Chemia - Informator CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 37.

Kategoria: Elektrochemia - pozostałe Typ: Podaj i uzasadnij/wyjaśnij

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: E_Ag/AgCl = E^o_Ag/AgCl − 0,059log c_Cl⁻ (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.

Rozstrzygnięcie:

Uzasadnienie:

Rozwiązanie

Zasady oceniania
1 pkt – poprawne rozstrzygnięcie, w którym roztworze KCl (I czy II) potencjał elektrody chlorosrebrowej w nim zanurzonej będzie wyższy, i poprawne uzasadnienie.
0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.

Przykładowe rozwiązania
Rozstrzygnięcie: II.
Uzasadnienie:
Potencjał elektrody chlorosrebrowej zależy od stężenia jonów chlorkowych w roztworze, zgodnie z równaniem: E_Ag/AgCl = E^o_Ag/AgCl − 0,059log c_Cl⁻ (w temperaturze 298 K). Wartość log c_Cl⁻ jest tym większa, im większe jest stężenie jonów chlorkowych, więc im większe stężenie jonów chlorkowych, tym niższa wartość potencjału elektrody.

ALBO

W roztworze I c_Cl⁻ = 0,10 mol ∙ dm⁻³, więc
E_Ag/AgCl = E^o_Ag/AgCl − 0,059log c_Cl⁻ = E^o_Ag/AgCl − 0,059log 10⁻¹ = E^o_Ag/AgCl + 0,059

W roztworze II c_Cl⁻ = 0,01 mol ∙ dm⁻³, więc E_Ag/AgCl = E^o_Ag/AgCl − 0,059log c_Cl⁻ = E^o_Ag/AgCl − 0,059log 10⁻² = E^o_Ag/AgCl + 0,118

⇒ E^o_Ag/AgCl + 0,118 > E^o_Ag/AgCl + 0,059