ОВР 2 часть

Теперь давайте исследуем, как вступает в реакцию широко распространенный окислитель – дихромат калия, и рассмотрим методы его получения. Дихромат калия в кислом растворе при взаимодействии с пероксидом водорода участвует в окислительно-восстановительном процессе. В дихромате калия хром находится в высшей степени окисления, что определяет его окислительные свойства. Хром входит в состав дихромат-иона ($Cr_2O_7^{2-}$), который, как известно, имеет оранжевый цвет. При добавлении пероксида водорода возможно протекание интересных химических реакций. Пероксид водорода представляет собой соединение кислорода в промежуточной степени окисления. Поскольку у водорода степень окисления $+1$, то у кислорода формальная степень окисления составляет $-1$. Эта промежуточная степень окисления позволяет пероксиду водорода проявлять двойственные свойства, выступая как в роли окислителя, так и в роли восстановителя. Проявляемые свойства в химических реакциях в значительной степени зависят от природы второго реагента, концентрации пероксида водорода и реакции среды. Мы рассмотрим поведение пероксида водорода при взаимодействии с соединениями хрома, в которых в зависимости от среды пероксид водорода может выступать как в качестве окислителя, так и в качестве восстановителя. Рассмотрим реакцию, протекающую в кислой среде. При взаимодействии пероксида водорода с дихроматом калия из-за кислорода со степенью окисления $-1$, молекула пероксида водорода выступает в качестве восстановителя, а серная кислота служит средой. В результате реакции образуются следующие продукты: в кислом растворе хром восстанавливается до степени окисления $+3$. Заряд этого катиона компенсируется анионами среды, в данном случае сульфат-ионами из серной кислоты. $$ K^{+}_2Cr^{+6}_2O^{-2}_7 + H^{+}_2O^{-}_2 + H^{+}_2S^{+6}O^{-2}_4 \rightarrow K^{+}_2S^{+6}O^{-2}_4 + Cr^{+3}_2(S^{+6}O^{-2}_4)_3 + O^{0}_2 + H^{+}_2O^{-2} $$ Восстановитель окисляется с выделением кислорода. Хром из высшей степени окисления восстанавливается до промежуточной устойчивой степени окисления $+3$. Домножим на коэффициенты полуреакции, чтобы суммарное число отданных и принятых электронов было одинаковым. $$ 2O^{-} - 2e^{-} = O_2 \times 3 $$ $$ Cr^{+6} + 3e^{-} = Cr^{+3} \times 2 $$ Перенесем коэффициенты перед окислителем и восстановителем, перед восстановленной и окисленной формами в уравнение реакции. $$ K_2Cr_2O_7 + 3H_2O_2 + ?H_2SO_4 \rightarrow K_2SO_4 + Cr_2(SO_4)_3 + 3O_2 + ?H_2O $$ Катионы калия, первоначально связанные с анионом, содержащим хром в высшей степени окисления, а также образующиеся катионы хрома(III) связываются с анионами среды, а именно с сульфат-ионами, образуя сульфаты калия и хрома. Коэффициенты перед этими веществами по 1, т.е. суммарно требуется 4 сульфат-анионов, т.е. в левой части перед серной кислотой должен стоять коэффициент 4. $$ K_2Cr_2O_7 + 3H_2O_2 + 4H_2SO_4 \rightarrow K_2SO_4 + Cr_2(SO_4)_3 + 3O_2 + ?H_2O $$ Коэффициент перед молекулами воды определяем по числу атомов водорода в левой части уравнения $6+8=14$, коэффициент перед водой равен $\frac{14}{2}=7$. Таким образом, мы можем полностью записать уравнение реакции. $$ K_2Cr_2O_7 + 3H_2O_2 + 4H_2SO_4 \rightarrow K_2SO_4 + Cr_2(SO_4)_3 + 3O_2 + 7H_2O $$ В ходе протекания данной реакции можно наблюдать следующие качественные изменения. Реакция протекает достаточно активно. Изначальный оранжевый раствор, обладающий насыщенным и красивым цветом, изменяет свою окраску на зеленый, также насыщенный и достаточно темный. Кроме того, наблюдается выделение газа. Рассмотрим еще одну реакцию, в которой также участвует пероксид водорода и соединения хрома. Однако, с точки зрения изменения степени окисления, этот процесс во многом является обратным рассмотренному выше. В качестве реагента используется любое соединение хрома в промежуточной степени окисления. Например, водный раствор хлорида хрома(III) $CrCl_3$. К этому раствору добавляется пероксид водорода и создается щелочная среда с использованием гидроксида калия $KOH$. $$ CrCl_3 + H_2O_2 + KOH \rightarrow \ldots $$ Важно отметить, что реакцию можно проводить не только с солями хрома, но и с гидроксидом хрома или гидроксокомплексом. Можно использовать любое соединение хрома в степени окисления $+3$. Таким образом, для проведения реакции необходимы соединение хрома(III), пероксид водорода и щелочь, выступающая в качестве среды. В этих условиях пероксид водорода проявляет свойства окислителя, а хром(III) – восстановителя. В ходе реакции происходит окисление хрома(III) до более высокой степени окисления, а именно до $+6$. Поскольку реакция протекает в щелочной среде, образуются хроматы, то есть анионы $CrO_4^{2-}$. Противоионами для этих анионов служат катионы среды, в данном случае – калия, что приводит к образованию $K_2CrO_4$. Важно отметить, что дихроматы, устойчивые в кислых растворах, отличаются от хроматов, которые образуются при окислении до с.о. $+6$ в щелочной среде. Растворы хроматов имеют желтый цвет, в отличие от оранжевых дихроматов. Пероксид водо...