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) N2O3
Tlenek azotu (V) N2O3
• Nadtlenki - związki niektórych pierwiastków z grup 1, 2 i 12 z grupą dwu
atomów tlenu bezpośrednio związanych ze sobą
• Nadtlenek wodoru H2O2
• Nadtlenek potasu
K2O2
OTRZYMYWANIE TLENKÓW
• Bezpośrednia synteza
S + O2 → SO2
• Rozkład termiczny soli, wodorotlenków i tlenków
CaCO3 → CaO + CO2
• Utlenianie tlenków na niższych stopniach utlenienia
2SO2 + O2 → 2SO3
• Redukcja tlenków na wyższych stopniach utlenienia
CO2 + C → 2CO
• Spalanie związków organicznych
CH4 + 2O2 → CO2 + 2 H2O
OTRZYMYWANIE TLENKÓW
• Z niektórych wodorotlenków (nie litowców)
2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O
• W reakcji wymiany pojedynczej
Fe2O3 + 2Al → Al2O3 + 2Fe
WŁAŚCIWOŚCI TLENKÓW
• Tlenki zasadowe – reagują z wodą dając zasady, z kwasami dając sole
K2O, CaO
• Tlenki obojętne – nie reagują z wodą, kwasami i zasadami
NO, CO
• Tlenki kwasowe – reagują z wodą dając kwasy, z zasadami dając sole
CO2, N2O3, SO3, SO2
• Tlenki amfoteryczne – reagują z mocnymi kwasami i zasadami
ZnO, Al2O3, Cr2O3
TLENKI AMFOTERYCZNE
• Tlenek glinu
Al2O3 + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2O
Al2O3 + 2NaOH + 3H2O → 2Na[Al(OH)4]
• Tlenek cynku
ZnO + 2HCl → ZnCl2 + 2H2O
ZnO + 2NaOH + H2O → Na2[Zn(OH)4]
• Tlenek chromu(III)
Cr2O3 + 6HCl → 2CrCl3 + 3H2O
Cr2O3 + 2NaOH + 2H2O → 2Na[Cr(OH)4]
KWASY
• Związki o ogólnym wzorze
HnR
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
H2 +S → H2S (gaz)
H2S (gaz) + H2O → H2S (aq)
• Tlenowe - otrzymuje się w reakcji odpowiedniego tlenku - bezwodnika
kwasowego z wodą,
SO3 + H2O → H2SO4
• Tlenowe i beztlenowe - można również otrzymać poprzez działanie na sól
otrzymywanego kwasu, kwasem silniejszym
2NaCl + H2SO4 → Na2SO4 + 2HCl
REAKCJE KWASÓW
• Reakcja zobojętniania
NaOH + HCl → NaCl + H2O
• Tworzenie soli
- w reakcji z tlenkami
Na2O + 2HCl → 2 NaCl + H2O
- w reakcjach z metalami (szereg napięciowy metali)
HCl + Na → NaCl + H2
SZEREG NAPIĘCIOWY METALI
PASYWACJA
• Reakcja Al, Fe i Cr ze stężonym HNO3 na zimno
metale ulegają pasywacji (Al2O3 + NO2 + H2O)
• Reakcja Al, Fe i Cr ze stężonym HNO3 na gorąco
powstaje Fe(NO3)3 + NO2 +H2O
• Reakcja Al, Fe i Cr z rozcieńczonym HNO3 na zimno
powstaje Fe(NO3)2 + NO +H2O
PASYWACJA
• Reakcja Al, Fe i Cr ze stężonym H2SO4 na zimno
pasywacja
• Reakcja Al, Fe i Cr ze stężonym H2SO4 na gorąco
Fe2(SO4)3 + 2SO2 + H2O
• Reakcja Al, Fe i Cr z rozcieńczonym H2SO4 na zimno
powstaje
FeSO4 +H2
i wydziela się wodór
REAKCJE KWASÓW
UTLENIAJĄCYCH Z METALAMI
• Kwasy stężone
Cu + 2H2SO4(stęż.) → CuSO4 + SO2 + 2H2O
Cu + 4HNO3(stęż.) → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
• Rozcieńczone kwasy
3 Ag + 4HNO3(roz.) → 3 AgNO3 + NO + H2O
3Cu + 8HNO3(roz.) → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
H2SO4 reaguje z wydzieleniem wodoru lub nie reaguje
REAKCJE Z KWASAMI
UTLENIAJĄCYMI
• W pierwszy etapie tworzy się tlenek metalu
Cu + 2HNO3 → CuO + 2NO2 + H2O
• W drugim etapie tlenek reaguje z kwasem
CuO + 2HNO3 → Cu(NO3)2 + H2O
• Sumarycznie
Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
WODOROTLENKI
• Związki o ogólnym wzorze
M(OH)m
M - metal
m – wartościowość metalu
NaOH - wodorotlenek sodu
Fe(OH)2 - wodorotlenek żelaza (II)
Fe(OH)3 - wodorotlenek żelaza (III)
METODY OTRZYMYWANIA
WODOROTLENKÓW
• Reakcje odpowiedniego tlenku z wodą
CaO + H2O → Ca(OH)2
• Reakcje metalu 1 i 2 grupy układu okresowego z wodą
2Li + 2H2O → 2LiOH + H2
• Reakcja wodorków z wodą
2KH + H2O → 2KOH + H2
• Reakcja wymiany (dla trudno rozpuszczanych wodorotlenków)
CuSO4 + 2KOH → Cu(OH)2 + K2SO4
WODOROTLENKI AMFOTERYCZNE
• Reagują z mocnymi kwasami i mocnymi zasadami tworząc sole
Al(OH)3 + 3HCl → AlCl3 + 3H2O
2Al(OH)3 + 2NaOH → 2Na[Al(OH)4]
Al(OH)3 + NaOH → NaAlO2 + 2H2O
SOLE
• Związki o ogólnym wzorze
MnRm
M – metal
R – reszta kwasowa
n, m – współczynniki
MgCl2 – chlorek magnezu
Mg(NO3)2 – azotan (V) magnezu
Fe(NO3)2 - azotan (V) żelaza (II)
METODY OTRZYMYWANIA SOLI
• Reakcja metalu z niemetalem (sole kwasów beztlenowych)
2Na + Cl2 → 2NaCl
• Reakcja zobojętniania
2NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2H2O
• Reakcja metalu z kwasem
2Na + 2HCl → 2NaCl + H2
• Reakcja tlenku metalu z kwasem
CaO + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + H2O
• Reakcje wodorotlenku z bezwodnikiem kwasowym
2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O
• Reakcje tlenku metalu z bezwodnikiem kwasowym
CaO + CO2 → CaCO3
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
• Ag2O + 2HCl → 2AgCl + H2O
• Ag2O + tlenek niemetalu X ???
• AgOH + HCl → AgCl + H2O
• AgNO3 + NaCl → AgCl + NaNO3
WODOROSOLE I HYDROKSOSOLE
• Wodorosole
produkty niepełnego podstawienia wodorów w kwasach wielowodorowych
(wieloprotonowych)
Na2HPO4
wodorofosforan (V) sodu
NaH2PO4
dwuwodorofosforan (V) sodu
Hydroksosole
powstają w wyniku niezupełnego zobojętnienie grup hydroksylowych
wodorotlenków
Al(OH) Cl2
chlorek hydroksoglinu
Al(OH)2Cl
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 → ZnCl2 + H2O
Zn(OH)2 + 2HCl → ZnCl2 + 2H2O
• W reakcji z zasadami mają charakter kwasowy
ZnO + 2NaOH + H2O → Na2[Zn(OH)4]
Zn(OH)2 + 2NaOH → Na2[Zn(OH)4]
ZADANIE 2
• Przeprowadzono 3 doświadczenia mające na celu otrzymanie wodorotlenku
glinu:
a) Rozpuszczono w wodzie 0,02 mola Al2(SO4)3 i dodano 120 ml 0,5-molowego
roztworu NaOH
b) Rozpuszczono w wodzie 0,01 mola Al2(SO4)3 i dodano 120 ml 0,5-molowego
roztworu NaOH
c) Rozpuszczono w wodzie 0,005 mola Al2(SO4)3 i dodano 120 ml 0,5-molowego
roztworu NaOH.
W jakim przypadku zaobserwowano wytrącenie się białego osodu wodorotlenku
glinu. Odpowiedź uzasadnij.
ODPOWIEDŹ
Al2(SO4)3 + 6NaOH → 3Na2SO4 + 2Al(OH)3
n= 0,02mola
V=120 ml
Cm = 0,5 mol/dm3
Cm = n/V
n = Cm *V
n = 0,12 mola * 0,5 mol/dm3 = 0,06 mola
1 mol Al2(SO4)3 - 6 moli NaOH
0,02 mola Al2(SO4)3 - x moli NaOH
X = 0,12 mola
ilość do całkowitego strącenia
• Powstanie osad wodorotlenku
ODPOWIEDŹ
Al2(SO4)3 + 6NaOH → 3Na2SO4 + 2Al(OH)3
n= 0,01mola
V=120 ml
Cm = 0,5 mol/dm3
Cm = n/V
n = Cm *V
n = 0,12 mola * 0,5 mol/dm3 = 0,06 mola
1 mol Al2(SO4)3 - 6 moli NaOH
0,01 mola Al2(SO4)3 - y moli NaOH
y = 0,06 mola
ilość do całkowitego strącenia
• Powstanie osad wodorotlenku
ODPOWIEDŹ
Al2(SO4)3 + 6NaOH → 3Na2SO4 + 2Al(OH)3
n= 0,005mola
V=120 ml
Cm = 0,5 mol/dm3
Cm = n/V
n = Cm *V
n = 0,12 mola * 0,5 mol/dm3 = 0,06 mola
1 mol Al2(SO4)3 - 6 moli NaOH
0,005 mola Al2(SO4)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 cm3 2-molowego roztworu H3PO4
wprowadzono:
a) 6,9 g Na
b) 9,3 g Na2O
c) 8,0 g NaOH.
Po reakcji każdy rozwór odparowano. Podaj wzory sumaryczne powstałych
soli.
ZADANIE ODPOWIEDŹ
•
a)
6 Na + 2H3PO4 → 2 Na3PO4 + 3H2
m= 6,9g
V=50ml
M= 23g/mol
Cm=2 mol/dm3
n= m/M
Cm= n/V
n= Cm *V
n= 0,3 mola
Na : H3PO4
3
:
1
0,3 mola : 0,1 mola
•
wzór soli
Na3PO4
n=0,1 mola
ODPOWIEDŹ
• b)
6 Na2O + 2H3PO4 → 2 Na3PO4 + 3H2O
m= 9,3g
V=50ml
M= 62g/mol
Cm=2 mol/dm3
n= m/M
Cm= n/V
n= Cm *V
n= 0,15 mola
Na2O : H3PO4
3
:
2
0,15 mola : 0,1 mola
•
wzór soli
Na3PO4
n=0,1 mola
ODPOWIEDŹ
• b)
3 NaOH + H3PO4 → Na3PO4 + 3H2O
m= 8g
V=50ml
M= 40g/mol
Cm=2 mol/dm3
n= m/M
Cm= n/V
n= Cm *V
n= 0,2 mola
NaOH : H3PO4
3
:
1
0,2 mola : 0,1 mola
2 NaOH + H3PO4 → Na2HPO4 + 3H2O
•
wzór soli
Na2HPO4
n=0,1 mola
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:
- SO2
- CO
- P4O10
- NO2
ODPOWIEDŹ
• Substancja higroskopijna nie powinna reagować z substancją osuszaną
(powinna wiązać tylko wodę). Tylko CO spełnia ten warunek
SO2 + CoO → CaSO3
CO
P4O10 + 6H2O → 4H3PO4
3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO
ZADANIE 5
• Tlenek siarki (IV) przepuszczono przez zakwaszone roztwory wodne
- I) KMnO4
- II) K2CrO4
- III) CrCl3
- IV) CuSO4
W których doświadczeniach stwierdzono zmianę barwy roztworu? Przedstaw
odpowiednie równania reakcji.
ODPOWIEDŹ
SO2 + H2O → H2SO3
H2SO3 → 2H+ + SO32-
I)
2MnO4- + 5SO32- + 6H+ → 2Mn2+ + 5SO42- + 3H2O
fioletowy
II)
blado różowy
2CrO42- + 2H+ → Cr2O72- + H2O
żółty
pomarańczowy
Cr2O72- + 3SO32- + 8H+ → 2Cr2+ + 3SO42- + 4H2O
pomarańczowy
III)
i
IV) brak zmiany barwy
zielony
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)
Cr3+ +4OH- → [Cr(OH)4]zielony
2[Cr(OH)4]- + 3Cl2 + 8OH- → 6 Cl- + 2CrO42- + 8H2O
zielony
żółty
• Powodem zmiany była zmiana formy występowania Cr (VI)
2CrO42- + 2H+ → Cr2O72- + H2O
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
ODPOWIEDŹ
• Glin
2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2
2Al + 2NaOH +6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2
• Tlenek glinu
Al2O3 + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2O
Al2O3 + 2NaOH + 3H2O → 2Na[Al(OH)4]
• Wodorotlenek glinu
Al(OH)3 + 3HCl → AlCl3 + 3H2O
2Al(OH)3 + 2NaOH → 2Na[Al(OH)4]
ZADANIE 8
• W pojemnikach znajdują się próbki nawozów sztucznych:
- (NH4)2SO4
- NaNO3
- NH4NO3
- Ca(NO3)2
Zaproponuj metodę identyfikacji próbek za pomocą następujących
roztworów: NaOH, Na2CO3, BaCl2. 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 (NH4)2SO4 i NH4NO3
(NH4)2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2NH3 + 2H2O
NH4NO3 + NaOH → NaNO3 + NH3 + H2O
• Do tych probówek dodajemy BaCl2
• W probówce z (NH4)2SO4 wytrąca się biały osad BaSO4
• Do pozostałych 2 probówek dodajemy Na2CO3
• W probówce z Ca(NO3)2 wytrąci się osad
Ca(NO3)2 + Na2CO3 → CaCO3 + 2NaNO3
• Ostatnia probówka zawiera NaNO3