Chemia - Informator CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 54.
Jakość gleb zależy m.in. od zawartości tzw. próchnicy, stanowiącej mieszaninę związków chemicznych pochodzących z rozkładu szczątków organicznych. Sposób określenia w przybliżeniu zawartości próchnicy w glebie polega na ilościowym utlenieniu związków organicznych, których głównym składnikiem jest węgiel.
Utlenianie węgla zawartego w związkach organicznych można przeprowadzić za pomocą dichromianu(VI) potasu, w środowisku kwasu siarkowego(VI) z dodatkiem siarczanu(VI) rtęci(II) jako katalizatora (reakcja 1.), co w uproszczeniu można zilustrować równaniem:
3C + 2K2Cr2O7 + 8H2SO4 T, … katalizator 3CO2 + 2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 + 8H2O
W tej metodzie stosuje się nadmiar dichromianu(VI), a następnie – w obecności wskaźnika – utleniacz dodany w nadmiarze poddaje się reakcji z jonami żelaza Fe2+ jako reduktorem (reakcja 2.).
6Fe2+ + Cr2O2−7 + 14H+ → 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O
Jest to tzw. miareczkowanie reduktometryczne, podczas którego roztwór soli żelaza(II) o znanym stężeniu znajduje się w biurecie. Ten roztwór dodaje się stopniowo do kolby z utleniaczem i na końcu dokładnie odczytuje, jaka jego objętość została zużyta w reakcji.
Przed rozpoczęciem miareczkowania wprowadza się do kolby kilka kropel wodnego roztworu wskaźnika, którym jest o-fenantrolina (1,10-fenantrolina) przedstawiona wzorem 1. Sam ten wskaźnik jest bezbarwny, ale tworzy z jonami żelaza Fe2+ kompleks (wzór 2.) o intensywnej czerwonej barwie.
54.1. (0–1)
(zgodnie ze zaktualizowaną dnia 26 sierpnia 2022 wersją aneksu)
Wyjaśnij na podstawie struktury o‑fenantroliny, dlaczego może ona, podobnie jak amoniak, pełnić funkcję ligandu w jonie kompleksowym.
54.2. (0–2)
Przyporządkuj kolby z roztworami (I–III) do kolejnych etapów miareczkowania jonów dichromianowych(VI) jonami żelaza(II) w obecności o‑fenantroliny. Odpowiedź uzasadnij.
Przed rozpoczęciem miareczkowania – kolba
Uzasadnienie:
Podczas dodawania roztworu soli żelaza(II) – kolba
Uzasadnienie:
W punkcie końcowym miareczkowania – kolba
Uzasadnienie:
Rozwiązanie
54.1. (0–1)
Zasady oceniania
1 pkt – poprawne wyjaśnienie.
0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.
Rozwiązanie
W cząsteczce o-fenantroliny znajdują się atomy azotu, które mają wolne pary elektronowe,
zdolne do tworzenia wiązań z jonem metalu.
54.2. (0–2)
Zasady oceniania
2 pkt – poprawne przyporządkowanie trzech numerów roztworów i poprawne uzasadnienie.
1 pkt – poprawne przyporządkowanie trzech numerów roztworów, ale niepoprawne
uzasadnienie lub brak uzasadnienia.
0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższych kryteriów albo brak odpowiedzi.
Rozwiązanie
Przed rozpoczęciem miareczkowania – kolba III.
Uzasadnienie: Pomarańczowa barwa pochodzi od jonów dichromianowych(VI), które dodano
do próbki.
Podczas dodawania soli żelaza(II) – kolba I.
Uzasadnienie: Pojawiająca się zielona barwa pochodzi od jonów Cr3+ powstających w wyniku
redukcji jonów dichromianowych(VI).
W punkcie końcowym miareczkowania – kolba II.
Uzasadnienie: Czerwona barwa pochodzi od kompleksu, który jony Fe2+ tworzą
z o‑fenantroliną.
