Chimie Anorganica Subiecte Teoretice Si Practice Pentru Elevi Si Studenti PDF [PDF]

Zitiervorschau

Investeşte în oameni! FONDUL SOCIAL EUROPEAN Programul Operaţional Sectorial pentru Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 – 2013 Axa prioritară: 1 Educaţia şi formarea profesională în sprijinul creşterii economice şi dezvoltării societăţii bazate pe cunoaştere Domeniul major de intervenţie: 1.3 „Dezvoltarea resurselor umane în educaţie şi formare profesională” Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Număr de identificare contract: POSDRU/87/1.3/S/61839 Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

Privim către viitor

Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei

e-Chimie

CHIMIE ANORGANICĂ Subiecte teoretice şi practice pentru elevi şi studenţi Autori Cornelia Guran, Ioana Jitaru, Cristian Matei, Daniela Berger, Florina Dumitru, Ovidiu Oprea Editura Mistral-Infomedia, SemnE Bucureşti, 2011

Investeşte în oameni! FONDUL SOCIAL EUROPEAN Programul Operaţional Sectorial pentru Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 – 2013 Axa prioritară: 1 Educaţia şi formarea profesională în sprijinul creşterii economice şi dezvoltării societăţii bazate pe cunoaştere Domeniul major de intervenţie: 1.3 „Dezvoltarea resurselor umane în educaţie şi formare profesională” Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Număr de identificare contract: POSDRU/87/1.3/S/61839 Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

Cuprins Cuvânt înainte (prof. dr. Sorin ROŞCA Prefaţă

5 7

1. CONCURSUL NAŢIONAL DE CHIMIE „C. D. NENIŢESCU“ ∗). SUBIECTE TEORETICE 1.1. Ediţia I, 1993 1.2. Ediţia II, 1994 1.3. Ediţia III, 1995 1.4. Ediţia IV, 1996 1.5. Ediţia V, 1997 1.6. Ediţia VI, 1998 1.7. Ediţia VII, 1999 1.8. Ediţia VIII, 2000 1.9. Ediţia IX, 2001 1.10. Ediţia X, 2002 1.11. Ediţia XI, 2003 1.12. Ediţia XII, 2004 1.13. Ediţia XIII, 2005 1.14. Ediţia XIV, 2006 1.15. Ediţia XV, 2007 1.16. Ediţia XVI, 2008 1.17. Ediţia XVII, 2009 1.18. Ediţia XVIII, 2010

11 11 14 21 29 34 38 44 48 54 58 63 68 73 78 83 88 93 97

2. CONCURSUL NAŢIONAL DE CHIMIE „C. D. NENIŢESCU“. SUBIECTE PENTRU PROBA PRACTICĂ 2.1. Ediţia III, 1995 2.2. Ediţia IV, 1996 2.3. Ediţia V, 1997 2.4. Ediţia VI, 1998 2.5. Ediţia VIII, 2000 2.6. Ediţia IX, 2001 2.7. Ediţia X, 2002 2.8. Ediţia XI, 2003 2.9. Ediţia XII, 2004 2.10. Ediţia XIII, 2005 2.11. Ediţia XIV, 2006 2.12. Ediţia XV, 2007 2.13. Ediţia XVI, 2008 2.14. Ediţia XVII, 2009 2.15. Ediţia XVIII, 2010 Anexă. Norme generale de protecţia muncii în laboratorul de chimie anorganică

109 109 112 116 119 122 127 131 133 135 137 141 145 148 153 157 160

Investeşte în oameni! FONDUL SOCIAL EUROPEAN Programul Operaţional Sectorial pentru Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 – 2013 Axa prioritară: 1 Educaţia şi formarea profesională în sprijinul creşterii economice şi dezvoltării societăţii bazate pe cunoaştere Domeniul major de intervenţie: 1.3 „Dezvoltarea resurselor umane în educaţie şi formare profesională” Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Număr de identificare contract: POSDRU/87/1.3/S/61839 Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

3. CONCURSUL DE CHIMIE „PETRU SPACU“ 3.1. Ediţia I, 2008 3.2. Ediţia II, 2009 3.3. Ediţia III, 2010

161 161 163 165

4. OLIMPIADA BALCANICĂ DE CHIMIE, EDIŢIA III 4.1. Setul I 4.2. Setul II

168 168 171

5. PROBLEME PROPUSE 5.1. Probleme rezolvate 5.2. Probleme nerezolvate

174 174 204

Bibliografie

215

∗) Concursul

Naţional „C. D. Neniţescu“ se adresează elevilor şi s-a organizat începând cu anul 1993. Din anul 1995 s-a introdus, pe lângă proba teoretică, şi proba practică, cu excepţia anului 1999.

∗) Concursul

„Petru Spacu“ se adresează studenţilor din anul I şi s-a organizat începând cu anul 2008.

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

INTRODUCERE Chimia anorganică este o ştiinţă experimentală pentru că numai pe baza observaţiilor experimentale se pot obţine date fundamentale, referitoare la identitatea şi proprietăţile compuşilor implicaţi în desfăşurarea proceselor chimice sau asupra mecanismelor de reacţie. Asemenea unui artist, chimistul, ca om de ştiinţă intuieşte, propune, creează. În mâinile chimistului, materia primă poate căpăta forme noi, uneori imprevizibile. Viaţa demonstrează că în foarte multe domenii ale ştiinţei şi tehnicii este nevoie de chimie, iar unele dintre acestea, ca medicina, geologia, biologia sau farmacia nu pot evolua decât în strânsă corelaţie cu chimia. In ultimii ani, rod al numeroaselor experienţe realizate în marile sau micile laboratoare din lume s-au făcut descoperiri senzaţionale, de o importanţă practică inecontestabilă. Chimia anorganică are un rol esenţial în obţinerea sau îmbunătăţirea calităţii unor materiale moderne, cum sunt materialele supraconductoare, catalizatorii, dispozitivele optice neliniare, materialele ceramice performante, etc. Pregătirea fundamentală a viitorilor specialişti din diverse domenii presupune pătrunderea în universul chimiei; cunoaşterea profundă a fenomenului chimic asigură înţelegerea subtilă a proceselor naturale şi formarea unei gândiri creative, ştiinţifice absolut necesară unui bun specialist care trebuie sa fie întotdeauna cat mai aproape de adevăr în evaluarea unor oportunităţi de studiu experimental sau teoretic. Lucrarea CHIMIE ANORGANICĂ. Subiecte teoretice şi practice pentru elevi şi studenţi are caracter didactic şi se adresează celor care şi-au propus să devină specialişti în chimie (sau în orice alt domeniu legat de acesta). Inainte de toate, ne adresăm elevilor pasionaţi de chimie, care au cunoscut emoţia participării la concursurile de Chimie (care poartă numele unor iluştri chimişti din România, ”C. D. Neniţescu”, ”Petru Spacu”) organizate în cadrul Facultăţii de Chimie Aplicată şi Stiinţa Materialelor. Menţionăm că lucrarea noastră apare după o experienţă de aproape 20 de ani în care, prin contribuţia deosebit de entuziastă şi profesionistă a unor personalităţi din Facultatea de Chimie Aplicată şi Stiinţa Materialelor (dintre care se remarcă în primul rând Prof. Dr. Sorin Roşca, Prof. Dr. Ecaterina Andronescu, Prof. Dr. Horia Iovu) a fost organizat an de an concursul ”C. D. Neniţescu” destinat elevilor din ţară. Prin parcugerea lucrării CHIMIE ANORGANICĂ. Subiecte teoretice şi practice pentru elevi şi studenţi, cititorii se vor afla în faţa unor probleme de chimie bine gândite şi prezentate sistematic, unele simple altele complexe, referindu-se la aspecte clasice dar şi moderne din chimie. Multe dintre acestea se pot rezolva numai prin consultarea unor materiale de dată recentă din chimie, ceea ce subliniază caracterul atractiv dar şi modern al acestei lucrări pe care am gândit-o pentru toţi cei care îşi propun să înţeleagă legile care guvernează chimia şi doresc să patrundă în esenţa fenomenului chimic. Autorii acestei lucrări sunt cadre didactice universitare cu o experienţă didactică şi ştiinţifică bogată, care le-a permis elaborarea unei astfel de lucrări. Introducerea unui capitol de aplicaţii practice (probă obligatorie la concursul ”C. D. Neniţescu”) a avut drept scop formarea unor abilităţi experimentale absolut necesare unui adevărat chimist, urmărind solicitarea gândirii şi a capacităţii de sinteză a tinerilor pe baza unor cunoştinţe teoretice solide. În ultimul capitol al lucrãrii sunt prezentate propuneri de probleme (rezolvate şi nerezolvate) prin care autorii au dorit sã angajeze activ cititorul, oferindu-i eventual o temã de documentare. Anumite exemple au fost selectate pentru a aduce informaţii asupra unor direcţii noi de dezvoltare a chimiei anorganice sau despre importanţa practică a acestui domeniu. La redactarea acestei lucrări, ne-am propus să oferim un material sistematizat, clar şi cu reprezentări intuitive, acolo unde a fost cazul. Ca orice lucrare şi cea intitulată CHIMIE ANORGANICĂ. Subiecte teoretice şi practice pentru elevi şi studenţi este perfectibilă şi aşteptăm, în acest scop sugestiile cititorilor. Autorii

e-Chimie

4

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

Capitolul 1 1.1. Concursul Naţional de Chimie C.D. Neniţescu Ediţia 2009 (aprilie 2010) 1.

Pentru combinaţíile complexe, K3[Cr(NCS)6], Na2[ZnCl4] şi H2[TiF6], stabiliţi: a) Metoda de obţinere în laborator pornind de la metalul tranziţional sau o sare a acestuia b) Natura para- sau diamagnetică a ionilor complecşi respectivi c) Repartizarea electronilor ionilor metalici centrali pe nivele energetice în TCC (Teoria Câmpului Cristalin) d) Tipurile de legături chimice prezente în combinaţiile complexe date e) Atomul donor din anionul NCS- . Se dau numerele atomice: Z(Cr) = 24, Z(Zn) = 30, Z(Ti) = 22.

2.

a) Denumiţi compuşii H6XeO6 şi H4XeO6. b) Folosind modelul Gillespie (modelul Repulsiei Perechilor de Electroni din Stratul de Valenţă, RPESV), stabiliţi formele spaţiale probabile ale H6XeO6 şi H4XeO6 şi tipurile de hibridizare a xenonului în aceste molecule. c) Propuneţi o metodă de obţinere a K4XeO6, pornind de la xenon sau compuşi ai acestuia.

3.

Completaţi reacţiile date şi precizaţi pentru fiecare dintre acestea ce rol are H2O2 ca agent chimic. Stabiliţi forma spaţială a compuşilor cu iod şi crom rezultaţi în reacţiile c şi respectiv f. a) H2O2 + H2S → b) H2O2 + Cl2 → c) H2O2 + I2 → d) H2O2 + H3BO3 + NaOH → e) KMnO4 + H2O2 + KOH → f) H2O2 + Cr2(SO4)3 + KOH →

4.

Se consideră speciile chimice (elemente, ioni): 57La, 64Gd, 64Gd3+, 3+ 21Sc . Stabiliţi: a) Configuraţiile electronice ale acestora b) Care sunt speciile care conţin electroni necuplaţi c) Care sunt speciile care au configuraţii de gaz nobil d) Care sunt speciile care au configuraţii electronice anormale.

5.

3+ 3+ 226Fe , 17Cl , 13Al , 16S ,

a) Azotura de titan, TixNy, prezintă mai multe faze nestoichiometrice, dar cea mai importantă şi cu aplicaţii tehnice este TiN. Arătaţi: a1) Cum se poate obţine TiN pornind de la Ti sau un compus al Ti a2) Care sunt cele mai importante proprietăţi fizice ale acestui compus. b) Scrieţi ecuaţiile reacţiilor chimice care au loc la tratarea unor soluţii apoase de Al3+, Zn2+, Hg2+, Co2+ cu o soluţie de NaOH în exces.

e-Chimie

5

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

6.

Să se scrie ecuaţiile reacţiilor chimice corespunzătoare schemei date

M+N + O2 NH3

H +I +J

+ SO2

cat. Pt-Rh 900°C

+ 1/2 O2

A

- H2 O

B + H2O

KMnO4 H2SO4 - H2O T°C

+ KOH

G

- H2O

C

+

E+A

+ I2

+ NH4Cl

- H2O

- H2O

K+L 7.

H2O +P4

D

F+A

Se consideră doi pigmenţi anorganici ai cobaltului (cu importante aplicaţii practice), CoAl2O4 (albastru intens) şi Co2B2O5 (roşu), care se pot obţíne prin metoda combustiei*, din azotaţii metalici corespunzători în prezenţa dihidrazidei acidului carbonic (CH6N4O). a) Denumiţi cei doi pigmenţi şi scrieţí ecuaţiile reacţiilor chimice de obţinere a acestora. b) Explicaţi culorile diferite ale celor doi pigmenţi. c) Explicaţi de ce formula structurală de mai jos propusă pentru primul compus nu este corectă. O

Al

O

O

Al

O

Co

*Metoda combustiei presupune o reacţie redox (în care ionii azotat au rolul de agent oxidant, iar substanţa organică de reducător şi combustibil) prin care nu rezultă gaze toxice (aspect important din punct de vedere ecologic).

e-Chimie

6

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

Rezolvări (Ediţia 2009, aprilie 2010)

1.

a) b) şi c) K3[Cr(NCS)6] 6KSCN Cr+3/2Cl2→CrCl3 ⎯⎯⎯ → K3[Cr(NCS)6] + 3KCl

Na2[ZnCl4] Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2 ZnCl2+2NaCl→Na2[ZnCl4]

H2[TiF6] Ti+F2 → TiF4 sau TiO2+2F2→TiF4+ O2 TiF4+2HF→ H2[TiF6]

Cr3+: [Ar]3d3

Zn2+: [Ar]3d10

Ti4+: [Ar]

S=0 Proprietăţi diamagnetice

Proprietăţi diamagnetice

S = 3/2 Proprietăţi paramagnetice

d) Legături ionice în afara sferei de coordinare Legături covalente între atomii ionilor NCSLegături coordinative între ionii metalici centrali şi liganzi. e) Intre Cr3+ şi NCS- se stabilesc legături Cr-N. 2.

a) H6XeO6 Acid xenic b)

H4XeO6 Acid perxenic O

OH HO HO

..

Xe OH 3 3

OH OH

HO

OH Xe

HO

OH

O 3 2

AB6 (sp d , octaedru) AB6E (sp d , octaedru distorsionat) c) se acceptă oricare dintre variante • varianta I Xe + F2 → XeF6 condiţii de reacţie: 300 oC, 60 atm XeF6 + 8KOH → K2XeO4 + 6KF + 4H2O 2K2XeO4 → K4XeO4 + Xe + 2O2 • varianta II XeF6 + 4H2O → H2XeO4 + 6HF 2H2XeO4 → H4XeO6 +Xe + O2 H4XeO6 + 4KOH → K4XeO6 + 4H2O • varianta III XeF6 + 3H2O → XeO3 + 6HF XeO3 +O3 + 4KOH → K4XeO6 + O2 + 2H2O varianta IV XeO3 + 2KOH → K2XeO4 + H2O 2K2XeO4 → K4XeO6 + Xe + O2

e-Chimie

7

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

3.

H2O2 + H2S → S + 2H2O H2O2 + Cl2 → 2HCl + O2 5H2O2 + I2 → 2HIO3 + 4H2O 2H2O2 + 2B(OH)3 + 2NaOH → Na2[B2(O)2(OH)4] + 4H2O 2KMnO4 + H2O2 + 2KOH → 2K2MnO4 + 2H2O + O2 3H2O2 + Cr2(SO4)3 + 10KOH →2K2CrO4 + 3K2SO4 + 8H2O Rolul chimic al Agent oxidant în reacţiile a, c şi f H2O2 Agent reducător în reacţiile b şi e Agent de peroxidare în reacţia d. O Forma spaţială a 2compuşilor O rezultaţi în I reacţiile c şi f Reacţii chimice

a. b. c. d. e. f.

HO

..

O

Formă piramidală

Cr

O

O O

Formă tetraedrică 4.

a)

b) c) d) 5.

La: [Xe]4f o5d16s2 Gd: [Xe] 4f 75d16s2 Gd3+: [Xe] 4f 7 Fe3+: [Ar]3d5 Cl-: [Ar] Al3+: [Ne] S2-: [Ar] Sc3+: [Ar] Specii care conţin electroni necuplaţi: La, Gd, Gd3+, Fe3+ Specii care au configuratii de gaz nobil: Cl- , Al3+, S2-, Sc3+ Specii care au configuratii electronice anormale: La, Gd.

a) a1. varianta I Reacţia directă la cald dintre şpan de titan în atmosferă de azot: Ti + ½ N2 → TiN varianta II Reducerea TiCl4 2TiCl4 + N2 +4H2 → 2TiN + 8HCl 3TiCl4 + 4NH3 → 3TiN + 12HCl + 1/2N2 a2. TiN este compus refractar, cu valori mari ale p.t (2950 ºC) şi durităţii (8 – 9, în scara Mohs); de asemenea, are rezistentă mecanică şi chimică chiar în atmosfera oxidantă. b) 3+ Al + 3NaOH → Al(OH)3↓ + 3Na+ Al(OH)3 + NaOH → Na[Al(OH)4](aq) sau Na[Al(OH)4(H2O)2](aq) Zn2+ + 2NaOH → Zn(OH)2↓ + 2Na+ Zn(OH)2 + 2NaOH → Na2[Zn(OH)4](aq) Hg2+ + 2NaOH → HgO↓ + 2Na+ + H2O Co2+ + 2NaOH → Co(OH)2 + 2Na+

e-Chimie

8

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

6.

M+N

NH3

H +I +J

+ O2 cat. Pt-Rh 900°C - H2O

+ SO2 A

B +H2O

KMnO4 H2SO4 - H2O

+ 1/2 O2

G

+KOH C - H2O

NH4Cl T°C + - H2O K+L

+

H2O +P4

D

E+A

+I2 - H2O F+A

Reacţii 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O (catalizator Pt-Rh, t = 900°C) NO + 1/2O2 → NO2 2NO2 + H2O → HNO2 + HNO3 20HNO3 + 3P4 + 8H2O → 12H3PO4 + 20NO 10HNO3 + 3I2 → 6HIO3 + 10NO + 2H2O HNO2 + KOH → KNO2 + H2O 5KNO2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 → 5KNO3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O KNO2 + NH4Cl → N2 + KCl + 2H2O 2NO + SO2 → N2O + SO3

7.

NH3 → A A→B B→C+D D→E+A D→F+A C→G G→H+I+J G→K+L A→M+N

a) Co(NO3)2 + 2Al(NO3)3 + 5CH6N4O → CoAl2O4(s)+5CO2+14N2 + 15H2O(vap) Denumire: aluminat de cobalt 4Co(NO3)2 +4H3BO3+5CH6N4O → 2Co2B2O5(s) + 5CO2 +14N2 +21H2O(vap) Denumire: piroborat de cobalt b) Diferenţa de culoare se datorează unor înconjurări diferite a ionilor Co2+ în reţelele ionice ale celor doi compuşi. În aluminatul de cobalt, ionii Co2+ sunt înconjuraţi tetraedric de 4 ioni O2-, iar în Co2B2O5 ionii Co2+ sunt înconjuraţi octaedric de 6 ioni O2-. c) Aluminatul de cobalt este un oxid ionic mixt cu structură spinelică. În structura de spinel normal, AB2O4, ionii de oxigen formează o reţea cubică cu feţe centrate. În celula elementară a spinelului normal, 8 goluri tetraedrice sunt ocupate de ionii A2+şi 16 goluri octaedrice de ionii B3+.

Ediţia 2008

1.

Prof. Gh. Spacu (1883–1955), un continuator al cercetărilor werneriene în domeniul chimiei coordinative este considerat şi fondatorul şcolii româneşti de chimie analitică. Este recunoscută internaţional metoda Spacu de dozare a ionilor Co2+, Ni2+ şi Cu2+ sub forma complecşilor [Copy4 (NCS)2], [Nipy4 (NCS)2], [Cupy2 (NCS)2] (1, 2, şi respectiv 3). a) Stabiliţi care sunt configuraţiile electronice ale 27Co, 28Ni, 29Cu şi ionilor din complecşii 1, 2, şi 3. b) Reprezentaţi diagrama energetică de scindare a orbitalilor d în câmpul cristalin al

e-Chimie

9

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

liganzilor pentru complecşii 1, 2, şi 3. c) Stabiliţi care este forma spaţială adoptată de fiecare combinaţie complexă, 1, 2, şi 3 . d) Apreciaţi calitativ care dintre combinaţiile complexe date (1, 2, şi 3) are cel mai mare moment magnetic şi dacă repartiţia electronilor pe nivelele rezultate prin scindare depinde de tăria câmpului liganzilor. Se dǎ seria spectrochimică a liganzilor: I-< Br- < S2- < SCN- < Cl- < NO3- < F- < OH- < C2O42< H2O < NCS- < CH3CN Si-Cl > Si-Br > Si-I Ca urmare, aciditatea Lewis scade în seria: SiF4 >SiCl4> SiBr4 >SiI4 c) Compuşii SnX4 sunt acizi Lewis mai tari decât SiX4 datorită: ƒ polarităţii mai mari a legăturilor Sn-X faţă de Si-X corespunzătoare ƒ volumului atomic mai mare al Sn, care permite mai uşor acumularea a 6 ioni X- în jur.

e-Chimie

25

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

3.

2p

2p

2s

2s

O22OL =(8-6)/2 = 1; nr. e- neîmperecheaţi = 0 [O-O]2-

2p

2p

2s

2s

C2

2-

OL =(8-2)/2 = 3; nr. e- neîmperecheaţi = 0 [C≡C]2-

2p

2p

2s

2s

N2

2-

OL = (8-4)/2 =

2; nr. e- neîmperecheaţi = 2 [N=N]24.

5.

relaţii de calcul: μs = 2[s(s+1)]1/2 = [n(n+2)]1/2 ⇒ μef2 = n2+2n a) n = 1,03 ⇒ 1 electron impar Complex al V4+, [Ar]3d1, x=4, [VCl4(bpy)] b) n = 1,97 ⇒ 2 electroni impari Complex al V3+, [Ar]3d2, x=3, K3[V(ox)3] c) n = 3,06 ⇒ 3 electroni impari Complex al Mn4+, [Ar]3d3, x=2, [Mn(CN)6]2-

a) A : Na3TaO4 ; B : Ta2O5 ; C : K2 [TaF7] Compoziţia soluţiei de săruri FeCl2, FeCl3, MnCl2, MnCl4

e-Chimie

26

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

b) Ta2O5 + 4NaOH + Na2CO3 → 2 Na3TaO4 + CO2 + 2 H2O orto-tantalat de sodiu 2Na3TaO4 + 6HCl → Ta2O5 +6 NaCl + 3 H2O Ta2O5 + 10 HF + 4KF → 2 K2[TaF7] + 5 H2O 2K2[TaF7] + 5Mg → 2Ta + 5 MgF2 + 4 KF c) Niobiul; datorită razelor atomice şi ionice aproape identice ca efect al contracţiei lantanidelor. 6.

a)

+

Cl Cl

OH2

Cr

OH2

OH2

OH2

OH2

Cr

OH2

OH2

trans

+

N N N

Co Cl

Cl

N N

Py

Py Py

Py

Py

Cl

Ru

Ru Cl

Cl

Cl

Cl facial

Py Cl

meridional

Complexul [Co(bpy)3]3+[Fe(CN)6]3- prezintă 3 izomeri de coordinare: [Fe(bpy)3]3+[Co(CN)6]3[Co(bpy)2(CN)2]+[Fe(bpy)(CN)4][Fe(bpy)2(CN)2]+[Co(bpy)(CN)4]-

a)

NO2Cl

NOCl

O

:

N Cl

N O

e-Chimie

N

trans

c)

b)

Co N

Cl

cis

7.

+

Cl

N

d) • • •

OH2

Cl

cis b)

+

Cl

Cl

AB2E (sp2) POCl3

O AB3(sp2) PO2Cl

27

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

O

O

O P

P Cl

Cl Cl

Cl AB3(sp2)

AB4 (sp3) c)

Cl(OH)

ClO(OH)

ClO2(OH)

ClO3(OH)

OH

OH

Cl

Cl HO

O

OH

Cl

O

O

Cl O

ABE3(sp3) AB2E2(sp3) AB3E(sp3) Caracterul oxidant scade în ordinea: Cl(OH)>ClO(OH)>ClO2(OH)>ClO3(OH) d)

XeOF2

XeOF4

F

O

Xe

F F Xe F F

O

F AB3E2(sp3d)

AB5E(sp3d2)

O

O AB4(sp3)

XeO2F2 O

XeO2F4 O

F Xe F O AB4E(sp3d)

F F

F Xe

F

O AB6(sp3d2)

Ediţia 2004

1.

Aplicaţi regula celor 18 electroni pentru a explica transformările chimice următoare: a) V(CO)6 se reduce uşor la [V(CO)6]– dar nu dimerizează; b) Mn(CO)5 se reduce la [Mn(CO)5]– şi dimerizează uşor; c) Co(C5H5)2 reacţionează cu halogenurile de alchil (RCl), formând [Co(C5H5)2]Cl şi [Co(η4-C5H5R)(C5H5)].

2.

Completaţi tabelul următor: Combinaţia complexă

N.O. al ionului

nr. e- de

Număr de

metalic central

tip d

coordinare izomerie spaţială

Tip de

Forma

[Coen3]Cl3 [Pt(NH3)2Br2] [Re(CH3)(CO)5] [Ru(bipy)3]Cl3 [Ti(NEt3)4]

e-Chimie

28

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

K4[Fe(CN)6] NH4[Cr(NCS)4(NH3)2] K3[Fe(ox)3] Ni(CO)4 en = etilendiamină, bipy = 2,2’-dipiridină, NEt3=trietilamină, ox = oxalat

3.

Pentru reprezentările grafice următoare:

a) Stabiliţi simbolurile orbitalilor, semnificaţia semnelor (+) şi (–) şi arătaţi care sunt configuraţiile electronice posibile din cele prezentate; b) Indicaţi câte două elemente pentru fiecare configuraţie electronică posibilă considerând că orbitalii selectaţi sunt orbitali de valenţă. 4.

Se consideră reacţia: IrX(CO)L2 + CH3I → Stabiliţi: a) tipul de reacţie şi natura produşilor obţinuţi; b) modul în care variază viteza de reacţie în seriile: ƒ X= F, Cl, Br, I ƒ L=P(CH3)3, PEt3, PEt2Ph, PEtPh2, PPh3.

5.

Definiţi fenomenul de polarizare mutuală (acţiune polarizantă şi polarizabilitate). Pe baza acestora stabiliţi: a) ordinea relativă a punctelor de topire în seriile: - NaF, NaCl, NaBr, NaI - LiI, NaI, KI b) variaţia solubilităţii în seria: AgF, AgCl, AgBr, AgI.

6.

Completaţi schema care reprezintă separarea metalelor nobile din şlamul anodic, format în procesul de purificare electrolitică a cuprului, ştiind că: ƒ (E) este metalul cu maleabilitatea cea mai ridicat㠃 (F) se utilizează drept catalizator ƒ (C) este metalul cu cea mai mare densitate. Scrieţi ecuaţiile tuturor reacţiilor implicate în schemă arătând rolul fiecărui reactiv adăugat.

e-Chimie

29

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

Slam anodic (Au, Ag, Pd, Os) apa regala

solutie (2 componente: A+B)

solid (2 componente: C+D) toC

FeCl2

solid (E)

solid (C)

solutie

1. PbCO3 2. HNO3

solutie (G)

H2 solid (F)

7.

Discutaţi comparativ diferenţele dintre seria 3d şi 4d/5d în privinţa: a) razei atomice b) numărului de coordinare c) tendinţei de formare a legăturilor M-M (structuri cluster) d) stabilităţii stărilor superioare de oxidare în compuşi binari e) tendinţei de condensare a oxi-hidroxo speciilor.

Rezolvări (Ediţia 2004)

1.

2.

a) V(CO)6 număr total e-: 5+6x2=17e-; este instabil; se reduce uşor la [V(CO)6]dar nu dimerizează deoarece: [V(CO)6]număr total e-: 5+6x2+1=18e-; complex stabil cu 18e[V2(CO)12] număr total e-: 5+6x2+1=18e-; complex stabil cu 18eDeşi dimerul conţine 18 electroni, nu se poate forma din cauza factorului steric (repulsie interelectronică maximă între liganzii CO). b) Mn(CO)5 număr total e-: 7+5x2=17e-; complex instabil [Mn(CO)5] număr total e-: 7+5x2+1=18e-; complex stabil + RCl → [Co(C5H5)2]Cl + [Co(η4-C5H5R)(C5H5)] c) 2Co(C5H5)2 Reacţia este favorizată pentru că se generează specii stabile, cu 18e-: Co(C5H5)2 număr total e- 9+2x5=19e-, stabilitate mică, specie cu 19e+ [Co(C5H5)2] număr total e9+10-1=18e- complex stabil 4 [Co(η -C5H5R)(C5H5)] număr total e- 9+4+5=18e- complex stabil Combinaţia complexă [Coen3]Cl3 [Pt(NH3)2Br2] [Re(CH3)(CO)5] [Ru(bipy)3]Cl3

e-Chimie

N.O. ion metalic central +3 +2 +1 +3

Număr electroni d 6 8 5 5

Număr de Tip de coordinare izomerie

Forma spaţială

6 4 6 6

octaedrică plan pătrată octaedrică octaedrică

optică geometrică optică

30

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

[Ti(NEt3)4] 0 2 4 K4[Fe(CN)6] +2 6 6 NH4[Cr(NCS)4(NH3)2] +3 3 6 geometrică K3[Fe(ox)3] +3 5 6 optică Ni(CO)4 0 10 4 en = etilendiamină, bipy = 2,2’-dipiridină, NEt3=trietilamină, ox = oxalat 3.

a) px, py a şi d dx2-y2 b şi c Semnele (+) si (-) semnifică semnul funcţiei de undă, ψ. Configuraţii electronice posibile: a - px2py2 c – (dx2-y2)1 2 2 b) px py : oricare element din grupele 16(VI A), 17(VII A) gazele nobile (cu excepţia He) (dx2-y2)1 Sc, Y, La, Ac: (n-1) (dx2-y2)1ns2

4.

•

•

5.

tetraedrică octaedrică octaedrică octaedrică tetraedrică

a) IrIX(CO)L2 + CH3I →IrIIIX(CO)(CH3)IL2 Tipul reacţiei: adiţie oxidativă (IrI → IrIII) b) Reacţia este favorizată de liganzi care stabilizează stări superioare de oxidare şi de liganzi cu volum atomic mic (cu repulsii sterice reduse). Pentru seria X= F, Cl, Br, I, este important factorul electronic. Viteza de reactie scade in sensul: F>Cl>Br>I Fluorul stabilizează stări superioare de oxidare (IrIII) şi compuşii au un caracter ionic pronunţat; compuşii cu iod au caracter predominant covalent. Factorul steric, prin volum(I) > volum(F), nu este important în acest caz. Pentru seria L=P(CH3)3, PEt3, PEt2Ph, PEtPh2, PPh3 este important factorul steric. Viteza de reacţie scade odată cu creşterea impedimentului steric P(CH3)3 > PEt3 > PEt2Ph > PEtPh2 > PPh3.

Intr-o reţea cristalină ionii se pot deforma unul în câmpul celuilalt suferind fenomene de polarizare mutuală, iar reţeaua ionică se poate modifica parţial într-o reţea moleculară. Puterea polarizantă a unui ion depinde de intensitatea câmpului electric pe care îl creează în vecinătatea sa (dependent de raza şi sarcina lui). Polarizabilitatea unui ion (capacitatea de a se deforma în câmp electric exterior) creşte cu creşterea razei ionice şi depinde de structura electronică a acestuia. a) NaF > NaCl > NaBr > NaI (creşte polarizabilitatea X- în serie şi creşte gradul de covalenţă, punctele de topire scad cu creşterea polarizaţiei mutuale). LiI < NaI < KI (Li+ are activitatea polarizantă cea mai mare, gradul de covalenţă cel mai mare şi punctul de topire cel mai scăzut) b) Solubilitatea : AgF > AgCl > AgBr > AgI (creşte polarizabilitatea X- în serie, creşte gradul de covalenţă al legăturii AgX şi scade solubilitatea).

e-Chimie

31

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

6.

Slam anodic (Au, Ag, Pd, Os) apa regala

solutie H[AuCl4] (A) H2[PdCl6] (B)

solid Os (C) AgCl (D) 1. PbCO3 toC 2. HNO 3

FeCl2

Au (E)

Os (C)

H2[PdCl4]

AgNO3 (G)

H2 Pd (F)

Au+HNO3+4HCl →H[AuCl4]+NO+2H2O 3Pd+4HNO3+18HCl→3H2[PdCl6]+8H2O+4NO 3Ag+ HNO3+3HCl →3AgCl+NO+2H2O Os nu reacţionează H[AuCl4]+3FeCl2→Au+3FeCl3+HCl H2[PdCl6]+2FeCl2→H2[PdCl4]+2FeCl3 H2[PdCl4]+H2 → Pd + 4HCl negru de Pd- catalizator 2AgCl+PbCO3→Ag2CO3+PbCl2 Ag2CO3→Ag2O+CO2 Ag2O+2HNO3→2AgNO3+H2O 7.

a) ra(3d) < ra(4d, 5d) ra(4d) ∼ ra(5d) diferenţe foarte mici (Δra ∼ 0–0.02); datorită contracţiei lantanoidelor. b) Metalele din seriile 4d şi 5d ating numere de coordinare mai mari decât cele din 3d datorită posibilităţii mai mari de implicare a orbitalilor d la hibridizare. De exemplu: [Cr(NCS)6]3-, [Cr(NH3)6]3+,[MoX8]4- (X= halogen), [W(CN)8]4[VF6]-, [NbF7]2-, [TaF8]3- . c) Metalele din seriile 4d şi 5d, în stări inferioare de oxidare formează uşor compuşi cu structuri cluster, cu legături M-M, spre deosebire de metalele din seria 3d. De exemplu: [Cr2Cl9]3-, [M2Cl9]3-, M= Mo, W, Re3Cl9, K2[Re2Cl8] (cu legături triple sau cuadruple). Cl Cl

Cl Cr Cr Cl Cl Cl Cl Cl Cl

3-

Cl Cl

Cl M M Cl Cl Cl Cl Cl Cl

3-

Cr-Cr d=3,10 Å Mo-Mo d=2,67 Å W-W d=2,41 Å

M = Mo, W Cl

Cl Cl Cl Re Re Cl Cl Re Cl Cl Cl

e-Chimie

Cl Cl

Cl Cl 2-

Re Re Cl Cl Cl Cl

32

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

d) Stabilitatea compuşilor binari pentru seria 3d este mai mare în cazul stărilor inferioare de oxidare (CrX3, MnX2), iar pentru seriile 4d şi 5d este mai mare în cazul stărilor superioare de oxidare (MoF6, ReF7). e) Tendinţă mărită de condensare în cazul seriilor 4d si 5d şi redusă pentru seria 3d. H2Cr4O13 (un numar maxim de 4 atomi de crom legaţi prin punţi de oxigen), H8Mo12O40, H6Mo7O24, H8W12O40, H10W12O41.

e-Chimie

33

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

CAPITOLUL 5 PROBLEME PROPUSE 5.1. PROBLEME REZOLVATE

e-Chimie

34

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

1. Se consideră schema dată, referitoare la oxizii şi oxohidroxo combinaţiile plumbului. Se cere: a) Scrieţi recţiile chimice corespunzătoare. b) Comentaţi caracterul acido-bazic al compuşilor respectivi. c) Daţí exemple de reacţii care să reflecte caracterul oxido-reducător al compuşilor pentru diferite stări de oxidare.

Pb(NO3 )2 ; PbCO3 t0 4500, O 2

PbO

Pb + O2 Solid rosu sau galben, amfoter

Pb3 O4 rosu

HCl

PbCl2

C

NaO H

Na2 [Pb(OH)4 ] 5000

plumbat (II)

Na2 [Pb(OH)6 ] Pb2+ + ClO-

C C

Cl 2

topire

C

344 0 , (-O2 )

PbO2 brun, pulbere

C

C

HNO3

insolubil in H2O Rezolvare

a) PbO La încălzire, plumbul reacţionează cu oxigen formând oxidul Pb(II), PbO, care se prezintă sub forma unui solid galben; PbO se mai poate obţine prin descompunerea termică a unor săruri ale Pb(II), ca Pb(NO3)2 sau PbCO3. Pb + 1/2O2 → PbO Pb(NO3)2 PbCO3

to

to

PbO + 2NO + 3/2O2 PbO + CO2 to

3PbO + 1/2O2 (aer) Pb3O4 PbO2 Dioxidul de plumb, PbO2 se obţine prin oxidarea cu clor a PbO în mediu bazic, când se formează Na2 [Pb(OH)4]. PbO2 este un compus solid, cu aspect de pulbere de culoare maro; este instabil şi se descompune uşor la PbO. Pb3O4 Este un solid - pulbere roşie, care se comportă ca un amestec de PbO şi PbO2 (prin tratare cu HNO3 rezultă Pb(NO3)2 din PbO, iar PbO2 rămâne nereacţionat). PbO+ 2NaOH + H2O → Na2[Pb(OH)4] Na2[Pb(OH)4] + Cl2 → PbO2 + 2NaCl + 2H2O Pb(NO3)2 + NaClO + H2O → PbO2 + NaCl + 2HNO3 Na2[Pb(OH)6]

e-Chimie

to

PbO + 2NaOH + 2H2O + O2

35

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

b) şi c) PbO: slab amfoter (dominantă bazică): PbO + 2HCl → PbCl2 + H2O PbO+ 2NaOH + H2O → Na2[Pb(OH)4] PbO2: caracter amfoter (dominantă acidă); PbO2 + 2NaOH + 2H2O→ Na2[Pb(OH)6] PbO2 este agent oxidant foarte energic: oxidează Mn(II) la Mn(VII), Cl- la Cl(0), S(IV) la S(VI), etc. PbO2 + H2SO4 → PbSO4 + H2O + 1/2O2 PbO2 + 4HCl → PbCl2 + 2H2O + Cl2 5PbO2 + 2MnSO4 + 3H2SO4 → 5PbSO4 + 2HMnO4 + 2H2O PbO2 + SO2 → PbSO4 PbO2 se descompune la aproximativ 500oC. PbO2

to

PbO + 1/2O2

2. Denumiţi şi scrieţi formulele structurale ale compuşilor – acizi ai carbonului care conţin şi azot şi carbon în moleculă. Rezolvare

HCN

HCNO

HNCS

H–C≡N acid cianhidric C≡N–H acid izocianhidric

N≡C–O–H acid cianic

N≡C–S–H acid tiocianic

H–N=C=O

H–N=C=S

acid izocianic

acid izotiocianic

C≡N–O–H acid fulminic 3. Denumiţi şi scrieţi formulele structurale ale compuşilor: monoamida, diamida şi sărurile de amoniu ale acidului carbonic. Prin ce metode se pot obţine? acid carbonic

monoamida

diamida (uree)

carbamat de amoniu

carbonat de amoniu

Se obţin din amestecul CO2, H2O, NH3, la diferite temperature şi presiuni: CO2 + H2O → H2CO3

e-Chimie

36

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

130o

ONH4

NH3 + CO2 + H2O

O

NH2

-H2 O 60o

C OH

+NH3 130o -H2O 60o

4. Molecula CCl4 are aceeaşi geometrie ca şi molecula CH4. Ar putea exista o moleculă CCl4 cu geometrie plan pătrată? Indicaţie: raza van der Waals reprezintă jumătatea distanţei dintre doi atomi identici, vecini dar nelegaţi între ei. Se dau: rC = 0,77Å, rcovCl = 0,99Å, rvan der Waals = 1,79Å. Rezolvare

Din datele problemei, în molecula CCl4, distanţa are valoarea: dC-Cl = 0,77 + 0,99 = 1,76 Å, iar distanţa dintre doi atomi de clor nelegaţi trebuie să fie d ≥ 2x1,79 Å = 3,58 Å. Cl

D C

Cl Cl

d

Cl C

d

Cl Cl

Cl

Cl

Dcubului = 2x0,77 + 2x0,99 = 3,52 Å (calculată din razele covalente aditive) d2 + d2 = D2 ; 2d2 = D2 ; d = 2,49 Å Doi atomi de clor nu pot fi atât de apropiaţi pentru a se realiza geometria plan-pătrată (din cauza razei van der Waals), care practic nu se poate realiza. 5. În prezenţa unor specii cu bazicitate Lewis (X-, H2O, CN-, NH3, etc) unele halogenuri ale metalelor tranziţionale formează combinaţii complexe. Daţi exemple de astfel de reacţii de complexare pentru metale din seriile 3d, 4d sau 5d. Ce aplicaţii importante pot avea astfel ce compuşi? Rezolvare AgCl + 2NH3 → [Ag(NH3)2]Cl ZnCl2 + 2HCl →H2[ZnCl4] CrCl3 + 6NH3 → [Cr(NH3)6]Cl3 PtCl2 + 2NaCl →Na2[PtCl4] PtCl4 + 2HCl → H2[PtCl6] TaF5 + 2HF → H[TaF6] (sau H2[TaF7] şi H3[TaF8]) AuCl3 + H2O → H[Au(OH)Cl3] FeCl3 + HCl → H[FeCl4] Aplicaţii: îndeosebi în prelucrarea minereurilor pentru obţinerea metalelor, ca produşi intermediari; exemple reprezentative le reprezintă obţinerea metaleor platinice, sau niobiului şi tantalului, conform schemelor date (a şi b).

e-Chimie

37

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

Pt pulbere apa regala ( 3HCl, HNO3) + 2+ 3+ 4+ 4+ Pt, Rh, Pd,4 (Cu, Fe ) solutie

Os, Ir, Ru insolubile o 300 curent NO2 OsO4 antrenat cu NO2

Fe, Zn 2+ Fe in solutie Pt, Rh, Pd, Cu precipitat

Ir, Ru

H2SO4

topire cu BaO2

captare NaOH solutie

IrO 2, RuO2 3HCl, HNO3

Na2[OsO4(OH)2] NH4OH Na2S2O 3

Ir 4 + Ru4 +

Os

232[PtCl 6] ;[PdCl6] ; [RhCl6] HCl, NH4NO3

BaSO4

NH4Cl (NH4)2[IrCl 6]; (NH4)2[RuCl6] precipitat se dizolva in apa NH2OH la t o HCl [IrCl 6] 3o t

[RuCl6]

2. apa rece

3-

HCl, NH4Cl (NH4)2[IrCl 6] to Ir

[RhCl6]

to

t

[Rh(NH3)5Cl]Cl 2 precipitat

curent H2

1. KOH, KNO 3

(NH4)2[PtCl 6]

o

3-

;[PdCl4]

2-

NH4OH

Pt

to

Ir, Ru Ir2O3 . nH2O

HCl, HNO3

H2SO4

[Os(NH3)4O 2]Cl 2 H2 to

Rh, Pd, Pt precipitat

2+ Cu in solutie

K2RuO4 HCl, NH4Cl (NH4)2[RuCl6] to

H2 Rh

[Pd(NH3)4]

2-

HCl [Pd(NH3)2Cl3] precipitat 900

H2

o

Pd

Ru

a) obţinerea metalelor platinice

e-Chimie

38

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

(Fe, Mn) (Nb, TaO3)2

toC

NaOH, Na2CO3

Na3NbO4, Na3TaO4 FeO, MnO

HCl Fe2+, Mn2+

(Nb, Ta)2O5 . nH2O HF, KF K2[NbOF5] K2[TaF7] cristalizare fractionatã

K2[TaF7]

K2[NbOF5]

Na sau Mg, toC

Na sau Mg, toC

Ta

Nb

b) obţinerea Nb şi Ta 6. Fluoroaluminţii conţin anionii (AlF4-)n sau (AlF52-)n. Reprezentaţi structurile celor doi anioni, ştiind că fluoroaluminaţii solizi sunt alcătuiţi din anioni infiniţi în care octaedrii AlF6 sunt legaţi prin colţuri comune. Rezolvare

F

F F Al F F

F F

F F F Al F F F F Al F F

F F Al F F F Al

F F

Lanţ infinit în care fiecare octaedru este legat de doi octaedri vecini prin două colţuri.

F

F

F F F Al F F F F Al F F

F F F Al F F F F F Al F F F F F Al F F F

Strat infinit în care fiecare octaedru are patru colţuri comune cu alţi patru octaedri.

7. In tabelul dat este prezentată sistematic reactivitatea chimică a elementelor Ge, Sn şi Pb. Scrieţi produşii de reacţie care rezultă în fiecare caz.

e-Chimie

39

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

Element/ reactivitat e Ge Sn Pb Rezolvare Element / reactiv

O2

Cl2

la temp. ridicată

O2

Cl2

HCl dil.

HNO3 dil.

HCl dil.

HCl conc.

HSnCl3 Sn(NO3)2 H2SnCl4 Pb(NO3)2 PbCl2 numai în curent de O2

Ge Sn

la temp. ridicată GeO2 GeCl4 SnO2 SnCl4

SnCl2

Pb

PbO

-

PbCl2

HCl conc.

HNO3 dil.

HNO3 conc.

HNO3 conc.

NaOH la cald

NaOH la cald

GeO2·xH2O SnO2·xH2O

[Sn(OH)4]2-

Pb(NO3)2

[Pb(OH)4]2-

8. Figura dată reprezintă schematic sistemul periodic al elementelor tipice (cu electroni distinctivi de tip s şi p). Alăturat, sunt date intervalele de valori ale energiilor de ionizare primare (în kJ/mol) corespunzătoare unor elemente tipice. Pentru elementele din căsuţele marcate prin diagonale, specificaţi intervalul de valori (1-6) în care se încadrează elementele respective. 1. Ei > 2000 2. Ei = 1500-2000 3. Ei = 1000-1500 4. Ei = 700 – 1000 5. Ei = 400-700 6. Ei < 400

Rezolvare

e-Chimie

40

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

1 5 5

4

4

3

3

3

2

1 2

5 5 6 6

e-Chimie

41

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

9. Se consideră diagrama stărilor de oxidare ale cobaltului în mediu acid şi mediu bazic. Comentaţi stabilităţile comparative ale acestora şi daţi exemple pentru a susţine afirmaţiile făcute. CoO2 Co3+ Co2+ Co > 1,4 + 1,92 -0,282 a) în mediu acid CoO2 + 0,7 N.O.=4

Co(OH)3 Co(OH)2 + 0,42 N.O.=3

Co -0,733

a) în mediu bazic

N.O.=2

N.O.=0

Rezolvare Din diagrama stărilor de oxidare ale Co se observă următoarele: - în soluţii neutre sau acide care nu conţin agenţi de complexare este prezent ionul [Co(H2O)6]2+. În prezenţa unor agenţi puternici de complexare (NH3, NO2-) stabilitatea stărilor +2 şi +3 este inversă.

Co(II) este stabil în aer şi formează soluţii colorate în roz. Aceeaşi culoare o au şi cristalele cu ioni hidrataţi, [Co(OH2)6]2+. Se oxidează cu H2O2 în mediu bazic, la Co2O3 ·nH2O. Co(III) este o stare de oxidare necaracteristică pentru Co dar se cunosc câţiva compuşi stabili (CoF3, Co2(SO4)3⋅18H2O) care se descompun în soluţii apoase şi formează Co2+. Ionii Co3+ se stabilizează prin formare de combinaţii complexe: [Co(NH3)6]3+, [Co(NH3)5Cl]2+. [Co(CN)6]3- + e[Co(CN)6]4EO=-0,8 V (pH=0) 3+ 2+ [Co(OH2)6] EO=+1,82 V (pH=0) [Co(OH2)6] + e [Co(NH3)6]2+ EO=+0,1V (pH=0) [Co(NH3)6]3+ + eIonul [Co(H2O)6]3+ este oxidant puternic iar [Co(NH3)6]3+ are stabilitate ridicată; anionul [Co(CN)6]3este foarte stabil în timp ce [Co(CN)6]4- poate reduce apa la hidrogen. În schema următoare sunt prezentate câteva dintre cele mai importante reacţii ale Co în soluţii apoase. In mediu basic, oxidan’ii sunt CoO2 şI Co(OH)3 iar produsul final este Co(OH)2.

e-Chimie

42

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

Co H2 [Co(CN)6]

3-

CoO [Co(NH3)6]

atmosfera inerta to

O 2 (aer)

O2

Co(OH)2 roz

4[Co(CN)6] CN

-

OH -

3

+

aer

[Co(NH3)6] galben-brun

Co(OH)Cl Co(CN)2 KCN NaOH Co(OH)3

NH4OH

NaOH

NaClO

Co(OH)Cl

NH4OH Co

2+ aq

2CO 3

CoCO3 . Co(OH)2 2-

CO3

CoCO3 roz

H2S pH neutru

CoS negru

NaNO2, CH 3COOH [Co(NO 2)6]

3-

KCl K3[Co(NO2)6] galben

Aspecte importante din chimia ionilor Co2+, Co3+ în soluţie apoasă

10. Completaţi reacţiile date şi specificaţi tipul în care se încadrează acestea. SiO2 + 4HF → NH3 + NH3 → (lichid) Na + NH3 → SiO2 + 2KOH → CuO + NH3 → SiO2 + CaO → NH3 + NH2Cl → SiO2 + 4Mg → NH3 + H2S → SiO2 + 4F2 → Rezolvare NH3 + NH3 → NH4+ + NH2(reacţie de autoionizare, NH3 bază şi acid)

SiO2 + 4HF → SiF4 + 2H2O (reacţie de neutralizare)

Na + NH3 → NaNH2 + 1/2H2 (reacţie de substituţie)

SiO2 + 2KOH → K2SiO3 + H2O (reacţie de neutralizare)

3CuO + 2NH3 → 3Cu + N2 + 3H2O (reacţie de oxido-reducere)

SiO2 + CaO → CaSiO3 (reacţie de neutralizare)

NH3 + NH2Cl → H2NNH2 + HCl (reacţie de substituţie)

SiO2 + 4Mg → Mg2Si + MgO (reacţie de oxido-reducere)

NH3 + H2S → NH4HS (reacţie de neutralizare)

SiO2 + 2F2 → SiF4 + O2 (reacţie de oxido-reducere)

e-Chimie

43

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

11. Se dau formulele structurale ale unor Fe-porfirine, în care L, molecula de ligand legată de Fe, poate avea ca substituienţi X = piridină, sau Y = CO.

Complexul cu piridină ca substituient (L= X) este paramagnetic şi poate lega încă o moleculă de piridină, formând un complex stabil, diamagnetic. Complexul cu carbonil (L = Y) este diamagnetic, iar complexul dicarbonilic corespunzător este instabil. Explicaţi această comportare diferenţiată şi calculaţi numărul de electroni necuplaţi din complexul în care ligandul este X. Rezolvare a) In reacţia dintre fier, porfirină şi piridină se formează un complex de spin maxim, în care ligandul py este legat puternic şi determină cuplarea spinilor; se formează un com[plex diamagnetic, stabil (t2g6). b) In cazul Y=CO, coplexul se stabilizează prin formarea unei legături retrodonoare şi devine complex de spin minim. 12. Alumina (bauxita), materie primă pentru obţinerea aluminiului, conţine impurităţi de Fe2O3, TiO2 şi SiO2. Pentru a se obţine un aluminiu de calitate superioară, se impune îndepărtarea acestor impurităţi. Scrieţi ecuaţiile reacţiilor chimice care pot sta la baza obţinerii aluminiului pur. Rezolvare Aluminiul se obţine din bauxită (la scară industrială) în două etape, şi anume: • purificarea bauxitei prin dizolvare în NaOH, când rezultă Al2O3 ca produs solid • dizolvarea Al2O3 în criolit topit şi electroliza, la 900oC (schema dată). Bauxita Al2O3 (SiO2, Fe2O3, TiO2) NaOH , 180oC

Na[Al(OH)4(OH2)2] solutie

Fe2O3, SiO2, TiO2 solide se separa prin filtrare

CO2

NaOH

Al(OH)3

1200oC

Al2O3

Pentru acest proces au fost propuse două mecanisme de reacţie probabile; se consideră că în realitate, procesul este mult mai complicat şi nu a fost încă deplin elucidat: - Una dintre teorii consideră că Al2O3 disociază în Al3+ şi AlO33-, care se descarcă apoi la anod şi catod: Al2O3 → Al3+ + AlO33-

e-Chimie

44

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

Catod: Al3+ → Alo −6 e

⎯→ 2AlO3 → Al2O3 + 3/2O2 Anod: 2AlO33- ⎯⎯ - Cea de a doua teorie consideră că Na3[AlF6] disociază, ionii rezultaţi se descarcă la electrozi, apoi are loc atacul sodiului sau al fluorului asupra AlF3 şi Al2O3: - disocierea Na3[AlF6]: Na3[AlF6] → 3NaF + AlF3 - ionizarea NaF: + NaF → Na + F- ionii Na+ şi F- se descarcă la electrozi: Catod: Na+ → Nao Anod: F- → Fo - ionii Na+ atacă AlF3 şi atomii Fo reacţionează cu Al2O3: 3Na + AlF3 → 3NaF + Al 6F + Al2O3 → 2AlF3 + 3/2O2 13. Halogenurile de alchil(aril)\siliciu RnSiCl4-n sunt compuşi reactivi şi foarte folosiţi, ca reactanţi pentru obţinerea unei mari varietăţi de compuşi cu siliciu. Reprezentaţi schematic aplicaţiile posibile ale acestora, considerând compusul alchi trisubstitiut, R3SiCl. Rezolvare In schema dată, sunt reprezentate simplificat reacţii de obţinere a compuşilor: • Trialchilsilani • Cloroalchilsilani • Disilani alchil substituiţi • Silazani alchil substituiţi • Siloxani • Tetraalchilsilani • Alchilsilanoli • Siloxani • Siltiani. _

2 R3SiSH H 2S R3Si-O-SiR3

R3SiOH R3SiR' (R3SiOR')n

H 2O LiR'

R3Si-Cl

R'OH NH3

H2S

(R3Si)2S

LiAlH4

R3SiH

Cl2 / hν (CH3)3Si(CH2Cl)Cl R=CH3 Li _ NH

2 R3SiNH2

R3Si-SiR3 3

(R3Si)2NH

14. SiO2 poate exista într-o formă cristalină cu structură identică cu cea a diamantului. a) Descrieţi structura respectivă. b) Discutaţi (calitativ) proprietăţile acestei forme cristaline a SiO2 (punct de topire, duritate, conductivitate electrică, solubilitate în apă sau în solvenţi organici).

e-Chimie

45

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

Rezolvare

a) In această structură fiecare atom de siliciu este legat de patru atomi de oxigen, aflaţi în punte între atomii de siliciu.

SiO2 C diamant b) Datorită structurii dar şi tăriei legăturii Si-O (ESi-O = 450 kJ/mol, mai mare decât E(C-C) = 356 kJ/mol), unele proprietăţi (temperatura de topire, duritate) fizice au valori ridicate. Tot datorită acestor proprietăţi SiO2 nu este conductor electric şi este insolubil în apă sau în solvenţi organici (nu sunt posibile atracţii între moleculele de solvent şi atomii de siliciu sau oxigen).

15. Discutaţi relaţia diagonală între elementele Si şi B, cu referire la proprietăţile elementelor dar şi ale compuşilor acestora. Rezolvare

Borul se aseamănă cu siliciul, în baza relaţiei diagonale; asemănările se manifestă în stare elementară dar se extind şi asupra compuşilor (tabelul dat): Relaţia diagonală B/Si Elemente Ambele elemente (B, Si), în stare elementară prezintă structuri macromoleculare şi au p.t. şi p.f. ridicate Oxizi B2O3 şi SiO2: - Formează structuri macromoleculare, cu p.t. şi p.f. mari - Formează mase dense cu aspect de sticlă, cu valori mici ale coeficienţilor de dilatare şi mare rezistenţă chimică. Ambii oxizi, SiO2 şi B2O3 sunt utilizaţi în industria sticlei. - La încălzire, în prezenţa oxizilor metalici, B2O3 şi SiO2 formează săruri: M2IO + B2O3 → 2MBO2 (metaboraţi) MIIO + SiO2 → MSiO3 (metasilicaţi) Acizi H3BO3 şi H4SiO4: - sunt acizi slabi - tendinţă de condensare, cu formarea de punţi E-O-E. Hidruri BnHn+4 and SinH2n+2: - există în număr limitat - sunt compuşi volatili şi inflamabili - hidrolizează uşor: B2H6 + 6H2O → 2H3BO3 + 6H2 SiH4 + 4H2O → H4SiO4 + 4H2 Halogenuri BX3 şi SiX4: - au caracter de acid Lewis şi formează anioni [BX4]- şi respectiv [SiX6]2- hidrolizează uşor în apă şi formează oxiacizi: BX3 + 3H2O → H3BO3 + 3HX SiX4 + 4H2O → H4SiO4 + 4HX Tendinţa de Atât borul cât şi siliciul formează polimeri anorganici (homo- şi hetero- cicluri sau

e-Chimie

46

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

catenare şi concatenare

lanţuri).

16. Explicaţi diferenţa dintre numerele de coordinaţie maxime manifestate de elementele S, Si şi Fe în seriile de combinaţiile cu fluor sau clor: SF6, SiF64-, FeF63SCl4, SiCl4, FeCl4Rezolvare Factorul steric: vat(F) < vat(Cl) şi permite atingerea unor NC=6.

17. Formarea compuşilor interhalogenaţi se datorează diferenţei de electronegativitate dintre cei doi ' ' halogeni, parteneri de reacţie. Formulele generale ale compuşilor interhalogenaţi sunt: XX’, XX 3 , XX 5 , '

XX 7 . Fluorul, cu volum atomic mic şi caracter oxidant energic, formează cei mai mulţi compuşi. In acelaşi timp, se cunoaşte un singur compus în stare +7, şi anume IF7. Pentru aceşti compuşi, prezentaţi sistematic date despre: a) Metodele de obţinere b) Formele spaţiale c) Reactivitatea chimică. Rezolvare Obţinere

Structuri

a) b)

Sinteză directă, în condiţii speciale de temperatură, presiune şi raport stoichiometric; Acţiunea fluorului asupra halogenurilor sau oxizilor: MBr + 2F2 → MF + BrF3 I2O5 + 5F2 → 2IF5 + 5/2 O2 c) Disproporţionarea unor halogenuri în stări de oxidare intermediare: 5IF7 + I2 7IF5 3ICl ICl3 + I2 d) Oxidarea termenilor inferiori sau reducerea celor superiori: IF5 + F2 IF7 ClF ClF3 (ICl3)2 IF5 IF7

F Cl F F

Cl F

Reactivitate

Cl Cl

I

Cl Cl

I

Cl Cl

F F

F I

F F

F F

F F I F F F

ABE3 AB3E2 AB4E2 AB5E AB7 (Cl, sp3) (Cl, sp3d) (I, sp3d2) (I, sp3d2) (I, sp3d3) a) Stabilitatea termică a halogenurilor de halogen este variabilă. La încălzire se descompu în halogeni, dar pot suferi şi reacţii de disproporţionare: t 0C

1 3ICl ⎯⎯ ⎯→ ICl3 +I2 t 0C

1 2ICl ⎯⎯ ⎯→ Cl2 +I2 Cl2 + ICl ICl3 b) Echilibre de disociere 2ICl I+ + ICl2– 2ICl3 ICl2+ + ICl4– IF4+ + IF6– 2IF7

e-Chimie

47

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

Formarea ionilor complecşi şi existenţa echilibrelor de disociere sunt confirmate de modul în care decurge electroliza halogenurilor de halogen. c) Caracter oxidant Halogenurile de halogen sunt agenţi de oxidare şi de halogenare foarte buni, prin intermediul acestora fiind uneori posibilă obţinerea unor compuşi în stări de oxidare instabile, necaracteristice: CoCl2 + ClF3 → CoF3 + Cl2 ClF3(g) este utilizat la obţinerea UF6 pentru îmbogăţirea în 235U: UF4 + ClF3 → UF6 + ClF d) Reacţii de hidroliză În apă, toate halogenurile de halogen hidrolizează. Hidroliza decurge diferit în funcţie de ' natura compusului XX n (fără modificarea stării de oxidare sau prin reacţii redox). IF7 + 4H2O → HIO4 + 7HF ClF5 + 2H2O → ClO2F + 4HF 2ClF + H2O → 2HF + Cl2 + 1/2O2 2ClF3 + 3H2O → 6HF + Cl2 + 3/2 O2 5ICl + 3H2O → HIO3 + 2I2 + 5HCl e) Reacţii cu formare de complecşi ClF3 + HF → H[ClF4] BF3 + KF → K[BF4] 2IBr + SnBr4 → I2[SnBr6] BrF3 + CsF → Cs[BrF4] ClF3 + SbF5 → [ClF2]+ [SbF6]Prin astfel de reacţii rezultă anioni sau cationi de tip interhalogenură. 18. Completaţi schema dată, referitoare la obţinerea şi proprietăţile TiCl4, cel mai cunoscut şi mai accesibil compus al titanului. Arătaţi cum se pot transforma unul în celălalt compuşii TiCl4, TiCl3, TiCl2.

SO3

MCl

TiO2 N2O5

TiCl4

H2O Ti

NH3

Reacţia de obţinere a TiCl4: Reacţia cu SO3: Reacţia cu halogenuri ale metalelor alcaline: Reacţia de hidroliză: Reacţia cu Ti: Reacţia cu NaOH în mediu bazic:

e-Chimie

TiO2 + 2C + 2Cl2

tº C ⎯⎯⎯→

NaOH,H2O

Rezolvare TiCl4 + 2CO

TiCl4 + 6SO3 →Ti(SO4)2 +2SO2Cl2 TiCl4 + 2NaCl → Na2[TiCl6] TiCl4 + 4H2O → Ti(OH)4 + 4HCl TiCl4 + Ti → 2TiCl2 TiCl4 + 2NaOH + 2H2O → Na2[Ti(OH)6]

48

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

3TiCl4 + 4NH3 → 3TiN + 12HCl + 1/2N2 TiCl4 + 4N2O5 → Ti(NO3)4⋅xN2O5⋅yN2O4+ 4NO2Cl TiCl4 + Ti → 2TiCl2

Reacţia cu NH3: Reacţia cu N2O5: Transformări între TiCl4, TiCl3, TiCl2.

TiCl3

TiCl2 + VCl4

19. Ti(NO3)4 anhidru este un compus volatil, obţinut prin acţiunea N2O5 asupra Ti(NO3)4.nH2O. Este foarte activ faţă de substanţele organice, probabil datorită formării radicalilor NO3*. Reprezentaţi structura acestuia (dodecan), ştiind că NO3- funcţionează ca ligand bidentat. Rezolvare Ti(NO3)4 .nH2O + N2O5 → Ti(NO3)4 + nH2O Ti(NO3)4 → Ti + 4NO3.

O O N

O

O N

O

Ti

O

O

O O

O

N N

O O

NC = 12

20. Completaţi tabelul dat, referitor la caracterul acido-bazic al oxizilor şi oxihidroxocombinaţiilor metalelor respective. Oxid bazic

Oxid amfoter

Oxid acid

Co V Mn Fe Rezolvare

Cr V

Mn

Oxid bazic CrO Cr(OH)2 VO V(OH)2 MnO Mn(OH)2

Oxid amfoter Cr2O3 Cr(OH)3 V2O3 (cu dominantă bazică) V(OH)3–formula incertă VO2 (cu dominanta acidă) VO(OH)2 Mn2O3 , H2MnO3 MnO2 , MnO(OH)2

Oxid acid CrO3 H2CrO4 * V2O5 V2O5*H2O V2O5*5H2O MnO3 Mn2O7 H2MnO4* HMnO4*

Fe2O3 FeO(OH) Fe(OH)3 * există numai în soluţie sau sub formă de săruri Fe

FeO Fe(OH)2

21. Halogenurile moleculare ale unor metale tranziţionale în stări superioare de oxidare (în general, mai mari decât trei), prezintă o serie de particularităţi structurale, datorate interacţiilor de tip π dintre orbitalii vacanţi ai metalului şi perechile neparticipante de electroni ai halogenilor. Discutaţi câteva exemple de compuşi ai elementelor din grupele 4,5,6.

e-Chimie

49

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

Rezolvare NbX4 (X = Cl, Br, I) TaX4 (X = Cl, Br) MoCl4 WX4 (X = Cl, Br, I) • se caracterizează prin comportarea diamagnetică, atribuită unor interacţii directe M-M

VF5 în stare de vapori specii monomere în stare lichidă este polimerizată puternic probabil prin punţi de fluor.

F F F V F V F F F F F F

(MF5)2,4 (M = Nb, Ta, Mo, W) in stare de vapori specii tetramere prin punţi de fluor (M este coordinat). Cl Cl Cl Cl Cl Nb Nb Cl Cl Cl Cl Cl

22. Stabiliţi etapele de prelucrare chimică pentru obţinerea Mo din MoS2. Completaţi ecuaţiile reacţiilor chimice: MoS2 + O2 → MoO3 + NH3 + H2O → Rezolvare MoS2 concentrare 700ºC, KNO3 + Na2CO3

550-600ºC, O2

topire alcalina

prajire oxidanta

Na2MoO4

MoO3 + Fe2(MoO4)3

HCl pH=3-4 H2MoO4 200ºC

(NH4)6[Mo7O27] MoO3

Fe(OH)3 filtrare

500ºC

Fe, tºC Mo

Varianta a • topire alcalină oxidantă, în prezenţă de Na2CO3 şi KNO3, pentru obţinerea molibdatului de sodiu, Na2MoO4. • acidularea soluţiei de molibdat cu HCl şi obţinerea acidului molibdenic, H2MoO4. • calcinarea acidului molibdenic la 200oC, pentru obţinerea oxidului de molibden, MoO3. reducerea MoO3 în topitură, cu fier pentru obţinerea feromolibdenului.

e-Chimie

Varianta b • prăjirea oxidantă a minereului, când se formează MoO3 şi molibdaţi de fier. • tratarea soluţiei cu NH4OH pentru precipitarea Fe(OH)3 şi separarea molibdenului sub formă de paramolibdat de amoniu, (NH4)6[Mo7O27]. • calcinarea molibdatului de amoniu la 500oC, şi obţinerea oxidului de molibden(VI), MoO3. • reducerea MoO3 în topitură, cu fier, pentru obţinerea feromolibdenului.

50

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

23. Comportarea diamagnetică a combinaţiilor complexe ale Ni (II) a rămas până astăzi, criteriul cel mai sigur de atribuire a configuraţiei plan-pătrate sau tetraedrice. Analizaţi din acest punct de vedere, două combinaţii complexe reprezentative, [Ni(CN)4]2- şi [NiCl4]2-. Rezolvare Ni: [Ar]3d84s2 Ni2+: [Ar]3d8

S=1

[Ni(CN)4]2-

..

..

..

..

..

..

..

hibridizare dsp2 configuraţie plan-pătrată

[NiCl4]2-

..

..

S=0 (proprietăţi diamagnetice) S=1

hibridizare sp3 configuraţie tetraedrică

24. Se presupune că un electron ar putea adopta trei orientări de spin şi că cei trei electroni ar putea ocupa un singur orbital. Stabiliţi: a) Configuraţia electronică pentru primele zece elemente din tabelul periodic. b) Care este elementul cu care ar putea începe perioada III şi ce element din perioada II îi corespunde acestuia. c) Numărul atomic, Z, al elementului care ar avea comportare de gaz nobil. d) Numărul atomic, Z, al elementului care ar fi primul din seria 3d. Rezolvare • • • •

Un subnivel s ar fi completat cu 3 electroni ( s3) Un subnivel p ar fi completat cu 9 electroni ( p9) Un subnivel d ar fi completat cu 15 electroni ( d15) Un subnivel f ar fi completat cu 21 electroni ( f21)

a) Z 1 2 3 4

Configuraţie electronică probabilă 1s1 1s2 1s3 1s3 2s1

e-Chimie

Z 6 7 8 9

Configuraţie electronică probabilă 1s3 2s3 1s32s32p1 1s32s32p2 1s32s32p3

51

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

1s3 2s2

5

10

1s32s32p4

b) perioada III ar începe cu elementul Z=16; îi corespunde elementul din perioada a-2-a cu Z=4. c) elementele cu Z = 3 ; Z = 15, Z = 37; Z = 54 ar fi gaze nobile. d) elementul cu Z = 31 ar fi primul element din seria 3d, cu configuraţia stării fundamentale 1s3 2s3 2p9 3s3 3p9 4s3 3d1.

25. Energiile de disociere şi lungimile de legătură ale moleculelor ipotetice Li2, Na2 şi K2 au valorile: Molecula Lungimea legăturii (Å) Energia de disociere, (kJ/mol)

Li2 2,67

Na2 3,08

K2 3,21

104,6

71,1

49,6

Justificaţi aceste valori. Rezolvare

In seria Li2, Na2 K2, suprapunerea orbitalilor este din ce în ce mai mică şi legăturile sunt din ce în ce mai slabe deoarece norii electronici devin din ce în ce mai difuzi (densitatea electronică descreşte iar energia de legătură descreşte). 26. Stabiliţi care dintre speciile chimice date: NOCl, NH3, NO3-, PCl3, PCl5, ClF3, BeH2, H2O, COCl2, SF6, CH4, XeF2, BeCl2 a) sunt nesaturate b) sunt deficitare în electroni c) au stratul de valenţă extins d) sunt molecule care conţin un atom hipervalent e) conţin atomul central în stare de hibridizare sp3. Rezolvare

a) NOCl, NO3-, COCl2 b) BeH2, BCl3 (se stabilizează prin dimerizare sau polimerizare). c) PCl3, ClF3, XeF2 d) PCl5, SF6 e) H2O, NH3, CH4, PCl3, BeH2, BeCl2. Structurile spaţiale ale acestora: H2O

NH3

CH4

:

N

O

H HH

H

BeH2

e-Chimie

PCl3

H H

H

C

: P

H

Cl

Cl

H

Cl

BeCl2

52

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

Cl

Cl Be

Be

Be

Cl

Cl Be

Be Cl

Be

Cl

27. Analizaţi moleculele PF5 şi ClF3 în modelul RPESV. Stabiliţi tipul de hibridizare al atomului central şi explicaţi de ce: a) în PF5, lungimile covalenţelor P–F din planul XOY (axiale) sunt mai mari decât cele de pe axa Z (ecuatoriale); b) perechile neparticipante de electroni preferă poziţiile ecuatoriale în structura bipiramidală. Rezolvare a) Model Gillespie şi hibridizare: PF5 (AB5, sp3d) şi ClF3 (AB3E, sp3d) Structură: PF5, bipiramidă trigonală şi ClF3 bipiramidă trigonală cu 2 perechi neparticipante de electroni (formă spaţială de T).

b) Poziţiile din jurul atomului central într-o structură de tipul bipiramidă trigonală nu sunt echivalente (nu este posibil din punct de vedere geometric); poziţiile ecuatoriale sunt echivalente dar diferite de cele axiale. Orbitalii din poziţii ecutoriale au caracter dominant s. Orbitalii din poziţii axiale au caracter dominant d. Orbitalii hibrizi cu caracter mai accentuat d pot conduce la legături mai lungi deoarece aceştia difuzează mai mult în spaţiul din jurul atomului central (în comparaţie cu orbitalii s şi p). Perechea neparticipantă de electroni ocupă de preferinţă orbitalii cu caracter s mai accentuat deoarece aceştia sunt aproape de nucleu şi au energie mai joasă.

28. a) Comparaţi legăturile Si-C şi C-C, cu referire la compuşii organometalici ai siliciului. b) Descrieţi legăturile dπ - pπ, evidente în chimia unor compuşi ai siliciului. Rezolvare a) Legătura Si-C este relativ tare datorită electronegativităţii atomului de Si şi valorilor energetice apropiate ale orbitalilor atomilor Si şi C; E(Si-C) = 311kJ/mol, faţă de E(C-C) = 358kJ/mol. Polaritatea redusă (χC-χSi = 0,7) şi tăria legăturii Si-C au drept consecinţă stabilitatea cinetică şi termodinamică a acestor compuşi: (CH3)4Si este stabil în aer şi apă. Compuşii organosilicici sunt mult mai stabili decat cei ai borului, deşi între B şi C există o diferenţă mică de electronegativitate. b) Se cunosc numeroşi compuşi organosilicici care conţin legături Si-O, Si-N sau Si-S (siloxani, silazani, siltiani). Legăturile Si-E-Si (E=O, N, S) din aceşti compuşi, cu structuri liniare dar şi ciclice sunt întărite prin interacţii dπ - pπ stabilite între orbitalii vacanţi (d) ai Si şi electronii neparticipanţi ai elementelor O, N sau S (p), prin care care perechile de electroni vacanţi ai O, N sau S sunt delocalizaţi parţial în orbitalii vacanţi σ* sau d ai Si:

Si Si Interacţii dπ - pπ între Si şi E(O, N, S) Datorită acestei delocalizări, structura compuşilor devine mai flexibilă şi permite păstrarea proprietăţilor

e-Chimie

53

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

elastomere până la temperaturi joase. Delocalizarea determină şi o diminuare a bazicităţii atomilor de O, N sau S; compusul (SiH3)3N, de exemplu, capătă o formă piramidală. 29. Chimia siliciului este complet diferită de cea a carbonului şi unul dintre cele mai importante aspecte se referă la formarea legăturilor Si-O sau Si-N. Daţi exemple şi explicaţi deosebirile structurale. Rezolvare Deşi există asemănări stoichiometrice între compuşi ai siliciului şi ai carbonului, ca în CO2, SiO2, (H3C)2O, (H3Si)2O, din punct de vedere structural sau chimic aceşti compuşi sunt diferiţi: • CO2 are structură liniară iar SiO2 formează lanţuri infinite • (H3C)2CO are structură plană, în timp ce [(H3C)2SiO]3 are structură ciclică. • • •

Siloxanul (H3Si)2O, sau H3Si-O-SiH3 prezintă un caracter bazic mult mai slab decât compusul similar cu carbon, H3C-O-CH3; de asemenea, unghiul de legătură are valoarea de aproximativ ∼150o, diferită mult faţă de cea corespunzătoare hibridizării tetraedrice (109o28'). Silanolii, R3Si-OH au caracter acid mai puternic decât compuşii analogi cu carbon, alcoolii, R3COH care formează legături de hidrogen puternice. Trisililamina, (H3Si)3N cu structură plan trigonală diferită de cea a trimetilaminei, (H3C)3N, piramidală. Ca urmare a implicării electronilor p ai azotului la formarea legăturilor π(p-d), bazicitatea Lewis a compusului (H3Si)3N este foarte slabă.

: H3C

:

N CH 3 CH3

H3Si

N SiH 3 SiH3

Aceste observaţii se pot explica numai prin participarea atomilor de azot sau oxigen ca donori şi de siliciu ca acceptor la formarea unor legături π dative. 30. Completaţi tabelele date, referitoare la chimia elementelor din grupele 13(III) şi 14 (IV) (numere de oxidare, tipuri de hibridizare, numere de coordinaţie). a) Element/N.O. B/3 Al, Ga, In Hibridizare Exemple N.C. b) Element/N.O Hibridizare Exemple

C

Si, Ge, Sn, Pb

N.C. Rezolvare a) Element/N.O. Hibridizare

e-Chimie

B/3 sp2

sp3

Al/3, Ga/1,3, In/1,3 sp2 sp3

sp3d2

54

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

Exemple

BX3 (HBNH)3

[BX4]B2H6

N.C. 3 4 *E=Ga, In N.O. = +3 Stabilitatea scade de la Al la Tl Caracterul oxidant creşte de la Al la Tl b) Element/N.O. Hibridizare Exemple

N.C.

AlI3 Al(OH)3 E(OH)3*

[AlF4][Al(OH)4][E(OH)4]-*

[AlF6]3[Al(OH)4(H2O)2][Al(H2O)6]3+ [E(H2O)6]3+*

3

4

6

N.O. = +1 Stabilitatea creşte de la Ga la Tl Caracterul reducător creşte de la Tl la Ga

C /2, 4 sp HCN C2N2 CnH2n-2

sp2 H2CO3 RCHO CnH2n

sp3 CCl4 CnH2n+2

Si, Ge, Sn, Pb/2,4 sp3 EX4 (E=Si, Ge, Sn, Pb) Na2[E(OH)4] (E = Ge, Sn, Pb)

sp3d2 H2[SiF6] Na2[E(OH)6] (E= Ge, Sn, Pb)

2

3

4

4

6

31. Pentru oxizii menţionaţi în tabelul dat, completaţi datele referitoare la: a) Caracterul acido-bazic b) Caracterul oxido-reducător (exemple) c) Forma spaţială. a) Caracter acido-bazic; specia corespunzătoare NO

Neutru

b)Caracter oxidoreducător al oxidului Reducător

N2O3

Acid; HNO2

Reducător

c) Forma spaţială

N

O O

O N

O

N ·

··

NO2

N2O5

Acid; HNO2 şi HNO3

Acid HNO3

Reducător şi oxidant Oxidant

_

ClO3

Acid; HClO2 şi HClO3

+ N

+ N O

O -

·

O

O O + N

+ N

O

O

O

O -

_ O

O

+ N _

O O

+ N

O

O

+ N O

Oxidant Cl O

BeO

e-Chimie

Amfoter; Be(OH)2 şi BeO2-

-

-

O

O

Compus covalent, Be=O în stare de vapori are structură ciclică

55

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti Be O

Be O

Be

Be

Neutru

Reducător

+ _ C O

Br

Be O

O

CO

O

O

C

O

C

O

_ C O+

a) Caracter oxidant al NO N2O se comportă ca oxidant faţă de unele metale sau nemetale: 2N2O + S → 2N2 + SO2 N2O + 2Na → N2 + Na2O N2O + H2 → N2 + H2O 2N2O + C → 2N2 + CO2 b) Caracter oxido-reducător al N2O3 Oxidul există în stare pură numai la temperaturi mici, sub forma unui solid colorat în albastru deschis. N2O3 în stare lichidă (de asemenea, albastru deschis) şi sub formă de vapori este de fapt un amestec la echilibru între trioxid de diazot, monoxid şi dioxid de azot gradul de disociere fiind de aproximativ 90% la temperatura camerei:

N2O3 NO + NO2 Astfel, reacţiile N2O3, în condiţii normale, sunt reacţii ale NO şi NO2’. c) Caracter oxidant (N4+→ N2+) şi reducător (N4+→ N5+) al NO2 NO2 + KI → 1/2I2 + KNO2 NO2 + H2S → NO + S + H2O NO2 + SO2 + H2O → NO + H2SO4 NO2 + CO →NO + CO2 NO2 + Cu → NO + CuO NO2 + H2 →NO + H2O d) Caracter reducător (N4+→ N5+) Faţă de agenţii oxidanţi puternici, NO2 se comportă ca reducător, deoarece este într-o stare intermediară de oxidare: 2KMnO4 + 10NO2 + 3H2SO4 + 2H2O →2MnSO4 + 10HNO3 + K2SO4 c) Caracter oxidant al N2O5 Multe din reacţiile în fază gazoasă ale N2O5 sunt practic reacţii ale ionilor NO2+ şi NO3- rezultaţi prin disociere; anionul azotat acţionează ca un agent de oxidare puternic. Carbonul şi sulful ard în N2O5, iar unele metale ca mercurul reacţionează la temperatura camerei: 2N2O5 + 5S → 5SO2 +2N2 2N2O5 + 5C → 5CO2 + 2N2 d) Caracter reducător al CO Stă la baza utilizării industriale a CO la obţinerea metalelor din oxizi: to

2Fe + 3CO2 Fe2O3 + 3CO to NiO + CO Ni + CO2 CO este oxidat de clor, sulf, halogeni, sau I2O5 la CO2: Cl2 + CO → COCl2 S + CO → COS I2O5 + 5CO → 5CO2 + I2 Reacţia de oxidare cu I2O5 stă la baza unei metode cantitative de determinare a CO. e) Caracter oxidant al ClO3 ClO3 + 7KI + 5/2H2SO4→ 5/2K2SO4 + 7/2I2 +KCl + 5/2H2O 32. Arătaţi cum se pot obţine din [PtCl4]2- toţi izomerii compusului [Pt(CO)NH3COBr] considerând ordinea efectelor trans: CO>Br->Cl->NH3.

e-Chimie

56

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

Rezolvare 2Cl

Cl

a)

Cl

CO

Pt Cl

Cl

Cl

Cl

Cl

Cl

Cl c)

Pt Cl

Cl

Cl

Br Pt

Cl

CO

H3N

CO

Cl

Cl Pt

Cl

Br

Cl

Cl

NH3

CO Pt

Pt Cl

Br

H3N

Br

CO

-

Cl

Cl

Cl

CO

H3N

NH3

Pt

Cl Pt

Pt

2b)

H3N

NH3

Cl

H3N

Cl

CO

CO Pt

Br

Cl

H3N

Pt Cl

H3N

Br

Cl

CO Pt

Br

Cl

Br

33. Cu, Ag şi Au au potenţiale standard pozitive şi sunt metale cu reactivitate chimică redusă, care scade în ordinea Cu>Ag>Au. Pentru aceste elemente, prezentaţi cele mai importante aspecte privind: a) stările de oxidare b) reactivitatea chimică. Rezolvare a) Starea de oxidare I este caracteristică mai ales pentru argint. Compuşii Ag(I) şi Cu(I) sunt albi cu câteva excepţii iar cei cu Au(I) sunt galbeni. Compuşii Cu(I) sunt stabili la temperaturi ridicate dar se oxidează uşor în aer umed. În soluţiii apoase, Cu+ şi Ag+ disproporţionează: 2Cu+ Cu2+ + Cu + 3Au Au3+ + 2Au Compuşii Ag(I) se descompun sub acţiunea luminii. Starea de oxidare II este specifică pentru cupru; compuşii Cu(II) sunt albi, dar prin hidroliză sărurile devin albastre, mai ales prin formarea ionului [Cu(H2O)4]2+. În soluţii amoniacale se formează [Cu(NH3)4]2+. Starea de oxidare III este caracteristică aurului; compuşii Au(III) sunt mai stabili decât cei cu Au(I) şi au tendinţă de hidroliză : Au3+ + 2H2O AuO(OH) + 3H+ În soluţii apoase, Au(III) există mai ales sub formă de complecşi tetracoordinaţi, MI [Au(OH)4] sau ca auraţi MIAuO2. Halogenurile au structuri dimere, Au2X6; în prezenţa HX, Au(III) formează H[AuX4]. Stări de oxidare ale Cu, Ag, Au Cu(I) - (d10) compuşi diamagnetici, incolori, cu excepţia sărurilor cu anioni coloraţi. I - stabilitate redusă (se descompun în soluţii apoase): 2Cu+ Cu2+ + Cu Ag(I) – starea normală (d10) – compuşi diamagnetici, incolori - acţiune polarizantă mare, săruri colorate chiar cu anioni incolori - stabilitate în soluţie, în stare hidratată

II

e-Chimie

- săruri uşor solubile: AgNO3, AgClO4, AgF - săruri greu solubile: Ag2SO4, AgCl Au(I) – (d10) Combinaţiile complexe ale Au(I) pot exista şi în soluţii apoase. Compuşii Au(I) se obţin greu în sta pură, de obicei sunt amestecuri Au(I), Au(III) şi Au(0). În soluţie apoasă, disporporţionează: 6Au+ + 3H2O → Au2O3 + 4Au + 6H+ Cu(II) – (d9) - proprietăţi paramagnetice - culoare verde sau albastru datorită unei benzi de absorbţie la 600-900nm

57

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

-

III

formează combinaţii complexe cu NC = 2

Ag(II) - (d9) se cunosc compuşii AgF2, AgO şi combinaţii complexe - proprietăţi paramagnetice - oxidant energic Au(II) - puţin probabil (date necloncludente) Cu(III) (d8) - număr redus de compuşi Ag(III) (d8) - număr redus de compuşi, AgO solid conţine probabil Ag(I) şi Ag(III) şi în combinaţii complexe. Au(III) (d8) - stare de oxidare caracteristică, se formează legături covalente - în soluţii speciile Au(III) sunt în echilibru cu ioni complecşi - se reduc uşor la Au. b) - Spre deosebire de Ag şi Au care nu se oxidează nici la temperaturi ridicate, cuprul la cald se transformă în CuO, negru iar la t>900ºC în Cu2O roşu. În aer umed, bogat în CO2 se carbonatează acoperindu-se cu un strat superficial de carbonat bazic de culoare verde. 2Cu + O2 + CO2 + H2O → CuCO3·Cu(OH)2 Dacă aerul conţine SO2 se formează sulfat bazic: 4Cu + 5/2O2 + SO2 + 3H2O → CuSO4 ·3Cu(OH)2 - La cald reacţionează cu halogenii formând compuşi corespunzători celor mai stabile stări de oxidare: CuX2, AgX, AuF3 şi Au2X6 (X = Cl, Br, I). - Cu şi Ag reacţionează direct cu S, Se, Te faţă de care prezintă o afinitate ridicată. Au nu se combină direct cu S. - Cu, Ag şi Au nu se combină direct cu H, C, N. - O2 sub presiune atacă Ag la cald, rezultă Ag2O ; O2 şi apa nu atacă Au nici la cald. - Nu se dizolvă în acizi diluaţi: Cu şi Ag se dizolvă în oxiacizi concentraţi (HNO3, H2SO4) iar Au numai în apă regală sau apă de clor când rezultă H[AuCl4]. - În anumite condiţii Cu şi Ag se dizolvă foarte puţin în HCl concentrat cu degajare de hidrogen, în urma formării ionilor complecşi: [CuCl2]- şi [AgCl2]-. - Sunt solubile în cianuri alcaline iar reacţia este de interes practic pentru obţinerea acestor metale. 2Au + 4NaCN + H2O + ½ O2 → 2Na[Au(CN)2] + 2NaOH (sau Na[Au(CN)4]) - Generează cu uşurinţă combinaţii complexe cu NC = 2, de geometrie lineară. - Oxizii sunt substanţe colorate, greu solubile în apă cu caracter slab bazic şi se reduc uşor la metalele respective. - Halogenurile şi sulfurile sunt colorate şi greu solubile în apă. Reactant Cu Ag Au aer umed CuCO3 · Cu(OH)2 nu O2 (aer) CuO, Cu2O nu, nici la cald (t=200, 800ºC) S Cu2S, CuS Ag2S (180ºC) nu (la temperatura camerei) nu H2S Cu2S în aer umed: 2Ag+H2S+ ½O2→Ag2S+ H2O X2 CuX2 AgX AuX3 (acţiunea cea încet la rece, repede la cald energică o are Br2 → AuBr3). N2 -

e-Chimie

58

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

H2 Acizi diluaţi Acizi concentraţi

Acizi organici NH3

(cu H atomic → CuH) 3Cu+8HNO3→3Cu(NO3)2 + 2NO + H2O Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O Cu + 4HCl + O2 → 2CuCl2 + 2H2O 2Cu+2CH3COOH+O2→ Cu(CH3COO)2·Cu(OH)2 în prezenţa O2: 2Cu+8NH3+O2+ H2O → 2[Cu(NH3)4](OH)2

-

-

HNO3diluat HNO3 : da

nu -

H2SO4:da HCl: nu -

-

Au+HNO3+4HCl→ H[AuCl4]+NO+ 2H2O Aurul fin divizat mai este atacat de hidroxizi alcalini (în topitură) în prezenţa KNO3 : 2Au + 2KOH + 3KNO3 → 2KAuO2 + 3KNO2 + H2O Apă regală

34. V2O5 este unul dintre cei mai importanţi compuşi ai vanadiului. Completaţi reacţiile chimice corespunzătoare, referitoare la obţinerea şi proprietăţile chimice ale V2O5. NH4VO3

V + O2

toC VO2

H2C2O4 sau SO2

V2O3

t, X2 V2O5 + HCl

NaOH

VOX3 NaVO3 Na3VO4 (NaVO3)n

VO2+

Rezolvare Obţinere tº C 2NH4VO3 ⎯⎯⎯→ V2O5 + 2NH3 + H2O tº C 4V + 5O2 ⎯⎯ ⎯→ V2O5 Proprietăţi tº C V2O5 + X2 ⎯⎯ ⎯→ VOX3 (halogenuri de vanadil) - caracter amfoter slab, cu dominantă acidă V2O5 + 6HCl → 2VOCl3 + 3H2O V2O5 + 6NaOH → 2Na3VO4 + 3H2O - caracter oxidant: se reduce la compuşi inferiori ca stare de oxidare V2O5 + 6HCl → 2VOCl2 + Cl2 + 3H2O - V2O5 + SO2 → 2VO2 + SO3

3V2O5 + 2V → 5V2O3

e-Chimie

59

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

35. Exemplificaţi prin reacţii caracterul amfoter al compuşilor Be(OH)2, Cr(OH)3, Ti(OH)4, ZnO. Rezolvare

Be(OH)2 + 2HCl→ BeCl2 + 2H2O Be(OH)2 + 2NaOH→ Na2[Be(OH)4] (Na2BeO2) Cr(OH)3 + 3HCl→ CrCl3 + 3H2O Cr(OH)3 + 3NaOH → Na3[Cr(OH)6] (NaCrO2) Ti(OH)4 + 4HCl → TiCl4 + 4H2O Ti(OH)4 + NaOH→ Na2[Ti(OH)6] (Na2TiO3 / Na4TiO4) Zn(OH)2 + 2HCl→ ZnCl2 + 2H2O Zn(OH)2 + 2NaOH→ Na2[Zn(OH)4] 36. Explicaţi asemãnãrile dintre perechile de molecule: a) SO3 şi CrO3 b) H2SO4 şi H2CrO4 c) P2O5 şi V2O5 d) Cl2O7 şi Mn2O7 Rezolvare

a) asemãnãri structurale (sp2, geometrie plan-trigonalã) şi chimice (anhidride acide ale acizilor H2SO4 şi H2CrO4) b) asemãnari structurale, simetrie tetraedricã O E O

HO OH

spre deosebire de H2SO4, H2CrO4 formeazã structuri condensate, Cr2O72-, Cr3O102-, Cr4O132- cu unitatea: O

O

Cr

Cr

O

O

O

O

c) spre deosebire de V2O5, P2O5 formeazã dimerul (P4O10). Ambii compuşi sunt oxizi acizi; cu apa formeazã H3PO4 şi H3VO4 d) asemãnari structurale şi chimice (anhidride acide) O O

O

E

E O

O

O O

E2O7 + H2O → HEO4

e-Chimie

60

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

HMnO4 şi HClO4 sunt cei mai tari acizi. 37. Scrieţi ecuaţiile reacţiilor chimice referitoare la: a) obţinerea fosforului din apatitã şi a acidului fluorhidric din fluoritã b) obţinerea iodului din NaIO3 c) hidroliza halogenurilor de bor şi siliciu d) comportarea SO3 ca acid Lewis. Rezolvare

a) 2Ca3(PO4)2 + 6SiO2 + 10 C → P4 + 10CO + 6CaSiO3 apatitã CaF2 + H2SO4 → 2HF + CaSO4 fluoritã b) 2NaIO3 + 5SO2 + 4H2O→ 2NaHSO4 + I2+ 3H2SO4 c) BCl3 + 3H2O → H3BO3 + 3HCl SiCl4 + 4H2O → H4SiO4 + 4HCl O

OH S

e) SO3 + NH3 (sau ROH)→

O

NH2(OR)

38. Fluorul a fost preparat prima dată printr-o metodă chimică, în 1886 şi anume prin reacţia dintre hexafluoromanganatul de sodiu şi pentafluorura de stibiu. Reacţia decurge în două etape iar în ultima etapă are loc o reacţie de descompunere a unei sări instabile a manganului. Scrieţi reacţiile chimice care au loc. Rezolvare

Na2[MnF6] + 2SbF5 → MnF4 + 2Na[SbF6] MnF4 → MnF2 + F2 39. Stabiliţi care este specia cu cea mai micã valoare a energiei de ionizare din urmãtoarele şiruri: a) Cs, Ba, La b) Zn, Ga, Ge c) Tl, In, Sn d) Tl, Sn, As e) O, O-, O2Rezolvare

a) b) c) d) e)

Cs Zn In Tl O-

40. Aranjaţi elementele din seriile urmãtoare în ordinea creşterii afinitãţii pentru electroni: a) O, S b) F, Cl, Br, I

e-Chimie

61

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

c) N, O, F Rezolvare

a) S > O b) Cl > F > Br > I c) O > F > N 41. Calculaţi termenii spectrali fundamentali ai speciilor Fe, Fe2+ şi Fe3+. Rezolvare 26Fe:

6

2+ 26Fe :

2

[Ar] 3d 4s L=2 S = 4x1/2 =2 J =L +S = 4 2S+1 = 5 5 D4

3+ 26Fe :

6

[Ar] 3d5 L=0 S = 5x1/2 =5/2 J =L +S =5/2 2S+1 = 6 6 S5/2

[Ar] 3d L=2 S = 4x1/2 =2 J =L +S = 4 2S+1 = 5 5 D4

42.Interpretaţi datele din tabelul urmãtor, folosind constantele de ecranare şi energiile de ionizare calculate cu ajutorul regulilor Slater: Element

σ4s

σ3d

Δσ= σ4s-σ3d

EI(4s) (eV)

EI(3d) (eV)

21Sc

18

18

0

7,65

13,6

ΔEI(eV) = EI(3d) -EI(4s) 5,95

25Mn

21,4

19,4

2

11,01

47,39

36,38

30Zn

25,65

21,15

4,5

16,08

118,35

102,27

Rezolvare

Cu creşterea lui Z, creşte diferenţa dintre constantele de ecranare corespunzãtoare subnivelelor 4s şi 3d, (Δσ= σ4s-σ3d) şi creşte diferenţa energeticã dintre subnivelele 4s şi 3d. Pe mãsurã ce se completeazã cu electroni, subnivelul 3d se apropie tot mai mult de nivelul energetic din care face parte (n =3). De aceea, deşi la metalele d ultimul electron care se plaseazã pe nivele este de tip d, primii electroni care pãrãsesc atomul sunt cei de tip s. 43. Stabiliţi care din urmãtoarele numere cuantice sunt posibile. Daţi scurte explicaţii, acolo unde seturile de numere cuantice nu sunt corecte: a) n = 1 l = 0 m =1 s =1/2 b) n = 9 l = 7 m =6 s =-1/2 c) n = 2 l = 1 m =0 s =1/2 d) n = 1 l = 1 m =1 s =1/2 e) n = 3 l = 2 m =-3 s =1/2

e-Chimie

62

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

f) n = 4 l = 0 m =0 s =1/2 Rezolvare

Seturi corecte: b), c), f) Seturi incorecte: a) deoarece m > l d) deoarece n = l e) deoarece ⎢m⎢ > l 44. Confirmaţi prin reacţii următoarele afirmaţii: a) XeF2 hidrolizează cu formarea de oxigen şi xenon. b) XeO3 este redus la xenon în soluţii acide de ioduri c) XeF6 hidrolizează în soluţii apoase fără modificarea stării de oxidare. Rezolvare

a) XeF2 + H2O → Xe + 1/2O2 + 2HF b) XeO3 + 6HI → Xe + 3I2 + 3H2O c) XeF6 + 3H2O → XeO3 + 6HF sau XeF6 + 4H2O → H2XeO4 + 6HF 45. La un amestec de halogenuri (NaCl, NaBr şi NaI) se adaugã H2SO4 concentrat. Stabiliţi dacã soluţia finalã va conţine speciile: a) HCl, HBr, HI b) HCl, HBr, HI, I2 c) HCl, HBr, Br2, I2 d) HCl, Br2, I2 e) Cl2, Br2, I2 Rezolvare

2NaCl + H2SO4 → 2HCl + Na2SO4 2NaBr + H2SO4 → 2HBr + Na2SO4 reacţie secundarã: 2HBr + H2SO4 → Br2 + SO2 + 2H2O 2NaI + H2SO4 → 2HI + Na2SO4 reacţie secundarã: 2HI + H2SO4 → I2 + SO2 + 2H2O Soluţia finalã conţine HCl, Br2 şi I2 (HBr şi HI au caracter reducător).

e-Chimie

63

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

5.2. PROBLEME NEREZOLVATE 1.

Stabiliţi izomerii posibili pentru următorii complecşi: a) [Cr(OH2)5(NO2)]I b) [Co(phen)2(NH3)(SCN)]Cl c) [Fe(en)(C2O4)Br2]d) [Pd(PPh3)2BrCl] phen – o-fenantrolină, en – etilendiamină

2.

Folosind modelul RPESV (Repulsiei Perechilor de Electroni din Stratul de Valenţă, ABnEm), stabiliţi formele spaţiale probabile ale compuşilor: a) IF3O2 b) IO2F2c) XeO3F2 d) XeO2F2 Dintre conformaţiile posibile pentru fiecare compus alegeţi pe baza RPESV conformaţia cea mai stabilă.

3.

a) Stabiliţi pe baza regulii celor 18 electroni structurile posibile pentru carbonilii polinucleari Co2(CO)8, Re2(CO)10 obţinuţi în reacţiile: CoCO3 + 2H2 + 8CO → Co2(CO)8 + 2CO2 + 2H2O Re2O7 + 17CO → Re2(CO)10 + 7CO2

250-300 atm, 150ºC ~ 300 atm, ~300ºC

Arătaţi care este rolul CO în reacţii. b) Reprezentaţi interacţiile dintre orbitalii ligandului CO şi orbitalii metalului care determină proprietăţile σ-donoare şi π-acceptoare ale CO. c) Carbonilii Fe3(CO)12 şi Ru3(CO)12 au aceeaşi formulă brută M3(CO)12 dar au structuri diferite. Considerând că poziţia maximelor de absorbţie în spectrul IR pentru legătura C-O, exprimată în ν (număr de undă, cm-1), reflectă creşterea gradului de ocupare a orbitalilor π* odată cu creşterea numărului de atomi de metal legaţi de ligandul CO: MCO (>1900cm1 )>M2CO>M3CO νCO (cm-1) Fe3(CO)12 2040, 2020, 1997, 1840 Ru3(CO)12 2060, 2030, 2010 stabiliţi structurile celor doi carbonili trinucleari. 4.

Scrieţi reacţii care să evidenţieze : a) caracterul reducător al SO2, H2O2, NO2, H2O2, H2S b) caracterul acid al HClO4, H3BO3, H3PO3, H3PO2 c) caracterul oxidant al HClO, H2S2O8, H2SO5, H2S2O8, HNO3 d) caracterul Lewis al SO2, NH3, SO3, H2O, NO3- .

5.

Se consideră hidracizii elementelor din grupa 16/ VI: H2S, H2Se, H2Te. Explicaţi valorile Ka(1) cu ajutorul afinităţilor pentru electron şi a energiilor de legătură E-H. Hidracid E-H

e-Chimie

Ka(1)

EE-H (kJ/mol)

Ae (kJ/mol)

64

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

H2S H2Se H2Te

1,03·10-7 1,3·10-4 2,3·10-4

363 276 238

-200,4 -195 -190

6.

Explicaţi (prin reacţii chimice) transformările chimice care au loc la: - fierberea în apă a sulfului - deshidratarea termică a NaHSO3 şi NaHSO4 - deshidratarea termică a Na2HPO3 şi Na2HPO4 - dizolvarea sulfului în soluţii apoase care conţin S2- combinarea unor soluţíi care conţin Cr(VI) cu H2O2.

7.

Se consideră schema de reacţie: A

Cl2, toC

B

KSCN/-KCl

D

NH4OH A(OH)3

toC/-H2O

E

ştiind că A(OH)3 are M=107 g/mol, stabiliţi identitatea elementului A şi natura compuşilor A-E. 8.

Calculaţi echivalentul chimic al sulfului în fiecare din reacţiile date şi arătaţi în ce condiţii se pot desfăşura acestea: S + O2 → S + HNO3 → S + H2SO4 → S + Hg → S + NaOH → S + H2O → S + X2 → (X=F, Cl) S + Na2SO3 →

9.

Stabiliţi stările de oxidare ale metalelor din compuşii: Pb3O4 Mn3O4 Fe3O4 CuFe2O4 Scrieţi ecuaţiile reacţiilor chimice care au loc la tratarea compuşilor respectivi cu HCl şi HNO3.

10. Stabiliţi: a) numărul de moli de I2 oxidaţi de 5 moli H2O2 b) numărul de moli de Cl2 reduşi de 5 moli de H2O2 c) numărul de moli de H2O2 oxidaţi de 1 mol KMnO4 în mediu acid d) numărul de moli de H2O2 reduşi de 1 mol K2Cr2O7 în mediu acid e) numărul de moli de CrCl3 oxidaţi de 1 mol KMnO4 în mediu bazic. 11. Din şirul de oxizi: CaO, Na2O, Cl2O7, ClO2, SO2, P4O10, Cs2O, Cr2O3, ZnO, CO, NO, H2O, TiO2, indicaţi: a) oxizii cu caracter neutru b) oxizii cu caracter amfoter c) oxidul cu caracterul ionic cel mai pronunţat d) oxizii care în condiţii normale sunt în stare solidă. 12. Elementele A, B şi C se află în aceeaşi grupă a sistemului periodic. Stabiliţi care este ordinea acestora, dacă oxo-hidroxocombinaţiile elementelor A, B şi C au caracter acid, bazic şi respectiv amfoter. 13. Bismutatul de sodiu poate fi utilizat pentru identificarea ionului Mn2+, care în soluţie acidă este oxidat la MnO4-. Calculaţi numărul de moli de MnCl2 care pot fi oxidaţi cu bismutatul obţinut prin

e-Chimie

65

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

oxidarea cu clor a 5 moli Bi(OH)3 (pentru un randament al reacţiei de oxidare de 60%). 14. Scrieţi reacţia de autoionizare care are loc la disocierea NH3(l) şi stabiliţi ce reacţii au loc la dizolvarea în NH3(l) a următorilor compuşi: a) NH4Cl; b) KNH2; c) HCl; d) ZnCl2; e) NaOH. 15. Indicaţi reactanţii şi condiţiile de lucru necesare pentru obţinerea următorilor compuşi: a) NaNH2 şi NH4Cl în NH3(l) b) N2H4 din NH3 c) uree şi acid carbamic din NH3. 16. Discutaţi comparativ comportarea la încălzire a următorilor compuşi: NH4NO2 → KNO3 → Cu(NO3)2 → NaOH → AgNO3 → NaHSO4 → NH4NO3 → NaHSO3 → NaH2PO3 → NaH2PO4 → NaN3 → (NH4)2Cr2O7 → 17. a) La încălzirea P alb cu o soluţie de NaOH, se obţine un gaz incolor, inflamabil şi toxic cu 91,02% P şi 8,98% H. • Deduceţi formula gazului şi arătaţi ce structură adoptă în modelul Gillespie. • Ce compus solid se obţine la tratarea gazului cu HI şi cum reacţionează acesta cu apa? • Ce se obţine la combustia gazului în aer? b) Se consideră schema de reacţie: H2O (rece) P4O6

X

H2O (toC)

Z + AgNO3 + H2O

Y+ Z la rece ⎯⎯ ⎯ ⎯⎯→

X + HNO3 + Ag

t oC ⎯⎯⎯→

Z + AgNO3 + H2O Y + HNO3 + Ag Completaţi reacţiile respective, arătaţi natura compuşilor X, Y şi Z şi comparaţi caracterul oxidant al acestora. Indicaţi specia cea mai stabilă şi explicaţi alegerea. 18. a) Pentru un anumit acid al azotului multe din reacţii se pot explica prin prezenţa unor radicali sau ioni, motiv pentru care acesta se mai numeşte şi azotat de nitrozil. Arătaţi care este oxidul respectiv şi discutaţi mecanismul de acţiune al acestuia. b) Completaţi reacţiile date, având în vedere că N2O4 poate acţiona atât ca agent de nitrare cât şi de complexare. solvent organic

Cu + N2O4(l) ⎯⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯→ solvent organic

Zn + N2O4(l) ⎯⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯→ 19. Scrieţi ecuaţiile reacţiilor chimice corespunzătoare, indicând totodată, prin săgeţi, sensul variaţiei stabilităţii şi caracterului oxidant: P4O10 As2O5 Sb2O5 Bi2O5 (?) Obţinere Oxidroxo combinaţia corespunzătoare Stabilitate Caracter oxidant

e-Chimie

66

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

reacţia cu H2O reacţia cu HCl 20. Pentru acidul hipoazotos, H2N2O2, au fost propuse mai multe structuri izomere şi anume:

.. HO

N N

OH

HO

..

..

N N

OH ..

H H

O

N N O

A b c Care dintre aceste forme este mai plauzibilă şi corespunde caracterului chimic al acidului? De ce forma c este denumită şi nitramidă?

21. Se consideră schema de reacţie: As + HNO3 + H2O

X + NO - H2O Y

(usor) - O2

Z

Stabiliţi natura compuşilor X, Y şi Z. Cum se mai poate obţine Z, pornind de la un compus existent în natură? 22. Explicaţi de ce, în cazul elementelor tipice, elementele din perioada 2 se caracterizează prin numere de coordinaţie mici, în timp ce elementele din perioadele 3,4 etc. pot atinge numere de coordinaţie mari (6, 7, 8). Discutaţi comparativ exemplele selectate pentru: a. b. c. d.

B şi Al, Ga C şi Si, Ge, Sn şi S, Se, Te F şi I

23. Descoperirea recentă a clusterului C60 şi a altor specii înrudite, C70, C76, C84, a reprezentat un moment important în ştiinţă. Daţi scurte explicaţii despre obţinerea, structura şi denumirea fulerenelor. 24. Stabiliţi care dintre dioxizii elementelor din grupa 14 / IVA corespunde fiscărei proprietăţi menţionate: a) are caracterul covalent cel mai accentuat b) este oxidantul cel mai puternic c) are caracterul acid / bazic cel mai accentuat d) este cel mai stabil la încălzire e) este cel mai solubil în apă f) formează reţele tridimensionale foarte stabile g) are caracter amfoter. 25. Stabiliţi care dintre următorii compuşi: SiCl4, SnCl2, SnCl4, PbCl2, PbCl4: a) se descompune cel mai uşor la temperatura camerei b) poate reduce sărurile Hg22+

e-Chimie

67

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

c) are caracter de bază Lewis d) se stabilizează prin complexare e) hidrolizează instantaneu /lent Scrieţi reacţiile chimice corespunzătoare proceselor menţionate. 26. Halogenurile de carbonil sunt folosite ca intermediari în multe sinteze organice sau anorganice. Fosgenul (COCl2) este utilizat mai ales la obţinerea unor compuşi carbonilici, prin reacţii de tip substituţie nucleofilă. Completaţi schema cu produşii sau reactanţii necesari şi explicaţi reacţiile care au loc. H2O

NH3

COCl2

R2NH

ROH

SbF3 + F2

200oC carbune

Scrieţi reacţiile chimice corespunzătoare următoarelor transformări:

27.

Mg

HF

C, Cl2

F2

KOH

SiO2

C

CaO

Ca3(PO4)2 Ca3(PO4)2, C

Indicaţi reacţiile în care SiO2 are caracter: - bazic de acid Lewis - oxidant - reducător. Calculaţi masa de SiO2 necesară pentru a obţine 10 kmoli fosfor (η =60%) printr-una din reacţiile menţionate. 28. Completaţi schema de reacţie următoare: NaOH A sau B Cl2, t°C

H2O

C sau D

NaOH

E

SnO2

F

SnO

Sn

Care este compoziţia sticlei obişnuite şi care sunt etapele în fabricarea acesteia? 29. Se consideră următoarele reacţii la echilibru : Al2(CH3)6 2Al(CH3)3 Ke = 1,5·10-8 2Al(C4H9)3 Ke =2,3 ·10-4 Al2(C4H9)6 Cum se pot interpreta valorile celor două constante de echilibru? Ce valori relative se pot estima pentru compuşii Al2R6 cu R = C2H5 sau t-C4H9 ?

e-Chimie

68

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

30. Completaţi schema de reacţie şi indicaţi reactanţii şi condiţiile de lucru necesare transformărilor indicate: CaSiO3

Ca(OH)2

CaCO3

CaCl2

Ca

Ca(HSO3)2 CaO

CaHPO4 CaSO4 CaOCl2

31. Analizaţi comportarea faţă de apă a următorilor compuşi: CaC2, Mg3C3, CaCl2, NaNH2, CaH2, NaN3, Ca3N2, AlP, BaO2, CaOCl2. În care din reacţii rezultă gaze inflamabile? 32. Selectaţi moleculele care pot forma compuşi prin interacţii de tip acid-bază Lewis: PH3, PCl5, BF3, HX, BeR2, SO3, SO2, NH3, ROH, SbF5, XeF6. Care dintre aceştia se pot comporta atât ca acid cât şi ca bază Lewis? 33. Scrieţi reacţii chimice corespunzătoare următoarelor transformări: N-3

N+2

N+4

N+3 + N+5

N-2

34. a) Analizaţi corelaţia stare de oxidare/caracter oxidant pentru metalele tranziţionale. Stabiliţi care este specia cu cel mai accentuat caracter oxidant din seriile: a) CrO42-, WO42-, MoO42b) MnO4-, TcO4-, ReO4c) VO43-, CrO42-, MnO4-. b) Stabiliţi corelaţia stare de oxidare/caracter acido-bazic pentru metalele din seriile 3d, 4d şi 5d. 35. Pentru fiecare element din seria Fe, Co, V, Au, Cr indicaţi setul corespunzător de stări de oxidare posibile din variantele: a) +2, +4, +5, +7 d) +2, +3, +4, +5, +6 b) +2, +3, +4 e) +2, +4, +5 c) +2, +3, +6 f) +1, +2, +3. Daţi exemple de compuşi pentru fiecare stare de oxidare. 36. Metalele tranziţionale se caracterizează prin următoarele aspecte: a) Formează compuşi în stări de oxidare multiple şi variate b) Formează ioni coloraţi sau incolori, după structura electronică c) Prezintă activitate catalitică d) Sunt generatoare de complecşi Ilustraţi aceste afirmaţii cu exemple din seria 3d. 37. Completaţi reactanţii necesari pentru a obţine V2O5 şi anumiţi compuşi, aşa cum rezultă din schema:

e-Chimie

69

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

V2O3

NH4VO3

VO

VX5

V2O5

V + O2

4+

V ( VO 2+)

VO2

NaVO3, Na3VO4,(NaVO3)n

38. Completaţi schema de reacţie, evidenţiind deosebiri de comportare chimică între elementele Cr, Mo şi W. X2 O2 H2O, vap

X2 Cr

Mo, W

O2 H2O, vap

39. a) Se consideră cationii Cu2+, Cu+, Ag+, Zn2+, Cd2+, Ni2+, Mn2+. Stabiliţi care dintre aceştia formează compuşi [M(NH3)2]n+, [M(NH3)4]n+ sau [M(NH3)6]n+. b)Stabiliţi izomerii compusului CrCl3⋅6H2O şi arătaţi care dintre aceştia, după dizolvarea în apă a câte un mol de compus formează 3 şi respectiv 2 moli de AgCl, prin tratare cu o soluţie AgNO3. c) Se dizolvă în apă 2 moli din compusul Pt(NH3)xCly. Din soluţia obţinută, la tratare cu o soluţie 0,1M AgNO3 se separă 4 moli AgCl. Stabiliţi formula compusului, ştiind ca N.C.(Pt)=6. 40.

Completaţi tabelul referitor la proprietăţile chimice ale elementelor Cu, Ag, Au: Apă NaCN Reactant/element O2 S, Se X2 regală Cu Ag Au X2 - halogeni

Acizi

41. Completaţi tabelul referitor la proprietăţile chimice ale elementelor Zn, Cd şi Hg: Reactant/element Nemetale

HCl

H2SO4

HNO3

NaOH

NH3 (soluţii concentrate)

Zn Cd Hg 42. Explicaţi următoarele observaţii experimentale: a) sărurile Hg2(NO3)2 şi Ba(NO3)2 la dizolvare în apă, formează acelaşi număr de ioni b) compuşii CdCl2 şi ZnCl2 se comportă diferit la dizolvare în apă la încălzire, ZnO devine galben, revenind la alb prin răcire.

e-Chimie

70

Investeşte în oameni! Titlul proiectului: Privim către viitor - Formarea profesională a cadrelor didactice pentru utilizarea resurselor informatice moderne în predarea eficientă a chimiei – e-Chimie Beneficiar: Universitatea ‘Politehnica’ din Bucureşti

e-Chimie

71