Лекција 5.12 садржи следеће групе задатака:

Изабери решење задатка:

Задатак 1 (бесплатан)

Кратко решење

А – \( \text{CuSO}_4 \) (бео), Б – \( \text{CuSO}_4 \cdot 5\text{H}_2\text{O} \) (плав) Г = Cu, \( Z = 29 \), па је \( Z(\text{В}) = 29 + 1 = 30 \), тј. В = Zn Д је сусед бакра у 11. групи: Д = Ag, нитрат је \( \text{AgNO}_3 \)\[ \text{CuSO}_4\text{(s)} + 5\text{H}_2\text{O(l)} \longrightarrow \text{CuSO}_4 \cdot 5\text{H}_2\text{O(s)} \]\[ \text{CuSO}_4\text{(aq)} + \text{Zn(s)} \longrightarrow \text{ZnSO}_4\text{(aq)} + \text{Cu(s)} \]\[ \text{Cu(s)} + 2\text{AgNO}_3\text{(aq)} \longrightarrow \text{Cu(NO}_3)_2\text{(aq)} + 2\text{Ag(s)} \]

Детаљно решење

Корак 1: Одређивање супстанци А и Б

Супстанца беле боје која додатком воде постаје плава је анхидровани бакар(II)-сулфат. Он везује воду и прелази у хидратисани бакар(II)-сулфат, плави камен (плава галица), чији су водени раствори плави. \[ \text{А} = \text{CuSO}_4, \qquad \text{Б} = \text{CuSO}_4 \cdot 5\text{H}_2\text{O} \]

Корак 2: Одређивање елемената В и Г

Када се на водени раствор бакар(II)-сулфата дода елемент В, добија се елемент Г. То је реакција истискивања бакра из соли, па је Г бакар. \[ \text{Г} = \text{Cu}, \qquad Z(\text{Cu}) = 29 \] Атомски број елемента В је за један већи од атомског броја Г: \[ Z(\text{В}) = 29 + 1 = 30 \] Елемент са \( Z = 30 \) је цинк. Он је у напонском низу лево од бакра, па га истискује из раствора соли. \[ \text{В} = \text{Zn} \]

Корак 3: Одређивање елемента Д

Бакар реагује с раствором нитрата елемента Д и даје бакар(II)-нитрат. Значи да је Д метал десно од бакра у напонском низу. Задатак каже да су Г и Д суседни елементи у једној групи (у тексту је уместо Д написано Ђ). Бакар је у 11. групи, а његов сусед испод њега је сребро (\( Z = 47 \)). \[ \text{Д} = \text{Ag}, \qquad \text{нитрат елемента Д: } \text{AgNO}_3 \]

Корак 4: Једначине реакција

1) Додатак воде анхидрованом бакар(II)-сулфату: \[ \text{CuSO}_4\text{(s)} + 5\text{H}_2\text{O(l)} \longrightarrow \text{CuSO}_4 \cdot 5\text{H}_2\text{O(s)} \] 2) Цинк истискује бакар из раствора бакар(II)-сулфата: \[ \text{CuSO}_4\text{(aq)} + \text{Zn(s)} \longrightarrow \text{ZnSO}_4\text{(aq)} + \text{Cu(s)} \] Јонски облик: \[ \text{Cu}^{2+}\text{(aq)} + \text{Zn(s)} \longrightarrow \text{Zn}^{2+}\text{(aq)} + \text{Cu(s)} \] 3) Бакар реагује с раствором сребро-нитрата: \[ \text{Cu(s)} + 2\text{AgNO}_3\text{(aq)} \longrightarrow \text{Cu(NO}_3)_2\text{(aq)} + 2\text{Ag(s)} \] Јонски облик: \[ \text{Cu(s)} + 2\text{Ag}^{+}\text{(aq)} \longrightarrow \text{Cu}^{2+}\text{(aq)} + 2\text{Ag(s)} \]

Кратак запис решења:

А = \( \text{CuSO}_4 \), Б = \( \text{CuSO}_4 \cdot 5\text{H}_2\text{O} \), Г = Cu (\( Z = 29 \)), В = Zn (\( Z = 30 \)), Д = Ag \[ \text{CuSO}_4 + 5\text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{CuSO}_4 \cdot 5\text{H}_2\text{O} \] \[ \text{CuSO}_4 + \text{Zn} \longrightarrow \text{ZnSO}_4 + \text{Cu} \] \[ \text{Cu} + 2\text{AgNO}_3 \longrightarrow \text{Cu(NO}_3)_2 + 2\text{Ag} \]

Најважније из лекције

Бакар (\(\text{Cu}\)) и сребро (\(\text{Ag}\)) су прелазни метали 11. групе, изванредни проводници електрицитета и топлоте са позитивним електродним потенцијалом.
Реактивност: Не реагују са неself-оксидујућим киселинама уз издвајање \(\text{H}_2\); растварају се у оксидујућим киселинама (\(\text{HNO}_3\), конц. \(\text{H}_2\text{SO}_4\)).
Једињења бакра: \(\text{Cu}_2\text{O}\) (црвен), \(\text{CuO}\) (црн), \(\text{Cu(OH)}_2\) (плавозелени талог), \(\text{CuSO}_4 \cdot n\text{H}_2\text{O}\) (плави камен – фунгицид).
Једињења сребра: \(\text{Ag}_2\text{O}\) (тамносмеђи базни оксид), \(\text{AgNO}_3\) (лапис – реагенс за доказивање халогенида услед настајања нерастворних \(\text{AgX}\) талога).
Бакар (\(\text{Cu}\)) и сребро (\(\text{Ag}\)) припадају 11. групи (IB) Периодног система елемената и спадају у прелазне \(d\)-метале.
Оксидациони бројеви: Бакар у једињењима има оксидационе бројеве \(+1\) и \(+2\), док сребро углавном има оксидациони број \(+1\).
Својство Бакар (\(_{29}\text{Cu}\)) Сребро (\(_{47}\text{Ag}\))
Боја и изглед Светлоцрвена боја, металан сјај Сребрнастобела (сива) боја, карактеристичан сјај
Механичка својства Мекан, жилав, кован и растегљив (извлачи се у танке жице) Кован и веома растегљив; тврђи од бакра и злата
Проводљивост Одличан проводник топлоте и електрицитета (одмах иза \(\text{Ag}\)) Најбољи проводник топлоте и електрицитета међу свим металима
Биолошки значај Биогени елемент (организам одраслог садржи око \(100\text{ mg}\)) Јони \(\text{Ag}^+\) делују бактерицидно (дезинфицијенс)
Легуре: Због мекоће у чистом стању, метали се често легирају. Најпознатије легуре бакра су месинг (\(\text{Cu} + \text{Zn}\)) и бронза (\(\text{Cu} + \text{Sn}\)), док се сребро легира са \(\text{Cu}\) и \(\text{Ni}\) ради повећања тврдоће.
Бакар и сребро спадају у племенитије метале са позитивним стандардним електродним потенцијалом (\(E^\circ > 0\)). Сребро се у природи налази и у елементарном (самородном) стању.
Најважније руде:
  • Руде бакра: халкопирит (\(\text{CuFeS}_2\)), халкозин (\(\text{Cu}_2\text{S}\)), ковелин (\(\text{CuS}\)) и куприт (\(\text{Cu}_2\text{O}\)).
  • Руде сребра: аргентит (\(\text{Ag}_2\text{S}\)).
Бакар се добија пирометалуршким поступком из сулфидних руда у две главне фазе:
1. Делимично пржење сулфидне руде: \[ 2\text{Cu}_2\text{S(s)} + 3\text{O}_2\text{(g)} \longrightarrow 2\text{Cu}_2\text{O(s)} + 2\text{SO}_2\text{(g)} \] 2. Саморедукција (редукција оксида преосталим сулфидом): \[ 2\text{Cu}_2\text{O(s)} + \text{Cu}_2\text{S(s)} \longrightarrow 6\text{Cu(s)} + \text{SO}_2\text{(g)} \]
Сирови бакар садржи доста нечистоћа и пречишћава се електролитичком рафинацијом до чистоће од чак \(99{,}999\ \%\).
Пошто имају позитивне вредности стандардног редокс потенцијала, бакар и сребро не истискују водоник из разблажених неself-оксидујућих киселина (\(\text{HCl}\), разблажена \(\text{H}_2\text{SO}_4\)).
Деловање супстанци из ваздуха:
  • Патина на бакру: Дужим излагањем ваздуху бакар се превлачи зеленим заштитним слојем патине. У присуству \(\text{SO}_2\) настаје базни бакар(II)-сулфат: \((\text{CuOH})_2\text{SO}_4\).
  • Тамњење сребра: Сребро не реагује директно са \(\text{O}_2\), али у присуству трагова \(\text{H}_2\text{S}\) из ваздуха потамни услед грађења црног сребро-сулфида (\(\text{Ag}_2\text{S}\)).
Загревање бакра на ваздуху:
Преко \(300\ ^\circ\text{C}\) настаје црни бакар(II)-оксид: \[ 2\text{Cu(s)} + \text{O}_2\text{(g)} \longrightarrow 2\text{CuO(s)} \] Загревањем до усијања прелази у црвени бакар(I)-оксид: \[ \text{CuO(s)} + \text{Cu(s)} \longrightarrow \text{Cu}_2\text{O(s)} \]
Реакција са киселинама:
1. Бакар реагује са разблаженом \(\text{H}_2\text{SO}_4\) и \(\text{HCl}\) само уз присуство кисеоника из ваздуха: \[ 2\text{Cu(s)} + 2\text{H}_2\text{SO}_4\text{(aq)} + \text{O}_2\text{(g)} \longrightarrow 2\text{CuSO}_4\text{(aq)} + 2\text{H}_2\text{O(l)} \] 2. Са јаким оксидујућим киселинама (\(\text{HNO}_3\), концентрована \(\text{H}_2\text{SO}_4\)) реагују и бакар и сребро, при чему се редукује анјон киселине (ослобађају се \(\text{NO}_2\), \(\text{NO}\) или \(\text{SO}_2\)), а не истискује се \(\text{H}_2\).
Оксиди и хидроксиди:
  • \(\text{Cu}_2\text{O}\) – бакар(I)-оксид (црвене боје, базан оксид).
  • \(\text{CuO}\) – бакар(II)-оксид (црне боје, базан оксид).
  • \(\text{Cu(OH)}_2\) – бакар(II)-хидроксид, плавозелени талог који настаје дејством алкалних база на растворе \(\text{Cu}^{2+}\) соли: \[ \text{Cu}^{2+}\text{(aq)} + 2\text{OH}^-\text{(aq)} \rightleftharpoons \text{Cu(OH)}_2\text{(s)} \]
Боја соли: Безводни бакар(II)-сулфат (\(\text{CuSO}_4\)) је бели прах, док су хидратисане соли и водени раствори \(\text{Cu}^{2+}\) јона карактеристичне плаве боје.
Плави камен (модра галица): Хидратисани бакар(II)-сулфат (\(\text{CuSO}_4 \cdot n\text{H}_2\text{O}\)).
• Примена: За доказивање присутства воде у лабораторији и као моћан фунгицид у виноградарству и воћарству (уништавање штетних гљива и плесни).
Сребро(I)-оксид (\(\text{Ag}_2\text{O}\)): Базан оксид тамносмеђе боје, тешко растворан у води. Настаје дејством јаких база на соли сребра (нестабилни \(\text{AgOH}\) одмах губи воду): \[ 2\text{AgNO}_3\text{(aq)} + 2\text{NaOH(aq)} \longrightarrow \text{Ag}_2\text{O(s)} + 2\text{NaNO}_3\text{(aq)} + \text{H}_2\text{O(l)} \]
Сребро-нитрат (\(\text{AgNO}_3\), лапис):
  • Добро се раствара у води; фотосензитиван је (осетљив на светлост) и чува се у тамним боцама.
  • Користи се као главни реагенс за доказивање халогенидних јона (\(\text{Cl}^-\), \(\text{Br}^-\), \(\text{I}^-\)), јер гради карактеристичне нерастворне талоге (осим \(\text{AgF}\) који је растворан): \[ \text{AgNO}_3\text{(aq)} + \text{HCl(aq)} \longrightarrow \text{AgCl(s)}\downarrow + \text{HNO}_3\text{(aq)} \]
Талог сребро-хлорида (\(\text{AgCl}\)) се лако раствара у воденом раствору амонијака градећи растворну комплексну со: \([\text{Ag(NH}_3)_2]\text{Cl}\).
Примена сребра и једињења: Колоидни раствор сребра („сребрна вода”) користи се као бактерицид у медицини, халогениди сребра (\(\text{AgBr}\), \(\text{AgCl}\)) у фотографској индустрији, а елементарно сребро за огледала, накит и ковани новац.

Задаци за вежбање

Задатак 1 (лак): Навести оксидационе бројеве бакра и сребра у једињењима и боје следећих једињења: \(\text{CuO}\), \(\text{Cu}_2\text{O}\), анхидровани \(\text{CuSO}_4\) и водени раствор \(\text{CuSO}_4\).
  • Оксидациони бројеви: бакар гради једињења са оксидационим бројем \(+1\) и \(+2\), док сребро има оксидациони број \(+1\).
  • \(\text{CuO}\) (бакар(II)-оксид): црна боја.
  • \(\text{Cu}_2\text{O}\) (бакар(I)-оксид): црвена боја.
  • Анхидровани (безводни) \(\text{CuSO}_4\): бела боја.
  • Водени раствор \(\text{CuSO}_4\): плава боја (потиче од хидратисаних \(\text{Cu}^{2+}\) јона).
Задатак 2 (средњи):
а) Зашто бакар и сребро не истискују водоник из разблажене хлороводоничне киселине?
б) Написати молекулску и јонску једначину реакције доказивања хлоридних јона помоћу сребро-нитрата.
а) Бакар и сребро имају позитивне вредности стандардног електродног потенцијала (\(E^\circ(\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}) = +0{,}34\text{ V}\), \(E^\circ(\text{Ag}^+/\text{Ag}) = +0{,}80\text{ V}\)), што значи да су мање реактивни од водоника и не могу га редуковати из киселина.
б)
Молекулски облик: \[ \text{AgNO}_3\text{(aq)} + \text{HCl(aq)} \longrightarrow \text{AgCl(s)}\downarrow + \text{HNO}_3\text{(aq)} \] Јонски облик: \[ \text{Ag}^+\text{(aq)} + \text{Cl}^-\text{(aq)} \longrightarrow \text{AgCl(s)}\downarrow \] (Настаје бели сирасти талог \(\text{AgCl}\)).
Задатак 3 (средњи): Написати једначине хемијских реакција којима се могу извести следеће трансформације: \[ \text{CuO} \longrightarrow \text{CuCl}_2 \longrightarrow \text{Cu(OH)}_2 \longrightarrow \text{CuO} \]
1. Растварање базног оксида у киселини: \[ \text{CuO(s)} + 2\text{HCl(aq)} \longrightarrow \text{CuCl}_2\text{(aq)} + \text{H}_2\text{O(l)} \] 2. Таложење хидроксида дејством алкалне базе: \[ \text{CuCl}_2\text{(aq)} + 2\text{NaOH(aq)} \longrightarrow \text{Cu(OH)}_2\text{(s)}\downarrow + 2\text{NaCl(aq)} \] 3. Термичко разлагање хидроксида загревањем: \[ \text{Cu(OH)}_2\text{(s)} \xrightarrow{\quad\Delta\quad} \text{CuO(s)} + \text{H}_2\text{O(l)} \]
Задатак 4 (тежак): Колико се грама елементарног бакра добија саморедукцијом из \(286\text{ g}\) куприта (\(\text{Cu}_2\text{O}\)) према реакцији са халкозином: \[ 2\text{Cu}_2\text{O(s)} + \text{Cu}_2\text{S(s)} \longrightarrow 6\text{Cu(s)} + \text{SO}_2\text{(g)} \] ако је релативна молекулска маса \(M(\text{Cu}_2\text{O}) = 143\text{ g/mol}\), а релативна атомска маса \(M(\text{Cu}) = 63{,}5\text{ g/mol}\)?
1. Израчунавамо количину супстанце куприта (\(\text{Cu}_2\text{O}\)): \[ n(\text{Cu}_2\text{O}) = \frac{m(\text{Cu}_2\text{O})}{M(\text{Cu}_2\text{O})} = \frac{286\text{ g}}{143\text{ g/mol}} = 2\text{ mol} \] 2. Из стехиометријског односа једначине видимо: \[ \frac{n(\text{Cu})}{n(\text{Cu}_2\text{O})} = \frac{6}{2} = 3 \implies n(\text{Cu}) = 3 \cdot n(\text{Cu}_2\text{O}) = 3 \cdot 2\text{ mol} = 6\text{ mol} \] 3. Израчунавамо масу добијеног бакра: \[ m(\text{Cu}) = n(\text{Cu}) \cdot M(\text{Cu}) = 6\text{ mol} \cdot 63{,}5\text{ g/mol} = 381\text{ g} \] Одговор: Добија се \(381\text{ g}\) бакра.

Савладај
домаћи
уз хиљаде решења, лекција и тестова: