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).
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.
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
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