Zadanie 6
Matura z chemii, maj 2025, poziom rozszerzony
Wymaganie: VII. Systematyka związków nieorganicznych. Zdający: 3) pisze równania reakcji otrzymywania tlenków pierwiastków o liczbach atomowych od 1 do 30 ([…] rozkład […] wodorotlenków, np. Cu(OH)2); 7) projektuje i przeprowadza doświadczenie pozwalające otrzymać różnymi metodami: wodorotlenki […] i sole […].
Treść zadania
Uczniowie wykonali dwuetapowe doświadczenie, którego celem było otrzymanie czystego tlenku miedzi(II). W pierwszym etapie strącili wodorotlenek miedzi(II), a w drugim etapie przeprowadzili jego rozkład termiczny w łaźni wodnej. Następnie uzyskaną mieszaninę przesączyli, żeby wyodrębnić stały produkt.
Na poniższym schemacie przedstawiono pierwszy etap doświadczenia.
Probówka I: Ba(OH)₂(aq) dodawany do CuCl₂(aq). Probówka II: Ba(OH)₂(aq) dodawany do CuSO₄(aq).
Zadanie 6. (0–1)
Rozstrzygnij, w której probówce (I czy II) otrzymano osad tylko tlenku metalu. Odpowiedź uzasadnij.
Rozstrzygnięcie: ............
Uzasadnienie: ............
Źródło: arkusz CKE MCHP-R0-100-2505. Otwórz oryginalny PDF
Rozwiązanie
Rozstrzygnięcie: Probówka I (z CuCl₂).
Uzasadnienie:
Probówka I — reakcje:
- Strącanie: Ba(OH)₂ + CuCl₂ → Cu(OH)₂↓ (niebieski osad) + BaCl₂ (rozpuszczalny).
- Rozkład termiczny: Cu(OH)₂ → CuO + H₂O.
- Po przesączeniu: osad = tylko CuO (BaCl₂ pozostaje w roztworze rozpuszczony).
Probówka II — reakcje:
- Strącanie: Ba(OH)₂ + CuSO₄ → Cu(OH)₂↓ + BaSO₄↓ (BaSO₄ NIErozpuszczalny w wodzie!).
- Rozkład termiczny: Cu(OH)₂ → CuO + H₂O. BaSO₄ NIE ulega rozkładowi termicznemu w łaźni wodnej (T~100°C, za niska).
- Po przesączeniu: osad = CuO + BaSO₄ → mieszanina, NIE tylko tlenek metalu.
Kluczowa różnica: chlorek baru BaCl₂ jest rozpuszczalny w wodzie i przy przesączaniu zostaje w przesączu. Siarczan baru BaSO₄ jest trudno rozpuszczalny (Ks = 1,08·10⁻¹⁰ wg karty wzorów CKE) i strąca się jako biały osad.
Stąd tylko probówka I daje czysty CuO po opisanej procedurze.
Pułapka — niezauważenie, że BaSO₄ strąca się jako osad. Według tabeli rozpuszczalności z karty wzorów CKE BaSO₄ jest trudno rozpuszczalny, a BaCl₂, Ba(NO₃)₂ i Ba(OH)₂ są dobrze rozpuszczalne.
Pułapka — założenie, że ogrzewanie w łaźni wodnej usunie BaSO₄. Nie — w łaźni wodnej rozkłada się tylko Cu(OH)₂, a BaSO₄ zostaje w osadzie.
Uwaga z zasad oceniania: samo stwierdzenie, że BaCl₂ jest rozpuszczalny, a BaSO₄ trudno rozpuszczalny — bez odwołania do procesów w probówkach — jest niewystarczające.
Pułapka — odpowiedź "obie probówki" lub "II". Klucz: w I powstaje tylko CuO (BaCl₂ w przesączu); w II powstaje CuO + BaSO₄ (oba w osadzie).
Strona arkusza CKE z trescia zadania
Klucz pojęciowy — rozpuszczalność soli baru
Dane z tabeli rozpuszczalności i tabeli iloczynów rozpuszczalności na karcie „Wybrane wzory i stałe fizykochemiczne” (25°C):
| Substancja | Rozpuszczalność |
|---|---|
| BaCl₂ | R — dobrze rozpuszczalny (37,0 g/100 g H₂O) |
| BaBr₂ | R (100 g/100 g H₂O) |
| Ba(NO₃)₂ | R (10,3 g/100 g H₂O) |
| Ba(OH)₂ | R (4,9 g/100 g H₂O) |
| BaCO₃ | T — trudno rozpuszczalny (Ks = 2,58·10⁻⁹) |
| BaSO₄ | T — trudno rozpuszczalny (Ks = 1,08·10⁻¹⁰) |
| BaCrO₄ | T — trudno rozpuszczalny (Ks = 1,17·10⁻¹⁰) |
Wniosek: chlorek, bromek, azotan i wodorotlenek baru są dobrze rozpuszczalne; siarczan, węglan i chromian baru — trudno rozpuszczalne.
Mechanizm: dlaczego I dało czysty CuO?
Probówka I — reakcja strąceniowa:
- Cu²⁺ + 2 OH⁻ → Cu(OH)₂↓ (niebieski osad).
- Ba²⁺ + 2 Cl⁻ (rozpuszczone w roztworze, brak strącenia).
Rozkład termiczny w łaźni wodnej (~100°C):
- Cu(OH)₂ → CuO + H₂O (T~80-100°C). Niebieski Cu(OH)₂ → czarny CuO.
Przesączanie:
- Osad na sączku = CuO (czysty).
- Przesącz = BaCl₂(aq) (rozpuszczone).
Wynik: osad to TYLKO tlenek metalu (CuO). ✓
Mechanizm: dlaczego II NIE dało czystego CuO?
Probówka II — strącanie podwójne:
- Cu²⁺ + 2 OH⁻ → Cu(OH)₂↓ (niebieski osad).
- Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓ (biały osad, trudno rozpuszczalny).
Rozkład termiczny w łaźni wodnej:
- Cu(OH)₂ → CuO ✓.
- BaSO₄ — nie rozkłada się w łaźni wodnej i zostaje w osadzie.
Przesączanie:
- Osad na sączku = CuO + BaSO₄ (mieszanina dwóch ciał stałych).
- W przesączu nie ma soli baru (jony Ba²⁺ i SO₄²⁻ przeszły do osadu).
Wynik: osad to mieszanina tlenku metalu + siarczanu — NIE czysty CuO. ✗
Tabela rozpuszczalności
Tabela „Rozpuszczalność soli i wodorotlenków w wodzie w temperaturze 25°C” jest na karcie „Wybrane wzory i stałe fizykochemiczne”, z której korzysta się na egzaminie. W tym zadaniu trzeba z niej odczytać, że BaCl₂ jest dobrze rozpuszczalny, a BaSO₄ — trudno rozpuszczalny.
Punktacja CKE
- 6. 1 pkt — rozstrzygnięcie: probówka I, oraz uzasadnienie porównujące procesy w probówkach I i II albo opisujące reakcje w probówce II (np. „w probówce II powstaje dodatkowo osad BaSO₄”).
Po co to umieć
Planowanie syntezy wymaga przewidzenia, jakie produkty uboczne powstaną. Jeśli produkt uboczny jest trudno rozpuszczalny, trafia do osadu razem z produktem głównym i sączenie go nie oddzieli. Dlatego do strącenia Cu(OH)₂ wodorotlenkiem baru wybiera się sól miedzi, której anion tworzy z Ba²⁺ sól dobrze rozpuszczalną (tu: chlorek).
Reakcje strąceniowe wykorzystuje się też w analizie jakościowej — do wykrywania jonów (np. Ba²⁺ i SO₄²⁻ wykrywa się, strącając BaSO₄).
Rozumiesz, jak to rozwiązać?
Przećwicz podobne typy zadań w aplikacji
matury-online.pl ma tysiące zadań pogrupowanych po dziedzinach. Sprawdź, czy temat „chemia nieorganiczna, sole, wodorotlenki, strącanie, rozpuszczalność, BaSO4, CuO” zrobisz samodzielnie.
Otwórz matury-online.pl