Tlenki

Rozwiązanie – Zadanie 3.1

1. Ustalenie wzoru tlenku jodu(V)

   Tlenek jodu(V) zawiera jod na stopniu utlenienia +V oraz tlen na stopniu utlenienia –II.

   Korzystając z zasady elektroobojętności, wyznaczamy wzór:

   $$2 \cdot (+5) + x \cdot (-2) = 0 \implies x = 5$$

   Wzór tlenku jodu(V): $\text{I}_2\text{O}_5$

2. Ustalenie wzoru produktu – kwasu

   Z treści zadania wynika, że produktem reakcji z wodą jest jednoprotonowy kwas zawierający jod i tlen (kwas tlenowy jodu). Jod zachowuje stopień utlenienia +V, a kwas ma wzór ogólny $\text{HIO}_x$.

   Kwas jodowy(V) to $\text{HIO}_3$ (kwas z jodem na +V, analogiczny do $\text{HClO}_3$) – jest on jednak jednoprotonowy, co potwierdza wzór $\text{HIO}_3$. ✓

3. Bilansowanie równania reakcji

   Zapisujemy schemat reakcji:

   $$\text{I}_2\text{O}_5 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{HIO}_3$$

   Bilansujemy atomy jodu – po lewej stronie są 2 atomy $\text{I}$, więc po prawej muszą być 2 cząsteczki $\text{HIO}_3$:

   $$\text{I}_2\text{O}_5 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\,\text{HIO}_3$$

   Sprawdzamy atomy wodoru: po prawej $2 \times 1 = 2$ atomy H → po lewej $1 \times \text{H}_2\text{O}$ daje 2 atomy H. ✓

   Sprawdzamy atomy tlenu:

   • Po lewej: $5 + 1 = 6$ atomów O
   • Po prawej: $2 \times 3 = 6$ atomów O ✓

   Równanie jest poprawnie zbilansowane.

Wynik końcowy

Równanie reakcji tlenku jodu(V) z wodą (forma cząsteczkowa):

Tlenek jodu(V) reaguje z wodą, tworząc kwas jodowy(V) $(\text{HIO}_3)$ – jednoprotonowy kwas tlenowy, w którym jod zachowuje stopień utlenienia $+\text{V}$.

Zadanie 3.2 – Reakcja tlenku jodu(V) z tlenkiem węgla(II)

Analiza substratów

Tlenek jodu(V): $\text{I}_2\text{O}_5$ (jod na +V stopniu utlenienia)
Tlenek węgla(II): $\text{CO}$ (węgiel na +II stopniu utlenienia)

1. Krok 1 – Określenie stopni utlenienia pierwiastków w substratach

   W $\text{I}_2\text{O}_5$: tlen ma stopień utlenienia $-2$, więc jod ma stopień utlenienia $+5$.
   W $\text{CO}$: tlen ma stopień utlenienia $-2$, więc węgiel ma stopień utlenienia $+2$.

2. Krok 2 – Ustalenie, co ulega utlenieniu, a co redukcji

   Reakcja jest utlenianiem-redukcją (redoks), co oznacza, że nastąpi zmiana stopni utlenienia:

   • Węgiel w $\text{CO}$ ulega utlenieniu: stopień utlenienia wzrasta z $+2$ do $+4$ (produkt: $\text{CO}_2$).
   • Jod w $\text{I}_2\text{O}_5$ ulega redukcji: stopień utlenienia spada z $+5$ do $0$ (produkt: $\text{I}_2$).
3. Krok 3 – Identyfikacja produktów reakcji

   Produktami reakcji są:

   • Jod cząsteczkowy: $\text{I}_2$
   • Tlenek węgla(IV): $\text{CO}_2$
4. Krok 4 – Bilansowanie metodą bilansu elektronowego

   Zmiany stopni utlenienia na jeden atom:

   • C: $+2 \rightarrow +4$, zmiana o $+2$ (utlenianie, jeden atom C oddaje 2 elektrony)
   • I: $+5 \rightarrow 0$, zmiana o $-5$ (redukcja, jeden atom I przyjmuje 5 elektronów)

   Bilans elektronowy (NWW z 2 i 5 to 10):

   $$2 \times \text{I} \text{ przyjmuje łącznie } 10e^- \quad \Longleftrightarrow \quad 5 \times \text{C} \text{ oddaje łącznie } 10e^-$$

   Zatem współczynniki: $5\,\text{CO}$ oraz $\text{I}_2\text{O}_5$ zawiera $2$ atomy jodu → bierzemy $1$ cząsteczkę $\text{I}_2\text{O}_5$.

5. Krok 5 – Zapisanie i sprawdzenie równania

   Wstępne równanie z wyznaczonymi współczynnikami:

   $$\text{I}_2\text{O}_5 + 5\,\text{CO} \rightarrow \text{I}_2 + 5\,\text{CO}_2$$

   Sprawdzenie bilansu atomów:

   • Jod: lewa strona $2$, prawa strona $2$ ✓
   • Tlen: lewa strona $5 + 5 = 10$, prawa strona $5 \times 2 = 10$ ✓
   • Węgiel: lewa strona $5$, prawa strona $5$ ✓

   Sprawdzenie bilansu ładunku elektronowego:

   • Utlenianie: $5 \times (+2) = 10$ elektronów oddanych ✓
   • Redukcja: $2 \times (+5) = 10$ elektronów przyjętych ✓

Wynik końcowy

Równanie reakcji tlenku jodu(V) z tlenkiem węgla(II) w formie cząsteczkowej:

W reakcji tej $\text{CO}$ jest reduktorem (węgiel utlenia się z $+2$ do $+4$), natomiast $\text{I}_2\text{O}_5$ jest utleniaczem (jod redukuje się z $+5$ do $0$).

Zadanie: Rozstrzygnięcie, w której probówce otrzymano osad tylko wodorotlenku miedzi(II) (który następnie ulega rozkładowi do tlenku miedzi(II)).

1. Krok 1 – Analiza reakcji w Probówce I ($\text{Ba(OH)}_2$ + $\text{CuCl}_2$)

   Zapis reakcji jonowej i cząsteczkowej:

   $$\text{Ba(OH)}_2 + \text{CuCl}_2 \rightarrow \text{Cu(OH)}_2 \downarrow + \text{BaCl}_2$$

   Chlorek baru ($\text{BaCl}_2$) jest dobrze rozpuszczalny w wodzie – pozostaje w roztworze. Jedynym osadem jest wodorotlenek miedzi(II) $\text{Cu(OH)}_2$ (osad niebieski).

   Po rozkładzie termicznym wodorotlenku miedzi(II):

   $$\text{Cu(OH)}_2 \xrightarrow{\Delta} \text{CuO} \downarrow + \text{H}_2\text{O}$$

   Tlenek miedzi(II) $\text{CuO}$ jest nierozpuszczalny – pozostaje jako osad. Nie powstaje żaden inny osad. Po przesączeniu uzyskuje się czysty tlenek miedzi(II).

2. Krok 2 – Analiza reakcji w Probówce II ($\text{Ba(OH)}_2$ + $\text{CuSO}_4$)

   Zapis reakcji cząsteczkowej:

   $$\text{Ba(OH)}_2 + \text{CuSO}_4 \rightarrow \text{Cu(OH)}_2 \downarrow + \text{BaSO}_4 \downarrow$$

   Siarczan baru ($\text{BaSO}_4$) jest praktycznie nierozpuszczalny w wodzie – strąca się jako biały osad. W probówce II powstają dwa osady jednocześnie: niebieski $\text{Cu(OH)}_2$ oraz biały $\text{BaSO}_4$.

   Po rozkładzie termicznym $\text{Cu(OH)}_2$:

   $$\text{Cu(OH)}_2 \xrightarrow{\Delta} \text{CuO} \downarrow + \text{H}_2\text{O}$$

   Siarczan baru nie ulega rozkładowi w łaźni wodnej (jego rozkład wymaga temperatury powyżej 1400°C). Po przesączeniu osad zawiera zarówno $\text{CuO}$, jak i $\text{BaSO}_4$ – mieszaninę dwóch tlenków metali (lub tlenku i siarczanu), co wyklucza otrzymanie czystego $\text{CuO}$.

3. Krok 3 – Rozstrzygnięcie

   Porównanie obu probówek:

   • Probówka I: powstaje tylko jeden osad ($\text{Cu(OH)}_2$), który po rozkładzie termicznym daje wyłącznie $\text{CuO}$ – cel doświadczenia zostaje osiągnięty.
   • Probówka II: powstają dwa osady ($\text{Cu(OH)}_2$ i $\text{BaSO}_4$), a po rozkładzie termicznym osad zawiera $\text{CuO}$ i $\text{BaSO}_4$ – cel doświadczenia nie zostaje osiągnięty.

Wynik końcowy:

Czysty tlenek miedzi(II) otrzymano w Probówce I. Wynika to z faktu, że chlorek baru $\text{BaCl}_2$ powstający w tej reakcji jest dobrze rozpuszczalny w wodzie i nie tworzy osadu, dzięki czemu jedynym produktem stałym jest $\text{Cu(OH)}_2$, a po jego rozkładzie termicznym – wyłącznie $\text{CuO}$. W Probówce II oprócz $\text{Cu(OH)}_2$ strąca się również nierozpuszczalny $\text{BaSO}_4$, który nie ulega rozkładowi w łaźni wodnej, co uniemożliwia otrzymanie czystego tlenku miedzi(II).

Jak to rozwiązać — wzory i równania reakcji

Krok 1. Wzory (A = P, X = Cr). Wodorek fosforu: PH₃. Tlenek A na +V: P₄O₁₀. Tlenek X na +VI: CrO₃.

Krok 2. Reakcja 1 (cząsteczkowa) — tlenek kwasowy + woda → kwas. P₄O₁₀ jest tlenkiem kwasowym; z wodą daje kwas fosforowy(V). Bilansujemy (1 cząsteczka P₄O₁₀ daje 4 cząsteczki H₃PO₄, potrzeba 6 H₂O):

P₄O₁₀ + 6 H₂O → 4 H₃PO₄

Krok 3. Reakcja 2 (jonowa) — tlenek kwasowy CrO₃ + mocna zasada. CrO₃ reaguje z jonami OH⁻ dając jon chromianowy(VI) CrO₄²⁻. Jony K⁺ są widzami — pomijamy je w zapisie jonowym:

CrO₃ + 2 OH⁻ → CrO₄²⁻ + H₂O

✔ Zgodne z kluczem: PH₃; P₄O₁₀; CrO₃; oraz oba równania jak wyżej.

Jak to rozwiązać — tlenek zasadowy + mocny kwas

Tlenek metalu (CuO) reaguje z jonami hydroniowymi (H₃O⁺) mocnego kwasu, dając kation metalu i wodę (jony SO₄²⁻ są widzami):

CuO + 2 H₃O⁺ → Cu²⁺ + 3 H₂O  (lub CuO + 2 H⁺ → Cu²⁺ + H₂O)

✔ Zgodne z kluczem (Me = Cu).

Rozwiązanie

Nadtlenek sodu: anion nadtlenkowy O₂²⁻. Tlenek sodu: anion tlenkowy O²⁻.

Rozwiązanie

Na₂O₂ $+ 2$H₂O $\to 2$NaOH $+$ H₂O₂.

Rozwiązanie

Nie. W doświadczeniu I (rozkład MgCO₃) powstaje czysty MgO. W doświadczeniu II magnez spalany w powietrzu reaguje także z azotem (i CO₂), tworząc m.in. azotek magnezu Mg₃N₂ — produkt jest zanieczyszczony.

Rozwiązanie

małą; 1 i 2; zasadowym; wysokim. Aktywne metale grup 1 i 2 tworzą tlenki jonowe, których roztwory (wodorotlenki) mają odczyn silnie zasadowy.