Chemia - Informator CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 39.
(zgodnie ze zaktualizowaną dnia 26 sierpnia 2022 wersją aneksu)
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.
Rozwiązanie
39.1. (0–1)
Zasady oceniania
1 pkt – poprawne napisanie dwóch równań.
0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.
Przykładowe rozwiązania
Anoda: 2Br– → Br2 +2e–
Katoda: 2H3O+ + 2e– → H2 + 2H2O
ALBO 2H+ + 2e– → H2
ALBO 2H2O + 2e– →H2 + 2OH–
39.2. (0–1)
Zasady oceniania
1 pkt – poprawne napisanie dwóch równań.
0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.
Rozwiązanie
Równanie reakcji redukcji: Br2 + 2e− → 2Br−
Równanie reakcji utlenienia: Fe(CN)4−6 → Fe(CN)3−6 + e−
39.3. (0–1)
Zasady oceniania
1 pkt – poprawny wybór i zaznaczenie wykresu ilustrującego opisaną przemianę.
0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.
Rozwiązanie
A
39.4. (0–2)
Zasady oceniania
2 pkt – zastosowanie poprawnej metody, poprawne wykonanie obliczeń oraz podanie wyniku.
1 pkt – zastosowanie poprawnej metody, ale:
– popełnienie błędów rachunkowych prowadzących do błędnego wyniku liczbowego.
LUB
– podanie wyniku z błędną jednostką.
0 pkt – zastosowanie błędnej metody albo brak rozwiązania.
Rozwiązanie
nBr2 = nez = i ∙ tz ∙ F = 0,005 ⋅ 3,125 ⋅ 602 ⋅ 96500 = 4,8575 ⋅ 10–6 mola
nFe(CN)3−6 = 2nBr2
nFe(CN)3−6 = 9,715 ⋅ 10–6 mola
