Jaki charakter mogą wykazywać tlenki?

Tlenki mogą wykazywać charakter kwasowy, zasadowy, amfoteryczny lub obojętny. Takie tlenki nazywa się kolejno: kwasowymi, zasadowymi, amfoterycznymi lub obojętnymi. Aby określić, jaki charakter chemiczny wykazuje dany tlenek, należy sprawdzić czy dany tlenek reaguje z kwasem oraz czy reaguje z wodnym roztworem wodorotlenku.

Pamiętaj, że charakter chemiczny tlenku określa nam jego zachowanie wobec zasad i kwasów, nie zaś np. wody czy innych tlenków. Nie mniej jednak i tutaj znajdziemy pewną prawidłowość, np. tlenki kwasotwórcze, a więc reagujące z wodą z wytworzeniem kwasów, mają również charakter kwasowy, a więc reagują z zasadami a nie reagują z kwasami. Jednak nie zawsze działa to w drugą stronę, tzn. nie każdy tlenek kwasowy jest jednocześnie tlenkiem kwasotwórczym, np. ${\text{SiO}}_2$. Podobnie ma się rzecz w przypadku tlenków zasadowych. Wszystkie tlenki zasadotwórcze, a więc te reagujące z wodą z wytworzeniem zasad, wykazują charakter zasadowy, ale nie wszystkie tlenki zasadowe są jednocześnie zasadotwórcze, np. $\text{CrO}$ i $\text{MnO}$ mimo zasadowego charakteru są obojętne wobec wody. Poniżej przedstawiono graf ilustrujący podział tlenków ze względu na charakter chemiczny.

Tlenki kwasowe

Są to tlenki niemetali oraz tlenki niektórych metali, które reagują z wodnymi roztworami wodorotlenków, a nie reagują z kwasami.

W reakcjach tlenków kwasowych z roztworami wodorotlenków powstaje sól i woda. Reakcję tą można zapisać w sposób ogólny jako:

$\text{tlenek} \text{kwasowy} + \text{wodorotlenek} \to \text{sól} + \text{woda}$

Doświadczenie: Badanie charakteru chemicznego tlenku siarki($\text{VI}$).

RPDM4AKMT9c3p

Grafika przedstawia dwie probówki z bezbarwną cieczą. Ciecz w pierwszej probówce, oznaczona cyfrą jeden, jest wskazana strzałką z podpisem: Na O H plus fenoloftaleina. Druga strzałka wskazuje wlot probówki i wchodzi do jej wnętrza. Nad nią znajduje się podpis ${\text{SO}}_{3\left(\text{c}\right)}$. Ciecz w drugiej probówce, oznaczona cyfrą dwa, jest wskazana strzałką z podpisem: H C l plus oranż metylowy. Druga strzałka wskazuje wlot probówki i wchodzi do jej wnętrza. Nad nią znajduje się podpis ${\text{SO}}_{3\left(\text{c}\right)}$.

Obserwacje:

Probówka $1$: Malinowy roztwór uległ odbarwieniu.

Probówka $2$: Brak widocznych objawów reakcji.

Wniosek:

Tlenek siarki($\text{VI}$) jest tlenkiem kwasowym, ponieważ reaguje z zasadą (wodnym roztworem wodorotlenku), a nie reaguje z kwasem.

Równanie reakcji chemicznej z zasadą:

• W formie cząsteczkowej:

${\text{SO}}_3+2 \text{NaOH}\to {\text{Na}}_2{\text{SO}}_4+{\text{H}}_2\text{O}$

• W formie jonowej – skróconej:

${\text{SO}}_3+2 {\text{OH}}^{-}\to {{\text{SO}}_4}^{2-}+{\text{H}}_2\text{O}$

Równanie reakcji chemicznej z kwasem:

${\text{SO}}_3+\text{HCl}\to \text{reakcja} \text{nie} \text{zachodzi}$

Tlenki zasadowe

Są to tlenki metali, które reagują z kwasami, a nie reagują z wodorotlenkami.

W reakcjach tlenków zasadowych z kwasem powstaje sól i woda. Reakcję tą można zapisać w sposób ogólny jako:

$\text{tlenek} \text{zasadowy} + \text{kwas} \to \text{sól} + \text{woda}$

Doświadczenie: Badanie charakteru chemicznego tlenku baru.

R6w9rcP2WcCHU

Grafika przedstawia dwie probówki z bezbarwną cieczą. Ciecz w pierwszej probówce, oznaczona cyfrą jeden, jest wskazana strzałką z podpisem: ${\text{NaOH}}_{\left(\text{aq}\right)}$ plus fenoloftaleina. Druga strzałka wskazuje wlot probówki i wchodzi do jej wnętrza. Nad nią znajduje się podpis ${\text{BaO}}_{\left(\text{s}\right)}$. Ciecz w drugiej probówce, oznaczona cyfrą dwa, jest wskazana strzałką z podpisem: ${\text{HCl}}_{\left(\text{aq}\right)}$ plus oranż metylowy. Druga strzałka wskazuje wlot probówki i wchodzi do jej wnętrza. Nad nią znajduje się podpis ${\text{BaO}}_{\left(\text{s}\right)}$.

Obserwacje:

Probówka $1$: Brak widocznych oznak reakcji z zasadą.

Probówka $2$: Ciało stałe uległo roztworzeniu. Roztwór zmienił barwę z czerwonej na żółtopomarańczową.

Wniosek:

Tlenek baru jest tlenkiem zasadowym, ponieważ reaguje z kwasem, a nie reaguje z zasadą (wodnym roztworem wodorotlenku).

Równanie reakcji chemicznej z kwasem:

• W formie cząsteczkowej:

$\text{BaO}+2\text{HCl}\to {\text{BaCl}}_2+{\text{H}}_2\text{O}$

• W formie jonowej – skróconej:

$\text{BaO}+2{\text{H}}_3{\text{O}}^{+}\to {\text{Ba}}^{2+}+3{\text{H}}_2\text{O}$

Równanie reakcji chemicznej z wodorotlenkiem:

$\text{BaO}+\text{NaOH}\to \text{reakcja nie zachodzi}$

Tlenki amfoteryczne

Są to tlenki metali oraz niemetali, które reagują zarówno z mocnymi kwasami jak i mocnymi zasadami (wodnymi roztworami wodorotlenków). Tlenki amfoteryczne nie reagują z wodą.

W reakcji tlenków amfoterycznych z mocnym kwasem powstaje sól i woda zgodnie z poniższym ogólnym równaniem reakcji:

$\text{tlenek} \text{amfoteryczny} + \text{kwas} \to \text{sól} + \text{woda}$

W reakcji tlenków amfoterycznych z mocną zasadą (na przykład wodny roztwór $\text{NaOH}$ lub $\text{KOH}$) powstaje związek koordynacyjny, tzw. sól kompleksowa, w której kation metalu stanowi atom centralny, a aniony wodorotlenkowe pełnią funkcję ligandów. W reakcji jednym z substratów jest również woda. Schemat równania tej reakcji można zapisać w sposób ogólny:

$\text{tlenek} \text{amfoteryczny} + \text{woda} + \text{wodorotlenek} \to \text{związek} \text{koordynacyjny}$

Doświadczenie: Badanie charakteru chemicznego tlenku cynku.

RWvE2iQWVQtM4

Grafika przedstawia dwie probówki z bezbarwną cieczą. Ciecz w pierwszej probówce, oznaczona cyfrą jeden, jest wskazana strzałką z podpisem: ${\text{NaOH}}_{\left(\text{aq}\right)}$. Druga strzałka wskazuje wlot probówki i wchodzi do jej wnętrza. Nad nią znajduje się podpis math>ZnOs. Ciecz w drugiej probówce, oznaczona cyfrą dwa, jest wskazana strzałką z podpisem: ${\text{HCl}}_{\left(\text{aq}\right)}$. Druga strzałka wskazuje wlot probówki i wchodzi do jej wnętrza. Nad nią znajduje się podpis math>ZnOs.

Obserwacje:

Probówka $1$: Ciało stałe uległo roztworzeniu. Powstał klarowny bezbarwny roztwór.

Probówka $2$: Ciało stałe uległo roztworzeniu. Powstał klarowny bezbarwny roztwór.

Wniosek:

Tlenek cynku jest tlenkiem amfoterycznym, ponieważ reaguje z kwasem oraz z zasadą (wodnym roztworem wodorotlenku).

Równania reakcji chemicznych:

Probówka $1$

• W formie cząsteczkowej:

$\text{ZnO}+2\text{NaOH}+{\text{H}}_2\text{O}\to \underset{\text{tetrahydroksocynkan}(\text{II) sodu}}{{\text{Na}}_2\left[\text{Zn}{\left(\text{OH}\right)}_4\right]}$

• W formie jonowej – skróconej:

$\text{ZnO}+2{\text{OH}}^{-}+{\text{H}}_2\text{O}\to \underset{\text{anion}\text{tetrahydroksocynkanowy}\left(\text{II}\right)}{{\left[\text{Zn}{\left(\text{OH}\right)}_4\right]}^{2-}}$

Probówka $2$

• W formie cząsteczkowej:

$\text{ZnO}+2\text{HCl}\to {\text{ZnCl}}_2+{\text{H}}_2\text{O}$

• W formie jonowej – skróconej:

$\text{ZnO}+2{\text{H}}_3{\text{O}}^{+}\to {\text{Zn}}^{2+}+3{\text{H}}_2\text{O}$

Tlenki obojętnie

Są to tlenki, które nie reagują z kwasami, roztworami wodnymi wodorotlenków oraz z wodą. Tlenkami obojętnymi są np. tlenki pierwiastków bloku $p$: $\text{NO}$, $\text{CO}$, $\text{SiO}$, ${\text{N}}_2\text{O}$.

Podsumowanie

Pewne zależności dotyczące charakteru chemicznego tlenków można odczytać z układu okresowego. Strzałki czerwone oznaczają wzrost właściwości kwasowych tlenków, a strzałki zielone oznaczają wzrost właściwości zasadowych tlenków w grupie i okresie.

11

Laboratorium 1

Czy wiesz, w jaki sposób zbadać charakter chemiczny następujących tlenków: ${\text{P}}_4{\text{O}}_{10}$, $\text{MgO}$, ${\text{Al}}_2{\text{O}}_3$? Zapoznaj się z poniższym laboratorium i zbadaj charakter chemiczny tych związków chemicznych. Następnie uzupełnij dzienniczek, wpisując do niego sprzęt laboratoryjny oraz odczynniki chemiczne, z których korzystałeś, a także instrukcję wykonywanego eksperymentu. Na koniec rozwiąż ćwiczenia sprawdzające.

Rjv31P9PNYnwE

Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DDOZN7SGX

Podpowiedźgreenwhite

Podpowiedź

Tlenki można podzielić ze względu na charakter chemiczny na:

• kwasowe – reagują z zasadami, nie reagują z kwasami;

• zasadowe – reagują z kwasami, nie reagują z zasadami;

• amfoteryczne – reagują z mocnymi kwasami i z mocnymi zasadami;

• obojętne – nie reagują ani z kwasami, ani z zasadami.

R1A3i2cw0A0o6

Analiza eksperymentu: Tytuł eksperymentu Problem badawczy: Treść problemu badawczego. Hipoteza: (Uzupełnij). Sprzęt laboratoryjny: (Uzupełnij). Odczynniki chemiczne: (Uzupełnij). Przebieg eksperymentu: (Uzupełnij) Obserwacje: (Uzupełnij) Wyniki: (Uzupełnij) Wnioski: (Uzupełnij) Równanie reakcji chemicznej: Odpowiedź zapisz w zeszycie do lekcji chemii, zrób zdjęcie, a następnie umieść je w wyznaczonym polu.

Wskazówki i klucze odpowiedzi

Pokaż podpowiedź

Obserwacje: Co zostało zaobserwowane podczas eksperymentu?

Wyniki: Napisz, jaki jest ostateczny wynik eksperymentu.

Wnioski: Czy hipoteza została potwierdzona?

Pokaż odpowiedź

Sprawdź, czy Twoje odpowiedzi są podobne do poniższych.

RMuRT1RdI2b90

Analiza eksperymentu: Badanie charakteru chemicznego tlenków. Problem badawczy: Jaki charakter chemiczny posiadają tlenki: magnezu, glinu oraz fosforu(V)? Hipoteza: Tlenek magnezu ma charakter zasadowy, tlenek glinu ma charakter amfoteryczny, a tlenek fosforu(V) ma charakter kwasowy. Sprzęt laboratoryjny:probówka ×6;łyżeczka ×3;statyw na probówki;szklana bagietka ×6. Odczynniki chemiczne:wodny roztwór wodorotlenku sodu o stężeniu 4 moldm3;kwas chlorowodorowy o stężeniu 4 moldm3;MgOs, Al2O3s, P4O10s;roztwór oranżu metylowego;alkoholowy roztwór fenoloftaleiny. Przebieg eksperymentu: Do probówki należy wlać 3 cm3 kwasu chlorowodorowego oraz dodać kilka kropli roztworu oranżu metylowego.Następnie do probówki należy dodać niewielką ilość (pół łyżeczki) wybranego tlenku: MgOs, Al2O3s, P4O10s.Obserwować zachodzące zmiany.Do kolejnej probówki należy wlać 3 cm3 wodnego roztworu wodorotlenku sodu oraz dodać kilka kropli alkoholowego roztworu fenoloftaleiny.Następnie, do probówki należy dodaćniewielką ilość (pół łyżeczki) jednego z wybranych tlenków: MgOs, Al2O3s, P4O10s.Obserwować zachodzące zmiany.Punkty 1-6 powtórzyć dla pozostałych dwóch tlenków.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(V) do probówki z kwasem chlorowodorowym i oranżem metylowym nie zaobserwowano zmian (roztwór pozostał czerwony).Po wprowadzeniu tlenku glinu oraz tlenku fosforu(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 tlenku 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(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(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.Równania reakcji chemicznych:MgO+2 HCl→MgCl2+H2OAl2O3+6 HCl→2 AlCl3+3 H2OP4O10+HCl → brak reakcji MgO + NaOH → brak reakcjiAl2O3 + 2 NaOH + 3 H2O → 2 Na[AlOH4]P4O10 + 12 NaOH → 4 Na3PO4 + 6 H2OMgO + H2O → Mg(OH)2P4O10 + 6 H2O → 4 H3PO4 Hipoteza została potwierdzona.

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.

Rd9Q674v7JNUm

Ćwiczenie 1

Wybierz, jakim tlenkiem jest tlenek glinu: Możliwe odpowiedzi: 1. amfoterycznym, 2. kwasowym, 3. zasadowym

RvA9iEf2OsQvS

Ćwiczenie 2

Zaznacz, prawidłowe dokończenie następującej reakcji: ${\text{SiO}}_2+2 \text{NaOH}$. Możliwe odpowiedzi: 1. ${\text{Na}}_2{\text{SiO}}_3+{\text{H}}_2\text{O}$, 2. ${\text{Na}}_2{\text{SiO}}_3+\text{HCl}$, 3. ${\text{NaSiO}}_3+{\text{H}}_2\text{O}$

Słownik