Chemia - Matura Maj 2017, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 27.
Oznaczanie zawartości fenolu w ściekach przemysłowych możne przebiegać w kilku etapach
opisanych poniżej.
Etap I: Otrzymywanie bromu.
Etap II: Bromowanie fenolu.
Etap III: Wydzielanie jodu.
Etap IV: Miareczkowanie jodu.
27.1. (0–1)
Podczas etapu I (oznaczania zawartości fenolu) zachodzi reakcja jonów bromkowych z jonami bromianowymi(V) – BrO−3 – w roztworze o odczynie kwasowym. Produktami tej przemiany są brom i woda.
Napisz w formie jonowej, z uwzględnieniem liczby oddawanych lub pobieranych elektronów (zapis jonowo-elektronowy), równanie reakcji redukcji i równanie reakcji utleniania zachodzących podczas opisanego procesu (etapu I). Uwzględnij środowisko reakcji.
Równanie reakcji redukcji:
Równanie reakcji utleniania:
27.2. (0–2)
Gdy do zakwaszonego roztworu fenolu zawierającego nadmiar jonów bromkowych wprowadzi się bromian(V) potasu w nadmiarze w stosunku do fenolu, to wytworzony brom (w ilości równoważnej do bromianu(V) potasu) reaguje z fenolem zgodnie z równaniem (etap II):
Następnie do powstałej mieszaniny dodaje się jodek potasu. Brom, który nie został zużyty w reakcji bromowania, powoduje wydzielenie równoważnej ilości jodu (etap III):
2I− + Br2 → 2Br− + I2
Podczas kolejnego etapu (etapu IV) jod miareczkuje się wodnym roztworem tiosiarczanu sodu (Na2S2O3), co można zilustrować równaniem:
2S2O2−3 + I2 → S4O2−6 + 2I−
Na podstawie: J. Minczewski, Z. Marczenko, Chemia analityczna – Podstawy teoretyczne i analiza jakościowa, Warszawa 2012.
Oblicz stężenie molowe fenolu w próbce ścieków o objętości 100,0 cm3, jeżeli wiadomo, że w etapie I oznaczania zawartości fenolu powstało 0,256 grama bromu oraz że podczas etapu IV oznaczania tego związku na zmiareczkowanie jodu zużyto 14,00 cm3 roztworu tiosiarczanu sodu o stężeniu 0,100 mol · dm–3.
Rozwiązanie
27.1. (0–1)
Schemat punktowania
1 p. – za poprawne napisanie dwóch równań reakcji w formie jonowo-elektronowej.
0 p. – za błędne napisanie jednego lub obu równań reakcji (błędne wzory reagentów, błędne
współczynniki stechiometryczne, niewłaściwa forma zapisu) lub błędne
przyporządkowanie albo brak odpowiedzi.
Poprawna odpowiedź
Równanie reakcji redukcji: 2BrO−3 + 12H+ + 10e− → Br2 + 6H2O
Równanie reakcji utleniania: 2Br− → Br2 + 2e− lub 2Br− − 2e− → Br2
27.2. (0–2)
Schemat punktowania
2 p. – za zastosowanie poprawnej metody, poprawne wykonanie obliczeń oraz podanie
wyniku z jednostką.
1 p. – za zastosowanie poprawnej metody, ale:
– popełnienie błędów rachunkowych prowadzących do błędnego wyniku liczbowego
lub
– podanie wyniku z błędną jednostką lub bez jednostki.
0 p. – za zastosowanie błędnej metody obliczenia albo brak rozwiązania.
Uwaga: należy zwrócić uwagę na zależność wyniku liczbowego od przyjętych zaokrągleń.
Przykładowe rozwiązania
2S2O2−3 + I2 → S4O2−6 + 2I−
V = 14 cm3 = 0,014 dm3
cm = 0,1 mol ⋅ dm−3 ⇒ n = 0,0014 mola 2S2O2−3
0,0014 mola 2S2O2−3
⸺
x
⇒ x = 0,0007 mola I2
2I− + Br2 → 2Br− + I2
Na podstawie powyższego równania reakcji i wcześniejszych obliczeń można stwierdzić, że
liczba moli bromu, który nie przereagował z fenolem to 0,0007 mola Br2.
Liczba moli Br2 użyta do etapu II oznaczania: nBr2 = 0,256 g160 g ⋅ mol−1 = 0,0016 mola
Liczba moli bromu, który przereagował z fenolem (etap II oznaczania): 0,0016 mola Br2 – 0,0007 mola Br2 = 0,0009 mola Br2
y
⸺
0,0009 mola Br2
⇒ y = 0,0003 mola C6H5OH
Stężenie molowe fenolu: cm = 0,0003 mol0,1 dm3 = 0,003 mol ⋅ dm−3
cm= 0,003 mol·dm–3
