Matura 2015, Poziom Rozszerzony (Informatory CKE), - Zadanie 87.

Poprawna odpowiedź

a) Probówka I w doświadczeniach A i B: CrO.
Probówka II w doświadczeniach A i B: Cr₂O₃.

b) 1. zasadowe, kwasami
2. amfoteryczne, kwasami, zasadami

c) Doświadczenie A: Cr₂O₃ + 2OH⁻ + 3H₂O → 2[Cr(OH)₄]⁻
Doświadczenie B: Cr₂O₃+ 6H⁺ → 2Cr³⁺ + 3H₂O

Wskazówki do rozwiązania zadania

a)
Opis przebiegu doświadczenia wskazuje, że z zasadą (roztworem wodorotlenku sodu) reaguje tylko jeden z badanych tlenków chromu (doświadczenie A), a z kwasem reagują oba tlenki (doświadczenie B). Wynika z tego, że jeden tlenek chromu reaguje i z zasadą, i z kwasem – ma więc charakter amfoteryczny, a drugi reaguje tylko z kwasem – ma więc charakter zasadowy. Tlenek reagujący z zasadą znajdował się w probówce II (doświadczenie). Musimy teraz rozstrzygnąć, czy był to tlenek CrO, czy Cr₂O₃. Aby to zrobić, powinniśmy pamiętać, że jeżeli pierwiastek tworzy kilka tlenków, przyjmując w nich różne stopnie utlenienia, charakter chemiczny tych tlenków zmienia się w miarę wzrostu stopnia utlenienia pierwiastka od zasadowego przez amfoteryczny do kwasowego. Wynika z tego, że charakter amfoteryczny ma ten tlenek chromu, w którym chrom przyjmuje wyższy stopień utlenienia, a więc Cr₂O₃, natomiast tlenek, w którym chrom przyjmuje niższy stopień utlenienia, czyli CrO, ma charakter zasadowy. Uzupełniając rysunek, musimy więc pamiętać, żeby w doświadczeniu A umiejscowić wzór CrO pod probówką I, a wzór Cr₂O₃ – pod probówką II. Ponieważ w doświadczeniu B numery probówek I i II były przypisane takim samym tlenkom, jak w doświadczeniu A, oznacza to, że również w doświadczeniu B tlenek CrO znajdował się w probówce I, a tlenek Cr₂O₃ – w probówce II.

b)
Rozważania przeprowadzone w części a) zadania dają odpowiedź w jego części b): tlenek chromu(II) wykazuje właściwości zasadowe, reaguje z kwasami; tlenek chromu (III) wykazuje właściwości amfoteryczne, reaguje z kwasami i zasadami.

c)
W obu doświadczeniach A i B w probówce oznaczonej numerem II znajdował się tlenek Cr₂O₃ o właściwościach amfoterycznych. W reakcji tego tlenku z kwasem solnym (doświadczenie B) powstaje rozpuszczalny w wodzie chlorek chromu(III). Jonowy zapis równania tej reakcji jest następujący:

Cr₂O₃ + 6H⁺ + 6Cl^– → 2Cr³⁺ + 6Cl^– + 3H₂O.

Widzimy, że jony Cl^– nie biorą udziału w reakcji, równanie reakcji możemy więc uprościć, odejmując od obu jego stron

6Cl^– : Cr²O₃ + 6H⁺ → 2Cr³⁺ + 3H₂O.

W reakcji tlenku chromu(III) z roztworem wodorotlenku sodu (doświadczenie A) również powstaje rozpuszczalna w wodzie sól, ale nie jest to chlorek chromu(III), ponieważ w powstającej soli chrom stanowi składnik anionu. Jest to anion kompleksowy, w którym liczba koordynacyjna jest równa 4. Wzór tego jonu najłatwiej wyprowadzić, pamiętając, że jeżeli tlenek chromu(III) jest amfoteryczny, to amfoteryczny jest również wodorotlenek chromu(III) o wzorze Cr(OH)3. W reakcji tego wodorotlenku z mocną zasadą powstaje taki sam jon kompleksowy chromu(III), jak w reakcji tlenku chromu(III) z zasadą: Cr(OH)₃ + OH^– → [Cr(OH)₄]⁻.
Wobec tego równanie reakcji tlenku chromu(III) z roztworem wodorotlenku sodu ma następującą postać:

Cr₂O₃ + 2Na⁺ + 2OH− + 3H₂O → 2Na⁺ + 2[Cr(OH)₄]⁻.

Widzimy, że jony Na+ nie biorą udziału w reakcji, równanie reakcji możemy więc uprościć, odejmując od obu jego stron

2Na⁺ : Cr₂O₃ + 2OH⁻ + 3H₂O → 2[Cr(OH)₄]⁻.

Uzyskujemy jego skróconą postać.