1. Reakcje otrzymywania tlenków
Reakcje otrzymywania tlenków omawialiśmy w poprzednim poście, zatem przejdziemy od razu do kilku przykładów dla poćwiczenia.
Zadanie 1 − Tlenki można otrzymać na wiele różnych sposobów. Napisz równania takich reakcji, opisane w punktach I − VII
I. Redukcja wyższych tlenków za pomocą reduktora, typowo węgla. Można tak na przykład otrzymać tlenek żelaza (II) z tlenku żelaza (III). Powstający tlenek węgla ma 57 % masowych tlenu.
Fe2O3 + C ⟶ 2FeO + CO
II. Rozkład nadtlenków, np. rozkład nadtlenku wodoru.
2H2O2 ⟶ 2H2O + O2
III. Reakcja nadtlenku sodu z metalicznym sodem.
Na2O2 + 2Na ⟶ 2Na2O
IV. Rozkład nietrwałych kwasów tlenowych, np. kwasu węglowego.
H2CO3 ⟶ CO2↑ + H2O
V. Redukcja tlenku manganu (IV) przy użyciu wodoru prowadząca do otrzymania tlenku manganu (II).
MnO2 + H2 ⟶ MnO + H2O
VI. Reakcja kwasu azotowego (V) z węglem prowadzi do otrzymania trzech tlenków, z czego jednymi z nich jest tlenek azotu (II). Drugi tlenek występuje między innymi w wydychanym powietrzu, a trzeci jest cząsteczką polarną.
3C + 4HNO3 ⟶ 3CO2 + 4NO + 2H2O
2. Reakcje tlenków kwasowych
Jeśli chodzi o tlenki kwasowe, to mamy dwa główne rodzaje reakcji, na których należy się skupić. Będzie to reakcja z wodą prowadząca do utworzenia kwasów (logiczne, to przecież tlenki kwasowe) oraz reakcje z wodorotlenkami, co również jest logiczne, bo to przecież de facto reakcja kwas + zasada.
SO3 + H2O ⟶ H2SO4
P4O10 + 6H2O ⟶ 4H3PO4
Tlenki kwasowe, które reagują z wodą z utworzeniem kwasu nazywa się bezwodnikami kwasowymi.
I teraz tak, nie każdy tlenek będzie reagował z wodą. Winne mogą być temu dwie główne przyczyny.
Tlenek nie będzie reagował z wodą, jeśli jest źle rozpuszczalny. Typowym przykładem będzie tutaj tlenek krzemu (IV)
Nie wszystkie tlenki kwasowe reagują z wodą.
SiO2 + H2O ⟶ nie zachodzi
Tlenek nie będzie reagował z wodą, jeśli miałby się wytworzyć nietrwały kwas (głównie H2CO3 oraz H2SO3 ). Mówiliśmy już o tym w poście o reakcjach kwasów i zasad, pamiętasz może, że nie wolno zapisać takiej reakcji :
CaCO3 + 2HCl ⟶ CaCl2 + H2CO3 (źle)
I faktycznie tak powinna przebiegać ta reakcja, po prostu okazuje się, że kwas węglowy jest bardzo nietrwały i ulega on reakcji rozkładu do H2O + CO2. W rzeczywistości reakcję powinniśmy zapisać tak :
CaCO3 + 2HCl ⟶ CaCl2 + CO2 + H2O (dobrze)
Tak samo było z kwasem siarkowym (IV). Były to kwasy nietrwałe, a więc jeśli reakcję tworzenia tych kwasów z ich tlenków zapisać jako proces równowagowy :
H2O + CO2 ⇄ H2CO3
H2O + SO2 ⇄ H2SO3
To w obu przypadkach równowaga reakcji jest mocno przesunięta w lewo, co inaczej mówiąc oznacza, że kwas węglowy (IV) oraz siarkowy (IV) faktycznie się tworzą, ale w bardzo małych ilościach.
Przechodzimy teraz do reakcji tlenków kwasowych z zasadami (wodorotlenkami). To z doświadczenia wiem, że są reakcje, które sprawiają problem. Zaczynamy od podstawowej analizy tego, co będzie się działo. Zauważ, że skoro do reakcji używamy tlenku kwasowego i zasady (wodorotlenku) to jest to nic innego jak reakcja zobojętniania, a zatem produktem takiej reakcji powinna być między innymi woda. Zobaczmy!
SO2 + 2KOH ⟶ K2SO3 + H2O
SiO2 + 2KOH ⟶ K2SiO3 + H2O
SO3 + 2NaOH ⟶ Na2SO4 + H2O
CO2 + Ba(OH)2 ⟶ BaCO3 + H2O
Warto sobie to rozrysować, żeby zrozumieć skąd biorą się produkty (ale woda jest dla nas już zrozumiała!). Weźmiemy reakcję : CO2 + 2KOH ⟶ K2CO3 + H2O
3. Reakcje tlenków zasadowych
Dla tlenków zasadowych będzie analogicznie. Tu również w roli głównej zobaczymy reakcje tlenków z wodą oraz z kwasami.
Tlenki zasadowe reagują z wodą z wytworzeniem zasady (wodorotlenku).
Na2O + H2O ⟶ 2NaOH
MgO + H2O ⟶ Mg(OH)2
Tlenek nie będzie reagował z wodą, jeśli jest źle rozpuszczalny. Typowym przykładem będzie tutaj tlenek berylu.
Nie wszystkie tlenki zasadowe będą reagowały z wodą.
BeO + H2O ⟶ nie zachodzi
Tlenki zasadowe co logiczne, będą także reagowały z kwasami. Są to o wiele prostsze reakcje niż to było w przypadku tlenków kwasowych, bo tutaj dochodzi zwyczajnie do reakcji wymiany[1] z utworzeniem soli.
CaO + 2HCN ⟶ Ca(CN)2 + H2O
K2O + 2HNO2 ⟶ 2KNO2 + H2O
4. Reakcje tlenków obojętnych
Z tlenkami obojętnymi po prostu nic nie reaguje[2] . Przykłady tych tlenków to tlenek węgla (II) o wzorze CO i potocznie nazywany też czadem (czyli śmiercionośny gaz, bez zapachu i smaku, przez co zatrute osoby nie mają szans na ratunek). Dalej mamy tlenek azotu (I), czyli tak zwany podtlenek azotu o właściwościach znieczulających (używany w anestezjologii). Następnie tlenek azotu (II), który jest rodnikiem (posiada niesparowany elektron).
A reakcje tlenków amfoterycznych omówimy osobno razem z wodorotlenkami amfoterycznymi.
[1] Reakcja wymiany podwójnej to inaczej metateza i zachodzi ona według następującego schematu :
AB + XY ⟶ AY + XB
Jest to bardzo prosty schemat, ponieważ polega on na zwyczajnej wymianie jonów : kationy łączą się z anionami. Będziemy w wielu przypadkach dedukować produkty reakcji właśnie na podstawie wymiany kationów z anionami, nawet jeśli formalnie związki nie będa dysocjować (jak np. tlenek magnezu MgO).
Reakcję wymiany podwójnej można traktować jak połączenie (kombinację) reakcji wymiany kationowej oraz anionowej, nie jest to zatem nic nowego. Przykłady :
NaNO3 + CaCl2 ⟶ 2NaCl + Ca(NO3)2
2NH4Cl + Ca(OH)2 ⟶ CaCl2 + 2NH3 + 2H2O [NH4OH jest nietrwały!]
Używając tej metody do ustalenia produktów reakcji uzyskamy :
K2O + 2HNO2 ⟶ 2KNO2 + H2O
(Ca2+ + O2ー) + (2H+ + 2CNー ) ⟶ Ca(CN)2 + H2O
(2K+ + O2ー) + (2H+ + 2NO2ー ) ⟶ 2KNO2 + H2O
[2] Na poziomie maturalnym oczywiście. Czyli mówimy tutaj o sytuacji, w której do zadania nie ma żadnych wskazówek i masz np. napisać produkty reakcji albo ocenić czy zaobserwowano jakąś zmianę.
