{"id":"chemia-2020-czerwiec-matura-rozszerzona/zad/28","paper_id":"chemia-2020-czerwiec-matura-rozszerzona","number":"28","points":1,"ptype":"open","subject":"chemia","category":"matura","year":2020,"month":"czerwiec","level":"rozszerzona","text":"Zadanie 28. (0-1)\nNapisz w formie jonowej, z uwzględnieniem liczby oddawanych lub pobieranych\nelektronów (zapis jonowo-elektronowy), równania reakcji redukcji i utleniania\nzachodzących podczas opisanego procesu.\nRównanie reakcji redukcji:\nRównanie reakcji utleniania:","answer":null,"answer_text":"Zadanie 28. (0-1)\nWymaganie ogólne\nWymagania szczegółowe\nI. Wykorzystanie\ni tworzenie informacji.\nIV etap edukacyjny - zakres rozszerzony\n6. Reakcje utleniania i redukcji. Zdający:\n6.5) stosuje zasady bilansu elektronowego - dobiera\nwspółczynniki stechiometryczne w równaniach reakcji\nutleniania-redukcji (w formie cząsteczkowej i jonowej).\n14. Związki organiczne zawierające azot. Zdający:\n14.4) zapisuje równania reakcji otrzymywania […] amin\naromatycznych (np. otrzymywanie aniliny w wyniku redukcji\nnitrobenzenu).\nZasady oceniania\n1 pkt - poprawne napisanie w formie jonowej równań reakcji redukcji i reakcji utleniania.\n0 pkt - odpowiedź niepełna lub niepoprawna albo brak odpowiedzi.\nPoprawna odpowiedź\nRównanie reakcji redukcji:\nNO2\n+ 7 H+ + 6e-\nNH3\n+ 2 H2O\nALBO\nNO2\n+ 7 H3O+ + 6e-\nNH3\n+ 9 H2O\nRównanie reakcji utleniania:\nTi3+ → Ti4+ + e-\nZasady oceniania rozwiązań zadań","solution":"## Poprawna odpowiedź:\n\n**Reakcja redukcji:**\n\\[\\ce{C6H5NO2 + 7H+ + 6e- -> C6H5NH3+ + 2H2O}\\]\n\n**Reakcja utleniania:**\n\\[\\ce{Ti^3+ - e- -> Ti^4+}\\]\n\n## Sposób 1 - zapis jonowo-elektronowy przez identyfikację stopni utlenienia\n\n### Krok 1 - Ustal, co się utlenia, a co redukuje\n\nPatrzymy na zmianę stopni utlenienia w schemacie ogólnym.\n\n**Azot w nitrobenzenie** \\(\\ce{C6H5NO2}\\): grupa nitrowa \\(-\\ce{NO2}\\), tlen ma -2, więc:\n\\[N + 2 \\cdot (-2) = 0 \\quad\\Rightarrow\\quad N = +3\\]\n(analogicznie jak w \\(\\ce{HNO2}\\), gdzie też \\(N = +3\\))\n\n**Azot w anilinowym jonie** \\(\\ce{C6H5NH3+}\\): ładunek +1 pochodzi z protonowania \\(-\\ce{NH2}\\), ale na stopień utlenienia N nie wpływa (jak \\(\\ce{NH4+}\\) vs \\(\\ce{NH3}\\) - N nadal \\(-3\\)):\n\\[N = -3\\]\n\nZmiana: \\(N: +3 \\to -3\\), zysk \\(6\\,e^-\\) → **redukcja azotu (nitrobenzenu)**\n\n**Tytan** \\(\\ce{Ti^{3+} \\to Ti^{4+}}\\): utrata \\(1\\,e^-\\) → **utlenianie tytanu(III)**\n\n### Krok 2 - Napisz równanie redukcji\n\nWyjście: \\(\\ce{C6H5NO2 -> C6H5NH3+}\\)\n\n**Bilans O:** po lewej 2 atomy O (z \\(-\\ce{NO2}\\)), po prawej 0 → dodaj \\(\\ce{2H2O}\\) po prawej:\n\\[\\ce{C6H5NO2 -> C6H5NH3+ + 2H2O}\\]\n\n**Bilans H:** po prawej \\(5\\,(C_6H_5) + 3\\,(NH_3^+) + 4\\,(2H_2O) = 12\\,\\text{H}\\); po lewej tylko 5 H z pierścienia → brakuje 7 H → dodaj \\(\\ce{7H+}\\) po lewej:\n\\[\\ce{C6H5NO2 + 7H+ -> C6H5NH3+ + 2H2O}\\]\n\n**Bilans ładunku:** lewa strona: \\(0 + 7(+1) = +7\\); prawa: \\(+1\\) → brakuje 6 ujemnych → dodaj \\(\\ce{6e-}\\) po lewej:\n\n\\[\\boxed{\\ce{C6H5NO2 + 7H+ + 6e- -> C6H5NH3+ + 2H2O}}\\]\n\nSprawdzenie: ładunek lewej = \\(+7 - 6 = +1\\) = ładunek prawej ✓\n\n### Krok 3 - Napisz równanie utleniania\n\nProste - tytan traci 1 elektron:\n\n\\[\\boxed{\\ce{Ti^3+ - e- -> Ti^4+}}\\]\n\n## Sposób 2 - weryfikacja przez złożenie równania ogólnego\n\nMnożymy półreakcje tak, by elektrony się skróciły:\n- redukcja × 1: \\(\\ce{C6H5NO2 + 7H+ + 6e- -> C6H5NH3+ + 2H2O}\\)\n- utlenianie × 6: \\(\\ce{6Ti^3+ - 6e- -> 6Ti^4+}\\)\n\nSuma:\n\\[\\ce{C6H5NO2 + 6Ti^3+ + 7H+ -> C6H5NH3+ + 6Ti^4+ + 2H2O}\\]\n\nPorównanie z podanym w zadaniu schematem (niezbalansowanym):\n\\[\\ce{C6H5NO2 + Ti^3+ + H+ -> C6H5NH3+ + Ti^4+ + H2O}\\]\n\nNasze zbalansowane: współczynnik 6 przy Ti i 7 przy H⁺ - **schemat z zadania jest jedynie jakościowy**, nasze półreakcje go poprawnie balansują. ✓\n\n## Wzory z karty CKE\n\n📖 **Karta wzorów str. 12 - Potencjał standardowy redukcji:**\n\\(E°(\\ce{Ti^4+/Ti^3+}) = +0{,}100 \\text{ V}\\)\nNie jest potrzebny do obliczenia, ale potwierdza kierunek reakcji - \\(\\ce{Ti^{3+}}\\) jest reduktorem (oddaje elektron na rzecz substratu o wyższym potencjale).\n\nW tym zadaniu kluczowe są zasady bilansowania jonowo-elektronowego (metoda półreakcji), nie konkretne wartości liczbowe z karty.\n\n## Typowe pułapki\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Stopień utlenienia N w \\(-\\ce{NO2}\\) to **+3**, nie +5. Łatwo pomylić z kwasem azotowym(V) \\(\\ce{HNO3}\\), gdzie \\(N = +5\\). Azot w grupie nitrowej jest jak w \\(\\ce{HNO2}\\) - ma dwa tlenki przy sobie, bo jeden C „zastąpił\" H.\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Produkt to \\(\\ce{C6H5NH3+}\\) (anilinium), a nie \\(\\ce{C6H5NH2}\\) (anilina). W środowisku kwasowym (\\(\\ce{H+}\\)) amina od razu protonuje się do \\(-\\ce{NH3+}\\). Stopień utlenienia N = -3 **w obu przypadkach** - dodanie \\(\\ce{H+}\\) nie zmienia stopnia utlenienia.\n\n> ⚠️ **Uwaga:** W środowisku kwasowym do balansowania półreakcji używamy \\(\\ce{H+}\\) i \\(\\ce{H2O}\\) - nie \\(\\ce{OH-}\\). Gdyby środowisko było zasadowe, inaczej wyglądałaby prawa strona (użylibyśmy \\(\\ce{OH-}\\)).","image":"img/chemia-2020-czerwiec-matura-rozszerzona/zad-28.webp","solution_image":null,"topics":null,"page_from":17,"source":"ocr","answer_source":null,"answer_text_source":"ocr","solution_source":"maturazai","text_source":"ocr","source_label":"Chemia · Matura · czerwiec 2020 (rozszerzona)","subject_label":"Chemia","category_label":"Matura","text_html":"

Zadanie 28. (0-1)
Napisz w formie jonowej, z uwzględnieniem liczby oddawanych lub pobieranych
elektronów (zapis jonowo-elektronowy), równania reakcji redukcji i utleniania
zachodzących podczas opisanego procesu.
Równanie reakcji redukcji:
Równanie reakcji utleniania:

","answer_text_html":"

Zadanie 28. (0-1)
Wymaganie ogólne
Wymagania szczegółowe
I. Wykorzystanie
i tworzenie informacji.
IV etap edukacyjny - zakres rozszerzony

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

6.5) stosuje zasady bilansu elektronowego - dobiera
współczynniki stechiometryczne w równaniach reakcji
utleniania-redukcji (w formie cząsteczkowej i jonowej).

\n
  1. Związki organiczne zawierające azot. Zdający:
\n

14.4) zapisuje równania reakcji otrzymywania […] amin
aromatycznych (np. otrzymywanie aniliny w wyniku redukcji
nitrobenzenu).
Zasady oceniania
1 pkt - poprawne napisanie w formie jonowej równań reakcji redukcji i reakcji utleniania.
0 pkt - odpowiedź niepełna lub niepoprawna albo brak odpowiedzi.
Poprawna odpowiedź
Równanie reakcji redukcji:
NO2

\n\n

NH3

\n\n

ALBO
NO2

\n\n

NH3

\n\n

Równanie reakcji utleniania:
Ti3+ → Ti4+ + e-
Zasady oceniania rozwiązań zadań

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

Poprawna odpowiedź:

\n

Reakcja redukcji:
\\[\\ce{C6H5NO2 + 7H+ + 6e- -> C6H5NH3+ + 2H2O}\\]

\n

Reakcja utleniania:
\\[\\ce{Ti^3+ - e- -> Ti^4+}\\]

\n

Sposób 1 - zapis jonowo-elektronowy przez identyfikację stopni utlenienia

\n
Krok 1 - Ustal, co się utlenia, a co redukuje
\n

Patrzymy na zmianę stopni utlenienia w schemacie ogólnym.

\n

Azot w nitrobenzenie \\(\\ce{C6H5NO2}\\): grupa nitrowa \\(-\\ce{NO2}\\), tlen ma -2, więc:
\\[N + 2 \\cdot (-2) = 0 \\quad\\Rightarrow\\quad N = +3\\]
(analogicznie jak w \\(\\ce{HNO2}\\), gdzie też \\(N = +3\\))

\n

Azot w anilinowym jonie \\(\\ce{C6H5NH3+}\\): ładunek +1 pochodzi z protonowania \\(-\\ce{NH2}\\), ale na stopień utlenienia N nie wpływa (jak \\(\\ce{NH4+}\\) vs \\(\\ce{NH3}\\) - N nadal \\(-3\\)):
\\[N = -3\\]

\n

Zmiana: \\(N: +3 \\to -3\\), zysk \\(6\\,e^-\\) → redukcja azotu (nitrobenzenu)

\n

Tytan \\(\\ce{Ti^{3+} \\to Ti^{4+}}\\): utrata \\(1\\,e^-\\) → utlenianie tytanu(III)

\n
Krok 2 - Napisz równanie redukcji
\n

Wyjście: \\(\\ce{C6H5NO2 -> C6H5NH3+}\\)

\n

Bilans O: po lewej 2 atomy O (z \\(-\\ce{NO2}\\)), po prawej 0 → dodaj \\(\\ce{2H2O}\\) po prawej:
\\[\\ce{C6H5NO2 -> C6H5NH3+ + 2H2O}\\]

\n

Bilans H: po prawej \\(5\\,(C_6H_5) + 3\\,(NH_3^+) + 4\\,(2H_2O) = 12\\,\\text{H}\\); po lewej tylko 5 H z pierścienia → brakuje 7 H → dodaj \\(\\ce{7H+}\\) po lewej:
\\[\\ce{C6H5NO2 + 7H+ -> C6H5NH3+ + 2H2O}\\]

\n

Bilans ładunku: lewa strona: \\(0 + 7(+1) = +7\\); prawa: \\(+1\\) → brakuje 6 ujemnych → dodaj \\(\\ce{6e-}\\) po lewej:

\n

\\[\\boxed{\\ce{C6H5NO2 + 7H+ + 6e- -> C6H5NH3+ + 2H2O}}\\]

\n

Sprawdzenie: ładunek lewej = \\(+7 - 6 = +1\\) = ładunek prawej ✓

\n
Krok 3 - Napisz równanie utleniania
\n

Proste - tytan traci 1 elektron:

\n

\\[\\boxed{\\ce{Ti^3+ - e- -> Ti^4+}}\\]

\n

Sposób 2 - weryfikacja przez złożenie równania ogólnego

\n

Mnożymy półreakcje tak, by elektrony się skróciły:

\n\n

Suma:
\\[\\ce{C6H5NO2 + 6Ti^3+ + 7H+ -> C6H5NH3+ + 6Ti^4+ + 2H2O}\\]

\n

Porównanie z podanym w zadaniu schematem (niezbalansowanym):
\\[\\ce{C6H5NO2 + Ti^3+ + H+ -> C6H5NH3+ + Ti^4+ + H2O}\\]

\n

Nasze zbalansowane: współczynnik 6 przy Ti i 7 przy H⁺ - schemat z zadania jest jedynie jakościowy, nasze półreakcje go poprawnie balansują. ✓

\n

Wzory z karty CKE

\n

📖 Karta wzorów str. 12 - Potencjał standardowy redukcji:
\\(E°(\\ce{Ti^4+/Ti^3+}) = +0{,}100 \\text{ V}\\)
Nie jest potrzebny do obliczenia, ale potwierdza kierunek reakcji - \\(\\ce{Ti^{3+}}\\) jest reduktorem (oddaje elektron na rzecz substratu o wyższym potencjale).

\n

W tym zadaniu kluczowe są zasady bilansowania jonowo-elektronowego (metoda półreakcji), nie konkretne wartości liczbowe z karty.

\n

Typowe pułapki

\n
⚠️ Uwaga: Stopień utlenienia N w \\(-\\ce{NO2}\\) to +3, nie +5. Łatwo pomylić z kwasem azotowym(V) \\(\\ce{HNO3}\\), gdzie \\(N = +5\\). Azot w grupie nitrowej jest jak w \\(\\ce{HNO2}\\) - ma dwa tlenki przy sobie, bo jeden C „zastąpił" H.
\n
⚠️ Uwaga: Produkt to \\(\\ce{C6H5NH3+}\\) (anilinium), a nie \\(\\ce{C6H5NH2}\\) (anilina). W środowisku kwasowym (\\(\\ce{H+}\\)) amina od razu protonuje się do \\(-\\ce{NH3+}\\). Stopień utlenienia N = -3 w obu przypadkach - dodanie \\(\\ce{H+}\\) nie zmienia stopnia utlenienia.
\n
⚠️ Uwaga: W środowisku kwasowym do balansowania półreakcji używamy \\(\\ce{H+}\\) i \\(\\ce{H2O}\\) - nie \\(\\ce{OH-}\\). Gdyby środowisko było zasadowe, inaczej wyglądałaby prawa strona (użylibyśmy \\(\\ce{OH-}\\)).
"}]}