Zadanie 11
Matura z chemii, maj 2024, poziom rozszerzony
Wymaganie: Wymagania egzaminacyjne 2024 (zasady oceniania CKE): VIII. Reakcje utleniania i redukcji — 4) oblicza stopnie utlenienia pierwiastków w jonie i cząsteczce związku nieorganicznego […]; 5) stosuje zasady bilansu elektronowo-jonowego – dobiera współczynniki stechiometryczne w schematach reakcji utleniania-redukcji (w formie cząsteczkowej i jonowej). Wymagania ogólne I.1) pozyskuje i przetwarza informacje z różnorodnych źródeł […]; II.5) wykorzystuje wiedzę i dostępne informacje do rozwiązywania problemów chemicznych […].
Treść zadania
Jony FeO₄²⁻ mogą powstać podczas reakcji Fe(OH)₃ z jonami ClO⁻ w nasyconym roztworze NaOH, zilustrowanej poniższym schematem:
Fe(OH)₃ + ClO⁻ + OH⁻ → FeO₄²⁻ + Cl⁻ + H₂O
Na podstawie: L. Kolditz, „Chemia nieorganiczna”, Warszawa 1994.
Zadanie 11. (0–2)
Napisz w formie jonowej skróconej z uwzględnieniem liczby oddawanych lub pobieranych elektronów (zapis jonowo-elektronowy) równanie reakcji utleniania zachodzącej podczas opisanej przemiany. Uwzględnij środowisko reakcji. Uzupełnij współczynniki stechiometryczne w poniższym schemacie.
Równanie reakcji utleniania: ............
…… Fe(OH)₃ + …… ClO⁻ + …… OH⁻ → …… FeO₄²⁻ + …… Cl⁻ + …… H₂O
Źródło: arkusz CKE MCHP-R0-100-2405. Otwórz oryginalny PDF
Rozwiązanie
Rozwiązanie z zasad oceniania CKE 2024 (s. 16):
Równanie procesu utleniania:
Fe(OH)₃ + 5OH⁻ → FeO₄²⁻ + 4H₂O + 3e⁻
Sumaryczne równanie (uzupełniony schemat):
2Fe(OH)₃ + 3ClO⁻ + 4OH⁻ → 2FeO₄²⁻ + 3Cl⁻ + 5H₂O
Zasady przyznawania punktów:
- 2 pkt — poprawne napisanie we właściwej formie równania reakcji utleniania oraz poprawne uzupełnienie schematu reakcji,
- 1 pkt — poprawne napisanie we właściwej formie równania reakcji utleniania oraz niepoprawne uzupełnienie lub brak uzupełnienia schematu reakcji ALBO niepoprawne napisanie w formie jonowo-elektronowej równania reakcji utleniania albo brak równania oraz poprawne uzupełnienie schematu reakcji,
- 0 pkt — odpowiedź niespełniająca powyższych kryteriów albo brak odpowiedzi.
- Zasady oceniania CKE: równanie reakcji utleniania, w którym zdający użył jonów Fe³⁺, uznaje się za błędne — utlenianiu ulega Fe(OH)₃, tak jak w schemacie.
- Środowisko jest zasadowe (nasycony roztwór NaOH): atomy tlenu i wodoru bilansuje się jonami OH⁻ i cząsteczkami H₂O, a nie jonami H⁺.
Rozwiązanie
Krok 1. Stopnie utlenienia
- żelazo: w Fe(OH)₃ ma stopień utlenienia +III, w FeO₄²⁻ — +VI (x + 4 · (−2) = −2, więc x = +6). Żelazo oddaje 3 elektrony — to utlenianie.
- chlor: w ClO⁻ ma stopień utlenienia +I, w Cl⁻ — −I. Chlor przyjmuje 2 elektrony — to redukcja.
Krok 2. Równanie utleniania w środowisku zasadowym
Fe(OH)₃ → FeO₄²⁻: po prawej stronie jest o 1 atom tlenu więcej, a po lewej są 3 atomy wodoru. W środowisku zasadowym dopisujemy jony OH⁻ po stronie substratów i cząsteczki wody po stronie produktów:
Fe(OH)₃ + 5OH⁻ → FeO₄²⁻ + 4H₂O + 3e⁻
Kontrola: O: 3 + 5 = 8 i 4 + 4 = 8; H: 3 + 5 = 8 i 4 · 2 = 8; ładunek: −5 po lewej, −2 + (−3) = −5 po prawej.
Krok 3. Równanie redukcji
ClO⁻ + H₂O + 2e⁻ → Cl⁻ + 2OH⁻
Krok 4. Bilans elektronów i sumowanie
Najmniejsza wspólna wielokrotność 3 i 2 to 6: równanie utleniania mnożymy przez 2, równanie redukcji — przez 3:
2Fe(OH)₃ + 10OH⁻ → 2FeO₄²⁻ + 8H₂O + 6e⁻
3ClO⁻ + 3H₂O + 6e⁻ → 3Cl⁻ + 6OH⁻
Po dodaniu stronami i skróceniu 6OH⁻ oraz 3H₂O:
2Fe(OH)₃ + 3ClO⁻ + 4OH⁻ → 2FeO₄²⁻ + 3Cl⁻ + 5H₂O
Kontrola ładunku: lewa strona −3 + (−4) = −7, prawa 2 · (−2) + 3 · (−1) = −7.
Rozumiesz, jak to rozwiązać?
Przećwicz podobne typy zadań w aplikacji
matury-online.pl ma tysiące zadań pogrupowanych po dziedzinach. Sprawdź, czy temat „reakcje redoks, bilans jonowo-elektronowy, środowisko zasadowe, żelaziany(VI)” zrobisz samodzielnie.
Otwórz matury-online.pl