Zadanie 6
Matura z chemii, maj 2025, poziom rozszerzony
Wymaganie: IV.5 — sole, rozpuszczalność, reakcje strąceniowe.
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↓ (osad niebieskoniebieski) + 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 praktycznie nierozpuszczalny (Ksp ≈ 1·10⁻¹⁰) i strąca się jako biały osad.
Stąd tylko probówka I daje czysty CuO po opisanej procedurze.
Pułapka — niezauważenie nierozpuszczalności BaSO₄. BaSO₄ jest praktycznie nierozpuszczalny — to wyjątek wśród soli baru. BaCl₂, Ba(NO₃)₂, Ba(OH)₂ są rozpuszczalne; BaSO₄ — nie.
Pułapka — założenie, że rozkład termiczny rozłoży też BaSO₄. NIE — BaSO₄ jest stabilny do bardzo wysokich T (>1000°C). W łaźni wodnej (~100°C) tylko Cu(OH)₂ się rozkłada.
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
| Sól | Rozpuszczalność | Uwaga |
|---|---|---|
| BaCl₂ | Rozpuszczalna (~36 g/100 g H₂O) | Trujący — kation Ba²⁺ |
| BaBr₂ | Rozpuszczalna | — |
| Ba(NO₃)₂ | Rozpuszczalna | — |
| Ba(OH)₂ | Słabo rozpuszczalna (silna zasada) | Stosowana w analizie |
| BaCO₃ | Praktycznie nierozpuszczalna | Występuje jako witeryt |
| BaSO₄ | Praktycznie nierozpuszczalna (Ksp = 1·10⁻¹⁰) | Stosowana w radiologii (kontrast RTG) |
| BaCrO₄ | Nierozpuszczalna | Żółty osad |
Klucz: chlorki, bromki, azotany baru = rozpuszczalne. Siarczany, węglany, chromiany = NIErozpuszczalne.
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, nierozpuszczalny, Ksp~10⁻¹⁰).
Rozkład termiczny w łaźni wodnej:
- Cu(OH)₂ → CuO ✓.
- BaSO₄ — NIE rozkłada się w 100°C (stabilny do >1000°C).
Przesączanie:
- Osad na sączku = CuO + BaSO₄ (mieszanina dwóch ciał stałych).
- Przesącz = czysta woda (z H₂O z rozkładu).
Wynik: osad to mieszanina tlenku metalu + siarczanu — NIE czysty CuO. ✗
Tabela rozpuszczalności (klucz)
Praktyczne reguły rozpuszczalności w wodzie:
| Anion | Rozpuszczalne | Nierozpuszczalne |
|---|---|---|
| NO₃⁻ | Wszystkie | — |
| CH₃COO⁻ | Wszystkie | — |
| Cl⁻, Br⁻, I⁻ | Większość | AgX, Hg₂X₂, PbX₂ |
| SO₄²⁻ | Większość | BaSO₄, SrSO₄, PbSO₄, CaSO₄ (słabo) |
| S²⁻, OH⁻, CO₃²⁻, PO₄³⁻ | Tylko z metalami alkalicznymi + NH₄⁺ | Większość |
Klucz dla zadania: BaSO₄ to klasyczny nierozpuszczalny siarczan. Każdy chemik to wie — wykorzystywany jako standard rentgenowski w żołądku (białe zawiesiny doustne).
Punktacja CKE
- 6. 1 pkt — wskazanie probówki I + uzasadnienie odwołujące się do nierozpuszczalności BaSO₄.
Po co to umieć
Tablica rozpuszczalności — klucz analizy jakościowej:
- Trzeba znać na pamięć — większość zadań CKE z chemii nieorganicznej tego wymaga.
- W laboratorium chemicznym — codzienne stosowanie.
Synteza tlenków metali — często wieloetapowa:
- Cu(OH)₂ → CuO (T~100°C).
- Mg(OH)₂ → MgO (T~350°C).
- Al(OH)₃ → Al₂O₃ (T~500°C).
- Fe(OH)₃ → Fe₂O₃ (T~200°C).
BaSO₄ w medycynie:
- Doustne = kontrast RTG dla przewodu pokarmowego.
- Bezpieczne mimo toksyczności Ba²⁺ — bo nie ulega rozpuszczeniu, więc nie wchłania się przez nabłonek.
- Po RTG wydalany w stolcu.
Reakcje strąceniowe — zastosowania:
- Oczyszczanie wody — usuwanie żelaza, manganu, fosforanów (strącenia).
- Galwanotechnika — strącanie wodorotlenków metali.
- Analiza jakościowa — identyfikacja jonów po kolorze osadu.
Klasyczna analiza kationów (Fresenius):
- Grupa I (Ag⁺, Pb²⁺): strąca z HCl.
- Grupa II (Cu²⁺, Hg²⁺): strąca z H₂S w środowisku kwaśnym.
- Grupa III (Fe³⁺, Al³⁺): strąca z H₂S w buforze amonowym.
- Grupa IV (Ca²⁺, Ba²⁺): strąca z (NH₄)₂CO₃.
- Grupa V (Na⁺, K⁺, NH₄⁺): nie strąca — identyfikuje płomieniem.
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