Zadanie 9
Matura z chemii, maj 2025, poziom rozszerzony
Wymaganie: III.4 — reakcje metali, szereg napięciowy.
III.5 — kwasy utleniające (HNO₃, H₂SO₄ stęż.).
Treść zadania
Pod wyciągiem przeprowadzono dwa doświadczenia, których celem było zbadanie przebiegu reakcji metali z kwasami. Użyto poniższych odczynników:
cynk srebro kwas solny kwas azotowy(V)
Każdy z reagentów został użyty tylko raz. Przebieg doświadczeń przedstawiono na poniższych zdjęciach:
- Doświadczenie 1.: w probówce widoczny brunatny gaz nad cieczą.
- Doświadczenie 2.: w probówce klarowny roztwór z bezbarwnymi bańkami gazu.
Zadanie 9. (0–1–2)
Napisz w formie jonowej skróconej równania reakcji zachodzących podczas doświadczeń 1. i 2.
Doświadczenie 1.: ............
Doświadczenie 2.: ............
Źródło: arkusz CKE MCHP-R0-100-2505. Otwórz oryginalny PDF
Rozwiązanie
Identyfikacja:
Reguła: srebro NIE reaguje z HCl (Ag jest poniżej H w szeregu napięciowym → nie wypiera H₂). Reaguje tylko z HNO₃ (utleniacz). Cynk reaguje z HCl (wypiera H₂).
- Doświadczenie 1 = Ag + HNO₃ stęż. → brunatny gaz NO₂.
- Doświadczenie 2 = Zn + HCl → bezbarwny gaz H₂.
Doświadczenie 1 — forma jonowa skrócona:
Analiza redoks:
- Ag (0) → Ag⁺ + e⁻ (utlenianie, oddaje 1 e).
- NO₃⁻ + 2 H⁺ + e⁻ → NO₂ + H₂O (redukcja, N⁺⁵ → N⁺⁴).
- Bilans e: 1 = 1 ✓.
Bilans atomów: Ag: 1=1; H: 2=2; N: 1=1; O: 3=2+1=3 ✓. Ładunek: 0+2-1 = +1 = +1+0+0 ✓.
Doświadczenie 2 — forma jonowa skrócona:
Analiza redoks:
- Zn (0) → Zn²⁺ + 2 e⁻ (utlenianie, oddaje 2 e).
- 2 H⁺ + 2 e⁻ → H₂ (redukcja).
- Bilans e: 2 = 2 ✓.
Bilans atomów: Zn: 1=1; H: 2=2 ✓. Ładunek: 0+2 = +2 = +2+0 ✓.
Pułapka — pomylenie srebra z cynkiem. Ag nie reaguje z HCl (jest poniżej H w szeregu). Tylko z HNO₃ (silny utleniacz, działa nie tylko przez H⁺ ale przez NO₃⁻ jako utleniacz).
Pułapka — brunatny gaz. NO₂ = brunatny gaz. Powstaje z HNO₃ stężonego. Z HNO₃ rozcieńczonego powstaje NO (bezbarwny, który na powietrzu → NO₂ brunatny). Tu zdjęcie pokazuje wewnątrz probówki brunatny → bezpośredni produkt = NO₂ → stężony HNO₃.
Pułapka — H⁺ w równaniu jonowym. Nie pisz całego HNO₃ — w roztworze jest jako H⁺ + NO₃⁻. Forma jonowa skrócona = tylko jony aktywne + cząsteczki obojętne.
Strona arkusza CKE z trescia zadania
Klucz pojęciowy — szereg napięciowy metali
Metale uporządkowane wg standardowych potencjałów redoks (od najbardziej do najmniej aktywnych):
K > Ca > Na > Mg > Al > Mn > Zn > Cr > Fe > Cd > Co > Ni > Sn > Pb >> [H] >> Cu > Hg > Ag > Pt > Au
Reguła: metal z góry szeregu (przed H) wypiera metale z dołu + wodór z kwasów.
- Cynk (Zn) — przed H → wypiera H₂ z HCl, H₂SO₄ rozc., itp.
- Srebro (Ag) — po H → nie wypiera H₂ z HCl. Reaguje tylko z kwasami utleniającymi (HNO₃, H₂SO₄ stęż.).
Klucz pojęciowy — kwasy nieutleniające vs utleniające
| Typ | Mechanizm | Produkt z metalami | Przykłady |
|---|---|---|---|
| Nieutleniający (rozcieńczone) | H⁺ utlenia metal | H₂↑ + sól metalu | HCl, HBr, HI, H₂SO₄ rozc. |
| Utleniający (mocny lub stężony) | Anion utlenia metal (nie H⁺) | NO₂, NO, SO₂, H₂O (nie H₂) | HNO₃, H₂SO₄ stęż. |
Klucz: HCl + Zn → H₂. HNO₃ + Zn → NO/NO₂, nigdy H₂ (bo NO₃⁻ jest silniejszym utleniaczem niż H⁺).
Mechanizm: Ag + HNO₃ stęż. (dośw. 1)
Srebro = metal szlachetny (po H w szeregu). NIE reaguje z HCl, H₂SO₄ rozc., octem, kwasami organicznymi.
Reaguje z HNO₃ — silnym utleniaczem (NO₃⁻ utlenia, nie H⁺). Reakcja:
Ze stężonym HNO₃: Ag + 2 HNO₃(stęż.) → AgNO₃ + NO₂↑ + H₂O.
Produkt: NO₂ = brunatny gaz (zdjęcie 1).
Z rozcieńczonym HNO₃: 3 Ag + 4 HNO₃(rozc.) → 3 AgNO₃ + NO↑ + 2 H₂O.
Produkt: NO = bezbarwny (na powietrzu szybko → brunatny NO₂).
Tu — z brunatnego gazu wewnątrz probówki → stężony HNO₃.
Forma jonowa skrócona: Ag + 2 H⁺ + NO₃⁻ → Ag⁺ + NO₂ + H₂O.
Mechanizm: Zn + HCl (dośw. 2)
Cynk = metal aktywny (przed H). Reaguje z każdym kwasem nieutleniającym, wypierając H₂.
Zn + 2 HCl → ZnCl₂ + H₂↑
Produkt: H₂ = bezbarwny gaz (bańki na zdjęciu 2).
Forma jonowa skrócona: Zn + 2 H⁺ → Zn²⁺ + H₂. (Cl⁻ to “widz” — nie zmienia).
Dlaczego Ag nie reaguje z HCl?
Reakcja teoretyczna: 2 Ag + 2 HCl → 2 AgCl + H₂?
NIE zachodzi w warunkach normalnych, ponieważ:
- Potencjał redoks Ag/Ag⁺ = +0,80 V > 0 V (H⁺/H₂).
- Ag NIE wyparta H z roztworu (Ag nie utleni się przez H⁺).
- Termodynamicznie nieopłacalna.
Co więcej: nawet gdyby zaszła, AgCl jest nierozpuszczalny (biały osad) → reakcja jest podwójnie blokowana termodynamicznie.
Dlatego Ag “rozumie” tylko HNO₃ lub H₂SO₄ stęż. (utleniacze).
Jak rozpoznać NO vs NO₂?
| Cecha | NO | NO₂ |
|---|---|---|
| Kolor | Bezbarwny | Brunatny / brązowy |
| Stan | Gaz | Gaz |
| Stabilność | Niestabilny na powietrzu | Stabilny |
| Reakcja z O₂ | 2 NO + O₂ → 2 NO₂ (szybko) | Reaguje wolniej |
| Powstaje z | HNO₃ rozcieńczonego | HNO₃ stężonego |
Pamięć: stężony HNO₃ + metal → NO₂ (brunatny). Rozcieńczony → NO (bezbarwny).
Punktacja CKE
- 9. 2 pkt — oba równania poprawne (po 1 pkt za każde).
Po co to umieć
Szereg napięciowy = klucz elektrochemii:
- Ogniwa galwaniczne — różnica potencjałów → SEM.
- Korozja metali — żelazo (przed H) koroduje w wilgotnym powietrzu z CO₂.
- Galwanizacja — pokrywanie metalu mniej szlachetnym ochronnym (Zn na Fe = “ocynkowanie”).
- Ekstrakcja metali — Fe wypiera Cu z CuSO₄ (klasyczna reakcja kuchenna).
Kwasy utleniające:
- HNO₃ — atak na “szlachetne” metale (Cu, Ag).
- H₂SO₄ stężony — atak na Cu (Cu + 2 H₂SO₄ stęż. → CuSO₄ + SO₂ + 2 H₂O).
- Aqua regia (HNO₃ + 3 HCl) — rozpuszcza nawet złoto (Au + HCl → [AuCl₄]⁻ + NO).
Brunatne dymy nad miastami — NO₂ z spalin samochodowych. Mechanizm:
- N₂ + O₂ (wysokie T w silniku) → 2 NO.
- 2 NO + O₂ → 2 NO₂ (na powietrzu).
- NO₂ + H₂O → HNO₃ + HNO₂ (kwaśny deszcz).
Reakcje analityczne:
- Testy na Ag⁺: Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl ↓ (biały, ciemnieje na świetle).
- Testy na Zn²⁺: Zn²⁺ + 2 OH⁻ → Zn(OH)₂ ↓ (biały), amfoteryczny.
Historyczna chemia: Dżinn (alchemia) używał wieleukładów: HNO₃ (“aqua fortis”) atakuje wszystkie metale poza złotem; aqua regia (HCl+HNO₃) atakuje też złoto. “Acid that even attacks gold” — tabu alchemików.
Rozumiesz, jak to rozwiązać?
Przećwicz podobne typy zadań w aplikacji
matury-online.pl ma tysiące zadań pogrupowanych po dziedzinach. Sprawdź, czy temat „reakcje metali z kwasami, szereg napięciowy, HNO3, HCl, redoks, cynk, srebro" zrobisz samodzielnie.
Otwórz matury-online.pl