Chemia - Matura Czerwiec 2024, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 3.

Kategoria: Elektrony w atomach, orbitale Rodzaje wiązań i ich właściwości Reakcje utleniania i redukcji - ogólne Typ: Napisz równanie reakcji Uzupełnij/narysuj wykres, schemat lub tabelę Zamknięte (np. testowe, prawda/fałsz)

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.).

Na podstawie: L. Kolditz, Chemia nieorganiczna, Warszawa 1994.

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.:

Rozstrzygnięcie:
TAK
NIE

Równanie reakcji 2.:

Rozstrzygnięcie:
TAK
NIE

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