Zadania maturalne

MisiekW

W tym dziale będziemy publikować różne ciekawe zadania wzorowane na maturalnych i nie tylko. Warto czasami się sprawdzić.
Na dzisiaj krótki zestaw trzech zadanek ze związków kompleksowych.

¤ Informacja do zadań 1., 2. i 3.
Zjawisko izomerii, spotykane zwykle wśród związków organicznych, jest częste również wśród związków kompleksowych. Jako przykład izomerii jonowej można przytoczyć siarczan(VI) pentaaminabromokobaltu(III) oraz bromek pentaaminasiarczanokobaltu(III). Związki te różnią się położeniem anionów bromkowych i siarczanowych(VI), które mogą występować jako ligandy w jonie kompleksowym bądź jako samodzielne aniony. Wśród związków kompleksowych występuje również zjawisko izomerii hydratacyjnej, której najczęściej przytaczanym przykładem są izomery sześciowodnego chlorku chromu(III) o nazwach: chlorek heksaakwachromu(III), chlorek pentaakwachlorochromu(III) – woda (1/1), chlorek tetraakwadichlorochromu(III) – woda (1/2). W trakcie przechowywania nad bezwodnym kwasem siarkowym(VI) oddają one tylko te cząsteczki wody, które znajdują się poza jonem kompleksowym i są słabiej związane.
Bielański A., „Podstawy chemii nieorganicznej”, PWN, Warszawa 2007.

Zadanie 1. (5 pkt)
a) Zapisz w postaci cząsteczkowej równania reakcji siarczanu(VI) pentaaminabromokobaltu(III) i bromku pentaaminasiarczanokobaltu(III) z chlorkiem baru i azotanem(V) srebra lub zaznacz, że reakcja nie zachodzi.
1) …………………………………………………………………………………….
2) …………………………………………………………………………………….
3) …………………………………………………………………………………….
4) …………………………………………………………………………………….

b) Dla jonu kompleksowego budującego cząsteczkę bromku pentaaminasiarczanokobaltu(III) określ jego ładunek i liczbę koordynacji.

ładunek jonu kompleksowego: …………
liczba koordynacji: ……………

Zadanie 2. (2 pkt)
a) Zapisz wzór sumaryczny produktu powstałego w wyniku dehydratacji chlorku pentaakwachlorochromu(III) – woda (1/1). ……………………………..
b) Jaka właściwość kwasu siarkowego(VI) umożliwia dehydratację związku kompleksowego?.............................

Zadanie 3. (1 pkt)
Przeprowadzono reakcję wymienionych związków chromu(III) z azotanem(V) srebra, a wydzielony osad przemyto, wysuszono i zważono. Dlaczego w każdym przypadku uzyskano inną masę osadu chlorku srebra?
………………………………………………………………………………………………….…………………………

MisiekW

Zadania dotyczą związków kompleksowych, czyli jak kto woli, koordynacyjnych (tak brzmi nawet lepiej). Bardzo często takie związki pojawiają się w arkuszach maturalnych, gdy mowa o właściwościach amfoterycznych tlenków czy wodorotlenków metali. Jednakże wystarczy spojrzeć na tegoroczną maturę z maja, żeby się przekonać, że nie zawsze spotkamy się w zadaniach ze związkiem typu Na[Al(OH)4].
Co warto o nich, na poziomie matury, byłoby wiedzieć?
Na pewno uniwersalne pojęcia: atom centralny, ligandy, jon kompleksowy, liczba koordynacji.

Weźmy taki związek jak [Ag(NH3)2]OH, czyli popularny odczynnik Tollensa.
NH<sub>3</sub> pełnią rolę LIGANDÓW (zawierają wolne pary elektronowe, dzięki którym tworzą wiązanie koordynacyjne z atomem centralnym). Czasami są to aniony: proste jak Cl- czy złożone jak OH<sup>-</sup> jak w Na[Al(OH)4], czasami obojętne cząsteczki jak wspomniany amoniak albo ... WODA. Większość jonów metali z bloku d występuje w roztworach w postaci hydratowanej (o tym też mowa w naszym zadaniu) jak np. [Zn(H2O)6]2+.
Atom Ag - to ATOM CENTRALNY (do niego przyłączają się ligandy).
Jak zauważyliście, znane są jony kompleksowe będące kationami jak i anionami.
I magiczna LICZBA KOORDYNACJI - ta liczba określa nam, ile ligandów (np. NH3 czy OH- przyłączonych jest do atomu centralnego). Nie trzeba znać tych liczb na pamięć, tak naprawdę w roztworach ustala się stan równowagi pomiędzy różnymi formami: są i takie o LK=2, takie o LK=3 jak i LK=6, np. słynna smocza krew to heksatiocyjanianożelazian(III) potasu. Związek ten powstaje w wyniku kompleksowania kationów Fe3+ jonami SCN-. I chociaż zwykle zapisujemy wzór tego jonu kompleksowego jako [Fe(SCN)6]3-, to w roztworze istnieje w odpowiedniej ilości także [Fe(SCN)5]2-.
Na maturze będziecie zwykle mieli podane, jaką liczbę koordynacji należy przyjąć.

Spróbujmy rozwiązać takie szybko ułożone zadanie.

Do roztworu siarczanu(VI) miedzi(II) wkraplano wodny roztwór amoniaku, obserwując strącanie się niebieskiego osadu. Osad ten roztworzył się wobec dodawania nadmiaru amoniaku i powstał klarowny, granatowy roztwór. Kationy miedzi(II) utworzyły związek kompleksowy o liczbie koordynacji 4, w którym cząsteczki amoniaku pełnią rolę ligandów.
a) Napisz w postaci cząsteczkowej równanie reakcji strącania osadu, o którym mowa w powyższej informacji.
b) Napisz w postaci jonowej skróconej równanie reakcji roztwarzania osadu wobec nadmiaru amoniaku.

a. CuSO4 + 2(NH3 * H2O) -> Cu(OH)2 + Na2SO4
b. Cu(OH)2 + 4NH3 -> [Cu(NH3)4]2+ + 2OH-

Oczywiście, nie mogę napisać Cu2+, bo roztwarzamy osad, więc Cu(OH)2 będzie okej w równaniu jonowym skróconym.
I ostatnia sprawa: co mam zrobić, jeśli mam podaną LK i mam wyznaczyć wzór jonu.

Np.: roztwarzam Zn(OH)2 w NaOH, powstaje jon o LK=4.
Wiadomo, że Zn jest na +II stopniu utlenienia, w dodatku w jonie kompleksowym są 4OH-, zatem wypadkowy ładunek jonu: 2+(-4)=-2. [Zn(OH)4]2-, stąd cały wzór związku: Na2[Zn(OH)4].

Następnym razem przypomnimy sobie właściwości amfoteryczne tlenków/wodorotlenków i zrobimy zadania z 15.08.
A żebyście się nie nudzili, nieco bardziej złożone niż na maturze, zadanko:

Jednym z wielu związków zawierających azot jest hydrazyna N2H4, bezbarwna ciecz, która – jako związek nietrwały – ulega powolnemu rozkładowi z wydzieleniem trzech substancji gazowych: substancji A z homoatomową cząsteczką, substancji B umożliwiającej redukcję tlenku miedzi(II) do metalicznej miedzi oraz substancji C o której wiadomo, że powstaje podczas ogrzewania roztworu chlorku amonu z roztworem wodorotlenku sodu.
a) Zapisz równanie reakcji rozkładu hydrazyny.
b) Zapisz w formie jonowej skróconej równanie opisanej reakcji powstawania substancji C.
c) Przedstaw wzór elektronowy cząsteczki substancji A.
d) Oblicz gęstość mieszaniny gazowej, która powstanie z rozkładu 38,4 g hydrazyny w temp. 298 K pod ciśnieniem 998 hPa.