Pobierz - Chemia VII LO Zielona Góra

Zakres materiału do sprawdzianu - I klasy LO - Systematyka związków
nieorganicznych - część I : TLENKI , WODORKI I WODOROTLENKI + przykładowe
zadania
I. TLENKI - to związki dwuskładnikowe tlenu z pierwiastkami metalicznymi
i niemetalicznymi, których atomy tlenu lub aniony tlenowe tworzą wiązania tylko
z danym pierwiastkiem (nie łączą się między sobą) o ogólnym wzorze EmOn lub EO
jeżeli m = n, gdzie m - wartościowość pierwiastka a n = 2 (wartościowość tlenu)
Tlenki grupy 1, 2 i 13 u.o.p. chem.
Grupa 1: E2O
Li2O - tlenek litu,
Na2O - tlenek sodu,
K2O - tlenek patasu
Grupa 2 : EO
BeO - tlenek berylu,
MgO - tlenek magnezu,
CaO - tlenek wapnia
Grupa 13: E2O3
B2O3 - tlenek boru,
Al2O3 - tlenek glinu,
Ga2O3 - tlenek galu
Wyjątek: Tl2O - tlenek talu(I)
Tl2O3 - tlenek talu(III)
Tlenki pierwiastków pozostałych grup - pierwiastki
w związkach z tlenem mogą przyjąć różne
wartościowości, czyli mogą tworzyć kilka tlenków,
w nazwie systematycznej należy podać
wartościowość pierwiastka:
N2O - tlenek azotu(I),
NO - tlenek azotu(II)
N2O3 - tlenek azotu(III), NO2 - tlenek azotu(IV)
N2O5 - tlenek azotu(V)
Cl2O - tlenek chloru(I), Cl2O6 - tlenek chloru(VI)
Cl2O7 - tlenek chloru(VII)
SO2 - tlenek siarki(IV),
SO3 - tlenek siarki(VI)
SiO - tlenek krzemu(II), SiO2 - tlenek krzemu(IV)
MnO - tlenek manganu(II)
Mn2O3 - tlenek manganu(III)
MnO2 - tlenek manganu(IV)
Mn2O7 - tlenek manganu(VII)
Podział tlenków ze względu na charakter chemiczny
Tlenki zasadowe - nie
reagują z zasadami, ale
reagują z wodą dając
wodorotlenki zasady
lub reagują z kwasami i
tlenkami kwasowymi
dając sole
Reagujące z wodą
dając zasady - tlenki
litowców
i magnezowców,
Reagujące z kwasami tlenki metali
pozostałych grup,
które nie są tlenkami
kwasowymi lub
amfoterycznymi
Tlenki kwasowe - nie
reagują z kwasami, ale
reagują z wodą dając
kwasy tlenowe lub reagują
z zasadami i tlenkami
zasadowymi dając sole
CO2
SO2; SO3
N2O3; NO2 (N2O4); N2O5
P2O3; P2O5 (P4O10)
B2O3
Br2O; BrO2
Cl2O; Cl2O6; Cl2O7
I2O5
SiO2(reaguje z silnymi
zasadami
CrO3; Mn2O7
Tlenki
amfoteryczne
- reagują
zarówno z
kwasami jak
i zasadami
BeO
Cr2O3
MnO2
ZnO
Al2O3
H2O (w teorii
kwasów i
zasad
Brӧnsteda)
Tlenki
obojętne - nie
reagują z
wodą, z
kwasami
i zasadami
N2O
NO,
SiO
CO
1. Metody otrzymywanie tlenków
* synteza z pierwiastków
2H2 + O2 2 H2O
2Mg+ O2  2MgO
S + O2  SO2
C + O2  CO2
4Al + 3O2  2Al2O3
* spalanie związków organicznych
CH4 + 2O2  CO2 + 2H2O
C2H5OH + 3O2  2CO2 + 3H2O
* utlenianie tlenków
2SO2 + O2  2SO3
2CO + O2  2CO2
2NO + O2  2NO2
* redukcja tlenków
3Fe2O3 + C  2Fe3O4 + CO
*termiczny rozkład niektórych soli kwasów tlenowych
MgCO3  MgO + CO2
* rozkład niektórych tlenków
N2O3  NO + NO2
* termiczny rozkład niektórych wodorotlenków
2Fe(OH)3  Fe2O3 + 3H2O
Cu(OH)2  CuO + H2O
* rozkład nietrwałych kwasów tlenowych
3HNO2  2NO + HNO3 + H2O
H2CO3  CO2 + H2O
*rozkład kwasów utleniających w reakcji z metalami (np.: Cu, Ag, Hg, Bi)
Cu + 2H2SO4(stęż)  CuSO4 + SO2 + 2H2O
3Cu + 8HNO3(rozcień.) 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Ag + 2HNO3(stęż)  AgNO3 + NO2 + H2O
*spalanie niektórych związków nieorganicznych
4NH3 + 5O2  4NO + 6H2O
2H2S + 3O2  2SO2 + 2H2O
2. Właściwości fizyczne tlenków
a) tlenki metali: substancje stałe o budowie krystalicznej, większość tlenków jest
związkami jonowymi, sieć krystaliczną tworzą kationy metali i aniony tlenowe O2-,
- w wodzie rozpuszczają się tylko tlenki litowców i berylowców z wyjątkiem tlenku
berylu,
- w stanie nie przewodzą prądu elektrycznego, w stanie stopionym są przewodnikami
prądu,
b) tlenki niemetali - związki o wiązaniach kowalencyjnych lub kowalencyjnych
spolaryzowanych
- z reguły substancje gazowe, rzadziej ciała stałe (SO3, P4O10, SiO2, N2O5) lub ciecze
(H2O, N2O3), w temp. poniżej temp. topnienia tworzą kryształy cząsteczkowe o niskiej
temp. topnienia.
3. Właściwości chemiczne:
a) tlenki zasadowe reagujące z wodą lub kwasami i tlenkami kwasowymi - tylko
litowców i berylowców z wyjątkiem tlenku berylu:
K2O + H2O  2KOH
Na2O + 2HCl  2NaCl + H2O
Li2O + CO2  Li2CO3
BaO + H2O  Ba(OH)2
MgO + H2SO4  MgSO4 + H2O
CaO + CO2  CaCO3
b) tlenki kwasowe (bezwodniki kwasów tlenowych) - reagują z wodą, wodorotlenkami,
tlenkami zasadowymi (patrz 3a) lub tylko z mocnymi zasadami (SiO2) :
SO2 + H2O  H2SO3
P4O10 + 6H2O  4H3PO4
N2O4 + H2O  HNO3 + HNO2
N2O3 + H2O  2HNO2
Ca(OH)2 + CO2  CaCO3 + H2O
2NaOH + SO2  Na2SO3 + H2O
2KOH + N2O5  2KNO3 + H2O
2NaOH + SiO2  Na2SiO3 + H2O
c) tlenki amfoteryczne - reagują zarówno z kwasami jak i mocnymi zasadami
Al2O3 + 6HCl  2AlCl3 + 3H2O
Al2O3 + 2NaOH + 3H2O  2Na[Al(OH)4] po podgrzaniu  2NaAlO2 + 4H2O
ZnO + 2HCl  ZnCl2 + H2O
ZnO + 2KOH + H2O  K2[Zn(OH)4]
po podgrzaniu  K2ZnO2 + 2H2O
d) wartościowość metalu w tlenku a charakter chemiczny tlenku - wraz ze wzrostem
stopnia utlenienia (liczby atomów tlenu w cząsteczce tlenku niektórych matali bloku d
spada udział wiązań jonowych a wzrasta udział wiązań kowalencyjnych) charakter
tlenków z reguły zmienia się od właściwości zasadowych poprzez amfoteryczne do
kwasowych.
Zasadowy
Amfoteryczny
Kwasowy
CrO
Cr2O3
CrO3
MnO; Mn2O3
MnO2
Mn2O7
II. WODORKI - są to dwuskładnikowe związki wodoru z innymi pierwiastkami
Wodorki
Pierwiastki grupy 16 i 17 u.o.p.
chem.
HnE gdzie n to wartościowość
pierwiastka, jeżeli n = 1 to ogólny
wzór HE
- grupa 16:
* H2O - tlenek wodoru
* H2S - siarkowodór,
* H2Se - selenowodór,
- grupa 17:
* HF - fluorowodór,
* HCl - chlorowodór,
* HBr - bromowodór,
* HI - jodowodór
Pierwiastki grupy od 1 do 15 u.o.p.chem.
EHn gdzie n to wartościowość pierwiastka,
jeżeli n = 1 to ogólny wzór EH
- grupa 1:
* LiH - wodorek litu,
* NaH - wodorek sodu,
* KH - wodorek potasu,
* RbH - wodorek rubidu,
- grupa 2:
*BeH2 - wodorek berylu,
*MgH2 - wodorek magnezu,
*CaH2 - wodorek wapnia,
- grupa 14:
* CH4 - metan,
* SiH4 - monosilan,
- grupa 15:
* NH3 - amoniak,
* PH3 - fosfina (fosforiak)
*AsH3 - arseniak
Podział wodorków ze względu na charakter chemiczny (w reakcji z wodą)
Kwasowe - dobrze rozpuszczają się w wodzie dając kwasy beztlenowe:
HF - fluorowodór, HCl - chlorowodór, HBr - bromowodór, HI - jodowodór,
H2S, - siarkowodór, H2Se - selenowodór, H2Te - tellurowodór
HCl + H2O → H3O+ + Cl- ; kwas chlorowodorowy,
H2S + 2H2O → 2H3O+ + S2- ; kwas siarkowodorowy.
Zasadowe - reagują z wodą dając wodorotlenki : LiH - wodorek litu, NaH - wodorek
sodu, KH - wodorek potasu, RbH - wodorek rubidu, BeH2 - wodorek berylu, MgH2 wodorek magnezu, CaH2 - wodorek wapnia, a także NH3 - amoniak,
PH3 - fosfina (bardzo słabe).
KH + H2O →KOH + H2 ; wodorotlenek potasu + wodór,
CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2 ; wodorotlenek wapnia + wodór
NH3 + H2O → NH3·H2O ; woda amoniakalna (wodny roztwór amoniaku)
Obojętne - nie rozpuszczają się w wodzie i nie reagują z nią:
CH4 - metan; SiH4 - monosilan
Amfoteryczne - w zależności rodzaju substratu może być kwasem lub zasadą : H2O
Właściwości fizyczne wodorków :
a) Wodorki metali są związkami typu soli, tworzą kryształy jonowe, w węzłach sieci
krystalicznej znajdują się kationy metalu i aniony wodorowe H- , tego typu wodorki
tworzą metale grupy 1, 2 oraz metale bloku d i f,
b) Wodorki pierwiastków grupy 14, 15, 16, 17 są związkami kowalencyjnymi lub
o wiązaniach kowalencyjnych spolaryzowanych, przede wszystkim gazy,
stan ciekły H2O, HF.
Otrzymywanie wodorków - synteza z pierwiastków w określonych warunkach
zewnętrznych (uv, temp., ciśnienie, katalizator itp.), np.:
H2 + Cl3  2HCl (uv)
H2 + F2  2HF (samorzutnie)
H2 + Br2  2HBr (temp.)
Ca + H2  CaH2 (temp.)
III. WODOROTLENKI - to związki chemiczne zbudowane z kationu metalu i jednej lub
kilku grup wodorotlenowych (-OH)
- ogólny wzór wodorotlenku (m = 1) MeOH , gdzie m to wartościowość metalu,
- ogólny wzór wodorotlenku (m ≠ 1) Me(OH)m, Me - kation metalu
1. Wodorotlenki grupy 1: MeOH (m = 1)
*LiOH - wodorotlenek litu;
Li - OH
2. Wodorotlenki grupy 2: Me(OH)2 (m = 2)
* Ca(OH)2 - wodorotlenek wapnia;
3. Wodorotlenki grupy 13: Me(OH)3 (m = 3)
* Al(OH)3 - wodorotlenek glinu
HO - Ca - OH
HO - Al - OH
ǀ
OH
4. Metale pozostałych grup u.o.p. chem. mogą posiadać różną wartościowość i tworzyć
kilka różnych wodorotlenków, w związku z tym w ich nazwie należy podać
wartościowość metalu (stopień utlenienia);
Fe(OH)2 - wodorotlenek żelaza(II)
HO - Fe - OH
Fe(OH)3 - wodorotlenek żelaza(III)
HO - Fe - OH
|
OH
1. Otrzymywanie wodorotlenków
1. Aktywny metal + woda → wodorotlenek + wodór
2K + 2H2O → 2KOH + H2, (zapis cząsteczkowy) wodorotlenek potasu
2K + 2H2O → 2K+ + 2OH- + H2, (zapis jonowy)
Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2, (zapis cząsteczkowy) wodorotlenek wapnia
Ca + 2H2O → Ca2+ + 2OH- + H2, (zapis jonowy)
2. Tlenek aktywnego metalu + woda → wodorotlenek
Na2O + H2O → 2NaOH, (zapis cząsteczkowy) wodorotlenek sodu
Na2O + H2O → 2Na+ + 2OH- (zapis jonowy)
SrO + H2O → Sr(OH)2 (zapis cząsteczkowy) wodorotlenek strontu
SrO + H2O → Sr2+ + 2OH- (zapis jonowy)
3. Wodorek zasadowy + woda → wodorotlenek + wodór
KH + H2O → KOH + H2 (zapis cząsteczkowy) wodorotlenek potasu
KH + H2O → K+ + OH- + H2 (zapis jonowy)
Uwaga: w zależności od stosunków stechiometrycznych powyższe równania reakcji
wodorków metali grupy 1 i 2: można zapisać również:
2KH + H2O  K2O + H2
CaH2 + H2O  CaO + H2
CaH2 + 2HO  Ca(OH)2 + H2
4. Sól metalu mało aktywnego + zasada → wodorotlenek nierozpuszczalny w wodzie + sól
metalu aktywnego
CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ + Na2SO4 (zapis cząsteczkowy)
wodorotlenek miedzi(II) + siarczan(VI) sodu
Cu2+ + SO42- + 2Na+ + 2OH- → Cu(OH)2↓ + 2Na+ + SO42- (zapis jonowy)
Cu2+ + 2OH- → Cu(OH)2↓ (zapis skrócony)
2. Podział wodorotlenków
a) Zasadowe - reagują z kwasami lub tlenkami kwasowymi → sól + woda (patrz
otrzymywanie soli),
b) Amfoteryczne - reagują zarówno z zasadami i kwasami, ważniejsze wodorotlenki
amfoteryczne i ich liczby koordynacyjne: Be(OH)2 (4); Al(OH)3 (4 lub 6) ;
Zn(OH)2 (4) ; Cr(OH)3 (najczęściej 6); Mn(OH)4 (6).
W przypadku przytoczonych wodorotlenków liczba koordynacyjna jest
równoznaczna z liczbą grup OH- połączonych z atomem centralnym, czyli kationem
metalu, liczba ta jest większa od wartościowości metalu, natomiast ładunek ujemny
anionu kompleksowego z kationem metalu jest równy liczbie dodatkowych grup OH- połączonych z kationem metalu, np.:
Zn(OH)2 + 2OH-  [Zn(OH)4]2- ;
Al(OH)3 + OH-  [Al(OH)4]- ;
Al(OH)3 + 3OH-  [Al(OH)6]3*reakcja silną zasadą
Zn(OH)2 + 2NaOH → Na2[Zn(OH)4] (zapis cząsteczkowy), tetrahroksocynkanian sodu
(czterowodrotlenocynkanian(II) sodu
Uwaga: produkt powyższy można zapisać:
-2H2O
Na2[Zn(OH)4]

Na2ZnO2 [cynkanian(II) sodu]
Zn(OH)2 + 2Na+ + 2OH- → 2Na+ + [Zn(OH)4]2- (zapis jonowy)
Zn(OH)2 + 2OH- → [Zn(OH)4]2- (zapis skrócony)
*reakcja z kwasem
Zn(OH)2 + 2HCl → ZnCl2 + 2H2O (zapis cząsteczkowy) chlorek cynku(II)
Zn(OH)2 + 2H+ + 2Cl- → Zn2+ + 2Cl- + 2H2O (zapis jonowy)
3. Właściwości wodorotlenków
Substancje stałe o budowie krystalicznej, sieć krystaliczną tworzą kationy metalu
i aniony wodorotlenowe, mają z reguły wysokie temp. topnienia, w stanie stałym
nie przewodzą prądy elektrycznego, rozpuszczalne w wodzie (zasady) lub stopione
są przewodnikami prądu elektrycznego.
a) Wodorotlenki litowców i berylowców (z wyjątkiem wodorotlenku berylu
i magnezu) dobrze rozpuszczają się w wodzie tworząc mocne zasady (wodorotlenki
nierozpuszczające się w wodzie nie są zasadami), rozpuszczając się w wodzie ulegają
dysocjacji elektrolitycznej (jonowej):
H2O
H2O
NaOH ↔ Na + OH-
Ca(OH)2 ↔ Ca2+ + 2OH-
+
b) Zasadowość wodorotlenków wzrasta w grupie wraz ze wzrostem liczby atomowej
Z metalu, natomiast maleje w okresie w wraz ze wzrostem liczby atomowej Z metalu.
Przykładowe zadania i proponowane rozwiązania
1. Zapisz równania reakcji chemicznych w formie cząsteczkowej przemian chemicznych
przedstawionych na poniższym schemacie, dobierając ewentualnie drugi substrat reakcji,
produktom nadaj nazwy systematyczne:
D
A
Ca
B
C
CaO
Ca(OH)2
CaCO3
E
A) 2Ca + O2  CaO
B) CaO + H2O  Ca(OH)2
C) Ca(OH)2  CaCO3 + H2O
D) CaCO3  CaO + CO2 (temp.)
E) Ca(OH)2  CaO + H2O (temp.)
2. Ze zbioru tlenków: SO3, SiO, Fe2O3, Cr2O3 , SiO2, NO, SrO, SiO wybierz: a) reagujący
z wodą i zasadą, b) reaguje z wodą i tlenkiem kwasowym, c) reaguje zarówno z kwasem jak
i zasadą d) reaguje wyłącznie z mocną zasadą, e) reaguje wyłącznie z kwasem, f) nie reaguje
z wodą, ani kwasem, z zasadą. Zapisz odpowiednie równania reakcji chemicznych tych tlenków.
a) SO3 + H2O  H2SO4;
SO3 + 2NaOH  Na2SO4 + H2O
b) SrO + H2O  Sr(OH)2;
SrO + CO2  SrCO3
c) Cr2O3 + 6HI  2CrI3 + 3H2O;
Cr2O3 + 6NaOH + 3H2O  2Na3[Cr(OH)6]
d) SiO2 + 2NaOH  Na2SiO3 + H2O
e) F2O3 + 6HBr  2FeBr3
f) NO; SiO
3. Poniższy zbiór tlenków: Na2O Cs2O, MgO, K2O, CaO, Rb2O uszereguj wg wzrastającego
charakteru zasadowego.
MgO < CaO < Na2O < K2O < Rb2O < Cs2O
4. Polecenie jak wyżej:
D
A
K
B
KO2
C
K2O
KOH
A) K + O2  KO2 (ponadtlenek potasu)
B) KO2 + 3K  2K2O (tlenek potasu)
C) K2O + H2O  2KOH (wodorotlenek potasu)
D) 2K + 2H2O  2KOH + H2 (wodorotlenek potasu + wodór)
5. Poniższy zbiór wodorków podziel na grypy wg charakteru chemicznego w reakcji
z wodą: a) kwasowe, b) zasadowe, c) obojętne, d) amfoteryczne: NH3, CH4, CaH2,
HCl, H2O, LiH, SiH4, H2S,HI. Zapisz po jednym równaniu reakcji chemicznej
wodorku amfoterycznego z e) wodorkiem zasadowym oraz f) wodorkiem
kwasowym:
a) HCl, H2S, HI;
c) CH4, SiH4;
b) CaH2 ,LiH, NH3;
d) H2O,
e) LiH + H2O  LiOH + H2
H2O
+
f) HI + H2O  H3O + I
lub HI ↔ H+ + I6. Z tabeli rozpuszczalności soli i wodorotlenków dobierz substraty, które w wyniku
reakcji ich wodnych roztworów dadzą wodorotlenek chromu(III) - zapisz
równania reakcji w formie cząsteczkowej, jonowej, jonowej skróconej, zaproponuj
metodę rozdzielenia produktów reakcji
Wybrana substraty: CrI3 oraz NaOH
CrI3 + 3NaOH  Cr(OH)3 + 3NaI
Cr3+ + 3I- + 3Na+ + 3OH-  Cr(OH)3 + 3Na+ + 3ICr3+ + 3OH-  Cr(OH)3
Przesączenie reagentów prze bibułę filtracyjną oraz przepłukanie osadu
wodorotlenku chromu(III) nierozpuszczalnego w wodzie, wodą destylowaną na
bibule, pozostałości substratów i drugi produkt są w roztworze i przejdą do
przesączu.
7. Zapisz równania reakcji chemicznych (w formie cząsteczkowej) wodorotlenku glinu
wskazujące na jego charakter amfoteryczny (przyjmij liczbę koordynacyjną 6),
produktom reakcji nadaj nazwy systematyczne:
Al(OH)3 + 3KOH  K3[Al(OH)6]
sześciowodorotlenoglinian potasu
(heksahydroksoglinian potasu)
Al(OH)3 + 3HCl  AlCl3 + 3H2O
chlorek glinu + woda
8. Dokończ poniższe równania reakcji chemicznych lub zapisz, że reakcja nie zachodzi:
a) Fe2O3 + H2O  r. nie zachodzi,
b) Na2O + H2O  2NaOH
c) Mg + 2H2O  Mg(OH)2 + H2,
d) Cu + H2O  reakcja nie zachodzi,
e) 2Li + 2H2O  2LiOH + H2
f) ZnO + H2O  r. niezachodni,
g) CuSO4 + 2KOH  Cu(OH)2 + K2SO4
h) 2Fe(OH)2 + O2 + H2O  2Fe(OH)3
g) FeCl3 + 3NaOH  Fe(OH)3 + 3NaCl
9. Dysponując wodorem, tlenem i węglanem(IV) wapnia, zaproponuj cykl przemian
prowadzących od otrzymania wodorotlenku wapnia:
a) prażenie węglanu wapnia: CaCO3  CaO + CO2
b) spalenie wodoru : 2H2 + O2  2H2O
c) „gaszenie” wapna palonego wodą: CaO + H2O  Ca(OH)2.
10. Zapisz obserwacje w probówkach A, C, D doświadczenia przedstawionego na rys.
Na
Al2O3
A
CaO
B
C
Woda + fenoloftaleina
a) zawartość probówki A i C przyjmie barwę malinową,
b) w probówce B nie obserwuje się żadnych zmian.
11.
NH3
A
B
C
CH4
D
HBr
Woda + fenoloftaleina
Woda + oranż metylowy
Polecenie jak w zadaniu 7:
a) zawartość probówki A przyjmie barwę malinową,
b) w probówkach B i C nie obserwuje się zmian,
c) zawartość probówki D zmieni się z barwy żółtej (pomarańcz.) na barwę czerwoną.