a)

Uzupełniony schemat przemiany jądrowej:

 

b)

Większą gęstość ma (woda / woda ciężka). Wyższa temperatura wrzenia charakteryzuje (wodę / wodę ciężką).

Z sodem reaguje (tylko woda / zarówno woda zwykła jak i ciężka). Liczba protonów w cząsteczce D₂O jest (taka sama jak / większa niż) w H₂O.

 

c)

Składnikami zircaloy są: Zr, Sn, Ni, Cr, Nb oraz Fe.

Właściwość	Symbol pierwiastka
Elektrony walencyjne pierwiastka znajdują się na jednej powłoce.	Sn
W wyniku utleniania soli tego pierwiastka na III stopniu utlenienia nadtlenkiem wodoru w środowisku kwasowym barwa roztworu zmienia się zielonej na pomarańczową.	Cr
Pierwiastek ten stanowi 74,03% masowych jego tlenku o wzorze ogólnym XO2.	Zr
Konfiguracja elektronowa tego pierwiastka to 1s22s22p63s23p64s23d6.	Fe
SEM ogniwa, w którym katodę anodę stanowi półogniwo cynkowe, a anodę katodę półogniwo wykonane z tego metalu wynosi 0,505 V.*	Ni
Jądro atomu tego pierwiastka zawiera tyle protonów, ile jest neutronów w izotopie germanu-73.	Nb

 

*Uwaga!

W tablicach maturalnych, oraz w tych zamieszczonych z tyłu podręcznika nie ma półogniwa metalicznego, które posiadałoby potencjał, który wynika z tak skonstruowanego pytania (E_A = -1,267 V). W innych źródłach możemy sprawdzić, że standardowe potencjały redukcji półogniw niobowego i cyrkonowego również posiadają inne wartości. Najprawdopodobniej w treści polecenia zamieniono ze sobą słowa "katoda" i "anoda".

---

Wyjaśnienie:

Uzupełniamy schemat o liczby masowe i atomowe neutronów oraz odczytane z układu okresowego liczby atomowe uranu i baru:

Znajdujemy symbol pierwiastka o liczbie atomowej Z = 36 jest to krypton:

Obliczamy liczbę masową kryptonu:

$1+235=141+A_{\mathrm{Kr}}+3\cdot 1$

$236=144+A_{\mathrm{Kr}}$

$A_{\mathrm{Kr}}=236-144$

$A_{\mathrm{Kr}}=92$

Otrzymujemy uzupełniony schemat przemiany jądrowej:

Z racji na fakt, że D₂O tworzy silniejsze oddziaływania wodorowe od cząsteczek wody ma on wyższą temperaturę wrzenia (większa energia niezbędna jest do rozerwania wiązań i przeprowadzenia D₂O w stan gazowy) oraz większą gęstość. Gęstość to iloraz masy i objętości. D₂O (M = 20 g/mol) charakteryzuje się większą masą w porównaniu do H₂O (M = 18 g/mol) a objętości ich próbek o takiej samej liczbie cząsteczek są bardzo zbliżone - objętość D₂O powinna być nieznaczniej, większa od H₂O, jednak teoretyczna różnica jest kompensowana przez silniejsze wiązania wodorowe obecne między cząsteczkami wody ciężkiej. Wodór i deuter są izotopami co oznacza, że mają taką samą liczbę protonów różniąc się jedynie liczbą neutronów. W cząsteczce wody znajduje się 10 protonów - tyle samo znajduje się w tlenku deuteru.

Tylko pierwiastki bloków s i p posiadają elektrony walencyjne na jednej powłoce. Pierwiastki bloków d posiadają swoje elektrony na dwóch powłokach: n-1 oraz n: (n-1)d ns. Natomiast pierwiastki bloku f na trzech powłokach n-2, n-1 oraz n: (n-2)f (n-1)d ns.

Wyznaczamy wzór tlenku pierwiastka X (XO₂), w którym stanowi on 74,03% masowych:

$\frac{M_{\mathrm{X}}}{M_{\mathrm{XO}{}_2}}\cdot 100\%=74,03\%$

$\frac{M_{\mathrm{X}}}{M_{\mathrm{X}}+2\cdot M_{\mathrm{O}}}=0,7403$

$\frac{M_{\mathrm{X}}}{M_{\mathrm{X}}+32\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}}=0,7403$

$M_{\mathrm{X}}=0,7403M_{\mathrm{X}}+23,6896\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}$

$0,0,2597M_{\mathrm{X}}=23,6896\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}$

$M_{\mathrm{X}}\approx 91,22\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}$

Pierwiastkiem X jest cyrkon.

Wzór na siłę elektromotoryczną ogniwa wygląda następująco:

$\mathrm{SEM}=\mathrm{E}{}_{\mathrm{K}}-\mathrm{E}{}_{\mathrm{A}}$

gdzie:

SEM - siła elektromotoryczna ogniwa,

E_K - potencjał standardowy katody,

E_A - potencjał standardowy anody.

Przekształcamy go tak, aby wyznaczyć standardowy potencjał redukcji katody:

$\mathrm{SEM}=\mathrm{E}{}_{\mathrm{K}}-\mathrm{E}{}_{\mathrm{A}}\Rightarrow \mathrm{E}{}_{\mathrm{K}}=\mathrm{SEM}+\mathrm{E}{}_{\mathrm{A}}$

Znamy wartość SEM ogniwa:

$\mathrm{SEM}=0,505\mathrm{V}$

Z tablic odczytujemy wartość E⁰ dla półogniwa cynkowego- wiemy, że pełni ono w ogniwie funkcję anody:

$\mathrm{E}{}_{\mathrm{A}}=-0,762\mathrm{V}$

Wyznaczamy standardowy potencjał redukcji katody:

$\mathrm{E}{}_{\mathrm{K}}=0,505\mathrm{V}+\left(-0,762\mathrm{V}\right)$

$\mathrm{E}{}_{\mathrm{K}}=-0,247\mathrm{V}$

Odczytujemy z tablic, że taką wartością E⁰ charakteryzuje się metaliczne półogniwo niklowe (Ni|Ni²⁺).

Liczba masowa Ge-73 wynosi A = 73, natomiast liczba atomowa to Z = 32. Obliczamy liczbę neutronów w tym izotopie germanu:

$n=A-Z$

$n=73-32$

$n=41$

Dzięki temu, wiemy, że w jądrze atomowym szukanego pierwiastka znajduje się 41 protonów, a więc jego liczba atomowa wynosi Z = 41 - jest to niob.

Zielona barwa roztworu soli pierwiastka na III stopniu utlenienia oraz pomarańczowa barwa roztworu produktu jego utlenienia jest charakterystyczna dla chromu:

Kolory jonów chromu w roztworach:
Jon chromu	Stopień utlenienia chromu	Kolor jonów	Uwagi
CrO42-	+VI	żółty	stabilne z środowisku zasadowym
Cr2O72-	+VI	pomarańczowy	stabilne w środowisku kwasowym.
Cr3+	+III	zielony / szarozielony	powstaje w wyniku większości reakcji redukcji chromu na +VI stopniu utlenienia, oraz utleniania metalicznego chromu w warunkach tlenowych
Cr2+	+II	niebieski	powstaje w wyniku reakcji kwasów beztlenowych z metalicznym chromem przy braku dostępu powietrza