W jaki sposób można zbadać zachowanie tlenków ${\text{SiO}}_2$, $\text{BaO}$, ${\text{Na}}_2\text{O}$, ${\text{Al}}_2{\text{O}}_3$ oraz $\text{BeO}$ wobec kwasów chlorowodorowego i azotowego($\text{V}$)? Zapoznaj się z poniższym eksperymentem chemicznym, obserwacjami, wynikami i wnioskami oraz odpowiednimi równaniami reakcji chemicznych.

Analiza eksperymentu:

Badanie zachowania wybranych tlenków wobec kwasu chlorowodorowego i kwasu azotowego($\text{V}$).

Problem badawczy:

Tlenki o jakim charakterze chemicznym reagują z kwasami?

Hipoteza:

Z rotworami kwasów reagują tlenki o charakterze zasadowym lub amfoterycznym.

Sprzęt laboratoryjny:

• probówki – podłużne U‑kształtne naczynia szklane do przeprowadzania prostych reakcji chemicznych;

• łyżki laboratoryjne – długie trzonki wykonane ze szkła, porcelany lub metalu zakończone z jednej strony łyżeczką;

• palnik gazowy – urządzenie techniczne umożliwiające podtrzymywanie płomienia spalanego gazu w kontrolowany sposób;

• statyw na probówki – prostokątny sprzęt laboratoryjny z rzędami otworów, w których umieszczane są probówki;

• szklane pręciki – czyli bagietek szklanych, które stanowią pręty laboratoryjne służące do mieszania.

Odczynniki chemiczne:

$\text{HCl}$ o stężeniu $4$ mole na decymetr sześcienny; ${\text{HNO}}_3$ o stężeniu $2$ mole na decymetr sześcienny; tlenek krzemu($\text{IV}$) ${\text{SiO}}_2$; tlenek baru $\text{BaO}$; tlenek sodu ${\text{Na}}_2\text{O}$; tlenek glinu ${\text{Al}}_2{\text{O}}_3$; tlenek berylu $\text{BeO}$; uniwersalny papierek wskaźnikowy.

Przebieg eksperymentu:

1. Wsypanie do pięciu probówek, ustawionych w statywie, kolejno niewielką ilość (łyżeczkę) tlenku krzemu($\text{IV}$), tlenku baru, tlenku sodu, tlenku glinu oraz tlenku berylu.

2. Dodanie do każdej z probówek po dwa centymetry sześcienne kwasu chlorowodorowego o stężeniu wynoszącym cztery mole na decymetr sześcienny lub kwasu azotowego($\text{V}$) o stężeniu wynoszącym dwa mole na decymetr sześcienny.

3. Wymieszanie zawartości probówek za pomocą szklanych pręcików.

4. Sprawdzenie odczynu roztworu w każdej probówce za pomocą uniwersalnego papierka wskaźnikowego. W przypadku tlenku glinu($\text{III}$) oraz tlenku berylu, probówki dodatkowo ogrzewano w płomieniu palnika.

Obserwacje:

Tlenek krzemu($\text{IV}$) w reakcji z kwasem chlorowodorowym: Brak objawów reakcji na zimno i po ogrzaniu. Uniwersalny papierek wskaźnikowy zmienił barwę z żółtej na czerwoną. Tlenek krzemu($\text{IV}$) w reakcji z kwasem azotowym($\text{V}$): Brak objawów reakcji na zimno i po ogrzaniu. Uniwersalny papierek wskaźnikowy zmienił barwę z żółtej na czerwoną.

Tlenek baru w reakcji z kwasem chlorowodorowym: Ciało stałe roztworzyło się, w probówce pozostał bezbarwny roztwór. Uniwersalny papierek wskaźnikowy pozostał żółty. Tlenek baru w reakcji z kwasem azotowym($\text{V}$): Ciało stałe roztworzyło się, w probówce pozostał bezbarwny roztwór. Uniwersalny papierek wskaźnikowy pozostał żółty.

Tlenek sodu w reakcji z kwasem chlorowodorowym: Ciało stałe roztworzyło się, w probówce pozostał bezbarwny roztwór. Uniwersalny papierek wskaźnikowy zmienił barwę z żółtej na czerwoną. Tlenek sodu w reakcji z kwasem azotowym($\text{V}$): Ciało stałe roztworzyło się, w probówce pozostał bezbarwny roztwór. Uniwersalny papierek wskaźnikowy pozostał żółty.

Tlenek glinu w reakcji z kwasem chlorowodorowym: Ciało stałe roztworzyło się po ogrzaniu, w probówce pozostał klarowny bezbarwny roztwór. Uniwersalny papierek wskaźnikowy zmienił barwę z żółtej na pomarańczową. Tlenek glinu w reakcji z  kwasem azotowym($\text{V}$): Brak objawów reakcji na zimno i po ogrzaniu. Uniwersalny papierek wskaźnikowy zmienił barwę z żółtej na czerwoną.

Tlenek berylu w reakcji z kwasem chlorowodorowym: Ciało stałe roztworzyło się po ogrzaniu, w probówce pozostał klarowny bezbarwny roztwór. Uniwersalny papierek wskaźnikowy zmienił barwę z żółtej na pomarańczową. Tlenek berylu w reakcji z  kwasem azotowym($\text{V}$): Ciało stałe roztworzyło się po ogrzaniu, w probówce pozostał klarowny bezbarwny roztwór. Uniwersalny papierek wskaźnikowy zmienił barwę z żółtej na pomarańczową.

Wyniki:

Tlenek krzemu($\text{IV}$) nie reaguje z żadnym z dostępnych kwasów. Tlenki baru, sodu i berylu reagują zarówno z kwasem chlorowodorowym, jak i z kwasem azotowym($\text{V}$). Z kolei tlenek glinu reaguje z kwasem chlorowodorowym, ale nie reaguje z kwasem azotowym($\text{V}$). W reakcjach tlenku baru i tlenku sodu z analizowanymi kwasami powstały sole, których wodne roztwory mają odczyn obojętny. W reakcjach pozostałych tlenków z kwasami (o ile takowe zachodziły) powstały sole, których wodne roztwory mają odczyn kwasowy.

Wnioski:

Tlenek kwasowy, którym jest tlenek krzemu($\text{IV}$), nie reagował z kwasami. Czerwona barwa uniwersalnego papierka wskaźnikowego pochodziła od nieprzereagowanych kwasów.

Tlenki zasadowe, a więc tlenek baru i tlenek sodu, przereagowały z kwasami.

Obydwa badane tlenki amfoteryczne – tlenek glinu i tlenek berylu, przereagowały z kwasem chlorowodorowym. Tlenek berylu uległ również reakcji z kwasem azotowym($\text{V}$).

Hipoteza została zatem potwierdzona – z kwasami reagują tlenki o charakterze zasadowym i amfoterycznym.

Równania reakcji chemicznych:

1. ${\text{SiO}}_2+\text{HCl}\to$ brak reakcji
   ${\text{SiO}}_2+{\text{HNO}}_3\to$ brak reakcji

2. $\text{BaO}+2 \text{HCl}\to {\text{BaCl}}_2+{\text{H}}_2\text{O}$
   $\text{BaO}+\text{2} {\text{HNO}}_3\to \text{Ba}{\left({\text{NO}}_3\right)}_2+{\text{H}}_2\text{O}$

3. ${\text{Na}}_2\text{O}+2 \text{HCl}\to 2 \text{NaCl}+{\text{H}}_2\text{O}$
   ${\text{Na}}_2\text{O}+2 {\text{HNO}}_3\to 2 {\text{NaNO}}_3+{\text{H}}_2\text{O}$

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

5. $\text{BeO}+2 \text{HCl}\to {\text{BeCl}}_2+{\text{H}}_2\text{O}$
   $\text{BeO}+2 {\text{HNO}}_3\to \text{Be}{\left({\text{NO}}_3\right)}_2+{\text{H}}_2\text{O}$