Chemia - Matura Czerwiec 2024, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 3.
Tytan jest lekkim metalem odpornym na korozję. W zależności od stopnia utlenienia tytanu chlorki tego pierwiastka odznaczają się różnymi właściwościami fizycznymi. Wartości temperatury topnienia i temperatury wrzenia dwóch związków tytanu z chlorem zestawiono w poniższej tabeli.
| Wzór związku tytanu z chlorem | Temperatura topnienia, °C | Temperatura wrzenia, °C |
|---|---|---|
| TiCl2 | 1035 | 1500 |
| TiCl4 | – 24 | 136 |
Reakcja tlenku tytanu(IV) – o wzorze TiO2 – z tetrachlorometanem w temperaturze 500 °C prowadzi do powstania chlorku tytanu(IV) oraz tlenku węgla(IV) (reakcja 1.). Z kolei chlorek tytanu(II) – jako jedyny produkt reakcji – można otrzymać w wyniku przepuszczania par chlorku tytanu(IV) w temperaturze 1040 °C nad metalicznym tytanem (reakcja 2.).
3.1. (0–1)
Uzupełnij poniższy schemat, tak aby przedstawiał on graficzny (klatkowy) zapis konfiguracji elektronowej jonu Ti2+ w stanie podstawowym. W zapisie uwzględnij numer powłoki i symbol podpowłoki.
3.2. (0–1)
Uzupełnij tabelę. Wpisz wartości dwóch liczb kwantowych: głównej i pobocznej, które opisują stan energetyczny jednego z niesparowanych elektronów atomu tytanu w stanie podstawowym.
| Liczby kwantowe | Główna liczba kwantowa 𝑛 | Poboczna liczba kwantowa 𝑙 |
|---|---|---|
| Wartości liczb kwantowych |
3.3. (0–1)
Uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i zaznacz jedno określenie spośród podanych w każdym nawiasie.
Sieć krystaliczna metalicznego tytanu składa się z (atomów / kationów) otoczonych chmurą zdelokalizowanych elektronów. W sieci krystalicznej chlorku tytanu(II) obecne są (atomy / jony). Ze wzrostem stopnia utlenienia tytanu w chlorkach (maleje / rośnie) jonowy charakter wiązania.
3.4. (0–2)
Napisz w formie cząsteczkowej równania opisanych reakcji otrzymywania TiCl4 (reakcja 1.) i TiCl2 (reakcja 2.). Rozstrzygnij, czy dana przemiana jest reakcją utleniania-redukcji. Zaznacz TAK albo NIE.
Równanie reakcji 1.:
Równanie reakcji 2.:
Rozwiązanie
3.1. (0–1)
Zasady oceniania
1 pkt – poprawne uzupełnienie zapisu konfiguracji w formie graficznej jonu Ti2+ w stanie
podstawowym z uwzględnieniem numeru powłoki i symbolu podpowłoki.
0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.
Rozwiązanie
Uwaga: Elektrony niesparowane muszą mieć zgodny spin.
3.2. (0–1)
Zasady oceniania
1 pkt – poprawne uzupełnienie tabeli.
0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.
Rozwiązanie
| Liczby kwantowe | Główna liczba kwantowa 𝑛 | Poboczna liczba kwantowa 𝑙 |
|---|---|---|
| Wartości liczb kwantowych | 3 | 2 |
3.3. (0–1)
Zasady oceniania
1 pkt – poprawne uzupełnienie trzech zdań.
0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.
Rozwiązanie
Sieć krystaliczna metalicznego tytanu składa się z (atomów / kationów) otoczonych chmurą
zdelokalizowanych elektronów. W sieci krystalicznej chlorku tytanu(II) obecne są
(atomy / jony). Ze wzrostem stopnia utlenienia tytanu w chlorkach (maleje / rośnie) jonowy
charakter wiązania.
3.4. (0–2)
Zasady oceniania
2 pkt – poprawne napisanie dwóch równań reakcji i dwa poprawne rozstrzygnięcia.
1 pkt – poprawne napisanie jednego równania reakcji i poprawne rozstrzygnięcie odnoszące
się do tej reakcji.
ALBO
– poprawne napisanie dwóch równań reakcji i co najmniej jedno błędne rozstrzygnięcie
lub brak rozstrzygnięcia.
0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższych kryteriów albo brak odpowiedzi.
Rozwiązanie
Równanie reakcji 1:
TiO2 + CCl4 → TiCl4 + CO2
Rozstrzygnięcie: TAK NIE
Równanie reakcji 2:
Ti + TiCl4 → 2TiCl2
Rozstrzygnięcie: TAK NIE
