Tlen i tlenki (część 2)

Instrukcja: W tym miejscu zapisz wykonywane kolejno czynności.

Obserwacje: W tym miejscu zapisz zaobserwowane zmiany (np. zmianę barwy roztworu, zanik ciała stałego, wytrącenie osadu o określonej barwie, wydzielanie się gazu itp.). Jeśli po wykonaniu którychś z czynności zmiany nie były widoczne, również odnotuj ten fakt.

Wnioski: Odnieś się do postawionej hipotezy.

Doświadczenie 1

Hipoteza: W reakcji kwasu solnego z węglanem sodu powstaje dwutlenek węgla, który powoduje mętnienie wody wapiennej.

Co będzie potrzebne:

• zlewka;

• kolba stożkowa z bocznym odprowadzeniem i wężykiem gumowym;

• statyw;

• wkraplacz z korkiem;

• kwas solny;

• węglan sodu (stały);

• woda wapienna (nasycony wodny roztwór wodorotlenku wapnia).

Instrukcja:

1. Do statywu należy przymocować wkraplacz z korkiem i kolbę stożkową z odprowadzeniem bocznym zakończonym gumowym wężem. Drugi koniec węża należy zanurzyć w zlewce z wodą wapienną.

2. Do kolby stożkowej należy wsypać węglan sodu, a do wkraplacza wlać kwas solny.

3. Szczelnie zamknąć kolbę korkiem z wkraplaczem.

4. Następnie należy wkraplać kwas solny. Zwrócić uwagę na zmiany zachodzące w zlewce z wodą wapienną.

Obserwacje: Zawartość kolby pieni się, węglan sodu ulega roztworzeniu i wydziela się bezbarwny gaz. Po wprowadzeniu płonącego łuczywka do tego gazu łuczywko gaśnie.

Wprowadzając otrzymany gaz bo zlewki z wodą wapienną, w zlewce pojawia się białe zmętnienie. (Uwaga! W tym laboratorium proces kończy się na pojawieniu zmętnienia, jeżeli jednak wprowadzenie gazu prowadzono by dłużej, po pewnym czasie zmętnienie zaczęło by znikać, aż do ponownego odtrzymania bezbarwnego roztworu.)

Wnioski: W reakcji kwasu solnego z węglanem sodu powstaje tlenek węgla(IV), który nie podtrzymuje palenia, a także powoduje mętnienie wody wapiennej. Wynika to z tego, że w reakcji dwutlenku węgla z wodą wapienną powstaje węglan wapnia – biały osad. (Dłuższe prowadzenie reakcji powodowałoby reakcję powstałego węglanu wapnia z wodą oraz tlenkiem węgla(IV) i utworzenie wodorowęglanu wapnia, który w wodzie jest rozpuszczalny - dlatego osad znika i ponownie powstaje bezbarwny roztwór)

Równania reakcji chemicznej:

Doświadczenie 2

Hipoteza: W wyniku reakcji wodorotlenku sodu z siarczanem($\text{VI}$) miedzi($\text{II}$) powstaje wodorotlenek miedzi($\text{II}$), który w podwyższonej temperaturze ulega rozkładowi do tlenku miedzi($\text{II}$).

Co będzie potrzebne:

• probówka;

• bagietka szklana;

• pipeta;

• szczypce laboratoryjne;

• palnik;

• statyw na probówki;

• siarczan($\text{VI}$) miedzi($\text{II}$) CuSOIndeks dolny 4₄ (roztwór wodny);

• wodorotlenek sodu NaOH (roztwór o stężeniu dwa mole na decymetr sześcienny).

Instrukcja:

1. Do probówki umieszczonej w statywie należy wprowadzić za pomocą pipety Pasteura wodny roztwór siarczanu($\text{VI}$) miedzi($\text{II}$).

2. Następnie do probówki dodać dwumolowego roztworu wodorotlenku sodu.

3. Zawartość probówki ogrzać w płomieniu palnika, wykorzystując do jej trzymania łapę laboratoryjną.

4. Zanotować obserwacje.

Obserwacje:

Po dodaniu roztworu wodorotlenku sodu do niebieskiego wodnego roztworu siarczanu($\text{VI}$) miedzi($\text{II}$) powstał niebieski, galaretowaty osad. Zawartość probówki w wyniku ogrzania zmieniła zabarwienie na zielonkawe i powstał czarny osad.

Wnioski:

W wyniku reakcji wodorotlenku sodu z siarczanem($\text{VI}$) miedzi($\text{II}$) powstał niebieski, galaretowaty osad wodorotlenku miedzi($\text{II}$). Ogrzanie go prowadzi do rozkładu związku, co prowadzi do powstania tlenku miedzi($\text{II}$).

Hipoteza została potwierdzona.

Równania  reakcji chemicznych:

Doświadczenie 3

Hipoteza: Wybrane tlenki różnych pierwiastków chemicznych wykazują odmienne właściwości.

Co będzie potrzebne:

• probówki;

• statyw na probówki;

• pipety Pasteura;

• bagietki szklane;

• łyżeczki;

• tryskawka;

• papierki wskaźnikowe;

• woda destylowana;

• kwas chlorowodorowy o stężeniu cztery mole na decymetr sześcienny;

• wodny roztwór wodorotlenku sodu o stężeniu cztery mole na decymetr sześcienny;

• roztwór wodny oranżu metylowego;

• alkoholowy roztwór fenoloftaleiny;

• tlenek magnezu;

• tlenek glinu;

• tlenek fosforu($\text{V}$);

• tlenek krzemu($\text{IV}$);

• tlenek sodu;

• tlenek miedzi($\text{II}$).

Instrukcja:

1. Umieścić wybrany tlenek w probówce za pomocą łyżeczki laboratoryjnej.

2. Dodać niewielką ilość (kilka centymetrów sześciennych) wody destylowanej za pomocą tryskawki.

3. Wymieszać zawartość probówki za pomocą bagietki i zapisać obserwacje dotyczące rozpuszczalności danego tlenku w wodzie.

4. Nanieść na uniwersalny papierek wskaźnikowy kilka kropel z probówki i określić barwę papierka.

5. Umieścić za pomocą pipety kilka centymetrów sześciennych kwasu chlorowodorowego w drugiej probówce i dodać do niego kilka kropli roztworu wodnego oranżu metylowego.

6. Dodać do probówki drugiej z pomocą łyżeczki wybrany tlenek.

7. Wymieszać zawartość probówki z pomocą bagietki i zapisać obserwacje poczynione w trakcie eksperymentu.

8. Umieścić za pomocą pipety kilka centymetrów sześciennych wodnego roztworu wodorotlenku sodu w trzeciej probówce oraz dodać do niego kilka kropli alkoholowego roztworu fenoloftaleiny.

9. Umieścić w trzeciej probówce wybrany tlenek za pomocą łyżeczki laboratoryjnej.

10. Wymieszać zawartość probówki oraz zanotować poczynione obserwacje.

11. Przeprowadzić analogiczne czynności dla pozostałych tlenków dostępnych w laboratorium.

Obserwacje:

Tlenek magnezu w niewielkim stopniu rozpuszcza się w wodzie (po ogrzaniu probówki w łaźni wodnej) , a uniwersalny papierek wskaźnikowy barwi się w roztworze wodnym na kolor turkusowy. Po dodaniu tlenku magnezu do roztworu kwasu chlorowodorowego zabarwionego na czerwono oranżem metylowym następuje zmiana barwy roztworu na pomarańczową. Po dodaniu tlenku magnezu do roztworu wodorotlenku sodu z fenoloftaleiną nie obserwuje się zmian. Tlenek nie miesza się z roztworem i osiada na dnie.

Tlenek glinu nie rozpuszcza się w wodzie, a uniwersalny papierek wskaźnikowy nie barwi się w roztworze wodnym. Po dodaniu tlenku glinu do roztworu kwasu chlorowodorowego zabarwionego na czerwono oranżem metylowym następuje powolne roztwarzanie osadu i zmienia się zabarwienie roztworu z czerwonego na pomarańczowy. Po dodaniu tlenku glinu do roztworu wodorotlenku sodu z fenoloftaleiną roztwór następuje roztwarzanie osadu oraz odbarwianie roztworu fenoloftaleiny (w zależności od ilości użytych reagentów może pozostać malinowe zabarwienie lub nastąpić znaczne zmniejszenie intensywności zabarwienia).

Tlenek fosforu($\text{V}$) rozpuszcza się całkowicie w wodzie, a uniwersalny papierek wskaźnikowy barwi się w roztworze wodnym na kolor czerwony. Po dodaniu tlenku fosforu($\text{V}$) do roztworu kwasu chlorowodorowego zabarwionego na czerwono oranżem metylowym tlenek rozpuszcza się, a roztwór nie zmienia koloru. Po dodaniu tlenku fosforu($\text{V}$) do roztworu wodorotlenku sodu z fenoloftaleiną roztwór robi się przejrzysty i a fenoloftaleina odbarwia się.

Tlenek krzemu($\text{IV}$) nie rozpuszcza się w wodzie, a uniwersalny papierek wskaźnikowy nie barwi się. Po dodaniu tlenku krzemu($\text{IV}$) do roztworu kwasu chlorowodorowego zabarwionego oranżem metylowym roztwór nie zmienia koloru, tlenek nie miesza się z roztworem. Po dodaniu tlenku krzemu($\text{IV}$) do roztworu wodorotlenku sodu z fenoloftaleiną, a następnie ogrzaniu do około osiemdziesięciu stopni Celsjusza roztwór robi się przejrzysty.

Tlenek sodu rozpuszcza się w wodzie całkowicie, a uniwersalny papierek wskaźnikowy barwi się w roztworze wodnym na kolor ciemnoniebieski. Po dodaniu tlenku sodu do roztworu kwasu chlorowodorowego zabarwionego oranżem metylowym roztwór zmienia kolor na pomarańczowy. 

Tlenek miedzi($\text{II}$) nie rozpuszcza się w wodzie, a uniwersalny papierek wskaźnikowy nie barwi się. Po dodaniu tlenku miedzi($\text{II}$) do roztworu kwasu chlorowodorowego nie barwionego oranżem metylowym roztwór zmienia kolor na zielony. Po dodaniu tlenku miedzi($\text{II}$) do roztworu wodorotlenku sodu brak objawów reakcji.

Wnioski:

Z przeprowadzonego doświadczenia wynika, że:

• tlenek magnezu rozpuszcza się w wodzie po podgrzaniu, a jego roztwór ma odczyn zasadowy; na podstawie reakcji z kwasem chlorowodorowy można stwierdzić, że ma charakter zasadowy:

$\mathrm{M}\mathrm{g}\mathrm{O}+2\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\to {\mathrm{M}\mathrm{g}\mathrm{C}\mathrm{l}}_2+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

• tlenek glinu nie jest rozpuszczalny w wodzie; tlenek glinu reaguje zarówno z  kwasem chlorowdorowym, jak i wodorotlenkiem sodu, co oznacza, że wykazuje właściwości amfoteryczne: 

$\mathrm{A}{\mathrm{l}}_2{\mathrm{O}}_3+6\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\to 2{\mathrm{A}\mathrm{l}\mathrm{C}\mathrm{l}}_3+3{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$, jak i z zasadą: $\mathrm{A}{\mathrm{l}}_2{\mathrm{O}}_3+2\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}+3{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to 2\mathrm{N}\mathrm{a}[\mathrm{A}\mathrm{l}(\mathrm{O}\mathrm{H}{)}_4]$

• roztwór wodny tlenku fosforu($\text{V}$) ma odczyn kwasowy; tlenek glinu nie reaguje z kwasem chlorowodorowym, ale reaguje z wodorotlenkiem sodu, co oznacza że wykazuje właściwości kwasowe:

${\mathrm{P}}_4{\mathrm{O}}_{10}+6{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to 4{\mathrm{H}}_3\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4$

• tlenek krzemu($\text{IV}$) nie rozpuszcza się w wodzie; tlenek krzemu($\text{IV}$) nie reaguje z kwasem chlorowodorowym, ale reaguje z wodorotlenkiem sodu w podwyższonej temperaturze, co oznacza że wykazuje właściwości kwasowe.  Ze względu na nadmiar wodorotlenku sodu niezbędny do przeprowadzenia reakcji, nie następuje odbarwienie roztworu fenoloftaleiny.

$\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{O}}_2+2\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}\to {\mathrm{N}\mathrm{a}}_2\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{O}}_3+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

• tlenek sodu reaguje z wodą, tworząc wodorotlenek sodu, co powoduje a roztwór ma odczyn silnie zasadowy; tlenek sodu reaguje z kwasem chlorowodorowym powodując zobojętnienie roztworu, ale nie reaguje z wodorotlenkiem sodu, co oznacza, że wykazuje właściwości zasadowe. Wprowadzenie tlenku sodu do roztworu wodorotlenku sodu sprawia, że tlenek sodu reaguje z wodą obecną w roztworze NaOH, tworząc kolejną ilość NaOH, powoduje to znaczne zwiększenie stężenie jonów wodorotlenkowych w roztworze i znaczny wzrost pH roztworu (powyżej 12), co prowadzi do odbarwienia roztworu fenoloftaleiny.

$\mathrm{N}{\mathrm{a}}_2\mathrm{O}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to 2\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}$, a z kwasem solnym: $\mathrm{N}{\mathrm{a}}_2\mathrm{O}+2\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\to 2\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

• tlenek miedzi($\text{II}$) nie miesza się z wodą; tlenek miedzi($\text{II}$) reaguje z kwasem chlorowodorowym, ale nie reaguje z wodorotlenkiem sodu (w warunkach prowadzenia doświadczenia), nie można potwierdzić charaktereru amfoterycznego tego tlenku:

  $\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{O}+2\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\to {\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{C}\mathrm{l}}_2+{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$