במולקולות המים, אלא התייחסו רק למולקולות המגיבים.

מומלץ לתרגל עם התלמידים שאלות מסוג זה. שאלות לדוגמה: 1 שאלה

מ"ל תרכובת גזית, שהמולקולות שלה מכילות אטומי חנקן וכלור בלבד,100בפירוק . כל המדידות נעשוCl2(g) מ"ל כלור, 150 , ו- N2(g) מ"ל חנקן, 50התקבלו

באותם תנאי לחץ וטמפרטורה.נוסחת התרכובת היא:

1.N3Cl

2.N3Cl6

3.N2Cl6

4.NCl3

2 שאלה .O2(g) ליטר חמצן, 3 ליטר הגיבה בשלמות עם 1תרכובת גזית בנפח

.H2O(g) ליטר 2 ו- NO2(g) ליטר 2התקבלו כל הנפחים נמדדו באותם תנאי טמפרטורה ולחץ.

מהי נוסחת התרכובת הגזית?1 .NH3 2 .N2H4

3 .N2H2

4 .HNO3

חמצון-חיזורסעיף ו'

23

.לחזרנתונות ארבע מתכות המדורגות לפי הכושר היחסי שלהן Cd(s) > Ni(s) > Pb(s) > Ag(s)

, שבוצעו במעבדה.d-aבטבלה שלפניך מידע על ארבעה ניסויים, בכל ניסוי טבלו פס מתכת בתמיסה מימית שהכילה יוני מתכת.

המתכתיוני המתכת

Ag(s)Pb(s)Ni(s)Cd(s)

Ag+(aq)a

Pb2+(aq)b

Ni2+(aq)c

Cd2+(aq)d

באילו מהניסויים התרחשה תגובה?1%1.a -ו b.בלבד

94%2.b -ו c.בלבד 4%3.b -ו d.בלבד 1%4.a -ו c.בלבד

הנימוק:

, היא מחזר טוב יותרNi(s)על פי קטע השורה האלקטרוכימית הנתון, המתכת ניקל, +Pb2 מסוגל לחזר את יוני עופרת, Ni(s) , לכן Pb(s)ממתכת עופרת,

(aq)לכן . תתרחש תגובת חמצון-חיזור:bבניסוי

Ni(s) + Pb2+(aq) Pb(s) + Ni2+

(aq)

מסוגלCd(s) , לכן Ni(s) , היא מחזר טוב יותר ממתכת ניקל, Cd(s)המתכת קדמיום, +Ni2לחזר את יוני ניקל,

(aq) לכן בניסוי . c:תתרחש תגובת חמצון-חיזור Cd(s) + Ni2+

(aq) Ni(s) + Cd2+(aq)

+Ag , אינה מגיבה עם היונים שלה, Ag(s) לא תתרחש תגובה, כי המתכת כסף, aבניסוי

(aq). , היא מחזר חלש יותר מהמתכתPb(s) לא תתרחש תגובה, כי המתכת עופרת, dבניסוי

+Cd2 לא מסוגלת לחזר את יוני קדמיום, Pb(s) , לכן Cd(s)קדמיום, (aq).

24


כדי לענות על שאלה זו על התלמיד:להסביר מהם תהליכי חמצון-חיזור, בהתבסס על המושגים הקשורים לתהליכים

אלה: מחמצו, מחזר..להסביר מהו הכושר היחסי של מתכות לחזרליישם את הנתונים על הכושר היחסי של מתכות לחזר כדי לקבוע אם תתרחש

תגובה בין מתכת מסוימת לבין יוני מתכת אחרת.

סיבות אפשריות לטעויות: הציון גבוה. כמעט כל התלמידים ידעו את המשמעות של השורה האלקטרוכימית,

והצליחו ליישם את הידע בתהליכי חמצון-חיזור, שבהם מתכת מגיבה עם יוני מתכתאחרת.

, לא הצליחו להשתמש נכון בנתוני השאלה על3 מהתלמידים, שבחרו במסיח 4%הכושר היחסי של המתכות לחזר.

, לא הבינו, שבערבוב מתכת עם תמיסת4 ו- 1 מהתלמידים, שבחרו במסיחים 2%היונים שלה לא מתרחשת תגובה.

מומלץ לתת לתלמידים לבצע ניסויים הדומים לניסויים, המתוארים בשאלה זו, ולבקש מהתלמידים לערוך טבלה לאיסוף התצפיות, לנסח את התגובות המתרחשות, להסביר

מדוע מתרחשת או לא מתרחשת תגובה בכל אחד מהניסויים. מומלץ לתרגל הסבר גם בהתייחס לכושר היחסי של המתכות לחזר וגם בהתייחס

לכושר היחסי של יוני המתכות לחמצן.

מומלץ, במקביל לניסויים, לבצע עם התלמידים לומדה קצרה שפותחה על-ידי ד"ר רות בן צבי: המחשת התהליך המתרחש בתמיסה מימית כאשר פס אבץ טובל בתמיסת

יוני נחושת.הלומדה נמצאת באתר של המרכז הארצי למורי הכימיה, בדף:

http://stwww.weizmann.ac.il/G-CHEM/center/Redox/1.html

כמו כן, מומלץ לבצע יחד עם התלמידים סימולציה של ניסוי שבו מתכות שונות טובלות בתמיסות המכילות יונים של מתכות אחרות, אשר פותחה במסגרת התוכנית "כימיה...

25

http://stwww.weizmann.ac.il/G-CHEM/center/Redox/1.html

12

זה בתוכנו". הפעילות מלווה בדפי העבודה שפותחו על ידי ד"ר שלי ליבנה וד"ר מלכהיאיון:


חומצות ובסיסיםסעיף ז' (:1(-)3לפניך ניסוחים של שלוש תגובות )

(1) Na(s) + H2O(l) Na+(aq) + H2(g) + OH(aq)

(2) K2CO3(s) + H2O(l) 2K+(aq) + HCO3(aq) + OH(aq)

(3) CO2(g) + Ca2+(aq) + 2OH(aq) CaCO3(s) + H2O(l)

מהי הקביעה הנכונה? כחומצה.H2O(l)( מגיב 1בתגובה ).4%1

כבסיס.H2O(l)( מגיב 2בתגובה ).13%2 שלה קטןpH מתקבלת תמיסה שה- K2CO3(s)כאשר מכניסים למים .1%3 .7מ-

לתוך תמיסת סידן הידרוקסידי,CO2(g)כאשר מזרימים .82%4Ca(OH)2(aq),

של התמיסה יורד.pHה-

הנימוק: לתוך תמיסת סידן הידרוקסידי,CO2(g) ניתן לקבוע כי כאשר מזרימים )3(לפי תגובה Ca(OH)2(aq)מתרחשת תגובה שבתוצרים שלה אין יוני הידרוקסיד. לפיכך, ריכוז יוני ,

התמיסה יורד.pHההידרוקסיד בתמיסה יורד. כאשר ריכוז יוני הידרוקסיד יורד, ( מים אינם מגיבים כחומצה. מולקולות המים לא1 אינו נכון, כי בתגובה )1מסיח

מוסרות פרוטונים, אלא משמשות כמחמצן בתגובת חמצון-חיזור. ( מים אינם מגיבים כבסיס אלא כחומצה. מולקולות2 אינו נכון, כי בתגובה )2מסיח

CO3המים מוסרות פרוטונים ליוני 2.

26


OH( מכילה יוני 2 אינו נכון, כי התמיסה שמתקבלת בתגובה )3מסיח (aq) -לכן ה , pH

. 7שלה גדול מ-


כדי לענות על שאלה זו על התלמיד:.להגדיר מהי חומצה ומהו בסיס.לזהות את החלקיקים הפועלים בתגובה כחומצה.לזהות את החלקיקים הפועלים בתגובה כבסיס.להבחין בין סוגי תגובה: חמצון-חיזור לעומת חומצה בסיס להגדיר מהוpH התמיסה ואת סקלת pH. יוני ריכוז לקשר ביןOH

(aq) בתמיסה לבין pH.התמיסה :להבחין בין תהליכים המתרחשים כשמוסיפים מים לתרכובות יוניות מסוגים שונים

המסה ו/או תגובת חומצה בסיס.

סיבות אפשריות לטעויות: . טעות זו נובעת מחוסר ידע כיצד ניתן לזהות2 מהתלמידים בחרו במסיח 13%

מהו התפקיד של חומר בתגובת חומצה בסיס. תלמידים אלה סברו כי עצם העובדהשנוצרו יוני הידרוקסיד בתמיסה מחייבת שתפקיד המים בתגובה יהיה בסיס.

, טעו בקביעת סוג התגובה. תלמידים אלו סברו1 מהתלמידים, שבחרו במסיח 4% שזוהי תגובת חומצה בסיס, ולכן אם המים מגיבים ותוצר התגובה הוא יוני

הידרוקסיד הרי שהמים הגיבו כחומצה וכל מולקולה שלהם מסרה פרוטון. , התבלבלו וקבעו כי בנוכחות יוני הידרוקסיד3 מהתלמידים, שבחרו במסיח 1%

בתמיסה pH -7 התמיסה קטן מ.

מומלץ לתרגל עם התלמידים זיהוי של סוג התגובה ולבקש:להבחין בין תגובת חמצון-חיזור לבין תגובת חומצה בסיס -להבחין בין המסת חומר במים לבין תגובה של חומר עם מים-לקבוע את התפקיד של כל אחד מהמגיבים-

27

O

HO

O

NH2

OH

של התמיסה בתום התגובה.pHלקבוע את תחום ה- -שאלה לדוגמה:

ניסוחי תגובות:6לפניך (1) NH4

+(aq) + H2O(l) NH3(g) + H3O+

(aq)

(2) Ca(NO3)2(s) Ca2+(aq) + 2NO3

(aq)

(3) HPO42

(aq) + H2O(l) H2PO4(aq) + OH

(aq)

(4) 2Na(s) + 2H3O+(aq) + SO4

2(aq) 2Na+

(aq) + SO42

(aq) + H2(g) + 2H2O(l)

(5) 2NaH(s) + 2H2O(l) 2Na+(aq) + 3H2(g) + 2OH

(aq)

(6) CaCO3(s) + 2H3O+(aq) + SO4

2(aq) CaSO4(s) + H2O(l)

עבור כל אחת מהתגובות ציין את סוג התגובה: חומצה בסיס, חמצון-חיזור,א.המסה במים או שיקוע.

עבור תגובות חומצה בסיס ציין את החומצה ואת הבסיס. ב.עבור תגובות חמצון-חיזור ציין את המחמצן ואת המחזר. ג. , קטן7 התמיסה בתום התגובה גדול מ- pHעבור כל אחת מהתגובות ציין אם ד.

7מ- . הנח שבכל התגובות המגיבים הגיבו בשלמות.7- או שווה ל

חומצות אמיניותסעיף ח' לפניך ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של חומצה גלוטמית.

מהו המשפט הנכון? .C5H4NO4הנוסחה המולקולרית של חומצה גלוטמית היא .1%1

, היא -Rבנוסחת המבנה של חומצה גלוטמית, הקבוצה הצדדית, .12%2COOH. , המטען הכולל על חלקיקי החומצהpH = 7בתמיסה מימית, ב- .75%3

הגלוטמית

מים

28

(.1הוא )חומצה גלוטמית היא נוזל בטמפרטורת החדר..12%4

הנימוק:

, כל אחת מקבוצות הקרבוקסיליות במולקולותpH = 7בתמיסה מימית, ב- החומצה הגלוטמית מגיבה עם מים כחומצה - מוסרת פרוטון, ונטענת במטען שלילי

(1 .)הקבוצה האמינית מגיבה עם מים כבסיס - קולטת פרוטון, ונטענת במטען חיובי )+

1 .)(.1המטען הכולל על חלקיק החומצה הגלוטמית הוא )

. C5H9NO4 אינו נכון, כי הנוסחה המולקולרית של חומצה גלוטמית היא 1מסיח .CH2CH2COOH אינו נכון, כי הקבוצה הצדדית היא -2מסיח אינו נכון, כי חומצה גלוטמית היא מוצק בטמפרטורת החדר.4מסיח

במצב מוצק החלקיקים של חומצות אמיניות, כולל חומצה גלוטמית מצויים בצורה של"דו-יון":

במצב מוצק, בין חלקיקי החומצה הגלוטמית נוצרים כוחות משיכה אלקטרוסטטיים בין הקבוצות הטעונות מטען מנוגד. כוחות אלה חזקים, לכן דרושה אנרגיה רבה כדי לנתק

אותם.


כדי לענות על שאלה זו על התלמיד:.לקבוע נוסחה מולקולרית של חומצה אמינית על פי ייצוג מקוצר של נוסחת מבנה

29

,לקבוע מהי הקבוצה הצדדיתRעל פי ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של חומצה , אמינית.

-ליישם את הידע על כך שבתמיסה מימית, בpH = 7מולקולה של חומצה אמינית , נטענת בכל הקצוות אשר יכולים להיטען, כולל הקבוצות הצדדיות.

-לקבוע את המטענים של קצה אמיני ושל קצה קרבוקסילי, בpH=7. לקבוע שחומצות אמיניות הן סוג של חומרים יוניים, ולכן מוצקים בטמפרטורת

החדר.

סיבות אפשריות לטעויות: , מתקשים לעבוד עם ייצוג מקוצר לנוסחת2 מהתלמידים, שבחרו במסיח 12%

המבנה של חומצה אמינית. הם לא הבחינו בכך שהקבוצה הצדדית במולקולה של- .CH2 גם קבוצות -COOHחומצה גלוטמית מכילה, בנוסף לקבוצת -

, התייחסו אל חומצה גלוטמית כאל חומר4 מהתלמידים, שבחרו במסיח 12%מולקולרי. הם לא

ידעו, כי חומצות אמיניות הן חומרים יוניים, ולכן הם מוצקים בטמפרטורת החדר. . טעות זו מעידה על חוסר ידיעה כיצד לקבוע מהי1 מהתלמידים בחרו במסיח 1%

הנוסחה המולקולרית של חומר לפי הייצוג המקוצר של נוסחת המבנה שלו. תלמידים אלו זיהו את האטומים הרשומים בנוסחה בלבד. הם ידעו לספור את מספר אטומי

הפחמן לפי מספר הקודקודים בייצוג המקוצר, אך לא ידעו כי יש להוסיף אטומי מימןשאינם מוצגים בייצוג המקוצר.

מומלץ לתרגל עם התלמידים: מעבר בין צורות ייצוג שונות של חומצות אמיניות: ייצוג מקוצר לנוסחת מבנה,-

נוסחת מבנה מלאה, מבנים שונים של חלקיקי חומצות אמיניות, מיקום קבוצה .Rצדדית,

יינון של חומצות אמיניות שונות בתמיסה מימית, כולל קבוצה קרבוקסילים- .Rוקבוצה אמינית בקבוצה צדדית,

30

ניתוח התוצאות של שאלות פתוחותבבחינת הבגרות תשע"ד

מכון סטטיסטיים של ניתוח השאלות הפתוחות מתבסס על ממצאים כפי שנאמר, של תוצאות המדגם על סעיפים(, וציוני )ציוני שאלות )ציוני300סאלד מחברות

תת-סעיפים( ועל טעויות אופייניות שאותרו על-ידי מעריכי בחינת הבגרות.

בטבלה הבאה מופיעים ממצאים סטטיסטיים שדווחו על-ידי מכון סאלד. נבחנים. 10364ממצאים אלה מתבססים על

2345678מס' שאלה

נושא ניתוח קטע

ממאמרמדעי

מבנההאטום,קישור ותכונות

שלחומרים

מבנה,קישור ותכונות

שלחומרים

סטויכיו-מטריה

חמצון- חיזור

וסטויכיו-מטריה

וחומצותובסיסיםוסטויכיו-מטריה

כימיהשלמזון

79676581747176ציון ממוצע % תלמידים

100%31%71%55%28%65%46%שבחרו בשאלה

% תלמידים שציונם

85-10049271958433543

55-8439455331384440

0-54) 0-40(

12(5)

28(14)

28 (12)

11(6)

19(10)

21(12)

17(8)

31

87 93

70 68

010

2030

405060

7080

90100

ד ג ב א

41-547%0-40

5%

55-8439%

85-10049%

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 79 ציון ממוצע על פי מכון סאלד:

ציונים ממוצעים של סעיפי השאלה:

כדי לענות על שאלה זו על התלמיד:.לנסח תגובת שרפה המתוארת מילולית בשאלה .לבצע חישובים סטויכיומטריים .לנתח מידע חדש שבקטע המדעי ולהסיק מסקנות לגבי מידע זה .לנתח טקסט מדעי ולקשר בין מידע מילולי למידע בצורת גרףליישם את הידע בנושא "חומצות ובסיסים" כדי לקשר בין תגובת פחמן דו-חמצני

לאטמוספרה.CO2(g)עם המים למידת הפליטה .לרשום צורות ייצוג שונות למולקולות של חומצות שומן

32

.לקבוע באיזה ממס עשויות להתמוסס חומצות שומןלהסביר את כללי המסיסות על פי כוחות בין מולקולריים העשויים להיווצר בין

ממס למומס.

רמות חשיבה על פי הטקסונומיה של בלום

רמת חשיבה לפיתת-סעיףסעיףבלום

הבנהiאiiהבנה

iiiיישוםיישוםבאנליזהגהבנהiד

iiיישום

הסעיפים א-ד שאחריו.כלקרא את הקטע שלפניך, וענה על

דלק "ירוק" מאצות

בשרפה של דלקים כמו נפט ופחם נפלטדו-חמצני, מדענים CO2(g)פחמן יש .

של בריכוז עלייה כי CO2(g)הסבורים

לשינויי היתר, בין גורמת, באטמוספרה הים. מי של בחומציות ולעלייה אקלים

CO2(g) ,מים עם מגיב H2O(l)פי על , התגובה:

CO2(g) + 2H2O(l) H3O+(aq) + HCO3(aq)

הנפלטת לאטמוספרה.CO2(g)מדענים מנסים למצוא דרכים לצמצום הכמות של ומנצלות אותו ליצירת תרכובותCO2(g)אחת הדרכים היא גידול אצות זעירות הקולטות

פחמן.שיטה זו מכונה ביוקונברסיה.

33

010

2030

405060

7080

90100

i ii iii

89 88 83

שנפלט מארובות של מפעל מלט, לתוךCO2(g)בספרד פועל מתקן ניסיוני שמזרימים בו האצות השמש קרינת של בהשפעתה זעירות. ואצות מים המכילים זכוכית צינורות מתרבות במהירות, ומפיקים מהם תערובת של תרכובות פחמן הדומה בתכונות הבערהירוק", מכיוון שבעת שרפתה לא נפלטים לאוויר זו היא "דלק שלה לנפט. תערובת חומרים מזהמים כמו אלה הנפלטים בשרפת נפט או פחם. התערובת נוצרת במתקן

שעות, לעומת הנפט בטבע שהיווצרותו נמשכת מיליוני שנים.48ניסיוני בתוך גם בישראל הוקם מתקן הפועל בשיטת הביוקונברסיה. המתקן נמצא באשקלון, ליד

. C(s)תחנת הכוח להפקת חשמל המופעלת על ידי שרפת פחם, שנוצר בשרפת הפחם לתוך ברכות מי ים שבהן אצותCO2(g)במתקן זה מזרימים את ה-

ומתרבות במהירות. מאצות אלה מפיקים חומצות שומןCO2(g)זעירות. האצות קולטות , ומהן מכינים תוסף תזונה.3מסוג אומגה

בישראל מקווים שבעתיד יהיה אפשר לייצר בשיטת הביוקונברסיה גם "דלק ירוק".

מעובד על פי: מרלן גרינפטר, "פתרון למחסור בנפט ולבעיית שינוי האקלים", אפוק טיימס ישראל, מאי) 2011)

(87 )הציוןסעיף א' טון פחם,1620הנח שבתחנות הכוח בישראל המופעלות על ידי פחם נשרפים בכל שעה

C(s) , , שבאוויר.O2(g)בחמצן,

34

(89 )הציון iתת-סעיף נסח את תגובת השרפה של פחם.

התשובה:C(s) + O2(g) CO2(g)


הציון גבוה. התלמידים ניסחו את תגובת השרפה של פחם המתוארת בשאלה - הצליחו לתרגם מידע המוצג באופן מילולי לניסוח התגובה. תלמידים מעטים התקשו בכך וטעו

ברישום הניסוח:הוסיפו מים בתוצרים:

C(s) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(g)

רשמו חמצן על החץ: C(s) CO2(g)

ברוב השאלות, שתלמידים פותרים במהלך הלימודים, נתונים ניסוחי תגובות. על פיתוכנית

הלימודים, תלמידים לא צריכים לזכור ניסוחי תגובות )חוץ ממספר תגובות של חומצותובסיסים(.

אך כדי למנוע טעויות שהופיעו בתת-סעיף זה, מומלץ לתת לתלמידים גם תרגילים שבהם מתוארות מילולית תגובות שונות שיש לנסח. בדרך זו אפשר להמחיש את חוק שימור

החומר ברמה מיקרוסקופית - בתוצרים לא יכולים להופיע אטומים, שלא היו במגיבים. כמו כן מומלץ להדגים את התגובות תוך זיהוי חומרים שנוצרו ולהשוות את הרכבם עם

הרכב המגיבים. שניים מהניסויים שאפשר לבצע למטרה זו:

: סינתזה ופירוק של מים 1 ניסוי

35

חומרים וציוד:KNO3(aq) 10%תמיסת -

מתקן להפקת מימן עם פקק וצינור- מבחנות יבשות2-מתקן לאלקטרוליזה עם שתי מבחנות -

על האלקטרודות שיפודים2-נייר קובלט- גרגרי אבץ 5-7- HCl(aq) 35%תמיסת -

מהלך הניסוי: סינתזה

וסוגרים במהירותHCl(aq)למתקן להפקת מימן מכניסים גרגרי אבץ, מוסיפים תמיסת .1בפקק. מכניסים צינור למבחנה שנייה.

לאחר דקה - שתיים מוצאים את הצינור, מרחיקים את המתקן, מדליקים שיפוד.2ומפוצצים את המימן.

על דופן המבחנה ניתן לראות טיפות נוזל. בעזרת נייר קובלט מגלים שהטיפות האלה.3הן טיפות מים.

פירוק למתקן לאלקטרוליזה ומפעילים את המתקן.KNO3(aq)מוסיפים תמיסת .1 כאשר המבחנה עם מימן כמעט מלאה, מנתקים את הזרם, מרימים מתחת לפני.2

התמיסה את המבחנה עם מימן, כדי להוציא תמיסה, שנשארה במבחנה וסוגרים במהירות את המבחנות )אפשר לסגור עם אצבע(. מגלים מימן בעזרת שיפוד

בוער.מבצעים אותה פעולה עם מבחנה עם חמצן. מזהים חמצן בעזרת שיפוד עומם. .3

: מגיבים ותוצרים מורכבים מאותם אטומים.המסקנהH2(g) + O2(g) H2O(l)

H2O(l) H2(g) + O2(g)

36

: תוצרים של שרפת נר 2 ניסוי חומרים וציוד:

נר-זכוכית נושאת -מלקחיים -מבחנה יבשה-מי סיד-נייר קובלט -אטב מבחנות -

מהלך הניסוי: מדליקים את הנר ובעזרת מלקחיים מכניסים לאזור כהה של הלהבה זכוכית נושאת..1 מחזיקים מבחנה הפוכה מעל הלהבה. לאחר שצופים בטיפות הנוזל על דפנות2

המבחנה, מכבים את הנר ומעברים קצת מהטיפות על נייר קובלט. מ"ל מי סיד ומנערים.1-2מוסיפים למבחנה .3

רקע: - C35H74שעווה, שממנה עשוי נר, היא תערובת של אלקאנים עם מסה מולרית גבוהה:

C18H38. בחלק הכהה של הלהבה לא מתרחשת שרפה מלאה ולכן נוצר פחם, למשל:

2С18Н38(s) + 19O2(g) 36C(s) + 38H2O(l)

בשרפה מלאה נוצרים פחמן דו-חמצני ומים, למשל:2С18Н38(s) + 56O2(g) 36CO2(s) + 38H2O(l)

: מגיבים ותוצרים מורכבים מאותם אטומים.המסקנה

(88 )הציון iiתת-סעיף גרם(.1106 גרם )1,000,000 טון יש 1ב-

37

= 1.35·108 mol1.62·109 gr12 gr

mol

12 grmol

מסה נתונה/נדרשת בניסוי ספציפי (גרם)


מספר מולים נתון/נדרש בניסוי ספציפי


C(s) + O2(g) CO2(g)

1 1 1

12 44

1.35·108 1.35·108

1.62·109 5.94·109

grmol

44 1.35·108 mol = 5.94·109 gr (= 5940 ton)

44 grmol

.פרט את חישוביךכמה מול פחם נשרף בכל שעה בתחנות הכוח אלה?

התשובה: :C(s)המסה המולרית של

ton = 1.62·109 gr 1620 מסת הפחם:

מספר המולים של פחם:


הציון גבוה. רוב התלמידים מבצעים נכון חישובים סטויכיומטריים בסיסיים.הטעויות המעטות שאותרו הן:

טון.1 טון פחם וביצוע חישובים על פי 1620התעלמות מהנתון שבכל שעה נשרפים גרם למול.12 טון ב- 1620אי-התאמת יחידות - חילוק

(83 )הציון iiiתת-סעיף פרט את שנפלטת לאטמוספרה בכל שעה מתחנות הכוח האלה? CO2(g)מהי המסה של

.חישוביך

התשובה::CO2(g)המסה המולרית של

,C(s) מול 1 מתקבל מ- CO2(g) מול 1על פי יחס המולים בניסוח התגובה, שנפלט בכל שעה:CO2(g)לכן מספר המולים של

1.35·108 mol

שנפלט בכל שעה:CO2(g)המסה של

:iii-ii: טבלה מסכמת לתת-סעיפים א' או

38

pHpHpH


. רוב התלמידים הצליחו לבצעiiתת-סעיף זה הוא המשך החישובים מתת-סעיף א' חישובים סטויכיומטריים אלה.

הטעויות שאותרו הן: :התייחסות ליחס המסות של החומרים במקום ליחס המולים על פי היחס בניסוח התגובה, המסה של"CO2(g) שווה למסה של C(s) ". .אי-רישום יחידות

(93 )הציוןסעיף ב' יתרונות לשימוש בשיטת הביוקונברסיה.שניעל פי המידע שבקטע, ציין

התשובה: יתרונות מבין:שני

לאטמוספרה.CO2(g)צמצום פליטת - : צמצום זיהוםאו"הדלק הירוק" אינו פולט חומרים מזהמים לאטמוספרה בעת שרפתו )-

: נמנעת עלייה בחומציות מי הים(.אוהסביבה; שעות(.48"הדלק הירוק" נוצר בפרק זמן קצר )- המתקבל בשרפת נפט אוCO2(g): ניצול או )3ניתן להפיק חומצות שומן מסוג אומגה -

פחם(.


הציון גבוה מאוד. התלמידים ניתחו מידע חדש שבקטע המדעי והסיקו מסקנות לגביהשימוש בשיטה המתוארת.

תלמידים מעטים לא הצליחו לפרש את המידע שבמאמר וכתבו:".ממצים ביוקונברסיה מאצות"".אצות קולטות פחמן במהירות"

(70 )הציוןסעיף ג' באותו קצב.CO2(g)לשתי ברכות, שהכילו אותו נפח של מי ים, הזרימו

39

רק באחת מהברכות היו אצות. שאר התנאים היו זהים. של מי הים עם הזמן, בכל אחתpH שלפניך מתאר את שינוי ה- I-IIIאיזה מהגרפים

.נמקמהברכות?

התשובה: .Iגרף

: אינואונקלט על ידי האצות ואינו מגיב עם המים )CO2(g)בברכה שבה גדלות אצות, ה- של מי הברכה.pHמתמוסס במים(, ולכן אין שינוי ב- מגיב עם המים.CO2(g)( ה- CO2(g)בברכה שבה אין אצות )הקולטות

+H3Oנוצרים יוני (aq)( לירידה ב- או הגורמים לעלייה בחומציות :pH.)של מי הברכה )


חלק מהתלמידים התקשו לנתח טקסט מדעי ולקשר בין מידע מילולי למידע בצורת גרף וליישם את הידע בנושא "חומצות ובסיסים" כדי לקשר בין תגובת פחמן דו-חמצני עם

לאטמוספרה. הופיעו טעויות בקביעה עם ניסיון להסבירה:CO2(g)המים למידת הפליטה -קשיים בהבנת הקשר בין חומציות המים לpH:המים גרף"III כיוון שמזרימים , CO2(g) -ואז ריכוז הCO2(g)עולה - דבר שגורם לחומציות מי ים. כאשר

דבר הגורם להורדת החומציות מי ים." -CO2(gמוסיפים אצות הן מגיבות עם גרף "II מפני שבברכה ללא אצות לפי התגובה שבמאמר נוצרים יוני , H3O+

(aq).שהינם חומציים עולה."pH , דרגת ה- CO2(g) כאשר שופכים IIבגרף

40

:התייחסות להיווצרות חומצות שומן גרף"III -במאמר כתוב שמאצות מפיקים חומצות שומן ולפיכך החומציות עולה ו . pH".יורד הכנסת האצות תוריד"pH".כי מפיקים מהן חומצות שומן בעלות קבוצה קרבוקסילית

.טעות נוספת היא קביעה שגויה והסבר המתייחס לקו אחד בלבד

כדי להתגבר על הקשיים שנתגלו בסעיף זה מומלץ להרבות בתרגילים שבהם יש לקשר+H3Oבין ריכוז יוני

(aq) וריכוז יוני OH(aq) בתמיסה מימית לבין pH.התמיסה

מאחר ועל פי תוכנית הלימודים, הנושא לא נלמד לעומק, מומלץ להיעזר באיור בספר הלימוד "כימיה... זה בתוכנו" מאת ד"ר דבורה קצביץ, רונית ברד,

נעמי ארנסט, דינה רפפורט, מכון ויצמן למדע:

אפשר להעמיק בנושא ולפתור עם התלמידים שאלות המכילות עקומות טיטרציה.לדוגמה:

. במהלך התגובה מדדוNaOH(aq) לבין תמיסת HCl(aq)התרחשה תגובת סתירה בין תמיסת התמיסה. תוצאות המדידה מוצגות בגרף:pHאת

41

14

12

10

8

6

4

2

00 10 20 30 40 50

pH

נפח התמיסה שהוספה (מ"ל)

(1)

(2)

(3)

9676

001

0203

040506

0708

09001

ii i

כיצד ביצעו את הניסוי: הוסיפו תמיסת החומצה לתמיסת הבסיס או הוסיפו תמיסתא.הבסיס לתמיסת החומצה? נמק.

( קבע: 3)(, 2(, )1עבור כל אחד מהתחומים המוצגים בגרף )ב.i :יוני הריכוז של אילו יונים גדול יותרH3O+

(aq) או יוני OH(aq).נמק .

ii .מהו האופי של התמיסה: תמיסה חומצית או תמיסה בסיסית. נמקiii .מהו טווח הנפחים של התמיסה שהוספה

בתמיסה, שבהpHעל סמך תשובתך לסעיף א צייר גרף המציג את שינוי ה- ג.מבצעים אותה תגובה, אך בסדר הפוך.

(68 )הציון סעיף ד'

(67 )הציון iתת-סעיף אטומי20 המופקות מאצות יש 3במולקולה של אחת מחומצות השומן מסוג אומגה

פחמן לחומצת שומן זו.רישום מקוצר קשרים כפולים, כולם במבנה ציס. כתוב 5ו-

42

התשובה:C20:53, cis, cis, cis, cis, cis


הציון נמוך יחסית. ניתן למיין את הטעויות האופייניות לשני סוגים עיקריים:. טעויות ברישום מקוצר:1

C20:53, cis

C20:54, cis

C20:59, cis

C20:53, 6,9,12,15

C20:53

. רישום נוסחה מולקולרית במקום רישום מקוצר:2

מאחר וקיימות צורות ייצוג שונות של חומצות שומן, מומלץ לבנות יחד עם התלמידיםטבלה, המציגה והמסכמת צורות ייצוג שונות ותפקידן.

צורתייצוג

דוגמהלא ניתן לראותניתן לראות

נוסחהמולקולרי

ת

סוגי אטומים ומספרם

במולקולה

סדר קשרים, מבנה הקשרים

הכפולים: ציס או טראנס,

C18H34O2

43

O

HO

O

OH

HO-C-C-C-C-C-C-C-C-C=C-C-C-C-C-C-C-C-C-HH

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

HH H

איזומרים,מבנה מרחבישל מולקולה

רישוםמקוצר


במולקולה,סדר קשרים,

מבנה הקשריםהכפולים:

ציס או טראנס,איזומרים

מבנה מרחבישל מולקולה

C18:1ω9, cis

ייצוג מלא לנוסחתמבנה


במולקולה, סדר קשרים, מבנה הקשרים

הכפולים: ציס או טראנס,

איזומרים

מבנה מרחבי של מולקולה

ייצוג מקוצר לנוסחתמבנה




ציס או טראנס,איזומרים

מבנה מרחבישל מולקולה,

לא רשומים אטומיC ואטומי H

שקשורים אליהם

:או

מודליםמרחביים




ציס או טראנס,

-

44

איזומרים,מבנה מרחבישל מולקולה,

ניתן להשתמש בטבלה זו כאשר חלק מהמידע לא כתוב ולבקש מתלמידים להשלים אתהחסר.

(69 )הציון iiתת-סעיף באחד השלבים בתהליך הפקת חומצות השומן מן האצות משתמשים בממס. איזה

מהממסים - .הסבר - מתאים להמסת חומצות השומן? C6H14(l) , או הקסאן, H2O(l)מים,

התשובה:הקסאן.

: שייר פחמימני גדול(.אובכל מולקולה של חומצות השומן יש חלק הידרופובי גדול ) בין המולקולות של חומצות השומן לבין מולקולות הקסאן יכולות להיווצר אינטראקציות

ון-דר-ולס, ולכן מסיסותן של חומצות השומן בהקסאן היא טובה.לפי כך הקסאן הוא הממס המתאים להפרדת חומצות השומן מן האצות.


הציון נמוך יחסית. חלק מהתלמידים התקשו לקבוע איזה ממס מתאים להמסת חומצותשומן ולהסביר את קביעתם. ניתן למיין את הטעויות האופייניות לשני סוגים עיקריים:

קביעה שגויה וניסיון להסבירה:.1הממס הטוב ביותר הינו מים מפני שבחומצות השומן קיימות קבוצות קרבוקסיליות היוצרות קשרי"

מימן עם המים. לעומת זאת, הקסאן לא יכול ליצור קשרי מימן.""H2O(l)".ממס מתאים יותר להמסת חומצות שומן, מפני שזאת מולקולה קטנה -

קביעה נכונה המלווה בהסבר שגוי או חלקי:.2".הממס המתאים הוא הקסאן, כי הוא יוצר קשרי מימן עם מולקולות של חומצות שומן"".הקסאן, כי המולקולות של מים קטנות מדי"".הקסאן, כי חומצות שומן הן הידרופוביות"".הקסאן, מפני שדומה מתמוסס בדומה".חוסר התייחסות לכוחות בין מולקולריים

45

מומלץ לבנות עם התלמידים טבלאות המציגות את שלבי הקביעה של מסיסות חומצותשומן בממסים הנתונים:

: קביעת המסיסות של חומצות שומן במים1טבלה המומס:

חומצות שומןהממס:

מיםסוג החלקיקים שמהם

מורכב החומרמולקולותמולקולות

הקשרים בין חלקיקיהחומר

מעט קשרי מימןאינטראקציות ון-דר-ואלס

קשרי מימן רביםואינטראקציות ון-דר-ואלס

סוגי הקשרים הנוצרים בין חלקיקי ממס

לחלקיקי מומס במהלךההמסה

אפשרות ליצירת קשרי מימן זניחה, כי במולקולות חומצותשומן

יש מעט מוקדים ליצירת קשרי מימן.המסיסות של חומצות שומן במים זניחה.המסקנה

הקסאן : קביעת המסיסות של חומצות שומן ב2טבלה המומס:

חומצות שומןהממס:

C6H14(l)הקסאן,

סוג החלקיקים שמהםמורכב החומר

מולקולותמולקולות


מעט קשרי מימןואינטראקציות ון-דר-ואלס

אינטראקציות ון-דר-ואלס




המסיסות של חומצות שומן בהקסאן טובה.המסקנה

אחד הקשיים בקביעת ממס מתאים לתרכובות פחמן - גם בתת-סעיף זה וגם באופן כללי, הוא הימנעות מהשוואה בין גודל החלק ההידרופילי במולקולות המומס, "האחראי"

46

מסיסות בממס אורגני

מסיסות במים

בוטאנול

HO2HC2HC2HC 3HC

פרופאנול

HO2HC2HC3HC

אתאנול

HO2HC3HC

מתאנול

HO3HC

להיווצרות קשרי מימן עם מולקולות הממס, לבין גודל החלק ההידרופובי, "האחראי"להיווצרות אינטראקציות ון-דר-ואלס בין מולקולות המומס למולקולות הממס.

כדי להדגיש נקודה זו אפשר להשתמש בתרשים המציג מסיסות כהלים:

מומלץ לבצע עם התלמידים ניסוי "תהליכי המסה" הנמצא באתר של המרכז הארצי טבלה של הצגות שניתנו במושביםלמורי הכימיה, בעמוד של כנס חנוכה תשע"ה

:3 קובץ "הנחיות לניסויים" ניסוי - מיכאל קויפמן 2 הצגה המקבילים http://stwww.weizmann.ac.il/chemcenter/Page.asp?id=1226

47


ד ג ב א

80 82

5164

010

2030

405060

7080

90100

41-5414%

0-4014%

55-8445%

85-10027%

3שאלה מבנה האטום, קישור ותכונות של חומרים


בחרו בשאלהציונים ממוצעים של סעיפי השאלה: מהתלמידים31%

כדי לענות על שאלה זו על התלמיד:

48

לזהות קבוצות פונקציונליות במולקולות של תרכובות פחמן על פי ייצוג מקוצר לנוסחות מבנה.

,ליישם את הידע במבנה האטום ולקבוע את מספר פרוטונים, מספר אלקטרונים מספר נויטרונים, מספר המסה באטומים שונים.

.להבחין בין איזוטופים של אותו יסודליישם את הידע על סוגים שונים של קרינה רדיואקטיבית ועל איזוטופים

רדיואקטיביים, ולזהות את סוג הקרינה הרדיואקטיבית הנפלטת בתגובות של . או איזוטופים רדיואקטיביים:

.לזהות תערובת הומוגנית כתמיסה לקבוע, על פי כללי מסיסות, באיזה ממס עשוי להתמוסס יוד - על פי הכוחות

הבין מולקולריים שיכולים להיווצר במהלך ההמסה. -פרופאנול )תמיסה של חומר מולקולרי בממס מולקולרי(1 לתאר תמיסת יוד ב-

ברמה מיקרוסקופית. -פרופאנול.1 לנסח את תהליך ההמסה של יוד ב-.לזהות נוסחת מבנה של תרכובת על פי התכונות שלה - לקשר בין תכונות למבנה לנתח את ההשפעה של גורמים שונים על טמפרטורת רתיחה של תרכובת

מולקולרית.



הבנהאהבנהiב

iiיישוםיישוםiג

iiאנליזהiiiיישום

49

HO

I

OH

I

I

I

O

O

NH2

אנליזהד

תירוקסין הוא הורמון המופרש על ידי בלוטת התריס, ותפקידו לווסת קצב חילוףחומרים בגוף.

(80 )הציוןסעיף א'לפניך ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של תירוקסין.

, בקבוצות פונקציונליות שונות.O אטומי חמצן, 4במולקולה של תירוקסין יש רשום את הנוסחה של כל אחת מן הקבוצות הפונקציונליות האלה, וציין את השם של כל

קבוצה.

התשובה:–O–)קבוצה אתרית )אתר–OH)קבוצה הידרוקסילית )כוהל–COOH)קבוצה קרבוקסילית )חומצה קרבוקסילית

. הבנהלדעתנו, רמת חשיבה על פי הטקסונומיה של בלום היא

רוב התלמידים זיהו נכון את הקבוצות הפונקציונליות במולקולות על פי ייצוג מקוצר שלמבנה, אך הופיעו גם טעויות: נוסחות

רישום קבוצה"-C=O "מתוך קבוצה קרבוקסילית.קטון

50

8282

010

2030

405060

7080

90100

i ii

"-C=OH "מתוך קבוצה קרבוקסילית.כוהל .רישום קבוצה אמידית

היו תלמידים שלא הבינו את השאלה ורשמו את כל הקבוצות הפונקציונליות המולקולהשל תירוקסין.

מומלץ להרבות בתרגילים מסוג זה - לתת לתלמידים ייצוגים מקוצרים לנוסחאות מבנה של מולקולות תרכובות פחמן המכילות מספר קבוצות פונקציונליות שונות ולבקש

לסמן את הקבוצות הפונקציונליות בעיגול. אפשר בחלק מהתרגילים לתת נוסחאות עםסימון שגוי של קבוצות פונקציונליות ולבקש מהתלמידים לתקן את הטעויות.

(82 )הציון סעיף ב'ברפואה מאבחנים בעיות בפעילות של בלוטת התריס באמצעות יוד רדיואקטיבי.

(82 )הציון iתת-סעיף .I איזוטופים רדיואקטיביים של יוד, שניבטבלה שלפניך מידע חלקי על

העתק את הטבלה למחברת הבחינה והשלם אותה.

סימולהאיזוטופ

מספראטומי

מספרמסה

מספרפרוטונים

מספראלקטרונים

מספרנויטרונים

131I

70

51

התשובה:

סימולהאיזוטופ

מספראטומי

מספרמסה

מספרפרוטונים

מספראלקטרונים

מספרנויטרונים

131I53131535378123I53123535370


הציון גבוה יחסית. רוב התלמידים קבעו נכון מספר פרוטונים, מספר אלקטרונים, מספר נויטרונים ומספר מסה עבור אטומים של שני האיזוטופים. הטעויות שאותרו

נובעות מחוסר הבנה מהו ההבדל בין מספר מסה לבין מסה אטומית ומהו הקשר ביןמספר מסה לבין מספר נויטרונים באטום:

126.9קביעה שמספר המסה באטומים של שני האיזוטופים היא. 123 קביעה עבור איזוטופI : 70 , מספר אלקטרונים 70"מספר פרוטונים . " 131 קביעה עבור איזוטופI : 53 , מספר נויטרונים 73"מספר אלקטרונים ".

מומלץ להבהיר לתלמידים את משמעות המושג "מסה אטומית" שמופיעה בטבלה המחזורית, וכיצד הגיעו למספר זה, ולהסביר מדוע מספר זה אינו מספר

שלם וכיצד הוא קשור לשכיחות של האיזוטופ הנתון בטבע. מומלץ לתת דוגמא אחת לחישוב מסה אטומית, כדי שהתלמידים לא יתבלבלו בין מספר מסה למסה אטומית

של יסוד. מאחר והנושא "מבנה האטום" נלמד בתחילת כיתה יוד, כדאי לחזור עליו לקראת

בחינת הבגרות.

(82 )הציון iiתת-סעיף .131Xe פולט קרינה רדיואקטיבית והופך ל- 131Iאיזוטופ

.נמק ? או מהו סוג הקרינה הרדיואקטיבית הנפלטת,

התשובה:

52

96

31

55

30

405060

7080

90100

:או כי אין שינוי במספר המסה והמספר האטומי )הקרינה שנפלטת היא קרינת (.54 ל- 53 )מ- 1מספר הפרוטונים( גדל ב-


הציון גבוה יחסית. רוב התלמידים קבעו נכון את סוג הקרינה הרדיואקטיבית הנפלטת בתהליך המתואר. ניתן למיין את הטעויות האופייניות שאותרו בתת-סעיף זה לשני סוגים

עיקריים:קביעה שגויה וניסיון לנמקה:.1"131I -131 הופך לXe עם פליטת קרינת לוקח אלקטרון ומשלים את רמת האנרגיה האחרונה .

כרמה מלאה והופך לגז אציל."

קביעה נכונה המלווה בנימוק שגוי..2 קרינת " ".מפני שנכנס אלקטרון נוסף אך יצא פרוטון נוסף ונויטרון נוסף ,

היו תלמידים שקבעו נכון, אך לא כתבו נימוק.

מומלץ לפתור עם התלמידים תרגילים מסוג זה או לרשום ניסוחי תגובות חלקיים שלאיזוטופים רדיואקטיביים ולבקש להשלים.

מומלץ להיעזר בסרטונים הממחישים את תהליכי ההתפרקות הרדיואקטיבית, ומראים: או לקרינת את ההבדל בין קרינת

https://www.youtube.com/watch?v=grN4m0Lh4EQ

https://www.youtube.com/watch?v=Suc5Kx_X-xQ

https://www.youtube.com/watch?v=KWzRWKWFefI

(51 )הציון סעיף ג' , הוא מוצק שצבעו סגול אפור.I2(s)בתנאי החדר היסוד יוד,

.I2(s)( גבישים של 1(-)2בניסוי שבוצע במעבדה הכניסו לכל אחת משתי מבחנות ) .C3H7OH(l)-פרופאנול, 1( הוסיפו 1למבחנה ) .H2O(l)( הוסיפו מים, 2)למבחנה

רק באחת משתי המבחנות התקבלה תערובת הומוגנית.

53

https://www.youtube.com/watch?v=KWzRWKWFefI

https://www.youtube.com/watch?v=Suc5Kx_X-xQ

https://www.youtube.com/watch?v=grN4m0Lh4EQ

(96 )הציון iתת-סעיף (, התקבלה התערובת ההומוגנית.2( או )1קבע באיזו מבחנה, )

התשובה:(.1במבחנה )


הציון גבוה מאוד. התלמידים הצליחו לזהות תערובת הומוגנית כתמיסה ולקבוע, על פי כמעט ולא הופיעו טעויות. ולא במים.C3H7OH(l)כללי מסיסות, שיוד מתמוסס ב-

מומלץ לבנות עם התלמידים טבלאות המציגות את שלבי הקביעה של מסיסות היודבממסים הנתונים:

: קביעת המסיסות של היוד במים1טבלה המומס:

I2(s)יוד,

הממס:H2O(l)מים,




קשרי מימן רביםאינטראקציות ון-דר-ואלסואינטראקציות ון-דר-ואלס



אין אפשרות ליצירת קשרי מימן, כי במולקולות היוד איןמוקדים ליצירת קשרי מימן.

מסיסות היוד במים זניחה.המסקנה

54

-פרופאנול1: קביעת המסיסות של היוד ב- 2טבלה המומס:

I2(s)יוד,

הממס:C3H7OH(l)-פרופאנול, 1




קשרי מימןאינטראקציות ון-דר-ואלסאינטראקציות ון-דר-ואלס



-פרופאנול1בין מולקולות היוד לבין המולקולות של )המכילות חלק הידרופובי גדול יחסית( נוצרות אינטראקציות

ון-דר-ואלס.-פרופאנול טובה.1המסיסות של יוד ב- המסקנה

(31 )הציון iiתת-סעיף תאר ברמה מיקרוסקופית את התערובת ההומוגנית שהתקבלה.

התשובה:התערובת ההומוגנית - התמיסה מכילה:-

.C3H7OH-פרופאנול, 1 , ומולקולות של I2מולקולות של יוד, -פרופאנול יש אינטראקציות ון-דר-ואלס.1בין מולקולות היוד לבין המולקולות של --פרופאנול יש אינטראקציות ון-דר-ואלס וקשרי מימן.1בין המולקולות של - במולקולהOHקשרי המימן נוצרים בין אטום מימן חשוף מאלקטרונים בקבוצת –-

אחת לזוג אלקטרונים לא קושר של אטום חמצן במולקולה סמוכה.מולקולות נעות באופני תנועה מסוג תנודה וסיבוב.-


-פרופאנול ברמה1לתאר תמיסת יוד ב- הציון נמוך מאוד. רוב התלמידים לא הצליחו מיקרוסקופית.

הטעויות האופייניות הן:

55

הבעיה העיקרית היא תשובות חלקיות: אי-ציון של אינטראקציות ון-דר-ואלס בין מולקולות היוד; אי-ציון של ואינטראקציות ון-דר-ואלס וקשרי מימן בין מולקולות

-פרופאנול, חסר הסבר כיצד נוצרים קשרי מימן; אי-ציון של אופני תנועה של1של מולקולות בתמיסה.

חוסר הבנה מהי תערובת הומוגנית ובלבול בין תיאור מאקרוסקופי לתיאור מיקרוסקופי:

התערובת ההומוגנית שהתקבלה היא נוזלית ובה רואים גבישים קטנים סגולים של היוד בתוך" הנוזל פרופאנול."

:התייחסות למומס ולממס כאל חומרים המכילים יונים היונים של היוד מושכים"H+".מן הפרופאנול, מה שגורם לתגובה של חמצון חיזור

רישום הניסוח של תהליך ההמסה, הנדרש בתת-סעיף גiiiבמקום התיאור , המיקרוסקופי.

מומלץ לבצע עם התלמידים ניסויי המתואר בשאלה ולבקש מהתלמידים הסבר מפורט על המתרחש בעת ההמסה ברמה מאקרוסקופית וברמה

מיקרוסקופית. בנוסף לתיאור המילולי אפשר לבקש מהתלמידים לצייר באופן-פרופאנול בתמיסה. 1סכמתי את מולקולות היוד והמולקולות של

יכולות לעזור לתלמידים לתאר את התמיסהiהטבלאות שמופיעות בתת-סעיף ג ברמה מיקרוסקופית - להתייחס לכל המרכיבים של התמיסה.

מומלץ להקדיש זמן בהסבר רמות הבנה, ולחזור על התיאורים בכל הנושאים, כדי שהתלמידים יפנימו את ההבדל בין הרמות השונות, ויזכרו למה יש להתייחס בכל

אחת מהרמות.

56

C3H7OH(l)

C3H7OH(l)

H2O(l)

כמו כן מומלץ להראות לתלמידים אנימציות שממחישות את הרמה המיקרוסקופית, בהמסה של חומרים מסוגים שונים בממסים שונים. לדוגמה,

של אוניברסיטת קולורדו המלווה בקבצי PhET אנימציה שהופקה במסגרת פרויקטעבודה לתלמיד ולמורה מאת נורית דקלו:


(55 )הציון iiiתת-סעיף נסח את התהליך לקבלת התערובת ההומוגנית.

התשובה:

I2(s) I2(C3H7OH(l))


-1הציון נמוך. הסיבה לטעויות היא חוסר הבנה של הרכב התמיסה של יוד ב- פרופאנול - אותה סיבה שגרמה לטעויות הרבות בתיאור התמיסה ברמה

.iiמיקרוסקופית בתת-סעיף ג הטעויות האופייניות הן:

:רישום הממס כמגיב I2(s) + C3H7OH(l) I2(C3H7OH(l))

:)בלבול בין מומס לממס )בנוסף לרישום הממס כמגיב I2(s) + C3H7OH(l) C3H7OH(I3)

:)פירוק של מולקולות ממס ליונים )בנוסף לרישום הממס כמגיב I2(s) + C3H7OH(l) IH+ + C3H7O(C3H7OH(l))

למרות תשובה נכונה בתת-סעיף ג( רישום מים כממס i:) I2(s) I2(aq)

:נוסחה שגויה של יוד I(s) I(C3H7OH(l))

57


CH2 = CHCH2OH CH3CCH3

O

A B

הטעויות שנתגלו בתת-סעיף זה הן טעויות המשך לאלה שנתגלו בתת-סעיף הקודם. עשויות לעזור לתלמידים גם ברישום הניסוח שלiiההמלצות שניתנו בתת-סעיף ג

תהליך ההמסה של חומר מולקולרי בממס מולקולרי. מומלץ לתרגל את רישוםהניסוחים האלה עם ממסים שונים.

(64 )הציון סעיף ד'-פרופאנול ואצטון.1בטבלה שלפניך מוצגים נתונים על

הנוסחההחומרהמולקולרית

טמפרטורתנוסחת המבנההרתיחה

(oC)C3H8OCH3CH2CH2OH97-פרופאנול1

C3H6O?57אצטון

.B ו- Aנתונות שתי נוסחאות מבנה,

, היא נוסחת המבנה של אצטון.B או Aקבע איזו מהנוסחאות, .הסבר מדוע פסלת את הנוסחה האחרת

58

התשובה: .Aנוסחה מתאימה לתרכובת שבין המולקולות שלה יכולים להיווצר קשרי מימןBנוסחה

ואינטראקציות ון-דר-ואלס. : בגודל ענני האלקטרונים(אואין כמעט הבדל במספר הכולל של אלקטרונים )

Bבמולקולות של שתי התרכובות. טמפרטורת הרתיחה של חומר שנוסחת המבנה שלו

(.97oC: ל- או-פרופאנול )1הייתה צריכה להיות קרובה לטמפרטורת הרתיחה של על פי הנתונים שבטבלה, טמפרטורת הרתיחה של אצטון נמוכה מטמפרטורת הרתיחה

של אינה מתאימה.B-פרופאנול, ולכן נוסחה1


הציון נמוך יחסית. הבעיה העיקרית בתת-סעיף זה היא התעלמות מקיום קשרי מימן בין . ניתן למיין את הטעויות האופייניות לשניB-פרופאנול ושל חומר 1המולקולות של סוגים עיקריים:

קביעה שגויה וניסיון לנמקה:.1 נוסחת המבנה"B כי היא לא מסועפת כמו נוסחה ,A ". נוסחת המבנה המתאימה היא"B היות והאצטון שייך למשפחת הכהלים, בעלי הקבוצה .

." Aהפונקציונלית הקרבונילית, קבוצה זאת אינה קיימת בנוסחת החומר

קביעה נכונה המלווה בנימוק שגוי:.2 נוסחת מבנהAהגורם היחיד שיכול להשפיע הוא הסתעפות של תרכובת הפחמן, ככל שהשרשרת .

מסועפת יותר יש פחות אינטראקציות ון-דר-ואלס בין השרשרות, טמפרטורת הרתיחה נמוכהיותר."

נוסחת המבנה שלAהיא הנכונה. אורך המולקולה משפיע על חוזק הקשר שמשפיע על טמפרטורת הרתיחה. ככל שאורך המולקולה גדול יותר כך גם טמפרטורת הרתיחה גבוהה יותר,

לכן לפי הנתונים טמפרטורת הרתיחה של פרופאנול גבוהה יותר מזו של אצטון."

59

CH2 = CHCH2OH CH3CCH3

O

A B

מומלץ לבנות עם התלמידים טבלה המציגה שלבי ההסבר מדוע טמפרטורת הרתיחה .B נמוכה מזו של החומר שנוסחתו Aשל החומר שנוסחתו

נוסחת מבנה שלהחומר

סוג החומרשניהם חומרים מולקולריים

בשני החומרים ענני האלקטרונים במולקולות אלקטרונים(.32דומים בגודלם )

גודל יחסי של ענני האלקטרונים

במולקולות החומריםהנתונים

קוטביות שלמולקולות קוטביותמולקולות קוטביותמולקולות החומר

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

סוג הכוחות הבין מולקולריים בחומרים

במצב נוזל בין המולקולות של שני החומרים פועלות אינטראקציות

ון-דר-ואלס , בנוסף לאינטראקציותBאבל בין מולקולות חומר

ון-דר-ואלס, קיימים קשרי מימן. חזקים יותרBלכן הכוחות הבין מולקולריים בחומר

.Aמהכוחות הפועלים בין מולקולות חומר

חוזק יחסי של הכוחות הבין מולקולריים

בחומרים במצב נוזל

.Aהנוסחה המתאימה היא הייתהBטמפרטורת הרתיחה של חומר שנוסחת המבנה שלו

-פרופאנול1צריכה להיות קרובה לטמפרטורת הרתיחה של (.97oC: ל- או)

על פי הנתונים שבטבלה, טמפרטורת הרתיחה של אצטון B-פרופאנול, ולכן נוסחה1נמוכה מטמפרטורת הרתיחה של

אינה מתאימה.

קביעת הנוסחה המתאימה על פי

טמפרטורות הרתיחה של החומרים

60

7664

58 63

010

2030

405060

7080

90100

ד ג ב א

41-5416%

0-4012%

55-8453%

85-10019%

4שאלה מבנה, קישור ותכונות של חומרים



כדי לענות על שאלה זו על התלמיד:,לזהות את הסוג של כל אחד מארבעת החומרים הנתונים על פי איורים

המתארים באופן סכמתי את מבנה החומר המוצק. .לציין את סוגי החלקיקים בכל אחד מארבעת החומרים.לקבוע את סוגי הכוחות הפועלים בין החלקיקים בכל אחד מארבעת המוצקים .לתאר את מבנה החומרים הנתונים ברמה מאקרוסקופית וברמה מיקרוסקופית .לקשר בין מבנה החומר ברמה מיקרוסקופית לתכונות החומרלהסביר מדוע החומר הנתון מוליך או לא מוליך חשמל, בהתבסס על התנאים

למוליכות חשמלית של חומרים..לנסח תגובות המסה במים של חומר יוני

61

לתאר תמיסה מימית של חומר יוני ברמה מיקרוסקופית, תוך התייחסות לכל המרכיבים.

.לקבוע את סוגי הכוחות הפועלים בתמיסה המימית של חומר יונילקבוע מטענים חלקיים של אטומים במולקולה על פי ערכים של אלקטרושליליות

האטומים.להבחין בין כוחות בין מולקולריים לבין קשרים קוולנטיים בין אטומים בתוך

מולקולות.להשוות בין חוזק הכוחות הבין מולקולריים של חומרים במצב נוזל ובמצב מוצק

)על פי הגורמים המשפיעים על חוזק הכוחות הבין מולקולריים(. לקשר בין חוזק הכוחות הבין מולקולריים לבין מצב צבירה של החומר

בטמפרטורת החדר.



יישוםאהבנהבהבנהiג

iiאנליזהיישוםiד

iiיישום

, המתארים בצורה סכמתית את המבנה של ארבעהd-aלפניך ארבעה איורים, מוצקים:

.C(s) ; יהלום, I2(s) ; יוד, KCl(s) ; אשלגן כלורי, Mg(s)מגנזיום,

62

(76 )הציון סעיף א'העתק את הטבלה שלפניך למחברת הבחינה, והשלם אותה.

נוסחת המוצקהאיורהמתואר באיור

סוגי החלקיקים במוצק

סוג הקשרים בין החלקיקים

במוצקa

b

c

d

התשובה:סוג הקשריםסוגי החלקיקיםנוסחת המוצקהאיור

63

בין החלקיקים במוצקהמתואר באיורבמוצק

aKCl(s)יונים חיוביים

ויונים שלילייםקשר יוני

bC(s) קשר קוולנטיאטומיםיהלוםcMg(s)

יונים חיובייםו"ים אלקטרונים"

קשר מתכתי

dI2(s)אינטראקציותמולקולותון-דר-ואלס


רוב התלמידים הצליחו לזהות את הסוג של כל אחד מארבעת החומרים הנתונים על פי איורים, המתארים באופן סכמתי את מבנה החומר המוצק, ולהתאים את הנוסחאות

הנתונות לאיורים. הם ידעו לתאר את מבנה החומרים הנתונים ברמה מאקרוסקופית וברמה

מיקרוסקופית וליישם את הידע במילוי הטבלה - לציין את סוגי החלקיקים בכל אחד מארבעת החומרים ולקבוע את סוגי הכוחות הפועלים בין החלקיקים בכל אחד

מארבעת המוצקים. יחד עם זאת חלק מהתלמידים טעו. ניתן למיין את הטעויות האופייניות לשני סוגים

עיקריים: התאמה שגויה של הנוסחאות הנתונות לאיורים:.1 זיהוי איורa -כ Mg(s) :."יונים ואלקטרונים" זיהוי איורc -כ KCl(s) :."יונים חיוביים ושליליים"

התאמה נכונה המלווה בקביעה שגויה של סוגי החלקיקים במוצק ושל סוג.2 הקשרים בין החלקיקים במוצק:

:רישום של סוגי היסודות במקום סוגי החלקיקים"I2(s)".מורכב מאל מתכת "KCl(s)".מורכב ממתכת ומאל מתכת

:חוסר הבחנה בין סוג החומר לבין סוג הקשר בין חלקיקי החומר -ב"I2(s)".קשר מולקולרי ".ביהלום קשר אטומרי"

64

(64 )הציון סעיף ב' , אינו מוליך חשמל.C(s) , מוליך חשמל ואילו יהלום, Mg(s)הסבר מדוע מגנזיום,

בתשובתך התייחס למבנה החומרים.

התשובה:Mg(s) מורכב מיוני Mg2+ו"ים אלקטרונים". )אלקטרוני הערכיות של מגנזיום יוצרים את

"ים האלקטרונים".( אלקטרונים אלה ניידים )בלתי מאותרים( ומאפשרים הולכתחשמל.

ביהלום כל אטום פחמן קשור בקשרים קוולנטיים לארבעה אטומי פחמן אחרים. אלקטרוני ערכיות.( ביהלום כל אלקטרוני הערכיות משתתפים4)לאטום הפחמן יש

ביצירת הקשרים הקוולנטיים ואין אלקטרונים ניידים. לכן יהלום אינו מוליך חשמל.


הציון נמוך יחסית. חלק ניכר מהתלמידים לא הצליחו לקשר בין מבנה החומר ברמה להסביר מדוע החומר הנתון מוליך או לא מוליךמיקרוסקופית לתכונות החומר ו

חשמל, בהתבסס על התנאים למוליכות חשמלית של חומרים. הטעויות האופייניות הן:תיאור שגוי של מבנה המגנזיום ברמה מיקרוסקופית ופירוש שגוי של המושג "ים

אלקטרונים":".האלקטרונים מקיפים את היונים, ולכן הם ניידים"".מגנזיום בנוי מאטומים חיוביים וביניהם אלקטרונים"".מגנזיום מוליך, כי בין הקטיונים יש ים אלקטרונים"

תיאור שגוי של מבנה היהלום עקב חוסר התייחסות או התייחסות שגויה לרמה מיקרוסקופית:

".יהלום הוא אל מתכת, ולכן לא מוליך"".ליהלום אין ים של אלקטרונים"".ליהלום קשרים אטומריים ואין אלקטרונים סביבו, ולכן לא מוליך"

(58 )הציוןסעיף ג' , מופק בישראל ממי ים המלח.KCl(s)אשלגן כלורי,

65

010

2030

405060

7080

90100

i ii

45

88

(88 )הציון iתת-סעיף .KCl(s)אשלגן כלורי מתמוסס היטב במים. נסח את תהליך ההמסה במים של

התשובה:

KCl(s) K+(aq) + Cl–

(aq)


הציון גבוה. התלמידים יודעים לנסח את תהליך ההמסה של חומר יוני במים. הופיעוטעויות מעטות:

-התייחסות לKCl(s):כאל חומר מולקולרי

KCl(s) KCl(aq)

:רישום מים כמגיב KCl(s) + H2O(l) K+

(aq) + Cl–(aq)

(45 )הציון iiתת-סעיף תאר ברמה מיקרוסקופית תמיסה מימית של אשלגן כלורי.

מים

מים

66

התשובה:+Kבתמיסה יש יונים ממוימים )יונים שמוקפים במולקולות מים(: יוני

(aq) ויוני Cl–(aq)

ומולקולות מים.+Kהיונים החיוביים, יוני

(aq) .נמשכים לקטבים השליליים של מולקולות המים , לבין הקטבים השליליים של מולקולות המים פועלים כוחות משיכה+K: ביו יוני או)

חשמליים.(–Clהיונים השליליים, יוני

(aq) .נמשכים לקטבים החיוביים של מולקולות המים לבין הקטבים החיוביים של מולקולות המים פועלים כוחות משיכה–Cl: בין יוני או)

חשמליים.(בין מולקולות המים )שאינן משתתפות במיום היונים( לבין עצמן יש קשרי מימן.

קשרי המימן נוצרים בין אטום מימן חשוף מאלקטרונים במולקולה אחת לבין זוגאלקטרונים

לא קושר על אטום חמצן במולקולה סמוכה. החלקיקים )יונים ומולקולות( )אינם מסודרים במבנה מסודר( יכולים לבצע תנועה

מסוגי תנודה וסיבוב.


הציון נמוך. תלמידים רבים לא הצליחו לתאר תמיסה מימית של אשלגן כלורי ברמהמיקרוסקופית.

הטעויות האופייניות הן:תשובות חלקיות - הבעיה העיקרית: אי-ציון של הכוחות הפועלים בין יונים לבין

לבין הקטבים השליליים של+Kמולקולות המים והסבר על כוחות אלה - ביו יוני לבין הקטבים החיוביים של מולקולות המים–Clמולקולות המים ובין יוני

פועלים כוחות משיכה חשמליים; אי-ציון של קשרי מימן, הקיימים בין מולקולות המים, ושל הסבר כיצד נוצרים קשרי מימן; אי-ציון של אופני תנועה של חלקיקים

בתמיסה.

67

Cl

Cl

K+

K+

:טעויות בסוגי החלקיקים בתמיסה"...אטומי הכלור ואטומי אשלגן"".בתמיסה יש יונים קשורים אחד לשני בגלל מטען חשמלי מנוגד"

:תיאור שגוי של הכוחות הפועלים בין היונים למולקולות המים".הקוטב החיובי של המים נמשך לקוטב השלילי של היון"".יוני המים החיובים ימשכו ליוניים השליליים"

מומלץ לבנות עם התלמידים מודל של אשלגן כלורי מוצק - כפי שמתואר בתחילת השאלה במים: לפרק את מודל המוצק לכדורים המסמלים יוניםKCl(s)ולבצע סימולציה של המסת

ולפזר אותם בין מודלים של מולקולות המים:

כדי להמחיש את המושגים ואת התהליכים המתוארים בתת-סעיף זה, מומלץלהשתמש

68

010

2030

405060

7080

90100

i ii

42

84

בסרטונים ובאנימציות, למשל באנימציה "מסיסות מלחים במים" שהופקה של אוניברסיטת קולורדו, המלווה בקבצי עבודה לתלמיד PhET במסגרת פרויקט

ולמורה שפותחו על ידי סטודנטים בהנחיית ד"ר אורית הרשקוביץ מהמחלקהלהוראת המדעים והטכנולוגיה בטכניון:


(63 )הציוןסעיף ד' שלפניך עוסקים בשתי תרכובות של יוד:ii-iההיגדים

.IBr(s) , ויוד ברומי, HI(g)מימן יודי, אם הוא נכון או לא נכון. נמק כל קביעה.ii-iקבע עבור כל אחד מההיגדים

(84 )הציון iתת-סעיף .IBr וגם במולקולה HI , הוא חיובי, גם במולקולה Iהמטען החלקי של אטומי יוד,

התשובה:לא נכון.

המטען החלקי על אטום יוד הוא חיובי, כי האלקטרושליליות של יודIBr)במולקולה נמוכה מזו של ברום.(

המטען החלקי על אטומי יוד הוא שלילי, כי האלקטרושליליות של יודHIבמולקולה : אטום יוד מושך את אלקטרוני הקשר חזקאוגדולה מהאלקטרושליליות של מימן )

יותר מאטום מימן(.


69


הציון גבוה. רוב התלמידים ידעו לקבוע מטענים חלקיים של אטומים במולקולה על פיערכים של אלקטרושליליות האטומים.

הטעויות המעטות שאותרו נובעות מבלבול בין אטום למולקולה:-המטען של היוד שלילי כי מולקולת ה"H".היא פחות אלקטרושלילית ".לא מתקיימים מטענים חלקיים, כי מולקולות לא נושאות מטען"

(42 )הציון iiתת-סעיף בטמפרטורת החדר יוד ברומי הוא מוצק ואילו מימן ברומי הוא גז, זאת בשל ההבדל

.H–I ו- I–Brבחוזק הקשרים הקוולנטיים

התשובה:לא נכון.

שני החומרים הם חומרים מולקולריים. מצב הצבירה של החומר בטמפרטורת החדרתלוי בחוזק

הכוחות הפועלים בין מולקולות החומר ולא בחוזק הקשרים הקוולנטיים שבתוךמולקולות.


הציון נמוך. רוב התלמידים קבעו שההיגד אינו נכון, אך רבים טעו בנימוק. הבעיה העיקרית בתת-סעיף זה היא הבלבול בין כוחות בין מולקולריים לקשרים קוולנטיות

בתוך מולקולות:לא נכון. בקשר"H-I ".רדיוס אטום המימן קטן יותר לא נכון. הקשר"H-I".הוא קוטבי יותר ".ענן האלקטרונים גדול יותר, לכן הקשרים הקוולנטיים חזקים יותר"".לקשר קצר טמפרטורת רתיחה גבוהה יותר. רדיוס של מימן קטן מרדיוס של ברום"".לא נכון. זה בגלל שההפרש באלקטרושליליות שבין מימן ליוד גדול מאשר בין ברום ליוד"

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

החומריוד ברומימימן ברומי

70

סוג החומרשניהם חומרים מולקולרייםHIIBrנוסחה מולקולרית

של מולקולת החומר אלקטרוניםIBr( 88ענני האלקטרונים במולקולות

HI( 54במולקולה( גדולים מענני אלקטרונים במולקולות אלקטרונים במולקולה(.

גודל יחסי של ענני האלקטרונים

במולקולות החומריםהנתונים

קוטביות שלמולקולות קוטביותמולקולות קוטביותמולקולות החומר

אינטראקציות ון-דר-ואלסאינטראקציות ון-דר-ואלס סוג הכוחות הבין

מולקולריים בחומריםבמצב נוזל

חזקותIBrאינטראקציות ון-דר-ואלס בין המולקולות של , כיHIמאינטראקציות ון-דר-ואלס בין המולקולות

יש יותר סיכוי ליצירת דו-קטבים רגעיםIBrבמולקולות של והמטענים החלקיים גדולים יותר.

חוזק יחסי של הכוחות הבין מולקולריים

בחומרים במצב נוזל גבוהות מאלה שלIBrטמפרטורות ההיתוך והרתיחה של

HI.כי טמפרטורות הן מדד לחוזק כוחות בין מולקולריים , טמפרטורות רתיחה

של החומרים הוא גז.HI הוא מוצק בתנאי החדר, ואילו IBrנתון:

הסיבה לכך היא הבדל בטמפרטורות ההיתוך והרתיחה של גבוהה מטמפרטורתIBrהחומרים: טמפרטורת ההיתוך של

החדר, נמוכה מטמפרטורת החדר. HIוטמפרטורת הרתיחה של

מצבי צבירה של החומרים בתנאי

החדר

71

1234

5678

3

8

שאלה לתרגול: חומרים מוצקים בטמפרטורת החדר:6להלן נוסחאותיהם של

I2(s)

יודCaI2(s)

סידן יודיCa(s)

סידן זהב לבן - תערובת

מוצקהPt(s) ו- Au(s)של

SiC(s)

קרבורונדום C6H12O6(s)

גלוקוז

איורים המייצגים מודלים העשויים להתאים לאחד או ליותר מהמוצקים:8כמו כן נתונים

עבור כל אחד מששת המוצקים, בחר במודל המתאים ביותר לתיאור סכמתי שלא.המוצק.

אם לדעתכם אף מודל אינו מתאים למוצק מסוים, צייר את המודלהמתאים.

. Ca(s) כמתאים ביותר לתיאור 4תלמיד הציע את מודל ב.האם התלמיד צודק? אם כן - הסבר מדוע. אם לא - הסבר מדוע.

קבע עבור כל אחד מהמוצקים הנתונים אם הוא מוליך חשמל בטמפרטורת החדר.ג.נמק כל קביעה.

קיימים מוצקים שבחימום הופכים ישירות לגז. התהליך נקרא המראה.ד. i .איזה מהמוצקים הנתונים עשוי לעבור המראה? נמק

ii אילו כוחות פועלים בין חלקיקי החומר שבחרת בתת-סעיף דi? הסבר.

איזה/אילו מששת המוצקים נתון/נתונים לריקוע? הסבר ברמה מיקרוסקופית.ה.

72

94

7682

010

2030

405060

7080

90100

ג ב א

41-545%

0-406%

55-8431%

85-10058%

5שאלה סטויכיומטריה



כדי לענות על שאלה זו על התלמיד: לבצע חישובים סטויכיומטריים, כולל חישובים עבור התגובות, שבהן משתתפים

גזים. להשתמש בחישובים במושגים: מול, מסה מולרית, השערת אבוגדרו, נפח מולרי

של גז..ליישם את הידע על מאפייני הגזים: לחץ, נפח, טמפרטורה .לקשר בין שינוי מספר מולי גז במהלך התגובה לבין שינוי הלחץ בכלי.לנסח תגובה על פי תיאור מילולי של מגיבים ותוצריםלבצע חישובים סטויכיומטריים עבור התגובות המתרחשות בתמיסות מימיות, חישוב

ריכוזים מולריים של חומרים ושל יונים.



73

grmol

0.015 mol 98 = 1.48 gr

98 grmol

0.336 liter

22.4 litermol

= 0.015 mol

22.4

מסה נתונה/נדרשת בניסוי ספציפי (גרם)


מספר מולים נתון/נדרש בניסוי ספציפי


NH3(g) + HBr(g) NH4Br(s)

1 1 1

98

0.015 0.015

1.47


נפח הגז נתון/נדרשבניסוי ספציפי (ליטר)

0.336

הבנהאיישוםiב

iiיישוםiiiיישוםivיישום

יישוםiגiiיישום

, המשמש חומר מעכב בערה למוצרי עץ.NH4Br(s)השאלה עוסקת באמוניום ברומי, .NH3(g) מאמוניה, NH4Br(s)אפשר להפיק

( 94 )הציון סעיף א'(:1 , על פי תגובה )HBr(g) , מגיבה עם מימן ברומי, NH3(g)אמוניה,

(1) NH3(g) + HBr(g) NH4Br(s)

ובין נפח מתאים שלNH3(g) מ"ל 336 שתתקבל בתגובה בין NH4Br(s)חשב את המסה של HBr(g).

.פרט את חישוביך ליטר. 22.4 מול גז הוא 1בתנאי התגובה הנפח של

התשובה:

שהגיבו:NH3(g)מספר המולים של

.1:1 הוא NH3(g) ל- NH4Br(s)על פי ניסוח התגובה, יחס המולים בין שהתקבלו:NH4Br(s)לכן מספר המולים של

0.015 mol

:NH4Br(s)המסה המולרית של

שהתקבלה:NH4Br(s)המסה של

: טבלה מסכמת לסעיף א:או

74

7687

52

75

010

2030

405060

7080

90100

i ii iii iv


הציון גבוה מאוד. התלמידים הצליחו לקשר בין נתוני השאלה להשערת אבוגדרו ולחשב את הגדלים הדרושים. תלמידים בודדים דילגו על השלב של יחס המולים בניסוח

התגובה.

(76 )הציון סעיף ב'(.2 , על פי תגובה )Br2(g) , מגיבה עם ברום, NH3(g)אמוניה,

(:2 של תגובה )לא מאוזןלפניך ניסוח (2) 8NH3(g) + _ Br2(g) _ NH4Br(s) + _ N2(g)

. הגזים הגיבו בשלמות.NH3(g) ונפח מתאים של Br2(g) מ"ל 240לכלי סגור הכניסו .NH4Br(s) , וכמות מסוימת של N2(g) מ"ל חנקן, 80נוצרו

הנפחים של כל הגזים נמדדו באותם תנאים של טמפרטורה ולחץ.

(76 )הציון iתת-סעיף (.2היעזר בנתונים ורשום ניסוח מאוזן לתגובה )

75

83

240 ml = 640 ml

הסבר כיצד קבעת את המקדמים בניסוח התגובה.

התשובה:

8NH3(g) + _ Br2(g) _ NH4Br(s) + _ N2(g) ניסוח תגובה לא מאוזן

80240נפח הגז בניסוי )מ"ל(

13יחס הנפחים של הגזים בניסוי

1638יחס המולים בניסוח התגובה

8NH3(g) + 3Br2(g) 6NH4Br(s) + N2(g) ניסוח תגובה מאוזן

על פי השערת אבוגדרו, עבור גזים הנמצאים באותם תנאים של טמפרטורה ולחץ,היחס בין הנפחים הוא כמו היחס בין מספר המולים לפי ניסוח התגובה.

נקבע על פי חוק שימור המסה.NH4Br(s)המקדם עבור לקבל גם הסבר על פי חוק שימור המסה.


הטעות האופיינית בתת-סעיף זה היא התעלמות מהדרישה להיעזר בנתוני השאלהואיזון הניסוח על פי חוק שימור החומר, ללא שימוש בהשערת אבוגדרו:

מכיוון שיש לנו"H 24 חייב המקדם של ,NH4Br אטומי 6. יוצא לנו מהאיזון שיש 6 להיות Brולכן , כבר השתמשנו6 שהיה נתון לנו בשאלה וב- 8N. נשארנו עם 3 יהיה Br2המקדם של ".1 יהיה N2 והמקדם של 2. לכן נותר לנו NH4Brבמקדם של

טעות זו נובעת מחוסר הבנה של השערת אבוגדרו.

(87 )הציון iiתת-סעיף .פרט את חישוביך שהגיב בתגובה זו? NH3(g)מהו הנפח של

התשובה: )על פי השערת אבוגדרו, עבור גזים הנמצאים באותם תנאים של טמפרטורה ולחץ,

היחס בין הנפחים הוא כמו היחס בין מספר המולים לפי ניסוח התגובה.( שהגיב: NH3(g)הנפח של

:או .N2(g) מול 1 התקבל NH3(g) מול 8על פי יחס המולים בניסוח התגובה, מ-

76

80 שהגיב: NH3(g)הנפח של ml 8 = 640 ml


שהגיב. הטעויותNH3(g)הציון גבוה. רוב התלמידים לא התקשו לחשב את הנפח של המעטות שאותרו הן חוסר התייחסות ליחס המולים בניסוח התגובה - חוסר הבנה של

השערת אבוגדרו: עבור גזים הנמצאים באותם תנאים של טמפרטורה ולחץ, היחס בין הנפחים הוא כמו

היחס בין מספר המולים לפי ניסוח התגובה.

(52 )הציון iiiתת-סעיף .נמקקבע אם במהלך התגובה הלחץ בכלי עלה, ירד או לא השתנה.

התשובה:לחץ הגז בכלי ירד.

: מספר המולים של גז במגיביםאו מול גז )1 מול גז במגיבים נוצר 11בתגובה זו מכל גדול ממספר

: בתגובה זו יש ירידה במספר המולים של גז(.אומולים של גז בתוצרים; )מספר ההתנגשויות של מולקולות הגז עם דפנות הכלי קטן, ולכן לחץ הגז בכלי יורד.(


הציון נמוך. תלמידים רבים לא הצליחו לקשר בין שינוי מספר המולים של גז במהלך התגובה לבין שינוי הלחץ בכלי. אפשר למיין את הטעויות האופייניות לשני סוגים

עיקריים:קביעה שגויה וניסיון לנמקה:.1:חוסר ידע והבנה של מאפייני המצב הגזי ."נתון כי כל הגזים נמצאים באותם תנאי לחץ וטמפרטורה, כך שהלחץ לא השתנה"

:חוסר הבנה שנפח הגז הנמצא בכלי סגור שווה לנפח הכלי ולא משתנה

77

מ"ל. יש יחס הפוך בין נפח ללחץ, לכן80 מ"ל וירד ל- 880"במהלך התגובה נפח המגיבים היה כשהנפח קטן הלחץ בכלי עולה."

קביעה נכונה המלווה בנימוק שגוי:.2חוסר הבחנה בין גז למוצק מבחינת ההשפעה על לחץ בכלי. התייחסות למוצק

כאל גורם לשינוי הלחץ בכלי: -מול תוצרים."7 מול מגיבים ל- 11"הלחץ יורד, כי במהלך התגובה קיימת ירידה במפר המולים: מ

(75 )הציון ivתת-סעיף (?2האם על פי הנתונים אפשר לחשב את מסת המוצק שהתקבל בתגובה )

אם כן, חשב את מסת המוצק. אם לא, הסבר מדוע.

התשובה: לחשב את מסת המוצק שהתקבל.אי אפשרעל פי הנתונים

הנפח המולרי של גז בתנאי התגובה אינו נתון. ( ובעזרתם2)לכן אי אפשר לחשב את מספר המולים של הגזים שהתקבלו בתגובה

לחשב את מספר המולים של המוצק שהתקבל.

.יישוםלדעתנו, רמת חשיבה על פי הטקסונומיה של בלום היא בתת-סעיף זה אותרו טעויות אופייניות משני סוגים עיקריים:

קביעה שגויה וחישוב של מסת המוצק תוך שימוש בנפח מולרי של גז בתנאי תקן..1קביעה נכונה ללא הסבר או עם הסבר חלקי:.2".אי-אפשר כי אין מספיק נתונים"

מומלץ לתרגל עם התלמידים חישובים סטויכיומטריים עבור התגובות, שבהן משתתפיםגזים.

שאלה לדוגמה: . O2(g) מ"ל חמצן, 30 , עם CS2(g) מ"ל פחמן דו-גופרי, 10בכלי סגור מגיבים בשלמות . הנפחים של הגזים נמדדו באותהSO2(g) ו- CO2(g)תוצרי התגובה הם

טמפרטורה.מהו הנפח הכולל של התוצרים? פרט את חישוביך ונמק.א.קבע אם במהלך התגובה הלחץ בכלי עלה, ירד או לא השתנה. נמק.ב.

78

010

2030

405060

7080

90100

i ii

8183

0.8 0.12 liter = 0.096 mol molliter

( 82 )הציוןסעיף ג' :NH4Br(s)לפניך ניסוח תהליך ההמסה במים של

(3) NH4Br(s) NH4+

(aq) + Br(aq)

במים.NH4Br(s) מ"ל תמיסה, על יד המסת 300במעבדה הכינו .M 0.8 , בריכוז AgNO3(aq) מ"ל תמיסת כסף חנקתי, 120לתמיסה זו הוסיפו (.4)התרחשה תגובה

(4) Ag+(aq) + Br(aq) AgBr(s)

+Agיוני (aq) ויוני Br(aq).הגיבו בשלמות

(83 )הציון iתת-סעיף +Ag הגיבו עם יוני Br(aq)כמה מול יוני

(aq) ? פרט את חישוביך.

התשובה: מ"ל תמיסה:120 ב- AgNO3מספר המולים של

+Ag מול יוני 1 נוצר בתמיסה מימית AgNO3 מול 1מ- (aq).

+Agמספר המולים של יוני (aq) -מ"ל תמיסה:120 ב

0.096 mol

+Agיוני (, יחס המולים בין 4)על פי הניסוח של תגובה (aq) ויוני Br(aq) 1:1 הוא,

שהגיבו:Br(aq)לכן מספר המולים של יוני 0.096 mol


מים

79

0.8 0.42 liter = 0.336 mol molliter

- rB4HN(qa) מ"ל תמיסה 3008.0בריכוז M :המכילה

690.0 4HN+(qa) מול יוני 690.0 qa)rB מול יוני (

021 - 3ONgA(qa) מ"ל תמיסה8.0בריכוז M :המכילה

690.0 gA+(qa) מול יוני 690.0 3ON(qa) מול יוני

:בערבוב התמיסות מתרחשת התגובה (s)rBgA (qa)rB + (qa)+gA

מול הגיבו690.0 מול 690.0הגיבו

לאחר הערבוב - לפני התגובה: מ"ל תמיסה נמצאים024ב-

690.0 gA+(qa) מול יוני 690.0 3ON(qa) מול יוני

690.0 4HN+(qa) מול יוני 690.0 qa)rB מול יוני (

:לאחר התגובה בכלי נמצאים 690.0 rBgA(s) מול :ותמיסה המכילה

690.0 3ON(qa) מול יוני 690.0 4HN+(qa) מול יוני

) 4HN+(qa) יוני 3ON(qa) ויוני - לא הגיבו)יונים משקיפים

הציון גבוה. רוב התלמידים חישבו נכון את מספר המולים של היונים בתמיסה מימית.+Agהטעות העיקרית שאותרה היא חישוב מספר המולים של יוני

(aq) ויוני Br(aq)על פי

הנפח הכולל של שתי התמיסות:

מומלץ לנתח עם התלמידים את הנתונים ולפרט את שלבי הפתרון:

80

0.096 mol0.3 liter = 0.32 M

0.096 mol + 0.096 mol0.3 liter

= 0.64 M

(81 )הציוןiiתת-סעיף .פרט את חישוביך שהכינו במעבדה? NH4Br(aq)מהו הריכוז המולרי של תמיסת

התשובה:Br)מספר המולים של יוני

(aq) -מ"ל תמיסה:300 ב 0.096 mol)

Br מול יוני 1 נוצר בתמיסה מימית NH4Br מול 1מ- (aq).

מ"ל תמיסה:300 ב- NH4Brמספר המולים של 0.096 mol

: NH4Br(aq)הריכוז המולרי של


בתמיסה שהכינו במעבדה ואתNH4Brרוב התלמידים קבעו נכון את מספר המולים של הריכוז

בתמיסה. הטעות העיקרית בתת-סעיף זה היא חישוב על פי סכוםNH4Br(aq)המולרי של המולים של

NH4יוני +

(aq) ויוני Br(aq):

81

6986

7767

010

2030

405060

7080

90100

ד ג ב א

41-549%0-40

10%

55-8438%

85-10043%

6שאלה חמצון-חיזור וסטויכיומטריה



כדי לענות על שאלה זו על התלמיד:.לקבוע דרגות חמצון של אטומים ביסודות, בתרכובות וביונים מורכבים להשתמש בערכים של אלקטרושליליות לקביעת דרגת חמצון של אטומים

בתרכובות מולקולריות וביונים מורכבים.,להשתמש נכון במושגים הקשורים בתהליכי חמצון-חיזור: חמצון, חיזור, מחמצן

מחזר.לקבוע דרגת החמצון המרבית ודרגת החמצון המזערית של אטומי יסוד על פי

מיקומו בטבלה המחזורית.

82

+3

,לקבוע, על פי דרגת החמצון המרבית ודרגת החמצון המזערית של אטומי יסוד אם הם יכולים לשמש כמחמצן, כמחזר או גם כמחמצן וגם כמחזר.

.לבצע חישובים סטויכיומטריים.לחשב את מספר מול אלקטרונים העוברים בתגובת חמצון-חיזור.להגדיר מהי סגסוגת.ליישם את הידע במבנה המתכתי ובכוחות הפועלים בין חלקיקים במתכת .לתאר את מבנה של מתכת ושל סגסוגת ברמה מיקרוסקופית



יישוםiאiiיישום

יישוםביישוםiג

iiיישוםהבנהiד

iiיישום

CrO4תרכובות המכילות יוני כרומט, 2.משמשות בתעשיית הציפויים של מתכות ,

CrO4יוני 2

(aq) הם רעילים, ולכן שפכים תעשייתיים המכילים יוני CrO42

(aq)חייבים לעבור טיפול לפני הזרמתם לביוב.

CrO4במהלך הטיפול במי שפכים יוני 2

(aq)הופכים לחלקיקים שבהם דרגת החמצון של Crאטומי

83

010

2030

405060

7080

90100

i ii

6474

+3 +6

+3

היא .

(69 )הציון סעיף א'

(74 )הציון iתת-סעיף CrO4האם לטיפול ביוני

2(aq) ?נמק דרוש חומר מחמצן או חומר מחזר.

התשובה:דרוש חומר מחזר.

CrO4במהלך הטיפול ביוני 2

(aq)-דרגת החמצון של אטומי כרום יורדת מ- ל CrO4: יוני או)

2(aq).)מקבלים אלקטרונים

)אטומי הכרום עוברים חיזור( לשם כך דרוש חומר מחזר.


הטעות האופיינית העיקרית בתת-סעיף זה היא קביעה שגויה הנובעת מבלבול בין מטעןCrO4שלילי של יון מורכב

2 :לבין דרגת חמצון של אטום כרום ביון זה -צריך מחמצן, מפני של"CrO4

2(aq) אלקטרונים, ולכן החומר, שמטרתו לאזן את2יש עודף של

CrO42

(aq), אלקטרונים."2צריך לקחת ממנו או מחוסר ידע בקביעת דרגת חמצון וחוסר הבנת הנתון בשאלה - דרגת החמצון

היא של תוצר התגובה ולא של המגיב:

84

1 +7

דרגת החמצון של"Cr ביון CrO42

(aq) ולכן הוא מוסר אלקטרונים. משום ש- 3+היא Cr

צריך לעלות בדרגת חמצון, כלומר הוא צריך למסור אלקטרונים, ולכן הוא משמש כמחזר. לכןCrO4לטיפול ביוני

2(aq) ".דרוש מחמצן

(64 )הציון iiתת-סעיף , יכול להתאים לטיפול ביוניF2(g) , או פלואור, I2(s)רק אחד משני החומרים, יוד,

CrO42

(aq) .נמק שבמי השפכים. קבע מהו החומר המתאים.

התשובה:I2(s).הוא החומר המתאים -

דרגת החמצון המרבית של אטומי יוד היא , דרגת החמצון המזערית של אטומי יודהיא .

היא אפס. דרגת החמצון של אטומי יוד יכולהI2(s)דרגת החמצון של אטומי יוד ב- לעלות

יכול לפעול כמחזר.I2(s): אטומי יוד יכולים לאבד/למסור אלקטרונים( ולכן או)F2(g).דרגת החמצון של אטומי פלואור ב- - לא מתאיםF2(g)היא אפס. זאת דרגת

החמצון המרבית של אטומי פלואור. דרגת החמצון של אטומי פלואור יכולה רק לרדת : האלקטרושליליות של הפלואוראו: אטומי פלואור יכולים רק לקבל אלקטרונים; או)

היא הגבוהה ביותר; לא מתאים.F2(g) יכול לפעול רק כמחמצן(, ולכן F2(g): או


הציון נמוך יחסית. הטעות העיקרית האופיינית היא קביעה שגויה המלווה בנימוקים לאמתאימים המצביעים על חוסר ידע והבנה של המושגים בנושא "חמצון-חיזור":

:טענה שפלואור הוא מחמצן חזק ולכן הוא זה שדרוש בטיפולF2> Cl2> Br2 > I2" .כמחמצן - F2 -מחמצן חזק מ I2 לכן הוא יחמצן יוני , CrO4

2(aq) ".

:הגדרה של פלואור כמחזר חזק פלואור יכול להתאים לטיפול, מכיוון שפלואור הינו החומר המחזר הכי טוב בטור ההלוגנים, ולכןF

". Crיתאים לחזר את

:קביעה על פי אלקטרושליליות של ההלוגנים

85

150 liter

25 litermol

= 6 mol

23

6 mol = 4 mol

8175

010

2030

405060

7080

90100

i ii

".פלואור הוא החומר המתאים כי יש לו אלקטרושליליות גבוהה יותר מאשר ליוד"

(86 )הציוןסעיף ב'CrO4אחת השיטות לטיפול ביוני

2(aq) שבמי השפכים היא באמצעות תגובה עם גפרית

.SO2(g)דו-חמצנית, CrO4יוני

2(aq) מגיבים עם SO2(g)( 1 על פי תגובה:)

(1) 3SO2(g) + 2CrO42

(aq) + 4H3O+(aq) 3SO4

2(aq) + 2Cr3+

(aq) + 6H2O(l)

ליטר.25 מול גז הוא 1בתנאי התגובה הנפח של CrO4כמה מול יוני

2(aq) ליטר 150 מגיבים עם SO2(g) ? פרט את חישוביך.

התשובה:

ליטר:150 ב- SO2(g)מספר המולים של

CrO4 מול יוני 2 מגיבים עם SO2(g) מול 3על פי יחס המולים בניסוח התגובה, 2.

CrO4מספר המולים של יוני 2:שהגיבו


הציון גבוה. רוב התלמידים ביצעו נכון את החישובים הסטויכיומטריים עבור התגובהשבה מעורב גז.

(77 )הציון סעיף ג'CrO4שיטה אחרת לטיפול ביוני

2(aq) ,שבמי השפכים היא באמצעות תגובה עם ברזל Fe(s)

.

86

+3 +6

+3 0

+6

(75 )הציון iתת-סעיף ( שלפניך הוא הניסוח הנכון של תגובה בין יוני2(-)3קבע איזה מבין שני הניסוחים )

CrO42

(aq) .נמק .Fe(s)ל-

(2) 2CrO42

(aq) + Fe(s) + 4H3O+(aq) 2CrO3(s) + Fe3+

(aq) + 6H2O(l)

(3) CrO42

(aq) + Fe(s) + 8H3O+(aq) Cr3+

(aq) + Fe3+(aq) + 12H2O(l)

התשובה:(.3תגובה )

CrO4התגובה בין יוני 2

(aq) -ל Fe(s).היא תגובת חמצון-חיזור CrO4( יש ירידה בדרגת החמצון של אטומי הכרום שביוני 3בתגובה )

2(aq)-מ- ל

ועלייה בדרגת החמצון של אטומי הברזל )מ- ל- . :או

Crאטומי : דרגת החמצון של או )Cr( אין שינוי בדרגת החמצון של אטומי 2)בתגובה

משתנה(. לכן ניסוח )Feבמגיבים ובתוצרים היא ורק דרגת החמצון של אטומי ( אינו נכון.2


בחירת הניסוח על פירוב התלמידים בחרו בניסוח הנכון, הטעויות הופיעו בנימוקים, כגוןהנתון שבתחילת השאלה:

כי ,)3("ניסוח Cr3+".היה נתון בשאלה

(81 )הציון iiתת-סעיף

87

56 grmol

= 1.8 mol101 gr56 gr

mol

+3 0

010

2030

405060

7080

90100

i ii

7061

, חשב כמה מול אלקטרוניםiעל פי ניסוח התגובה שבחרת בתשובתך לתת-סעיף ג .פרט את חישוביך . Fe(s) גרם 101עוברים בתגובה שבה מגיבים

התשובה:

:Fe(s)המסה המולרית של

שהגיבו: Fe(s)מספר המולים של

מול אלקטרונים.3 עוברים Fe(s) מול 1בתגובה של משתנה מ- ל- .( Fe)דרגת החמצון של אטומי

= Fe(s) : 1.8 mol 3 מול 1.8מספר המולים של האלקטרונים שעברו בתגובה של

5.4 mol


הציון די גבוה. רוב התלמידים חישבו נכון את מספר המולים של אלקטרונים שעוברים בתגובה של מסה נתונה של ברזל. הטעויות שהופיעו בתת-סעיף זה הן טעויות חישוב

101עקב הסתבכות ביחסי המולים בין המגיבים או עקב הבנה שגויה של נתון - רשמו גרם.101מול במקום

(67 )הציון סעיף ד' .Cr(s) כרום, 11.5% , המכילות לפחות Fe(s)פלדות אל-חלד הן סגסוגות של ברזל,

88

(61 )הציון iתת-סעיף .נמקמהי דרגת החמצון של אטומי כרום בפלדות אל-חלד?

התשובה:דרגת החמצון היא אפס.

סגסוגת היא תערובת של מתכות. מתכת היא יסוד ולאטום של יסוד יש דרגת חמצוןאפס.


הציון נמוך. הטעויות האופייניות שאותרו נובעות מחוסר ידע והבנה מהי סגסוגת, מהוהמבנה שלה.

חלק מהתלמידים חשבו שזאת תרכובת וקבעו בהתאם את דרגת החמצון של אטומיכרום. ניתן למיין את הטעויות האופייניות לשני סוגים עיקריים:

קביעה שגויה המלווה בנימוקים המצביעים על תפיסה שגויה של מבנה הסגסוגת:.1 דרגת החמצון של אטומי כרום בפלדת אל חלד היא"3 מכיוון שאטומי הכרום הם בעלי ,

ומושכים אליהם אלקטרונים חזק יותר".Feאלקטרושליליות הגבוהה משל דרגת חמצון של כרום בפלדת אל חלד"2/3 משום שהוא בסגסוגת עם ברזל בדרגת חמצון ,+

בהתאמה."3/+2 כי הוא זה שמקבל אלקטרונים - סימן שהוא מחמצן."3+"דרגת החמצון של אטומי כרום היא "+6זאת דרגת חמצון מקסימלית בגלל שסגסוגת עמידה מפני קורוזיה ,האטומים שלה לא מוסרים

אלקטרונים."

קביעה נכונה המלווה בנימוקים הנובעים גם הם מתפיסה שגויה של מושג.2"סגסוגת":

" 0".מפני שזו סגסוגת, כלומר זה חומר מולקולרי, דרגת החמצון של"Cr כי תפקידה הוא לעבור חמצון, כלומר להיות מחזרת. לכן היא ,0 היא

בדרגת החמצון המינימלית שלה." מפני שלמתכת אין יכולת לקבל אלקטרונים ולהיות שלילית."0"דרגת החמצון היא ,

כדי להמחיש את ההבדל בין סגסוגת )תערובת( לבין תרכובת מומלץ לעבור עם התלמידים על המצגות בנושא "יחסים וקשרים בעולם החומרים", שהוכנו על ידי ד"ר

דורית בר וירדן קדמי. המצגות נמצאות באתר המפמ"ר בדף:

89

+3 0

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

Mivnyot/AzareyHoraa.htm

(70 )הציון iiתת-סעיף , המצוי באוויר. על פני הסגסוגת נוצרתO2(g)הכרום שבפלדת אל-חלד מגיב עם חמצן,

, המקנה לסגסוגת עמידות בפני קורוזיה.Cr2O3(s)שכבה דקה של התחמוצת .נמקקבע אם בתהליך היווצרות התחמוצת, הכרום מגיב כמחזר או כמחמצן.

התשובה:הכרום מגיב כמחזר.

בתהליך היווצרות התחמוצת דרגת החמצון של אטומי כרום עולה מ- ל- .הכרום מגיב כמחזר )אטומי כרום מאבדים/מוסרים אלקטרונים(.


רוב התלמידים קבעו נכון, אך חלקם לא הצליחו לנמק נכון את קביעתם:".כרום מגיב כמחזר, כי הוא יכול רק לחזר"".כמחזר, כי הוא עובר חיזור"

היו תלמידים שטעו בקביעה, כי התייחסו לדרגת החמצון של כרום בתוצר ולא הזכירואת השינוי בדרגת החמצון:

בתהליך היווצרות התחמוצת הכרום מגיב כמחמצן, מכיוון שדרגת החמצון שלו היא הכי גבוהה" בתחמוצת - כרום יכול רק לחמצן."

מומלץ לבנות יחד עם התלמידים טבלה שתכיל דרגות חמצון של אטומי המגיביםוהתוצר:

תפקידדרגת החמצון של אטומי

90

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

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

+3

0

0

2

א ב ג0

10

2030

405060

7080

90100

75

54

84

41-549%

0-4012%

55-8444%

85-10035%

בתגובתחמצון-חיזור

Oחמצן, Crכרום,

מגיביםCr(s)מחזרO2(g)מחמצן

Cr2O3(g)תוצר

מומלץ לפתור עם התלמידים תרגילים שעשויים לחזק את הידע של התלמידים בנושא בניתוח בחינת1"חמצון-חיזור", לדוגמה מומלץ לעבור על ניתוח סעיף ד' של שאלה

הבגרות תשע"ג.

7שאלה חומצות ובסיסים וסטויכיומטריה



כדי לענות על שאלה זו על התלמיד:

91

לזהות את נוסחאות החומרים המולקולריים, שמגיבים עם מים. בתגובה נוצרים +H3Oיוני הידרוניום,

(aq) .מתקבלת תמיסה חומצית - , ,לזהות את נוסחאות החומרים היוניים, שבהמסתם במים מתפרקים ליוני הידרוקסיד

OH(aq)וליונים נוספים - מתקבלת תמיסה בסיסית ,

לנסח תגובות המתרחשות בין חומרים מולקולריים למים, שבהן מתקבלת תמיסה חומצית.

לנסח את תהליכי ההמסה של בסיסים, שהם חומרים יוניים המכילים יוניOH(aq) .

" להגדיר את המושגpH התמיסה" ולהשתמש בסקלת pH. ,לקשר בין ריכוז יוני הידרוניוםH3O+

(aq) -בתמיסה לבין ערך ה , pHהחומצי: ככל +H3Oשריכוז יוני

(aq) -גבוה יותר, ערך ה pH.קטן יותר - תמיסה חומצית יותר ,לקשר בין ריכוז יוני הידרוקסידOH

(aq) -בתמיסה לבין ערך ה . pHהבסיסי: ככל OHשריכוז יוני

(aq) -גבוה יותר, ערך ה pH.גדול יותר - תמיסה בסיסית יותר ליישם את הידע על סוג החומצה - חד-פרוטית או דו-פרוטית, כדי לחשב את ריכוז

+H3Oיוני (aq).בתמיסה כשנתון ריכוז החומר בתמיסה

,לנסח תגובת סתירה ולבצע חישובים סטויכיומטריים עבור היונים בתמיסה המימית על פי הנתונים על התגובה.

לקבוע מהם היונים הנמצאים בתמיסה לאחר התגובה )יוני המגיב שהיו בעודף, יונים משקיפים(.

לקשר בין מיהול התמיסה החומצית לירידה בריכוז יוניH3O+(aq) -ולעלייה ב pH

התמיסה.לקבוע שבערבוב תמיסת מלח ותמיסת החומצה, המכילות אותם יונים, לא

מתרחשת תגובה..לבצע חישובים סטויכיומטריים עבור תגובות סתירה



הבנהiאiiיישום

iiiיישוםאנליזהiב

92

8277

60

010

2030

405060

7080

90100

i ii iii

iiיישוםיישוםג

(.1(-)4בטבלה שלפניך מוצגים נתונים על ארבע תמיסות מימיות )

נוסחת החומרהתמיסהשהוכנס למים

נפח התמיסה)מ"ל(

ריכוז התמיסה(M)

(1)HBr(g)3000.03

(2)H2SO4(l)2000.02

(3)NaOH(s)3000.03

(4)HI(g)200?

(75 )הציון סעיף א'

(82 )הציון iתת-סעיף נסח את התהליך שמתרחש כאשר מכניסים למים כל אחד משלושת החומרים:

. NaOH(s) , H2SO4(l) , HBr(g)

התשובה:(1) HBr(g) + H2O(l) H3O+

(aq) + Br(aq)

(2) H2SO4(l) + 2H2O(l) 2H3O+(aq) + SO4

2(aq)

(3) NaOH(s) Na+(aq) + OH(aq)

93

H2SO4(aq) , HBr(aq) , NaOH(aq)

pH עולה

(2) (1) (3)


רוב התלמידים קבעו נכון את סוגי החומרים הנתונים ונסחו את התגובות. הטעויותהאופייניות שאותרו הן:

רישום מים במגיבים או גם במגיבים וגם בתוצרים בתהליך ההמסה שלNaOH(s): NaOH(s) + H2O(l) Na+

(aq) + OH(aq)

NaOH(s) + H2O(l) Na+(aq) + OH(aq) + H2O(l)

התייחסות לתגובות שלH2SO4(l) -ו HBr(g)עם מים כאל התליכי המסה ורישום יוני מימן במקום יוני הידרוניום:

HBr(g) H+(aq) + Br(aq)

H2SO4(l) 2H+(aq) + SO4

2(aq)

טעויות במטען של יוניSO42

(aq) : SO4(aq)

.חוסר הבחנה בין חומצה חד-פרוטית לבין חומצה דו-פרוטית.טעויות באיזון של ניסוחי התגובות

(77 )הציון iiתת-סעיף , מהנמוך לגבוה.pH( לפי ה- 1(-)3דרג את שלוש התמיסות )

התשובה:


מים

מיםמים

94

(1) (2) (3)HBr(aq) , H2SO4(aq) , NaOH(aq)

pH עולה

(3) (2) (1) NaOH(aq) , HBr(aq) , H2SO4(aq)

pH עולה

, אך הופיעו גם טעויות,pHרוב התלמידים דרגו נכון את שלוש התמיסות לפי ה- התמיסה":pHהנובעות בעיקר מחוסר הבנה של המושג "

דירוג תמיסותI -ו IIעל פי ריכוז מולרי של מולקולות החומצה במקום ריכוז מולרי +H3Oשל יוני

(aq) בתמיסה - חוסר התייחסות לכך שהחומצה הגפרתית היא דו-פרוטית:

דירוג הפוך שלpH התייחסות אל - pH -חומצי כאל גבוה יותר מ pH:בסיסי

(60 )הציון iiiתת-סעיף (.4)(. קבע מהו הריכוז של תמיסה 2 של תמיסה )pH( שווה ל- 4 של תמיסה )pHה-

.נמק

התשובה:0.04 M.

+H3O של שתי התמיסות שווה. המסקנה: ריכוז יוני pHה- (aq).בשתי התמיסות שווה

.(M 0.02הוא H2SO4(aq))הריכוז של תמיסת +H3Oהריכוז של יוני

(aq) בתמיסת H2SO4(aq). 0.04הוא M -מול של חומצה 1 , כי מ +H3O מול יוני 2נוצרים

(aq)( או :H2SO4(aq).)היא חומצה דו-פרוטית +H3Oלפיכך גם הריכוז של יוני

(aq) בתמיסת HI(aq). 0.04הוא M. היא חומצה חד-פרוטיתM ( HI(aq).) 0.04הוא .HI(aq)לכן הריכוז של תמיסת


pHהציון נמוך. גם בתת-סעיף זה הטעויות הנובעות בעיקר מחוסר הבנה של המושג "

התמיסה".הטעויות האופייניות שאותרו:

95

rBH(qa))1תמיסה ( 4OS2H(qa) )2תמיסה (

HOaN(qa))3תמיסה ( IH(qa) )4תמיסה (

4OS 2

4OS 2

+O3H

+O3H+O3H

+O3H

+O3H

+O3H

rB

rB

+O3H

+O3H

I

IHO

+aN

+aN

HO

חוסר הבחנה בין ריכוז החומצה בתמיסה לבין ריכוז יוניH3O+(aq)התעלמות מכך .

היא חד פרוטית - חוסרHI(aq) היא דו-פרוטית וחומצה H2SO4(aq)שחומצה +H3O מול יוני 2 נוצרים H2SO4(aq) מול של חומצה 1התייחסות לכך שמ-

(aq) : -אם ה"pH - 0.02שווה, אז הריכוז שווה M "."0.02 M כי יש אותו נפח ואותו , pH ". מעבר שגוי מריכוז חומצה דו-פרוטית בתמיסה לריכוז יוניH3O+

(aq) : 0.01 הוא (4)"ריכוז תמיסה M -מכיוון שה ,pH (4)שווה והחומצה בתמיסה של שתי התמיסות

." (4) הריכוז תמיסה 2 קטן פי (4)היא דו-פרוטית. לכן הריכוז תמיסה -קישור הpH למספר המולים של יוני H3O+

(aq) :במקום לריכוזם -ה"pH שווה, לכן מספר המולים של של התמיסותH3O+

(aq)".בשתי התמיסות שווה

מומלץ להכין - יחד עם התלמידים, ציורים המתארים באופן סכמתי את התמיסותהמימיות של החומרים הנתונים ברמה מיקרוסקופית, כגון:

96

5653

010

2030

405060

7080

90100

i ii

ציורים מסוג זה המלווים בתיאורים מילוליים של תמיסות מימיות - חומציות ובסיסיות, עשוים לעזור לתלמידים לנסח תגובות המתרחשות בין חומרים מולקולריים למים,

שבהן מתקבלת תמיסה חומצית, ותהליכי ההמסה של בסיסים, שהם חומרים יונייםOHהמכילים יוני

(aq) , ,לקשר בין ריכוז יוני הידרוניוםH3O+(aq)-בתמיסה לבין ערך ה ,

pH ,החומצי ובין ריכוז יוני הידרוקסיד OH(aq) -בתמיסה לבין ערך ה , pHהבסיסי. כמו

המחשה מסוג זה עשויה לעזור לתלמידים ליישם את הידע על סוג החומצה:כן+H3Oחד-פרוטית או דו-פרוטית, כדי לחשב את ריכוז יוני

(aq)בתמיסה כשנתון ריכוז החומר בתמיסה.

(54 )הציון סעיף ב'

(53 )הציון iתת-סעיף (.3) מ"ל תמיסה 100( עם 1) מ"ל תמיסה 200ערבבו

.נמק סוגי היונים בתמיסה שהתקבלה לאחר הערבוב. כלציין את

97

)1מ"ל תמיסה ( 200 (qa)rBH - 30.0בריכוז M :המכילה

600.0 O3H+(qa) מול יוני 600.0 rB(qa) מול יוני

001 - HOaN(qa))3מ"ל תמיסה (30.0בריכוז M :המכילה

300.0 aN+(qa) מול יוני 300.0 HO(qa) מול יוני

התשובה:+H3Oיוני

(aq) יוני , Na+(aq) יוני , Br

(aq). +H3O מול יוני 0.006( יש 1 מ"ל תמיסה )200ב-

(aq) -מול יוני 0.006 ו Br(aq).

+Na מול יוני 0.003( יש 3 מ"ל תמיסה )100ב- (aq) -מול יוני 0.003 ו OH

(aq). +H3Oכאשר מערבבים את שתי התמיסות מתרחשת תגובת סתירה בין יוני

(aq) ליוני OH(aq)

.OH מול יוני 0.003

(aq) מול יוני 0.003 מגיבים עם H3O+(aq).

+H3Oבתמיסה שהתקבלה יש יוני (aq)( יוני או שלא הגיבו ,)שהיו בעודף :Na+

(aq) ויוני Br(aq)

)שהםיונים משקיפים( שלא השתתפו בתגובת הסתירה.


הציון נמוך. תלמידים רבים לא הצליחו לקבוע מהם היונים הנמצאים בתמיסה לאחרהערבוב - לאחר התרחשות תגובת סתירה.

התעלמות מהנתונים הכמותיים בתת-סעיף או התייחסות לנתונים שבתחילת השאלה - לתגובה שהתרחשה ללא עודפים:

היונים בתמיסה שהתקבלה לאחר הערבוב הם יוני"Na+(aq) ויוני , Br

(aq)". מתרחשת תגובת סתירה, בין יוני"H3O+

(aq) ויוני OH(aq) ובתמיסה נשארים יוני Na+

(aq) ויוני Br(aq)".

חוסר התייחסות ליוניNa+(aq) :יונים משקיפים -

בתמיסה נמצאים יוני"H3O+(aq) ויוני , Br

(aq) כי , HBr(aq)".היה בעודף :רישום של כל היונים ללא הסבר :היונים בתמיסה"H3O+

(aq) , OH(aq) , Na+

(aq) , Br(aq)".

:קביעה שגויה בתגובה שנוצר משקע של נתרן ברומי בתמיסה שהתקבלה אין יונים: התרחשה תגובת סתירה ונוצר משקע"NaBr(s) ".

מומלץ לנתח עם התלמידים את הנתונים ולפרט את שלבי הפתרון:

98

(56 )הציון iiתת-סעיף .NaBr(aq)( הוסיפו תמיסת 1) מ"ל של תמיסה 100 ל- (. הסבר מדוע.1) של תמיסה pH של התמיסה שהתקבלה היה גבוה מה- pHה-

התשובה:+H3O נקבע על ידי ריכוז יוני pH)ה-

(aq) בתמיסה. ככל שריכוז יוני H3O+(aq)בתמיסה נמוך

יותר, של התמיסה גבוה יותר(.pHה- +Naיוני

(aq) ויוני Br(aq)תמיסת שבNaBr(aq) אינם מגיבים עם יוני H3O+

(aq)( 1 שבתמיסה.) : מוהלים אתאו(, נפח התמיסה גדל )1 לתמיסה )NaBr(aq)תמיסת כאשר מוסיפים

התמיסה(, ריכוז +H3Oיוני

(aq) -בתמיסה קטן וה pH.עולה


99

מוסיפים תמיסת (qa)rBaN המכילה

aN+(qa) יוני rB(qa) ויוני שאינם מגיבים עם

O3H+(qa) יוני

001 )1מ"ל תמיסה ( (qa)rBH - 30.0בריכוז M :המכילה

300.0 O3H+(qa) מול יוניrB(qa) מול יוני300.0ו-

נפח התמיסה גדל, אךמספר המולים של

O3H+(qa) יוני - לא משתנהO3H+(qa) ריכו יוני קטן

Hp התמיסה עולה

הציון נמוך. תלמידים רבים התקשו לקבוע מה מתרחש לאחר ערבוב תמיסות. הטעותהעיקרית היא

קביעה שגויה שנתרן ברומי הוא בסיס:"NaBr(s) הוא בסיס ולכן pH".התמיסה עלה "NaBr(s) הוא חומר בסיסי שמגיב עם חומצה, כתוצאה מכך pH".התמיסה עולה

+H3Oחוסר הבחנה בין ריכוז יוני טעות נוספת היא(aq)לבין ריכוזם )אי הבנה שמספר

המולים של +H3Oיוני

(aq):)לא משתנה "...בערבוב התקבלו פחות מולים של יוני הידרוניום"

גם בתת-סעיף זה מומלץ לנתח עם התלמידים את שלבי הפתרון:

(84 )הציון סעיף ג'נוגדי חומצה משמשים תרופות הסותרות עודף חומציות בקיבה.

,Mg(OH)2(s) גרם מגנזיום הידרוקסידי, 0.2טבלייה אחת של נוגד חומצה מסוים מכילה .Al(OH)3(s) גרם אלומיניום הידרוקסידי, 0.2ו-

(1כאשר נוגד חומצה זה בא במגע עם הסביבה החומצית שבקיבה מתרחשות תגובות )(:2ו- )

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

(aq) + 4H2O(l)

(2) Al(OH)3(s) + 3H3O+(aq) Al3+

(aq) + 6H2O(l)

100

58 grmol

= 0.00345 mol0.2 gr

58 grmol

78 grmol

= 0.00256 mol0.2 gr

78 grmol

+H3Oחשב את המספר הכולל של המולים של יוני (aq)המגיבים עם טבלייה אחת של נוגד

.פרט את חישוביךחומצה זה.

התשובה:: Mg(OH)2(s)המסה המולרית של

בטבלייה אחת של נוגד חומצה:Mg(OH)2(s)מספר המולים של

+H3O מול יוני 2 מגיב עם Mg(OH)2(s) מול 1על פי יחס המולים בניסוח התגובה, (aq) ,

+H3Oלכן מספר המולים של יוני (aq) :0.00345 שהגיבו mol 2 =

0.0069 mol

: Al(OH)3(s)המסה המולרית של

בטבלייה אחת של נוגד חומצה:Al(OH)3(s)מספר המולים של

+H3O מול יוני 3 מגיב עם Al(OH)3(s) מול 1על פי יחס המולים בניסוח התגובה, (aq)

+H3Oלכן מספר המולים של יוני (aq) :0.00256 שהגיבו mol 3 = 0.00768

mol

+H3Oמספר המולים הכולל של יוני (aq):המגיבים עם טבלייה אחת של נוגד החומצה

0.0069 mol + 0.00768 mol = 0.01458 mol


הציון גבוה. רוב התלמידים ביצעו נכון את החישובים הסטויכיומטריים עבור תגובותסתירה.

הטעויות שאותרו הן בעיות חישוב. היו תלמידים שהתקשו לקרוא את התוצאות .2.56 , 7.68במחשבון - לא התייחסו לחזקות ורשמו

101

מומלץ לבצע עם התלמידים ניסויים המתוארים בשאלה זו - הסעיפים שלה מנוסחיםבדומה להנחיות לביצוע ניסויים.

בעת הוראת הפרק "חומצות ובסיסים" מומלץ לבצע עם התלמידים יישומון שהוא למעשה סרט אינטראקטיבי שבו אפשר לקבוע את המשך הסרט ואת סופו - לפי

הבחירות שעושים במהלך הסרט. היישומון עוסק בתגובות חומצה-בסיס ופותח על פי תוכנית הלימודים בנושא חומצה

בסיס בישראל, על ידי ד"ר דבורה קצביץ וד"ר מלכה יאיון, לפי תגובות החומצה והבסיס שצריך לדעת לבגרות. הוא מאפשר לראות איך נראות התגובות הכימיות

בפועל, מעבר למשוואות התגובה. היישומון נמצא באתר של המרכז הארצי למוריהכימיה, בדף:


102


67

97

6677

010

2030

405060

7080

90100

ד ג ב א

41-549%

0-408%

55-8440%

85-10043%

8שאלה כימיה של מזון



כדי לענות על שאלה זו על התלמיד:ולרשום ולקרוא נוסחאות ייצוג שונות של חומצות שומן: רישום מקוצר, ייצוג

מקוצר של נוסחת מבנה, ייצוג מלא לנוסחת מבנה..להגדיר את המושגים: "רווי", "לא-רווי" ולהסביר את ההבדל ביניהםלציין ולהסביר גורמים המשפיעים על חוזק הכוחות הפועלים בין מולקולות של

חומצות שומן.להסביר השפעת 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.ההבדל בין התארגנות המולקולות של חומצות שומן, המכילות קשרים כפולים

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

מולקולריים המשפיע על טמפרטורות היתוך של חומצות שומן.

103

לזהות, על פי ייצוג מקוצר לנוסחת מבנה של טריגליצריד, מאילו חומצות שומן נוצר טריגליצריד זה. לנסח את תגובת ההידרוליזה של טריגליצריד.

ליישם את כללי המסיסות של חומרים מולקולריים ולקבוע אם חומר מולקולרי עשוי להתמוסס במים או בממס אל מימי, כגון בשמן.

.לבצע חישובים סטויכיומטריים .ליישם את המידע החדש - לבצע חישוב על פי הנוסחה החדשה שנתונה בשאלה



אנליזהאיישוםביישוםגהבנהiד

iiהבנהiiiיישום

שמן זית הוא אחד משמני המאכל הנפוצים בעולם ובמיוחד באזור הים התיכון. מרבית חומצות השומן שבשמן זית נמצאות בטריגליצרידים, ומקצתן מצויות כחומצות

שומן חופשיות.בטבלה שלפניך מוצגות חומצות השומן העיקריות המצויות בשמן שמן זית.

רישום מקוצרחומצת השומןשל חומצת שומן

C16:0פלמיטית

C18:0סטארית

C18:1ω9, cisאולאית

C18:2ω6, cis, cisלינולאית

104

(67 )הציון סעיף א' טמפרטורת ההיתוך של חומצה לינולאית נמוכה מטמפרטורת ההיתוך של חומצה אולאית.

הסבר מדוע.

התשובה: )במולקולות של שתי חומצות השומן יש אותו מספר של אטומי פחמן ובשתיהן יש קשרים

כפוליםבמבנה ציס.(

במולקולה של חומצה לינולאית יש שני קשרים כפולים במבנה ציס, בעוד שבמולקולה שלחומצה

אולאית יש רק קשר כפול אחד במבנה ציס.קשר כפול במבנה ציס יוצר כיפוף במולקולה של חומצת השומן. : הכיפוף מפריעאובגלל הכיפוף, המולקולות לא יכולות להסתדר באריזה צפופה )

להתקרבות המולקולות(. ככל שיש יותר קשרים כפולים במבנה ציס יש יותר אזורים כפופים במולקולה, ולכן בין

המולקולות של חומצה לינולאית יש אינטראקציות ון-דר-ואלס חלשות יותר. נדרשת פחות אנרגיה להחלשת הקשרים הבין מולקולריים ולכן טמפרטורת ההיתוך של

חומצה לינולאית נמוכה יותר.


105

הציון נמוך יחסית. תלמידים רבים התקשו להסביר את ההבדל בין טמפרטורות ההיתוך שלשתי החומצות. הבעיה העיקרית בסעיף זה היא חוסר שלב אחד או יותר בהסבר:

רוב התלמידים שטעו ציינו שבמולקולה של חומצה לינולאית יש יותר קשרים כפולים מאשר במולקולה של חומצה אולאית, אך מכאן המשיכו להבדל

בטמפרטורות היתוך, ללא אזכור של מבנה ציס, צפיפות אריזה ואינטראקציותון-דר-ואלס:

".טמפרטורת היתוך נמוכה, כי יש יותר קשרים כפולים"".טמפרטורת ההיתוך של חומצה לינולאית נמוכה יותר, כי במולקולה שלה יש יותר קשרים כפולים"

טעויות נוספות שאותרו הן: :הסברים שגויים של תפקיד קשרים כפולים

התייחסות לקשרים קוולנטיים:".קשר כפול גורם למולקולה להיות מסועפת"".קשר כפול במולקולה חזק מקשר יחיד"

התייחסות לגודל ענני אלקטרונים:".ענן אלקטרונים שמכיל פחות אטומי מימן גורם לטמפרטורת היתוך נמוכה יותר"

:חוסר הבחנה בין חומר לבין מולקולה בודדת שלו".קשר כפול במבנה ציס גורם לכיפוף במולקולה, ולכן היא פחות צפופה"".אינטראקציות ון-דר-ואלס במולקולה" במקום אינטראקציות ון-דר-ואלס."קשרים בין מולקולריים"ציון

במהלך לימוד הנושא "חומצות שומן" חוזרים להיבטים רבים של הנושא "מבנה וקישור". 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 התרגולולהוסיף את צורות הייצוג הייחודיות למבנית "טעם של כימיה".

רוב הגורמים, שמשפיעים על טמפרטורות היתוך של חומצות שומן, מוכרים לתלמידים. כדי להשוות את טמפרטורות ההיתוך של חומצות שומן, תלמידים צריכים להכיר מספר

גורמים נוספים, כגון השפעת קשרים כפולים במולקולות, מבנה של קשריםכפולים - ציס וטרנס, צפיפות האריזה.

מומלץ לבנות עם התלמידים את שלבי הפתרון להשוואה בין טמפרטורות ההיתוך שלחומצות שומן בצורת טבלה:

106

O

HO

O

HO

O

OO

O O

O

לינולאיתאולאיתחומצת שומןC18H34O2C18H32O2נוסחה מולקולרית

C18:1ω9, cisC18:2ω6, cis, cisרישום מקוצר

ייצוג מקוצר שלנוסחת מבנה

חומצה אולאית:

חומצה לינולאית:

גודל יחסי של ענני האלקטרונים במולקולות

הגודל של ענני האלקטרונים במולקולות של שתי החומצותדומה.

מספר קשרים כפוליםבמולקולה

12

מבנה ציסמבנה של קשרים כפולים סוגי הכוחות הבין

מולקולרייםאינטראקציות ון-דר-ואלס

ומעט קשרי מימן החוזק היחסי של כוחות

בין מולקולריים קשר כפול במבנה ציס יוצר כיפוף במולקולה של חומצת

השומן. הכיפוף מפריע להתקרבות המולקולות, המולקולות לא יכולות להסתדר באריזה צפופה. ככל שיש יותר קשרים

כפולים במבנה ציס יש יותר אזורים כפופים במולקולה, ולכן בין המולקולות של חומצה לינולאית יש אינטראקציות

ון-דר-ואלס חלשות יותר. נדרשת פחות אנרגיה להחלשת הקשרים הבין מולקולרייםטמפרטורת היתוך

ולכן טמפרטורת ההיתוך של חומצה לינולאית נמוכה יותר.

(97 )הציון סעיף ב'לפניך ייצוג מקוצר לנוסחת המבנה של טריגליצריד המצוי בשמן זית.

107

היעזר בנתונים שבטבלה וקבע מאילו חומצות שומן מורכב הטריגליצריד זה.

התשובה:חומצה פלמיטית, חומצה אולאית וחומצה לינולאית.


הציון גבוה מאוד. התלמידים זיהו, על פי ייצוג מקוצר לנוסחת מבנה של טריגליצריד,מאילו חומצות שומן נוצר טריגליצריד זה. כמעת ולא הופיעו טעויות.

מומלץ לפתור עם התלמידים שאלות מבחינות הבגרות הקודמות העוסקות בחומצות שומןובטריגליצרידים:

8בגרות תשע"ב - שאלה

8בגרות תשע"א - שאלה

8 סעיף ח', שאלה 1בגרות תשס"ט - שאלה

8 סעיף ח', שאלה 1בגרות תשס"ח - שאלה

8בגרות תשס"ז - שאלה

חלק א'9בגרות תשס"ו - שאלה

108

OH H

O

HOOH

O

N

II I

(66 )הציון סעיף ג' , של ויטמינים.I-IIשמן זית מכיל גם ויטמינים. לפניך שתי נוסחאות מבנה

.נמק , מתאימה לוויטמין המצוי בשמן זית. II או Iקבע איזו מהנוסחאות,

התשובה: .IIנוסחה

: שייר פחמימניאו מתאימה לו יש חלק הידרופובי גדול )IIבמולקולות של הוויטמין שנוסחה גדול( שיכול ליצור אינטראקציות ון-דר-ואלס עם מולקולות הטריגליצרידים שבשמן הזית.

ויטמין זה יהיה מסיס בשמן.:או

מתאימה לו יש מוקדים רבים ליצירת קשרי מימן, ולכןIבמולקולות של הוויטמין שנוסחה ויטמין זה יהיה מסיס במים ולא בשמן.


הציון נמוך יחסית. בסעיף זה הופיעו טעויות אופייניות משני סוגים עיקריים: קביעה שגויה וניסיון לנמקה:.1 נוסחה"Iמתאימה לוויטמין המתמוסס בשמן זית, מכיוון שיש בו מוקדים רבים ליצירת קשרי מימן

עם החלק הקרבוקסילי של הטריגליצרידים."קביעה נכונה המלווה בנימוק שגוי:.2 נוסחה"IIהיא נוסחת הוויטמין שנמס בשמן זית, כי אטומי חמצן בוויטמין זה יוצרים קשרי מימן עם

מולקולות טריגליצרידים." או בנימוק חלקי:

וויטמין שנוסחתו"II".יוצר הרבה קשרי ון-דר-ואלס, ולכן מתמוסס בשמן

109

מומלץ לבנות עם התלמידים טבלאות המציגות את שלבי הקביעה של מסיסותהוויטמינים בממסים:

מתאימה לו, במיםI: קביעת המסיסות של הוויטמין, שנוסחה 1טבלה המומס:

מתאימה לוIהוויטמין שנוסחה הממס:




קשרי מימןואינטראקציות ון-דר-ואלס


סוגי הקשרים הנוצרים בין חלקיקים במהלך

ההמסהקשרי מימן

במולקולות הוויטמין יש מוקדים רבים ליצירת קשרי מימן, ולכןהמסקנהוויטמין זה מסיס במים

מתאימה לו, בשמןI: קביעת המסיסות של הוויטמין, שנוסחה 2טבלה המומס:

מתאימה לוIהוויטמין שנוסחה הממס:

שמן זית )המרכיבים העיקריים הםטריגליצרידים(







ההמסה

אפשרות ליצירת קשרי מימן זניחה, כי במולקולותטריגליצרידים

יש אטומי חמצן מעטים. המסיסות של וויטמין זה בשמן זית זניחה.המסקנה

מתאימה לו, במיםII: קביעת המסיסות של הוויטמין, שנוסחה 3טבלה המומס:

מתאימה לוIIהוויטמין שנוסחה הממס:




קשרי מימן רביםאינטראקציות ון-דר-ואלסואינטראקציות ון-דר-ואלס


ההמסה

,אפשרות ליצירת קשרי מימן זניחה, כי במולקולות הוויטמין מתאימה לו, יש אטומי חמצן מעטים. IIשנוסחה

המסיסות של וויטמין זה במים זניחה.המסקנה

110

2030

405060

7080

90100

82 7869

מתאימה לו, בשמן זיתII: קביעת המסיסות של הוויטמין, שנוסחה 4טבלה המומס:

מתאימה לוIIהוויטמין שנוסחה הממס:

שמן זית )המרכיבים העיקריים הםטריגליצרידים(




ואינטראקציות ון-דר-ואלסאינטראקציות ון-דר-ואלס


ההמסה

במולקולות של הוויטמין יש חלק הידרופובי, שיכול ליצור אינטראקציות ון-דר-ואלס עם מולקולות הטריגליצרידים

שבשמן הזית.

וויטמין זה מסיס בשמן זית.המסקנה

לאחר בניית הטבלה מומלץ לבצע עם התלמידים ניסוי מאשר: לבדוק מסיסות של כל אחד משני הוויטמינים הנתונים במים ובשמן זית, ובכך להדגים את המסיסות של

הוויטמינים הנתונים בשני הממסים. מתאימה לו, הוא IIהוויטמין, שנוסחה . B5 מתאימה לו, הוא ויטמין Iהוויטמין, שנוסחה

ניתן לרכוש את הוויטמינים בבית מרקחת. . K1ויטמין

(77 )הציון סעיף ד' גרם שמן זית והמיסו אותה בכוהל מתאים20לקחו דגימה של

. KOH(aq)לתמיסה זו הוסיפו תמיסת אשלגן הידרוקסידי, בשמן הזית הגיבו על פי התגובה:החופשיותחומצות השומן

RCOOH(כוהל) + OH(aq) RCOO

H2O(l) + (כוהל)

R.מסמל את השרשרת הפחמימנית במולקולה של חומצת שומן לסתירה מלאה של חומצות השומןM 0.1 בריכוז KOH(aq) מ"ל תמיסת 8.5נדרשו

החופשיות בדגימת השמן.

111

molliter

0.1 0.0085 liter = 8.5·104 mol

גרםמול

(82 )הציון iתת-סעיף OH מהו מספר המולים של יוני

(aq) ?פרט את חישוביךהגיבו.

התשובה:OHריכוז יוני

(aq) בתמיסת KOH(aq) 0.1 M:הוא 0.1 M

OHמספר המולים של יוני (aq):שהגיבו


הציון די גבוה. רוב התלמידים שולטים בחישובים סטויכיומטריים בסיסיים.תלמידים מעטים לא רשמו יחידות או טעו בהן - רשמו מ''ל במקום ליטרים.

(78 )הציון iiתת-סעיף הנח כי חומצת השומן החופשית העיקרית בשמן הזית היא חומצה אולאית.

.282המסה המולרית של חומצה אולאית היא .פרט את חישוביךחשב את המסה של החומצה האולאית בדגימה.

התשובה:OHיחס המולים בניסוח התגובה בין חומצה אולאית לבין יוני

(aq) 1:1 הוא.

112

grmol8.5·104 mol 282 = 0.24 gr

מסת חומצה אולאית בדגימה (גרם)מסת הדגימה (גרם)

= %001 אחוז החומציות

rg 42.0rg 02 = %2.1 = %001אחוז החומציות

לכן מספר המולים של חומצה אולאית שהגיב :8.5·104 mol

המסה של חומצה אולאית בדגימה:


הטעות העיקרית בתת-סעיף זה היא אי התייחסות ליחס המולים בניסוח התגובה בין חומצה OHאולאית לבין יוני

(aq).

(69 )הציון iiiתת-סעיף אחד המדדים לאיכות של שמן זית הוא אחוז החומציות. מחשבים את אחוז החומציות

על פי הנוסחה:

על פי התקן הישראלי, אחוז החומציות המרבי בשמן זית באיכות גבוהה )כתית מעולה( היא0.8%.

פרט את חישוביך ונמק.קבע אם שמן הזית שבדגימה הוא שמן באיכות גבוהה.

התשובה:שמן הזית שנבדק אינו שמן זית באיכות גבוהה.

אחוז החומציות בשמן הזית שנבדק: : אינואו , לכן שמן הזית שנבדק אינו שמן באיכות גבוהה )0.8%אחוז החומציות גבוה מ-

"כתית מעולה"(.

113

= 0.012%0.24 gr20 gr


ליישם את המידע החדש וביצעו חישוב על פי הנוסחה החדשהרוב התלמידים הצליחו הנתונה.

הטעות האופיינית בתת-סעיף זה היא התעלמות מכך שעל פי הנוסחה יש להכפיל ב-100%:

על מנת להרגיל את התלמידים ליישם את המידע החדש הנתון בשאלה, מומלץ לפתור - בנושא "מיומנויות17איתם שאלות מסוג זה. לדוגמה, אפשר לפתור את שאלה

יחידות5 ל- 3 בבגרות תשע"ג - השלמה מ- 37202בנושאי מעבדות חקר", בשאלון לימוד. תלמידי כיתה י"א הלומדים מעבדות חקר

מסוגלים לפתור שאלה זו.

מומלץ להיעזר במצגת של ד"ר אורית הרשקוביץ וד"ר צביה קברמן "מה אנו יודעים עלשמני מאכל? הזמנה לחקר", ולבצע את הניסויים המומלצים בה.

המצגת נמצאת באתר של קבוצת הכימיה, המחלקה להוראת הטכנולוגיה והמדעים,הטכניון, בדף:

http://edu.technion.ac.il/chemical-education/yehidot/taste/presentations/PPoils.pdf

114

http://edu.technion.ac.il/chemical-education/yehidot/taste/presentations/PPoils.pdf

Documents

chemcenter.weizmann.ac.ilchemcenter.weizmann.ac.il/.../File/bagrut_3_2014.docx · Web viewמסיח 2 אינו נכון, כי אורך הקשר C H אינו שווה לאורך הקשר