Условие задачи
Хром является окислителем в реакции, схема которой1) K2Cr2O7 + KOH ⟶ K2CrO4 + H2O2) K2CrO4 + H2SO4 ⟶ K2Cr2O7 + K2SO4 + H2O3) K2Cr2O7 + KI + H2SO4 ⟶ K2SO4 + I2 + Cr2(SO4)34) KCrO2 + Br2 + KOH ⟶ KBr + K2CrO4 + H2O
Решение
Ниже приведён подробный разбор задачи по неорганической химии (реакции окисления–восстановления). Задача требует определить, в какой из приведённых реакций хром (в виде соединения с кислородом) действует как окислитель. При этом мы должны использовать правила балансировки окислительно-восстановительных реакций в кислой среде, записывая все формулы с использованием символов Unicode (без LaTeX‑формата).
Набор реакций выглядит так:
1) K₂Cr₂O₇ + KOH → K₂CrO₄ + H₂O
2) K₂CrO₄ + H₂SO₄ → K₂Cr₂O₇ + K₂SO₄ + H₂O
3) K₂Cr₂O₇ + KI + H₂SO₄ → K₂SO₄ + I₂ + Cr₂(SO₄)₃
4) KCrO₂ + Br₂ + KOH → KBr + K₂CrO₄ + H₂O
Анализ реакции:
• В реакциях 1 и 2 происходит взаимное преобразование между дихроматом (Cr₂O₇²⁻) и хроматом (CrO₄²⁻) в зависимости от условий (кислотность или щёлочность). При этом степень окисления хрома не изменяется – в обоих случаях Cr находится в степени +6.
• В реакции 4 происходит реакция, где бром (Br₂) участвует в обмене с комплексом хрома, а не типичная окислительно–восстановительная реакция с участием ионов, где хром принимает электроны.
• Реакция 3 – классическая реакция, где дихромат (Cr₂O₇²⁻) в кислой среде (с участием H₂SO₄) окисляет йодид (I⁻) до молекулярного йода (I₂). При этом хром восстанавливается из степени +6 до +3, а йодид – окисляется до нулевой степени.
Таким образом, именно в схеме 3 хром действует как окислитель.
Далее приведём подробное решение с балансировкой реакции 3 по методу полуреакций.
──────────────────────────────
Шаг 1. Выделяем чисто ионное уравнение для окислительно–восстановительной реакции в кислотной среде.
Реакция окисления йодида:
2 I⁻ → I₂ + 2 e⁻
Реакция восстановления дихромата:
Cr₂O₇²⁻ + 14 H⁺ + 6 e⁻ → 2 Cr³⁺ + 7 H₂O
Чтобы число электронов при соединении полуреакций совпало, на реакции йодида умножаем на 3 (так как 3·2 e⁻ = 6 e⁻):
6 I⁻ → 3 I₂ + 6 e⁻
──────────────────────────────
Шаг 2. Складываем полуреакции, сокращая электроны:
Cr₂O₇²⁻ + 14 H⁺ + 6 I⁻ → 2 Cr³⁺ + 7 H₂O + 3 I₂
──────────────────────────────
Шаг 3. «Возвращаем» молекулы, исходя из заданных веществ.
Исходные вещества – K₂Cr₂O₇, KI и H₂SO₄. При этом K₂Cr₂O₇ даёт ион Cr₂O₇²⁻, 6 KI – 6 I⁻ и 7 H₂SO₄ – 14 H⁺ плюс 7 SO₄²⁻.
Мы получили в уравнении:
Cr₂O₇²⁻ + 14 H⁺ + 6 I⁻ → 2 Cr³⁺ + 7 H₂O + 3 I₂
Далее необходимо учесть и остаточные ионы для формирования солей. Рассмотрим ионы калия и сульфат-анионы:
1. Калий. Из K₂Cr₂O₇ получаем 2 K⁺, из 6 KI – ещё 6 K⁺, итого 8 K⁺.
2. Сульфат. Из 7 H₂SO₄ получаем 7 SO₄²⁻.
При образовании продуктов:
• Ионы Cr³⁺ соединяются с сульфат-анионами и образуют Cr₂(SO₄)₃ (на 2 Cr³⁺ требуется 3 SO₄²⁻).
• Оставшиеся сульфат-анионы (7 – 3 = 4 SO₄²⁻) нейтрализуются калием в виде K₂SO₄ (на 4 SO₄²⁻ потребуется 4 молекулы K₂SO₄, каждая содержащая 2 K⁺, что в сумме даёт 8 K⁺).
──────────────────────────────
Шаг 4. Записываем полное молекулярное уравнение с коэффициентами:
K₂Cr₂O₇ + 6 KI + 7 H₂SO₄ → Cr₂(SO₄)₃ + 3 I₂ + 4 K₂SO₄ + 7 H₂O
Проверим балансировку:
• Калий: слева 2 (из K₂Cr₂O₇) + 6 (из KI) = 8; справа 4·2 (в 4 K₂SO₄) = 8.
• Хром: 2 = 2.
• Йод: 6 = 3·2 = 6.
• Сера: слева 7; справа 3 (в Cr₂(SO₄)₃) + 4 (в 4 K₂SO₄) = 7.
• Водород: слева 7·2 = 14; справа 7·2 (в 7 H₂O) = 14.
• Кислород: слева: в K₂Cr₂O₇ 7 + в 7 H₂SO₄ 7·4 = 28; всего 35; справа: в Cr₂(SO₄)₃ 3·4 = 12, в 4 K₂SO₄ 4·4 = 16, в 7 H₂O 7 = 7, сумма 12+16+7 = 35.
──────────────────────────────
Вывод:
В реакции 3 (K₂Cr₂O₇ + KI + H₂SO₄ → K₂SO₄ + I₂ + Cr₂(SO₄)₃) дихромат (хром в степени окисления +6) выполняет функцию окислителя, окисляя йодид-анионы (I⁻) до молекулярного йода (I₂) и сам восстанавливаясь до Cr³⁺ (в составе Cr₂(SO₄)₃).
Таким образом, ответ: хром является окислителем в реакции 3.
──────────────────────────────
Итоговое сбалансированное уравнение:
K₂Cr₂O₇ + 6 KI + 7 H₂SO₄ → Cr₂(SO₄)₃ + 3 I₂ + 4 K₂SO₄ + 7 H₂O
Это и есть подробное решение задачи согласно правилам неорганической химии для реакций окисления–восстановления в кислой среде.