Zadanie 8. (0-3)
Zdjęcie A ilustruje wygląd probówki z wodnym roztworem pewnej soli potasu zawierającej
mangan. Do tej probówki dodano wodny roztwór siarczanu(IV) potasu, a następnie jej
zawartość wymieszano. Wygląd probówki po reakcji przedstawiono na zdjęciu B.
Napisz w formie jonowej skróconej, z uwzględnieniem liczby oddawanych lub
pobieranych elektronów (zapis jonowo-elektronowy), równania reakcji redukcji
i utleniania zachodzących podczas opisanej przemiany. Uwzględnij, że reakcja
zachodzi w środowisku obojętnym. Uzupełnij wzory reagentów i współczynniki
stechiometryczne w poniższym schemacie.
Równanie reakcji redukcji:
Równanie reakcji utleniania:
Zdjęcie A
Zdjęcie B
8.
0-1-
2-3
MCHP-R0_100
Zadanie 8. (0-3)
Wymagania ogólne
Wymagania szczegółowe
I. Pozyskiwanie, przetwarzanie i tworzenie
informacji. Zdający:
z różnorodnych źródeł […].
II. Rozumowanie i zastosowanie nabytej
wiedzy do rozwiązywania problemów.
Zdający:
chemicznych.
VIII. Reakcje utleniania i redukcji. Zdający:
-jonowego - dobiera współczynniki
stechiometryczne w schematach reakcji
utleniania-redukcji (w formie
cząsteczkowej i jonowej).
Zasady oceniania
3 pkt - poprawne wykonanie trzech czynności spośród wymienionych:
• napisanie we właściwej formie równania reakcji redukcji
• napisanie we właściwej formie równania reakcji utleniania
• uzupełnienie wzorów reagentów i współczynników stechiometrycznych
w schemacie reakcji.
2 pkt - poprawne wykonanie dwóch dowolnych czynności spośród wymaganych do
uzyskania 3 pkt.
1 pkt - poprawne wykonanie jednej dowolnej czynności spośród wymaganych do
uzyskania 3 pkt.
0 pkt - odpowiedź niespełniająca wymagań na 1 pkt albo brak odpowiedzi.
Przykładowe rozwiązania
Równanie reakcji redukcji: MnO4
2- + 2H2O + 2e- → MnO2 + 4OH-
Równanie reakcji utleniania: SO3
2- + 2OH- → SO4
2- + H2O + 2e-
ALBO SO3
2- + 3H2O → SO4
2- + 2H3O+ + 2e- ALBO SO3
2- + H2O → SO4
2- + 2H+ + 2e-
(1)K2MnO4 + (1)K2SO3 + (1)H2O → (1)MnO2 + (1)K2SO4 + 2KOH
Uwaga: Jeżeli w równaniu reakcji redukcji zdający nie uwzględni warunku zadania -
środowiska obojętnego - to nie przyznaje się punktu.
Zasady oceniania rozwiązań zadań
Odpowiedź: Krok 1. Ustalenie stopni utlenienia. | Reagent | Pierwiastek | Stopień utlenienia | Rola | |---|---|---|---| | $\\text{MnO}_4^{2-}$ (manganian(VI)) | Mn | +VI | utleniacz — ulega redukcji | | $\\text{MnO}_2$ | Mn | +IV | produkt redukcji | | $\\text{SO}_3^{2-}$ (siarczan(IV)) | S | +IV | reduktor — ulega utlenieniu | | $\\text{SO}_4^{2-}$ (siarczan(VI)) | S | +VI | produkt utlenienia | Krok 2. Równanie reakcji redukcji (środowisko obojętne — po prawej stronie $\\text{OH}^-$): $$\\text{MnO}_4^{2-} + 2\\,\\text{H}_2\\text{O} + 2\\,e^- \\rightarrow \\text{MnO}_2 + 4\\,\\text{OH}^-$$ Sprawdzenie ładunku: lewa $-2 + (-2) = -4$; prawa $4\\cdot(-1) = -4$ ✓ Krok 3. Równanie reakcji utleniania: $$\\text{SO}_3^{2-} + 2\\,\\text{OH}^- \\rightarrow \\text{SO}_4^{2-} + \\text{H}_2\\text{O} + 2\\,e^-$$ Sprawdzenie ładunku: lewa $-2 + (-2) = -4$; prawa $-2 + (-2) = -4$ ✓ (CKE uznaje też zapisy z jonem oksoniowym: $\\text{SO}_3^{2-} + 3\\,\\text{H}_2\\text{O} \\rightarrow \\text{SO}_4^{2-} + 2\\,\\text{H}_3\\text{O}^+ + 2\\,e^-$ albo $\\text{SO}_3^{2-} + \\text{H}_2\\text{O} \\rightarrow \\text{SO}_4^{2-} + 2\\,\\text{H}^+ + 2\\,e^-$.) Krok 4. Uzupełniony schemat. Liczba oddanych i pobranych elektronów jest równa (po 2), więc współczynniki przed reagentami redoks wynoszą 1: $$\\text{K}_2\\text{MnO}_4 + \\text{K}_2\\text{SO}_3 + \\text{H}_2\\text{O} \\rightarrow \\text{MnO}_2 + \\text{K}_2\\text{SO}_4 + 2\\,\\text{KOH}$$ Bilans kontrolny: | Pierwiastek | Lewa strona | Prawa strona | |---|---|---| | K | $2 + 2 = 4$ | $2 + 2 = 4$ ✓ | | Mn | 1 | 1 ✓ | | S | 1 | 1 ✓ | | O | $4 + 3 + 1 = 8$ | $2 + 4 + 2 = 8$ ✓ | | H | 2 | 2 ✓ |
\nTreść zadania (CKE)
\nBilansowanie równań połówkowych — trzy środowiska
\nŚrodowisko | Niedobór tlenu uzupełniamy | Nadmiar tlenu wiążemy
kwasowe | $\\text{H}_2\\text{O}$ po stronie z mniejszą liczbą O | $\\text{H}^+$ po drugiej stronie
obojętne | $\\text{H}_2\\text{O}$ po stronie substratów | $\\text{OH}^-$ po stronie produktów
zasadowe | $\\text{OH}^-$ po stronie substratów | $\\text{H}_2\\text{O}$ po stronie produktów
Procedura dla równania połówkowego:
\nBarwy związków manganu
\nJon / związek | Stopień utlenienia | Barwa
$\\text{Mn}^{2+}$ (aq) | +II | bardzo bladoróżowa (praktycznie bezbarwna)
$\\text{MnO}_2$ | +IV | brunatny osad
$\\text{MnO}_4^{2-}$ (manganian(VI)) | +VI | zielona
$\\text{MnO}_4^{-}$ (manganian(VII)) | +VII | fioletowa
Obserwacja w tym doświadczeniu: zielony roztwór → brunatny osad — to potwierdza redukcję Mn(+VI) do Mn(+IV).
\nProdukty redukcji manganianu(VII) zależą od środowiska
\nŚrodowisko | Produkt | Barwa | Elektrony
kwasowe | $\\text{Mn}^{2+}$ | odbarwienie | 5 e⁻
obojętne | $\\text{MnO}_2$ | brunatny osad | 3 e⁻
zasadowe | $\\text{MnO}_4^{2-}$ | zielona | 1 e⁻
W tym zadaniu utleniaczem jest manganian(VI), a nie (VII), więc w środowisku obojętnym redukcja do $\\text{MnO}_2$ wymaga 2 elektronów.
\nSiarczany(IV) jako reduktory
\n$$\\text{SO}_3^{2-} \\rightarrow \\text{SO}_4^{2-} + 2\\,e^- \\qquad (\\text{S}: +\\text{IV} \\rightarrow +\\text{VI})$$
\nSiarczany(IV) i tlenek siarki(IV) należą do typowych reduktorów w zadaniach maturalnych — obok $\\text{Fe}^{2+}$, $\\text{I}^-$, $\\text{H}_2\\text{S}$, $\\text{C}_2\\text{O}_4^{2-}$ i $\\text{H}_2\\text{O}_2$ (ta ostatnia bywa też utleniaczem).
\nJak przejść z równań połówkowych do równania sumarycznego
\n$$\\text{K}_2\\text{MnO}_4 + \\text{K}_2\\text{SO}_3 + \\text{H}_2\\text{O} \\rightarrow \\text{MnO}_2 + \\text{K}_2\\text{SO}_4 + 2\\,\\text{KOH}$$
\nPunktacja CKE
\nPunkty przyznawane są za trzy niezależne czynności:
\nTypowy błąd: Klucz CKE zawiera ostrzeżenie wprost: jeśli w równaniu redukcji nie uwzględnisz środowiska obojętnego, punktu nie ma. W środowisku obojętnym po stronie substratów wpisujemy $\\text{H}_2\\text{O}$, a po stronie produktów — $\\text{OH}^-$. Zapis z $\\text{H}^+$ po stronie lewej byłby właściwy dla środowiska kwasowego. Nie myl manganianu(VI) z manganianem(VII). $\\text{MnO}_4^{2-}$ (zielony, Mn na +VI) to manganian(VI); $\\text{MnO}_4^{-}$ (fioletowy, Mn na +VII) to manganian(VII), czyli potocznie nadmanganian. Zadanie dotyczy tego pierwszego — świadczy o tym wzór soli $\\text{K}_2\\text{MnO}_4$ z dwoma atomami potasu. Siarczan(IV) to nie siarczan(VI). $\\text{SO}_3^{2-}$ — siarka na +IV, działa jako reduktor; $\\text{SO}_4^{2-}$ — siarka na +VI, produkt utlenienia. Nazewnictwo Stocka jest tu jedyną wskazówką. W zapisie jonowym skróconym pomijamy jony niebiorące udziału w reakcji. Jony $\\text{K}^+$ są jonami widzami — nie mogą pojawić się w równaniach połówkowych. $\\text{MnO}_2$ zapisujemy w formie cząsteczkowej, bo to nierozpuszczalny, brunatny osad. Tlenek nie dysocjuje, więc nie rozpisujemy go na jony. Sprawdzaj bilans ładunku, nie tylko atomów. W równaniu połówkowym suma ładunków po obu stronach (z uwzględnieniem elektronów) musi być równa. To najszybszy sposób wykrycia błędu. Punktacja jest „po jednym za czynność". Można zdobyć 1 lub 2 punkty nawet przy niepełnym rozwiązaniu — warto zapisać wszystko, co się umie, zamiast zostawiać puste miejsca.
"},{"source":"maturazai","label":"maturazai.pl (AI)","kind":"text","html":"Równanie reakcji redukcji:
$$\\ce{MnO4^2- + 2H2O + 2e- -> MnO2 + 4OH-}$$
Równanie reakcji utleniania:
$$\\ce{SO3^2- + 2OH- -> SO4^2- + H2O + 2e-}$$
Schemat sumaryczny:
$$\\ce{K2MnO4 + K2SO3 + H2O -> MnO2 + K2SO4 + 2KOH}$$
Roztwór zielony zawiera jony manganianowe(VI) \\(\\ce{MnO4^2-}\\) (mangan na +VI). Po dodaniu \\(\\ce{K2SO3}\\) powstaje brunatny osad \\(\\ce{MnO2}\\) (mangan +IV). Zachodzi reakcja dysproporcjonowania/redoks w środowisku obojętnym.
\nRedukcja (Mn +VI → +IV, pobiera 2e⁻). W środowisku obojętnym po lewej stronie dodaje się \\(\\ce{H2O}\\), a po prawej powstają jony \\(\\ce{OH-}\\):
$$\\ce{MnO4^2- + 2H2O + 2e- -> MnO2 + 4OH-}$$
Utlenianie (S +IV → +VI, oddaje 2e⁻):
$$\\ce{SO3^2- + 2OH- -> SO4^2- + H2O + 2e-}$$
Liczba elektronów jest zgodna (2e⁻ = 2e⁻). Po dodaniu równań jonowych i uzupełnieniu jonami \\(\\ce{K+}\\) otrzymujemy równanie cząsteczkowe:
$$\\ce{K2MnO4 + K2SO3 + H2O -> MnO2 + K2SO4 + 2KOH}$$
Bilans potasu: lewa \\(2+2=4\\), prawa \\(2+2=4\\) ✓; bilans wodoru i tlenu również się zgadza.
\n3 pkt - trzy czynności poprawne: równanie redukcji, równanie utleniania, uzupełnienie wzorów i współczynników w schemacie. 2 pkt - dwie czynności. 1 pkt - jedna czynność. Nieuwzględnienie środowiska obojętnego w równaniu redukcji (np. użycie \\(\\ce{H+}\\)) = brak punktu za to równanie.
"}]}