Chemia - Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 84.

Kategoria: Bilans elektronowy Typ: Napisz równanie reakcji Podaj/wymień

Związki arsenu wchodzą w skład preparatów stosowanych do zwalczania chwastów. Jednak związki te są niebezpieczne dla zwierząt, dlatego ważna jest kontrola ich występowania w środowisku naturalnym. Aby sprawdzić, jaką ilość związków arsenu zawiera badany materiał organiczny, pobrane próbki spala się, co umożliwia przemianę obecnych w próbce związków arsenu w tlenek arsenu(V). Tak otrzymaną suchą pozostałość poddaje się działaniu rozcieńczonego kwasu solnego, dzięki czemu tlenek arsenu(V) w reakcji z wodą przekształca się w rozpuszczalny w wodzie kwas ortoarsenowy(V) H₃AsO₄. Następnie należy zredukować otrzymany kwas ortoarsenowy(V) do kwasu ortoarsenowego(III) za pomocą chlorku cyny(II) w obecności katalizatora. Po dodaniu metalicznego cynku do roztworu zawierającego kwas ortofosforowy(III) arsen oddziela się od reszty składników w postaci AsH₃, który jest gazem.

Na podstawie: D.A. Skoog, D.M. West, F.J. Holler, S.R. Crouch, Podstawy chemii analitycznej, t. 1, Warszawa 2006, s. 12–14.

Reakcja kwasu ortoarsenowego(III) z metalicznym cynkiem w obecności kwasu solnego jest reakcją utleniania-redukcji i przebiega zgodnie z poniższym równaniem:

H₃AsO₃ + 3Zn + 6HCl → AsH₃ + 3ZnCl₂ + 3H₂O

a)	Oceń, jaką funkcję (reduktora czy utleniacza) pełni w opisanej reakcji cynk i napisz w formie jonowej z uwzględnieniem liczby oddawanych lub pobieranych elektronów (zapis jonowo-elektronowy) równanie procesu, któremu metal ten ulega.

b)	Określ, jaka liczba moli elektronów ulega wymienianie podczas tworzenia jednego mola AsH₃.

Rozwiązanie

(0-1)

Cynk pełni funkcję reduktora.
Równanie procesu: Zn → Zn²⁺ + 2e⁻

(0-1)

6 moli

Wskazówki

W części a) zadania, aby móc określić, czy cynk pełni w opisanej reakcji funkcję reduktora, czy utleniacza, należy określić stopień utlenienia cynku przed reakcją i po niej. Z opisu procesu w informacji wstępnej do zadań oraz z równania reakcji wynika, że do jej przeprowadzenia użyto cynku metalicznego, a więc w postaci niezwiązanej. Oznacza to, że cynk przed reakcją przyjmuje stopień utlenienia równy 0. Substancją, która powstaje w wyniku reakcji i zawiera cynk, jest związek o wzorze ZnCl₂ . Związek ten to sól kwasu solnego i cynku, czyli chlorek cynku – związek jonowy składający się z kationów cynku i anionów chlorkowych. Chlor tworzy jony chlorkowe Cl^– (atomowi chloru, który ma 7 elektronów walencyjnych brakuje jednego elektronu do uzyskania trwałej konfiguracji gazu szlachetnego). Ponieważ na 1 jon cynku przypadają 2 jony chlorkowe każdy o ładunku elektrycznym –1 (w atomowych jednostkach ładunku), 1 jon cynku musi mieć ładunek +2. Oznacza to, że w czasie reakcji stopień utlenienia cynku zmienia się z 0 na II, a więc wzrasta – atom cynku oddaje 2 elektrony, jest zatem reduktorem.

W odpowiedzi w części b) zadania pomocne będzie równanie reakcji, z którego wynika, że 1 mol AsH₃ powstaje wtedy, gdy w reakcji wezmą udział 3 mole cynku. 1 mol cynku oddaje 2 mole elektronów, więc 3 mole tego metalu oddają 3 · 2 mole = 6 moli elektronów.