Oppgave C2 på Kjemi EGE: Kjennetegn og Fallgruver

Oppgave C2 i kjemi på EGE. Særtrekk og skjulte fallgruver
Forfatter: Profesjonell privatlærer O. V. Ovtsjinnikova

Oppgaveteksten til del C2 i kjemieksamen på EGE er en beskrivelse av en sekvens eksperimentelle handlinger. Denne teksten må omgjøres til reaksjonslikninger.

Vanskeligheten med slike oppgaver ligger i at skoleelever ofte har lite forståelse for eksperimentell, «ikke-teoretisk» kjemi. Ikke alle forstår de brukte begrepene eller prosessene som beskrives. La oss prøve å gjøre det klart.

Ofte blir begreper som er helt åpenbare for en kjemiker misforstått av søkere. Her er en kort ordbok over slike begreper.

Ordbok over uklare begreper

• Prøve – en viss mengde stoff med kjent masse (veid på en vekt). Har ingen sammenheng med et hustak.

• Gløde – å varme opp et stoff til høy temperatur og holde det varmt til reaksjonen er over. Har ingenting med å «blande med kalium» eller «stikke hull med en spiker».

• «Gassblandingen eksploderte» – betyr at stoffene reagerte eksplosivt. Det brukes vanligvis en elektrisk gnist. Kolben eller beholderen eksploderer ikke!

• Filtrere – å skille ut bunnfall fra en løsning.

• Profiltrere – å la løsningen passere gjennom et filter for å fjerne bunnfall.

• Filtrat – den filtrerte løsningen.

• Oppløsning av et stoff – når et stoff går over i oppløsning. Det kan skje uten kjemiske reaksjoner (for eksempel ved oppløsning av NaCl i vann), eller med reaksjon, som når bariumsoksid danner bariumhydroksid. Oppløsning kan også skje i syrer, baser osv.

• Fordamping – fjerning av vann og flyktige stoffer fra en løsning uten nedbrytning av faste stoffer.

• Inndamping – reduksjon av vannmengden i en løsning ved oppvarming.

• Sammensmelting – felles oppvarming av to eller flere faste stoffer til de begynner å smelte og reagere. Har ingenting med båtferie å gjøre.

Bunnfall og reststoff. Ofte forveksles disse begrepene, men de betyr ulike ting:

• «Reaksjonen fører til bunnfall» – betyr at ett av produktene er tungt løselig og felles ut på bunnen av reaktoren (prøveglass eller kolbe).

• «Reststoff» – er stoffet som ikke ble brukt opp eller ikke reagerte. For eksempel, hvis en blanding av metaller reagerer med en syre, og ett metall ikke reagerer, kalles det for reststoff.

Mettet løsning – en løsning der konsentrasjonen av stoffet er maksimal ved en gitt temperatur, og det ikke lenger løses opp mer.
Umettet løsning – en løsning hvor mer av stoffet fortsatt kan løses.
Fortynnet og «meget» fortynnet løsning – relative begreper, mest kvalitative, som betyr lav konsentrasjon.

For syrer og baser brukes også begrepet «konsentrert løsning», som er relativt. For eksempel har konsentrert saltsyre en konsentrasjon på ca. 40 %, mens konsentrert svovelsyre er 100 %, altså vannfri.

For å løse slike oppgaver må man kjenne egenskapene til de fleste metaller, ikke-metaller og deres forbindelser: oksider, hydroksider, salter. Man må repetere egenskapene til salpetersyre og svovelsyre, kaliumpermanganat og kaliumdikromat, redoks-egenskaper til ulike forbindelser, elektrolyse av løsninger og smelter, spalting av ulike forbindelser, amfotere egenskaper, hydrolyse av salter og andre forbindelser, samt gjensidig hydrolyse av to salter.

I tillegg må man vite farge og tilstandsform for de fleste studerte stoffer – metaller, ikke-metaller, oksider og salter.

Derfor gjennomgår vi denne typen oppgaver helt på slutten av læretiden i generell og uorganisk kjemi.
La oss se på noen eksempler på slike oppgaver.

• Litium reagerer med nitrogen og danner litium nitrid.

• Nitrider reagerer med vann og danner ammoniakk.

• Ammoniakk reagerer med syrer og danner salter. Når teksten sier «til reaksjonene stopper», betyr det at det dannes et nøytralt salt – ammoniumsulfat.

• Ammoniumsulfat reagerer med bariumsalt, og bunnfallet er bariumsulfat.

• Filtratet inneholder ammoniumklorid, som reagerer med natriumnitritt ved 85 °C og avgir nitrogen.

Eksempel 2: En prøve aluminium ble løst i fortynnet salpetersyre, og det utviklet seg en gass. Løsningen ble behandlet med natriumkarbonat til gassutviklingen stoppet. Bunnfallet ble filtrert og glødet, filtratet ble inndampet, og det faste stoffet smeltet med ammoniumklorid. Gassen som utviklet seg ble blandet med ammoniakk og oppvarmet.
Løsning:

• Aluminium oksideres med salpetersyre og danner aluminium nitrid. Nitrogengass utvikles.

• Ved tilsetting av natriumkarbonat skjer gjensidig hydrolyse, og aluminiumhydroksid felles ut.

• Bunnfallet (Al(OH)₃) glødes til aluminiumoksid.

• Natriumnitrat i filtratet reagerer med ammoniumsalter ved smelting og danner nitrogenmonoksid.

• NO reagerer med ammoniakk og danner nitrogen.

• Aluminiumoksid (amfotert) reagerer med karbonat og danner aluminater.

• I vann dannes hydroksokomplekser.

• Ved tilsetting av syre/sur oksid (SO₂) dannes aluminiumhydroksid som bunnfall og kaliumhydrogensulfitt.

• Kaliumhydrogensulfitt oksideres av bromvann til hydrogensulfat.

• Den resulterende løsningen nøytraliseres med NaOH.

Eksempel 4: Sink-sulfid ble behandlet med saltsyre. Gassen ble ledet gjennom overskudd av natriumhydroksid, deretter tilsatt jern(II)klorid. Bunnfallet ble glødet. Gassen som oppstod ble blandet med oksygen og ledet over en katalysator.
Løsning:

• ZnS + HCl → H₂S

• H₂S + NaOH (overskudd) → Na₂S

• Na₂S + FeCl₂ → FeS (bunnfall)

• Gløding av FeS → Fe₂O₃ + SO₂

• SO₂ + O₂ + katalysator → SO₃

Eksempel 5: Silisiumdioksid ble glødet med stort overskudd av magnesium. Blandingen ble behandlet med vann. Gassen som oppstod ble brent i oksygen. Det faste produktet ble løst i konsentrert cesiumhydroksid, og deretter ble saltsyre tilsatt.
Løsning:

• SiO₂ + Mg (overskudd) → Mg₂Si

• Mg₂Si + H₂O → Mg(OH)₂ + SiH₄

• SiH₄ + O₂ → SiO₂

• SiO₂ + CsOH → Cs₂SiO₃

• Cs₂SiO₃ + HCl → SiO₂ (utfelling) + CsCl

Oppgaver fra EGE til selvstendig arbeid

• Kobbernitrat ble glødet, det faste stoffet løst i svovelsyre. H₂S ble ledet inn i løsningen, og svart bunnfall ble glødet. Det faste stoffet ble løst i varm konsentrert salpetersyre.

• Kalsiumfosfat ble smeltet med kull og sand. Det enkle stoffet som dannes ble brent i oksygenoverskudd, produktet løst i kaustisk soda. Deretter ble bariumsalt tilsatt, bunnfallet behandlet med overskudd av fosforsyre.

• Kobber ble løst i konsentrert salpetersyre. Gassen ble blandet med oksygen og løst i vann. Sinkoksid ble tilsatt, og deretter overskudd av natriumhydroksid.

• Tørr natriumklorid ble behandlet med konsentrert svovelsyre ved svak oppvarming. Gassen ble ledet i bariumhydroksid, deretter tilsatt kaliumsulfat. Bunnfallet ble smeltet med kull, og det nye stoffet behandlet med saltsyre.

• En prøve aluminiumsulfid ble behandlet med saltsyre. Gass ble frigjort og en fargeløs løsning dannet. Løsningen ble tilsatt ammoniakk, og gassen ble ledet i bly(II)nitrat. Bunnfallet ble behandlet med hydrogenperoksid.

• Aluminiumpulver ble blandet med svovel og oppvarmet. Det dannede stoffet behandlet med vann, gass ble frigjort og bunnfall dannet. Bunnfallet ble oppløst i KOH, løsningen inndampet og glødet. Det faste stoffet behandlet med overskudd av saltsyre.

• Kaliumjodidløsning ble behandlet med klor. Bunnfallet behandlet med natriumsulfitt. Deretter tilsatt bariumsalt, og etter filtrering – sølvnitrat.

• Krom(III)oksid (grønt pulver) ble smeltet med overskudd av base. Det løselige stoffet ble behandlet med H₂O₂ og deretter svovelsyre. Løsningen ble først gul, deretter oransje. H₂S ble ledet gjennom og løsningen ble igjen grønn.

• (MIOO 2011) Aluminium ble løst i konsentrert KOH, CO₂ ble ledet til bunnfallet stoppet. Bunnfallet ble filtrert og glødet. Det faste stoffet ble smeltet med natriumkarbonat.

• (MIOO 2011) Silisium ble løst i konsentrert KOH, deretter tilsatt overskudd HCl. Den uklar løsningen ble oppvarmet. Bunnfallet ble filtrert og glødet med kalsiumkarbonat. Skriv reaksjonslikningene.

Svar på oppgaver til selvstendig løsning:

(utlatt)