Πανελλαδικές Εξετάσεις 2026 — chemistry, Θέμα B (4 μονάδες)

Οριζόντιο κυλινδρικό δοχείο (Σχήμα 1) χωρίζεται στο μέσο με κινητή ημιπερατή μεμβράνη. [Περιγραφή σχήματος: οριζόντιος κύλινδρος με δύο τμήματα· αριστερά το τμήμα Α με διάλυμα ουρίας 6% w/v και δεξιά το τμήμα Β με διάλυμα άγνωστης ουσίας Χ 6% w/v, χωρισμένα από κινητή ημιπερατή μεμβράνη στο μέσο.]
Γεμίζουμε το τμήμα Α με υδατικό διάλυμα ουρίας ($M_r = 60$), περιεκτικότητας 6% w/v, και το τμήμα Β με υδατικό διάλυμα άγνωστης ουσίας Χ, περιεκτικότητας 6% w/v. Η ημιπερατή μεμβράνη κινείται από το τμήμα Β προς το τμήμα Α. Τα διαλύματα είναι μοριακά και βρίσκονται στην ίδια θερμοκρασία.
α. Να επιλέξετε ποια από τις παρακάτω ουσίες είναι δυνατόν να είναι η ουσία Χ, η οποία περιέχεται στο διάλυμα του τμήματος Β:
i. Μεθανάλη ($M_r = 30$)
ii. Ουρία ($M_r = 60$)
iii. Γλυκόζη ($M_r = 180$)
(Μονάδα 1)
β. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. (Μονάδες 3)

Απάντηση:
α. i (μεθανάλη). β. Το διάλυμα ουρίας 6% w/v έχει $C_{ουρίας} = \dfrac{6/60}{0{,}1} = 1$ M. Η μεμβράνη κινείται από το Β προς το Α, δηλαδή ο όγκος του Β αυξάνεται: μόρια νερού μετακινούνται με ώσμωση από το Α (υποτονικό) προς το Β (υπερτονικό), άρα $C_X > 1$ M. Με περιεκτικότητα 6% w/v ισχύει $C_X = \dfrac{6/M_r}{0{,}1} = \dfrac{60}{M_r}$ M, οπότε απαιτείται $M_r < 60$. Μόνο η μεθανάλη ($M_r = 30$, $C = 2$ M > 1 M) ικανοποιεί τη συνθήκη· η ουρία δίνει ισοτονικό (1 Μ) και η γλυκόζη υποτονικό (1/3 Μ) διάλυμα.

ΚΛΕΙΔΙ ΒΑΘΜΟΛΟΓΗΣΗΣ (4 μ.). α (1 μ.): επιλογή i. β (3 μ.): υπολογισμός $C_{ουρίας} = 1$ M: 1 μ.· ερμηνεία της κίνησης της μεμβράνης (ώσμωση από υποτονικό Α προς υπερτονικό Β → $C_X > 1$ M): 1 μ.· υπολογισμός $C_X = 2$ M για τη μεθανάλη (ή γενικά απαίτηση $M_r < 60$) και αποκλεισμός των ii, iii: 1 μ. Ορθή επιλογή στο (α) χωρίς αιτιολόγηση: μόνο η 1 μ. του (α).

Πανελλαδικές Εξετάσεις 2026 — chemistry, Θέμα C (10 μονάδες)

Δίνεται ομογενές μίγμα που αποτελείται από δύο ισομερείς αλκοόλες Σ και Τ με τον ίδιο μοριακό τύπο $C_4H_9OH$. Η ποσότητα του μίγματος χωρίζεται σε τρία ίσα μέρη.
Το πρώτο μέρος αντιδρά με περίσσεια Na, οπότε εκλύονται 2,24 L αερίου μετρημένα σε συνθήκες STP.
Το δεύτερο μέρος αντιδρά με περίσσεια διαλύματος $I_2$/NaOH και δίνει οργανικό άλας και 0,12 mol κίτρινου ιζήματος.
Το τρίτο μέρος απαιτεί για πλήρη οξείδωση 0,48 L διαλύματος $KMnO_4$ συγκέντρωσης 0,1 Μ παρουσία $H_2SO_4$.
α. Να υπολογίσετε τη σύσταση σε mol του αρχικού μίγματος. (Μονάδες 6)
Η αλκοόλη Σ μπορεί να παρασκευαστεί μέσω των αντιδραστηρίων Grignard με έναν μόνο συνδυασμό αντιδραστηρίων.
β. Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των αλκοολών Σ και Τ. (Μονάδες 2)
γ. Να παρασκευαστεί η ένωση $CH_3CH_2CH(OH)CH_3$ (2-βουτανόλη) με όλους τους δυνατούς συνδυασμούς αντιδραστηρίου Grignard με την αντίστοιχη καρβονυλική ένωση. (Μονάδες 2)

Απάντηση:
α. 1ο μέρος: κάθε αλκοόλη με Na δίνει $\tfrac{1}{2}H_2$, άρα $n_{ολ}/2 = 2{,}24/22{,}4 = 0{,}1$ mol → σε κάθε μέρος $n_{ολ} = 0{,}2$ mol. 2ο μέρος: κίτρινο ίζημα $CHI_3$ δίνει μόνο η 2-βουτανόλη ($CH_3CH(OH)CH_2CH_3$): 0,12 mol ανά μέρος. 3ο μέρος: $n_{KMnO_4} = 0{,}48 \cdot 0{,}1 = 0{,}048$ mol· η οξείδωση δευτεροταγούς αλκοόλης προς κετόνη απαιτεί αναλογία 5:2, οπότε οξειδώνονται $\tfrac{5}{2} \cdot 0{,}048 = 0{,}12$ mol, δηλαδή ακριβώς η 2-βουτανόλη. Άρα η δεύτερη αλκοόλη (0,2 − 0,12 = 0,08 mol ανά μέρος) δεν οξειδώνεται, δηλαδή είναι η τριτοταγής 2-μεθυλο-2-προπανόλη. Αρχικό μίγμα: $n_{2-βουτανόλης} = 3 \cdot 0{,}12 = 0{,}36$ mol και $n_{tert-βουτανόλης} = 3 \cdot 0{,}08 = 0{,}24$ mol. β. Σ: $(CH_3)_3COH$ (παρασκευάζεται με έναν μόνο συνδυασμό Grignard: $CH_3MgX$ + προπανόνη), Τ: $CH_3CH(OH)CH_2CH_3$. γ. Δύο συνδυασμοί: i) $CH_3CH_2MgX$ + αιθανάλη ($CH_3CH=O$) και ii) $CH_3MgX$ + προπανάλη ($CH_3CH_2CH=O$), ακολουθούμενοι από υδρόλυση του ενδιάμεσου αλκοξειδίου.

ΚΛΕΙΔΙ ΒΑΘΜΟΛΟΓΗΣΗΣ (10 μ.). α (6 μ.): αντίδραση με Na και $n_{ολ} = 0{,}2$ mol ανά μέρος: 2 μ.· αλογονοφορμική → 0,12 mol δευτεροταγούς: 1 μ.· στοιχειομετρία οξείδωσης με $KMnO_4$ (5:2) και ταύτιση των 0,12 mol: 1 μ.· συμπέρασμα ότι η άλλη αλκοόλη είναι τριτοταγής (δεν οξειδώνεται): 1 μ.· τελική σύσταση 0,36 mol και 0,24 mol στο αρχικό μίγμα: 1 μ. (αποδεκτή και η απάντηση ανά μέρος 0,12/0,08 mol μόνο αν δηλώνεται ρητά ότι αφορά το ένα μέρος, αλλιώς -1 μ.). β (2 μ.): 1 μ. ανά ορθό συντακτικό τύπο με σωστή αντιστοίχιση Σ/Τ. γ (2 μ.): 1 μ. ανά ορθό συνδυασμό Grignard-καρβονυλικής ένωσης· ελλιπής αναφορά υδρόλυσης δεν αφαιρεί μονάδες αν οι συνδυασμοί είναι σωστοί.

Πανελλαδικές Εξετάσεις 2026 — chemistry, Θέμα C (4 μονάδες)

Η προσθήκη νερού, παρουσία καταλυτών, σε άκυκλο υδρογονάνθρακα Φ έχει ως αποτέλεσμα τον σχηματισμό μοναδικού προϊόντος Χ που περιέχει στο μόριό του συνολικά 12 σ δεσμούς. Δίνεται ότι οι πυρήνες όλων των ατόμων άνθρακα στο μόριο Φ βρίσκονται στην ίδια ευθεία.
Να γράψετε τους συντακτικούς τύπους των Φ και Χ, αιτιολογώντας την απάντησή σας.

Απάντηση:
Η ευθύγραμμη διάταξη όλων των πυρήνων C υποδηλώνει sp υβριδισμό, άρα ο Φ είναι αλκίνιο. Η προσθήκη $H_2O$ σε αλκίνιο δίνει καρβονυλική ένωση $C_vH_{2v}O$. Σε άκυκλο μόριο οι σ δεσμοί είναι κατά έναν λιγότεροι από το πλήθος των ατόμων: για $C_vH_{2v}O$ τα άτομα είναι $3v + 1$, άρα σ δεσμοί $= 3v = 12 \Rightarrow v = 4$. Για να προκύπτει μοναδικό προϊόν και να είναι όλοι οι C σε ευθεία, ο Φ είναι το συμμετρικό 2-βουτίνιο: Φ: $CH_3C \equiv CCH_3$, οπότε Χ: $CH_3COCH_2CH_3$ (βουτανόνη).

ΚΛΕΙΔΙ ΒΑΘΜΟΛΟΓΗΣΗΣ (4 μ.). Σύνδεση της ευθύγραμμης διάταξης με sp υβριδισμό → αλκίνιο: 1 μ.· καταμέτρηση σ δεσμών του προϊόντος $C_vH_{2v}O$ και εύρεση v = 4: 1 μ.· Φ: $CH_3C \equiv CCH_3$ με αιτιολόγηση μοναδικού προϊόντος/ευθύγραμμης διάταξης: 1 μ.· Χ: $CH_3COCH_2CH_3$: 1 μ. Σωστοί τύποι χωρίς καμία αιτιολόγηση: έως 2 μ.