{"id":"chemia-2019-maj-matura-rozszerzona/zad/21","paper_id":"chemia-2019-maj-matura-rozszerzona","number":"21","points":2,"ptype":"open","subject":"chemia","category":"matura","year":2019,"month":"maj","level":"rozszerzona","text":"Zadanie 21. (0-2)\nJod otrzymuje się z saletry chilijskiej, zawierającej głównie azotan(V) sodu, lecz także m.in.\nśladowe ilości jodanu(V) sodu i jodanu(VII) sodu. Po zatężeniu wodnego roztworu jodany\nredukuje się do jodu za pomocą wodorosiarczanu(IV) sodu.\nNa podstawie: J.D. Lee, Zwięzła chemia nieorganiczna, Warszawa, 1994.\nJedną z opisanych reakcji przedstawia poniższy schemat.\nIO -\n3 + HSO -\n3 → I2 + SO\n2\n4 +\nH + H2O\nNapisz w formie jonowej skróconej, z uwzględnieniem liczby oddawanych lub\npobieranych elektronów (zapis jonowo-elektronowy), równania procesów redukcji\ni utleniania zachodzących podczas opisanej przemiany. Dobierz i uzupełnij współczynniki\nstechiometryczne w poniższym schemacie.\nRównanie procesu redukcji:\nRównanie procesu utleniania:\nIO -\n3 + HSO -\n3 → I2 + SO\n2\n4 +\nH + H2O\nInformacja do zadań 22.-24.\nJedną z metod otrzymywania halogenoalkanów jest reakcja alkoholu alifatycznego\nz halogenkiem fosforu(III). Ta reakcja przebiega zgodnie z poniższym schematem, w którym\nR oznacza grupę alkilową, a X - atom halogenu.\n3R-OH + PX3 → 3R-X + H3PO3\nNa podstawie: K.-H. Lautenschläger, W. Schröter, A. Wanninger, Nowoczesne kompendium chemii,\nWarszawa 2007.","answer":null,"answer_text":"Zadanie 21. (0-2)\nII. Rozumowanie\ni zastosowanie nabytej\nwiedzy do rozwiązywania\nproblemów.\nIV etap edukacyjny - zakres rozszerzony\n6. Reakcje utleniania i redukcji. Zdający:\n6.1) wykazuje się znajomością i rozumieniem pojęć: stopień\nutlenienia, utleniacz, reduktor, utlenianie, redukcja;\n6.5) stosuje zasady bilansu elektronowego - dobiera\nwspółczynniki stechiometryczne w równaniach reakcji\nutleniania-redukcji (w formie […] jonowej).\nSchemat punktowania\n2 p. - za poprawne napisanie w formie jonowo-elektronowej równania procesu redukcji\ni równania procesu utleniania oraz poprawne uzupełnienie sumarycznego równania\nreakcji w formie jonowej skróconej.\n1 p. - za poprawne napisanie w formie jonowo-elektronowej równania procesu redukcji\ni równania procesu utleniania oraz błędne uzupełnienie sumarycznego równania reakcji\nlub\n- za błędne napisanie w formie jonowo-elektronowej równania procesu redukcji\nlub równania procesu utleniania albo brak równań oraz poprawne uzupełnienie\nsumarycznego równania reakcji.\n0 p. - za każdą inną odpowiedź albo brak odpowiedzi.\nPoprawna odpowiedź\nRównanie procesu redukcji:\n3\n2IO- + 6H2O + 10e - → (1)I2 + 12OH- lub\n3\n2IO- + 12H+ + 10e - → (1)I2 + 6H2O\nRównanie procesu utleniania:\n3\nHSO- + H2O →\n2\n4\nSO - + 3H+ + 2e - /(x5)\n2IO -\n3 + 5HSO -\n3 → (1)I2 + 5SO -\n2\n4 + H+\n3\n+ (1)H2O","solution":"## Poprawna odpowiedź:\n\n\\[\n\\ce{2IO3- + 5HSO3- -> I2 + 5SO4^{2-} + 3H+ + H2O}\n\\]\n\nWspółczynniki: **2 : 5 : 1 : 5 : 3 : 1**\n\n## Sposób 1 - zapis jonowo-elektronowy (metoda bilansowania elektronowego)\n\n### Krok 1: Wyznacz stopnie utlenienia\n\nW \\(\\ce{IO3^-}\\): tlen ma -2, ładunek jonu -1, więc:\n\\[I + 3 \\cdot (-2) = -1 \\implies I = +5\\]\n\nW \\(\\ce{I2}\\): \\(I = 0\\)\n\nW \\(\\ce{HSO3^-}\\): \\(+1 + S + 3 \\cdot (-2) = -1 \\implies S = +4\\)\n\nW \\(\\ce{SO4^{2-}}\\): \\(S + 4 \\cdot (-2) = -2 \\implies S = +6\\)\n\n| Jon | Pierwiastek | Stopień utl. zmienia się | Proces |\n| \\(\\ce{IO3^-}\\) | I | +5 → 0 | **Redukcja** (pobiera 5e⁻ na atom I) |\n| \\(\\ce{HSO3^-}\\) | S | +4 → +6 | **Utlenienie** (oddaje 2e⁻ na atom S) |\n\n### Krok 2: Napisz równanie redukcji\n\n\\(\\ce{IO3^-} \\to \\ce{I2}\\)\n\n**Wyrównaj I:** potrzeba 2 jonów jodanowych na 1 cząsteczkę \\(\\ce{I2}\\):\n\n\\[\\ce{2IO3^- -> I2}\\]\n\n**Wyrównaj O:** po lewej 6 atomów O - dopisz 6 \\(\\ce{H2O}\\) po prawej:\n\n\\[\\ce{2IO3^- -> I2 + 6H2O}\\]\n\n**Wyrównaj H:** po prawej 12 H - dopisz 12 \\(\\ce{H+}\\) po lewej:\n\n\\[\\ce{2IO3^- + 12H+ -> I2 + 6H2O}\\]\n\n**Wyrównaj ładunek:** lewa: \\(2 \\cdot (-1) + 12 \\cdot (+1) = +10\\); prawa: \\(0\\)\n\nDopisz 10 elektronów po lewej:\n\n\\[\\boxed{\\ce{2IO3^- + 12H+ + 10e^- -> I2 + 6H2O}}\\]\n\nSprawdzenie ładunku: \\(-2 + 12 - 10 = 0\\) ✓\n\n### Krok 3: Napisz równanie utlenienia\n\n\\(\\ce{HSO3^-} \\to \\ce{SO4^{2-}}\\)\n\n**Wyrównaj O:** po lewej 3 O, po prawej 4 O - dopisz \\(\\ce{H2O}\\) po lewej:\n\n\\[\\ce{HSO3^- + H2O -> SO4^{2-}}\\]\n\n**Wyrównaj H:** po lewej \\(1+2=3\\) H - dopisz 3 \\(\\ce{H+}\\) po prawej:\n\n\\[\\ce{HSO3^- + H2O -> SO4^{2-} + 3H+}\\]\n\n**Wyrównaj ładunek:** lewa: \\(-1\\); prawa: \\(-2 + 3 = +1\\)\n\nDopisz 2 elektrony po prawej:\n\n\\[\\boxed{\\ce{HSO3^- + H2O -> SO4^{2-} + 3H+ + 2e^-}}\\]\n\nSprawdzenie ładunku: \\(-1 = -2+3-2 = -1\\) ✓\n\n### Krok 4: Dobierz liczbę elektronów\n\nRedukcja wymaga 10e⁻, utlenienie oddaje 2e⁻. Mnożymy utlenienie przez **5**:\n\n\\[\\ce{5HSO3^- + 5H2O -> 5SO4^{2-} + 15H+ + 10e^-}\\]\n\n### Krok 5: Dodaj oba równania\n\n\\[\n\\ce{2IO3^- + 12H+ + \\cancel{10e^-} -> I2 + 6H2O}\n\\]\n\\[\n\\ce{5HSO3^- + 5H2O -> 5SO4^{2-} + 15H+ + \\cancel{10e^-}}\n\\]\n\nPo lewej: \\(\\ce{2IO3^- + 5HSO3^- + 12H+ + 5H2O}\\)\n\nPo prawej: \\(\\ce{I2 + 5SO4^{2-} + 15H+ + 6H2O}\\)\n\nUpraszczamy \\(\\ce{H+}\\): \\(15 - 12 = 3\\) po **prawej**\n\nUpraszczamy \\(\\ce{H2O}\\): \\(6 - 5 = 1\\) po **prawej**\n\n**Wynik końcowy:**\n\\[\n\\ce{2IO3^- + 5HSO3^- -> I2 + 5SO4^{2-} + 3H+ + H2O}\n\\]\n\n## Sposób 2 - weryfikacja (bilans atomów i ładunków)\n\nSprawdzamy równanie: \\(\\ce{2IO3^- + 5HSO3^- -> I2 + 5SO4^{2-} + 3H+ + H2O}\\)\n\n| Pierwiastek | Lewa strona | Prawa strona | OK? |\n| I | 2 | 2 | ✓ |\n| S | 5 | 5 | ✓ |\n| O | \\(2\\cdot3 + 5\\cdot3 = 21\\) | \\(5\\cdot4 + 1 = 21\\) | ✓ |\n| H | \\(5\\cdot1 = 5\\) | \\(3 + 2 = 5\\) | ✓ |\n\nBilans ładunków:\n\\[\n\\text{Lewa: } 2\\cdot(-1) + 5\\cdot(-1) = -7\n\\]\n\\[\n\\text{Prawa: } 5\\cdot(-2) + 3\\cdot(+1) = -10 + 3 = -7 \\quad \\checkmark\n\\]\n\nWszystko się zgadza - wynik poprawny.\n\n## Wzory z karty CKE\n\nW tym zadaniu nie używamy gotowych wartości liczbowych z karty wzorów.\n\n📖 **Karta wzorów str. 12 - Potencjały standardowe redukcji**\nTabela par redoks pozwala zidentyfikować, który układ jest utleniaczem, a który reduktorem (wyższy potencjał = utleniacz). Tu: \\(\\ce{IO3^-/I2}\\) ma wyższy \\(E°\\) niż \\(\\ce{SO4^{2-}/HSO3^-}\\), co potwierdza, że \\(\\ce{IO3^-}\\) ulega redukcji.\n\n## Schemat oceniania CKE\n\n**2 pkt** - za poprawne rownania procesu redukcji i utleniania w formie jonowo-elektronowej oraz poprawne sumaryczne rownanie jonowe skrocone.\n**1 pkt** - za poprawne oba rownania polowkowe i bledne sumaryczne, LUB bledne rownania polowkowe i poprawne sumaryczne.\n**0 pkt** - za kazda inna odpowiedz albo brak odpowiedzi.\n\nKlucz CKE: redukcja \\(\\ce{2IO3- + 6H2O + 10e- -> I2 + 12OH-}\\) (lub w srodowisku H+); utlenianie \\(\\ce{HSO3- + H2O -> SO4^2- + 3H+ + 2e-}\\) (x5); sumarycznie \\(\\ce{2IO3- + 5HSO3- -> I2 + 5SO4^2- + 3H+ + H2O}\\).\n\n## Typowe pułapki\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Środowisko reakcji jest **kwaśne** - dlatego do wyrównania H i O używamy \\(\\ce{H+}\\) i \\(\\ce{H2O}\\), a **nie** \\(\\ce{OH-}\\). Błąd środowiska to najczęstsza pomyłka w tym typie zadań.\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Nie mylić współczynnika przed elektronami z liczbą elektronów na atom. Redukcja 1 atomu I: 5e⁻, ale w \\(\\ce{I2}\\) mamy **2 atomy I** → półreakcja wymaga **10e⁻** (nie 5e⁻).\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Po dodaniu równań **zawsze** uprość \\(\\ce{H+}\\) i \\(\\ce{H2O}\\) - wiele uczniów zostawia je po obu stronach bez uproszczenia, co daje błędne, nieuproszczone współczynniki.","image":"img/chemia-2019-maj-matura-rozszerzona/zad-21.webp","solution_image":null,"topics":null,"page_from":14,"source":"ocr","answer_source":null,"answer_text_source":"ocr","solution_source":"maturazai","text_source":"ocr","source_label":"Chemia · Matura · maj 2019 (rozszerzona)","subject_label":"Chemia","category_label":"Matura","text_html":"

Zadanie 21. (0-2)
Jod otrzymuje się z saletry chilijskiej, zawierającej głównie azotan(V) sodu, lecz także m.in.
śladowe ilości jodanu(V) sodu i jodanu(VII) sodu. Po zatężeniu wodnego roztworu jodany
redukuje się do jodu za pomocą wodorosiarczanu(IV) sodu.
Na podstawie: J.D. Lee, Zwięzła chemia nieorganiczna, Warszawa, 1994.
Jedną z opisanych reakcji przedstawia poniższy schemat.
IO -
3 + HSO -
3 → I2 + SO
2
4 +
H + H2O
Napisz w formie jonowej skróconej, z uwzględnieniem liczby oddawanych lub
pobieranych elektronów (zapis jonowo-elektronowy), równania procesów redukcji
i utleniania zachodzących podczas opisanej przemiany. Dobierz i uzupełnij współczynniki
stechiometryczne w poniższym schemacie.
Równanie procesu redukcji:
Równanie procesu utleniania:
IO -
3 + HSO -
3 → I2 + SO
2
4 +
H + H2O
Informacja do zadań 22.-24.
Jedną z metod otrzymywania halogenoalkanów jest reakcja alkoholu alifatycznego
z halogenkiem fosforu(III). Ta reakcja przebiega zgodnie z poniższym schematem, w którym
R oznacza grupę alkilową, a X - atom halogenu.
3R-OH + PX3 → 3R-X + H3PO3
Na podstawie: K.-H. Lautenschläger, W. Schröter, A. Wanninger, Nowoczesne kompendium chemii,
Warszawa 2007.

","answer_text_html":"

Zadanie 21. (0-2)
II. Rozumowanie
i zastosowanie nabytej
wiedzy do rozwiązywania
problemów.
IV etap edukacyjny - zakres rozszerzony

\n
  1. Reakcje utleniania i redukcji. Zdający:
\n

6.1) wykazuje się znajomością i rozumieniem pojęć: stopień
utlenienia, utleniacz, reduktor, utlenianie, redukcja;
6.5) stosuje zasady bilansu elektronowego - dobiera
współczynniki stechiometryczne w równaniach reakcji
utleniania-redukcji (w formie […] jonowej).
Schemat punktowania
2 p. - za poprawne napisanie w formie jonowo-elektronowej równania procesu redukcji
i równania procesu utleniania oraz poprawne uzupełnienie sumarycznego równania
reakcji w formie jonowej skróconej.
1 p. - za poprawne napisanie w formie jonowo-elektronowej równania procesu redukcji
i równania procesu utleniania oraz błędne uzupełnienie sumarycznego równania reakcji
lub

\n\n

lub równania procesu utleniania albo brak równań oraz poprawne uzupełnienie
sumarycznego równania reakcji.
0 p. - za każdą inną odpowiedź albo brak odpowiedzi.
Poprawna odpowiedź
Równanie procesu redukcji:
3
2IO- + 6H2O + 10e - → (1)I2 + 12OH- lub
3
2IO- + 12H+ + 10e - → (1)I2 + 6H2O
Równanie procesu utleniania:
3
HSO- + H2O →
2
4
SO - + 3H+ + 2e - /(x5)
2IO -
3 + 5HSO -
3 → (1)I2 + 5SO -
2
4 + H+
3

\n","solutions":[{"source":"maturazai","label":"maturazai.pl (AI)","kind":"text","html":"

Poprawna odpowiedź:

\n
\\ce2IO3−+5HSO3−−>I2+5SO42−+3H++H2O
\n

Współczynniki: 2 : 5 : 1 : 5 : 3 : 1

\n

Sposób 1 - zapis jonowo-elektronowy (metoda bilansowania elektronowego)

\n
Krok 1: Wyznacz stopnie utlenienia
\n

W \\ceIO3−: tlen ma -2, ładunek jonu -1, więc:

\n
I+3·(−2)=−1⟹I=+5
\n

W \\ceI2: I=0

\n

W \\ceHSO3−: +1+S+3·(−2)=−1⟹S=+4

\n

W \\ceSO42−: S+4·(−2)=−2⟹S=+6

\n

| Jon | Pierwiastek | Stopień utl. zmienia się | Proces |
| \\ceIO3− | I | +5 → 0 | Redukcja (pobiera 5e⁻ na atom I) |
| \\ceHSO3− | S | +4 → +6 | Utlenienie (oddaje 2e⁻ na atom S) |

\n
Krok 2: Napisz równanie redukcji
\n

\\ceIO3−→\\ceI2

\n

Wyrównaj I: potrzeba 2 jonów jodanowych na 1 cząsteczkę \\ceI2:

\n
\\ce2IO3−−>I2
\n

Wyrównaj O: po lewej 6 atomów O - dopisz 6 \\ceH2O po prawej:

\n
\\ce2IO3−−>I2+6H2O
\n

Wyrównaj H: po prawej 12 H - dopisz 12 \\ceH+ po lewej:

\n
\\ce2IO3−+12H+−>I2+6H2O
\n

Wyrównaj ładunek: lewa: 2·(−1)+12·(+1)=+10; prawa: 0

\n

Dopisz 10 elektronów po lewej:

\n
\\ce2IO3−+12H++10e−−>I2+6H2O
\n

Sprawdzenie ładunku: −2+12−10=0 ✓

\n
Krok 3: Napisz równanie utlenienia
\n

\\ceHSO3−→\\ceSO42−

\n

Wyrównaj O: po lewej 3 O, po prawej 4 O - dopisz \\ceH2O po lewej:

\n
\\ceHSO3−+H2O−>SO42−
\n

Wyrównaj H: po lewej 1+2=3 H - dopisz 3 \\ceH+ po prawej:

\n
\\ceHSO3−+H2O−>SO42−+3H+
\n

Wyrównaj ładunek: lewa: −1; prawa: −2+3=+1

\n

Dopisz 2 elektrony po prawej:

\n
\\ceHSO3−+H2O−>SO42−+3H++2e−
\n

Sprawdzenie ładunku: −1=−2+3−2=−1 ✓

\n
Krok 4: Dobierz liczbę elektronów
\n

Redukcja wymaga 10e⁻, utlenienie oddaje 2e⁻. Mnożymy utlenienie przez 5:

\n
\\ce5HSO3−+5H2O−>5SO42−+15H++10e−
\n
Krok 5: Dodaj oba równania
\n
\\ce2IO3−+12H++10e−−>I2+6H2O
\n
\\ce5HSO3−+5H2O−>5SO42−+15H++10e−
\n

Po lewej: \\ce2IO3−+5HSO3−+12H++5H2O

\n

Po prawej: \\ceI2+5SO42−+15H++6H2O

\n

Upraszczamy \\ceH+: 15−12=3 po prawej

\n

Upraszczamy \\ceH2O: 6−5=1 po prawej

\n

Wynik końcowy:

\n
\\ce2IO3−+5HSO3−−>I2+5SO42−+3H++H2O
\n

Sposób 2 - weryfikacja (bilans atomów i ładunków)

\n

Sprawdzamy równanie: \\ce2IO3−+5HSO3−−>I2+5SO42−+3H++H2O

\n

| Pierwiastek | Lewa strona | Prawa strona | OK? |
| I | 2 | 2 | ✓ |
| S | 5 | 5 | ✓ |
| O | 2·3+5·3=21 | 5·4+1=21 | ✓ |
| H | 5·1=5 | 3+2=5 | ✓ |

\n

Bilans ładunków:

\n
Lewa: 2·(−1)+5·(−1)=−7
\n
Prawa: 5·(−2)+3·(+1)=−10+3=−7✓
\n

Wszystko się zgadza - wynik poprawny.

\n

Wzory z karty CKE

\n

W tym zadaniu nie używamy gotowych wartości liczbowych z karty wzorów.

\n

📖 Karta wzorów str. 12 - Potencjały standardowe redukcji
Tabela par redoks pozwala zidentyfikować, który układ jest utleniaczem, a który reduktorem (wyższy potencjał = utleniacz). Tu: \\ceIO3−/I2 ma wyższy E° niż \\ceSO42−/HSO3−, co potwierdza, że \\ceIO3− ulega redukcji.

\n

Schemat oceniania CKE

\n

2 pkt - za poprawne rownania procesu redukcji i utleniania w formie jonowo-elektronowej oraz poprawne sumaryczne rownanie jonowe skrocone.
1 pkt - za poprawne oba rownania polowkowe i bledne sumaryczne, LUB bledne rownania polowkowe i poprawne sumaryczne.
0 pkt - za kazda inna odpowiedz albo brak odpowiedzi.

\n

Klucz CKE: redukcja \\ce2IO3−+6H2O+10e−−>I2+12OH− (lub w srodowisku H+); utlenianie \\ceHSO3−+H2O−>SO42−+3H++2e− (x5); sumarycznie \\ce2IO3−+5HSO3−−>I2+5SO42−+3H++H2O.

\n

Typowe pułapki

\n
⚠️ Uwaga: Środowisko reakcji jest kwaśne - dlatego do wyrównania H i O używamy \\ceH+ i \\ceH2O, a nie \\ceOH−. Błąd środowiska to najczęstsza pomyłka w tym typie zadań.
\n
⚠️ Uwaga: Nie mylić współczynnika przed elektronami z liczbą elektronów na atom. Redukcja 1 atomu I: 5e⁻, ale w \\ceI2 mamy 2 atomy I → półreakcja wymaga 10e⁻ (nie 5e⁻).
\n
⚠️ Uwaga: Po dodaniu równań zawsze uprość \\ceH+ i \\ceH2O - wiele uczniów zostawia je po obu stronach bez uproszczenia, co daje błędne, nieuproszczone współczynniki.
"}]}