Równania reakcji chemicznych i tlenki - To jest chemia 1 (ZR)

1.Podział związków nieorganicznych

Związki nieorganiczne dzieli się na: tlenki $\ce{E2O_{n}}$ (np. $\ce{Na2O}$), wodorki $\ce{EH_{n}}$ lub $\ce{H_{n}E}$ (np. $\ce{NaH}$, $\ce{H2S}$), wodorotlenki $\ce{M(OH)_{n}}$ (np. $\ce{NaOH}$), kwasy $\ce{H_{m}R}$ (np. $\ce{HCl}$) i sole $\ce{M_{m}R_{n}}$ (np. $\ce{NaCl}$); E - pierwiastek, M - metal, R - reszta kwasowa, n i m - wartościowości. Osobną grupę tworzą m.in. azotki i węgliki.

2.Wartościowość

Liczba wiązań chemicznych, które może utworzyć atom pierwiastka chemicznego, łącząc się z innymi atomami w danym związku chemicznym. Zapisuje się ją cyframi rzymskimi, np. w $\ce{CH4}$ węgiel jest czterowartościowy (IV), a wodór - jednowartościowy (I).

3.Równanie reakcji chemicznej

Zapis przebiegu reakcji chemicznej za pomocą symboli pierwiastków i wzorów związków chemicznych. Po lewej stronie strzałki zapisuje się substraty, a po prawej - produkty. W reakcji chemicznej, w odróżnieniu od zjawiska fizycznego, powstają nowe substancje o innych właściwościach.

4.Współczynniki i indeksy stechiometryczne

Współczynniki stechiometryczne zapisuje się przed symbolami lub wzorami - określają, ile atomów lub cząsteczek reaguje i powstaje. Indeksy stechiometryczne zapisuje się po symbolu, w indeksie dolnym - podają liczbę atomów pierwiastka w cząsteczce. Wartości 1 się nie zapisuje. Uzgadniając równanie, dobiera się tylko współczynniki, np. $\ce{2Mg + O2 -> 2MgO}$ (2, 1, 2).

5.Znaczenie jakościowe i ilościowe równania reakcji

Równanie ma znaczenie jakościowe (wskazuje, które substancje biorą udział w reakcji) oraz ilościowe (określa, w jakich ilościach reagują i powstają). Interpretacja cząsteczkowa równania $\ce{2H2 + O2 -> 2H2O}$: 2 cząsteczki wodoru reagują z 1 cząsteczką tlenu, tworząc 2 cząsteczki wody.

6.Typy reakcji chemicznych

Ze względu na liczbę substratów i produktów: reakcja syntezy (łączenia) - z kilku substratów powstaje jeden produkt, $\ce{A + B -> AB}$; reakcja analizy (rozkładu) - jeden substrat rozpada się na kilka produktów, $\ce{AB -> A + B}$; reakcja wymiany - z kilku substratów powstaje kilka produktów, $\ce{AB + C -> A + BC}$ lub $\ce{AB + CD -> AC + BD}$.

7.Prawo zachowania masy

Łączna masa substratów reakcji chemicznej jest równa łącznej masie produktów. Prawo dotyczy wszystkich reakcji chemicznych i pozwala obliczyć masę jednej substancji, gdy znane są masy pozostałych, np. jeśli 3 g węgla przereagowały z 8 g tlenu, powstało 11 g tlenku węgla(IV).

8.Ogrzewanie miedzi w zamkniętej kolbie (prawo zachowania masy)

Miedź ogrzewa się w szczelnie zamkniętej kolbie, którą waży się przed reakcją i po niej. Obserwacje: na dnie powstaje czarna substancja, a masa kolby się nie zmienia. Wniosek: miedź przereagowała z tlenem z powietrza w kolbie, $\ce{2Cu + O2 -> 2CuO}$, a masa substancji przed reakcją i po niej jest taka sama.

9.Prawo stałości składu związku chemicznego

Każdy związek chemiczny ma określony, stały skład jakościowy i ilościowy (prawo stosunków stałych, prawo Prousta). Stosunek mas pierwiastków oblicza się z mas atomowych pomnożonych przez indeksy, np. w wodzie $\ce{H2O}$: $m_{\mathrm{H}} : m_{\mathrm{O}} = 2 \cdot 1 : 16 = 1 : 8$.

10.Daltonidy i bertolidy

Daltonidy to związki chemiczne o stałym składzie, zgodnym z prawem stałości składu. Bertolidy to związki o składzie niestechiometrycznym; mogą powstawać m.in. w reakcjach metali bloku $d$ z niemetalami 16. grupy układu okresowego.

11.Tlenki

Związki chemiczne zbudowane z tlenu i innego pierwiastka chemicznego. Wzór ogólny: $\ce{E2O_{n}}$, gdzie E - symbol pierwiastka, n - jego wartościowość (tlen jest dwuwartościowy). Tlenki metali są w temperaturze pokojowej substancjami stałymi, a tlenki niemetali - gazami, cieczami lub substancjami stałymi. Związek tlenu z fluorem nie jest tlenkiem - zalicza się go do fluorków (fluorek tlenu $\ce{OF2}$).

12.Ustalanie wzoru tlenku metodą krzyżową

Nad symbolami zapisuje się wartościowości pierwiastka i tlenu (II). Wartościowość pierwiastka staje się indeksem przy tlenie, a wartościowość tlenu - indeksem przy pierwiastku. Wzór musi mieć najprostszą postać, więc indeksy dzieli się przez największy wspólny dzielnik, np. dla tlenku węgla(IV) z $\ce{C2O4}$ otrzymuje się $\ce{CO2}$.

13.Nazewnictwo tlenków (system Stocka)

Do słowa „tlenek” dodaje się nazwę pierwiastka, np. tlenek potasu $\ce{K2O}$, tlenek glinu $\ce{Al2O3}$. Gdy pierwiastek tworzy kilka tlenków, po nazwie podaje się w nawiasie jego wartościowość cyfrą rzymską (system Stocka), np. tlenek żelaza(II) $\ce{FeO}$ i tlenek żelaza(III) $\ce{Fe2O3}$.

14.Nazwy tlenków w systemie przedrostków

Nazwa podaje liczbę atomów obu pierwiastków w cząsteczce za pomocą przedrostków: di- (2), tri- (3), tetra- (4), penta- (5), deka- (10). Przykłady: tritlenek diżelaza $\ce{Fe2O3}$, pentatlenek diazotu $\ce{N2O5}$, dekatlenek tetrafosforu $\ce{P4O10}$.

15.Otrzymywanie tlenków w reakcji pierwiastków z tlenem

Bezpośrednia synteza z pierwiastków (spalanie): metal + tlen → tlenek metalu, np. $\ce{2Mg + O2 -> 2MgO}$ - magnez spala się oślepiająco jasnym płomieniem i powstaje biała substancja stała; niemetal + tlen → tlenek niemetalu, np. $\ce{S + O2 -> SO2}$. Spalanie jest reakcją egzoenergetyczną - wydziela się dużo ciepła i światła.

16.Otrzymywanie tlenków przez rozkład związków i w reakcjach wymiany

Rozkład termiczny niektórych wodorotlenków (głównie średnio i trudno rozpuszczalnych w wodzie), np. $\ce{Cu(OH)2 ->[{T}] CuO + H2O}$, oraz niektórych soli (np. węglanów, siarczanów(IV)), np. $\ce{CaCO3 ->[{T}] CaO + CO2 ^}$. Tlenek powstaje też w reakcji wymiany, np. węglanu z kwasem: $\ce{MgCO3 + H2SO4 -> MgSO4 + H2O + CO2 ^}$.

17.Wskaźniki kwasowo-zasadowe

Substancje, które zmieniają barwę w zależności od odczynu roztworu. Fenoloftaleina w roztworze o odczynie obojętnym jest bezbarwna, a w zasadowym - malinowa (różowoczerwona). Oranż metylowy w roztworze o odczynie obojętnym jest pomarańczowo-żółty, a w kwasowym - czerwony.

18.Reakcje tlenków z wodą

Niektóre tlenki metali reagują z wodą, tworząc wodorotlenki, np. $\ce{MgO + H2O -> Mg(OH)2}$ (fenoloftaleina barwi się na malinowo), a niektóre tlenki niemetali - tworząc kwasy, np. $\ce{SO2 + H2O -> H2SO3}$ (oranż metylowy zmienia barwę z żółtej na czerwoną). Nie reagują z wodą m.in. $\ce{Al2O3}$, $\ce{CuO}$, $\ce{SiO2}$ i $\ce{CO}$ - barwa wskaźnika się nie zmienia.

19.Tlenki zasadowe

Tlenki, które reagują z kwasami, tworząc sole, i nie reagują z zasadami: tlenek zasadowy + kwas → sól + woda, np. $\ce{MgO + 2HCl -> MgCl2 + H2O}$. Są to tlenki metali, np. $\ce{Na2O}$, $\ce{K2O}$, $\ce{CaO}$, $\ce{BaO}$, $\ce{MnO}$. Te, które reagują z wodą, tworzą wodorotlenki.

20.Tlenki kwasowe (bezwodniki kwasowe)

Tlenki, które reagują z zasadami, tworząc sole, i nie reagują z kwasami: tlenek kwasowy + zasada → sól + woda, np. $\ce{SO2 + 2NaOH -> Na2SO3 + H2O}$. Są to głównie tlenki niemetali, np. $\ce{CO2}$, $\ce{SO3}$, $\ce{P4O10}$, oraz niektóre tlenki metali, np. $\ce{CrO3}$. Te, które reagują z wodą, tworzą kwasy; zwane są też bezwodnikami kwasowymi.

21.Badanie działania zasady i kwasu na tlenek magnezu i tlenek siarki(IV)

Roztwór $\ce{NaOH}$ z fenoloftaleiną: przy $\ce{MgO}$ pozostaje malinowy (brak reakcji), przy $\ce{SO2}$ się odbarwia (reakcja). Kwas chlorowodorowy z oranżem metylowym: przy $\ce{MgO}$ zmienia barwę z czerwonej na żółtą (reakcja), przy $\ce{SO2}$ pozostaje czerwony. Wniosek: $\ce{MgO}$ to tlenek zasadowy, a $\ce{SO2}$ - tlenek kwasowy.

22.Reakcje tlenku glinu z zasadą i kwasem

Tlenek glinu ogrzewany z roztworem $\ce{NaOH}$ i osobno z kwasem chlorowodorowym w obu przypadkach tworzy bezbarwny roztwór soli: $\ce{Al2O3 + 2NaOH + 3H2O -> 2Na[Al(OH)4]}$ (tetrahydroksoglinian sodu, glin w anionie) oraz $\ce{Al2O3 + 6HCl -> 2AlCl3 + 3H2O}$. Wobec zasady zachowuje się jak tlenek kwasowy, a wobec kwasu - jak tlenek zasadowy.

23.Zapis jonowy pełny i skrócony reakcji tlenku

W zapisie jonowym tlenek i wodę zapisuje się wzorami sumarycznymi, a np. kwas chlorowodorowy, wodorotlenek sodu i rozpuszczalne sole - w postaci jonów. Pełny zapis zawiera wszystkie jony, a skrócony pomija jony niebiorące udziału w reakcji. Skrócone zapisy jonowe reakcji tlenku glinu z kwasem i z zasadą: $\ce{Al2O3 + 6H3O+ -> 2Al^3+ + 9H2O}$ oraz $\ce{Al2O3 + 2OH- + 3H2O -> 2[Al(OH)4]-}$; $\ce{H3O+}$ to jon oksoniowy.

24.Podział tlenków ze względu na charakter chemiczny

Tlenki kwasowe reagują z zasadami (np. $\ce{SO2}$, $\ce{CO2}$, $\ce{CrO3}$, $\ce{Mn2O7}$), zasadowe - z kwasami (np. $\ce{MgO}$, $\ce{CaO}$, $\ce{CrO}$), amfoteryczne - z kwasami i z mocnymi zasadami (np. $\ce{Al2O3}$, $\ce{ZnO}$), a obojętne nie reagują ani z kwasami, ani z zasadami (np. $\ce{CO}$, $\ce{NO}$). Z wodą reagują tylko niektóre tlenki kwasowe i zasadowe.

25.Amfoteryczność i tlenki amfoteryczne

Amfoteryczność to zdolność substancji do reagowania zarówno z kwasami, jak i z mocnymi zasadami. Tlenki amfoteryczne reagują z kwasami i z mocnymi zasadami, tworząc sole, np. $\ce{Al2O3}$, $\ce{Cr2O3}$, $\ce{ZnO}$, $\ce{BeO}$, $\ce{PbO}$, $\ce{MnO2}$. Słabe właściwości amfoteryczne ma $\ce{CuO}$.

26.Reakcje tlenku cynku i tlenku miedzi(II) z zasadą i kwasem

$\ce{ZnO + 2NaOH + H2O -> Na2[Zn(OH)4]}$ (tetrahydroksocynkan sodu) i $\ce{ZnO + 2HCl -> ZnCl2 + H2O}$. Tlenek miedzi(II) reaguje podobnie: $\ce{CuO + 2NaOH + H2O -> Na2[Cu(OH)4]}$ (tetrahydroksomiedzian(II) sodu) i $\ce{CuO + H2SO4 -> CuSO4 + H2O}$. $\ce{ZnO}$ ma typowo amfoteryczne właściwości, a $\ce{CuO}$ - słabe.

27.Reakcje tlenku chromu(III) i tlenku ołowiu(II) z zasadą i kwasem

Tlenek chromu(III) reaguje analogicznie jak tlenek glinu: $\ce{Cr2O3 + 6NaOH + 3H2O -> 2Na3[Cr(OH)6]}$ (heksahydroksochromian(III) sodu) i $\ce{Cr2O3 + 6HCl -> 2CrCl3 + 3H2O}$. Tlenek ołowiu(II): $\ce{PbO + 2KOH + H2O -> K2[Pb(OH)4]}$ (tetrahydroksoołowian(II) potasu) i $\ce{PbO + 2HCl -> PbCl2 + H2O}$.

28.Tlenki obojętne

Tlenki, które nie reagują ani z kwasami, ani z zasadami (nie reagują też z wodą), np. tlenek węgla(II) $\ce{CO}$, tlenek azotu(II) $\ce{NO}$, tlenek azotu(I) $\ce{N2O}$, tlenek krzemu(II) $\ce{SiO}$.

29.Związki koordynacyjne (kompleksowe)

Związki o złożonych cząsteczkach lub jonach, w których atom lub jon centralny (najczęściej kation metalu, np. $\ce{Al^3+}$, $\ce{Zn^2+}$, $\ce{Cu^2+}$) jest połączony wiązaniami koordynacyjnymi z ligandami. Jon centralny jest akceptorem par elektronowych, a ligandy - donorami: cząsteczki obojętne ($\ce{H2O}$ - akwa, $\ce{NH3}$ - amina) lub jony ($\ce{OH-}$ - hydrokso, $\ce{Cl-}$ - chloro).

30.Liczba koordynacyjna

Liczba ligandów połączonych z atomem lub jonem centralnym. Informuje o budowie przestrzennej związku koordynacyjnego; zwykle wynosi 2 (kształt liniowy), 4 (tetraedr) lub 6 (oktaedr).

31.Budowa związku koordynacyjnego $\ce{Na3[Cr(OH)6]}$

Kationy $\ce{Na+}$ są przeciwjonami, a $\ce{[Cr(OH)6]^3-}$ to anion kompleksowy. W anionie kompleksowym jonem centralnym jest chrom(III), ligandami - 6 anionów $\ce{OH-}$, a liczba koordynacyjna wynosi 6. Ładunek anionu: $3 + 6 \cdot (-1) = -3$, więc równoważą go 3 kationy $\ce{Na+}$.

32.Nazewnictwo związków koordynacyjnych

Najpierw wymienia się ligandy w kolejności alfabetycznej, a ich liczbę określa przedrostkami di-, tri-, tetra-, penta-, heksa-. Potem podaje się nazwę jonu centralnego z wartościowością (w anionie kompleksowym z końcówką -an, np. glinian, chromian(III)), a na końcu nazwę przeciwjonu, np. $\ce{Na3[Cr(OH)6]}$ - heksahydroksochromian(III) sodu.

33.Właściwości tlenków metali i tlenków niemetali

W większości tlenków metali występuje wiązanie jonowe - sieć krystaliczna zawiera kationy metalu i aniony $\ce{O^2-}$; są to substancje stałe, które po stopieniu przewodzą prąd elektryczny. W tlenkach niemetali atomy łączą się wiązaniami kowalencyjnymi spolaryzowanymi; w temperaturze ok. 25 °C są to najczęściej gazy (np. $\ce{CO2}$) i ciecze (np. $\ce{H2O}$), rzadziej substancje stałe (np. $\ce{P4O10}$).

34.Tlenek węgla(II) a tlenek węgla(IV)

Oba są bezbarwnymi gazami. Tlenek węgla(II) $\ce{CO}$ (czad) jest tlenkiem obojętnym - bezwonnym, trującym, słabo rozpuszczalnym w wodzie. Tlenek węgla(IV) $\ce{CO2}$ jest tlenkiem kwasowym - niepalnym i rozpuszczalnym w wodzie; rozprężony ciekły $\ce{CO2}$ zestala się w postaci suchego lodu.

35.Zmiana charakteru tlenków w okresie

W okresie (od lewej do prawej) charakter tlenków zmienia się od typowo zasadowych (grupy 1. i 2.), przez amfoteryczne (grupy 13. i 14.), do typowo kwasowych (grupy 16. i 17.); rośnie udział wiązania kowalencyjnego. W 3. okresie: $\ce{Na2O}$ i $\ce{MgO}$ - zasadowe, $\ce{Al2O3}$ - amfoteryczny, $\ce{SiO2}$, $\ce{P4O10}$, $\ce{SO3}$ i $\ce{Cl2O7}$ - kwasowe.

36.Zmiana charakteru tlenków w grupie

W grupie, ze wzrostem liczby atomowej (od góry do dołu), rośnie charakter zasadowy tlenków i udział wiązania jonowego. Zwiększa się więc reaktywność tlenków zasadowych, a maleje reaktywność tlenków kwasowych, np. w grupie 14.: $\ce{CO2}$ i $\ce{SiO2}$ są kwasowe, a $\ce{GeO2}$, $\ce{SnO2}$ i $\ce{PbO2}$ - amfoteryczne.

37.Tlenki chromu i manganu

Chrom i mangan tworzą kilka tlenków o różnym charakterze chemicznym: $\ce{CrO}$ i $\ce{MnO}$ są zasadowe, $\ce{Cr2O3}$ i $\ce{MnO2}$ - amfoteryczne, a $\ce{CrO3}$ i $\ce{Mn2O7}$ - kwasowe. W tych przykładach tlenek, w którym metal ma wyższą wartościowość, ma bardziej kwasowy charakter.

38.Tlenek krzemu(IV) (krzemionka)

Najważniejszy związek krzemu - pierwiastka zajmującego drugie miejsce (po tlenie) pod względem rozpowszechnienia w skorupie ziemskiej; składnik kwarcu, np. w piasku. Substancja stała, krystaliczna, twarda (rysuje szkło), o wysokiej temperaturze topnienia. Nie rozpuszcza się w wodzie i z nią nie reaguje, nie reaguje z kwasami (wyjątek: $\ce{HF}$), na gorąco reaguje z mocnymi zasadami - ma słabo kwasowy charakter.

39.Zastosowania tlenków cynku, glinu i magnezu

Tlenek cynku $\ce{ZnO}$ pochłania wilgoć (jest higroskopijny), więc dodaje się go do maści i zasypek o działaniu antybakteryjnym. Z tlenku glinu $\ce{Al2O3}$ wytwarza się syntetyczne kamienie szlachetne. Tlenek magnezu $\ce{MgO}$ jest podstawą pudrów i składnikiem proszków oraz past do zębów.