Reakcje redoks z chromem

Przebrnęliśmy przez redoksową chemię manganu, czas na drugi pierwiastek, który popisuje się przed nami swoim umiłowaniem do reakcji utleniania i redukcji.

1. Reakcje redoks z chromem

Tak jest – widzisz (w zadaniu) chrom i powinieneś myśleć : redoks! Związki chromu są wszechobecne w reakcjach utlenienia i redukcji, z chromianem (VI) potasu (K2CrO4) oraz dichromianem (VI) potasu (K2Cr2O7) na czele, jako statystycznie najczęściej pojawiające się związki.

Zwróć uwagę, że w obu tych związkach chrom ma ten sam stopień utlenienia +VI. Upewnij się, że potrafisz to samodzielnie ustalić, a jeśli nie to odsyłam tutaj : Jak rozpoznać reakcje redoks, czyli stopnie utlenienia.

Z reguły maturalne zadania dotyczące redoksów polegają po prostu na tym, aby zbilansować reakcję, napisać odpowiednie równania oraz wskazać utleniacza i reduktora. Sytuacja może się jednak nieco zmienić, jeśli w równaniu reakcji pojawi się właśnie on : K2Cr2O7 lub K2CrO4

Wtedy obowiązuje nas nawet przewidywanie, co powstanie w reakcji, czyli inaczej mówiąc – mając podane substraty (to te po lewej) musimy jeszcze napisać produkty (to te prawej).

Jak już wiemy z ostatniego postu o manganie, produkty reakcji będą zależały od środowiska reakcji.

2. Produkty reakcji też zależą od środowiska, ale tu masz mniej do zapamiętania

W równaniu reakcji synonimem do ,,środowisko kwaśne” jest jon H+ (lub H3O+) , środowisko obojętne to oczywiście woda H2O , natomiast środowisko zasadowe jest oznaczane jako OH.

Zanim jednak odpowiemy na to pytanie to przedstawmy wszystkie możliwości. Co niestety jest przykre – musisz się także nauczyć na pamięć kolorów poszczególnych jonów! Tutaj nie ma rady, trzeba to wykuć, bo niestety o te kolorki (bardzo) często są pytania!

jon  Cr3+ CrO42ーCr2O72ー
kolorzielonyżółty pomarańczowy
Kolory związków chromu

Możemy na przykład spotkać się z takim równaniami reakcji, w których zadaniem byłoby najpierw ustalenie, jakie produkty powstają :

Cr2O72ー +  Fe2+  +  H+ ⟶ ?

2CrO42ー  + H+ ⟶ ?

To, co powstaje z nadmanganianu potasu w różnych środowiskach podsumowuje tabela :

SubstratŚrodowisko
reakcji
ProduktZmiana barwy
Cr2O72ー kwasowe
H+ (lub H3O+)
Cr3+pomarańczowy ➜  zielony
CrO42ーkwasowe
H+ (lub H3O+)
Cr3+żółty ➜  zielony
Produkty reakcji redoks ze związkami chromu

Widzimy, że jest tutaj dużo prościej niż w przypadku związków manganu. Ogólnie dichromianu używa się częściej (jest on mocniejszym utleniaczem), natomiast co ciekawe, oba jony istnieją ze sobą w równowadze. Ta druga reakcja pokazana wyżej w rzeczywistości nie jest redoksem!

  2CrO42ー  + 2H+   ⇄   Cr2O72ー + H2O

Faktycznie, stopień utlenienia chromu się nie zmienił i ciągle wynosi (+VI). Reakcja ta polega na połączeniu dwóch anionów chromianowych, a towarzyszy temu wydzielenie cząsteczki wody (zatem jest to kondensacja). Taka paplanina nic nam nie mówi, więc spójrzmy na rysunek :

Sama równowaga jest dosyć istotna, chociaż raczej bardziej w kontekście Olimpiady Chemicznej [1].

Jak też widzimy – chrom zawsze się redukuje, co oznacza, że K2Cr2O7 czy K2CrO4 zawsze pełnią rolę utleniaczy. Możemy już zatem wpisać jeden z produktów naszej reakcji :

Cr2O72ー +  Fe2+  +  H+Cr3+ + ?

Skoro chrom pełni rolę utleniacza i sam się redukuje, to coś się musi utleniać. W takim razie zastanawiamy się, do czego może utlenić się żelazo, które jest na +II stopniu utlenienia? Drugi możliwy stopień utlenienia dla żelaza to +III, a zatem piszemy jon Fe3+ .

Cr2O72ー +  Fe2+  +  H+ ⟶ Cr3+ + Fe3+

Wciąż nam czegoś brakuje, bo po lewej stronie są atomy wodoru oraz tlenu, a tych nie ma po prawej. Jedynym logicznym rozwiązaniem jest dodanie wody po prawej stronie.

Cr2O72ー +  Fe2+  +  H+ ⟶ Cr3+ + Fe3+ + H2O

3. Dodatkowe reakcje redoks z chromem, na które warto zwrócić uwagę

Termiczny (czyli używamy wysokich temperatur) rozkład dichromianu amonu :

(NH4)2Cr2O7   ⟶   Cr2O3  +  N2  +  4H2O

Utlenianie wodorotlenku chromu (III) przy użyciu nadtlenku wodoru w środowisku zasadowym.

2Cr(OH)3  +  3H2O+  4NaOH   ⟶   2Na2CrO4  +  8H2O

Dlaczego powstaje tutaj akurat chromian, a nie dichromian? Wynika to z naszego procesu równowagowego[1]. Wiemy, że w środowisku zasadowym (a takiego używamy w tej reakcji) dominują jony chromianowe, natomiast dichromian istnieje w środowisku kwaśnym.


[1] Zapiszmy sobie jeszcze raz nasz proces równowagowy :

  2CrO42ー  + 2H+   ⇄   Cr2O72ー + H2O

Z powyższej równowagi wynika ważna zależność : jony chromianowe (CrO42ー) będą dominować w środowisku zasadowym, natomiast dichromianowe (Cr2O72ー) w środowisku kwasowym!  Wynika to z reguły przekory (Le Chateliera − Brauna). 

Leave a Reply

%d bloggers like this: