Chem do MaturyDziałyMapy myśli

Niemetale i ich związki – zadania maturalne z chemii

10
zadań
23
polecenia
13
poleceń otwartych z oceną
1
lekcji interaktywnych

Aktywność chemiczna fluorowców i właściwości wybranych niemetali

Próbki metali — Cu · Al · Fe · Mg · Zn · Na
Próbki metali — Cu · Al · Fe · Mg · Zn · Na

### Aktywność fluorowców Fluorowce to pierwiastki 17. grupy układu okresowego (fluor, chlor, brom, jod, astat). Są one typowymi niemetalami, które w stanie wolnym występują w postaci dwuatomowych cząsteczek. Ich elektroujemność maleje w dół grupy, co przekłada się na to, że silniejszymi utleniaczami są te leżące wyżej w układzie okresowym (F₂ > Cl₂ > Br₂ > I₂). Z tego faktu wynika jedna z najważniejszych reguł chemii fluorowców: **bardziej aktywny fluorowiec wypiera mniej aktywny fluorowiec z roztworu jego soli.** Wykorzystuje się to często w zadaniach laboratoryjnych. ### Doświadczenie: Wypieranie fluorowców Wyobraźmy sobie dodanie wody chlorowej (roztworu chloru) do bezbarwnego roztworu bromku potasu (KBr). Chlor jest bardziej elektroujemny i silniej przyciąga elektrony, więc ulega redukcji, utleniając jony bromkowe do wolnego bromu. Reakcję w formie jonowej skróconej można opisać równaniem: Cl₂ + 2Br⁻ → 2Cl⁻ + Br₂ Roztwór zmieni barwę z bezbarwnej na żółto-pomarańczową, pochodzącą od wolnego bromu. Jeśli dodatkowo wlejemy do mieszaniny rozpuszczalnik organiczny (np. chloroform lub toluen) i wstrząśniemy, ułatwimy obserwację: wolny brom wyekstrahuje do warstwy organicznej, barwiąc ją na kolor pomarańczowy. Wolny jod w takiej samej warstwie miałby barwę fioletową. ### Krótki przegląd ważnych związków niemetali - **Siarka i azot:** Ich najważniejsze tlenowe kwasy to odpowiednio stężony H₂SO₄ oraz HNO₃. Oba są kwasami silnie utleniającymi. Oznacza to, że potrafią roztwarzać metale szlachetne (np. miedź, srebro) bez wydzielania wodoru – zamiast wodoru wydzielają się odpowiednio tlenki siarki (głównie SO₂) lub azotu (NO czy NO₂). - **Węgiel:** Tworzy dwa kluczowe tlenki. Tlenek węgla(II) (CO) jest bezbarwnym, silnie trującym gazem o właściwościach redukujących. Tlenek węgla(IV) (CO₂) to bezwodnik kwasowy bardzo słabego i nietrwałego kwasu węglowego. - **Wodór:** Podstawowy czynnik redukujący w wielu syntezach, z azotem tworzy amoniak (NH₃). Amoniak to gaz znakomicie rozpuszczalny w wodzie, wykazujący właściwości słabo zasadowe ze względu na obecność wolnej pary elektronowej na atomie azotu.

Zapamiętaj

  • Siła utleniająca fluorowców maleje w dół grupy (F > Cl > Br > I).
  • Aktywniejszy fluorowiec wypiera mniej aktywny z roztworu jego soli w postaci wolnego pierwiastka.
  • Ekstrakcja fluorowców rozpuszczalnikami niepolarnymi ułatwia ich identyfikację (jod – fioletowy, brom – pomarańczowy).
  • Miedź reaguje z kwasami utleniającymi (np. stężony H₂SO₄, HNO₃), wydzielając tlenki niemetali (SO₂, NO, NO₂), a nie wodór.

Typowe błędy

  • Błędne zakładanie, że jod potrafi wyprzeć chlor lub brom z ich soli – reakcja odwrotna nie zachodzi.
  • Pisanie równań z wydzieleniem wodoru podczas reakcji miedzi lub srebra z kwasem azotowym(V).
  • Mylenie barw roztworów jodu: wodny roztwór jodu (np. płyn Lugola) jest brunatny, podczas gdy w rozpuszczalnikach niepolarnych jod jest fioletowy.

Wymagania podstawy programowej

  • IX.2.1 Opisuje właściwości wodoru, tlenu, azotu, siarki, węgla i fluorowców oraz ich ważniejszych związków.
  • IX.2.2 Porównuje aktywność chemiczną fluorowców; pisze równania reakcji wypierania.

Przykładowe zadania

Zadanie 1

W trzech probówkach znajdował się bezbarwny, wodny roztwór jodku sodu. Do probówki I dodano wodę chlorową, do probówki II – wodę bromową, a do probówki III – wodną zawiesinę jodu. Następnie do każdej probówki dodano niewielką objętość toluenu (rozpuszczalnika organicznego, który nie miesza się z wodą) i energicznie wstrząśnięto.

  1. 1.1 Wybierz poprawne stwierdzenie dotyczące aktywności użytych fluorowców jako utleniaczy. (1 pkt)

    • A. Najsilniejszym utleniaczem jest jod.
    • B. Najsilniejszym utleniaczem jest brom.
    • C. Najsilniejszym utleniaczem jest chlor.
    • D. Wszystkie badane fluorowce mają taką samą siłę utleniającą.
    Pokaż odpowiedź

    Odpowiedź: C. Najsilniejszym utleniaczem jest chlor.

    Fluorowce o niższej liczbie atomowej (leżące wyżej w grupie) są silniejszymi utleniaczami. Zatem chlor jest najsilniejszym utleniaczem spośród chloru, bromu i jodu.

  2. 1.2 Napisz w formie jonowej skróconej równanie reakcji, która zaszła w probówce II. (1 pkt)

    Pokaż odpowiedź

    Odpowiedź: Br₂ + 2I⁻ → 2Br⁻ + I₂

    Brom jest bardziej aktywnym niemetalem niż jod, dlatego wypiera jod z roztworów jego soli (utlenia jony jodkowe do wolnego jodu).

  3. 1.3 Podaj barwę warstwy organicznej (toluenowej) w probówce I po zakończeniu wstrząsania i rozdzieleniu się faz. Barwa warstwy organicznej: ___ (1 pkt)

    Pokaż odpowiedź

    Odpowiedź: różowofioletowa

    W probówce I chlor wypiera jod (Cl₂ + 2I⁻ → 2Cl⁻ + I₂). Uwolniony jod ekstrahuje się do toluenu, barwiąc warstwę organiczną na fioletowo.

Zadanie 2

Do zlewki z wiórkami miedzianymi dodano stężony roztwór kwasu siarkowego(VI). W temperaturze pokojowej nie zaobserwowano objawów reakcji. Następnie zawartość zlewki ostrożnie ogrzano. Zaobserwowano zmianę barwy roztworu i wydzielanie się bezbarwnego gazu o ostrym, duszącym zapachu.

  1. 2.1 Napisz w formie cząsteczkowej równanie reakcji, która zaszła podczas ogrzewania zlewki. (1 pkt)

    Pokaż odpowiedź

    Odpowiedź: Cu + 2H₂SO₄ → CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O

    Miedź reaguje z gorącym, stężonym H₂SO₄, który pełni rolę utleniacza. Wydziela się tlenek siarki(IV), powstaje siarczan(VI) miedzi(II) i woda.

  2. 2.2 Oceń prawdziwość podanych zdań dotyczących substratów i produktów opisanego doświadczenia. (1 pkt)

    • 1. Wydzielający się podczas reakcji gaz jest tlenkiem o charakterze kwasowym. (P/F)
    • 2. Stężony kwas siarkowy(VI) pełni w tej reakcji funkcję reduktora. (P/F)
    • 3. Miedź w tej reakcji ulega procesowi utleniania. (P/F)
    Pokaż odpowiedź

    Odpowiedź: 1 – P, 2 – F, 3 – P

    Stężony H₂SO₄ ma właściwości higroskopijne. Wydzielający się gaz to SO₂, który jest tlenkiem kwasowym (bezwodnikiem kwasu siarkowego(IV)). Miedź wykazuje właściwości redukujące.

Ćwicz ten dział z oceną – PremiumZałóż darmowe konto

Inne tematy z tego działu