T 3.4.5 Odpowiedzi do zadań maturalnych

Reakcje utlenienia i redukcji

Zadanie 1

Poniżej przedstawiono równania czterech reakcji utleniania i redukcji.

I BaH₂ + 2H₂O → Ba(OH)₂ + 2H₂

II 2K + 2H₂O → 2KOH + H₂

III   H₂ + S → H₂S

IV    Mg + 2HCl → MgCl₂ + H₂

a) Spośród reakcji zilustrowanych powyższymi równaniami wybierz te, w których wyniku formalny stopień utlenienia wodoru zwiększa się. Napisz numery, którymi oznaczono równania tych reakcji.

I

b) Uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i podkreśl jedno określenie spośród podanych w każdym nawiasie tak, aby zdania były prawdziwe.

1. Substancją pełniącą funkcję reduktora w reakcji I jest (BaH₂ / H₂O), a substancją pełniącą funkcję utleniacza w reakcji II jest (K / H₂O).

2. Jeden mol azotu S w reakcji III (pobiera/oddaje) liczbę moli elektronów równą (dwa/cztery).

3. W reakcji IV jeden mol magnezu oddaje (1 mol / 2 mole / 4 mole) elektronów, ulega więc procesowi (redukcji/utlenienia).

4. W reakcji IV atom magnezu oddaje elektrony walencyjne należące do podpowłoki (3s / 3p).

Zadanie 2

Jony MnO₄⁻ w zależności od odczynu ulegają redukcji do drobin, w których manga może występować na różnych stopniach utlenienia. Poniżej przedstawiono reakcję, w której w środowisku kwasowym jony manganianowe(VII) ulegają redukcji do jonów manganu(II)

MnO₄⁻ + H₂O₂ + H⁺ → Mn²⁺ + O₂ + H₂O

Napisz w formie jonowej z uwzględnieniem liczby oddawanych lub pobieranych elektronów (zapis jonowo-elektronowy) równanie reakcji utleniania i równanie reakcji redukcji zachodzących podczas tego procesu. Uwzględnij, że reakcja przebiega w środowisku kwasowym.

Równanie reakcji utleniania:

H₂O₂ → 2e^–+ O₂ + 2H⁺

Równanie reakcji redukcji:

MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e^– → Mn²⁺ + 4H₂O

Równanie sumaryczne:

2MnO₄⁻ + 5H₂O₂ + 6H⁺ → 2Mn²⁺ + 5O₂ + 8H₂O

Zadanie 3

Poniżej przedstawiono konfigurację elektronową atomów w stanie podstawowym czterech pierwiastków (I–IV).

I    1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p³

II    1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹3d⁵

III    1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹

IV    1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹3d⁵

Podaj maksymalny stopień utlenienia, jaki może przyjmować pierwiastek IV w związkach chemicznych, oraz określ charakter chemiczny tlenku, w którym pierwiastek IV występuje na najwyższym stopniu utlenienia.

Maksymalny stopień utlenienia: VI

Charakter chemiczny tlenku: kwasowy

 Zadanie 4

Związek o wzorze H₃AsO₃ w środowisku o odczynie kwasowym reaguje z cynkiem zgodnie z następującym schematem:

 Zn + H₃AsO₃ + H⁺ → Zn²⁺ + As + H₂O

Wybierz w każdym nawiasie poprawne uzupełnienie poniższych zdań.

1. W opisanej reakcji związek o wzorze H₃AsO₃ pełni funkcję (reduktora / utleniacza), gdyż ulega (redukcji / utlenieniu). W czasie reakcji stopień utlenienia wodoru (nie ulega zmianie / się zmniejsza / się zwiększa).

Zadanie 5 

Poniżej podano schematy dwóch reakcji utleniania i redukcji.

I    ……. MnO₄⁻ + ……. SO₃²⁻ + ……. H⁺ → ……. Mn²⁺ ……. SO₄²⁻ + ……. H₂O

II  ……. I⁻ + ……. H₂O₂ + ……. H⁺ → ……. I₂ + ……. H₂O

a) Uzupełnij tabelę, wpisując wzory substancji pełniących funkcję utleniacza i pełniących funkcję reduktora w reakcjach zilustrowanych podanymi schematami.

	Reduktor	Utleniacz
Reakcja 1	SO32−	MnO4−
Reakcja 2	I−	H2O2

b) Oblicz stosunek molowy reduktora do utleniacza w reakcji I.

5 : 2

 Zadanie 6 

Uzupełnij tabelę wpisując w odpowiednie miejsce P lub F

	P/F
Pierwiastki I grupy głównej są mocnymi reduktorami, ponieważ mają tendencję do przyjmowania elektronów.	F
W reakcji redoks jest zawsze tylko jeden utleniacz i tylko jeden reduktor.	F
Jeśli do roztworu chlorku sodu doda się bromu elementarnego, to reakcja redoks nie zachodzi to jony chlorkowe zostaną utlenione do chloru cząsteczkowego.	F
Kierunek przebiegu reakcji redoks można ocenić na podstawie wartości potencjałów standardowych.	P

Zadanie 7  

W podanych niżej reakcjach (1) – (4) wskaż związek/jon, który pełni rolę utleniacza i reduktora. 

1.   P₄  +  3NaOH   +  3H₂O  ⟶ PH₃  +  3NaH₂PO₂
2.   Br₂  +  2I^–  ⟶  2Br ^– + I₂
3.   5Ca  +  V₂O₅  ⟶  2V  +  5CaO
4.   Cl₂ + 2OH^–  ⟶ ClO^–  +  Cl^–  +  H₂O

	Reakcja (1)	Reakcja (2)	Reakcja (3)	Reakcja (4)
utleniacz	P4	Br2	V2O5	Cl2
reduktor	P4	Iー	Ca	Cl2

Zadanie 8  

Uzupełnij poniższe zdania ー wybierz i podkreśl jedno właściwe określenie spośród podanych w każdym nawiasie. 

Utleniacze to substancje, które (przyjmują / oddają) elektrony i ulegające (utlenieniu / redukcji), natomiast reduktory to substancje, które (przyjmują / oddają) elektrony i ulegające (utlenieniu / redukcji). Fluorowce są (słabymi / silnymi) utleniaczami, a moc utleniająca fluorowców (maleje / rośnie) w dół grupy.  

……………………………………………………………………………………………………………………………….

 Zadanie 9 

Uzupełnij tabelę wpisując w odpowiednie miejsce P lub F

	P/F
W reakcji utlenienia pierwiastek zwiększa swój stopień utlenienia przyjmując odpowiednią liczbę elektronów.	F
Reakcja redukcji polega na przyjmowaniu elektronów przez reduktor.	F
Reakcja dysproporcjonowania to taki przypadek reakcji redoks, w której jeden pierwiastek na pośrednim stopniu utlenienia tworzy dwa produkty, w których występuje w jednym na wyższym a drugim na niższym stopniu utlenienia.	P
Nadtlenek wodoru (H2O2) w reakcjach redoks może pełnić rolę zarówno utleniacza jak i reduktora ponieważ tlen w tym związku może się zredukować do stopnia utlenienia (-II) takiego na jakim występuje w wodzie lub ulec utlenieniu do stopnia (0) takiego jak w tlenie cząsteczkowym.	P

Zadanie 10  

Uzupełnij poniższy tekst, wpisując w odpowiednie miejsca informacje dotyczące struktury elektronowej atomu chloru i jego stopni utlenienia.

1. Atom chloru w stanie podstawowym ma konfigurację elektronową 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵ stąd w powłoce walencyjnej tego atomu znajduje się 7 elektronów. Chlor należy do bloku konfiguracyjnego p układu okresowego. 

2. Minimalny stopień utlenienia, jaki przyjmuje chlor w związkach chemicznych, jest równy -I, a maksymalny wynosi + VII.

 Zadanie 11 

Określ stopień utlenienia chloru w podanych substancjach,  wpisując odpowiednie wartości do tabeli. 

	NaClO4	NaClO3	NaClO	Cl2O3	ClO3	Cl2	NaCl
stopień utlenienia chloru	VII	V	I	III	VI	0	-I

Zadanie 12

Uzupełnij indeksy stechiometryczne (x) podanych związków korzystając z podanych wartości stopnia utlenienia. 

	CrxO72ー	BaMnOx	PxO3	HxIO6	Na2[Sn(OH)]x	AlClxー
stopień utlenienia	Cr(VI)	Mn(IV)	P(III)	I(VII)	Sn(IV)	Al(III)
x	2	3	2	5	6	4

Zadanie 13  

Wśród reakcji redoks można wyróżnić między innymi reakcję dysproporcjonowania, to taki przypadek reakcji redoks, w której jeden pierwiastek na pośrednim stopniu utlenienia tworzy dwa produkty, jeden na wyższym a drugi na niższym stopniu utlenienia

Przykładem takiej reakcji jest następujący proces:

N₂O₄ + OH⁻ → NO₂⁻ + NO₃⁻ + H₂O

Napisz w formie jonowej z uwzględnieniem liczby oddawanych lub pobieranych elektronów (zapis jonowoーelektronowy) równania procesów redukcji i utleniania zachodzących podczas opisanej reakcji dysproporcjonacji.

Równanie procesu redukcji:  N₂O₄ + 2e⁻ → 2NO₂⁻

Równanie procesu utleniania:  N₂O₄ + 4OH⁻ → 2NO₃⁻ + 2H₂O +2e⁻

Zadanie 14  

Pewna reakcja przebiega zgodnie z ogólnym schematem: 

Zn  + NO₃^ー+ OH^ー  ⟶  ZnO₂^2ー+ NH₃ +  H₂O

Napisz w formie jonowej, z uwzględnieniem liczby oddawanych lub pobieranych elektronów (zapis jonowoーelektronowy), równania procesów redukcji i utleniania zachodzących podczas tej przemiany.

Równanie procesu utleniania:  Zn + 4OH^ー  ⟶ ZnO₂^2ー+  2e^ー +  2H₂O

Równanie procesu redukcji: NO₃^ー +  8e^ー +  6H₂O  ⟶ NH₃ +  9OH^ー

Równanie sumaryczne: 4Zn  +  NO₃^ー + 7OH^ー  ⟶  4ZnO₂^2ー+  NH₃ +  2H₂O

Napisz wzory drobin (cząsteczek lub jonów), które w opisanej przemianie pełnią funkcję utleniacza i reduktora.

Utleniacz: NO₃^ー             Reduktor: Zn

Zadanie 15  

W wielu reakcjach organicznych następuję zmiana stopnia utlenienia atomu węgla. Na poniższym schemacie przedstawiono przykładowy schemat takich reakcji. /Nowe sprawdzić/

R-CH₂OH    ⟶    R-CHO    ⟶    R-COOH

Uzupełnij poniższe zdania ー wybierz i podkreśl jedno właściwe określenie spośród podanych w każdym nawiasie. 

Najwyższy stopień utlenienia posiada atom węgla w  (alkoholu / aldehydzie / kwasie karboksylowym). Reakcja w wyniku, której z 1 mola aldehydu powstaje jeden mol kwasu karboksylowego jest procesem (utlenienia / redukcji) w trakcie którego (1mol / 2mole / 4mole ) elektronów przechodzą od (utleniacza /reduktora) do (utleniacza / reduktora).

Zadanie 16  

Wśród wielu rodzajów reakcji chemicznych można wyróżnić reakcje utlenianiaーredukcji (w skrócie redoks). Poniżej przedstawiono cztery reakcje związków nieorganicznych. 

1. 2K₄Fe(CN)₆ + Cl₂ ⟶ 2K₃Fe(CN)₆ + 2KCl
2. CaCO₃ ⟶ CaO + CO₂ 
3. H₂S + Cl₂ ⟶ 2HCl + S
4. 2HNO₃ + Ba(OH)₂ ⟶ Ba(NO₃)₂ + 2H₂O

Podaj numery reakcji, w których następuje wymiana elektronów pomiędzy reduktorem i utleniaczem.

1, 3

……………………………………………………………………………………………………………………………….

 Zadanie 17 

Uzupełnij tabelę wpisując w odpowiednie miejsce P lub F

	P/F
W nadtlenkach podobnie jak w tlenkach tlen przyjmuje stopień utlenienia (-I)	F
W cząsteczce Na2S2O3 siarka przyjmuje stopień utlenienia (II)	F
Istnieje związek tlenu, w którym tlen przyjmuje stopień utlenienia (II)	P
Reakcje dysproporcjonowania i synproporcjonowania są pewnymi szczególnymi przypadkami reakcji redoks.	P

Zadanie 18   

Dysponując potencjałami standardowymi następujących reakcji połówkowych zapisz równanie reakcji redoks, która przebiegałaby w sposób samorzutny. Wskaż indywiduum chemiczne, które pełni rolę utleniacza i reduktora w tej reakcji. 

NO3ー+ 4H+ + 3eー ⟶  NO + 2H2O	E° = 0,96 V
N2 + 5H+ + 4eー ⟶ N2H5+	E° = – 0,23 V

Równanie reakcji:  4NO₃^ー+ 3N₂H₅⁺   + H⁺   ⟶ 3N₂ + 4NO + 8H₂O

Utleniacz	Reduktor
NO3ー	N2H5+

Zadanie 19   

Określ stopnie utlenienia atomów węgla w cząsteczce kwasu propanowego. Wypełnij tabelę, wpisując stopień utlenienia atomu węgla, którego symbol został zaznaczony.

	CH3-CH2-COOH	CH3–CH2-COOH	CH3-CH2–COOH
Stopień utlenienia	-III	-II	III

Zadanie 20   

Wybierz z podanych cząsteczki lub jony spełniające podane warunki. Wpisz je do odpowiednich rubryk w tabeli.

MnO₄⁻, S²⁻, SO₃²⁻, H⁺, Cu⁺, MnO₄²⁻, Ag⁺, O₂²⁻, NO₂⁻, NH₄⁺

	Wybrane cząsteczki lub jony
Te jony proste w reakcjach redoks mogą pełnić rolę wyłącznie utleniacza.	Ag+, H+
Ten jon manganu w reakcjach redoks jest wyłącznie utleniaczem.	MnO4−
Siarka i azot mogą występować na różnych stopniach utlenienia. Z podanych cząsteczek wybierz takie, w których pierwiastki mogą się tylko utlenić.	S2−, NH4+
Wybierz z podanych cząsteczek lub jonów ten lub te, w których len występuje na -I stopniu utlenienia.	O22−

……………………………………………………………………………………………………………………………….