Zadanie 17. (0–1)
Treść
Roztwarzanie tlenków wanadu ($\ce{VO}$, $\ce{V2O3}$, $\ce{VO2}$, $\ce{V2O5}$) w kwasach nie zawsze prowadzi do powstania prostych kationów wanadu, takich jak $\ce{V^2+}$ lub $\ce{V^3+}$, gdyż ten pierwiastek na wyższych stopniach utlenienia tworzy jony oksowanadowe, takie jak $\ce{VO2^+}$ lub $\ce{VO^2+}$.
Po zmieszaniu roztworu zawierającego kationy $\ce{VO2^+}$ z roztworem zawierającym kationy $\ce{V^2+}$ w środowisku kwasowym zachodzi reakcja, którą można opisać równaniem:
$\ce{VO2^+ (aq) + V^2+ (aq) + 2H3O^+ (aq) -> VO^2+ (aq) + V^3+ (aq) + 3H2O (c)}$
Na podstawie: C. Blanc, A. Rufer, Paths to Sustainable Energy, Lozanna 2010.
W poniższej tabeli podano równania dwóch reakcji:
| I | $\ce{VO2^+ (aq) + 2H3O^+ (aq) + e^- <=> VO^2+ (aq) + 3H2O (c)}$ |
| II | $\ce{V^3+ (aq) + e^- <=> V^2+ (aq)}$ |
Rozstrzygnij, która reakcja – I czy II – charakteryzuje się wyższą wartością standardowego potencjału redukcji. Odpowiedź uzasadnij.
Pokaż odpowiedź
Wymagania określone w podstawie programowej
I. Pozyskiwanie, przetwarzanie i tworzenie informacji. Zdający: 1) […] przetwarza informacje z różnorodnych źródeł.
II. Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów. Zdający: 5) wykorzystuje wiedzę i dostępne informacje do rozwiązywania problemów chemicznych […].
VIII. Reakcje utleniania i redukcji. Zdający: 6) przewiduje kierunek przebiegu reakcji utleniania-redukcji na podstawie wartości potencjałów standardowych półogniw; pisze odpowiednie równania reakcji.
IX. Elektrochemia. Ogniwa. Zdający: 1) stosuje pojęcia: półogniwo, anoda, katoda, ogniwo galwaniczne, klucz elektrolityczny, potencjał standardowy półogniwa […] SEM; 2) pisze oraz rysuje schemat ogniwa odwracalnego i nieodwracalnego; 3) pisze równania reakcji zachodzące na elektrodach […] ogniwa galwanicznego […]; projektuje ogniwo, w którym zachodzi dana reakcja chemiczna; pisze schemat tego ogniwa.
Zasady oceniania 1 pkt – poprawne rozstrzygnięcie i napisanie poprawnego uzasadnienia. 0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.
Rozwiązanie
Rozstrzygnięcie: (reakcja) I.
Uzasadnienie: Jony $\ce{VO2^+}$ są w stanie utlenić jony $\ce{V^2+}$ (pełnią funkcję utleniacza), a więc potencjał standardowy pary redoks $\ce{VO2^+}/\ce{VO^2+}$ musi być wyższy od potencjału standardowego sprzężonej pary redoks $\ce{V^3+}/\ce{V^2+}$.