Zbudowano ogniwo, którego schemat zapisany zgodnie z konwencją sztokholmską jest
następujący:
(−) Co | Co2+ || H+ | H2 (g) | Pt (+)
19.1. (0–1)
Oblicz siłę elektromotoryczną opisanego ogniwa w warunkach standardowych.
SEM =
19.2. (0–1)
W opisanym ogniwie półogniwo Co | Co2+ zastąpiono innym półogniwem metalicznym.
Ta zmiana nie spowodowała (w warunkach standardowych) zmiany procesu katodowego.
Spośród wymienionych półogniw wybierz i zaznacz wszystkie te, które mogły być
użyte do budowy tego ogniwa.
Podczas pracy (rozładowywania) akumulatora kwasowo-ołowiowego zachodzi reakcja
opisana następującym równaniem:
Pb + PbO2 + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O
Bateria jest ogniwem galwanicznym, a podczas jej rozładowywania, na jej elektrodach wykonanych z materiału biorącego udział w reakcjach elektrodowych, zachodzą procesy
oznaczone cyframi I i II:
I: II:
Pb → Pb2+ + 2e– PbO2 + 4H+ + 2e– → Pb2+ + 2H2O
Źródło: K.H. Lautenschläger, W. Schröter, A. Wanninger, Nowoczesne kompendium chemii,
Warszawa 2007.
Uzupełnij schemat tak, aby przedstawiał schemat opisanego wyżej ogniwa galwanicznego.
Luki uzupełnij wzorami substancji, które tworzą elektrody (anodę i katodę) w tym
ogniwie.
Zbudowano dwa ogniwa składające się z półogniw metalicznych (I rodzaju). W jednym
z ogniw półogniwo cynkowe stanowi anodę, a w drugim – katodę. Wartości SEM tych ogniw
różnią się o 59 mV.
Uzupełnij schematy opisanych ogniw. Elektrodą w dobieranym półogniwie powinien
być jeden z wymienionych metali:
mangan
chrom
żelazo
kobalt
miedź
Schematy ogniw:
A ( ̶ ): Zn │ Zn2+║ │ :(+) K
A ( ̶ ): │ ║ Zn2+ │ Zn :(+) K
Przeprowadzono elektrolizę wodnego roztworu siarczanu(VI) sodu. W wyniku reakcji opisanej
równaniem:
2H2O prąd elektryczny 2H2 + O2
otrzymano 0,96 dm3 wodoru w temperaturze 20ºC i pod ciśnieniem 1013 hPa.
Oblicz, jaki ładunek elektryczny przepłynął przez wodny roztwór siarczanu(VI) sodu,
wskutek czego powstało 0,96 dm3 wodoru. Przyjmij, że opisany proces przebiegł
z wydajnością równą 100%. Stała Faradaya F = 96500 C ∙ mol–1, a uniwersalna stała
gazowa R = 83,1 dm3 ∙ hPa ∙ mol–1 ∙ K–1. Wynik podaj w kulombach.
Przykładem elektrody halogenosrebrowej jest elektroda bromosrebrowa, której działanie opisano równaniem:
AgBr (s) + e– ⇄ Ag (s) + Br– (aq)
Potencjał tej elektrody zależy od stężenia jonów bromkowych i w temperaturze 298 K wyraża się równaniem:
EAg/AgBr = EoAg/AgBr – 0,059logcBr–
Standardowy potencjał tej elektrody EoAg/AgBr = 0,071 V.
W temperaturze 298 K potencjał elektrody bromosrebrowej zanurzonej w wodnym roztworze bromku srebra pozostającym w równowadze z osadem tej soli był równy EAg/AgBr = 0,431 V.
Oblicz wartość iloczynu rozpuszczalności bromku srebra 𝑲𝒔[AgBr] w temperaturze 298 K.
Zadanie anulowane przez CKE jako niezgodne z wymaganiami egzaminacyjnymi
W pracującym ogniwie paliwowym zasilanym bezpośrednio metanolem na elektrodach biegną
reakcje chemiczne:
reakcja 1:
O2 (g) + 4H+ (aq) + 4e– → 2H2O (c)
reakcja 2:
CH3OH (g) + H2O (c) → CO2 (g) + 6H+ (aq) + 6e–
57.1. (0–1)
Napisz sumaryczne równanie reakcji biegnącej w opisanym ogniwie paliwowym.
57.2. (0–1)
Uzupełnij poniższe zdanie. Wybierz i zaznacz jedną odpowiedź spośród podanych
w każdym nawiasie.
W opisanym ogniwie paliwowym na katodzie biegnie reakcja (1 / 2), a na anodzie biegnie
reakcja (1 / 2). W sumarycznym procesie bierze udział (4 / 6 / 12) moli elektronów
w przeliczeniu na 1 mol reduktora.
Zadanie anulowane przez CKE jako niezgodne z wymaganiami egzaminacyjnymi
Heksacyjanożelazian(II) potasu to sól zawierająca kompleksowy jon o wzorze [Fe(CN)6]4–.
Zawartość tego związku w badanej próbce można określić na podstawie jego reakcji ze znaną
ilością bromu.
Przeprowadzono doświadczenie, którego celem było określenie liczby moli
heksacyjanożelazianu(II) potasu w roztworze. Aby przygotować roztwór bromu
o znanym stężeniu, zastosowano metodę elektrolitycznego wytwarzania bromu w układzie
dwóch elektrod platynowych. W tym celu w zlewce umieszczono roztwór bromku potasu
i kwasu siarkowego(VI) o znanym stężeniu. Następnie do tego roztworu dodano próbkę
K4Fe(CN)6 o nieznanym stężeniu. W tak sporządzonym roztworze zanurzono dwie platynowe
elektrody oznaczone symbolami E1 oraz E2 i przeprowadzono elektrolizę prądem o natężeniu
0,005 A. W jej wyniku wydzielił się brom, który przereagował z K4Fe(CN)6. Wydajność obu
reakcji wynosiła 100%.
39.1. (0–1)
Napisz równania reakcji przebiegających na anodzie i na katodzie podczas opisanego
procesu wytwarzania bromu.
Anoda:
Katoda:
39.2. (0–1)
Jon heksacyjanożelazianu(II) reaguje z bromem zgodnie ze schematem:
Br2 + Fe(CN)4−6 → Br− + Fe(CN)3−6
Napisz w formie jonowej skróconej z uwzględnieniem liczby oddawanych lub
pobieranych elektronów (zapis jonowo-elektronowy) równania procesów redukcji
i utleniania zachodzących podczas opisanej przemiany.
Równanie reakcji redukcji:
Równanie reakcji utlenienia:
39.3. (0–1)
Czas trwania elektrolizy prowadzącej do otrzymania stechiometrycznej ilości bromu
w stosunku do K4Fe(CN)6 określa się w równoległym eksperymencie – w układzie dwóch
elektrod platynowych E3 oraz E4. Umieszcza się je w badanym roztworze i przykłada do nich
niewielką różnicę potencjałów. Podczas eksperymentu rejestruje się natężenie prądu
przepływającego w układzie pomiarowym. Na początku elektrolizy natężenie prądu wzrasta
proporcjonalnie do ilości powstających jonów Fe(CN)3−6. Maksymalna wartość natężenia
prądu obserwowana jest w chwili, gdy liczba moli jonów Fe(CN)3−6 jest równa liczbie moli jonów Fe(CN)4−6. Następnie natężenie prądu spada prawie do zera i osiąga minimum w momencie całkowitego przereagowania jonów Fe(CN)4−6. W dalszym etapie elektrolizy natężenie prądu
przepływającego między elektrodami E3 i E4 wzrasta.
Przeanalizuj poniższe wykresy i zaznacz ten, który odpowiada opisanym zmianom
natężenia prądu przepływającego w układzie elektrod oznaczonych symbolami
E3 oraz E4.
A.
B.
C.
D.
39.4. (0–2)
Liczba moli elektronów wymienionych podczas elektrolizy jest określona następującym
wzorem:
ne = i ∙ tF
gdzie:
i – natężenie prądu, A
t – czas trwania elektrolizy, s
F – stała Faradaya, 96500 C · mol–1.
Oblicz liczbę moli jonów [Fe(CN)6]4– w badanym roztworze. Czas potrzebny do otrzymania
stechiometrycznej ilości bromu odczytaj z wykresu wybranego w zadaniu 39.3.
W analizie potencjometrycznej wykorzystuje się zależność potencjału odpowiednich elektrod
od stężenia jonów oznaczanych. Pomiary potencjometryczne polegają na mierzeniu SEM
ogniwa zestawionego z dwóch półogniw: tzw. elektrody wskaźnikowej, zanurzonej w badanym
roztworze, oraz tzw. elektrody odniesienia, zanurzonej w roztworze o niezmiennym składzie,
której potencjał w warunkach pomiaru pozostaje stały.
Rozróżnia się dwa główne typy elektrod. Elektrody pierwszego rodzaju to elektrody
odwracalne względem kationu: są zbudowane z metalu i są w równowadze z roztworem
zawierającym jony tego metalu (M oznacza symbol metalu):
M(s) + ⇄ Mn+(aq) + 𝑛e–
Elektrody drugiego rodzaju są odwracalne względem anionu, tworzącego
z metalem elektrody trudno rozpuszczalny związek. Elektrodą drugiego rodzaju jest elektroda
halogenosrebrowa. Działanie tej elektrody opisuje równanie (X oznacza symbol halogenu):
AgX(s) + e– ⇄ Ag(s) + X–(aq)
Na podstawie: W. Szczepaniak, Metody instrumentalne w analizie chemicznej, Warszawa 2008
oraz A. Skoog, D.M. West, F.J. Holler, S.R. Crouch, Podstawy chemii analitycznej, Warszawa 2007.
Jako elektroda odniesienia w opisanym miareczkowaniu potencjometrycznym może być
zastosowana tzw. nasycona elektroda kalomelowa.
Schemat tej elektrody przedstawiono poniżej:
Hg │ Hg2Cl2 (s), KCl ( roztwór nasycony)
Zasada działania tej elektrody jest taka sama jak elektrody chlorosrebrowej.
Napisz równanie reakcji elektrodowej zachodzącej w elektrodzie kalomelowej.
W analizie potencjometrycznej wykorzystuje się zależność potencjału odpowiednich elektrod
od stężenia jonów oznaczanych. Pomiary potencjometryczne polegają na mierzeniu SEM
ogniwa zestawionego z dwóch półogniw: tzw. elektrody wskaźnikowej, zanurzonej w badanym
roztworze, oraz tzw. elektrody odniesienia, zanurzonej w roztworze o niezmiennym składzie,
której potencjał w warunkach pomiaru pozostaje stały.
Rozróżnia się dwa główne typy elektrod. Elektrody pierwszego rodzaju to elektrody
odwracalne względem kationu: są zbudowane z metalu i są w równowadze z roztworem
zawierającym jony tego metalu (M oznacza symbol metalu):
M(s) + ⇄ Mn+(aq) + 𝑛e–
Elektrody drugiego rodzaju są odwracalne względem anionu, tworzącego
z metalem elektrody trudno rozpuszczalny związek. Elektrodą drugiego rodzaju jest elektroda
halogenosrebrowa. Działanie tej elektrody opisuje równanie (X oznacza symbol halogenu):
AgX(s) + e– ⇄ Ag(s) + X–(aq)
Na podstawie: W. Szczepaniak, Metody instrumentalne w analizie chemicznej, Warszawa 2008
oraz A. Skoog, D.M. West, F.J. Holler, S.R. Crouch, Podstawy chemii analitycznej, Warszawa 2007.
Przykładem elektrody halogenosrebrowej jest elektroda chlorosrebrowa:
Na podstawie: E. Generalic, https://glossary.periodni.com/glossary.php?en=silver%2Fsilver-chloride+electrode [
dostęp: 15.07.2020]
Działanie elektrody chlorosrebrowej opisuje równanie:
AgCl(s) + e− ⇄ Ag(s) + Cl− (aq)
Potencjał tej elektrody zależy od stężenia jonów chlorkowych w roztworze, który stanowi jej
element, i wyraża się równaniem: EAg/AgCl = EoAg/AgCl − 0,059log cCl− (w temperaturze 298 K).
Przygotowano dwie elektrody chlorosrebrowe: elektroda I zawierała wodny roztwór chlorku
potasu o stężeniu równym 0,10 mol ∙ dm–3, a elektroda II – wodny roztwór tej samej soli
o stężeniu równym 0,01 mol ∙ dm–3
Rozstrzygnij, która elektroda chlorosrebrowa (I czy II) ma – w tej samej temperaturze –
wyższy potencjał. Odpowiedź uzasadnij.
Zadanie anulowane przez CKE jako niezgodne z wymaganiami egzaminacyjnymi
Przeprowadzono oddzielnie elektrolizę wodnego roztworu chlorku sodu i wodnego roztworu
wodorotlenku sodu z użyciem elektrod grafitowych. W wyniku doświadczenia na elektrodach
ujemnych w obu elektrolizerach otrzymano ten sam gazowy produkt. Na elektrodach dodatnich
wydzielił się jeden produkt gazowy – w każdym elektrolizerze inny. Po zakończeniu elektrolizy
stwierdzono, że w elektrolizerze, w którym znajdował się roztwór chlorku sodu, nastąpiła
zmiana odczynu roztworu.
34.1. (0–1)
Napisz równania reakcji prowadzących do wydzielenia gazowego produktu na
elektrodzie dodatniej podczas elektrolizy wodnego roztworu chlorku sodu (równanie 1.)
i podczas elektrolizy wodnego roztworu wodorotlenku sodu (równanie 2.).
34.2. (0–1)
Napisz, jaki był odczyn roztworu w elektrolizerze, w którym znajdował się wodny roztwór
chlorku sodu, po zakończeniu elektrolizy. Odpowiedź uzasadnij – odwołaj się do
procesu zachodzącego podczas elektrolizy na elektrodzie ujemnej.
Zadanie anulowane przez CKE jako niezgodne z wymaganiami egzaminacyjnymi
Uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i zaznacz jedno określenie spośród podanych
w nawiasie.
W procesie elektrolizy, podczas przepływu prądu przez wodny roztwór siarczanu(VI) miedzi(II)
elektrony (są pobierane z katody / są przekazywane na katodę) przez kationy Cu2+. Obecne
w roztworze jony miedzi(II) ulegają procesowi (redukcji / utleniania), a efektem tego jest
(zwiększenie / zmniejszenie) masy katody.
Student miał za zadanie dobrać prawidłową metodę pozwalającą na otrzymanie magnezu. Z wykładów
pamięta, że należy przeprowadzić elektrolizę MgCl2. Niestety nie pamięta szczegółów.
20.1. (0-1)
Wybierz prawidłowe dokończenie zdania. Podkreśl jedną odpowiedź spośród podanych.
Do otrzymania magnezu można wykorzystać elektrolizę stopionego MgCl2 / wodnego roztworu MgCl2.
20.2. (0-1)
Wyjaśnij, dlaczego jedna z metod nie pozwala na otrzymanie magnezu.
20.3. (0-1)
Zapisz równania reakcji chemicznych, które zachodzą podczas procesu elektrolizy, o którym
mowa w informacji wstępnej.
To zadanie pochodzi ze zbioru matura 2022 wydawnictwa
Podczas przepływu prądu o natężeniu 2 A przez wodny roztwór soli zawierającej jony metalu
X3+ wydzieliło się 2,08 g tego metalu w ciągu 1,5 h. Stała Faradaya F = 96500 C · mol–1.
Oblicz masę molową metalu X. Przyjmij, że podczas elektrolizy nie zachodziły na katodzie
inne procesy redukcji.
W 1 dm3 wody rozpuszczono sole miedzi(II), niklu(II) oraz srebra(I), zawierające identyczny
anion. W otrzymanym roztworze stężenie molowe kationów wszystkich metali było
jednakowe. Przez ten roztwór przepuszczono ładunek elektryczny w warunkach
umożliwiających wydzielenie na katodzie kolejno trzech metali.
22.1. (1 pkt)
Uzupełnij poniższą tabelę – wpisz nazwy lub symbole metali w kolejności ich wydzielania
na katodzie.
Kolejność wydzielania na katodzie
I
II
III
Metal
22.2. (2 pkt)
Wybierz i podkreśl nazwy wszystkich anionów, które mogłyby wchodzić w skład soli
użytych w doświadczeniu, jeżeli proces prowadzono na elektrodach grafitowych,
a na anodzie wydzielił się tylko bezbarwny i bezwonny gaz. Napisz równanie reakcji
zachodzącej na anodzie.
W ogniwie galwanicznym zachodzi reakcja opisana równaniem:
Mg + Pb2+ → Mg2+ + Pb
20.1. (1 pkt)
Uzupełnij poniższy schemat ogniwa, w którym zachodzi opisana reakcja. Wpisz symbole
metali i wzory jonów oraz zaznacz w tym ogniwie ładunki elektrod (+ albo –).
