WŁAŚCIWOŚCI NIEKTÓRYCH PIERWIASTKÓW I ICH ZWIĄZKÓW NIEORGANICZNYCH

WŁAŚCIWOŚCI NIEKTÓRYCH PIERWIASTKÓW I ICH ZWIĄZKÓW NIEORGANICZNYCH

PODZIAŁ ZWIĄZKÓW NIEORGANICZNYCH Tlenki (kwasowe, zasadowe, amfoteryczne, obojętne) Związki niemetali Kwasy (tlenowe, beztlenowe) Wodorotlenki (zasadowe, amfoteryczne) Sole (tlenowe, beztlenowe)

TLENKI Związki pierwiastków z tlenem Tlenek wapnia CaO Tlenek azotu (III) N 2 O 3 Tlenek azotu (V) N 2 O 3 Nadtlenki - związki niektórych pierwiastków z grup 1, 2 i 12 z grupą dwu atomów tlenu bezpośrednio związanych ze sobą Nadtlenek wodoru H 2 O 2 Nadtlenek potasu K 2 O 2

OTRZYMYWANIE TLENKÓW Bezpośrednia synteza S + O 2 SO 2 Rozkład termiczny soli, wodorotlenków i tlenków CaCO 3 CaO + CO 2 Utlenianie tlenków na niższych stopniach utlenienia 2SO 2 + O 2 2SO 3 Redukcja tlenków na wyższych stopniach utlenienia CO 2 + C 2CO Spalanie związków organicznych CH 4 + 2O 2 CO 2 + 2 H 2 O

OTRZYMYWANIE TLENKÓW Z niektórych wodorotlenków (nie litowców) 2Al(OH) 3 Al 2 O 3 + 3H 2 O W reakcji wymiany pojedynczej Fe 2 O 3 + 2Al Al 2 O 3 + 2Fe

WŁAŚCIWOŚCI TLENKÓW Tlenki zasadowe reagują z wodą dając zasady, z kwasami dając sole K 2 O, CaO Tlenki obojętne nie reagują z wodą, kwasami i zasadami NO, CO Tlenki kwasowe reagują z wodą dając kwasy, z zasadami dając sole CO 2, N 2 O 3, SO 3, SO 2 Tlenki amfoteryczne reagują z mocnymi kwasami i zasadami ZnO, Al 2 O 3, Cr 2 O 3

TLENKI AMFOTERYCZNE Tlenek glinu Al 2 O 3 + 6HCl 2AlCl 3 + 3H 2 O Al 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O 2Na[Al(OH) 4 ] Tlenek cynku ZnO + 2HCl ZnCl 2 + 2H 2 O ZnO + 2NaOH + H 2 O Na 2 [Zn(OH) 4 ] Tlenek chromu(iii) Cr 2 O 3 + 6HCl 2CrCl 3 + 3H 2 O Cr 2 O 3 + 2NaOH + 2H 2 O 2Na[Cr(OH) 4 ]

KWASY Związki o ogólnym wzorze H n R R reszta kwasowa n wartościowość reszty kwasowej Podział kwasów: - beztlenowe - tlenowe

OTRZYMYWANIE KWASÓW Beztlenowe - otrzymuje się poprzez syntezę odpowiedniego wodorku i rozpuszczenie go w wodzie H 2 +S H 2 S (gaz) H 2 S (gaz) + H 2 O H 2 S (aq) Tlenowe - otrzymuje się w reakcji odpowiedniego tlenku - bezwodnika kwasowego z wodą, SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 Tlenowe i beztlenowe - można również otrzymać poprzez działanie na sól otrzymywanego kwasu, kwasem silniejszym 2NaCl + H 2 SO 4 Na 2 SO 4 + 2HCl

REAKCJE KWASÓW Reakcja zobojętniania NaOH + HCl NaCl + H 2 O Tworzenie soli - w reakcji z tlenkami Na 2 O + 2HCl 2 NaCl + H 2 O - w reakcjach z metalami (szereg napięciowy metali) HCl + Na NaCl + H 2

SZEREG NAPIĘCIOWY METALI

Reakcja Al, Fe i Cr ze stężonym HNO 3 na zimno metale ulegają pasywacji (Al 2 O 3 + NO 2 + H 2 O) Reakcja Al, Fe i Cr ze stężonym HNO 3 na gorąco powstaje Fe(NO 3 ) 3 + NO 2 +H 2 O Reakcja Al, Fe i Cr z rozcieńczonym HNO 3 na zimno powstaje Fe(NO 3 ) 2 + NO +H 2 O PASYWACJA

PASYWACJA Reakcja Al, Fe i Cr ze stężonym H 2 SO 4 na zimno pasywacja Reakcja Al, Fe i Cr ze stężonym H 2 SO 4 na gorąco Fe 2 (SO 4 ) 3 + 2SO 2 + H 2 O Reakcja Al, Fe i Cr z rozcieńczonym H 2 SO 4 na zimno powstaje FeSO 4 +H 2 i wydziela się wodór

Kwasy stężone REAKCJE KWASÓW UTLENIAJĄCYCH Z METALAMI Cu + 2H 2 SO 4(stęż.) CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O Cu + 4HNO 3(stęż.) Cu(NO 3 ) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O Rozcieńczone kwasy 3 Ag + 4HNO 3(roz.) 3 AgNO 3 + NO + H 2 O 3Cu + 8HNO 3(roz.) 3Cu(NO 3 ) 2 + 2NO + 4H 2 O H 2 SO 4 reaguje z wydzieleniem wodoru lub nie reaguje

REAKCJE Z KWASAMI UTLENIAJĄCYMI W pierwszy etapie tworzy się tlenek metalu Cu + 2HNO 3 CuO + 2NO 2 + H 2 O W drugim etapie tlenek reaguje z kwasem CuO + 2HNO 3 Cu(NO 3 ) 2 + H 2 O Sumarycznie Cu + 4HNO 3 Cu(NO 3 ) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

WODOROTLENKI Związki o ogólnym wzorze M - metal m wartościowość metalu M(OH) m NaOH - wodorotlenek sodu Fe(OH) 2 - wodorotlenek żelaza (II) Fe(OH) 3 - wodorotlenek żelaza (III)

METODY OTRZYMYWANIA WODOROTLENKÓW Reakcje odpowiedniego tlenku z wodą CaO + H 2 O Ca(OH) 2 Reakcje metalu 1 i 2 grupy układu okresowego z wodą 2Li + 2H 2 O 2LiOH + H 2 Reakcja wodorków z wodą 2KH + H 2 O 2KOH + H 2 Reakcja wymiany (dla trudno rozpuszczanych wodorotlenków) CuSO 4 + 2KOH Cu(OH) 2 + K 2 SO 4

WODOROTLENKI AMFOTERYCZNE Reagują z mocnymi kwasami i mocnymi zasadami tworząc sole Al(OH) 3 + 3HCl AlCl 3 + 3H 2 O 2Al(OH) 3 + 2NaOH 2Na[Al(OH) 4 ] Al(OH) 3 + NaOH NaAlO 2 + 2H 2 O

SOLE Związki o ogólnym wzorze M n R m M metal R reszta kwasowa n, m współczynniki MgCl 2 chlorek magnezu Mg(NO 3 ) 2 azotan (V) magnezu Fe(NO 3 ) 2 - azotan (V) żelaza (II)

METODY OTRZYMYWANIA SOLI Reakcja metalu z niemetalem (sole kwasów beztlenowych) 2Na + Cl 2 Reakcja zobojętniania 2NaCl 2NaOH + H 2 SO 4 Na 2 SO 4 Reakcja metalu z kwasem 2Na + 2HCl 2NaCl + H 2 Reakcja tlenku metalu z kwasem + 2H 2 O CaO + 2HNO 3 Ca(NO 3 ) 2 + H 2 O Reakcje wodorotlenku z bezwodnikiem kwasowym 2NaOH + CO 2 Na 2 CO 3 + H 2 O Reakcje tlenku metalu z bezwodnikiem kwasowym CaO + CO 2 CaCO 3

ZADANIE 1 Którymi z zaproponowanych metod można otrzymać chlorek srebra: - metal + kwas - tlenek metalu + kwas - tlenek metalu + tlenek niemetalu - wodorotlenek + kwas - sól + sól?

ZADANIE - ODPOWIEDŹ Ag + HCl x Ag 2 O + 2HCl 2AgCl + H 2 O Ag 2 O + tlenek niemetalu X??? AgOH + HCl AgCl + H 2 O AgNO 3 + NaCl AgCl + NaNO 3

WODOROSOLE I HYDROKSOSOLE Wodorosole produkty niepełnego podstawienia wodorów w kwasach wielowodorowych (wieloprotonowych) Na 2 HPO 4 wodorofosforan (V) sodu NaH 2 PO 4 dwuwodorofosforan (V) sodu Hydroksosole powstają w wyniku niezupełnego zobojętnienie grup hydroksylowych wodorotlenków Al(OH) Cl 2 chlorek hydroksoglinu Al(OH) 2 Cl chlorek dwuhydroksoglinu

AMFOTERYCZNOŚĆ właściwość niektórych tlenków i odpowiadających im wodorotlenków polegająca na tym, że w zależności od charakteru chemicznego drugiego reagenta są albo kwasami albo zasadami, np.: tlenek i wodorotlenek cynku, glinu, miedzi W reakcji z kwasami mają charakter zasadowy ZnO + 2HCl ZnCl 2 + H 2 O Zn(OH) 2 + 2HCl ZnCl 2 + 2H 2 O W reakcji z zasadami mają charakter kwasowy ZnO + 2NaOH + H 2 O Na 2 [Zn(OH) 4 ] Zn(OH) 2 + 2NaOH Na 2 [Zn(OH) 4 ]

ZADANIE 2 Przeprowadzono 3 doświadczenia mające na celu otrzymanie wodorotlenku glinu: a) Rozpuszczono w wodzie 0,02 mola Al 2 (SO 4 ) 3 i dodano 120 ml 0,5-molowego roztworu NaOH b) Rozpuszczono w wodzie 0,01 mola Al 2 (SO 4 ) 3 i dodano 120 ml 0,5-molowego roztworu NaOH c) Rozpuszczono w wodzie 0,005 mola Al 2 (SO 4 ) 3 i dodano 120 ml 0,5-molowego roztworu NaOH. W jakim przypadku zaobserwowano wytrącenie się białego osodu wodorotlenku glinu. Odpowiedź uzasadnij.

ODPOWIEDŹ Al 2 (SO 4 ) 3 + 6NaOH 3Na 2 SO 4 + 2Al(OH) 3 n= 0,02mola V=120 ml C m = 0,5 mol/dm 3 C m = n/v n = C m *V n = 0,12 mola * 0,5 mol/dm 3 = 0,06 mola 1 mol Al 2 (SO 4 ) 3-6 moli NaOH 0,02 mola Al 2 (SO 4 ) 3 - x moli NaOH X = 0,12 mola ilość do całkowitego strącenia Powstanie osad wodorotlenku

ODPOWIEDŹ Al 2 (SO 4 ) 3 + 6NaOH 3Na 2 SO 4 + 2Al(OH) 3 n= 0,01mola V=120 ml 1 mol Al 2 (SO 4 ) 3-6 moli NaOH 0,01 mola Al 2 (SO 4 ) 3 - y moli NaOH y = 0,06 mola C m = 0,5 mol/dm 3 C m = n/v n = C m *V ilość do całkowitego strącenia Powstanie osad wodorotlenku n = 0,12 mola * 0,5 mol/dm 3 = 0,06 mola

ODPOWIEDŹ Al 2 (SO 4 ) 3 + 6NaOH 3Na 2 SO 4 + 2Al(OH) 3 n= 0,005mola V=120 ml C m = 0,5 mol/dm 3 C m = n/v n = C m *V n = 0,12 mola * 0,5 mol/dm 3 = 0,06 mola 1 mol Al 2 (SO 4 ) 3-6 moli NaOH 0,005 mola Al 2 (SO 4 ) 3 - x moli NaOH X = 0,03 mola ilość do całkowitego strącenia Powstanie osad wodorotlenku, który rozpuści się w nadmiarze odczynnika

ZADANIE 3 Do trzech probówek zawierających po 50 cm 3 2-molowego roztworu H 3 PO 4 wprowadzono: a) 6,9 g Na b) 9,3 g Na 2 O c) 8,0 g NaOH. Po reakcji każdy rozwór odparowano. Podaj wzory sumaryczne powstałych soli.

ZADANIE ODPOWIEDŹ a) 6 Na + 2H 3 PO 4 2 Na 3 PO 4 + 3H 2 m= 6,9g V=50ml M= 23g/mol C m =2 mol/dm 3 n= m/m C m = n/v n= C m *V n=0,1 mola n= 0,3 mola wzór soli Na 3 PO 4 Na : H 3 PO 4 3 : 1 0,3 mola : 0,1 mola

ODPOWIEDŹ b) 6 Na 2 O + 2H 3 PO 4 2 Na 3 PO 4 + 3H 2 O m= 9,3g V=50ml M= 62g/mol C m =2 mol/dm 3 n= m/m C m = n/v n= C m *V n=0,1 mola n= 0,15 mola wzór soli Na 3 PO 4 Na 2 O : H 3 PO 4 3 : 2 0,15 mola : 0,1 mola

ODPOWIEDŹ b) 3 NaOH + H 3 PO 4 Na 3 PO 4 + 3H 2 O m= 8g V=50ml M= 40g/mol C m =2 mol/dm 3 n= m/m C m = n/v n= C m *V n=0,1 mola n= 0,2 mola NaOH : H 3 PO 4 3 : 1 0,2 mola : 0,1 mola 2 NaOH + H 3 PO 4 Na 2 HPO 4 + 3H 2 O wzór soli Na 2 HPO 4

ZADANIE 4 Tlenek wapnia gwałtownie łączy się z wodą i dzięki temu służy do osuszania różnych substancji. Którą z poniższych substancji można osuszyć przepuszczając ją przez warstwę CaO: - SO 2 - CO - P 4 O 10 - NO 2

ODPOWIEDŹ Substancja higroskopijna nie powinna reagować z substancją osuszaną (powinna wiązać tylko wodę). Tylko CO spełnia ten warunek SO 2 + CoO CaSO 3 CO P 4 O 10 + 6H 2 O 4H 3 PO 4 3NO 2 + H 2 O 2HNO 3 + NO

ZADANIE 5 Tlenek siarki (IV) przepuszczono przez zakwaszone roztwory wodne - I) KMnO 4 - II) K 2 CrO 4 - III) CrCl 3 - IV) CuSO 4 W których doświadczeniach stwierdzono zmianę barwy roztworu? Przedstaw odpowiednie równania reakcji.

ODPOWIEDŹ SO 2 + H 2 O H 2 SO 3 H 2 SO 3 2H + + SO 3 2- I) 2MnO 4 - + 5SO 3 2- + 6H + 2Mn 2+ + 5SO 4 2- + 3H 2 O fioletowy blado różowy II) 2CrO 2-4 + 2H + Cr 2 O 2-7 + H 2 O żółty pomarańczowy Cr 2 O 2-7 + 3SO 2-3 + 8H + 2Cr 2+ + 3SO 2-4 + 4H 2 O pomarańczowy zielony III) i IV) brak zmiany barwy

ZADANIE 6 Do roztworu siarczanu (VI) chromu (III) dodano kolejno wodorotlenku sodu i wody chlorowej. Zaobserwowano zmianę barwy roztworu z zielonej na żółtą. Następnie dodano kwasu siarkowego (VI) i roztwór zmienił barwę na pomarańczową. Wyjaśnij jakie procesy chemiczne były przyczyną zmian barwy roztworów Zapisz równanie zachodzących reakcji w postaci jonowej

ODPOWIEDŹ Powodem zmiany barwy było utlenienie chromu z Cr (III) do Cr (VI) Cr 3+ +4OH - [Cr(OH) 4 ] - zielony 2[Cr(OH) 4 ] - + 3Cl 2 + 8OH - 6 Cl - + 2CrO 2-4 + 8H 2 O zielony żółty Powodem zmiany była zmiana formy występowania Cr (VI) 2CrO 2-4 + 2H + Cr 2 O 2-7 + H 2 O żółty pomarańczowy

ZADANIE 7 Zaproponuj doświadczenie potwierdzające właściwości amfoteryczne glinu, tlenku glinu i wodorotlenku glinu. Podaj odpowiednie równania reakcji. W celu otrzymanie tetrahydroksoglinianu potasu rozpuszczono 7,8 g wodorotlenki glinu w 40-procentowym roztworze wodorotlenku potasu o gęstości d=1,4 g/ml. Oblicz ile ml wodorotlenku potasu zużyto w doświadczeniu

Glin ODPOWIEDŹ 2Al + 6HCl 2AlCl 3 + 3H 2 2Al + 2NaOH +6H 2 O 2Na[Al(OH) 4 ] + 3H 2 Tlenek glinu Al 2 O 3 + 6HCl 2AlCl 3 + 3H 2 O Al 2 O 3 + 2NaOH + 3H 2 O 2Na[Al(OH) 4 ] Wodorotlenek glinu Al(OH) 3 + 3HCl AlCl 3 + 3H 2 O 2Al(OH) 3 + 2NaOH 2Na[Al(OH) 4 ]

ZADANIE 8 W pojemnikach znajdują się próbki nawozów sztucznych: - (NH 4 ) 2 SO 4 - NaNO 3 - NH 4 NO 3 - Ca(NO 3 ) 2 Zaproponuj metodę identyfikacji próbek za pomocą następujących roztworów: NaOH, Na 2 CO 3, BaCl 2. Odpowiedź uzasadnij odpowiednimi równaniami reakcji chemicznych.

ODPOWIEDŹ Pobieramy próbki i rozpuszczamy w wodzie Dodajemy stężony NaOH i ogrzewamy W 2 probówkach wydziela się gazowy amoniak (NH 4 ) 2 SO 4 i NH 4 NO 3 (NH 4 ) 2 SO 4 + 2NaOH Na 2 SO 4 + 2NH 3 + 2H 2 O NH 4 NO 3 + NaOH NaNO 3 + NH 3 + H 2 O Do tych probówek dodajemy BaCl 2 W probówce z (NH 4 ) 2 SO 4 wytrąca się biały osad BaSO 4 Do pozostałych 2 probówek dodajemy Na 2 CO 3 W probówce z Ca(NO 3 ) 2 wytrąci się osad Ca(NO 3 ) 2 + Na 2 CO 3 CaCO 3 + 2NaNO 3 Ostatnia probówka zawiera NaNO 3