Πανελλαδικές Εξετάσεις 2025 — chemistry, Θέμα C (9 μονάδες)

Για την πλήρη εξουδετέρωση υδατικού διαλύματος (Υ1) φαινόλης ($C_6H_5OH$) και αιθανόλης ($CH_3CH_2OH$) όγκου V και συγκέντρωσης 0,1 Μ η καθεμία απαιτούνται 10 mL υδατικού διαλύματος (Υ2) NaOH συγκέντρωσης 1 Μ. Το διάλυμα που προκύπτει αραιώνεται σε τελικό όγκο 1 L (Υ3).
α. Να υπολογίσετε τον όγκο V του διαλύματος Υ1. (μονάδες 5)
β. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Υ3. (μονάδες 4)
Δίνονται: για τη φαινόλη $K_a=10^{-10}$, θ=25°C, $K_w=10^{-14}$. Τα δεδομένα επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις.

Απάντηση:
α. Με το NaOH αντιδρά μόνο η φαινόλη (η αιθανόλη δεν εξουδετερώνεται): $C_6H_5OH + NaOH \to C_6H_5ONa + H_2O$. $n(NaOH)=0{,}01\cdot 1=0{,}01$ mol $=n$(φαινόλης)$=0{,}1\cdot V \Rightarrow V=0{,}1$ L $=100$ mL. β. Στο Υ3: $C_6H_5ONa$ 0,01 mol σε 1 L → 0,01 Μ. Το φαινολικό ανιόν είναι ασθενής βάση με $K_b=K_w/K_a=10^{-4}$. $[OH^-]=\sqrt{K_bC}=\sqrt{10^{-4}\cdot 10^{-2}}=10^{-3}$ M → pOH=3, pH=11. (Η αιθανόλη δεν επηρεάζει το pH.)

ΚΛΕΙΔΙ ΒΑΘΜΟΛΟΓΗΣΗΣ (9 μ.). α (5 μ.): αναγνώριση ότι με NaOH αντιδρά ΜΟΝΟ η φαινόλη (η αιθανόλη δεν εξουδετερώνεται) με τη χημική εξίσωση: 2 μ.· στοιχειομετρία $n(NaOH)=0{,}01$ mol: 1 μ.· $V=0{,}1$ L = 100 mL: 2 μ. β (4 μ.): συγκέντρωση $C_6H_5ONa$ 0,01 M μετά την αραίωση: 1 μ.· $K_b=K_w/K_a=10^{-4}$ και ιοντισμός του $C_6H_5O^{-}$ ως ασθενούς βάσης: 2 μ.· pOH=3 και pH=11: 1 μ. Μερική πίστωση: συμμετοχή της αιθανόλης στην εξουδετέρωση (V=50 mL): -4 μ. Υπολογισμός pOH χωρίς μετατροπή σε pH: -1 μ.

Πανελλαδικές Εξετάσεις 2025 — chemistry, Θέμα C (6 μονάδες)

Τέσσερα δοχεία περιέχουν το καθένα μία από τις ενώσεις: 1-προπανόλη, 2-προπανόλη, αιθυλομεθυλαιθέρας, 2-προπεν-1-όλη. Πειράματα: α) μόνο το περιεχόμενο των δοχείων 1, 3 και 4 αντιδρά με νάτριο· β) μόνο το περιεχόμενο του δοχείου 3 αποχρωματίζει διάλυμα βρωμίου σε τετραχλωράνθρακα· γ) μόνο το περιεχόμενο του δοχείου 4 δίνει κίτρινο ίζημα με επίδραση ιωδίου παρουσία NaOH. Να προσδιορίσετε ποια ένωση περιέχεται σε κάθε δοχείο (μονάδα 1) και να αιτιολογήσετε γράφοντας τις χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων (μονάδες 5).

Απάντηση:
Δοχείο 2: αιθυλομεθυλαιθέρας $CH_3CH_2OCH_3$ (δεν αντιδρά με Na). Δοχείο 3: 2-προπεν-1-όλη $CH_2=CH-CH_2OH$ (αποχρωματίζει το $Br_2$: $CH_2=CHCH_2OH + Br_2 \to CH_2BrCHBrCH_2OH$). Δοχείο 4: 2-προπανόλη $CH_3CH(OH)CH_3$ (θετική ιωδοφορμική: $CH_3CH(OH)CH_3 + 4I_2 + 6NaOH \to CHI_3\downarrow + CH_3COONa + 5NaI + 5H_2O$). Δοχείο 1: 1-προπανόλη $CH_3CH_2CH_2OH$. Αντίδραση με Na (δοχεία 1, 3, 4): $2ROH + 2Na \to 2RONa + H_2\uparrow$.

ΚΛΕΙΔΙ ΒΑΘΜΟΛΟΓΗΣΗΣ (6 μ.). Ορθή αντιστοίχιση και των τεσσάρων δοχείων (1: 1-προπανόλη, 2: αιθυλομεθυλαιθέρας, 3: 2-προπεν-1-όλη, 4: 2-προπανόλη): 1 μ. (όλα ή κανένα). Χημικές εξισώσεις (5 μ.): αντίδραση αλκοολών με Na: 2 μ.· προσθήκη $Br_2$ στο διπλό δεσμό: 1,5 μ.· ιωδοφορμική αντίδραση με ορθή ισοστάθμιση: 1,5 μ. Μερική πίστωση: μη ισοσταθμισμένη εξίσωση: -0,5 μ. ανά εξίσωση. Λεκτική αιτιολόγηση χωρίς εξισώσεις: μέγιστο 2 μ. στο σκέλος των εξισώσεων.

Πανελλαδικές Εξετάσεις 2025 — chemistry, Θέμα D (11 μονάδες)

Σε υδατικό διάλυμα Υ1 αμμωνίας ($NH_3$) όγκου 2 L διαβιβάζουμε 6,72 L αερίου $Cl_2$ σε STP, οπότε πραγματοποιείται η αντίδραση: $NH_3(aq) + Cl_2(g) \to N_2(g) + NH_4Cl(aq)$ (1), και προκύπτει ρυθμιστικό διάλυμα Υ2 όγκου 2 L με pH = 9. Δίνονται: θ=25°C, $K_w=10^{-14}$, για την $NH_3$: $K_b=10^{-5}$.
α. Να ισοσταθμίσετε τη χημική εξίσωση (1) και να εξηγήσετε ποιο σώμα δρα ως οξειδωτικό και ποιο ως αναγωγικό. (μονάδες 4)
β. Να προσδιορίσετε τη συγκέντρωση του διαλύματος Υ1. (μονάδες 5)
γ. Το παραγόμενο $N_2$ διαβιβάζεται σε κλειστό δοχείο με $O_2$ και σχηματίζεται ένα μόνο οξείδιο του αζώτου, το θερμοδυναμικά σταθερότερο. Με βάση τις πρότυπες ενθαλπίες σχηματισμού $\Delta H_f^o[N_2O]=+82$ kJ/mol, $\Delta H_f^o[NO]=+90$ kJ/mol, $\Delta H_f^o[NO_2]=+33$ kJ/mol, να εξηγήσετε ποιο οξείδιο θα σχηματιστεί. (μονάδες 2)

Απάντηση:
α. $8NH_3 + 3Cl_2 \to N_2 + 6NH_4Cl$. Το $Cl_2$ ανάγεται (Cl: 0 → -1), άρα είναι το οξειδωτικό· η $NH_3$ οξειδώνεται (N: -3 → 0), άρα είναι το αναγωγικό. β. $n(Cl_2)=6{,}72/22{,}4=0{,}3$ mol. Από τη στοιχειομετρία καταναλώνονται $0{,}8$ mol $NH_3$ και παράγονται $0{,}6$ mol $NH_4Cl$. Στο ρυθμιστικό Υ2 με pH=9: pOH=5, $[OH^-]=10^{-5}=K_b\cdot\dfrac{c_b}{c_a} \Rightarrow c_b=c_a$, άρα $n(NH_3)_{εναπομ.}=n(NH_4^+)=0{,}6$ mol. Αρχικά: $n(NH_3)=0{,}8+0{,}6=1{,}4$ mol σε 2 L → $C_{Y1}=0{,}7$ M. γ. Θερμοδυναμικά σταθερότερο είναι το οξείδιο με τη μικρότερη πρότυπη ενθαλπία σχηματισμού, δηλαδή το $NO_2$ (+33 kJ/mol), άρα σχηματίζεται $NO_2$.

ΚΛΕΙΔΙ ΒΑΘΜΟΛΟΓΗΣΗΣ (11 μ.). α (4 μ.): ισοστάθμιση $8NH_3+3Cl_2\to N_2+6NH_4Cl$: 2 μ.· ταυτοποίηση οξειδωτικού ($Cl_2$) και αναγωγικού ($NH_3$) με αναφορά στις μεταβολές των αριθμών οξείδωσης: 2 μ. β (5 μ.): $n(Cl_2)=0{,}3$ mol και στοιχειομετρία (0,8 mol $NH_3$ κατανάλωση, 0,6 mol $NH_4Cl$): 2 μ.· εφαρμογή της εξίσωσης ρυθμιστικού με pH=9 και συμπέρασμα $c_b=c_a$: 2 μ.· αρχική $n(NH_3)=1{,}4$ mol και $C=0{,}7$ M: 1 μ. γ (2 μ.): επιλογή $NO_2$ με αιτιολόγηση (μικρότερη $\Delta H_f^{o}$ = θερμοδυναμικά σταθερότερο): 2 μ. Μερική πίστωση: λάθος ισοστάθμιση που ακυρώνει τη στοιχειομετρία του (β): το (β) βαθμολογείται με μεταφορά λάθους (μέγιστο 3 μ.). Επιλογή $NO_2$ χωρίς αιτιολόγηση: 1 μ.

Πανελλαδικές Εξετάσεις 2025 — chemistry, Θέμα D (7 μονάδες)

Για την πλήρη εξουδετέρωση 200 mL υδατικού διαλύματος $Ca(OH)_2$ συγκέντρωσης 0,5 Μ απαιτούνται 200 mL υδατικού διαλύματος HCl συγκέντρωσης 1 Μ. Να υπολογίσετε:
α. το ποσό της θερμότητας που εκλύεται κατά την πλήρη εξουδετέρωση. (μονάδες 4)
β. την ωσμωτική πίεση του τελικού διαλύματος στους 25°C, με $RT=24\ L\cdot atm\cdot mol^{-1}$. (μονάδες 3)
Δίνεται η πρότυπη ενθαλπία εξουδετέρωσης ισχυρού οξέος με ισχυρή βάση: $\Delta H_n^o=-57{,}1$ kJ/mol.

Απάντηση:
α. $Ca(OH)_2 + 2HCl \to CaCl_2 + 2H_2O$. $n(Ca(OH)_2)=0{,}1$ mol, $n(HCl)=0{,}2$ mol (πλήρης εξουδετέρωση). Σχηματίζονται 0,2 mol $H_2O$, άρα $Q=0{,}2\times 57{,}1=11{,}42$ kJ. β. Τελικό διάλυμα: 0,1 mol $CaCl_2$ σε όγκο 0,4 L. Το $CaCl_2$ διίσταται πλήρως: $CaCl_2 \to Ca^{2+}+2Cl^-$, συνολικά $0{,}3$ mol ιόντων. $\Pi=\dfrac{n_{ιόντων}}{V}RT=\dfrac{0{,}3}{0{,}4}\times 24=18$ atm.

ΚΛΕΙΔΙ ΒΑΘΜΟΛΟΓΗΣΗΣ (7 μ.). α (4 μ.): χημική εξίσωση και στοιχειομετρία (0,1 mol $Ca(OH)_2$, 0,2 mol HCl, 0,2 mol $H_2O$): 2 μ.· $Q=0{,}2\times 57{,}1=11{,}42$ kJ: 2 μ. β (3 μ.): συνολικός όγκος 0,4 L και πλήρης διάσταση του $CaCl_2$ σε 3 ιόντα (ή χρήση παράγοντα i=3): 2 μ.· $\Pi=18$ atm: 1 μ. Μερική πίστωση: παράλειψη του παράγοντα van't Hoff (αποτέλεσμα 6 atm): -2 μ. Παράλειψη πρόσθεσης των όγκων: -1 μ. Χρήση 0,1 mol νερού αντί 0,2 στο (α): -2 μ.