-
Krok 1 – Identyfikacja odczynników i przyporządkowanie ich do doświadczeń
Dostępne odczynniki: cynk ($\text{Zn}$), srebro ($\text{Ag}$), kwas solny ($\text{HCl}$), kwas azotowy(V) ($\text{HNO}_3$). Każdy odczynnik użyty tylko raz.
- Doświadczenie 1 – obserwuje się brązowy osad (charakterystyczny dla srebra metalicznego lub tlenku azotu(IV) – ale tu kluczowe jest pojawienie się brązowego osadu i białego osadu na dnie). Brązowy kolor wskazuje na wydzielający się $\text{NO}_2$ lub – w tym kontekście – na ceglastobrązowy $\text{NO}_2$. Jednak białym osadem na dnie probówki jest $\text{AgCl}$ (chlorek srebra – biały, serowaty osad). Oznacza to, że w doświadczeniu 1 uczestniczą: srebro + kwas azotowy(V), a wydzielony $\text{NO}_2$ jest brązowym gazem (lub produktem jest osad $\text{Ag}^+$ reagujący z jonami $\text{Cl}^-$).
Bardziej precyzyjna analiza: skoro użyto każdego odczynnika tylko raz, to przyporządkowanie musi być rozłączne:
- Cynk reaguje z kwasem solnym → bezbarwny gaz ($\text{H}_2$) i bezbarwny roztwór → Doświadczenie 2
- Srebro reaguje z kwasem azotowym(V) → brązowy gaz ($\text{NO}_2$, widoczny w probówce jako brązowe zabarwienie) i biały osad $\text{AgNO}_3$…
Uwaga: w roztworze $\text{HNO}_3$ stężonego srebro reaguje z wydzieleniem $\text{NO}_2$ (gaz brunatny). Biały osad na dnie to prawdopodobnie nierozpuszczony nadmiar substratu lub – przy kwasie rozcieńczonym – $\text{Ag}$ nie reaguje z $\text{HCl}$ (AgCl byłby nierozpuszczalny). Najbardziej spójny scenariusz: Doświadczenie 1 = Ag + stężony $\text{HNO}_3$ (brązowy $\text{NO}_2$, biały osad $\text{AgNO}_3$ lub nierozpuszczony metal – tu biały osad to nadmiar srebra bądź sól); Doświadczenie 2 = Zn + $\text{HCl}$ (bezbarwny roztwór, bąbelki $\text{H}_2$).
-
Krok 2 – Równanie reakcji dla Doświadczenia 1: Ag + stężony HNO₃
Srebro reaguje ze stężonym kwasem azotowym(V). Produktami są: azotan(V) srebra, dwutlenek azotu i woda:
Równanie cząsteczkowe:
$$\text{Ag} + 2\text{HNO}_3(\text{stęż.}) \rightarrow \text{AgNO}_3 + \text{NO}_2 + \text{H}_2\text{O}$$
Sprawdzenie bilansu:
- $\text{Ag}$: 1 = 1 ✓
- $\text{N}$: 2 = 1 + 1 = 2 ✓
- $\text{H}$: 2 = 2 ✓
- $\text{O}$: 6 = 3 + 2 + 1 = 6 ✓
Bilans elektronowy (utlenianie-redukcja):
- $\text{Ag}^0 \rightarrow \text{Ag}^{+1}$ – oddaje 1 elektron (utlenianie)
- $\text{N}^{+5} \rightarrow \text{N}^{+4}$ – przyjmuje 1 elektron (redukcja)
Zapis jonowy skrócony ($\text{AgNO}_3$ to sól dobrze rozpuszczalna → dysocjuje; $\text{HNO}_3$ stęż. → dysocjuje; $\text{NO}_2$ – gaz; $\text{H}_2\text{O}$ – cząsteczkowa):
$$\boxed{\text{Ag} + 2\text{H}^+ + \text{NO}_3^- \rightarrow \text{Ag}^+ + \text{NO}_2\uparrow + \text{H}_2\text{O}}$$
-
Krok 3 – Równanie reakcji dla Doświadczenia 2: Zn + HCl
Cynk reaguje z kwasem solnym. Produktami są: chlorek cynku i wodór:
Równanie cząsteczkowe:
$$\text{Zn} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{ZnCl}_2 + \text{H}_2\uparrow$$
Bilans elektronowy:
- $\text{Zn}^0 \rightarrow \text{Zn}^{+2}$ – oddaje 2 elektrony (utlenianie)
- $2\text{H}^{+1} \rightarrow \text{H}_2^0$ – przyjmuje 2 elektrony (redukcja)
Zapis jonowy skrócony ($\text{ZnCl}_2$ – sól rozpuszczalna → dysocjuje; $\text{HCl}$ – mocny kwas → dysocjuje; $\text{H}_2$ – gaz; $\text{Zn}$ – metal):
$$\boxed{\text{Zn} + 2\text{H}^+ \rightarrow \text{Zn}^{2+} + \text{H}_2\uparrow}$$
-
Krok 4 – Weryfikacja zgodności z obserwacjami
- Doświadczenie 1: wydziela się brązowy gaz $\text{NO}_2$ (obserwowany jako brązowe zabarwienie w probówce) ✓; biały osad na dnie to nierozpuszczony metal $\text{Ag}$ (srebro ma barwę jasną/białawą) użyty w nadmiarze ✓
- Doświadczenie 2: bezbarwny roztwór $\text{ZnCl}_2$ ✓; bezbarwne bąbelki gazu $\text{H}_2$ ✓
Wynik końcowy:
Doświadczenie 1 (Ag z HNO₃ stężonym) – równanie jonowe skrócone:
$$\text{Ag} + 2\text{H}^+ + \text{NO}_3^- \rightarrow \text{Ag}^+ + \text{NO}_2\uparrow + \text{H}_2\text{O}$$
Doświadczenie 2 (Zn z HCl) – równanie jonowe skrócone:
$$\text{Zn} + 2\text{H}^+ \rightarrow \text{Zn}^{2+} + \text{H}_2\uparrow$$
