Условие задачи
Оксид хрома (VI) прореагировал с гидроксидом калия. Полученное вещество обработали серной кислотой, из образовавшегося раствора выделили соль оранжевого цвета. Эту соль обработали бромоводородной кислотой. Полученное простое вещество вступило в реакцию с сероводородом. Напишите уравнения четырех описанных реакций.
Решение
Ниже приведён подробный разбор задачи по неорганической химии, поскольку в ней рассматриваются реакции оксида неорганического элемента, кислотно-основные превращения и окислительновосстановительные процессы.
Общая идея цепочки реакций такова:
1. Оксид хрома(VI) (CrO₃) как кислотный анхидрид реагирует с щёлочью (KOH), образуя соль хромата (K₂CrO₄).
2. При обработке полученной соли слабой кислотой (H₂SO₄) происходит переворот равновесия – в кислой среде ионы хромата (CrO₄²⁻) превращаются в дихромат (Cr₂O₇²⁻), соль которого (кислый дихромат калия) имеет оранжевый цвет.
3. При обработке этой оранжевой соли бромоводородной кислотой (HBr) происходит окислительновосстановительная реакция: дихромат (Cr₂O₇²⁻) окисляет Br⁻ до элементарного брома (Br₂), который является простым веществом (элементом).
4. Полученный Br₂ реагирует с сероводородом (H₂S) с восстановлением брома обратно до Br⁻ и образованием осадка элементарной серы (S).
Ниже приведём уравнения каждой реакции с пояснениями, записывая формулы с использованием символов Unicode (индексы – нижние числа):
─────────────────────────────
1. Реакция оксида хрома (VI) с гидроксидом калия
Оксид хрома (CrO₃) является кислотным анхидридом и реагирует с щёлочью по схеме:
CrO₃ + 2 KOH → K₂CrO₄ + H₂O
Пояснение. В результате реакции образуется хромат калия, который имеет желтый цвет.
─────────────────────────────
2. Превращение хромата в дихромат при добавлении серной кислоты
В кислой среде согласно реакции:
2 K₂CrO₄ + H₂SO₄ → K₂Cr₂O₇ + K₂SO₄ + H₂O
Пояснение. При наличии ионов водорода происходит протоколерация: 2 CrO₄²⁻ + 2 H⁺ → Cr₂O₇²⁻ + H₂O. Получившийся калиевый дихромат (K₂Cr₂O₇) имеет оранжевый цвет.
─────────────────────────────
3. Окислительновосстановительная реакция дихромата с бромид-ионами из HBr
Основное краснокислое уравнение для окисления Br⁻ дихроматом в кислой среде выглядит в ионной форме:
Cr₂O₇²⁻ + 6 Br⁻ + 14 H⁺ → 2 Cr³⁺ + 3 Br₂ + 7 H₂O
Если учитывать, что дихромат поступает из соли K₂Cr₂O₇, можно записать схематическое молекулярное уравнение (при условии, что необходимое количество протонов обеспечивается из HBr или дополнительной кислоты):
K₂Cr₂O₇ + 6 HBr + 8 H⁺ → 2 Cr³⁺ + 3 Br₂ + 7 H₂O + 2 K⁺
Пояснение. Здесь Br⁻ окисляются до Br₂ (элементарного брома), а Cr(VI) восстанавливается до Cr(III). В условиях кислой среды уравнение приводит к выделению оранжево-красного брома.
─────────────────────────────
4. Реакция элементарного брома с сероводородом
Бром (Br₂) как окислитель реагирует с H₂S, при этом происходит восстановление Br₂ до Br⁻ и образование осадка серы:
Br₂ + H₂S → S + 2 HBr
Пояснение. При этой реакции элементарная сера (S) выделяется в виде осадка, а Br₂ переходит в состав бромоводородной кислоты.
─────────────────────────────
Итог
Ответ содержит четыре уравнения реакций:
1) CrO₃ + 2 KOH → K₂CrO₄ + H₂O
2) 2 K₂CrO₄ + H₂SO₄ → K₂Cr₂O₇ + K₂SO₄ + H₂O
3) (ионное уравнение) Cr₂O₇²⁻ + 6 Br⁻ + 14 H⁺ → 2 Cr³⁺ + 3 Br₂ + 7 H₂O
(или схематически с участием K₂Cr₂O₇: K₂Cr₂O₇ + 6 HBr + 8 H⁺ → 2 Cr³⁺ + 3 Br₂ + 7 H₂O + 2 K⁺)
4) Br₂ + H₂S → S + 2 HBr
Таким образом, решение включает реакции кислотно-основного взаимодействия, переворот хромат–дихромат и окислительновосстановительные превращения с участием Br⁻ и H₂S.