ROZWI¥ZANIA ZADAÑ (z komentarzem)

ZADANIE 1.
OdpowiedŸ:
Stopnie utlenienia siarki w podanych zwi¹zkach chemicznych przedstawia poni¿sza tabela:

Wzór sumaryczny

H

2

S

SO

2

SO

3

2–

H

2

SO

4

HSO

4

–

Na

2

S

2

O

3

Stopieñ utlenienia

–II

IV

IV

VI

VI

–II oraz VI

Komentarz:
W tiosiarczanie(VI) sodu Na

2

S

2

O

3

dwa atomy siarki s¹ na ró¿nych stopniach utlenienia. Jeden atom wystêpuje na

–II stopniu utlenienia, drugi — na VI. Ró¿nica pomiêdzy siarczanem(VI) sodu, a tiosiarczanem sodu jest taka, ¿e
w Na

2

S

2

O

3

drugi atom siarki zast¹pi³ jeden z atomów tlenu.

ZADANIE 2.
OdpowiedŸ:
Stopnie utlenienia azotu w podanych zwi¹zkach chemicznych przedstawia poni¿sza tabela:

Wzór sumaryczny

NH

4

+

NO

2

Ca(NO

3

)

2

NO

3

–

KNO

2

NH

4

NO

3

Stopieñ utlenienia

–III

IV

V

V

III

–III oraz V

Komentarz:
W azotanie(V) amonu NH

4

NO

3

dwa atomy azotu s¹ na ró¿nych stopniach utlenienia. Jeden atom wystêpuje na –III

stopniu utlenienia, drugi — na V.

ZADANIE 3.
OdpowiedŸ:
Utleniacz — kwas azotowy(V).
Reduktor — siarczek miedzi(I).
Komentarz:
Azot zmniejszy³ swój stopieñ utlenienia z V (w HNO

3

), na –II (w NO). Zarówno miedŸ, jak i siarka ulegaj¹ utlenie-

niu — podwy¿szaj¹ swoje stopnie utlenienia: miedŸ z I (w Cu

2

S) na II (w Cu(NO

3

)

2

), a siarka z –II (w Cu

2

S) na VI

(w H

2

SO

4

).

ZADANIE 4.
OdpowiedŸ:
A. Siarka pe³ni rolê utleniacza.

C. Siarka pe³ni rolê reduktora..

B. Siarka pe³ni rolê reduktora

D. Siarka pe³ni rolê utleniacza.

Komentarz:
W reakcji A siarka zmniejszy³a swój stopieñ utlenienia z 0 na –II, a wiêc zredukowa³a siê.
W reakcjach B i C siarka podwy¿szy³a swój stopieñ utlenienia z IV na VI, a wiêc siê utleni³a.
W reakcji D siarka zmniejszy³a swój stopieñ utlenienia z VI na IV, a wiêc siê zredukowa³a.

ZADANIE 5.
OdpowiedŸ A.
Jony Na

+

lub Mg

2+

.

Komentarz:
Utleniaczem jest pierwiastek, który w reakcji utleniania-redukcji redukuje siê, a wiêc zmniejsza swój stopieñ utle-
nienia. Atomy sodu i magnezu oraz aniony Br

–

i S

2–

nie mog¹ zmniejszyæ swojego stopnia utlenienia (atomy sodu

i magnezu wystêpuj¹ w zwi¹zkach chemicznych tylko na dodatnich stopniach utlenienia). Atomy bromu siarki
mog¹ zarówno obni¿aæ, jak i podwy¿szaæ stopieñ utlenienia. Natomiast jony sodu i magnezu mog¹ tylko zmniej-
szyæ swój stopieñ utlenienia na 0.

OdpowiedŸ B:
Atomy sodu i magnezu oraz jony bromkowe Br

–

i siarczkowe S

2–

.

www.wsip.com.pl

1

Komentarz:
Reduktorem jest pierwiastek, który utlenia siê, a wiêc podwy¿sza swój stopieñ utlenienia. Kationy Na

+

i Mg

2+

nie

mog¹ byæ reduktorami, gdy¿ zarówno sód, jak i magnez wystêpuj¹ w nich na maksymalnym stopniu utlenienia.
Natomiast brom i siarka mog¹ tworzyæ zwi¹zki chemiczne, w których wystêpuj¹ na dodatnich stopniach utlenienia.

OdpowiedŸ C.
Tylko atomy bromu oraz atomy siarki.
Komentarz:
Zarówno atomy bromu jak i siarki mog¹ obni¿aæ lub podwy¿szaæ stopieñ utlenienia. Brom na 0 stopniu utlenienia
mo¿e przechodziæ na –I stopieñ utlenienia (w jonie bromkowym Br

–

) lub na dodatni, np. VII stopieñ utlenienia

(w kwasie bromowym(VII) HBrO

4

). Siarka na 0 stopniu utlenienia mo¿e przechodziæ na –II stopieñ utlenienia (w

jonie siarczkowym S

2–

) lub na dodatni, np. IV stopieñ utlenienia (w tlenku siarki(IV) SO

2

).

ZADANIE 6.
OdpowiedŸ:
Zwi¹zki, które mog¹ pe³niæ tylko rolê utleniacza: K

2

Cr

2

O

7

, KNO

3

, KMnO

4

, KClO

4

.

Komentarz:
Utleniaczem jest pierwiastek, który w reakcji utleniania-redukcji redukuje siê, a wiêc zmniejsza swój stopieñ utle-
nienia. Chrom, azot, mangan i chlor w wy¿ej wymienionych zwi¹zkach chemicznych wystêpuj¹ na swoich maksy-
malnych stopniach utlenienia. Nie mog¹ wiêc jeszcze go podwy¿szaæ, a wiêc nie mog¹ pe³niæ roli reduktorów.
Pe³ni¹ tylko rolê utleniaczy.
Jod w NaI nie mo¿e pe³niæ roli utleniacza, poniewa¿ wystêpuje na najni¿szym stopniu utlenienia. Nie mo¿e jeszcze
go obni¿aæ. Natomiast tlen w nadtlenku wodoru (wystêpuje na –I stopniu utlenienia), siarka w siarczanie(IV) sodu
oraz ¿elazo w chlorku ¿elaza(II) mog¹ pe³niæ rolê zarówno utleniaczy, jak i reduktorów, poniewa¿ wystêpuj¹ na po-
œrednich stopniach utlenienia.

ZADANIE 7.
OdpowiedŸ A:

Utleniacz: kwas azotowy(V)
Reduktor: miedŸ

OdpowiedŸ B:

Utleniacz: dichromian(VI) potasu
Reduktor: chlorek cyny(II)

ZADANIE 8.
OdpowiedŸ A:

Nadtlenek wodoru pe³ni w tej reakcji rolê reduktora.

OdpowiedŸ B:

Nadtlenek wodoru pe³ni w tej reakcji rolê utleniacza.

2

ZADANIE 9.
OdpowiedŸ:
Fioletowe jony MnO

4

–

redukuj¹ siê w œrodowisku kwaœnym, tworz¹c bezbarwne jony Mn

2+

.

ZADANIE 10.
OdpowiedŸ A:

OdpowiedŸ B:
Azotan(III) potasu pe³ni w tej reakcji rolê utleniacza, a jodek potasu — rolê reduktora.

ZADANIE 11.
OdpowiedŸ A:
Równanie reakcji utleniania-redukcji, w której kation Fe

3+

jest utleniaczem:

2 Fe

3+

+ Sn

2+

Û 2 Fe

2+

+ Sn

4+

lub

Fe

3+

+ Cr

2+

Û Fe

2+

+ Cr

3+

Komentarz:
Rolê utleniacza mo¿e pe³niæ jedynie kation Fe

3+

, który podczas reakcji utleniania-redukcji zredukuje siê do kationu

¿elaza Fe

2+

. Potencja³ standardowy E

o

tej reakcji wynosi

Fe

3+

+ e

–

Û Fe

2+

E

o

= 0,77 V

Rolê reduktora w reakcji z kationem Fe

3+

mo¿e pe³niæ jedynie taki kation metalu, którego potencja³ standardowy re-

akcji utleniania-redukcji ma wartoœæ ni¿sz¹ od 0,77 V (E

o

< 0,77 V). Ten warunek spe³niaj¹ dwa kationy:

l

kation cyny Sn

2+

, który utleni siê do kationu Sn

4+

;

l

kation chromu Cr

2+

, który utleni siê do kationu Cr

3+

.

OdpowiedŸ B:
Równanie reakcji utleniania-redukcji, w której kation Fe

2+

jest reduktorem:

2 Fe

2+

+ Pb

4+

Û 2 Fe

3+

+ Pb

2+

Komentarz:
Rolê reduktora mo¿e pe³niæ jedynie kation Fe

2+

, który podczas reakcji utleniania-redukcji utleni siê siê do kationu

¿elaza Fe

3+

. Potencja³ standardowy E

o

tej reakcji wynosi

Fe

2+

Û Fe

3+

+ e

–

E

o

= 0,77 V

Rolê utleniacza w reakcji z kationem Fe

2+

mo¿e pe³niæ jedynie taki kation metalu, którego potencja³ standardowy re-

akcji utleniania-redukcji ma wartoœæ wy¿sz¹ od 0,77 V (E

o

> 0,77 V). Ten warunek spe³nia jedynie kation o³owiu

Pb

4+

, który zredukuje siê do kationu Pb

2+

.

ZADANIE 12.
OdpowiedŸ A:
Podczas elektrolizy wodnego roztworu kwasu siarkowego(VI) na elektrodach zachodz¹ nastêpuj¹ce reakcje elek-
trodowe:

OdpowiedŸ B:
Podczas elektrolizy wodnego roztworu azotanu(V) o³owiu(II) na elektrodach zachodz¹ nastêpuj¹ce reakcje elektrodowe:

www.wsip.com.pl

3

OdpowiedŸ C:
Podczas elektrolizy wodnego roztworu wodorotlenku potasu na elektrodach zachodz¹ nastêpuj¹ce reakcje elektrodowe:

ZADANIE 13.
OdpowiedŸ A:
Podczas elektrolizy wodnego roztworu chlorku niklu(II) na elektrodach zachodz¹ nastêpuj¹ce reakcje elektrodowe:

OdpowiedŸ B:
Na katodzie wydzieli siê 14 g niklu.
Komentarz:
Z równañ reakcji elektrodowych wynika, ¿e wydzieleniu 1 mola chloru, zajmuj¹cego objêtoœæ w warunkach norma-
lnych 22,4 dm

3

, towarzyszy wydzielenie 1 mola niklu o masie molowej 59 g/mol. Zatem na anodzie wydzieli siê 5,3

dm

3

chloru, a na katodzie wydzieli siê 14 g niklu.

x = 14 g Ni

ZADANIE 14.
OdpowiedŸ:
Elektrolizê nale¿y prowadziæ przez co najmniej 225,13 minut.
Komentarz:
Czas elektrolizy mo¿na obliczyæ na podstawie prawa Faradaya:

m

M

I t

n F

t

m

n F

M

I

M

M

M

M

=

× ×

×

Þ =

× ×

×

Czas, w którym wydzieli siê 0,1 mola ¿elaza (z rozk³adu 0,1 mola FeCl

3

) — 5789 s

t

m

n F

M

I

=

× ×

×

=

×

×

×

=

M

M

5,6 g 3 mole 96485 C

56 g / mol 5 A

5789 s

Czas, w którym wydzieli siê 0,2 mola atomów miedzi (z rozk³adu 2 moli CuCl

2

) — 7719 s

t

m

n F

M

I

=

× ×

×

=

×

×

×

=

M

M

12,8 g

mole 96485 C

64 g / mol 5 A

7

s

2

719

Ca³kowity czas przeprowadzania elektrolizy wynosi
t = 5789 s + 7719 s = 13508 s = 225,13 minut.

ZADANIE 15.
OdpowiedŸ A:
Podczas elektrolizy wodnego roztworu siarczanu(VI) miedzi(II) na elektrodach zachodz¹ nastêpuj¹ce reakcje elektrodowe:

OdpowiedŸ B:
Stê¿enie molowe kationów Cu

2+

w roztworze po elektrolizie wynosi c

mol

= 0,505 mol/dm

3

.

Komentarz:
Z równañ reakcji elektrodowych wynika, ¿e wydzieleniu 1 mola tlenu, zajmuj¹cego objêtoœæ w warunkach normal-
nych 22,4 dm

3

, towarzyszy wydzielenie 2 moli miedzi. Zatem na anodzie wydzieli siê 11,2 dm

3

tlenu, a na katodzie

wydzieli siê 1 mol miedzi.

x = 1 mol Cu

4

W elektrolizerze przed elektroliz¹ by³o 2 dm

3

1-molowego roztworu CuSO

4

, zatem znajdowa³o siê w nim 2 mole ka-

tionów Cu

2+

. Po elektrolizie pozostanie w roztworze 1 mol kationów Cu

2+

.

Objêtoœæ roztworu ulegnie zmniejszeniu, poniewa¿ podczas elektrolizy na anodzie rozk³ada³a siê woda. Z rozk³adu
1 mola H

2

O zajmuj¹cego objêtoœæ 18 cm

3

wydzieli siê 11,2 dm

3

tlenu (0,5 mola O

2

). Zatem koñcowa objêtoœæ roz-

tworu wynosi V = 2 dm

3

– 0,018 dm

3

= 1,982 dm

3

. Stê¿enie molowe kationów Cu

2+

w roztworze po elektrolizie wy-

nosi wiêc 0,505 mol/dm

3

.

c

n

V

mol

Cu

3

2

1 mol

1,982dm

=

=

=

+

0,505 mol/dm

3

ZADANIE 16.
OdpowiedŸ:
Podczas elektrolizy wodnego roztworu azotanu(V) cynku(II) na elektrodach zachodz¹ nastêpuj¹ce reakcje elektro-
dowe:

Podczas elektrolizy prowadzonej pr¹dem o natê¿eniu 4A w czasie 15 minut na katodzie wydzieli siê 1,2 g cynku.
Komentarz:
Masê cynku wydzielonego na katodzie mo¿na obliczyæ na podstawie prawa Faradaya:

m

M

I t

n F

Zn

Zn

65 g/mol 4 A 900 s

2 mole 96485 C

1,2 g Zn

=

× ×

×

=

×

×

×

=

ZADANIE 17.
OdpowiedŸ A:
Podczas elektrolizy wodnego roztworu kwasu solnego na elektrodach zachodz¹ nastêpuj¹ce reakcje elektrodowe:

OdpowiedŸ B:
W wyniku elektrolizy roztworu HCl otrzymano 13,2 dm

3

chloru.

Komentarz:
Z równañ reakcji elektrodowych wynika, ¿e wydzieleniu 1 mola wodoru, zajmuj¹cego w warunkach normalnych
objêtoœæ 22,4 dm

3

, towarzyszy wydzielenie 1 mola chloru o objêtoœci 22,4 dm

3

. Na anodzie wydzieli siê wiêc

15 dm

3

chloru, a na katodzie wydzieli siê 15 dm

3

wodoru.

W wodzie rozpuœci³o siê 12 % wydzielonego na anodzie chloru, czyli 1,8 dm

3

chloru. W wyniku elektrolizy roztwo-

ru HCl otrzymano wiêc 13,2 dm

3

chloru.

ZADANIE 18.
OdpowiedŸ:
Ogniwo I:
A. Schemat ogniwa: Cr | Cr

3+

|| Cu

2+

| Cu

B. Anod¹ jest elektroda chromowa, a katod¹ — elektroda miedziana.
C. Na elektrodach zachodz¹ nastêpuj¹ce reakcje elektrodowe:

D. Standardowa SEM tego ogniwa wynosi 1,08 V.

SEM

V

K

o

A

o

=

-

=

E

E

0 34

,

– (–0,74 V) = –0,34 V + 0,74 V = 1,08 V

Ogniwo II:
A. Schemat ogniwa: Co | Co

2+

|| Pb

2+

| Pb

B. Anod¹ jest elektroda kobaltowa, a katod¹ — elektroda o³owiowa.
C. Na elektrodach zachodz¹ nastêpuj¹ce reakcje elektrodowe:

www.wsip.com.pl

5

D. Standardowa SEM tego ogniwa wynosi 0,14 V.
Komentarz:

SEM

V

K

o

A

o

=

-

= -

E

E

013

,

– (–0,27 V) = –0,13 V + 0,27 V = 0,14 V

ZADANIE 19.
OdpowiedŸ:
A. Schemat ogniwa ¿elazowo-niklowego: Fe | Fe

2+

|| Ni

2+

| Ni

B. Na elektrodach zachodz¹ nastêpuj¹ce reakcje elektrodowe:

C. SEM tego ogniwa, je¿eli [Fe

2+

] = [Ni

2+

] = 0,1 mol/dm

3

(w T = 298 K), wynosi 0,22 V.

Komentarz:

SEM

Ni

Ni

/ Ni

o

2

Fe

/ Fe

o

2

2

=

-

=

+

-

-

+

+

+

E

E

E

E

K

A

0 059

2

0 05

,

log[

]

,

9

2

log[

]

Fe

2

+

SEM

Ni

Fe

Ni

/ Ni

o

Fe

/ Fe

o

2

2

2

2

=

-

+

-

+

+

+

+

E

E

0 059

2

,

(log[

]

log[

])

SEM

[Ni

[Fe

Ni

/ Ni

o

Fe

/ Fe

o

2

2

2

2

=

-

+

+

+

+

+

E

E

0 059

2

,

log

]

]

SEM

V

V

V

= -

+

+

=

0 23

0 44

0 059

2

01

01

0 21

,

,

,

log

,

,

,

D. SEM tego ogniwa, je¿eli [Fe

2+

] = 1 mol/dm

3

, a [Ni

2+

] = 0,01 mol/dm

3

(w T = 298 K), wynosi 0,279 V.

Komentarz:

SEM

[Ni

[Fe

Ni

/ Ni

o

Fe

/ Fe

o

2

2

2

2

=

-

+

+

+

+

+

E

E

0 059

2

,

log

]

]

SEM

V

V

V – 0,059 V = 0,

= -

+

+

=

0 23

0 44

0 059

2

0 01

01

0 21

,

,

,

log

,

,

,

15 V

ZADANIE 20.
OdpowiedŸ A:
Sumaryczne równanie procesu (w formie jonowej) zachodz¹cego w trakcie elektrolizy:

OdpowiedŸ B:
Na p³ytce niklowej wydzieli siê 34,4 g srebra.
Komentarz:
Z sumarycznego równania procesu wynika, ¿e wydzieleniu na p³ytce niklowej 2 moli srebra o masie 216 g towarzy-
szy ubytek 1 mola niklu o masie 59 g. Zatem przyrost masy p³ytki wynosi³
Dm = 216 g – 59 g = 157 g
Wydzielenie 216 g srebra na p³ytce niklowej zwi¹zane jest z przyrostem masy p³ytki o 157 g. Zatem przyrost masy
p³ytki o 25 g zwi¹zany jest z wydzieleniem siê na p³ytce 34,4 g srebra

x = 34,4 g Ag

6