Chemia - Informator CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 54.

Kategoria: Rodzaje wiązań i ich właściwości Metale Typ: Podaj i uzasadnij/wyjaśnij

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)

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.

III

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.