{"id":"chemia-2017-maj-matura-rozszerzona/zad/27.2","paper_id":"chemia-2017-maj-matura-rozszerzona","number":"27.2","points":2,"ptype":"open","subject":"chemia","category":"matura","year":2017,"month":"maj","level":"rozszerzona","text":"Zadanie 27.2. (0-2)\nGdy do zakwaszonego roztworu fenolu zawierającego nadmiar jonów bromkowych\nwprowadzi się bromian(V) potasu w nadmiarze w stosunku do fenolu, to wytworzony brom\n(w ilości równoważnej do bromianu(V) potasu) reaguje z fenolem zgodnie z równaniem\n(etap II):\nOH\n3Br2\n→\nOH\nBr\nBr\nBr\n3H+\n3Br -\nNastępnie do powstałej mieszaniny dodaje się jodek potasu. Brom, który nie został zużyty\nw reakcji bromowania, powoduje wydzielenie równoważnej ilości jodu (etap III):\n2\n2\nI\nBr\n2\nBr\nI\n2\n→\nPodczas kolejnego etapu (etapu IV) jod miareczkuje się wodnym roztworem tiosiarczanu\nsodu (Na2S2O3), co można zilustrować równaniem:\n→\nI\n2\nO\nS\nI\nO\nS\n2\n2\n6\n4\n2\n2\n3\n2\nNa podstawie: J. Minczewski, Z. Marczenko, Chemia analityczna - Podstawy teoretyczne i analiza jakościowa,\nWarszawa 2012.\nMCH_1R\nOblicz stężenie molowe fenolu w próbce ścieków o objętości 100,0 cm3, jeżeli wiadomo,\nże w etapie I oznaczania zawartości fenolu powstało 0,256 grama bromu oraz że podczas\netapu IV oznaczania tego związku na zmiareczkowanie jodu zużyto 14,00 cm3 roztworu\ntiosiarczanu sodu o stężeniu 0,100 mol · dm-3.\nObliczenia:","answer":null,"answer_text":"Zadanie 27.2. (0-2)\nI. Wykorzystanie\ni tworzenie informacji.\nII. Rozumowanie\ni zastosowanie nabytej\nwiedzy do\nrozwiązywania\nproblemów.\nIV etap edukacyjny - poziom rozszerzony\n5. Roztwory i reakcje zachodzące w roztworach wodnych.\nZdający:\n5.2) wykonuje obliczenia […] z zastosowaniem pojęć stężenie\n[…] molowe.\nSchemat punktowania\n2 p. - za zastosowanie poprawnej metody, poprawne wykonanie obliczeń oraz podanie\nwyniku z jednostką.\n1 p. - za zastosowanie poprawnej metody, ale:\n- popełnienie błędów rachunkowych prowadzących do błędnego wyniku liczbowego\nlub\n- podanie wyniku z błędną jednostką lub bez jednostki.\n0 p. - za zastosowanie błędnej metody obliczenia albo brak rozwiązania.\nUwaga: należy zwrócić uwagę na zależność wyniku liczbowego od przyjętych zaokrągleń.\nPrzykładowe rozwiązania\n→\nI\n2\nO\nS\nI\nO\nS\n2\n2\n6\n4\n2\n2\n3\n2\nV = 14 cm3 = 0,014 dm3\n3\nm\ndm\nmol\n1,0\n⋅\nc\n n = 0,0014 mola\n2\n3\n2O\nS\n2 mole\n2\n3\n2O\nS\n---- 1 mol I2\n0,0014 mola\n2\n3\n2O\nS\n---- x  x = 0,0007 mola I2\n2\n2\nI\nBr\n2\nBr\nI\n2\n→\nNa podstawie powyższego równania reakcji i wcześniejszych obliczeń można stwierdzić, że\nliczba moli bromu, który nie przereagował z fenolem to 0,0007 mola Br2.\nLiczba moli Br2 użyta do etapu II oznaczania:\nmola\n0016\n,0\nmol\ng\n160\ng\n256\n,0\n1\nBr2\n⋅\nn\nLiczba moli bromu, który przereagował z fenolem (etap II oznaczania):\n0,0016 mola Br2 - 0,0007 mola Br2 = 0,0009 mola Br2\nOH\n3Br2\n→\nOH\nBr\nBr\nBr\n3H+\n3Br -\n1 mol C6H5OH ---- 3 mole Br2\ny ---- 0,0009 mola Br2  y = 0,0003 mola C6H5OH\nStężenie molowe fenolu: cm=\n3\n3\ndm\nmol\n003\n,0\ndm\n1,0\nmol\n0003\n,0\n⋅\ncm= 0,003 mol·dm-3","solution":"## Poprawna odpowiedź: \\(c(\\ce{C6H5OH}) = 3{,}00 \\cdot 10^{-3} \\text{ mol/dm}^3\\)\n\n(przy \\(M(\\ce{Br2}) = 160 \\text{ g/mol}\\); z \\(M = 159{,}8\\) g/mol → \\(3{,}01 \\cdot 10^{-3}\\) mol/dm³)\n\n## Sposób 1 - krok po kroku przez ilości substancji\n\n### Schemat metody (miareczkowanie pośrednie - \"odwrotne\")\n\nCały eksperyment oparty jest na nadmiarze bromu:\n\n\\[\\ce{C6H5OH + 3Br2 -> C6H2Br3OH v + 3HBr} \\quad \\text{(Etap I - bromowanie fenolu)}\\]\n\nNadmiar \\(\\ce{Br2}\\) (niezreagowany z fenolem) utlenia jodki:\n\n\\[\\ce{Br2 + 2I^- -> 2Br^- + I2} \\quad \\text{(Etap II/III)}\\]\n\nWydzielony \\(\\ce{I2}\\) miareczkowany tiosiarczanem:\n\n\\[\\ce{I2 + 2Na2S2O3 -> Na2S4O6 + 2NaI} \\quad \\text{(Etap IV)}\\]\n\n### Krok 1 - mole \\(\\ce{Na2S2O3}\\) (Etap IV)\n\n\\[n(\\ce{Na2S2O3}) = c \\cdot V = 0{,}100 \\; \\frac{\\text{mol}}{\\text{dm}^3} \\cdot 0{,}01400 \\; \\text{dm}^3 = 1{,}400 \\cdot 10^{-3} \\text{ mol}\\]\n\n### Krok 2 - mole \\(\\ce{I2}\\) odpowiadające temu miareczkowi\n\nZ równania Etapu IV: \\(\\ce{I2} : \\ce{Na2S2O3} = 1 : 2\\), zatem:\n\n\\[n(\\ce{I2}) = \\frac{n(\\ce{Na2S2O3})}{2} = \\frac{1{,}400 \\cdot 10^{-3}}{2} = 7{,}000 \\cdot 10^{-4} \\text{ mol}\\]\n\n### Krok 3 - mole nadmiarowego \\(\\ce{Br2}\\)\n\nZ równania Etapu II/III: \\(\\ce{Br2} : \\ce{I2} = 1 : 1\\), zatem:\n\n\\[n(\\ce{Br2, nadmiar}) = n(\\ce{I2}) = 7{,}000 \\cdot 10^{-4} \\text{ mol}\\]\n\n### Krok 4 - mole \\(\\ce{Br2}\\) dodanego w Etapie I\n\n\\[M(\\ce{Br2}) = 2 \\cdot 80{,}0 = 160{,}0 \\; \\text{g/mol}\\]\n\n\\[n(\\ce{Br2, dodany}) = \\frac{m}{M} = \\frac{0{,}256 \\; \\text{g}}{160{,}0 \\; \\text{g/mol}} = 1{,}600 \\cdot 10^{-3} \\text{ mol}\\]\n\n### Krok 5 - mole \\(\\ce{Br2}\\) zużytego przez fenol\n\nBrom zużyty = brom dodany - brom nadmiarowy:\n\n\\[n(\\ce{Br2, zużyty}) = 1{,}600 \\cdot 10^{-3} - 7{,}000 \\cdot 10^{-4} = 9{,}000 \\cdot 10^{-4} \\text{ mol}\\]\n\n### Krok 6 - mole fenolu\n\nZ równania Etapu I: \\(\\ce{C6H5OH} : \\ce{Br2} = 1 : 3\\), zatem:\n\n\\[n(\\ce{C6H5OH}) = \\frac{n(\\ce{Br2, zużyty})}{3} = \\frac{9{,}000 \\cdot 10^{-4}}{3} = 3{,}000 \\cdot 10^{-4} \\text{ mol}\\]\n\n### Krok 7 - stężenie molowe fenolu\n\n\\[c(\\ce{C6H5OH}) = \\frac{n}{V} = \\frac{3{,}000 \\cdot 10^{-4} \\text{ mol}}{0{,}1000 \\text{ dm}^3} = \\boxed{3{,}00 \\cdot 10^{-3} \\text{ mol/dm}^3}\\]\n\n## Sposób 2 - bezpośredni wzór przez łańcuch stechiometryczny\n\nMożna ominąć obliczanie każdego pośredniego etapu, stosując wzajemne stosunki molarne w całym łańcuchu:\n\nZ reakcji:\n- 1 mol \\(\\ce{Br2}\\) (nadmiar) → 1 mol \\(\\ce{I2}\\) → **2 mole \\(\\ce{Na2S2O3}\\)**\n\nZatem nadmiar \\(\\ce{Br2}\\) wyrażony przez \\(\\ce{Na2S2O3}\\):\n\n\\[n(\\ce{Br2, nadmiar}) = \\frac{n(\\ce{Na2S2O3})}{2} = \\frac{c \\cdot V}{2} = \\frac{0{,}100 \\cdot 0{,}01400}{2} = 7{,}00 \\cdot 10^{-4} \\text{ mol}\\]\n\nMole fenolu z bilansu bromu:\n\n\\[n(\\ce{C6H5OH}) = \\frac{n(\\ce{Br2, dodany}) - n(\\ce{Br2, nadmiar})}{3} = \\frac{\\dfrac{0{,}256}{160{,}0} - 7{,}00 \\cdot 10^{-4}}{3}\\]\n\n\\[n(\\ce{C6H5OH}) = \\frac{1{,}600 \\cdot 10^{-3} - 7{,}000 \\cdot 10^{-4}}{3} = \\frac{9{,}000 \\cdot 10^{-4}}{3} = 3{,}000 \\cdot 10^{-4} \\text{ mol}\\]\n\n\\[c(\\ce{C6H5OH}) = \\frac{3{,}000 \\cdot 10^{-4}}{0{,}1000} = 3{,}00 \\cdot 10^{-3} \\text{ mol/dm}^3\\]\n\nWynik zgodny - obliczenia poprawne. ✓\n\n## Wzory z karty CKE\n\n📖 **Karta wzorów str. 15 - Układ okresowy pierwiastków:**\n\\(A_r(\\ce{Br}) = 79{,}9 \\approx 80{,}0 \\text{ g/mol}\\), stąd \\(M(\\ce{Br2}) = 159{,}8 \\approx 160{,}0 \\text{ g/mol}\\)\nUżyliśmy do przeliczenia masy \\(\\ce{Br2}\\) na mole w Kroku 4. Przy \\(M = 159{,}8\\) g/mol wynik wynosi \\(3{,}01 \\cdot 10^{-3}\\) mol/dm³ - obie wartości są akceptowane przez CKE.\n\n📖 **Karta wzorów str. 12 - Potencjały standardowe redukcji:**\n\\(E°(\\ce{Br2/Br^-}) = +1{,}065 \\text{ V}\\), \\(E°(\\ce{I2/I^-}) = +0{,}536 \\text{ V}\\)\nPotwierdzają, że \\(\\ce{Br2}\\) jest silniejszym utleniaczem niż \\(\\ce{I2}\\) - dlatego brom w nadmiarze **utlenia** jodki do \\(\\ce{I2}\\), a nie odwrotnie. Reakcja Etapu II/III przebiega samorzutnie.\n\nW tym zadaniu nie korzystamy ze stałych dysocjacji ani iloczynu rozpuszczalności - wystarczą równania reakcji i stechiometria.\n\n## Typowe pułapki\n\n> ⚠️ **Uwaga: stosunek 1:3 fenol-brom.** Najczęstszy błąd to podzielenie przez 1 zamiast przez 3. Fenol ma trzy aktywne pozycje (2-, 4-, 6-) i każda z nich adduje jeden atom bromu - dlatego zużywane są **3 mole** \\(\\ce{Br2}\\) na 1 mol fenolu.\n\n> ⚠️ **Uwaga: co miareczkujemy - nadmiar, nie fenol.** Miareczkowanie tiosiarczanem mierzy ilość **niewykorzystanego** bromu (pośrednio przez \\(\\ce{I2}\\)). Stężenie fenolu jest tym **większe**, im **mniej** \\(\\ce{Na2S2O3}\\) zużyto (bo mniej nadmiaru \\(\\ce{Br2}\\)).\n\n> ⚠️ **Uwaga: jednostki objętości.** Próbka 100,0 cm³ = 0,1000 dm³. Przeliczenie na dm³ jest konieczne przy obliczaniu stężenia molowego (wynik w mol/dm³).\n\n## Schemat oceniania CKE\n\n2 pkt - poprawna metoda, obliczenia i wynik z jednostka (cm = 0,003 mol/dm3). 1 pkt - poprawna metoda z bledem rachunkowym lub bledna/brak jednostki. 0 pkt - bledna metoda lub brak. Wynik zalezy od zaokraglen.","image":"img/chemia-2017-maj-matura-rozszerzona/zad-27.2.webp","solution_image":null,"topics":null,"page_from":16,"source":"ocr","answer_source":null,"answer_text_source":"ocr","solution_source":"maturazai","text_source":"ocr","source_label":"Chemia · Matura · maj 2017 (rozszerzona)","subject_label":"Chemia","category_label":"Matura","text_html":"

Zadanie 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):
OH
3Br2
→
OH
Br
Br
Br
3H+
3Br -
Następnie do powstałej mieszaniny dodaje się jodek potasu. Brom, który nie został zużyty
w reakcji bromowania, powoduje wydzielenie równoważnej ilości jodu (etap III):
2
2
I
Br
2
Br
I
2
→
Podczas kolejnego etapu (etapu IV) jod miareczkuje się wodnym roztworem tiosiarczanu
sodu (Na2S2O3), co można zilustrować równaniem:
→
I
2
O
S
I
O
S
2
2
6
4
2
2
3
2
Na podstawie: J. Minczewski, Z. Marczenko, Chemia analityczna - Podstawy teoretyczne i analiza jakościowa,
Warszawa 2012.
MCH_1R
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.
Obliczenia:

","answer_text_html":"

Zadanie 27.2. (0-2)
I. Wykorzystanie
i tworzenie informacji.
II. Rozumowanie
i zastosowanie nabytej
wiedzy do
rozwiązywania
problemów.
IV etap edukacyjny - poziom rozszerzony

\n
  1. Roztwory i reakcje zachodzące w roztworach wodnych.
\n

Zdający:
5.2) wykonuje obliczenia […] z zastosowaniem pojęć stężenie
[…] molowe.
Schemat punktowania
2 p. - za zastosowanie poprawnej metody, poprawne wykonanie obliczeń oraz podanie
wyniku z jednostką.
1 p. - za zastosowanie poprawnej metody, ale:

\n\n

lub

\n\n

0 p. - za zastosowanie błędnej metody obliczenia albo brak rozwiązania.
Uwaga: należy zwrócić uwagę na zależność wyniku liczbowego od przyjętych zaokrągleń.
Przykładowe rozwiązania
→
I
2
O
S
I
O
S
2
2
6
4
2
2
3
2
V = 14 cm3 = 0,014 dm3
3
m
dm
mol
1,0
⋅
c
 n = 0,0014 mola
2
3
2O
S
2 mole
2
3
2O
S
---- 1 mol I2
0,0014 mola
2
3
2O
S
---- x  x = 0,0007 mola I2
2
2
I
Br
2
Br
I
2
→
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:
mola
0016
,0
mol
g
160
g
256
,0
1
Br2
⋅
n
Liczba moli bromu, który przereagował z fenolem (etap II oznaczania):
0,0016 mola Br2 - 0,0007 mola Br2 = 0,0009 mola Br2
OH
3Br2
→
OH
Br
Br
Br
3H+
3Br -
1 mol C6H5OH ---- 3 mole Br2
y ---- 0,0009 mola Br2  y = 0,0003 mola C6H5OH
Stężenie molowe fenolu: cm=
3
3
dm
mol
003
,0
dm
1,0
mol
0003
,0
⋅
cm= 0,003 mol·dm-3

","solutions":[{"source":"maturazai","label":"maturazai.pl (AI)","kind":"text","html":"

Poprawna odpowiedź: c(\\ceC6H5OH)=3,00·10−3 mol/dm3

\n

(przy M(\\ceBr2)=160 g/mol; z M=159,8 g/mol → 3,01·10−3 mol/dm³)

\n

Sposób 1 - krok po kroku przez ilości substancji

\n
Schemat metody (miareczkowanie pośrednie - "odwrotne")
\n

Cały eksperyment oparty jest na nadmiarze bromu:

\n
\\ceC6H5OH+3Br2−>C6H2Br3OHv+3HBr(Etap I - bromowanie fenolu)
\n

Nadmiar \\ceBr2 (niezreagowany z fenolem) utlenia jodki:

\n
\\ceBr2+2I−−>2Br−+I2(Etap II/III)
\n

Wydzielony \\ceI2 miareczkowany tiosiarczanem:

\n
\\ceI2+2Na2S2O3−>Na2S4O6+2NaI(Etap IV)
\n
Krok 1 - mole \\ceNa2S2O3 (Etap IV)
\n
n(\\ceNa2S2O3)=c·V=0,100moldm3·0,01400dm3=1,400·10−3 mol
\n
Krok 2 - mole \\ceI2 odpowiadające temu miareczkowi
\n

Z równania Etapu IV: \\ceI2:\\ceNa2S2O3=1:2, zatem:

\n
n(\\ceI2)=n(\\ceNa2S2O3)2=1,400·10−32=7,000·10−4 mol
\n
Krok 3 - mole nadmiarowego \\ceBr2
\n

Z równania Etapu II/III: \\ceBr2:\\ceI2=1:1, zatem:

\n
n(\\ceBr2,nadmiar)=n(\\ceI2)=7,000·10−4 mol
\n
Krok 4 - mole \\ceBr2 dodanego w Etapie I
\n
M(\\ceBr2)=2·80,0=160,0g/mol
\n
n(\\ceBr2,dodany)=mM=0,256g160,0g/mol=1,600·10−3 mol
\n
Krok 5 - mole \\ceBr2 zużytego przez fenol
\n

Brom zużyty = brom dodany - brom nadmiarowy:

\n
n(\\ceBr2,zużyty)=1,600·10−3−7,000·10−4=9,000·10−4 mol
\n
Krok 6 - mole fenolu
\n

Z równania Etapu I: \\ceC6H5OH:\\ceBr2=1:3, zatem:

\n
n(\\ceC6H5OH)=n(\\ceBr2,zużyty)3=9,000·10−43=3,000·10−4 mol
\n
Krok 7 - stężenie molowe fenolu
\n
c(\\ceC6H5OH)=nV=3,000·10−4 mol0,1000 dm3=3,00·10−3 mol/dm3
\n

Sposób 2 - bezpośredni wzór przez łańcuch stechiometryczny

\n

Można ominąć obliczanie każdego pośredniego etapu, stosując wzajemne stosunki molarne w całym łańcuchu:

\n

Z reakcji:

\n\n

Zatem nadmiar \\ceBr2 wyrażony przez \\ceNa2S2O3:

\n
n(\\ceBr2,nadmiar)=n(\\ceNa2S2O3)2=c·V2=0,100·0,014002=7,00·10−4 mol
\n

Mole fenolu z bilansu bromu:

\n
n(\\ceC6H5OH)=n(\\ceBr2,dodany)−n(\\ceBr2,nadmiar)3=0,256160,0−7,00·10−43
\n
n(\\ceC6H5OH)=1,600·10−3−7,000·10−43=9,000·10−43=3,000·10−4 mol
\n
c(\\ceC6H5OH)=3,000·10−40,1000=3,00·10−3 mol/dm3
\n

Wynik zgodny - obliczenia poprawne. ✓

\n

Wzory z karty CKE

\n

📖 Karta wzorów str. 15 - Układ okresowy pierwiastków:
Ar(\\ceBr)=79,9≈80,0 g/mol, stąd M(\\ceBr2)=159,8≈160,0 g/mol
Użyliśmy do przeliczenia masy \\ceBr2 na mole w Kroku 4. Przy M=159,8 g/mol wynik wynosi 3,01·10−3 mol/dm³ - obie wartości są akceptowane przez CKE.

\n

📖 Karta wzorów str. 12 - Potencjały standardowe redukcji:
E°(\\ceBr2/Br−)=+1,065 V, E°(\\ceI2/I−)=+0,536 V
Potwierdzają, że \\ceBr2 jest silniejszym utleniaczem niż \\ceI2 - dlatego brom w nadmiarze utlenia jodki do \\ceI2, a nie odwrotnie. Reakcja Etapu II/III przebiega samorzutnie.

\n

W tym zadaniu nie korzystamy ze stałych dysocjacji ani iloczynu rozpuszczalności - wystarczą równania reakcji i stechiometria.

\n

Typowe pułapki

\n
⚠️ Uwaga: stosunek 1:3 fenol-brom. Najczęstszy błąd to podzielenie przez 1 zamiast przez 3. Fenol ma trzy aktywne pozycje (2-, 4-, 6-) i każda z nich adduje jeden atom bromu - dlatego zużywane są 3 mole \\ceBr2 na 1 mol fenolu.
\n
⚠️ Uwaga: co miareczkujemy - nadmiar, nie fenol. Miareczkowanie tiosiarczanem mierzy ilość niewykorzystanego bromu (pośrednio przez \\ceI2). Stężenie fenolu jest tym większe, im mniej \\ceNa2S2O3 zużyto (bo mniej nadmiaru \\ceBr2).
\n
⚠️ Uwaga: jednostki objętości. Próbka 100,0 cm³ = 0,1000 dm³. Przeliczenie na dm³ jest konieczne przy obliczaniu stężenia molowego (wynik w mol/dm³).
\n

Schemat oceniania CKE

\n

2 pkt - poprawna metoda, obliczenia i wynik z jednostka (cm = 0,003 mol/dm3). 1 pkt - poprawna metoda z bledem rachunkowym lub bledna/brak jednostki. 0 pkt - bledna metoda lub brak. Wynik zalezy od zaokraglen.

"}]}