Chrom i mangan — zadania maturalne z chemii rozszerzonej: KMnO₄ w różnych środowiskach, dichromian, chromian i Cr(OH)₃

Zadania maturalne o chromie i manganie najczęściej dotyczą reakcji redoks, a ich sednem jest wymaganie X.6 podstawy programowej: KMnO₄ w środowisku kwasowym redukuje się do Mn²⁺ (roztwór się odbarwia), w obojętnym do brunatnego osadu MnO₂, a w zasadowym do zielonego jonu MnO₄²⁻, natomiast dichromian(VI) w kwasie redukuje się do zielonych jonów Cr³⁺. Do tego dochodzą amfoteryczny Cr(OH)₃, tlenki chromu, równowaga chromian(VI)/dichromian(VI) zależna od pH oraz konfiguracja elektronowa chromu — w każdym arkuszu z lat 2023–2026 było co najmniej jedno zadanie o Cr albo Mn.

Poniżej masz dosłowne brzmienie podstawy, tabelę barw potwierdzonych w materiałach CKE, trzy środowiska KMnO₄ z równaniami, listę zadań z arkuszy z poziomami wykonania i dwa zadania do samodzielnego rozwiązania.

Chrom i mangan w podstawie programowej 2024 — co jest wymagane

Chrom i mangan nie mają w podstawie programowej (Dz.U. 2024 poz. 1019, chemia w zakresie rozszerzonym) osobnego działu. Są rozsiane po kilku punktach. Najważniejszy jest X.6 — uczeń:

Pozostałe miejsca (cytaty dosłowne):

• VII.4 — „opisuje typowe właściwości chemiczne tlenków pierwiastków o liczbach atomowych od 1 do 20 oraz Cr, Cu, Zn, Mn i Fe, w tym zachowanie wobec wody, kwasów i zasad; pisze odpowiednie równania reakcji w formie cząsteczkowej i jonowej”;
• VII.8 — „projektuje i przeprowadza doświadczenie, którego przebieg pozwoli wykazać charakter chemiczny wodorotlenku (zasadowy, amfoteryczny); wnioskuje o charakterze chemicznym wodorotlenku na podstawie wyników doświadczenia; pisze odpowiednie równania reakcji potwierdzające charakter chemiczny wodorotlenków (w tym równania reakcji otrzymywania hydroksokompleksów)”;
• X.5 — reakcje metali z kwasami nieutleniającymi, wśród metali wymienione są Mn i Cr („kwasów nieutleniających (dla Na, K, Ca, Mg, Al, Zn, Fe, Mn, Cr)”);
• X.8 — otrzymywanie w laboratorium tlenu („np. reakcja rozkładu H2O2 lub KMnO4”) i chloru („np. reakcja HCl z MnO2 lub z KMnO4”);
• XIV.4 — zachowanie alkoholi pierwszo-, drugo- i trzeciorzędowych „wobec utleniaczy (np. CuO lub K2Cr2O7/H2SO4)”; XIV.5 — „pisze równanie reakcji manganianu(VII) potasu (w środowisku kwasowym) z alkoholem (np. z etanolem, etano-1,2-diolem)”.

W minimalnym zestawie doświadczeń podstawy jest też „badanie wpływu odczynu środowiska na przebieg reakcji utleniania-redukcji” (pkt 15). Równowagi chromian(VI)/dichromian(VI) podstawa nie wymienia z nazwy — CKE przypisała zadanie o niej (maj 2026, zad. 2) do punktu VII.11: „przewiduje przebieg reakcji soli z mocnymi kwasami (wypieranie kwasów słabszych, nietrwałych, lotnych) oraz soli z zasadami; pisze odpowiednie równania reakcji”. Co jeszcze zmieniło się w podstawie, opisujemy w tekście matura z chemii 2027 — co trzeba umieć.

Stopnie utlenienia i barwy związków chromu i manganu

Chrom ma konfigurację [Ar] 3d⁵ 4s¹ — sześć niesparowanych elektronów i maksymalny stopień utlenienia +VI. Tak podają klucze CKE z 2024 r. (zad. 1.1) i 2026 r. (zad. 1.1), w których chrom był ukryty pod literą w zadaniu 1 (X w 2024 r., A w 2026 r.). Mangan ([Ar] 3d⁵ 4s²) ma siedem elektronów walencyjnych i maksymalnie +VII. Więcej o wyjątkach w konfiguracjach przeczytasz we wpisie budowa atomu — zadania maturalne.

Barwy w tabeli ograniczamy do tych, które pojawiają się w zasadach oceniania, informatorze albo na zdjęciach w arkuszach CKE:

Chcesz to przećwiczyć? Zadanie z tego tematu jest niżej ↓

KMnO₄ w różnych środowiskach — produkty i obserwacje

Jon manganianowy(VII) pobiera tym więcej elektronów, im bardziej kwasowy jest roztwór. To jest sedno punktu X.6:

Równania połówkowe redukcji:

I przykład z reduktorem w środowisku obojętnym — równanie z Informatora CKE (zad. 22.3), gdzie reduktorem są jony azotanowe(III):

Jak krok po kroku dobrać współczynniki w takich równaniach (tlen z H₂O, wodór z H⁺, w zasadzie zobojętnianie OH⁻), pokazujemy osobno we wpisie bilans elektronowo-jonowy. Tu ważniejsze jest, jaki produkt wybrać.

Pamiętaj też, czym zakwaszasz. W doświadczeniach CKE do KMnO₄ dodaje się kwas siarkowy(VI) (Informator, zad. 39; arkusz 2024, zad. 6). Kwas solny odpada, bo podstawa (X.8) wymienia reakcję HCl z KMnO₄ jako sposób otrzymywania chloru — KMnO₄ utleniłby jony chlorkowe.

Manganian(VI) — zielony, trwały tylko w silnie zasadowym roztworze

W 2023 r. (zad. 17) CKE użyła analogii z technetem: „Technet, podobnie jak mangan” tworzy jony TcO₄²⁻, trwałe jedynie w środowisku silnie zasadowym, a w roztworach obojętnych ulegające dysproporcjonowaniu. Trzeba było napisać równanie redukcji. Klucz: TcO₄²⁻ + 2e⁻ + 2H₂O → TcO₂ + 4OH⁻, a w uwadze uznano też zapis TcO₄²⁻ + 2e⁻ + 4H⁺ → TcO₂ + 2H₂O. Dla manganu oznacza to: zielony MnO₄²⁻ w roztworze obojętnym przechodzi w MnO₄⁻ i MnO₂.

Dichromian(VI) w środowisku kwasowym — redukcja do Cr³⁺

Podstawa wymaga redukcji dichromianu(VI) tylko w środowisku kwasowym. Produkt to Cr³⁺, a obserwacja — zmiana barwy z pomarańczowej na zieloną. W Informatorze CKE (zad. 48) uzasadnienia brzmią: pomarańczowa barwa pochodzi od jonów dichromianowych(VI), a „pojawiająca się zielona barwa pochodzi od jonów Cr³⁺ powstających w wyniku redukcji jonów dichromianowych(VI)”. W tym zadaniu nadmiar dichromianu(VI) redukowano jonami żelaza(II):

Dwa atomy chromu, każdy +VI → +III, czyli razem 6 elektronów na jeden jon Cr₂O₇²⁻. Brak współczynnika 2 przy Cr³⁺ to niezbilansowany chrom.

W chemii organicznej ten sam utleniacz (K₂Cr₂O₇/H₂SO₄) służy do odróżniania alkoholi trzeciorzędowych od pierwszo- i drugorzędowych (XIV.4). Obserwacje dla alkoholi i alkenów zebraliśmy we wpisie reakcje charakterystyczne w chemii organicznej.

Chromian i dichromian — równowaga zależna od pH

W roztworze wodnym żółte jony chromianowe(VI) i pomarańczowe dichromianowe(VI) przechodzą jedne w drugie:

Kwas przesuwa równowagę w stronę dichromianu(VI) (barwa pomarańczowa), zasada — w stronę chromianu(VI) (barwa żółta). Stopień utlenienia chromu się nie zmienia.

W maju 2026 r. (zad. 2, 0–2 pkt) do dwóch probówek z roztworem soli K₂AO₄ (A = chrom) dodano H₂SO₄ i KOH. Zmiana zaszła tylko w probówce I (z kwasem). Klucz podaje obserwację „Zmiana zabarwienia roztworu na pomarańczową” (w drugiej probówce brak zmian) i kilka przykładowych wniosków, m.in.:

• jony CrO₄²⁻ są trwałe w roztworze o odczynie zasadowym, a nietrwałe w roztworze o odczynie kwasowym;
• jony są „trwałe tylko” w roztworze zasadowym albo „nietrwałe tylko” w roztworze kwasowym;
• równanie 2CrO₄²⁻ + 2H⁺ → Cr₂O₇²⁻ + H₂O razem ze zdaniem, że jony są trwałe w roztworze zasadowym.

Sprawozdanie z 2026 r. opisuje też odwrotny błąd w zad. 10: zdający próbowali wykorzystać równowagę chromian/dichromian, choć w doświadczeniu użyto tylko roztworów dwóch soli i nic jej nie przesuwało. Część osób myliła też K₂CrO₄ z K₂Cr₂O₇ i pisała wzór Ag₂Cr₂O₇ zamiast Ag₂CrO₄.

Sprawdź, czy umiesz to przewidzieć w drugą stronę:

Amfoteryczny Cr(OH)₃ i tlenki chromu

Charakter tlenków chromu zależy od stopnia utlenienia: CrO (+II) jest zasadowy, Cr₂O₃ (+III) amfoteryczny, a CrO₃ (+VI) kwasowy. W 2024 r. (zad. 1.3) trzeba było napisać w formie jonowej reakcję tlenku chromu na najwyższym stopniu utlenienia z KOH. Klucz: CrO₃ + 2OH⁻ → CrO₄²⁻ + H₂O.

Wodorotlenek chromu(III) reaguje z kwasami i z mocnymi zasadami — w tym drugim przypadku powstaje hydroksokompleks (VII.8). W maju 2025 r. (zad. 7.2) do zawiesiny Cr(OH)₃ dodawano NaOH i trzeba było napisać równanie w formie jonowej skróconej. Klucz podaje [Cr(OH)₄]⁻ i dopuszcza zapis z [Cr(OH)₆]³⁻:

Poziom wykonania zad. 7.2 (razem z równaniem rozkładu Cu(OH)₂) wyniósł 50%. Żeby wykazać amfoteryczność, potrzebujesz dwóch probówek: w jednej wodorotlenek roztwarza się w kwasie, w drugiej — w nadmiarze zasady. Samo roztworzenie w kwasie nie odróżni wodorotlenku amfoterycznego od zasadowego.

Zadania CKE 2023–2026 o chromie i manganie

Zestawienie z arkuszy w formule 2023 (termin główny, maj). Poziomy wykonania pochodzą ze sprawozdań CKE za dany rok.

Trzy rzeczy rzucają się w oczy. Po pierwsze, zadanie 12.1 z 2024 r. było najtrudniejsze w całym arkuszu — według sprawozdania najczęstszym błędem było pomijanie jonów H⁺ w schemacie ogniwa z półogniwem manganowym. Po drugie, w zad. 17.1 z 2024 r. ustalenie wzoru produktu nieorganicznego „właściwie nie nastręczało problemów” (sprawozdanie), punkty traciło się na produkcie organicznym. Po trzecie, w 2026 r. zad. 10 sprawozdanie wprost wiąże niski wynik z dopasowywaniem barw do zapamiętanych jonów zamiast pytania, która para soli da osad widoczny na zdjęciu. Pełne arkusze z kluczami znajdziesz w zestawieniu arkusze maturalne z chemii.

Zadanie: KMnO₄ w trzech środowiskach

Dobre ćwiczenie z tego działu to jedno doświadczenie w trzech wersjach: ten sam utleniacz, ten sam reduktor, różne środowisko. Opisz obserwacje i zapisz równanie dla probówki z zasadą — klucz masz pod zadaniem.

W kursie MedMatura chrom i mangan mają osobną lekcję w dziale chemii nieorganicznej, z zadaniami otwartymi sprawdzanymi według klucza w stylu CKE — zobacz program na stronie chemia rozszerzona.

Najczęstsze pytania

Co powstaje z KMnO₄ w środowisku kwasowym, obojętnym i zasadowym?

W kwasowym — jony Mn²⁺ (roztwór się odbarwia), w obojętnym — MnO₂ (brunatny osad), w zasadowym — jony MnO₄²⁻ (roztwór zmienia barwę na zieloną). Mangan przyjmuje odpowiednio 5, 3 i 1 elektron.

Czy zmiana chromianu w dichromian to reakcja redoks?

Nie. W CrO₄²⁻ i w Cr₂O₇²⁻ chrom ma stopień utlenienia +VI. To przesunięcie równowagi pod wpływem jonów H⁺ albo OH⁻. Redoksem jest dopiero redukcja dichromianu(VI) do zielonych jonów Cr³⁺.

Czy na maturze trzeba znać redukcję dichromianu w środowisku zasadowym?

Podstawa programowa (X.6) wymaga redukcji jonów dichromianowych(VI) tylko w środowisku kwasowym. Inne środowiska wymienia wyłącznie dla jonów manganianowych(VII).

Jak zapisać roztwarzanie Cr(OH)₃ w zasadzie?

W kluczu z 2025 r. (zad. 7.2): Cr(OH)₃ + OH⁻ → [Cr(OH)₄]⁻. CKE dopuściła też zapis Cr(OH)₃ + 3OH⁻ → [Cr(OH)₆]³⁻.

Czy w obserwacjach wystarczy napisać „zmiana barwy”?

Nie. W zasadach oceniania z 2026 r. (zad. 2) CKE uznała sam opis „zmiana barwy roztworu” za niewystarczający. Podawaj barwę końcową, a najlepiej — barwę przed i po.