-1- I. SYSTEMATYKA ZWIĄZKÓW NIEORGANICZNYCH I ICH PODSTAWOWE WŁAŚCIWOŚCI 1. Wiadomości ogólne Pierwiastek to substancja prosta, której metodami chemicznymi nie da się rozłożyć na proste. Są one zebrane i ułożone w układzie okresowym pierwiastków. Każdemu pierwiastkowi przypisano symbol chemiczny, pochodzący od nazwy łacińskiej. Pierwsza litera symbolu jest zawsze literą wielka, następne małą. Np.: Oxygenium – tlen – O Calcium – wapń – Ca Carbo – węgiel – C Wszystkie pierwiastki można podzielić na : - metale – posiadają charakterystyczny połysk metaliczny dobry przewodnik elektryczny, cieplny, są ciągliwe i kowalne. - niemetale – nie posiadają połysku metalicznego Najmniejszą częścią pierwiastka jest atom, czyli jest on zbiorem identycznych atomów. 4P – cztery atomy fosforu 6H – sześć atomów wodoru Na – jeden atom sodu Cyfra stojąca przed symbolem pierwiastka oznacza ilość atomów tego pierwiastka. Pierwiastki mogą łączyć się ze sobą tworząc związek chemiczny. Łączą się przy pomocy wiązań, ilość wiązań jakie może utworzyć dany pierwiastek nazwany jest wartościowością. Wartościowość pierwiastka zaznaczamy cyfra rzymską z prawej strony symbolu u góry. Mg II Al. III NV Zapamiętaj - tlen jest zawsze II wartościowy, wodór jest zawsze I wartościowy Związki chemiczne zapisujemy w postaci wzorów chemicznych. Aby zapisać wzór chemicznego związku chemicznego stosujemy zasadę kodu chemicznego czyli: - stosujemy zasadę od końca, zamieniając słowa na symbole tlenek fosfor PO - przy symbolach pierwiastków zapisujemy jego wartościowość PVOII - stosujemy regułę na krzyż, zmieniając cyfry rzymskie na arabskie (jako indeks dolny) PV2 OII5 Jeżeli cyfry arabskie można skrócić to należy to wykonać SVI2OII6 – cyfry 6 i 2 można skrócić przez 2 i dlatego wzór ma postać = SVIOII3 -2Indeksy dolne występujące we wzorze chemicznym podają ile atomów danego pierwiastka wchodzi w skład tego związku. PV2 OII5 - jedna cząsteczka tlenku fosforu składa się z 5 atomów tlenu i 2 atomów fosforu. 3 MgII OII – trzy cząsteczki tlenku magnezu składają się z trzech atomów tlenu i trzech atomów magnezu. Wzory chemiczne dzielimy na wzory: - sumaryczne - podaje jakie pierwiastki i w jakiej ilości wchodzą w jego skład (MgII OII, SVIOII3) - strukturalne (kreskowe)- pokazuje jak powiązane są atomy pierwiastka w danym wzorze sumarycznym, czyli wartościowość pierwiastka pokazuje liczba kresek - 2. Typy reakcji chemicznych a) reakcja syntezy (łączenia) – kiedy z przynajmniej dwóch substratów powstaje tylko jeden produkt A + B AB b) reakcja analizy ( rozkładu) – kiedy z jednego substratu powstają conajmniej dwa produkty DC D + C c) reakcja wymiany – kiedy z dwóch substratów powstają dwa inne produkty A + BC AB + C AB + CD AC + BD 3. Modelowanie i zapis prostych równań reakcji Takie pierwiastki jak: wodór, tlen, azot, fluor, chlor, brom, jod nie występują same zawsze w parach i dlatego zapisujemy je: H2, O2, N2, F2, Cl2, Br2, J2 substraty słowny zapis reakcji : siarka + tlen zapis przy pomocy symboli i wzorów: S + O2 produkty tlenek siarki (VI) SVIOII3 -3Reakcje należy uzupełnić dużymi współczynnikami tak aby ilość atomów każdego pierwiastka była taka sama po stronie lewej jak i prawej 2S + 3 O2 2 SVIOII3 tlen str. prawa 2 x 3 = 6 str. lewa siarka - str. prawa 2 x 1 = 2 str. lewa 4. Podział związków Podział związków chemicznych: tlenki - EO np. CaO, Al2O3 wodorotlenki - EOH np. NaOH, Ca(OH)2 kwasy - HR np. H2SO4, HCl sole - ER np. NaCl, Cu SO4 3x2=6 2x1=2 5. Nazewnictwo i właściwości tlenków Utlenianie to powolne łączenie się z tlenem Spalanie to gwałtowne łączenie z tlenem, której towarzyszą efekty świetlne i cieplne Tlenki są to dwuskładnikowe związki tlenu z innymi pierwiastkami EO E – dowolny pierwiastek , O – tlen a) otrzymywanie tlenków - reakcja syntezy – ogrzewanie pierwiastka w powietrzu lub tlenie Si + O2 Si O2 4 Al. + 3 O2 2 Al2O3 4 Li + O2 2 Li2O b) właściwości tlenków - prawie wszystkie tlenki metali to ciała stałe - tlenki niemetali mają różny stan skupienia - większość tlenków jest bezbarwna - tlenki metali grupy I i II reagują z woda tworzą wodorotlenki - tlenki niemetali reagują z wodą tworząc kwasy 6. Wodorotlenki i zasady Wodorotlenki to związki zawieraj jeden atom metalu i jedną lub kilka grup wodorotlenowych (OH), której liczba zależy od wartościowości metalu Mem(OH)Im Me - metal, grupa OH jest zawsze I wartościowa Wodorotlenki są rozpuszczalne w wodzie i wówczas używamy nazwy – zasady a) otrzymywanie wodorotlenków metal alkaliczny + woda wodorotlenek metalu + wodór tlenek metalu + woda wodorotlenek metalu 2Na + 2H2O 2 Na IOH I + H2 -4 Ca + 2H2O CaII(OH)I2 + H2 K2 IO + H2O 2K IOH I Al2 IIIOII3 + H2O AlIII(OH)3I Właściwości wodorotlenków i zasad - bardzo aktywne chemicznie - zasady silnie żrące to ługi - papierek wskaźnikowy w zasadzie staje się niebieski - fenloftaleina w zasadzie staje się malinowa 7. Kwasy - otrzymywanie i właściwości Kwasy to zawiązki zbudowane z atomu wodoru i reszty kwasowej (R) Reszta kwasowa (R) – jest tyle wartościowa ile jest atomów wodoru Hn IRn Nazwa kwasu pochodzi od pierwiastka znajdującego się w reszcie kwasowej np. w reszcie kwasowej jest siarka to mamy kwas siarkowy, w reszcie kwasowej jest fosfor to mamy kwas fosforowy. Kwasy dzielimy na: a) beztlenowe – jeżeli w reszcie kwasowej nie ma tlen HCl – kwas chlorowodorowy (kwas solny), reszta kwasowa to Cl jest I – wartościowy HJ - kwas jodowodorowy, reszta kwasowa to J jest I – wartościowy HBr – kwas bromowodorowy, reszta kwasowa to Br jest I – wartościowy H2S – kwas siarkowodorowy, reszta kwasowa to S jest II – wartościowa - 5- b) tlenowe – jeżeli w reszcie kwasowej jest tlen H2C IVO3 = (H2CO3) - kw. węglowy, reszta (CO3)II jest II wartościowa bo są dwa atomy wodoru IV H2S O3 = (H2SO3) - kw. siarkowy (IV), reszta (SO3)II jest II wartościowa bo są dwa atomy wodoru VI H2S O4 = (H2SO4) - kw. siarkowy (VI), reszta (SO4)II jest II wartościowy bo są dwa atomy wodoru V HN O3 = (HNO3) - kw. azotowy (V), reszta (NO3)I jest I wartościowa bo jest jeden atom wodoru III HN O2 = (HNO2) kw. azotowy (III), reszta (NO2)I jest I wartościowa bo jest jeden atom wodoru V H3P O4 = (H3PO4) kw. fosforowy, reszta (PO4)III jest III wartościowa bo są trzy atomy wodoru Otrzymywanie kwasów: a) beztlenowe wodór + niemetal kwas H2 + Cl2 2HCl H2 + S H2S b) tlenowe -6tlenek niemetalu + woda kwas tlenowy Niemetal w tlenku musi mieć taką samą wartościowość jak jest w kwasie. N2VO5 + H2O 2HNO3 SVIO3 + H2O H2SO4 Właściwości kwasów: bezbarwne ciecze barwią oranż metylowy na czerwono, papierek uniwersalny na czerwono ulegają dysocjacji elektrolitycznej reagują z aktywnymi metalami (K, Ca, Na, Mg, Zn, Fe) mieszają się z wodą ( Pamiętaj chemiku młody lej zawsze kwas do wody) 8. Sole – nazwy soli rozpoczynamy od reszty kwasowej a potem dodajemy nazwę metalu. Nazwa kwasu Wzór kwasu Nazwa soli Kwas chlorowodorowy HCl chlorek Kwas jodowodorowy HJ jodek Kwas bromowodorowy HBr bromek Kwas siarkowodorowy H2S siarczek Kwas węglowy H2CO3 węglan Kwas azotowy (III) HNO2 azotan (III) Kwas azotowy (V) HNO3 azotan (V) Kwas siarkowy (IV) H2SO3 siarczan (IV) Kwas siarkowy (VI) H2SO4 siarczan (VI) Kwas fosforowy H3PO4 fosforan Sole to związki chemiczne składające się z jednego lub kilku atomów metalu oraz jednej lub kilku reszt kwasowych MemnRnm a) Metody otrzymywania soli 1) metal + kwas sól + wodór 2) tlenek metalu + kwas sól + woda 3) wodorotlenek + kwas sól + woda 4) tlenek metalu + tlenek niemetalu sól tlenowa 5) wodorotlenek + tlenek niemetalu sól tlenowa + woda 6) sól1 + kwas1 sól2 + kwas2 7) sól1 + zasada1 sól2 + zasada2 8) sól1 + sól2 sól3 + sól4 9) metal + niemetal sól beztlenowa Zadanie: Napisz równania reakcji otrzymywania siarczanu(VI) magnezu, oraz jego wzór strukturalny 1) Mg + H2SO4 MgSO4 + H2 2) MgO + H2SO4 MgSO4 + H2O 3) Mg(OH)2 + H2SO4 MgSO4 + 2 H2O -74) MgO + SO3 MgSO4 5) Mg(OH)2 + SO3 MgSO4 + H2O 6) MgCO3 + H2SO4 MgSO4 + H2O 7) Na2SO4 + Mg(OH)2 MgSO4 + 2 NaOH 8) Na2SO4 + MgCl2 MgSO4 + 2 NaCl wzór strukturalny siarczanu (VI) magnezu Pytania kontrole od działu - I Systematyka związków nieorganicznych 1. Napisz równania reakcji chemicznych otrzymywania następujących związków chemicznych: a) tlenek azotu(V) b) tlenek chloru(VII) c) tlenek krzemu(IV) d) tlenek litu(I) e) zasada magnezowa(II) f) zasada glinowa(III) g) zasada potasowa(I) h) kwas fosforowy i) kwas azotowy(III) j) kwas jodowodorowy k) chlorek galu(III) – trzy metody l) węglan antymonu(V) – pięć metod m) fosforan magnezu(II) – trzy metody 2. Do wyżej wymienionych związków narysuj ich wzory strukturalne II. Mol i molowa interpretacja przemian chemicznych 1. Masa atomowa, cząsteczkowa i molowa W obliczeniach chemicznych stosuje się zazwyczaj dwu jednostek masy: gram lub atomowa jednostka masy – u – unit Wzorcem dla określenia u stał się izotop węgla 12C. Masa pojedynczego atomu 12C podzielona przez 12 daje masę wzorca atomowej jednostki masy. 1u 1,66 x 10-27kg Masy atomowe pierwiastków znajdujemy w układzie okresowym pierwiastków z lewej strony symbolu pierwiastka u dołu (czasami nad lub pod symbolem pierwiastka). Posługując się wartościami mas atomowych, zaokrąglamy je do liczb całkowitych np. masa atomowa sodu = 22,989u do wartości 23u. Masa cząsteczkowa jest masa pojedynczych cząsteczek wyrażona w u. np. (NH4)2SO4 = 2N+8H+1S+4O = 2x 14u+8x 1u +1x 32u+4x 16u = 28u+8u+32u+64u = 132u Ponieważ posługiwanie się pojedynczymi atomami jest praktycznie niemożliwe dlatego posługujemy się większa ich liczbą. Taką porcją atomów lub cząsteczek jest mol. Liczbę 6,02 x 1023 nazywamy liczbą Avogadra i oznaczamy jako NA. 1 mol zawiera 6,02 x 1023 drobin Aby dowiedzieć się ilu molom odpowiada „porcja”, należy wykonać obliczenia według sposobu: N n – liczba moli n= N – liczba porcji ( atomów, cząsteczek, ...) NA NA – liczba Avogadra zad.1 Mamy 12,04 x 1023 atomów żelaza. Oblicz ilu molom żelaza odpowiada taka liczba atomów. Dane: N = 12,04 x 1023 atomów NA = 6,0 x 1023 atomów w molu n=? N n= NA 23 12,04 x 10 atomów n = ______________________ = 2 mole 6,02 x 1023 atomów w molu -2zad. 2 Oblicz, ile cząsteczek zawierają 2 mole wody. Układamy proporcję: 2 mole ----------- X cząsteczek wody 1 mol ----------- 6,02 x 1023 cząsteczek wody stosując metodę na krzyż otrzymujemy 1 x X = 2 x 6,02 x 1023 X = 12,04 x 1023 cząsteczek Posługując się masa molową można określić liczbę atomów lub cząsteczek w danej porcji. n – liczba moli m – masa substancji wyrażona w gramach M – masa molowa wyrażona w g/mol Zad 3. Posługując się układem okresowym, określ masę molową tlenu cząsteczkowego. Następnie oblicz, ile moli tlenu cząsteczkowego zawartych jest w 40 g tego pierwiastka. Dane: m = 40 g M (O2) = 2 x 16g/mol = 32 g/mol n=? 40g n = --------- = 1,25 mola 32g/mol Zad 4. Oblicz masę 4 moli ołowiu. Dane: M = 207g/mol n = 4 mole m =? -3- m=Mxn m = 207 g/mol x 4 mole m = 828 g 2. Ilościowa interpretacja równań reakcji Każde równanie można przeczytać na dwa sposoby. Np. 2 H2 + O2 2 H2O 2 cząsteczki wodoru 1 cząsteczka tlenu 2 cząsteczki wody lub tak: 2 H2 + O2 2 H2O 2 mole wodoru 1 mol tlenu 2 mole wody Dzięki znajomością masy molowej można przewidzieć jakich mas substratów należy użyć do reakcji, lub jaka ilość produktów otrzymamy. Czyli 2 H2 4 g wodoru + O2 32 g tlenu 2 H2O 36 g wody Zad. 5 Napisz równanie reakcji wapnia z tlenem, następnie uzgodnij współczynniki i odczytaj je, posługując się pojęciami atomów, cząsteczek, moli i mas molowych. 2Ca + 2 atomy wapnia 2 mole wapnia 2 x 40 g = 80 g O2 1 cząsteczka tlenu 1 mol tlenu 2 x 16 g = 32 g 2 CaO 2 cząsteczki tlenku wapnia 2 mole tlenku wapnia 2 x ( 40g + 16g) = 112g Wykorzystując powyższe umiejętności, możemy wykonywać dowolne obliczenia stechiometryczne (tak nazywają się obliczenia oparte na równaniach reakcji) Zad. 6 Oblicz, ile moli rtęci powstanie w wyniku termicznego rozkładu 5 moli tlenki rtęci(II) 1 krok – napisać równanie reakcji 2 HgO 2 Hg + O2 2 krok – zapisanie danych 2 HgO 2 Hg + O2 5 moli X moli 3 krok – prawidłowe odczytanie 2 HgO 2 Hg + O2 -42 HgO 2 Hg + O2 2 mole tl.rtęci 2 mole rtęci 4 krok – porównanie informacji z kroku 2 i 3 5 moli X moli 2 HgO 2 Hg + O2 2 mole 2 mole 5 krok – zapisanie odpowiedniej proporcji i jej rozwiązanie 2 mole x X moli = 5 moli x 2 mole 2 x X = 10 X = 5 moli Zapamiętaj - gaz w warunkach normalnych zajmuje objętość molową 22,4 dm3 Objętość 22,4 dm3 dowolnego gazu zwiera w warunkach normalnych 6.02 x 1023 cząsteczek V n = ---Vmol n – liczba moli gazu V – objętość gazu Vmol – objętość molowa gazu Zad. 7 Oblicz, ile moli cząsteczek zawiera 300 dm3 gazu odmierzonego w warunkach normalnych. Dane: V = 300 dm3 Vmol = 22,4 dm3/mol n=? V n = ---Vmol n = 300 dm3 : 22,4 dm3/mol = 13,4 mol n = 13,4 mol Zad. 8 Oblicz objętość CO2 odmierzoną w warunkach normalnych, jeśli wiesz, że gaz ten powstał ze spalania 16 g węgla w tlenie. 1 krok – napisanie równania reakcji C + O2 CO2 2 krok – zapisanie danych C + O2 CO2 16 g X dm3 3 krok – prawidłowe odczytanie równania -5C + O2 CO2 12 g 22,4 dm3 4 krok – porównanie informacji z kroku 2 i 3 C + O2 CO2 16 g X dm3 12 g 22,4 dm3 ____________________________ 12g x X dm3 = 16 g x 22,4 dm3 12 g x X dm3 = 358 g xdm3 X = 29,9 dm3 Zad. 9 Przeprowadzono reakcje zobojętniania, używając do tego 10 g wodorotlenku sodu i 14 g kwasu azotowego(V). Oblicz masę powstającej soli. 1 krok – równanie rekcji NaOH + HNO3 Na NO3 + H2O 2 krok – sprawdzenie, który substrat użyto w nadmiarze. Zakładamy, że przereaguje cała ilość NaOH NaOH + HNO3 Na NO3 + H2O 10g Xg 23g+1g+16g 1g+14g+(3x16g) 40g 63g X x 40g = 10g x 63g X x 40 = 630 X = 630 : 40 X = 15,75g Aby zużyć cały wodorotlenek, potrzeba 15,75g kwasu, a my mamy go tylko 14 g. Z tego wynika że wodorotlenek został użyty w nadmiarze, czyli o ilości powstającej soli zdecyduje kwas. 3 krok – obliczenie masy soli NaOH + HNO3 Na NO3 + H2O 14g Xg 63g 23g+14g+48g=85g _________________________________ X x 63 = 14g x 85 g X x 63 = 1190 X = 18,9 g Pytania kontrolne do działu II - Mol i molowa interpretacja przemian chemicznych 1.Oblicz masy cząsteczkowe następujących cząsteczek: a) NaCl b) Fe(NO3)3 c) MgCO3 2. Zgromadzono 9,03 x 1023 atomów siarki. Oblicz, ilu molom siarki odpowiada taka liczba atomów. 3. Oblicz, ile cząsteczek CO2 zawiera się w 10 molach tego związku. 4. Napisz równanie reakcji oraz odczytaj je posługując się pojęciami atom, cząsteczka, mol i mas molowa - )zobojętniania kwasu siarkowego(VI) za pomocą wodorotlenku potasu 5. Oblicz masę tlenku magnezu powstałą podczas reakcji 10 g magnezu z 18 g tlenu. 6. Odmierzono 5 moli gazu w warunkach normalnych. Oblicz objętość jaką zajmuje ten gazu III. Stężenia roztworu Roztwór to mieszanina jednorodna składająca się z rozpuszczalnika i substancji rozpuszczalnej. Wielkości charakteryzujące roztwór to : 1. Stężenie procentowe ( C%) – to liczba gramów substancji rozpuszczonej 100g roztworu. Wyraża się ono wzorem masa substancji rozpuszczonej C% = masa roztworu x 100% ms C% = x 100% mr Zadanie1. Odważono 15g soli i rozpuszczono w 135g wody. Oblicz stężenie procentowe otrzymanego roztworu. Dane: ms = 15g mw = 135g mr = ms + mw mr = 15g + 135g = 150g C% = ? ms C% = x 100% mr 15g C% = x 100% 150g C% = 10% Zadanie 2. Przygotowano 450g roztworu o stężeniu 12%. Oblicz masę substancji w roztworze. -2Dane: C% = 12% mr = 450g ms = ? ms C% = x 100% mr Przekształcamy wzór: C% x mr ms = 100% 12% x 450g ms = = 54g 100% 2. Stężenie molowe. Stężenie molowe ( Cm) określa liczbę moli substancji rozpuszczonej w 1 dm3 roztworu. n Cm = V m Wiemy że : n - to liczba moli którą obliczamy ze wzoru n = i dlatego po podstawieniu otrzymujemy: M m Cm = MxV Zadanie 1. Oblicz masę KOH zawartą w 0,5 dm3 roztworu o stężeniu 3 mol / dm3 Dane: V = 0,5 dm3 Cm = 3 mol / dm3 m=? -3n Cm = V Przekształcamy ten wzór i otrzymujemy: n = Cm x V n = 3 mol / dm3 x 0,5 dm3 n = 1,5 mola KOH Ponieważ w zadaniu pytają o masę musimy obliczyć masę 1 mola KOH korzystając z mas atomowych. 1 mol KOH ------------- 39 g + 16 g + 1 g = 56 g następnie korzystamy ze wzoru: m n = M i po przekształceniu tego wzoru otrzymujemy: m=nxM m = 1,5 mola x 56 g / mol m = 84 g KOH Zadanie 2. Oblicz masę Na OH, jaką należy odważyć, aby otrzymać 0,3 dm3 0,2-molowego roztworu. Dane: V = 0,3 dm3 Cm = 0,2mola / dm3 m=? najpierw należy obliczyć liczbę moli Na OH korzystając ze wzoru n Cm = V n = Cm x V n = 0,2mola / dm3 x 0,3 dm3 n = 0,06mola obliczamy teraz masę 1mola Na OH = 23g + 16g + 1g = 40g -4m n = M m=nxM m = 0,06mola x 40g / mol m = 2,4g Na OH Zadanie 3. 80g 10% kwasu octowego rozcieńczono w objętości 0,45 dm3. Oblicz stężenie molowe tego roztworu. Dane: mr = 80g C% = 10% V = 0,45 dm3 Cm = ? 1 krok – obliczamy masę substancji rozpuszczonej w 10% roztworze, korzystając ze wzoru na stężenie procentowe ms C% = x 100% mr C% x mr ms = 100% 10% x 80g ms = 100% ms = 8g kwasu octowego ( CH3COOH ) 2 krok – przeliczamy masę substancji rozpuszczonej na liczbę moli 1mol kw. octowego ( CH3COOH ) -------- 12g + 3 x 1g + 12g + 16g + 16g + 1g = 60g Korzystamy ze wzoru m n = M -58g n = = 0,133mola 60g / mol 3 krok – obliczamy stężenie molowe roztworu korzystając ze wzoru n Cm = V 0,133 mola Cm = 0,45dm3 Cm = 0,29mol / dm3 Pytania kontrolne do działu III – stężenia roztworu. 1. Oblicz stężenie procentowe roztworu po rozpuszczeniu 50g substancji w 150g wody. 2. Oblicz ile gram substancji rozpuszczonej znajduje się w 600g roztworu o stężeniu 25%. 3. Oblicz stężenie molowe roztworu otrzymanego przez rozpuszczenie 11,7g NaCl w wodzie jeżeli otrzymano 0,08 dm3. 4. Oblicz jaką objętość 6 – molowego kwasu azotowego należy użyć w celu otrzymania 0,45dm3 0,1 – molowego roztworu tego kwasu.