Chemia - Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 99.
W tabeli zestawiono właściwości fizyczne borowców.
| Nazwa pierwiastka | Ogólna konfiguracja elektronów walencyjnych w stanie podstawowym | Rozpowszechnienie w skorupie ziemskiej, % |
Gęstość, g · cm–3 |
Temperatura topnienia, K |
|---|---|---|---|---|
| bor | ns2np1 | 1,0 ⋅ 10−4 | 2,34 | 2570,00 |
| glin | 8,23 | 2,70 | 933,47 | |
| gal | 1,9 ⋅ 10−4 | 5,91 | 302,91 | |
| ind | 4,5 ⋅ 10−5 | 7,31 | 429,75 | |
| tal | 8,5 ⋅ 10−5 | 11,85 | 577,00 |
Większość pierwiastków 13. grupy układu okresowego stanowi mieszaninę 2 trwałych izotopów, np. tal występuje w przyrodzie w postaci 2 izotopów o masach równych 202,97 u i 204,97 u. Bor jest pierwiastkiem niemetalicznym, podczas gdy pozostałe pierwiastki tej grupy są metalami. Glin i tal mają typowe sieci metaliczne o najgęstszym ułożeniu atomów, gal i ind tworzą sieci rzadko spotykane u metali. Te różnice w strukturze powodują różnice w twardości i temperaturach topnienia. Glin jest kowalny i ciągliwy; gal jest twardy i kruchy, natomiast ind należy do najbardziej miękkich pierwiastków – daje się kroić nożem, podobnie jak tal. Elementarny bor wykazuje bardzo wysoką temperaturę topnienia, co jest spowodowane występowaniem w jego sieci przestrzennej silnych wiązań kowalencyjnych. Bor można otrzymać w reakcji redukcji tlenku boru metalicznym magnezem użytym w nadmiarze. Otrzymany tą metodą preparat zawiera 98% boru, natomiast 2% stanowią zanieczyszczenia takie, jak tlenek magnezu i nadmiar użytego do reakcji magnezu. Czysty krystaliczny bor można otrzymać między innymi przez rozkład termiczny jodku boru. Krystaliczny bor ma barwę czarnoszarą, wykazuje dużą twardość i jest złym przewodnikiem elektryczności; charakteryzuje się małą aktywnością chemiczną – nie działa na niego wrzący kwas solny ani kwas fluorowodorowy.
J. Sawicka i inni, Tablice chemiczne, Gdańsk 2002, s. 202.
Otrzymana w reakcji tlenku boru z magnezem mieszanina zawiera bor wraz z zanieczyszczeniami.
Zaprojektuj doświadczenie, którego przebieg pozwoli na usunięcie zanieczyszczeń
z otrzymanej mieszaniny.
W tym celu:
| a) | podkreśl nazwę odczynnika, który dodany do rozdrobnionej mieszaniny przereaguje z zanieczyszczeniami, umożliwiając ich usunięcie. Odczynnik wybierz spośród podanych poniżej. |
Odczynniki: wodny roztwór wodorotlenku sodu, kwas solny, wodny roztwór chlorku sodu.
| b) | zapisz w formie cząsteczkowej równania reakcji, jakie przebiegną podczas tego doświadczenia. |
Rozwiązanie
kwas solny
Równania reakcji:
Mg + 2HCl → MgCl2 + H2
i
MgO + 2HCl → MgCl2 + H2O
Wskazówki
Aby poprawnie rozwiązać zadanie, musisz szczegółowo przeanalizować informację do zadań i wykorzystać te fragmenty tekstu, które dotyczą reakcji tlenku boru z magnezem.
Z podanej informacji wynika, że w reakcji redukcji tlenku boru metalicznym magnezem metal użyty został w nadmiarze. Otrzymany w tej przemianie bor zawiera więc zanieczyszczenia, takie jak magnez i tlenek magnezu. Identyfikacja zanieczyszczeń pozwoli na odpowiedni dobór odczynnika. Odczynnik musi bowiem spełniać pewne warunki. Nie powinien wchodzić w reakcję z borem (celem doświadczenia jest otrzymanie czystego boru), natomiast reagować z zanieczyszczeniami w celu ich usunięcia z powstałej mieszaniny.
Z informacji do zadań możesz wyczytać także, że bor charakteryzuje się małą aktywnością chemiczną – nie działa na niego wrzący kwas solny ani kwas fluorowodorowy. Ta informacja pomoże Ci w wyborze odpowiedniego odczynnika i pozwoli na poprawne zaprojektowanie doświadczenia. Tak więc po analizie tekstu dostępne są już informacje konieczne do rozwiązania zadania. Z listy podanych odczynników należy wybrać kwas solny (zauważ, że nie będzie on wchodził w reakcję z borem, natomiast będzie reagował z magnezem i z tlenkiem magnezu). Następnie, na podstawie właściwości chemicznych metali i tlenków metali, musisz zapisać w formie cząsteczkowej 2 równania reakcji i pamiętać o poprawnym doborze współczynników stechiometrycznych.
