Θέμα: 38858

Για να εκτυπώσετε το Θέμα πατήστε "Εκτύπωση"!

Τύπος Σχολείου:	Γενικό Λύκειο	Πηγή: Ι.Ε.Π.	Αναγνώσθηκε: 1847 φορές Επικοινωνία
Μάθημα:	Χημεία	Τάξη:	Α' Λυκείου
Κωδικός Θέματος:	38858	Θέμα:	2
Τελευταία Ενημέρωση:	15-Μαΐ-2026	Ύλη:	2.1.2 Κατανομή ηλεκτρονίων σε στιβάδες 2.3.5 Ιοντικός ή ετεροπολικός δεσμός 2.4.4 Αριθμός οξείδωσης 2.4.6 Ονοματολογία ανόργανων χημικών ενώσεων 3.5.1 Πώς συμβολίζονται οι χημικές αντιδράσεις 3.5.3 Οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις 4.1.1 Σχετική ατομική μάζα - Σχετική μοριακή μάζα 4.2 Καταστατική εξίσωση των αερίων
Το θέμα προέρχεται και αντλήθηκε από την πλατφόρμα της Τράπεζας Θεμάτων Διαβαθμισμένης Δυσκολίας που αναπτύχθηκε (MIS5070818-Tράπεζα θεμάτων Διαβαθμισμένης Δυσκολίας για τη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση, Γενικό Λύκειο-ΕΠΑΛ) και είναι διαδικτυακά στο δικτυακό τόπο του Ινστιτούτου Εκπαιδευτικής Πολιτικής (Ι.Ε.Π.) στη διεύθυνση (http://iep.edu.gr/el/trapeza-thematon-arxiki-selida)

Τύπος Σχολείου:	Γενικό Λύκειο
Τάξη:	Α' Λυκείου
Μάθημα:	Χημεία
Θέμα:	2
Κωδικός Θέματος:	38858
Ύλη:	2.1.2 Κατανομή ηλεκτρονίων σε στιβάδες 2.3.5 Ιοντικός ή ετεροπολικός δεσμός 2.4.4 Αριθμός οξείδωσης 2.4.6 Ονοματολογία ανόργανων χημικών ενώσεων 3.5.1 Πώς συμβολίζονται οι χημικές αντιδράσεις 3.5.3 Οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις 4.1.1 Σχετική ατομική μάζα - Σχετική μοριακή μάζα 4.2 Καταστατική εξίσωση των αερίων
Τελευταία Ενημέρωση: 15-Μαΐ-2026
Το θέμα προέρχεται και αντλήθηκε από την πλατφόρμα της Τράπεζας Θεμάτων Διαβαθμισμένης Δυσκολίας που αναπτύχθηκε (MIS5070818-Tράπεζα θεμάτων Διαβαθμισμένης Δυσκολίας για τη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση, Γενικό Λύκειο-ΕΠΑΛ) και είναι διαδικτυακά στο δικτυακό τόπο του Ινστιτούτου Εκπαιδευτικής Πολιτικής (Ι.Ε.Π.) στη διεύθυνση (http://iep.edu.gr/el/trapeza-thematon-arxiki-selida)

Αρχείο Εκφώνησης (PDF) Αρχείο Εκφώνησης (DOC)

Θέμα 2ο

2.1 Το αζίδιο του νατρίου ($NaN_3$) είναι μια χημική ένωση απαραίτητη για το ταχύτατο φούσκωμα του αερόσακου των αυτοκινήτων. Σε περίπτωση σύγκρουσης ειδικό σύστημα δημιουργεί αμέσως σπινθήρα στο σημείο όπου βρίσκεται το $NaN_3$ και πραγματοποιείται η διάσπασή του, σύμφωνα με την παρακάτω χημική εξίσωση, η οποία δεν είναι ισοσταθμισμένη:

$$NaN_3(s)\rightarrow Na(s)+N_2(g)\quad (1)$$

α) Να συμπληρώσετε τους συντελεστές της χημικής εξίσωσης 1.

(μονάδες 2)

β) Το αέριο άζωτο που παράγεται από την αντίδραση φουσκώνει τον αερόσακο. Το μεταλλικό νάτριο ($Na$) είναι πολύ δραστικό και επικίνδυνο, οπότε αντιδρά με άλλα συστατικά του συστήματος (όπως $KNO_3$ και $SiO_2$) που βρίσκονται μέσα στον αερόσακο, για να προκύψουν χημικά προϊόντα που είναι ασφαλή για τον επιβάτη, σύμφωνα με τις χημικές εξισώσεις:

$$10Na(s)+2KNO_3(s)\rightarrow K_2O(s)+5Na_2O(s)+N_2(g)\quad (2)$$

$$K_2O(s)+Na_2O(s)+2SiO_2(s)\rightarrow Na_2SiO_3(s)+K_2SiO_3(s)\quad (3)$$

i. Να υπολογίσετε τον αριθμό οξείδωσης του $N$ στο $KNO_3$ και του $Si$ στο $SiO_3^{2-}$.

(μονάδες 4)

ii. Να κάνετε την ηλεκτρονιακή δομή των ατόμων του $K$ και $O$. Δίνεται $Z(K)=19$ και $Z(O)=8$

(μονάδες 2)

iii. Να ονομάσετε την ένωση $K_2O$ και να περιγράψετε τον σχηματισμό δεσμού μεταξύ του $K$ και $O$ στην ένωση αυτή.

(μονάδες 4)

Μονάδες 12

2.2

α)

i. Να αναφέρετε μία ιδιότητα του αζώτου ($N_2$) που το καθιστά κατάλληλο για χρήση σε αερόσακους.

(μονάδες 1)

ii. Να υπολογίσετε τη σχετική μοριακή μάζα του $NaN_3$. Δίνονται οι σχετικές ατομικές μάζες $A_r(Na)=23$ και $A_r(N)=14$.

(μονάδες 2)

β) Αν στον αερόσακο δεν υπήρχε το $SiO_2$, τότε ανάμεσα στο παραγόμενο $Na$ και την υγρασία του αέρα ($H_2O(g)$) στον αερόσακο θα συνέβαινε χημική αντίδραση. Να γράψετε τη σχετική χημική εξίσωση και να εξηγήσετε γιατί τα παραγόμενα προϊόντα εξακολουθούν να είναι επικίνδυνα.

(μονάδες 4)

γ) Μια βιομηχανία παραγωγής αυτοκινήτων μελετά την επίδραση που έχει η θερμοκρασία πυροδότησης της αντίδρασης διάσπασης του $NaN_3$ στην πίεση που θα αναπτυχθεί στον αερόσακο, όταν το $NaN_3$ διασπαστεί και ο αερόσακος γεμίσει με το αέριο $N_2$. Τα δεδομένα από μια σειρά πειραμάτων οδήγησαν στην κατασκευή του παρακάτω διαγράμματος:

i. Πώς μεταβάλλεται η πίεση ($P$) με την αύξηση της θερμοκρασίας ($T$), με δεδομένο ότι ο τελικός όγκος του αερόσακου καθώς και τα $mol$ του $N_2$ που παράγονται είναι σταθερά; Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας με βάση την καταστατική εξίσωση των ιδανικών αερίων ($P\cdot V=n\cdot R\cdot T$), θεωρώντας ότι το αέριο άζωτο συμπεριφέρεται ιδανικά.

(μονάδες 3)

ii. Οι μηχανικοί του εργοστασίου παρατήρησαν ότι, όταν η πίεση είναι κάτω από $1,14\ atm$, ο αερόσακος δεν ανοίγει επαρκώς, ενώ αν η πίεση είναι πάνω από $1,30\ atm$, υπάρχει κίνδυνος τραυματισμού του επιβάτη λόγω της πολύ απότομης και βίαιης εκτόνωσης του αερόσακου. Να εξηγήσετε μεταξύ ποιων θερμοκρασιών ο αερόσακος λειτουργεί με ασφάλεια.

(μονάδες 3)

Μονάδες 13

Εμφάνιση Απάντησης

Αρχείο Απάντησης (PDF) Αρχείο Απάντησης (DOC)

Ενδεικτικές απαντήσεις

2.1

α) $2NaN_3(s)\rightarrow 2Na(s)+3N_2(g).$

β)

i. Ο αριθμός οξείδωσης για το κάλιο είναι $+1$, επειδή είναι αλκάλιο, και για το οξυγόνο είναι $-2$.

Αν $x$ είναι ο αριθμός οξείδωσης του $N$, θα ισχύει:

για το $KNO_3$ : $1\cdot(+1)+1\cdot x+3\cdot(-2)=0\Rightarrow x=5$.

Αν $y$ είναι ο αριθμός οξείδωσης του $Si$, θα ισχύει:

για το $SiO_3^{2-}$ : $1\cdot y+3\cdot(-2)=-2\Rightarrow y=4$.

ii. Η ηλεκτρονιακή δομή των ατόμων $K$ και $O$ με ατομικούς αριθμούς $19$ και $8$ αντίστοιχα είναι η εξής:

$K$: $K(2)$ $L(8)$ $M(8)$ $N(1)$

$O$: $K(2)$ $L(6)$

iii. Η ένωση $K_2O$ ονομάζεται οξείδιο του καλίου.

Το κάλιο ως μέταλλο έχει την τάση να αποβάλει ένα ηλεκτρόνιο, για να αποκτήσει δομή ευγενούς αερίου. Με τον τρόπο αυτό μετατρέπεται σε κατιόν $K^+$. Αντίστοιχα, το οξυγόνο ως αμέταλλο έχει την τάση να προσλάβει δύο ηλεκτρόνια και να μετατραπεί σε ανιόν $O^{2-}$. Κατά την αλληλεπίδραση των δύο στοιχείων, κάθε οξυγόνο προσλαμβάνει δύο ηλεκτρόνια, ένα από κάθε κάλιο.

Τα ιόντα $K^+$ και $O^{2-}$ που προκύπτουν έλκονται με ηλεκτροστατικές δυνάμεις και προκύπτει κρύσταλλος με χημικό τύπο $K_2O$.

2.2

α)

i. Είναι αποδεκτή μία από τις παρακάτω:

Το άζωτο είναι αδρανές αέριο (δεν προκαλεί ανεπιθύμητες χημικές αντιδράσεις στο εσωτερικό του αερόσακου).
Το άζωτο δεν είναι τοξικό (αποτελεί βασικό συστατικό του ατμοσφαιρικού αέρα που αναπνέουμε).
Το άζωτο είναι ασφαλές για τον άνθρωπο (αποτελεί βασικό συστατικό του ατμοσφαιρικού αέρα που αναπνέουμε).
Δεν καίγεται ούτε διατηρεί την καύση σε περίπτωση σύγκρουσης.

ii. Η σχετική μοριακή μάζα $M_r$ του $NaN_3$ είναι: $M_r=1\cdot 23+3\cdot 14=65$.

β) Η αντίδραση που λαμβάνει χώρα ανάμεσα στο παραγόμενο $Na$ και την υγρασία του αέρα είναι: $2Na(s)+2H_2O(g)\rightarrow 2NaOH(s)+H_2(g)$.

Τα προϊόντα της παραπάνω αντίδρασης είναι επίσης επικίνδυνα.

Το $NaOH$ είναι ισχυρή βάση και μπορεί να προκαλέσει πολύ σοβαρά χημικά εγκαύματα σε δέρμα, μάτια και αναπνευστικό σύστημα.

Επίσης το $H_2$ είναι πολύ εύφλεκτο αέριο και σε περίπτωση σύγκρουσης μπορεί να προκληθεί έκρηξη (και πυρκαγιά).

γ)

i. Από το διάγραμμα φαίνεται ότι, όταν αυξάνεται η θερμοκρασία, η πίεση αυξάνεται. Αυτό επαληθεύεται και από την καταστατική εξίσωση των ιδανικών αερίων.

$$P\cdot V=n\cdot R\cdot T$$

Αν τα μεγέθη $V$, $n$ και $R$ είναι σταθερά, τότε ο λόγος

$$\frac{P}{T}=\frac{n\cdot R}{V}$$

είναι σταθερός, άρα τα μεγέθη $P$ και $T$ είναι ανάλογα μεταξύ τους.

ii. Ο αερόσακος λειτουργεί με ασφάλεια, αν η τιμή της πίεσης κυμαίνεται μεταξύ $1,14$ και $1,30\ atm$. Σε τιμή πίεσης $1,14$ αντιστοιχεί θερμοκρασία $350\ K$, ενώ σε τιμή πίεσης $1,30$ αντιστοιχεί θερμοκρασία $400\ K$. Επομένως η ασφαλής λειτουργία του αερόσακου επιτυγχάνεται μεταξύ των τιμών θερμοκρασίας $350-400\ K$.