1. Strona główna
  2. Zadania maturalne z chemii
  3. Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015)

Chemia - Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 76.

Kategoria: Reakcje utleniania i redukcji - ogólne Stopnie utlenienia Typ: Zamknięte (np. testowe, prawda/fałsz)

Poniżej przedstawiono równania czterech reakcji utleniania i redukcji.
I   CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2
II   2Na + 2H2O → 2NaOH + H2
III   3H2 + N2 → 2NH3
IV   Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2

Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2012, s. 552–553.
a)Spośród reakcji zilustrowanych powyższymi równaniami wybierz te, w których wyniku formalny stopień utlenienia wodoru zwiększa się. Napisz numery, którymi oznaczono równania tych reakcji.
b)Uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i podkreśl jedno określenie spośród podanych w każdym nawiasie tak, aby zdania były prawdziwe.
  1. Substancją pełniącą funkcję reduktora w reakcji I jest (CaH2 / H2O), a substancją pełniącą funkcję utleniacza w reakcji II jest (Na / H2O).
  2. Jeden mol azotu N2 w reakcji III (pobiera/oddaje) liczbę moli elektronów równą (trzy/sześć).
  3. W reakcji IV jeden mol cynku oddaje (1 mol / 2 mole / 4 mole) elektronów, ulega więc procesowi (redukcji/utlenienia).
  4. W reakcji IV atom cynku oddaje elektrony walencyjne należące do podpowłoki (4s / 3d).

Rozwiązanie

a)
(0-1)

I i III

b)
(0-1)
  1. Substancją pełniącą funkcję reduktora w reakcji I jest (CaH2 / H2O), a substancją pełniącą funkcję utleniacza w reakcji II jest (Na / H2O).
  2. Jeden mol azotu N2 w reakcji III (pobiera/oddaje) liczbę moli elektronów równą (trzy/sześć).
  3. W reakcji IV jeden mol cynku oddaje (1 mol / 2 mole / 4 mole) elektronów, ulega więc procesowi (redukcji/utlenienia).
  4. W reakcji IV atom cynku oddaje elektrony walencyjne należące do podpowłoki (4s / 3d).

Wskazówki

a)
Zadanie wymaga analizy podanych równań reakcji i obliczenia stopni utlenienia wodoru w substratach i produktach każdej z nich. Wiemy, że wodór może występować na stopniu utlenienia równym 0, np. w H2, na I stopniu utlenienia w związkach, np. w NH3, i bardzo rzadko na –I stopniu utlenienia w wodorkach metali 1. i 2. grupy układu okresowego, np. w CaH2. W reakcji I wodór przyjmuje więc w substratach stopień utlenienia –I w CaH2 i I w H2O, a w produktach – stopień utlenienia równy I w Ca(OH)2 i 0 w H2. Widzimy zatem, że w czasie tej reakcji następuje wzrost stopnia utlenienia wodoru. W reakcji II wodór przyjmuje w substracie H2O stopień utlenienia I, a w produktach – stopień utlenienia równy I w NaOH i 0 w H2, więc w czasie tej reakcji nie następuje wzrost stopnia utlenienia tego pierwiastka. W reakcji III wodór przyjmuje w substracie H2 stopień utlenienia równy 0, a w produkcie NH3 – stopień utlenienia równy I. W czasie tej reakcji następuje zatem wzrost stopnia utlenienia wodoru. W reakcji IV wodór występuje w substracie HCl na stopniu utlenienia równym I, a w produkcie H2 – stopień utlenienia równy 0. W czasie tej reakcji następuje zatem obniżenie stopnia utlenienia wodoru. Możemy zatem wskazać 2 reakcje, w czasie których stopień utlenienia wodoru zwiększa się. Są to reakcje, których równania oznaczono numerami I i III.

b)
Aby rozwiązać tę część zadania, trzeba pamiętać, że utleniacz to cząstka chemiczna (atom, cząsteczka, jon), która w czasie reakcji pobiera elektrony, ulegając redukcji i utleniając reduktor. Reduktor to cząstka chemiczna (atom, cząsteczka, jon), która w czasie reakcji oddaje elektrony, ulegając utlenieniu i redukując utleniacz. Przyjmowanie elektronów prowadzi do zmniejszenia stopnia utlenienia, więc stopień utlenienia utleniacza w czasie reakcji maleje, natomiast oddawanie elektronów prowadzi do zwiększenia stopnia utlenienia, zatem stopień utlenienia reduktora w czasie reakcji wzrasta. W przypadku reakcji, której równanie oznaczono numerem I, funkcję reduktora pełni CaH2, ponieważ jon wodorkowy H– (wodór na –I stopniu utlenienia) podwyższa swój stopień utlenienia. W reakcji II wodór w cząsteczkach wody występuje na I stopniu utlenienia i przechodzi w H2 na 0 stopniu, redukuje się więc, zatem utleniaczem jest woda. W reakcji III azot z 0 stopnia przechodzi na –III stopień utlenienia, 1 mol N2 pobiera więc 6 moli elektronów. W reakcji IV 1 mol cynku oddaje 2 mole elektronów (z 0 stopnia utlenienia przechodzi na II stopień utlenienia), więc podwyższa swój stopień utlenienia, zatem ulega procesowi utleniania. W układzie okresowym cynk należy do bloku konfiguracyjnego d, zatem elektrony walencyjne w jego atomach rozmieszczone są na podpowłokach 4s i 3d. Konfiguracja elektronowa atomu cynku w stanie podstawowym jest następująca: 1s22s22p63s23p64s23d10. Atom cynku oddaje 2 elektrony z podpowłoki 4s , tworząc jon Zn2+ o konfiguracji elektronowej 1s22s22p63s23p63d10 , w którym wszystkie podpowłoki są całkowicie zapełnione elektronami.