Zadanie 9
Matura z chemii, maj 2025, poziom rozszerzony
Wymaganie: VII. Systematyka związków nieorganicznych. Zdający: 9) opisuje typowe właściwości chemiczne kwasów, w tym zachowanie wobec metali […]; pisze odpowiednie równania reakcji.
X. Metale, niemetale i ich związki. Zdający: 5) pisze równania reakcji ilustrujące typowe właściwości chemiczne metali wobec […] kwasów nieutleniających ([…] Zn […]), przewiduje i opisuje przebieg reakcji […] stężonego kwasu azotowego(V) z […] Ag.
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. (0–2)
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⁻. Zasady oceniania uznają też zapis z jonami H₃O⁺ (Ag + NO₃⁻ + 2H₃O⁺ → Ag⁺ + NO₂ + 3H₂O; Zn + 2H₃O⁺ → Zn²⁺ + H₂ + 2H₂O).
Strona arkusza CKE z trescia zadania
Klucz pojęciowy — szereg napięciowy metali
Metale porządkuje się według standardowych potencjałów elektrod (tabela na karcie wzorów CKE). Metale o potencjale ujemnym (np. Zn: E° = −0,762 V) wypierają wodór z kwasów nieutleniających, a metale o potencjale dodatnim (np. Ag: E° = +0,800 V) — nie.
- Cynk (Zn) — wypiera H₂ z kwasu solnego.
- Srebro (Ag) — nie wypiera H₂ z kwasu solnego. Roztwarza się w kwasach utleniających (np. HNO₃).
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. W reakcjach metali z kwasem azotowym(V) utleniaczem są jony NO₃⁻, więc produktem redukcji są zwykle tlenki azotu (NO₂, NO), a nie wodór.
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?
Standardowy potencjał elektrody Ag⁺/Ag (+0,800 V wg karty wzorów) jest wyższy niż potencjał elektrody wodorowej (0 V), więc jony H⁺ nie utleniają srebra i wodór się nie wydziela. Srebro roztwarza się dopiero w kwasie o właściwościach utleniających — w stężonym HNO₃ utleniaczem są jony NO₃⁻.
NO a NO₂
| Cecha | NO | NO₂ |
|---|---|---|
| Barwa | Bezbarwny | Brunatny |
| Na powietrzu | Utlenia się: 2 NO + O₂ → 2 NO₂ | — |
| Typowo powstaje z | rozcieńczonego HNO₃ | stężonego HNO₃ |
Na zdjęciu doświadczenia 1. probówka jest wypełniona brunatnym gazem — to NO₂, co odpowiada reakcji ze stężonym kwasem azotowym(V).
Punktacja CKE
- 9. 2 pkt — oba równania poprawne w formie jonowej skróconej; 1 pkt — jedno równanie.
Po co to umieć
Zachowanie metali wobec kwasów wynika z ich standardowych potencjałów: metale o ujemnym potencjale (Zn, Fe, Mg) wypierają wodór z kwasów nieutleniających, a metale o dodatnim potencjale (Cu, Ag) roztwarzają się tylko w kwasach utleniających, np. w HNO₃. Ta sama zależność tłumaczy, dlaczego w zadaniu każdy metal musiał zareagować z innym kwasem.
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