Co ma wspólnego dichromian(VI) potasu z alkomatem?
Wprowadzenie Przeczytaj
Wirtualne laboratorium - I Sprawdź się
Dla nauczyciela
W latach 60., 70. XX w. trzeźwość kierowców była sprawdzana przez służby poprzez dmuchanie w balonik. Zmiany zachodzące w rurce, położonej za ustnikiem, wskazywały na ewentualną obecność alkoholu w wydychanym powietrzu.
Obserwowano, czy żółtopomarańczowy związek, wypełniający rurkę, zmienia barwę na zieloną. Jak zapewne się domyślasz,
W zależności od stopnia utlenienia, zmieniają się nie tylko właściwości utleniająco‑redukujące, ale także i barwy związków chromu. Dzięki temu łatwo jest obserwować przebieg reakcji. W jaki sposób można wykorzystywać to zjawisko? Masz jakieś przypuszczenia? Sprawdź, czy się zgadzają w dalszej części materiału.
Twoje cele
Opiszesz zachowanie etanolu wobec K Cr O .
Zaprojektujesz i przeprowadzisz doświadczenie, którego przebieg pozwoli wykryć obecność etanolu.
Zapiszesz i zbilansujesz odpowiednie równania reakcji redoks.
Wyjaśnisz, do czego służy alkomat.
Co ma wspólnego dichromian(VI) potasu z alkomatem?
Obserwowano, czy żółtopomarańczowy związek, wypełniający rurkę, zmienia barwę na zieloną. Jak zapewne się domyślasz, związkiem tym był dichromian(VI) potasu.
Źródło: piotrpiotrwojcicki, domena publiczna, dostępny w internecie: www.pixabay.com.
2 2 7
Przeczytaj
Wodne roztwory jonów dichromianowych(VI)
Roztwory wodne, które zawierają jony chromianowe(VI) CrO42-, mają barwę żółtą. Po zakwaszeniu powstają z kolei jony dichromianowe(VI) Cr2O72- o barwie pomarańczowej. Są one stosowane w laboratorium jako odczynniki utleniające.
Reakcja redukcji chromu(VI) przebiega zgodnie z równaniem:
Cr2O7 (aq)2-+14 H3O+(aq)+6 e-→2 Cr3+(aq)+21 H2O
Zastosowanie roztworów jonów dichromianowych(VI) w alkomatach
Zmiana barwy jest bardzo charakterystyczna i łatwa do zaobserwowania. Dlatego znalazła zastosowanie do wykrywania obecności etanolu w wydychanym powietrzu w testerach trzeźwości czyli alkomatach.
Dichromian(VI) amonu utlenia alkohol do aldehydu, a sam redukuje się do związków chromu(III), czemu towarzyszy zmiana barwy z pomarańczowej na zieloną.
Jak zmieniają się stopnie utlenienia węgla w tej reakcji?
Schemat przedstawia utlenienie etanolu do etanalu.
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
W cząsteczce etanolu utlenianiu ulega tylko atom węgla połączony z grupą hydroksylową. Stopienie utlenienia zmienia się z –I na I w grupie aldehydowej. Grupa -CH3 pozostaje niezmieniona.
Polecenie 1
Czy potrafisz uzgodnić równanie poniższej reakcji i przeprowadzić bilans elektronowy?
CH3CH2OH + K2Cr2O7 + H2SO4 → CH3CHO + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + H2O
Dla zainteresowanych
Jak oblicza się stopnie utlenienia w związkach organicznych?
Stopień utlenienia węgla w związku organicznym zależy od tego, z jakimi atomami jest on połączony.
Oblicza się go podobnie jak w przypadku atomów innych pierwiastków w związkach nieorganicznych.
Wiązanie Wkład do stopnia utlenienia atomu
C‑C 0
C‑H -I
C‑O I
Na przykład w etanolu:
Wzór strukturalny etanolu
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Węgiel połączony z grupą hydroksylową tworzy:
1 wiązanie z atomem węgla;
2 wiązania z atomami wodoru;
1 wiązanie z atomem tlenu.
Jego stopień utlenienia obliczymy następująco:
1 · 0 + 1 · I + 2 · (–I ) = – I Węgiel z grupy metylowej tworzy:
1 wiązanie z atomem węgla;
3 wiązania z atomami wodoru.
Jego stopień utlenienia obliczymy następująco:
1 · 0 + 3 · (–I ) = -III
Ciekawostka
Źródło: Rob Mieremet / Anefo, domena publiczna.
Dla zainteresowanych
Produkt reakcji utleniania alkoholi zależy od jego rzędowości. Alkohole I‑rzędowe można utlenić do aldehydów, a II –rzędowe do ketonów.
Produktem reakcji utleniania chromianem(VI) potasu w środowisku kwaśnym propon-1 olu jest propanal, a produktem utleniania propan-2-olu jest keton –propan-2 on (aceton).
Źródło: GroMar Sp. z o. o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Słownik
dichromiany(VI)
sole kwasu dichromowego(VI), zawierają anion Cr O reakcja utleniania‑redukcji
polega na wymianie elektronów od atomu, jonu lub cząsteczki donora (czyli reduktora) do akceptora (czyli utleniacza); przejawia się tym, że pierwiastki występują na innych stopniach utlenienia
w produktach niż w substratach i w ten sposób łatwo odróżniać reakcje redoks od innych alkohole
pochodne węglowodorów, które w cząsteczkach mają co najmniej jedną grupę hydroksylową, połączoną grupą alkilową
rzędowość alkoholi
alkohole, w których grupa –OH znajduje się na końcu łańcucha węglowego, nazywamy
pierwszorzędowymi (I‑rzędowymi), a alkohole, w których grupa –OH występuje przy „wewnętrznych”
atomach węgla mogą być II- i III- rzędowe alkomat (tester trzeźwości)
urządzenie do mierzenia stężenia alkoholu etylowego w wydychanym powietrzu
Bibliografia
Czerwiński A., Czerwińska A., Jelińska‑Kazimierczuk M., Kuśmierczyk K., Chemia 1, Warszawa 2002, s.
297‑327.
Czerwińska A., Jelińska‑Kazimierczuk M., Kuśmierczyk K., Chemia 2, Warszawa 2003, s. 1138‑167.
Piosik R., Karawajczyk B., Technika demonstracji i ćwiczenia laboratoryjne z metodyki nauczania chemii i ochrony środowiska, Gdańsk 2004, s. 118‑119.
2 72-
Wirtualne laboratorium - I
Polecenie 1
Przeprowadź doświadczenie w laboratorium chemicznym. Rozwiąż problem badawczy i zweryfikuj hipotezę. W formularzu zapisz swoje obserwacje i wyniki, a następnie sformułuj wnioski.
Sprawdź się
Pokaż ćwiczenia:輸醙難
Ćwiczenie 1 Ćwiczenie 2 Ćwiczenie 3
Czy przemiana CrO w Cr O jest reakcją redoks? Odpowiedz i uzasadnij.42- 2 72-
Ćwiczenie 4
Istnieje bardzo przybliżona metoda oszacowania, w jakim czasie po spożyciu alkoholu można zasiąść za kierownicą. Opiera się na liczeniu porcji standardowych, czyli ilości napojów alkoholowych, które zawierają 10 g czystego alkoholu (etanolu).
Np. 250 cm3 piwa 5‑procentowego to 10 g alkoholu etylowego, 100 cm3 wina 12‑procentowego to 10 g alkoholu etylowego, 30 cm3 wódki 40‑procentowej to 10 g alkoholu etylowego.
Usuwanie etanolu z organizmu jest długotrwałym procesem. Szybkość rozkładu alkoholu u mężczyzn wynosi 10–12 gh, u kobiet 8–10 gh. Przyjmując wartość średnią, czyli 10 g, można założyć, że w ciągu jednej godziny wątroba spala jedną porcję standardową.
Podczas uroczystego obiadu pewien mężczyzna wypił dwa kieliszki o obj. 150 cm3 czerwonego wina
o zwartości alkoholu 12%. Spróbuj oszacować, po jakim czasie może bezpiecznie usiąść za kierownicą i można przypuszczać, że alkomat w tym przypadku nie wskaże obecności alkoholu w wydychanym powietrzu.
Ćwiczenie 5
Jedną z możliwych dróg metabolizmu etanolu w organizmie człowieka jest enzymatyczne utlenienie etanolu przez enzym katalazę. Utlenia on alkohol przy pomocy nadtlenku wodoru w reakcji, którą można przedstawić:
CH3CH2OH →katalaza CH3CHO + H2O
Zapisz reakcje połówkowe dla tego procesu. Uzupełnij równanie. Odpowiedź zanotuj w zeszycie do lekcji chemii.
Źródło: Wojciech Jelski, Barbara Grochowska‑Skiba, Maciej Szmitkowski, Dehydrogenaza alkoholowa i metabolizm alkoholu etylowego w mózgu,
„Postępy Higieny i Medycyny Doświadczalnej” 2007, nr 61, s. 226‑230.
輸 輸 醙
醙
醙
Ćwiczenie 6
W projekcie szkolnym uczniowie skonstruowali model testera trzeźwości –schemat:
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
W doświadczeniu tym przez rurkę, w której znajduje się mieszanina reakcyjna, przedmuchiwane są pary etanolu. Mieszaninę reakcyjną otrzymano poprzez zmieszanie stężonego kwasu siarkowego(VI) z nasyconym roztworem dichromianu(VI) potasu, a następnie dodanie rozdrobnionego pumeksu jako nośnika. Tak
uzyskany roztwór ma barwę brunatno‑pomarańczową. Zastosowany w doświadczeniu odczynnik Schiffa stosowany jest do wykrywania aldehydów. W ich obecności bezbarwny roztwór odczynnika Schiffa zmienia barwę na różowo‑fioletową.
Uzupełnij opis przebiegu doświadczenia:
Ćwiczenie 7
W wyniku zmieszania dichromianu(VI) potasu ze stężonym kwasem siarkowym(VI) powstaje tlenek chromu(VI), który reaguje z etanolem. W wyniku reakcji powstaje zielony tlenek chromu(III). Zbilansuj równania reakcji (jeśli współczynnik stechiometryczny wynosi 1 – wstaw pustą płytkę). Wskaż utleniacz i reduktor.
Ćwiczenie 8
Jakie związki chemiczne powstają podczas utleniania alkoholi (o różnej rzędowości) chromianem potasu?
Wyjaśnij na przykładzie etanolu i propon‑2-olu.
難
難
難
Dla nauczyciela
Scenariusz zajęć
Autor: Anna Florek, Krzysztof Błaszczak Przedmiot: chemia
Temat: Co ma wspólnego dichromian(VI) potasu z alkomatem?
Grupa docelowa: III etap edukacyjny, liceum, technikum, zakres rozszerzony; uczniowie III etapu edukacyjnego – kształcenie w zakresie rozszerzonym
Podstawa programowa:
Zakres rozszerzony
X. Metale, niemetale i ich związki. Uczeń:
7) przewiduje produkty redukcji jonów manganianowych(VII) w zależności od środowiska, a także jonów dichromianowych(VI) w środowisku kwasowym; pisze odpowiednie równania reakcji.
Kształtowane kompetencje kluczowe:
kompetencje w zakresie rozumienia i tworzenia informacji;
kompetencje matematyczne oraz kompetencje w zakresie nauk przyrodniczych, technologii i inżynierii;
kompetencje cyfrowe;
kompetencje osobiste, społeczne i w zakresie umiejętności uczenia się.
Cele operacyjne Uczeń:
opisuje zachowanie etanolu wobec K Cr O ;
projektuje i przeprowadza doświadczenie, którego przebieg pozwoli wykryć obecność etanolu;
pisze i bilansuje odpowiednie równania reakcji redoks;
wyjaśnia, do czego służy alkomat.
Strategie nauczania:
asocjacyjna;
problemowa.
Metody i techniki nauczania:
wirtualne laboratorium;
ćwiczenia uczniowskie;
prezentacja multimedialna;
dyskusja dydaktyczna;
analiza materiału źródłowego;
technika okienko informacyjne;
technika zdań podsumowujących.
Formy pracy:
praca indywidualna;
praca w parach
praca całego zespołu klasowego.
2 2 7
Środki dydaktyczne:
komputery z głośnikami, słuchawkami i dostępem do Internetu;
zasoby multimedialne zawarte w e‑materiale;
tablica interaktywna/tablica, pisak/kreda;
rzutnik multimedialny.
Przebieg zajęć Przed lekcją:
Nauczyciel ustala z dwójką uczniów, ze przygotują materiały, np. prezentację multimedialną na temat:
szkodliwości picia alkoholu;
metod diagnozowania, oceny trzeźwości (pomiar stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu, badanie stężenia alkoholu we krwi).
Faza wstępna:
1. Zaciekawienie i dyskusja. Nauczyciel zadaje przykładowe pytanie: W jaki sposób można wykorzystywać zjawisko zmiany barwy związków chromu na skutek reakcji redoks?
2. Rozpoznanie wiedzy wyjściowej uczniów. Uczniowie starają się odpowiedzieć na pytanie: Na czym polega reakcja dichromianu(VI) potasu z etanolem?
3. Ustalenie celów lekcji. Nauczyciel podaje temat zajęć i wspólnie z uczniami ustala cele lekcji, które uczniowie zapisują w portfolio.
Faza realizacyjna:
1. Wirtualne laboratorium – praca w parach. Uczniowie zapoznają się z medium bazowym i badają procesy redukcji przy użyciu związków chromu(VI) oraz wykonują zawarte tam ćwiczenia.
2. Ćwiczenia w zapisywaniu i bilansowaniu reakcji redoks z wykorzystaniem reakcji przeprowadzonych w wirtualnym laboratorium:
reakcja dichromianu(VI) potasu z etanolem;
określanie stopni utlenienia, wskazanie utleniacza , reduktora, bilans elektronowy i uzupełnienia współczynników reakcji.
3. Prezentacje multimedialne uczniów na temat:
szkodliwości picia alkoholu;
metod diagnozowania, oceny trzeźwości (pomiar stężenia alkoholu w wydychanym powietrzu, badanie stężenia alkoholu we krwi).
4. Dyskusja dydaktyczna: czy alkomat to pożyteczne urządzenie?
5. Uczniowie pracują w parach z częścią „Sprawdź się”. Uczniowie wykonują zadania 1‑7. Nauczyciel może wyświetlić treść poleceń na tablicy multimedialnej. Po każdym przeczytanym poleceniu nauczyciel daje uczniom określony czas na zastanowienie się, a następnie chętny uczeń z danej pary udziela odpowiedzi/prezentuje rozwiązanie na tablicy. Pozostali uczniowie ustosunkowują się do niej, proponując ewentualnie swoje pomysły. Nauczyciel w razie potrzeby koryguje odpowiedzi, dopowiada istotne informacje, udziela uczniom informacji zwrotnej.
Faza podsumowująca:
1. Okienko informacyjne – forma indywidualnej twórczej notatki. Kartkę papieru w zeszycie uczniowie dzielą na cztery części (poziom, pion lub po przekątnej). W pierwsze okienko uczniowie wpisują hasło, które ich interesuje. W drugim okienku podają definicję danego terminu (z różnych źródeł).
W trzecie okienko wpisują metaforyczne znaczenie wyrazu, żart językowy, rebus itp. Ostatnie może mieć formę scenki komiksowej, dialogu, karykatury z zastosowaniem interesującego uczniów terminu.
2. Jako podsumowanie lekcji nauczyciel może wykorzystać zdania do uzupełnienia, które uczniowie zamieszczają w swoim portfolio:
Przypomniałem/łam sobie, że...
Co było dla mnie łatwe...
Dziś nauczyłem/łam się...
Co sprawiało mi trudność...
Praca domowa:
Uczniowie wykonują pozostałe ćwiczenia w e‑materiale – „Sprawdź się”.
Wskazówki metodyczne opisujące różne zastosowania multimedium:
Wirtualne laboratorium może zostać wykorzystane podczas przygotowywania się ucznia do sprawdzianu lub do zdobycia wiedzy w razie nieobecności ucznia na lekcji.
Materiały pomocnicze:
Polecenia podsumowujące (nauczyciel przed lekcją zapisuje je na niewielkich kartkach):
Co to jest alkomat?
Jak zmienia się stopień utlenienia chromu w dichromianie(VI) potasu w reakcji z etanolem?
Jaką barwę przyjmuje związek chromu, gdzie chrom występuje na trzecim stopniu utlenienia?
