Analiza doświadczenia: Badanie charakteru chemicznego tlenków.

Problem badawczy: Jaki charakter chemiczny posiadają tlenki: magnezu, glinu oraz fosforu($\text{V}$)?

Hipoteza: Tlenek magnezu ma charakter zasadowy, tlenek glinu ma charakter amfoteryczny, a tlenek fosforu($\text{V}$) ma charakter kwasowy.

Odczynniki: wodny roztwór wodorotlenku sodu o stężeniu $4 \frac{\text{mol}}{{\text{dm}}^3}$; kwas chlorowodorowy o stężeniu $4 \frac{\text{mol}}{{\text{dm}}^3}$; ${\text{MgO}}_{\left(\text{s}\right)}$, ${\text{Al}}_2{\text{O}}_{3\left(\text{s}\right)}$, ${\text{P}}_4{{\text{O}}_{10}}_{\left(\text{s}\right)}$; roztwór oranżu metylowego; alkoholowy roztwór fenoloftaleiny.

Sprzęt laboratoryjny: $6$ probówek – podłużnych naczyń szklanych do przeprowadzania prostych reakcji chemicznych; $3$ łyżki laboratoryjne – długie trzonki wykonane ze szkła, porcelany lub metalu zakończone z jednej strony łyżeczką. Służą do nabierania sypkich substancji chemicznych; statyw na probówki – prostokątny sprzęt laboratoryjny z rzędami otworów, w których umieszczane są probówki; $6$ szklanych bagietek – sprzętów laboratoryjnych, o kształcie prostego pręta szklanego, czasami zakończonego z jednej strony małą rączką, a z drugiej małą łopatką; $3$ pipety Pasteura – wąskie rurki do pobierania i przenoszenia niewielkiej ilości cieczy przy pomocy ssawki.

Instrukcja wykonania doświadczenia:

1. Do trzech probówek wlano po $3 {\text{cm}}^3$ kwasu chlorowodorowego, a następnie dodano kilka kropli roztworu oranżu metylowego

2. Do każdej z trzech probówek dodano kolejno niewielką ilość (pół łyżeczki) tlenków: ${\text{MgO}}_{\left(\text{s}\right)}$, ${\text{Al}}_2{\text{O}}_{3\left(\text{s}\right)}$,${\text{P}}_4{{\text{O}}_{10}}_{\left(\text{s}\right)}$.

3. Zawartość probówek zamieszano.

4. Do kolejnych trzech probówek wlano po $3 {\text{cm}}^3$ wodnego roztworu wodorotlenku sodu, a następnie dodano kilka kropli alkoholowego roztworu fenoloftaleiny.

5. Do każdej z trzech probówek dodano kolejno niewielką ilość (pół łyżeczki) tlenków: ${\text{MgO}}_{\left(\text{s}\right)}$, ${\text{Al}}_2{\text{O}}_{3\left(\text{s}\right)}$, ${\text{P}}_4{{\text{O}}_{10}}_{\left(\text{s}\right)}$.

6. Zawartość probówek zamieszano.

Obserwacje:

• Po dodaniu roztworu oranżu metylowego do probówek z kwasem chlorowodorowym roztwory w probówkach zabarwiły się na czerwono, a po dodaniu alkoholowego roztworu fenoloftaleiny do probówek z wodnym roztworem wodorotlenku sodu roztwory w probówkach zabarwiły się na malinowo.

• Po wprowadzeniu tlenku magnezu oraz tlenku glinu do probówek z kwasem chlorowodorowym i oranżem metylowym zaobserwowano roztworzenie się obydwu tlenków oraz zmianę zabarwienia roztworów z czerwonego na żółtopomarańczowe. Po wprowadzeniu tlenku fosforu($\text{V}$) do probówki z kwasem chlorowodorowym i oranżem metylowym zaobserwowano roztworzenie się tlenku (roztwór pozostał jednak czerwony).

• Po wprowadzeniu tlenku glinu oraz tlenku fosforu($\text{V}$) do probówek z wodnymi roztworami wodorotlenku sodu i fenoloftaleiną zaobserwowano roztworzenie się obydwu tlenków oraz odbarwienie się malinowych roztworów. Po wprowadzeniu tlenku magnezu do probówki z wodnym roztworem wodorotlenku sodu i fenoloftaleiną zaobserwowano roztwarzanie się tlenki i wytrącanie się białego osadu (uzyskano zmętniony malinowy roztwór).

Wyniki:

• Tlenek magnezu zareagował z kwasem chlorowodorowym, czego skutkiem był wzrost pH roztworu, nie zareagował on z kolei z wodnym roztworem wodorotlenku.

• W przypadku tlenku glinu doszło do reakcji zarówno z kwasem chlorowodorowym, jak i wodnym roztworem wodorotlenku sodu – w obydwóch przypadkach doszło do zmiany pH.

• Tlenek fosforu($\text{V}$) zareagował z wodnym roztworem wodorotlenku, czego wynikiem był spadek pH roztworu, nie uległ on jednak reakcji z kwasem chlorowodorowym.

Wnioski:

• Tlenek magnezu nie uległ reakcji z wodnym roztworem wodorotlenku, nie doszło do zmiany pH, a roztworzenie tlenku wynika z jego reakcji z wodą. Uległ on z kolei reakcji z kwasem, w wyniku czego nastąpił wzrost pH – była to zatem reakcja neutralizacji. Tlenek magnezu jest więc tlenkiem zasadowym.

• Tlenek glinu uległ reakcji w obydwóch przypadkach i w obydwóch przypadkach doszło do zmiany pH – w reakcji z kwasem nastąpił wzrost, a w reakcji z wodnym roztworem wodorotlenku nastąpił spadek pH. Jest on zatem tlenkiem amfoterycznym.

• Tlenek fosforu($\text{V}$) uległ reakcji z wodnym roztworem wodorotlenku, czego skutkiem był spadek pH i nie zareagował on z kwasem (roztworzenie tlenku w tym przypadku było skutkiem jego reakcji z wodą). Jest to więc tlenek kwasowy.

Hipoteza została potwierdzona.

Równania reakcji chemicznych:

1. $\text{MgO}+2 \text{HCl}\to {\text{MgCl}}_2+{\text{H}}_2\text{O}$

2. ${\text{Al}}_2{\text{O}}_3+6 \text{HCl}\to 2 {\text{AlCl}}_3+3 {\text{H}}_2\text{O}$

3. ${\text{P}}_4{\text{O}}_{10}\text{+HCl → brak reakcji}$

4. $\text{MgO + NaOH → brak reakcji}$

5. ${\text{Al}}_2{\text{O}}_3{\text{ + 2 NaOH + 3 H}}_2\text{O → 2 Na}\left[\text{Al}{\left(\text{OH}\right)}_4\right]$

6. ${\text{P}}_4{\text{O}}_{\mathrm{10}}{\text{ + 12 NaOH → 4 Na}}_3{\text{PO}}_4{\text{ + 6 H}}_2\text{O}$

7. ${\text{MgO + H}}_2{\text{O → Mg(OH)}}_2$

8. ${\text{P}}_4{\text{O}}_{10}{\text{ + 6 H}}_2{\text{O → 4 H}}_3{\text{PO}}_4$

Hipoteza została potwierdzona.