Zadanie 52, informator maturalny formuła 2023
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:
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+ + Cr2O72- + 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.
W celu ustalenia zawartości próchnicy pobrano próbkę gleby o masie 450 mg. Do próbki dodano roztwór dichromianu(VI) potasu o stężeniu 0,10 mol ∙ dm–3, tak aby nadmiar utleniacza stanowił 15% przy założeniu, że zawartość próchnicy w glebie jest maksymalna (tabela 1.), a średnia zawartość węgla w próchnicy wynosi 58% (w procentach masowych). Na reakcję z nadmiarem utleniacza zużyto 42,6 cm3 roztworu reduktora (jony Fe2+) o stężeniu 0,10 mol ∙ dm–3.
Na podstawie obliczeń ustal zawartość próchnicy w badanej glebie. Zinterpretuj otrzymany wynik na podstawie kryteriów podanych w tabeli 2.
Etap I
Obliczenie maksymalnej liczby moli węgla w badanej próbce:
mgleby = 0,450 g
mpróchnicy = 0,450 g · 0,06 = 0,027 g
mC = 0,027g · 0,58 = 0,01566 g
nC = 0,01566 : 12 mol = 1,305 · 10‒3 mol
Obliczenie liczby moli dichromianu:
bez nadmiaru: nutl = 2nC : 3 = 8,7· 10‒4 mol
z nadmiarem: nndm utl = 8,7· 10‒4 mol · 1,15 = 10‒3 mol
Obliczenie objętości roztworu dichromianu:
V = n : C = 10-3 : 10-1 dm3 = 0,01 dm3
Etap II
Obliczenie liczby moli dichromianu zużytego na utlenienie związków organicznych (węgla) zawartych w próchnicy:
Stosunek molowy utleniacza do reduktora nutl : nred = 1 : 6
Liczba moli reduktora, który przereagował z nadmiarem utleniacza:
nFe2+ = 0,1 · 0,0426 mol = 4,26 · 10‒3mol
Liczba moli utleniacza który przereagował z węglem:
nutl = 0,1 · 0,01 mol ‒ 4,26·10-3 : 6 mol = 2,9 · 10‒4 mol
Obliczenie zawartości próchnicy w badanej glebie:
Liczba moli węgla: nC = 3·2,9·10-4 : 2 mol = 4,35 · 10‒4 mol
Masa węgla: mC = (12 · 4,35 · 10-4) g = 5,22 · 10‒3 g
Masa próchnicy: mpróchnicy = 5,22·10-3·100 : 58 g = 9 · 10‒3 g
Zawartość próchnicy: mpróchnicy : mgleby · 100% = 9·10-3 : 0,45 · 100% = 2%
Zawartość próchnicy w badanej glebie jest średnia.
Załóż bezpłatne konto, aby uzyskać dostęp do rozwiązania tego zadania.