Żelazo jest pierwiastkiem chemicznym, którego atomy występują w przyrodzie w postaci
4 trwałych odmian izotopowych. Najbardziej rozpowszechnioną odmianę stanowią nuklidy
o liczbie masowej 56.
Silnie rozdrobnione żelazo zapala się samorzutnie w powietrzu. Produktem utleniania żelaza
w wysokich temperaturach jest magnetyt, Fe3O4. Powstaje on także w czasie spalania żelaza
w czystym tlenie (reakcja 1.). Oprócz tlenku Fe3O4 żelazo tworzy jeszcze 2 inne tlenki: FeO
i Fe2O3. W podwyższonych temperaturach żelazo reaguje również z parą wodną według
równania:
3Fe + 4H2O → Fe3O4 + 4H2
Roztwarzając czyste żelazo w kwasie solnym, uzyskuje się wodny roztwór chlorku żelaza(II)
(reakcja 2.), natomiast działając gazowym chlorem na żelazo w podwyższonej temperaturze,
uzyskuje się chlorek żelaza(III) (reakcja 3.). Pary chlorku żelaza(III) kondensują, tworząc
ciemnobrunatne kryształy dobrze rozpuszczalne w wodzie.
Żelazo ma zdolność zastępowania mniej aktywnych metali w ich roztworach. Przebiega
wtedy reakcja opisana schematem:
MeI + Me2+II → Me2+I + MeII
Powyższa przemiana zachodzi także podczas doświadczenia zilustrowanego rysunkiem:
Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2004, s. 917–934;
M. Sienko, R. Plane, Chemia, podstawy i zastosowania, Warszawa 1996, s. 542–550;
J. Sawicka i inni, Tablice chemiczne, Gdańsk 2002, s. 202.
Substancję, którą otrzymano w wyniku reakcji 3.,
rozpuszczono w wodzie i zbadano odczyn wodnego roztworu tej substancji.
a)
Określ odczyn wodnego roztworu opisanej substancji i potwierdź go odpowiednim równaniem reakcji zapisanym w formie jonowej skróconej.
b)
Napisz wzory związków chemicznych i jonów obecnych w wodnym roztworze tej substancji.
Glin tworzy związki nazywane ałunami glinowymi. Są to podwójne siarczany dwóch metali,
spośród których jeden występuje w ałunie na I stopniu utlenienia, a drugi na III stopniu
utlenienia. Ogólny wzór ałunu jest następujący:
IM2SO4 · IIIM2(SO4)3 · 24H2O.
Skład ałunu
można również przedstawić w postaci wzoru uproszczonego:
IMIIIM(SO4)2 · 12H2O.
Metalami
przyjmującymi w ałunach stopień utlenienia równy I mogą być np. potas lub sód, a metalami
przyjmującymi stopień utlenienia równy III – glin, żelazo lub chrom.
Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2012, s. 818.
Najbardziej znanym przedstawicielem ałunów jest ałun glinowo-potasowy.
a)
Przedstaw wzór ałunu glinowo-potasowego w postaci wzoru ogólnego i w postaci wzoru uproszczonego.
Sole podwójne istnieją tylko w stanie stałym. Podczas rozpuszczania w wodzie ulegają
dysocjacji jonowej.
b)
Napisz wzory jonów powstałych w procesie dysocjacji ałunu glinowo-potasowego.
W cząsteczce benzenu wszystkie atomy węgla są równocenne, natomiast w cząsteczkach
pochodnych benzenu, w których jeden atom wodoru został zastąpiony innym podstawnikiem,
następuje zróżnicowanie właściwości chemicznych atomów węgla tworzących pierścień. To
zróżnicowanie uwidacznia się m.in. w przebiegu reakcji nitrowania. W poniższej tabeli
przedstawiono, z jaką wydajnością powstają izomeryczne produkty nitrowania dwóch
monopochodnych benzenu: nitrobenzenu i fenolu.
Rodzaj podstawnika już przyłączonego do pierścienia wpływa także na reaktywność tego
pierścienia. Poniższe zestawienie ilustruje wpływ podstawnika na względną szybkość reakcji
nitrowania.
Na podstawie: J. McMurry, Chemia organiczna, Warszawa 2000.
Napisz wzory półstrukturalne (grupowe) lub uproszczone izomerycznych produktów
mononitrowania fenolu.
Żelazo tworzy jony proste Fe2+ i Fe3+. Jony te ulegają w roztworach wodnych hydratacji,
przyłączając 4 lub 6 cząsteczek wody. Najbardziej pospolitymi kompleksami kationowymi
żelaza są heksaakwakompleksy występujące między innymi w roztworach soli żelaza(II)
i żelaza(III). Jony te wykazują słabe właściwości kwasowe:
Cząsteczka arsenowodoru AsH3 ma kształt piramidy o podstawie trójkąta równobocznego,
w którego narożach znajdują się środki atomów wodoru.
Napisz wzór elektronowy cząsteczki arsenowodoru, zaznaczając kreskami wiązania
chemiczne i wolne pary elektronowe. Określ typ hybrydyzacji atomu arsenu
w cząsteczce tego związku chemicznego.
Poniżej przedstawiono konfigurację elektronową atomów w stanie podstawowym wybranych
metali należących do 1. grupy układu okresowego pierwiastków. Metale te oznaczono
numerami I, II i III.
I: 1s22s1
II: 1s22s22p63s23p64s1
III: 1s22s22p63s1
Pierwsza energia jonizacji to energia, jaką należy dostarczyć, aby oderwać elektron
od obojętnego atomu.
a)
Zaznacz poprawne dokończenie zdania.
Najmniejszą pierwszą energię jonizacji ma atom pierwiastka oznaczonego numerem
I, ponieważ jego elektron walencyjny jest najmniej oddalony od jądra atomowego.
I, ponieważ ma obsadzone elektronami tylko dwie powłoki elektronowe.
II, ponieważ jego elektron walencyjny jest najbardziej oddalony od jądra atomowego.
III, ponieważ ma najmniejszą elektroujemność.
b)
Określ liczbę elektronów w rdzeniu atomu metalu oznaczonego numerem III.
c)
Napisz wzór sumaryczny związku metalu oznaczonego numerem II z chlorem i określ charakter wiązania chemicznego (jonowe, kowalencyjne niespolaryzowane, kowalencyjne spolaryzowane), które w tym związku występuje.
Zależnie od tego, czy pierwiastek dąży do tworzenia jonów dodatnich, czy ujemnych,
rozróżnia się pierwiastki elektrododatnie i elektroujemne. Pierwiastki elektroujemne mają
wiele elektronów walencyjnych, a pobierając elektrony, tworzą jony ujemne o trwałej
konfiguracji elektronowej. Pierwiastki elektrododatnie, oddając elektrony, tworzą jony
dodatnie o trwałej konfiguracji.
Na podstawie: K.H. Lautenschläger, W. Schröter, A. Wanninger, Nowoczesne kompendium chemii,
Warszawa 2007, s. 89.
Atom pewnego pierwiastka ma w stanie podstawowym następującą konfigurację elektronową:
1s22s22p63s23p63d54s1
Tlenek i wodorotlenek tego pierwiastka, w których przyjmuje on pewien stopień utlenienia,
wykazują właściwości amfoteryczne. Na tym stopniu utlenienia opisany pierwiastek
występuje także w postaci jonów prostych.
a)
Napisz wzór i skróconą konfigurację elektronową tego jonu prostego opisanego pierwiastka.
b)
Podaj wartość głównej liczby kwantowej n i wartość pobocznej liczby kwantowej l opisujących stan dowolnego niesparowanego elektronu walencyjnego w tym jonie.
Zależnie od tego, czy pierwiastek dąży do tworzenia jonów dodatnich, czy ujemnych,
rozróżnia się pierwiastki elektrododatnie i elektroujemne. Pierwiastki elektroujemne mają
wiele elektronów walencyjnych, a pobierając elektrony, tworzą jony ujemne o trwałej
konfiguracji elektronowej. Pierwiastki elektrododatnie, oddając elektrony, tworzą jony
dodatnie o trwałej konfiguracji.
Na podstawie: K.H. Lautenschläger, W. Schröter, A. Wanninger, Nowoczesne kompendium chemii,
Warszawa 2007, s. 89.
a)
Uzupełnij poniższe zdanie. Wybierz i podkreśl jedno określenie spośród podanych w każdym nawiasie tak, aby zdanie było prawdziwe.
Pierwiastek, którego atom w stanie podstawowym ma następującą konfigurację elektronową:
1s22s22p63s23p63d54s1, należy do bloku konfiguracyjnego (s/p/d), jest pierwiastkiem
(elektrododatnim/elektroujemnym), a tlenek tego pierwiastka na VI stopniu utlenienia
wykazuje właściwości (kwasowe/zasadowe/amfoteryczne).
b)
Napisz wzór oraz skróconą konfigurację jonu w stanie podstawowym pierwiastka zidentyfikowanego w podpunkcie a) tego zadania, w którym pierwiastek ten przyjmuje stopień utlenienia równy II.
Dimetyloglioksym jest związkiem organicznym o następującym wzorze:
Związek ten jest wykorzystywany w analizie chemicznej między innymi do wykrywania
i określania ilości jonów niklu(II), z którymi tworzy trudno rozpuszczalny w wodzie osad
dimetyloglioksymianu niklu(II) o różowym zabarwieniu. Reakcja ta przebiega zgodnie
z równaniem:
Na podstawie: J. Minczewski, Z. Marczenko, Chemia analityczna 2. Chemiczne metody analizy ilościowej,
Warszawa 1998, s. 179–181.
Wzory soli można w sposób uproszczony przedstawić w postaci tlenkowej, na przykład wzór
CaCO3 można przedstawić jako CaO · CO2.
Superfosfat podwójny jest nawozem, którego głównym składnikiem jest diwodorofosforan(V)
wapnia o wzorze Ca(H2PO4)2, stosowanym do wzbogacania gleby w fosfor.
Na podstawie: K.H. Lautenschläger, W. Schröter, A. Wanninger, Nowoczesne kompendium chemii,
Warszawa 2007, s. 460.
a)
Zapisz wzór diwodorofosforanu wapnia w postaci wzoru tlenkowego.
b)
Oblicz w procentach masowych zawartość P2O5 w tym związku chemicznym.
c)
Dokończ zdanie, zaznaczając wniosek A lub B i jego uzasadnienie 1. lub 2.
Jako nawozu fosforowego używa się diwodorofosforanu(V) wapnia, a nie fosforanu(V)
wapnia, ponieważ diwodorofosforan(V) wapnia
Poniżej przedstawiono dwuczłonowy fragment łańcucha celulozy.
Celuloid jest tworzywem otrzymywanym przez reakcję celulozy z kwasem azotowym(V),
w której wyniku estryfikacji ulegają dwie grupy hydroksylowe każdej jednostki glukozowej:
połączone z drugim i szóstym atomem węgla jednostki glukozowej.
Uzupełnij poniższy schemat, tak aby otrzymać wzór jednoczłonowego fragmentu
łańcucha opisanego diazotanu(V) celulozy.
Do dwóch probówek wprowadzono bezbarwny wodny roztwór glicyny. Następnie do
probówki I dodawano kroplami kwas solny z dodatkiem oranżu metylowego, a do probówki II
dodawano kroplami wodny roztwór wodorotlenku sodu z dodatkiem fenoloftaleiny. Po dodaniu
każdej kropli odczynnika zawartość probówek dokładnie mieszano. W obu probówkach
zaobserwowano zmianę barwy użytych wskaźników. Przebieg doświadczenia zilustrowano na
schemacie.
W tabeli przedstawiono zakres pH, w którym następuje zmiana barwy oranżu metylowego
i fenoloftaleiny oraz barwy tych wskaźników w roztworach o pH mniejszym od dolnej granicy
zakresu zmiany barwy i o pH większym od górnej granicy tego zakresu.
Nazwa
Zakres pH zmiany barwy
Barwa wskaźnika w roztworach o pH
poniżej dolnej granicy zakresu zmiany barwy
powyżej górnej granicy zakresu zmiany barwy
oranż metylowy
3,1 – 4,4
czerwona
żółta
fenoloftaleina
8,3 – 10,0
bezbarwna
malinowa
Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2010.
35.1. (0–1)
Uzupełnij tabelę – napisz, jakie były barwy obu odczynników przed dodaniem ich do
probówek oraz jakie barwy zawartości obu probówek zaobserwowano po dodaniu do nich
odczynnika.
Numer probówki
Barwa
odczynnika przed dodaniem do zawartości probówki
zawartości probówki po dodaniu odczynnika
I
II
35.2. (0–1)
Napisz wzory półstrukturalne (grupowe) jonów, które są organicznymi produktami
reakcji zachodzących w probówce I i w probówce II.
Wzory szkieletowe związków organicznych odzwierciedlają kształt łańcucha węglowego,
dlatego lepiej oddają rzeczywistą strukturę cząsteczki. Są to wzory, w których nie zapisuje się
symboli atomów węgla i połączonych z nimi atomów wodoru, ale rysuje się w postaci łamanej
szkielet węglowy oraz zaznacza występujące w cząsteczce wiązania wielokrotne i zapisuje
wzory grup funkcyjnych oraz symbole podstawników innych niż wodór, np. wzór szkieletowy
2-metylobutanu ma postać:
Poniżej przedstawiono wzory szkieletowe trzech związków organicznych.
Związek I
Związek II
Związek III
32.1. (0–1)
Napisz wzór sumaryczny związku II o wzorze szkieletowym podanym w tabeli.
32.2. (0–1)
Oceń, czy poniższe informacje są prawdziwe. Zaznacz P, jeśli informacja jest prawdziwa,
albo F – jeśli jest fałszywa.
1.
Związek I jest fenolem.
P
F
2.
W cząsteczce związku II występują grupa aminowa i grupa karboksylowa.
Przykładem dienu ze sprzężonym układem wiązań podwójnych jest but-1,3-dien o wzorze
CH2=CH−CH=CH2 . Długość wiązania między drugim i trzecim atomem węgla
w cząsteczce tego związku wskazuje, że ma ono częściowo charakter wiązania podwójnego.
Jest to spowodowane delokalizacją elektronów wiązań π: każda para elektronowa tych wiązań
jest przyciągana nie przez dwa, lecz przez cztery jądra atomowe. Można powiedzieć, że
cząsteczka but-1,3-dienu jest hybrydą, czyli wypadkową (połączeniem w jedną całość) kilku
struktur granicznych. Przykładem jednej z nich jest struktura o wzorze
Na podstawie: J.T. Morrison, R.N. Boyd, Chemia organiczna, Warszawa 2008.
But-1,3-dien ulega reakcji polimeryzacji. Ponieważ ten związek może ulegać addycji zarówno
w położeniu 1,2, jak i 1,4, możliwe są także różne produkty jego polimeryzacji. W wyniku
polimeryzacji typu 1,2 powstaje polimer zawierający boczne grupy winylowe –CH=CH2.
Na podstawie: J. Pielichowski, A. Puszyński, Chemia polimerów, Warszawa 2012.
Uzupełnij poniższy schemat – wpisz wzór półstrukturalny (grupowy) fragmentu
produktu polimeryzacji typu 1,2 but-1,3-dienu.
Przykładem dienu ze sprzężonym układem wiązań podwójnych jest but-1,3-dien o wzorze
CH2=CH−CH=CH2 . Długość wiązania między drugim i trzecim atomem węgla
w cząsteczce tego związku wskazuje, że ma ono częściowo charakter wiązania podwójnego.
Jest to spowodowane delokalizacją elektronów wiązań π: każda para elektronowa tych wiązań
jest przyciągana nie przez dwa, lecz przez cztery jądra atomowe. Można powiedzieć, że
cząsteczka but-1,3-dienu jest hybrydą, czyli wypadkową (połączeniem w jedną całość) kilku
struktur granicznych. Przykładem jednej z nich jest struktura o wzorze
Na podstawie: J.T. Morrison, R.N. Boyd, Chemia organiczna, Warszawa 2008.
Napisz wzory półstrukturalne (grupowe) dwóch izomerów konstytucyjnych
but-1,3-dienu, których całkowite uwodornienie prowadzi do n-butanu.
Przykładem dienu ze sprzężonym układem wiązań podwójnych jest but-1,3-dien o wzorze
CH2=CH−CH=CH2 . Długość wiązania między drugim i trzecim atomem węgla
w cząsteczce tego związku wskazuje, że ma ono częściowo charakter wiązania podwójnego.
Jest to spowodowane delokalizacją elektronów wiązań π: każda para elektronowa tych wiązań
jest przyciągana nie przez dwa, lecz przez cztery jądra atomowe. Można powiedzieć, że
cząsteczka but-1,3-dienu jest hybrydą, czyli wypadkową (połączeniem w jedną całość) kilku
struktur granicznych. Przykładem jednej z nich jest struktura o wzorze
Na podstawie: J.T. Morrison, R.N. Boyd, Chemia organiczna, Warszawa 2008.
W reakcji przyłączania bromu do but-1,3-dienu – przy stosunku molowym substratów 1 : 1 –
oprócz związku X, który stanowi 55% produktów, powstaje 1,4-dibromobut-2-en
z wydajnością 45%:
Napisz wzór półstrukturalny (grupowy) związku X oraz podaj jego nazwę systematyczną.
