Zamknięcie działu 10
Słowniczek działu
- amfoteryczność — właściwość reagowania zarówno z kwasami, jak i zasadami (Al, Al(OH)₃, Zn, Zn(OH)₂).
- brąz — stop Cu i Sn (lub Cu i Al); twardszy niż mosiądz.
- cykl wapienny — CaCO₃ → CaO → Ca(OH)₂ → CaCO₃.
- glinian — jon [$\text{Al(OH)}_4$]⁻ lub AlO₂⁻; produkt rozpuszczania Al(OH)₃ w zasadzie.
- kwaśny deszcz — opady o pH < 5,6 ze względu na SO₂ i NO₂ w atmosferze.
- kwas utleniający — kwas, którego anion działa jako utleniacz (HNO₃, gorący stężony H₂SO₄).
- metal alkaliczny — pierwiastek grupy 1 (Li, Na, K…); reaguje z wodą, daje MOH + H₂.
- mosiądz — stop Cu i Zn.
- nadtlenek — związek z jonem O₂²⁻; Na₂O₂.
- pasywacja — ochronna warstwa tlenku (Al₂O₃, Cr₂O₃) hamująca dalszą korozję.
- ponadtlenek — związek z jonem O₂⁻; KO₂.
- proces Habera-Boscha — synteza NH₃ z N₂ i H₂ na katalizatorze Fe.
- smog — mieszanina zanieczyszczeń powietrza; smog fotochemiczny: NO₂ + UV → O₃.
- stal nierdzewna — stop Fe z Cr (≥10,5%) + Ni; pasywacja przez Cr₂O₃.
- synteza kontaktowa — produkcja H₂SO₄; SO₂ → SO₃ (V₂O₅, 450°C) → oleum → H₂SO₄.
- twardość czasowa (węglanowa) — od Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂; usuwalna przez gotowanie.
- twardość trwała (niekarbonatowa) — od CaSO₄, MgSO₄; nieusuwalna gotowaniem.
- termit — mieszanina Al i Fe₂O₃; reakcja w ~2500 °C.
- wapno gaszone [Ca(OH)₂] — produkt gaszenia CaO wodą; słabo rozpuszczalna zasada.
- wapno palone (CaO) — produkt kalcynacji CaCO₃; bardzo reaktywne.
- [R] atom centralny — jon metalu akceptujący wolne pary od ligandów w kompleksie.
- [R] jon kompleksowy — atom centralny + ligandy; zapis w nawiasach [].
- [R] liczba koordynacyjna — liczba wiązań koordynacyjnych atomu centralnego.
- [R] ligand — donor wolnej pary elektronowej; koordynuje do metalu.
- [R] wiązanie koordynacyjne — kowalencyjne; oba elektrony od donora.
W pigułce — dział 10
| Temat | Kluczowe równanie / fakt |
|---|---|
| Litowce + woda | $2\text{M} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{MOH} + \text{H}_2\uparrow$; reaktywność Li<Na<K |
| Litowce + O₂ | Li→Li₂O; Na→Na₂O₂; K→KO₂ (nadtlenek, ponadtlenek) |
| Cykl wapienny | CaCO₃ → CaO → Ca(OH)₂ → CaCO₃ |
| Twardość wody | Czasowa (węglanowa): gotowanie pomaga; trwała: nie |
| Pasywacja Al | Warstwa Al₂O₃; Al reaguje z NaOH (amfoteryczność) |
| Fe + kwasy | Nieutleniający → Fe²⁺ + H₂; utleniający (HNO₃) → Fe³⁺ + NO |
| Cu, Ag | Nie reagują z HCl; reagują z HNO₃ (utleniający) |
| H₂SO₄ (produkcja) | SO₂ → SO₃ (V₂O₅, 450°C) → oleum → H₂SO₄ |
| NH₃ (produkcja) | Haber-Bosch: N₂+3H₂→2NH₃ (Fe, 400–500°C, 150–300 atm) |
| Kwaśny deszcz | SO₂ + H₂O → H₂SO₃; NO₂ + H₂O → HNO₃ |
| SiO₂ | Nie reaguje z wodą; reaguje z HF i zasadami |
Sprawdzian działowy
Zadanie D10.1. Zaproponuj po jednym sposobie wykrycia jonów Ca²⁺ w próbce wody: (a) metodą strąceniową, (b) metodą termiczną.
Pokaż rozwiązanie
(a) Strąceniowa: dodaj roztworu Na₂CO₃ lub Na₂SO₄ — z Ca²⁺ wytrąci się biały osad CaCO₃ lub CaSO₄.
(b) Termiczna: zagotuj wodę. Jeśli wytrąca się biały osad (kamień), masz twardość węglanową — pochodzi od Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃ + H₂O + CO₂. To potwierdza obecność Ca²⁺ z twardości czasowej.
Zadanie D10.2. Podaj produkt reakcji (wzór i nazwę) oraz określ warunki: (a) Na z Cl₂; (b) Ca z O₂; (c) Al(OH)₃ z NaOH; (d) Fe z rozcieńczonym HNO₃; (e) SO₂ z O₂ (z katalizatorem).
Pokaż rozwiązanie
(a) 2Na + Cl₂ → 2NaCl (chlorek sodu); warunki: brak szczególnych, Fe reaguje gwałtownie z Cl₂.
(b) 2Ca + O₂ → 2CaO (tlenek wapnia/wapno palone); warunki: normalne.
(c) Al(OH)₃ + NaOH → NaAlO₂ + 2H₂O (glinian sodu); warunki: normalny rozcieńczony NaOH.
(d) Fe + 4HNO₃(rozc.) → Fe(NO₃)₃ + NO↑ + 2H₂O; produkt: azotan(V) żelaza(III); warunki: rozcieńczony HNO₃.
(e) 2SO₂ + O₂ → 2SO₃ (tritlenek siarki); katalizator V₂O₅, temp. 450°C.
Zadanie D10.3. Dlaczego stal nierdzewna „nie rdzewieje", a zwykła stal rdzewieje? Odwołaj się do pojęcia pasywacji.
Pokaż rozwiązanie
Zwykła stal (Fe + C): rdza Fe₂O₃·H₂O jest porowata — nie uszczelnia powierzchni. Tlen i woda mają dostęp do kolejnych warstw żelaza → korozja postępuje.
Stal nierdzewna zawiera min. 10,5% Cr. Chrom utlenia się natychmiast do Cr₂O₃ — szczelna, przezroczysta, twarda powłoka tlenku. To pasywacja: warstwa Cr₂O₃ odcina żelazo od O₂ i H₂O. Uszkodzenie powłoki? Cr utlenia się ponownie — samo się regeneruje.
Zadanie D10.4. [R] Jon kompleksowy $[\text{Fe(CN)}_6]^{4-}$: (a) podaj liczbę koordynacyjną i stopień utlenienia Fe; (b) wyjaśnij, czym jest wiązanie między Fe a CN⁻.
Pokaż rozwiązanie
(a) Sześć ligandów CN⁻ → l.k. = 6. Ładunek: x + 6(−1) = −4 → x = +2. Fe na stopniu +II (Fe²⁺). Nazwa: heksacyjanożelazian(II) [w odróżnieniu od heksacyjanożelazianu(III) z Fe³⁺].
(b) Wiązanie koordynacyjne — CN⁻ jest donorem (wolna para elektronowa na węglu); Fe²⁺ jest akceptorem (puste orbitale d). Para elektronowa pochodzi wyłącznie od CN⁻ → wiązanie jest kowalencyjne (koordynacyjne), nie jonowe.