Procesy wieloetapowe – chemia nieorganiczna / cz. I Przykładowe zadania z rozwiązaniem: reakcje z udziałem Al i jego związków, reakcje z udziałem Mg i jego związków, reakcje z udziałem Cu i jej związków, reakcje z udziałem Na i jego związków, reakcje z udziałem Cr i jego związków.

Zadanie 1 Dobierając ewentualny substrat oraz warunki, zapisz równania reakcji w formie cząsteczkowej, jonowej i jonowej skróconej (jeżeli reakcje zachodzą miedzy jonami lub między jonami i cząsteczkami) procesów przedstawionych na poniższym schemacie (chemografie). Na podstawie równań reakcji sformułuj wnioski. Al2O3 Al AlCl3 Al(OH)3 [Al(OH)4]K KAlO2 [Al(OH)6]Na3 Na3AlO3 VI XV III V I II IV VII X XII XIV IX VIII XIII XI

Zadanie 1 - rozwiązanie I. reakcja wymiany pojedynczej, chlorek glinu jest rozpuszczalny w wodzie: 2 Al + 6 HCl(aq)  AlCl3 + 3 H2↑ 2 Al + 6 H+ + 6 Cl-  2 Al3+ + 6 Cl- + 3 H2↑ 2 Al + 6 H+  2 Al3+ + 3 H2↑ II. reakcja strącana wodorotlenku glinu, który jest praktycznie nierozpuszczalny w wodzie: AlCl3 + 3 NaOH  Al(OH)↓ + 3 NaCl Al3+ + 3 Cl- + 3 Na+ + 3 OH-  Al(OH)3↓+ 3 Na+ + 3 Cl- Al3+ + 3 OH-  Al(OH)3↓ III. prażenie wodorotlenku glinu i eliminacja wody konstytucyjnej, Al2O3 jest nierozpuszczalny w wodzie: 2 Al(OH)3  Al2O3 + 3 H2O T

Zadanie 1 – rozwiązanie / cd IV i V. roztwarzanie wodorotlenku glinu i tlenku glinu roztworem wodnym mocnej zasady w podwyż. temp., tertrahydroksoglinan potasu jest rozpuszczalny w wodzie: Al(OH)3 + KOH  [Al(OH)4] Al(OH)3 + K+ + OH-  [Al(OH)4]- + K+ Al(OH)3 + OH-  [Al(OH)4]- V. : Al2O3 + 2 KOH + 3 H2O  2 [Al(OH)4]K Al2O3 + 2 K+ + 2 OH- + 3 H2O 2 [Al(OH)4]- + 2 K+ Al2O3 + 2 OH- + 3 H2O 2 [Al(OH)4]- T T T T

Zadanie 1 – rozwiązanie / cd VI. roztwarzanie glinu w wodnym roztworze mocnej zasady, tetrahydroksoglinian potasu jest rozpuszczalny w wodzie: 2 Al + 2 KOH + 6 H2O  2 [Al(OH)4]K + 3 H2↑ 2 Al + 2 K+ + 2 OH- + 6 H2O  2 [Al(OH)4]- + 2 K+ + 3 H2↑ 2 Al + 2 OH- + 6 H2O  2 [Al(OH)4]- + 3 H2↑ VII. prażenie tetrahydroksoglinianu i eliminacja wody konstytucyjnej, produktem jest metaglinian potasu [Al(OH)4]K  KAlO2 + H2O [Al(OH)4]- + 2 K+  KAlO2 + H2O T T

Zadanie 1 – rozwiązanie / cd VIII. roztwarzanie glinu w nadmiarze wodnego roztworu mocnej zasady, heksahydroksoglinian sodu jest rozpuszczalny w wodzie: 2 Al + 6 NaOH + 6 H2O  2 [Al(OH)6]Na3 + 3 H2↑ 2 Al + 6Na+ + 6OH- + 6H2O  2 [Al(OH)6]3- + 6 Na+ + 3H2↑ 2 Al + 6 OH- + 6 H2O  2 [Al(OH)6]3- + 3 H2↑ IX i X. roztwarzanie wodorotlenku glinu i tlenku glinu w nadmiarze roztworu wodnego mocnej zasady w podwyż. temp., heksahydroksoglinan sodu jest rozpuszczalny w wodzie: Al(OH)3 + 3 NaOH  [Al(OH)6]Na3 Al(OH)3 + 3 Na+ + 3 OH-  [Al(OH)6]3- + 3 Na+ Al(OH)3 +3 OH-  [Al(OH)6]3- T T

Zadanie 1 – rozwiązanie / cd X. : Al2O3 + 6 NaOH + 3 H2O  2 [Al(OH)6]Na3 Al2O3 + 6 Na+ + 6 OH- + 3 H2O  2 [Al(OH)6]3- + 6 Na+ Al2O3 + 6 OH- + 3 H2O  2 [Al(OH)6]3- XI. prażenie heksahydroksoglinianu i eliminacja wody konstytucyjnej, produktem jest ortoglinian sodu: [Al(OH)6]Na3  Na3AlO3 + 3 H2O [Al(OH)6]3- + 3 Na+  Na3AlO3 + 3 H2O T T T T

Zadanie 1 – rozwiązanie / cd XII i XIII. prażenie stałego wodorotlenku glinu / tlenku glinu ze stałym wodorotlenkiem sodu: Al2O3 + 6 NaOH  2 Na3AlO3 + 3 H2O Al(OH)3 + 3 NaOH  Na3AlO3 + 3 H2O XIV i XV. roztwarzanie wodrotlenku / tlenku glinu w kwasie chlorowodorowym: Al(OH)3 + 3 HCl  AlCl3 + 3 H2O Al(OH)3 + 3 H+ + 3 Cl-  Al3+ + 3 Cl- + 3 H2O Al(OH)3 + 3 H+  Al3+ + 3 H2O Al2O3 + 6 HCl  2 AlCl3 + 3 H2O Al2O3 + 6 H+ + 6 Cl-  2 Al3+ + 6 Cl- + 3 H2O Al2O3 + 6 H+  2 Al3+ + 3 H2O T T

Zadanie 1 – rozwiązanie / cd Wnioski: metaliczny glin wykazuje właściwości amfoteryczne, ponieważ reaguje z kwasami, jak i z wodnymi roztworami mocnych zasad, wodorotlenek glinu posiada właściwości amfoteryczne, w środowisku kwasowym wykazuje zasadowe, a w środowisku zasadowym wykazuje właściwości kwasowe tworząc odpowiednie sole / związki kompleksowe, tlenek glinu posiada właściwości amfoteryczne, w środowisku kwasowym wykazuje zasadowe, a w środowisku zasadowym wykazuje właściwości kwasowe tworząc odpowiednie sole / związki kompleksowe, kwasy glinowe nie występują w stanie wolnym, ale znane są sole kwasów glinowych.

Zadanie 2 z rozwiązaniem Zapisz równania reakcji w formie cząsteczkowej i jonowej przemian przedstawionych na poniższym chemografie. MgCO3 Mg MgO MgI2 MgCl2 Mg(HCO3)2 Mg(OH)2 Mg2C3 C3H4 MgCO3 Mg(HSO4)2 MgSO4 I. redukcja węglanu magnezu glinem w podwyższonej temperaturze - aluminotermmia: 3 MgCO3 + 2 Al  3 Mg + Al2(CO3)2 IX / H2O, I2 VII / T I / T, Al II / T, CO2 X / Cl2(g) III / H2O, CO2 VI / H2O XII / H2O VIII / T XI / T, C IV/Na3PO4(aq), Na2CO3(aq) XIII / H2SO4 V / T XIV / H2SO4 T

Zadanie 2 – rozwiązanie / cd II. utlenienie magnezu w atmosferze CO2 (wprowadzenie rozżarzonego Mg): 2 Mg + CO2  2 MgO + C III. proces krasu – chemicznej erozji skał węglanowych i powstawania twardości węglanowej wody: MgCO3 + CO2 + H2O ↔ Mg(HCO3)2 MgCO3 + CO2 + H2O ↔ Mg2+ + 2 HCO3- IV. wytrącanie kationów Mg2+ z roztworu – usuwanie twardości wody metodą sodową i fosforanową: Mg(HCO3)2 + Na2CO3  MgCO3↓+ 2 NaHCO3 Mg2+ + 2HCO3- + 2Na+ + CO32-  MgCO3↓ + 2Na+ + 2HCO3- 3 Mg(HCO3)2 + 2 Na3PO4  Mg3(PO4)2↓+ 6 NaHCO3 3 Mg2+ + 6 HCO3- + 6 Na+ + 2 PO43-  Mg3(PO4)2 ↓ + + 6 Na+ + 6HCO3- T

Zadanie 2 – rozwiązanie / cd V. usuwanie twardości wody węglanowej (wytrącanie kationów Mg2+) w trakcie gotowania wody: Mg(HCO3)2  MgCO3↓+ H2O + CO2 Mg2+ + 2 HCO3-  MgCO3↓+ H2O + CO2 MgCO3↓+ H2O  Mg(OH)2↓ + CO2 VI. rekcja magnezu z wodą, wodorotlenek magnezu jest praktycznie nierozpuszczalny w wodzie: Mg + 2 H2O  Mg(OH)2↓ + H2 VII. termiczny rozkład węglanu magnezu: MgCO3  MgO + CO2 T T T T

Zadanie 2 – rozwiązanie / cd VIII. termiczny rozkład wodorotlenku magnezu – usuwanie wody konstytucyjnej: Mg(OH)2  MgO + H2O IX. synteza jodku magnezu z pierwiastków w obecności katalizatora – wody: Mg + I2  MgI2↓ X. wypieranie jodu z soli przez aktywniejszy fluorowiec: MgI2 + Cl2(g)  MgCl2 + I2(g) Mg2+ + 2 I- + Cl2(g) Mg2+ + 2 Cl- + I2(g) T H2O

Zadanie 2 – rozwiązanie / cd XI. otrzymywanie węglika magnezu (allilek) – spiekanie tlenku magnezu z węglem : 2 MgO + 5 C  Mg2C3 + 2 CO XII. hydroliza węglika magnezu w środowisku obojętnym: Mg2C3 + 4 H2O  CH ≡ C – CH3 + 2 Mg(OH)2 XIII. wypieranie z soli mocnego kwasu bardziej lotnego (HCl) przez mocny kwas mniej lotny (H2SO4): MgCl2 + H2SO4  MgSO4 + HCl(g)↑ Mg2+ + 2 H+ + SO42-  Mg2+ + SO42- + 2 H+ + 2 Cl- XIV. otrzymywanie wodorosoli: MgSO4 + H2SO4  Mg(HSO4)2 Mg2+ + SO42- + 2 H+ + SO42-  Mg2+ + 2 HSO4- (2 H+ + 2 SO42-) T

Zadanie 3 Dobierając ewentualny substrat oraz warunki, zapisz równania reakcji w formie cząsteczkowej, lub jonowej skróconej (jeżeli reakcje zachodzą miedzy jonami lub między jonami i cząsteczkami) procesów przedstawionych na poniższym schemacie (chemografie), podaj barwę związków miedzi w reagentach. CuS Cu2S Cu2O Cu Cu2++ SO2 Cu(OH)2 [Cu(OH)4]2- Cu2+ + NO2 CuO Cu Ag Cu2+ + NO X Y II I VIII/T, HCOOH III VI VII X IX V XII/ AgNO3(aq) XI/T,C2H5OH IV XIII/ C2H4(OH)2 XIV/T, CH3COOH

Zadanie 3 – rozwiązanie Dobierając ewentualny substrat oraz warunki, zapisz równania reakcji w formie cząsteczkowej lub jonowej, lub jonowej skróconej (jeżeli reakcje zachodzą miedzy jonami lub między jonami i cząsteczkami) procesów przedstawionych na poniższym schemacie (chemografie). Podaj barwę miedzi i jej związków w reagentach. I. redukcja miedzi w podwyższonej temperaturze: Cu2S + 2 Cu2O  6 Cu + SO2 szara + czerwona  różowa II. redukcja miedzi węglem w podwyższonej temperaturze: Cu2O + C  2 Cu + CO czerwona  różowa T T

Zadanie 3 – rozwiązanie / cd III. reakcja syntezy w podwyższonej temperaturze: Cu + S  CuS różowa  niebieskoszara IV. roztwarzanie Cu w rozcieńczonym roztworze HNO3: 3 Cu + 8 NO3-(roz) + 8 H+ 3 Cu2+ + 6 NO3- + 2 NO↑ + 4H2O różowa  niebieska (uwodniony) V. roztwarzanie miedzi w stężonym roztworze HNO3: Cu + 4 NO3-(stęż) + 4 H+ Cu2+ + 2 NO3- + 2 NO2↑ + 2 H2O różowa  niebieska (uwodniony) VI. roztwarzanie miedzi w stężonym roztworze H2SO4: Cu + 2 SO42-(stęż) + 4 H+ Cu2+ + SO42- + SO2↑ + 2 H2O T

Zadanie 3 – rozwiązanie / cd VII. wytrącanie osadu wodorotlenku miedzi(II) roztworem zasady sodowej: Cu2+ + 2 OH-  Cu(OH)2↓ niebieska niebieski osad VIII. próba Trommera – utlenienie kwasu metanowego: 2 Cu(OH)2 + HCOO- + H+  CO↑ + 2 H2O + Cu2O↓ niebieski osad  ceglastoczerwony osad IX. termiczny rozkład wodorotlenku miedzi(II): Cu(OH)2  CuO + H2O niebieski osad  czarny osad T T

Zadanie 3 – rozwiązanie / cd X. roztwarzanie wodorotlenku miedzi(II) roztworem NaOH, powstający tetrahydroksymiedzian(II) sodu jest rozpuszczalny w wodzie: Cu(OH)2 + 2 OH-  [Cu(OH)4]2- niebieski osad  niebieski roztwór XI. utlenienie etanolu przez wprowadzenie miedzi pokrytej tlenkiem miedzi(II) w pary etanolu: CH3-CH2-OH + CuO  CH3-CHO + Cu + H2O czarna różowa XII. Wypieranie z soli metalu mniej aktywnego (Ag) przez metal aktywniejszy (Cu): 2 Ag+ + Cu  Cu2+ + 2 Ag różowa niebieski roztwór T

Zadanie 3 – rozwiązanie / cd XIII. roztwarzanie wodorotlenku miedzi(II) glikolem – wykrywanie związków polihydroksylowych: H H / OH / OH CH2 – O / CH2 – O / | + Cu  | Cu CH2 – O \ CH2 – O \ \ OH \ OH H H niebieski osad  szafirowy roztwór XIV. roztwarzanie tlenku miedzi(II) w podwyższonej temperaturze kwasem etanowym (octowym): CuO + 2 H+  Cu2+ + H2O czarna  niebieski roztwór T

Zadanie 4 Dobierając ewentualny substrat oraz warunki, zapisz równania reakcji w formie cząsteczkowej i jonowej, (jeżeli reakcje zachodzą miedzy jonami lub między jonami i cząsteczkami) procesów przedstawionych na poniższym schemacie (chemografie). NaCl Na Na2O2 Na2O NaOH NaHCO3 NaH Na2CO3 Na2SO4 Na2SO3 [Be(OH)4]Na2 XII VII V I II III IV IX VI X VIII XIII XIV XI XV

Zadanie 4 – rozwiązanie I. otrzymywanie sodu w elektrolizie stopionego NaCl: NaCl  Na+ + Cl- K(-): Na+ + 1 e-  Na A(+): 2 Cl-  Cl2 + 2 e- II. spalanie / utlenianie sodu w tlenie: 2 Na + O2  Na2O2 III. redukcja nadtlenku sodu: Na2O2 + 2 Na  2 Na2O IV. roztwarzanie tlenku sodu w wodzie: Na2O + H2O  2 Na+ + OH- V. roztwarzanie nadtlenku sodu w wodzie: Na2O2 + 2 H2O  2 NaOH + H2O2 T

Zadanie 4 – rozwiązanie / cd VI. synteza wodorku sodu z pierwiastków w podwyższonej temperaturze: 2 Na + H2  2 NaH VII. roztwarzanie sodu w wodzie: 2 Na + 2 H2O  2 Na+ + 2 OH- + H2↑ VIII. roztwarzanie wodorku sodu w wodzie NaH + H2O  Na+ + OH- + H2 IX. wysycanie wodnego roztworu NaOH nadmiarem tlenku węgla(IV): Na+ + OH- + CO2  Na+ + HCO3- T H2O

Zadanie 4 – rozwiązanie / cd X. termiczny rozkład wodorowęglanu sodu lub zobojętnianie roztworu wodorowęglanu roztworem NaOH: 2 NaHCO3  Na2CO3 + H2O↑ + CO2↑ Na+ + HCO3- + Na+ + OH-  2 Na+ + CO32- + H2O XI. wypieranie z soli kwasu słabego przez kwas mocny: 2 Na+ + CO32- + 2H+ + 2 Cl-  2 Na+ + 2 Cl- + CO2↑ + H2O XII. synteza pierwiastków (spalanie sodu w atmosferze chloru) lub wypieranie przez sód z soli chlorkowej metalu o mniejszej aktywności: 2 Na + Cl2  2 NaCl Cu2+ + 2 Cl- + 2 Na  Cu↓ + 2 Na+ + 2 Cl- T

Zadanie 4 – rozwiązanie / cd XIII. roztwarzanie wodorotlenku berylu w nadmiarze roztworu zasady sodowej: Be(OH)2 + 2 Na+ + 2 OH-  [Be(OH)4]2- + 2 Na+ XIV. wysycanie wodnego roztworu zasady sodowej tlenkiem siarki(IV): 2 Na+ + 2 OH- + SO2  2 Na+ + SO32- + H2O XII. utlenianie siarczanu(IV) sodu roztworem KMnO4 w środowisku kwasowym, obojętnym lub zasadowym: środowisko kwasowe 5 Na2SO3 + 3 H2SO4 + 2 KMnO4   5 Na2SO4 + K2SO4 + 2 MnSO4 + 3 H2O 10 Na+ + 5 SO32- + 6 H+ + 3 SO42- + 2 K+ + 2 MnO4-   10 Na2+ + 8 SO42- + 2 K+ + 2 Mn2+ + 3 H2O

Zadanie 4 – rozwiązanie / cd środowisko obojętne 3 Na2SO3 + H2O + 2 KMnO4  3 Na2SO4 + 2 KOH + 2 MnO2↓ 6 Na+ + 3 SO32- + H2O + 2 K+ + 2 MnO4-   6 Na2+ + 3 SO42- + 2 KOH + 2 MnO2↓ środowisko zasadowe Na2SO3 + 2 KOH + 2 KMnO4  Na2SO4 + 2 K2MnO4 + H2O 2 Na+ + SO32- + 2 K+ + 2 OH- + 2 K+ + 2 MnO4-   2 Na2+ + SO42- + 4 K+ + 2 MnO42- + H2O

Zadanie 5 Dobierając ewentualne substraty oraz warunki, zapisz równania reakcji w formie cząsteczkowej procesów z udziałem chromu i jego związków przedstawionych na poniższym schemacie (chemografie). K2Cr2O7 K2CrO4 CrO3 H2CrO4 CH3-CHO (NH4)2Cr2O7 Na2Cr2O7 Cr2O3 Cr CrCl3 Cr(OH)3 FeO∙Cr2O3 CrCl2 Cr(OH)2 Na2CrO4 [Cr(OH)4]Na XV/H+ XVII/H2SO4 XVIII XIX/T XVI/OH- XX XIV / KNO3, KOH II / T VII / T I / T, C V III/T, Al VI XI / H+, Zn IV XII XIII / T X / H2SO4 IX / H2O2, NaOH VIII

Zadanie 5 – rozwiązanie I. redukcja dichromianu(VI) sodu węglem do tlenku chromu(III) w podwyższonej temperaturze: Na2Cr2O7 + 2 C  Cr2O3 + Na2CO3 + CO↑ II. termiczny rozkład dichromianu(VI) amonu: (NH4)2Cr2O7  Cr2O3 + N2↑+ 4 H2O III. redukcja tlenku chromu(III) glinem w podwyższonej temperaturze - aluminotermia: Cr2O3 + 2 Al  2 Cr + Al2O3 IV. redukcja chromitu FeCr2O4 węglem w podwyższonej temperaturze: FeO∙Cr2O3 + 4 C  2 Cr + Fe + 4 CO↑ T T T T

Zadanie 5 – rozwiązanie / cd V. synteza chlorku chromu(III) z pierwiastków w podwyższonej temperaturze: 2 Cr + 3 Cl2  2 CrCl3 brawa początkowa zielona, w trakcie rozpuszczania w wodzie przechodzi do jasnozielonej i w fioletową VI. strącanie osadu wodorotlenku chromu(III) z wodnego roztworu soli wodnym roztworem zasady: CrCl3 + 3 NaOH  Cr(OH)3↓ + 3 NaCl VII. termiczny rozkład wodorotlenku chromu(III): 2 Cr(OH)3  Cr2O3 + 3 H2O VIII. roztwarzanie Cr(OH)3 wodnym roztworem zasady: Cr(OH)3 + NaOH  [Cr(OH)4]Na T T

Zadanie 5 – rozwiązanie / cd IX. utlenienie tetrachromianu(III) w środowisku zasadowym: 2 [Cr(OH)4]Na + 3 H2O2 + 2 NaOH  2 Na2CrO4 + 8 H2O X. przejście chromianów(VI) w środowisku kwasowym w dichromiany(VI): 2 Na2CrO4 + H2SO4  Na2Cr2O7 + Na2SO4 + H2O XI. redukcja chlorku chromu(III) do (bezbarwnego) chlorku chromu(II) w środowisku kwasowym: 2 CrCl3 + Zn  2 CrCl2 + ZnCl2 XII. strącanie (brunatnego) wodorotlenku chromu(II) roztworem mocnej zasady: CrCl2 + 2 NaOH  Cr(OH)2↓ + 2 NaCl H+

Zadanie 5 – rozwiązanie / cd XIII. termiczny rozkład wodorotlenku chromu(II): 2 Cr(OH)2  Cr2O3 + H2O + H2 XIV. utlenienie chromu w tlenku chromu(III) do chromianu(VI) w środowisku zasadowym: Cr2O3 + 3 KNO3 + 4 KOH  2 K2CrO4 + 3 KNO2 + 2 H2O XV. przejście chromianów(VI) w środowisku kwasowym w dichromiany(VI): 2 K2CrO4 + H2SO4  K2Cr2O7 + K2SO4 + H2O XVI. przejście dwuchromianów(VI) w środowisku zasadowym w chromiany(VI): K2Cr2O7 + 2 KOH  2 K2CrO4 + H2O T

Zadanie 5 – rozwiązanie / cd XVII. otrzymywanie bezwodnika kwasu chromowego(VI): K2CrO4  CrO3 + K2SO4 + H2O XVIII. roztwarzanie tlenku chromu(VI) w wodzie CrO3 + H2O  H2CrO4 XIX i XX. utlenianie etanolu: 3 CH3-CH2-OH + K2Cr2O7 + 4 H2SO4   3 CH3-CHO + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7 H2O 3 CH3-CH2-OH + 2 CrO3  3 CH3-CHO + Cr2O3 + 3 H2O Uwaga: kolorowa czcionka określa przybliżoną barwę związków chromu. T