Лабораторный опыт 20, страница 194 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 40. Соединения хрома. Зависимость кислотно-основных и окислительно-восстановительных свойств от степени окисления металла. Глава 4. Металлы побочных подгрупп - страница 194.

Условие.

Лабораторный опыт 20. Свойства соединений хрома

1. К раствору хлорида хрома(III) прилейте раствор аммиака. Что наблюдаете? Выпавший осадок разделите на две части, к одной из них добавьте раствор щёлочи, а к другой — кислоты. Что происходит? Какими свойствами обладает гидроксид хрома(III)?

2. К изумрудно-зелёному раствору хромата(III), полученному в предыдущем опыте, добавьте бромную воду или пероксид водорода. Нагрейте раствор. Если окраска раствора при этом не стала жёлтой, прибавьте дополнительное количество окислителя. Напишите уравнение реакции.

3. К раствору дихромата калия добавьте гидроксид калия. Как изменилась окраска? Чем это вызвано? К полученному раствору добавьте серной кислоты до восстановления жёлтой окраски. В какой среде устойчивы хроматы, дихроматы?

Решение.

Решение 2.

1. При приливании раствора аммиака к раствору хлорида хрома(III) происходит реакция обмена, в результате которой выпадает объёмный студенистый осадок гидроксида хрома(III) серо-зелёного или серо-голубого цвета.

Уравнение реакции: $CrCl_3 + 3(NH_3 \cdot H_2O) \rightarrow Cr(OH)_3\downarrow + 3NH_4Cl$.

Далее, при разделении осадка на две части и воздействии на них щёлочью и кислотой, происходят следующие процессы:

- При добавлении к одной части осадка раствора щёлочи (например, гидроксида натрия $NaOH$) осадок растворяется. Это происходит потому, что гидроксид хрома(III) проявляет кислотные свойства, реагируя со щёлочью с образованием растворимого комплексного соединения – гексагидроксохромата(III) натрия, который окрашивает раствор в изумрудно-зелёный цвет.

Уравнение реакции: $Cr(OH)_3 + 3NaOH \rightarrow Na_3[Cr(OH)_6]$.

- При добавлении ко второй части осадка раствора сильной кислоты (например, соляной кислоты $HCl$) осадок также растворяется. В данном случае гидроксид хрома(III) проявляет основные свойства, реагируя с кислотой с образованием соли и воды. Раствор приобретает зелёную окраску, характерную для ионов $Cr^{3+}$ в гидратированном состоянии.

Уравнение реакции: $Cr(OH)_3 + 3HCl \rightarrow CrCl_3 + 3H_2O$.

Способность гидроксида хрома(III) вступать в реакции как с кислотами, так и со щелочами, характеризует его как амфотерное соединение.

Ответ: При добавлении раствора аммиака к хлориду хрома(III) выпадает серо-зелёный осадок. Этот осадок растворяется как в кислоте, так и в щёлочи, что свидетельствует о том, что гидроксид хрома(III) обладает амфотерными свойствами.

2. Изумрудно-зелёный раствор, полученный в предыдущем опыте при растворении $Cr(OH)_3$ в щёлочи, содержит комплексные ионы $[Cr(OH)_6]^{3-}$. При добавлении к этому раствору сильного окислителя, такого как бромная вода ($Br_2$) или пероксид водорода ($H_2O_2$), и последующем нагревании происходит окислительно-восстановительная реакция. Хром в степени окисления +3 окисляется до хрома в степени окисления +6. В щелочной среде соединения хрома(VI) существуют в виде хромат-ионов $CrO_4^{2-}$, которые придают раствору устойчивую жёлтую окраску. Нагревание ускоряет протекание реакции.

Уравнение реакции с использованием пероксида водорода в качестве окислителя:

$2Na_3[Cr(OH)_6] + 3H_2O_2 \rightarrow 2Na_2CrO_4 + 2NaOH + 8H_2O$

В ионной форме:

$2[Cr(OH)_6]^{3-} + 3H_2O_2 \rightarrow 2CrO_4^{2-} + 2OH^- + 8H_2O$

Ответ: Уравнение реакции: $2Na_3[Cr(OH)_6] + 3H_2O_2 \rightarrow 2Na_2CrO_4 + 2NaOH + 8H_2O$.

3. При добавлении раствора гидроксида калия ($KOH$) к оранжевому раствору дихромата калия ($K_2Cr_2O_7$) окраска раствора изменяется с оранжевой на жёлтую. Это вызвано тем, что в щелочной среде дихромат-ионы ($Cr_2O_7^{2-}$) переходят в хромат-ионы ($CrO_4^{2-}$).

Уравнение равновесия: $Cr_2O_7^{2-} + 2OH^- \rightleftharpoons 2CrO_4^{2-} + H_2O$

(оранжевый) $\quad$ (жёлтый)

При добавлении к полученному жёлтому раствору хромата калия серной кислоты ($H_2SO_4$) происходит обратный процесс. Ионы водорода, появляющиеся в растворе, связывают гидроксид-ионы, смещая равновесие влево. В результате хромат-ионы переходят обратно в дихромат-ионы, и жёлтая окраска раствора сменяется на оранжевую. (В условии, вероятно, опечатка: "до восстановления жёлтой окраски" следует читать как "до восстановления оранжевой окраски").

Уравнение равновесия: $2CrO_4^{2-} + 2H^+ \rightleftharpoons Cr_2O_7^{2-} + H_2O$

(жёлтый) $\quad$ (оранжевый)

Данные превращения показывают, что устойчивость хроматов и дихроматов зависит от pH среды.

Ответ: При добавлении щёлочи к дихромату калия оранжевая окраска сменяется на жёлтую из-за перехода дихромат-ионов в хромат-ионы. При подкислении полученного раствора происходит обратный переход и восстановление оранжевой окраски. Хроматы ($CrO_4^{2-}$) устойчивы в щелочной и нейтральной среде, а дихроматы ($Cr_2O_7^{2-}$) – в кислой среде.