Egzamin z chemii nieorganicznej, zestaw B

1. Ogólna charakterystyka azotowców

1. Nazwy, symbole, konfiguracja elektronów walencyjnych

N-azot (niemetal)

P-fosfor(niemetal)

As-arsen(wł. pośrednie)

Sb-antymon(wł.pośrednie)

Bi-bizmut(metal)

ns²np³

1. Jak zmienia się charakter ze wzrostem liczby atomowej?

Wraz ze wzrostem liczby atomowej maleje elektroujemny (niemetaliczny) charakter azotowców, a równocześnie wzrasta charakter metaliczny. Azot i fosfor są niemetalami, arsen i antymon - półmetalami, natomiast bizmut jest już typowym metalem.

Właściwości kwasowe tlenków azotowców maleją wraz ze wzrostem liczby atomowej pierwiastka. Trwałość połączeń ze wzrostem liczby atomowej maleje- maleje elektroujemność, energia jonizacji, wzrasta promień atomowy.

1. Które z azotowców występują na ujemnych stopniach utlenienia tworząc wiązania jonowe? Podać po jednym przykładzie związku (wzór i nazwa) na każdym trwałym stopniu utlenienia azotowca.

Tylko najbardziej elektroujemny azot tworzy (w nielicznych przypadkach) związki, w których występuje w postaci trójujemnego jonu.

Np. Mg₃N₂, Li₃N

1. Na jakich trwałych dodatnich stopniach utlenienia występują poszczególne azotowce? Podać po jednym przykładzie związku (wzór, nazwa) na każdym trwałym stopniu utlenienia azotowca

HNO₃

H₃PO₄

AsCl₃

AlSb, SbCl₃

BiCl₃

1. Jak zmienia się trwałość połączeń azotowców na różnych stopniach utlenienia ze wzrostem ich liczby atomowej? Czego to jest efektem?

Oderwanie trzech elektronów p obecnych w powłoce walencyjnej staje się coraz łatwiejsze wraz ze wzrostem l. atomowej, nie ulega natomiast większym zmianom zachowanie w tym względzie dwóch elektronów powłoki s, powoduje to , że antymon i bizmut mogą wytwarzać proste kationy Sb³⁺ i Bi³⁺, obecne są one przede wszystkim w solach mocnych kwasów, w roztworach wodnych sole ulegają silnej hydrolizie dając sole antymonowe (SbO⁺, BiO⁺). Jest to efektem tego, że ze wzrostem liczby atomowej maleje energia jonizacji – dotyczy to pierwszej, drugiej i trzeciej energii jonizacji, w mniejszym stopniu zmianom ulegają czwarta i piąta energia jonizacji.

1. Tlenowe kwasy chloru (4)

1. Kwas chlorowy (I) HClO

2. Kwas chlorowy (III) HClO₂

3. Kwas chlorowy (V) HClO₃

4. Kwas chlorowy (VII) HClO₄

Sposób występowania: większość nie udaje się wydzielić w stanie czystym – znane są tylko w postaci roztworów lub soli

Jak zmienia się moc kwasu, jego trwałość oraz właściwości utleniające ze wzrostem stopnia utlenienia chloru?

Moc kwasu rośnie, trwałość rośnie, a właściwości utleniające słabną (ze względu na rosnącą trwałość).

1. Berylowce

1. Wodorotlenki berylowców - Jak zmienia się ich charakter i rozpuszczalność ze wzrostem liczby atomowej berylowca?

Rozpuszczalność wodorotlenków berylowców w wodzie znacznie wzrasta wraz ze wzrostem liczby atomowej. Najsłabszy spośród nich Be(OH)₂ jest wodorotlenkiem amfoterycznym. Własności takich nie wykazują już wodorotlenki dalszych berylowców – ich charakter zasadowy wzrasta tak znacznie, że wodorotlenek baru stojący na końcu szeregu należy do najmocniejszych zasad.

Dzieje się tak dlatego, że właściwości kwasowe lub zasadowe związku x(OH)_n zależą od zdolności atomu X do polaryzowania grupy OH. W przypadku dużej elektroujemności atom X przyciąga do siebie elektrolity tworzące wiązanie X-O, co powoduje przesunięcie elektronów tworzących wiązanie O-H w kierunku atomu tlenu i osłabienie tego ostatniego wiązania. Ułatwia to odszczepienie protonu. W przypadku bardzo małej elektroujemności atomu X wiązanie X-O jest wiązaniem o dominującym charakterze jonowym, Jon OH- nie ulegający polaryzacji nie odszczepia protonu, lecz w całości przechodzi do roztworu w trakcie rozpuszczania wodorotlenku w wodzie.

Mały atom berylu może odszczepiać zarówno jony OH- jak i protony. Działanie polaryzujące atomów dalszych pierwiastków tej grupy słabnie w miarę jak maleje ich elektroujemność i wzrasta promień atomowy. Powoduje więc to nasilanie charakteru zasadowego.

1. Jak zmienia się rozpuszczalność siarczanów berylowców ze wzrostem liczby atomowej berylowca i dlaczego?

Rozpuszczalność siarczanów berylowców maleje wraz ze wzrostem liczby atomowej, związane jest to z energią hydratacji i energią krystalizacji. Im stosunek tych dwóch energii jest większy, tym rozpuszczalność jest słabsza. (?)

1. Jak zmienia się temperatura rozkładu węglanów berylowców ze wzrostem liczby atomowej i dlaczego?

duży anion + mały kation - związek podatny na rozkład i odwrotnie: duży kation-duży anion - związek trwały. 

1. Otrzymywanie kwasu siarkowego w skali technicznej:

Surowce: siarka, siarczki metali, gips, anhydryt, H₂S (gaz ziemny)

1. S+O₂ -> SO₂

4FeS₂ + 11O₂ -> 2Fe₂O₃ + 4SO₂ ; 2ZnS + 3O₂ -> 2ZnO + 2SO₂

2CaSO₄ + C -> 2CaO + 2SO₂ + CO₂

2H₂S + O₂ -> 2H₂O + 2S

1. Utlenianie SO₂ do SO₃

2SO₂ + O₂ -> 2SO₃(kat. Pt, V₂O₅) metoda kontaktowa

lub SO₂ + NO₂ -> SO₃ + NO metoda nitrozowa

1. Związanie SO₃ z wodą na H₂SO₄ (powstają mgły kwasu siarkowego, bardzo trudno ulegające kondensacji)

Absorpcja SO₃ w wodzie zawartej w st. H₂SO₄ i otrzymanie kwasu bardziej stężonego: H₂SO₄ + SO₃ -> H₂S₂O₇

Rozcienczenie kwasu bardziej stężonego wodą H₂S₂O₇ + H₂O -> 2 H₂SO₄

Otrzymywanie wodorotlenku sodu metodą elektrochemiczną:

1. Nazwy i wzory związków

2. 
   Co to jest:

Biały grafit – azotek boru, mający taką samą strukturę jak grafit

Wapno gaszone – wodorotlenek wapnia Ca(OH)₂; biała, bezpostaciowa substancja trudno rozpuszczalna w wodzie. Powstaje podczas reakcjiwapna palonego z wodą. W reakcji z dwutlenkiem węgla przechodzi wwęglan wapnia (twardnienie zaprawy murarskiej).

Wapno palone - tlenek wapnia, CaO, biały proszek o temperaturze topnienia 2572°C. Ma własności higroskopijne. Łatwo reaguje z wodądając wapno gaszone (tzw. gaszenie wapna) i dwutlenkiem węgla z powietrza. Podczas gaszenia wapnia wydzielają się znaczne ilości ciepła. 

Woda utleniona – 3-3,5% roztwór nadtlenku wodoru H₂O₂; Stosowana do odkażania powierzchownych ran, a po rozcieńczeniu wodą ok. 1:50 do płukania jamy ustnej w stanach zapalnych. Woda utleniona rozkłada się przy kontakcie z krwią i peroksydazami, gwałtownie wydzielając tlen i spieniając okolice zranienia.

Cukier ołowiany - octan ołowiu(II) (Pb(CH₃COO)₂×3H₂O), substancja drobnokrystaliczna o słodkawym smaku, bezbarwna, o słabej woni octu, rozpuszczalna w wodzie, toksyczna. Zastosowanie: środek odkażający, wyrób pigmentów, farbiarstwo oraz w laboratorium do wykrywania obecności siarkowodoru (papierek ołowiowy).

Kalcjotermia - metoda redukcji rud metali za pomocą CO pod wplywem zwiekszonej temperatury.

Spinele -  grupa minerałów należąca do gromady V - tlenki i wodorotlenki typu M₃O₄ (M : O = 3 : 4). Np. MgAl₂O₄

1. Uzupełnić schematy:

1. dlaczego istnieje ogromne bogactwo związków węgla?

Węgiel wykazuje zdolność do tworzenia prostych, rozgałęzionych lub zamkniętych w pierścienie łańcuchów, złożonych wyłącznie z atomów węgla. Łańcuchy te zawdzięczają trwałość wysokiej energii wiązania C-C. Drugą cechą węgla, dzięki której istnieje ogromne bogactwo jego związków jest zdolność do tworzenia wiązań podwójnych i potrójnych pomiędzy atomami węgla.

1. który pierwiastek w przyrodzie nieożywionej pełni podobną rolę jak węgiel w przyrodzie żywej i jakie tworzy trwałe łańcuchy?

2. węgliki: rodzaje, przykłady

• jonowe – z pierwiastkami grup 1,2,3; np. CaC₂, Al₄C₃, Mg₂C₃ – alkilek magnezu

jony węgla w postaciach: C^4-, C₂^2-,C₃^4-

• międzywęzłowe(metaliczne) – z pierwiastkami grup 4, 5, 6;

tworzą dwa szeregi:

- o wzorze MeC, np. TiC, MoC, WC

- o wzorze Me₂C, np. V₂C, W₂C

• kowalencyjne – z pierwiastkami o zbliżonej elektroujemności

SiC, B₄C

1. napisać wzory anionów krzemianowych dla struktur podanych poniżej

2. jak zmieniają się wł. Kwasowo-zasadowe wodorotlenków Ge, Sn, Pb, ze wzrostem liczby atomowej?

Ze wzrostem liczby atomowej wzrastają właściwości zasadowe tych pierwiastków. Uwodnionemu tlenkowi glinu przypisuje się właściwości słabego kwasu, Sn(OH)₂ ma właściwości amfoteryczne, podobnie Pb(OH)₂, w przypadku którego właściwości zasadowe zaznaczają się jednak silniej od kwasowych.

1. Ogólna charakterystyka helowców

1. Nazwy, symbole, ogólna charakterystyka elektronów walencyjnych

He – hel

Ne – neon

Ar – argon

Kr – krypton

Xe – ksenon

Rn – radon

ns²np⁶

1. Otrzymywanie

Surowcem, z którego można otrzymać wszystkie helowce (oprócz radonu) jest powietrze, Hel uzyskuje się jednak głownie z gazu ziemnego.

Produkcja helowców w skali technicznej polega na przeróbce skroplonego powietrza. Poszczególne gazy zawarte w skroplonym powietrzu różnią się od siebie temp. Wrzenia i można je ułożyć wg wzrastających temperatur wrzenia. Oddzielić je można za pomocą destylacji frakcjonowanej. Frakcje: bogate w hel i neon desorbuje się na węglu aktywnym w czasie ogrzewania.

1. Posługując się teorią wiązań walencyjnych określić rodzaj hybrydyzacji w cząsteczkach XF₂ i XF₄ oraz kształt tych cząsteczek

2. Uzupełnić równanie reakcji:

3. Zastosowanie helowców

Hel – wypełnianie balonów, sterowców; w postaci ciekłej do chłodzenia; składnik mieszanki do oddychania przy głębokim nurkowaniu;

Neon - zastosowanie w elektronice (prostowniki, bezpieczniki), do napełniania lamp jarzeniowych (tzw. neonów) o żywym, czerwonym świetle, lamp przeciwmgielnych oraz małych lampek kontrolnych (tzw.neonówek).

Argon – Jest jednym z podstawowych atomów(obok dwutlenku węgla) stosowanych w spawaniu w atmosferze ochronnej. Jego zaletą jako atmosfery ochronnej jest też jego większa gęstość od gęstości powietrza, dzięki czemu nie jest wypierany z nieszczelnej aparatury, lecz "ściele" się na jej dnie. Używa się go też w żarówkach, a dzięki niższej od powietrza przewodności cieplnej, podobnie jak krypton, wykorzystywany jest do wypełniania szyb zespolonych w nowoczesnych oknach. Argonem są wypełniane dyski twarde komputerów, w celu mniejszego zużycia się talerzy i głowicy czytającej.

Krypton - wykorzystywany jest do wypełniania żarówek i szyb zespolonych w nowoczesnych oknach. 

Ksenon – Ze względu na dosyć wysoką masę atomową, niską energię jonizacji oraz duży przekrój czynny, wykorzystywany jest w silniku jonowym.

Stosowany jest również do wypełniania lamp błyskowych, żarówek dużej mocy i jarzeniówek.

Może znaleźć także zastosowanie w medycynie, ponieważ podawany drogą wziewną chroni komórki nerwowe w mózgu i rdzeniu kręgowym przed obumieraniem (np. po urazie czy udarze mózgu).

Radon stosuje się w medycynie do leczenia zachorowań związanych z przemianą materii, chorób stawów i obwodowego układu nerwowego (kąpiele radonowe - z naturalnych wód zawierających radon lub nasycanych nim sztucznie).
Wykrywanie radonu odgrywa dużą rolę w geologii przy poszukiwaniu rud uranu.

1. Ogólne właściwości pierwiastków bloku d

1. Charakter – metaliczny

2. Rodzaje wiązań w ich związkach; jak wpływa na charakter wiązań stopień utlenienia pierwiastka?

Pierwiastki bloku d zajmują w układzie okresowym położenie pośrednie między pierwiastkami bloku s (reaktywne pierwiastki metaliczne, tworzące z reguły wiązania jonowe) a pierwiastkami bloku p (tworzącymi na ogół związki kowalencyjne). Tworzą więc:

- na wyższym stopniu utlenienia – wiązania kowalencyjne

- na niższym stopniu utlenienia – wiązania jonowe

1. Które z podanych związków są barwne i dlaczego?

2. Które z podanych związków mają właściwości paramagnetyczne i dlaczego

3. Przykład daltonidu i bertolidu. (Na₂O, FeO)