m Matura-Online.pl Rozwiązania zadań maturalnych
MCHP-R0-100-2505 • Otwarte krótkie • 2 pkt • Trudność: ★★★☆☆

Zadanie 3

Matura z chemii, maj 2025, poziom rozszerzony

Wymaganie:

VII. Systematyka związków nieorganicznych. Zdający: 4) opisuje typowe właściwości chemiczne tlenków pierwiastków […], w tym zachowanie wobec wody […]; pisze odpowiednie równania reakcji w formie cząsteczkowej […]. VIII. Reakcje utleniania i redukcji. Zdający: 5) stosuje zasady bilansu elektronowo-jonowego – dobiera współczynniki stechiometryczne w schematach reakcji utleniania-redukcji (w formie cząsteczkowej i jonowej).

Treść zadania

Informacja do zadań 3.–4.

Jod tworzy wiele połączeń z tlenem np. tlenek jodu(V), który jest białym ciałem stałym. W reakcji tego związku z wodą powstaje jednoprotonowy kwas. Opisany tlenek jest stosowany do wykrywania i oznaczania zawartości tlenku węgla(II) w powietrzu.

Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2018.

Zadanie 3.1. (0–1)

Napisz w formie cząsteczkowej równanie opisanej reakcji tlenku jodu(V) z wodą.

Zadanie 3.2. (0–1)

Przeprowadzono doświadczenie. W kolbie ustawionej pod wyciągiem umieszczono tlenek jodu(V), a następnie wprowadzono do niej tlenek węgla(II) i szczelnie ją zamknięto. Wygląd zawartości kolby, w której zachodzi reakcja utleniania-redukcji, przedstawiono na zdjęciu (zdjęcie w arkuszu).

Napisz w formie cząsteczkowej równanie reakcji tlenku jodu(V) z tlenkiem węgla(II).

Zdjęcie szczelnie zamkniętej kolby z tlenkiem jodu(V), do której wprowadzono tlenek węgla(II) — wygląd zawartości kolby podczas reakcji utleniania-redukcji.
Na podstawie: arkusz CKE MCHP-R0-100-2505 Oryginalny PDF CKE, str. 6

Źródło: arkusz CKE MCHP-R0-100-2505. Otwórz oryginalny PDF

Rozwiązanie

3.1. I₂O₅ + H₂O → 2 HIO₃

Uzasadnienie:

  • I₂O₅ to bezwodnik kwasowy (tlenek niemetalu na wyższym stopniu utlenienia).
  • Reakcja z wodą = hydratacja tlenku → kwas tlenowy.
  • "Jednoprotonowy" → kwas jodowy(V) HIO₃ (jeden H w cząsteczce).
  • Stopień utlenienia jodu w I₂O₅ = +5 (2I + 5·(-2) = 0 → I = +5). W HIO₃ też +5 (1 + I + 3·(-2) = 0 → I = +5). Brak zmiany stopnia utlenienia = reakcja tlenku kwasowego z wodą, nie reakcja redoks.
  • Bilans: I: 2 = 2 ✓, O: 5+1 = 6 = 2·3 ✓, H: 2 = 2·1 ✓.

3.2. I₂O₅ + 5 CO → I₂ + 5 CO₂

Mechanizm — reakcja redoks:

  • I₂O₅: jod ma stopień utlenienia +5.
  • CO: węgiel ma stopień utlenienia +2.
  • Produkty: I₂ (jod = 0), CO₂ (węgiel = +4).
  • Jod się REDUKUJE (+5 → 0): I₂O₅ to utleniacz. Każdy I przyjmuje 5 e: 2 I × 5 e = 10 e.
  • Węgiel się UTLENIA (+2 → +4): CO to reduktor. Każdy C oddaje 2 e: 5 C × 2 e = 10 e ✓ (bilans elektronów).

Bilans atomowy:

  • I: 2 (lewo) = 2 (prawo) ✓.
  • C: 5 (lewo) = 5 (prawo) ✓.
  • O: 5 + 5 = 10 (lewo) = 10 (prawo, 5·2) ✓.

Zastosowanie: oznaczanie CO w powietrzu — ilość wydzielonego I₂ (np. oznaczona miareczkowaniem tiosiarczanem sodu) pozwala obliczyć ilość CO.

Typowy błąd / pułapka

Pułapka 3.1 — traktowanie reakcji tlenku z wodą jako reakcji redoks. Klucz: I w I₂O₅ ma stopień +5. W HIO₃ też +5. Brak zmiany = nie redoks.

Pułapka 3.1 — wybór kwasu HIO₄ lub H₅IO₆ (kwas jodowy(VII)). Tu jednoprotonowy + tlenek na +5 = HIO₃ (jodowy V).

Pułapka 3.2 — niewłaściwy współczynnik 5 przed CO. Klucz: bilans elektronów. 2 I × 5 e = 10 e (redukcja). 1 CO × 2 e = 2 e (utlenianie). Stosunek I₂O₅ : CO = 1 : 5 (10/2 = 5).

Pułapka 3.2 — niewłaściwy produkt. I₂ (jod stały, fioletowy), NIE jod w formie jonów I⁻ lub HI. Reakcja zachodzi bez wody, na sucho.

Strona arkusza CKE z trescia zadania

Zadanie 3 - tlenek jodu(V) z wodą i CO
Strona 6 arkusza CKE 2025 PR chemia - zadanie 3 (I₂O₅, HIO₃, reakcja z CO). Na podstawie: CKE 2025 / Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej Oryginalny PDF CKE, str. 6

Klucz pojęciowy — tlenek kwasowy i jego kwas

Tlenkowi kwasowemu odpowiada kwas tlenowy, w którym niemetal ma ten sam stopień utlenienia. Dla jodu na stopniu +5: tlenek I₂O₅ → kwas jodowy(V) HIO₃ (jednoprotonowy, zgodnie z informacją w zadaniu).

Mechanizm: reakcja I₂O₅ z wodą (3.1)

To NIE redoks (jod pozostaje na +5):

I₂O₅ + H₂O → 2 HIO₃

Bezwodnik kwasowy + woda → kwas tlenowy. Standardowa reakcja:

  • CO₂ + H₂O → H₂CO₃ (analog dla węgla).
  • SO₃ + H₂O → H₂SO₄ (analog dla siarki).
  • I₂O₅ + H₂O → 2 HIO₃ (dla jodu).

Stopień utlenienia jodu:

  • W I₂O₅: 2·I + 5·(-2) = 0 → I = +5.
  • W HIO₃: 1·(+1) + I + 3·(-2) = 0 → I = +5.
  • Bez zmiany = nie redoks.

HIO₃ = kwas jodowy(V) — kwas jednoprotonowy (jeden atom wodoru w cząsteczce).

Mechanizm: reakcja redoks I₂O₅ + CO (3.2)

I₂O₅ + 5 CO → I₂ + 5 CO₂

Identyfikacja redoks:

  • I w I₂O₅: +5. W I₂: 0. Zmiana: -5 → redukcja jodu.
  • C w CO: +2. W CO₂: +4. Zmiana: +2 → utlenianie węgla.

Połówkowe równania:

  • Redukcja: 2 I⁺⁵ + 10 e⁻ → I₂ (2 atomy I, każdy +5 → 0).
  • Utlenianie: CO → CO₂ + 2 e⁻ (każdy CO oddaje 2 e).

Bilans elektronów: 10 e na 1 I₂O₅, 2 e na 1 CO → potrzebne 5 CO na 1 I₂O₅.

Pełne równanie: I₂O₅ + 5 CO → I₂ + 5 CO₂.

Bilans atomów:

  • I: 2 = 2 ✓
  • C: 5 = 5 ✓
  • O: 5 + 5 = 10 = 5·2 ✓

Oznaczanie CO za pomocą I₂O₅ (kontekst)

Zgodnie z informacją wstępną tlenek jodu(V) służy do wykrywania i oznaczania CO w powietrzu. Z równania reakcji wynika stosunek molowy n(CO) : n(I₂) = 5 : 1 — jeśli oznaczy się ilość wydzielonego jodu (np. miareczkując go tiosiarczanem sodu: I₂ + 2 Na₂S₂O₃ → 2 NaI + Na₂S₄O₆), można obliczyć ilość CO w próbce.

Punktacja CKE

  • 3.1. 1 pkt — poprawne równanie I₂O₅ + H₂O → 2 HIO₃.
  • 3.2. 1 pkt — poprawne równanie I₂O₅ + 5 CO → I₂ + 5 CO₂.
  • Suma: 2 pkt.

Po co to umieć

Tlenek węgla(II) jest bezbarwnym, bezwonnym i silnie trującym gazem — wiąże się z hemoglobiną znacznie trwalej niż tlen i blokuje transport tlenu. Powstaje przy niecałkowitym spalaniu paliw, dlatego jego wykrywanie ma znaczenie praktyczne.

Dobieranie współczynników metodą bilansu elektronowego (jod: +5 → 0, węgiel: +2 → +4) to ta sama umiejętność, którą sprawdza zadanie 5.1.

Jod (I₂) — ciało stałe o fioletowoczarnych kryształach, łatwo sublimuje, tworząc fioletowe pary.

Rozumiesz, jak to rozwiązać?

Przećwicz podobne typy zadań w aplikacji

matury-online.pl ma tysiące zadań pogrupowanych po dziedzinach. Sprawdź, czy temat „chemia nieorganiczna, tlenki, kwasy tlenowe, reakcja redoks, tlenek jodu(V), tlenek węgla” zrobisz samodzielnie.

Otwórz matury-online.pl