Номер 12, страница 399 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 8. Металлы. Параграф 55. Хром - номер 12, страница 399.

Условие.

12. Подготовьте сообщение «Радуга цвета на основе взаимных превращений соединений хрома».

Решение.

Решение 2.

Решение

Хром — переходный металл, название которого происходит от греческого слова «хрома», что означает «цвет». Это связано с тем, что соединения хрома в различных степенях окисления имеют разнообразную и яркую окраску. Взаимные превращения этих соединений создают настоящую «радугу цвета» в пробирке.

Наиболее устойчивой степенью окисления хрома является +3. Ионы хрома(III) ($Cr^{3+}$) в водном растворе обычно окрашены в зелёный цвет, что обусловлено образованием аквакомплекса $[Cr(H_2O)_6]^{3+}$. При добавлении к раствору соли хрома(III) щёлочи выпадает серо-зелёный осадок гидроксида хрома(III) — $Cr(OH)_3$. Этот гидроксид амфотерен: он растворяется и в кислотах, образуя зелёный раствор соли $Cr^{3+}$, и в избытке щёлочи, образуя изумрудно-зелёный раствор гексагидроксохромата(III) $[Cr(OH)_6]^{3-}$.

$Cr^{3+} + 3OH^- \rightarrow Cr(OH)_3 \downarrow$ (серо-зелёный осадок)
$Cr(OH)_3 + 3H^+ \rightarrow Cr^{3+} + 3H_2O$ (зелёный раствор)
$Cr(OH)_3 + 3OH^- \rightarrow [Cr(OH)_6]^{3-}$ (изумрудно-зелёный раствор)

Соединения хрома в степени окисления +6 также широко известны своей окраской. Это хроматы (содержат ион $CrO_4^{2-}$) и дихроматы (содержат ион $Cr_2O_7^{2-}$). Растворы хроматов имеют жёлтый цвет, а растворы дихроматов — оранжевый. Эти два иона могут переходить друг в друга в зависимости от кислотности среды. В кислой среде жёлтые хромат-ионы превращаются в оранжевые дихромат-ионы, а при добавлении щёлочи происходит обратный переход.

$2CrO_4^{2-}$ (жёлтый) $+ 2H^+ \rightleftharpoons Cr_2O_7^{2-}$ (оранжевый) $+ H_2O$

Этот обратимый переход является классическим примером химического равновесия, смещение которого можно наблюдать по изменению цвета раствора.

Окислительно-восстановительные реакции позволяют переходить между различными степенями окисления хрома, что сопровождается яркими цветовыми изменениями. Например, зелёные соединения хрома(III) можно окислить до жёлтых соединений хрома(VI) в щелочной среде с помощью сильных окислителей, таких как пероксид водорода.

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

Обратный процесс — восстановление хрома(VI) до хрома(III) — также легко осуществим. Дихроматы являются сильными окислителями, особенно в кислой среде. При реакции с восстановителями (например, сульфитом натрия или этанолом) оранжевая окраска раствора сменяется на зелёную.

$Cr_2O_7^{2-}$ (оранжевый) $+ 3SO_3^{2-} + 8H^+ \rightarrow 2Cr^{3+}$ (зелёный) $+ 3SO_4^{2-} + 4H_2O$

Существуют также соединения хрома в степени окисления +2. Ион $Cr^{2+}$ в растворе имеет небесно-голубой цвет. Его можно получить, восстанавливая соединения хрома(III) сильным восстановителем, например, металлическим цинком в кислой среде.

$2Cr^{3+}$ (зелёный) $+ Zn \rightarrow 2Cr^{2+}$ (голубой) $+ Zn^{2+}$

Однако ионы $Cr^{2+}$ очень неустойчивы на воздухе и быстро окисляются кислородом обратно до $Cr^{3+}$, при этом голубая окраска раствора переходит в зелёную.

$4Cr^{2+}$ (голубой) $+ O_2 + 4H^+ \rightarrow 4Cr^{3+}$ (зелёный) $+ 2H_2O$

Таким образом, взаимные превращения соединений хрома демонстрируют богатую палитру цветов: голубой ($Cr^{2+}$), зелёный ($Cr^{3+}$), жёлтый ($CrO_4^{2-}$), оранжевый ($Cr_2O_7^{2-}$). Эти переходы, управляемые изменением pH и окислительно-восстановительными процессами, наглядно иллюстрируют разнообразие химии этого удивительного элемента.

Ответ:

Взаимные превращения соединений хрома позволяют наблюдать настоящую «радугу цвета». Переходы между различными степенями окисления и формами существования ионов хрома сопровождаются яркими изменениями окраски раствора: небесно-голубой цвет характерен для ионов хрома(II) ($Cr^{2+}$), зелёный (или фиолетовый) — для ионов хрома(III) ($Cr^{3+}$), жёлтый — для хромат-ионов ($CrO_4^{2-}$), а оранжевый — для дихромат-ионов ($Cr_2O_7^{2-}$). Эти цветовые переходы обусловлены окислительно-восстановительными реакциями и изменением кислотности среды, что наглядно демонстрирует богатство химических свойств хрома.