Условие задачи

Хромит калия окисляется бромом в щелочной среде. Зеленая окраска раствора, переходит в желтую. Составьте электронные и молекулярное уравнения реакции. Какие ионы обусловливают начальную и конечную окраску раствора?

Решение

Ниже приводится одно из корректных решений задачи. В данной задаче происходит окисление вещества, в котором хром находится в степени окисления +3 (так называемый «хромит калия», то есть его щелочной комплекс, который имеет зеленый оттенок) до хромата, где хром имеет степень +6 (характерный жёлтый раствор). При этом бром (Br₂) в щелочной среде действует как окислитель, превращаясь в бромид (Br⁻).

Мы решим задачу по методике редокс–реакций, составив сначала полуравнения для окисления и восстановления, затем приведем полный электронный (нетионический) и молекулярный вариант.

────────────────────────────
1. ОКИСЛЕНИЕ хрома (полуравнение)

Исходно «хромит калия» можно записать без ионов калия, поскольку они являются зрителями; говорим о комплексном ионе, содержащем Cr(III). Часто для подобного комплексного вещества используют уравнение, где принято писать хром в виде гидроксида:

Cr(OH)₃ (зелёное) → CrO₄²⁻ (жёлтое).

При балансировке в сильно щелочной среде оно выглядит следующим образом. Чтобы учесть изменение кислородного баланса и заряд, подбираем коэффициенты так, чтобы соблюсти число атомов и заряд:

Предлагаемое полуравнение (окислительное) имеет вид:

Cr(OH)₃ + 5 OH⁻ → CrO₄²⁻ + 4 H₂O + 3 e⁻

Проверим баланс:
• Атомы Cr: 1 с обеих сторон.
• Атомы O: слева – 3 (из Cr(OH)₃) + 5 (из 5 OH⁻) = 8; справа – 4 (из CrO₄²⁻) + 4×1 (из 4 H₂O) = 8.
• Атомы H: слева – 3 (из Cr(OH)₃) + 5 (из 5 OH⁻) = 8; справа – 4×2 = 8.
• Заряд: слева – 5 × (–1) = –5; справа – (–2) + 3×(–1) = –2 – 3 = –5.
Таким образом, полуравнение составлено правильно.

────────────────────────────
2. ВОССТАНОВЛЕНИЕ брома (полуравнение)

Бром, превращаясь в бромид, восстанавливается. В щелочной среде можно записать стандартное полуравнение:

Br₂ + 2 e⁻ → 2 Br⁻

Проверка:
• Атомы Br: 2 с обеих сторон.
• Заряд: справа – 2 × (–1) = –2, и слева необходимо добавить 2 e⁻, чтобы заряд сравнялся.

────────────────────────────
3. Приведение к общему числу переданных электронов

В окислительном полуравнении участвуют 3 e⁻, в восстановительном – 2 e⁻. Для уравнивания переданных электронов находим наименьшее общее кратное 6:

– Умножим первое полуравнение на 2:
2 Cr(OH)₃ + 10 OH⁻ → 2 CrO₄²⁻ + 8 H₂O + 6 e⁻

– Умножим второе полуравнение на 3:
3 Br₂ + 6 e⁻ → 6 Br⁻

────────────────────────────
4. Составление суммарного электронного (нетионического) уравнения

Складываем полученные полуравнения, сокращая 6 e⁻ по обе стороны:

2 Cr(OH)₃ + 10 OH⁻ + 3 Br₂ → 2 CrO₄²⁻ + 6 Br⁻ + 8 H₂O

Это и есть полный электронный (нетионический) уравнение реакции.

────────────────────────────
5. Молекулярное уравнение

Если исходное вещество – «хромит калия», то его можно представить в виде калиевого комплекса, например, K[Cr(OH)₄] (его зеленый оттенок обусловлен Cr(III) в щелочной среде). При окислении образуется жёлтый калий хромат, который можно записать как K₂CrO₄. При добавлении калиевых ионов зрители сохраняются в растворе.

Чтобы получить молекулярное уравнение, к каждому иону Cr(III) надо добавить соответствующее количество K⁺. Например, для двух молей комплекса K[Cr(OH)₄] имеем 2 K⁺. Тогда реакция (с учетом зрителей) может быть записана так:

2 K[Cr(OH)₄] + 3 Br₂ + 4 OH⁻ → K₂CrO₄ + 6 Br⁻ + 5 H₂O

Однако, надо заметить, что точно молекулярное уравнение зависит от того, в каком именно виде присутствует Cr(III) в исходном растворе; зачастую в аналитической практике используют именно нетионическое уравнение, а калиевые ионы относятся к зрителям. Поэтому корректно дать ответ в виде двух уравнений: электронного (нетионического) и пояснения, что зелёный цвет обусловлен комплексом Cr(III) (хромитом), а жёлтый – образованием хромат-ионов (CrO₄²⁻).

────────────────────────────
6. Ответ на вопрос о цвете раствора

• Начальный зелёный цвет обусловлен присутствием ионов Cr(III) в виде гидроксидных комплексов (например, Cr(OH)₃ или K[Cr(OH)₄]), которые в щёлочной среде имеют характерную зелень.
• Конечный жёлтый цвет объясняется образованием ионов хромата, CrO₄²⁻, которые придают раствору жёлтый оттенок.

────────────────────────────
7. Итоговый ответ

Электронное (нетионическое) уравнение реакции:

2 Cr(OH)₃ + 10 OH⁻ + 3 Br₂ → 2 CrO₄²⁻ + 6 Br⁻ + 8 H₂O

(полуравнения: окисление: Cr(OH)₃ + 5 OH⁻ → CrO₄²⁻ + 4 H₂O + 3 e⁻; восстановление: Br₂ + 2 e⁻ → 2 Br⁻)

Молекулярное (с учётом калиевых ионов) уравнение можно записать, например, так (при том, что исходный комплекс записывается как K[Cr(OH)₄]):

2 K[Cr(OH)₄] + 3 Br₂ + 4 OH⁻ → K₂CrO₄ + 6 Br⁻ + 5 H₂O

Начальная зелёная окраска раствора определяется наличием ионов Cr(III) (гидроксидных комплексов хромита), а жёлтая – образованием ионов хромата (CrO₄²⁻).

Любой ответ, эквивалентный приведённым уравнениям и объяснениям, засчитывается как правильный.