某小組同學探究不同條件下H2O2與三價鉻(Cr)化合物的反應。
資料:ⅰ.Cr3+(墨綠色)、(墨綠色)、Cr(OH)3(藍色)、(黃色)、Cr2(橙色)、[Cr(O2)4]3-(磚紅色)。
ⅱ.Cr2+H2O?2+2H+
ⅲ.H2O2?H++;?H++
室溫下,向0.1mol?L-1Cr2(SO4)3溶液中滴加H2SO4溶液或NaOH溶液分別配制不同pH的Cr(Ⅲ)溶液;取配制后的溶液各5mL,分別加入足量30%H2O2溶液。
實驗 |
① |
② |
③ |
④ |
加H2O2前 |
pH |
4.10 |
6.75 |
8.43 |
13.37 |
現(xiàn)象 |
墨綠色溶液 |
藍色濁液 |
藍色濁液 |
墨綠色溶液 |
加H2O2后 |
現(xiàn)象 |
墨綠色溶液 |
黃綠色溶液 |
黃色溶液 |
磚紅色溶液 |
(1)結合加H
2O
2前的實驗現(xiàn)象,可推測Cr(OH)
3具有
兩性
兩性
(填“堿性”、“酸性”或“兩性”)。
(2)實驗①中,加H
2O
2后無明顯現(xiàn)象的原因可能是
溶液酸性較強,三價鉻以Cr3+形式存在,較為穩(wěn)定,不能被過氧化氫氧化
溶液酸性較強,三價鉻以Cr3+形式存在,較為穩(wěn)定,不能被過氧化氫氧化
。
(3)實驗②中,藍色濁液變?yōu)辄S綠色溶液的原因可能是
實驗②中,藍色濁液變?yōu)辄S綠色溶液的原因可能是酸性較弱的溶液中三價鉻以Cr(OH)
3存在,加入過氧化氫,Cr(OH)
3被氧化為
,2Cr(OH)
3+3H
2O
2=2
+4H
2O+4H
+,同時生成H
+使得Cr(OH)
3部分溶解生成Cr
3+,且溶液pH減小導致Cr
3+與過氧化氫不反應,使得溶液中黃色、綠色混合顯示黃綠色
實驗②中,藍色濁液變?yōu)辄S綠色溶液的原因可能是酸性較弱的溶液中三價鉻以Cr(OH)
3存在,加入過氧化氫,Cr(OH)
3被氧化為
,2Cr(OH)
3+3H
2O
2=2
+4H
2O+4H
+,同時生成H
+使得Cr(OH)
3部分溶解生成Cr
3+,且溶液pH減小導致Cr
3+與過氧化氫不反應,使得溶液中黃色、綠色混合顯示黃綠色
。
(4)取實驗③中黃色溶液,加入一定量稀硫酸,可觀察到,溶液迅速變?yōu)槌壬?,最終變?yōu)榫G色,觀察到有無色氣體產生。結合化學用語解釋上述實驗現(xiàn)象
實驗③中黃色溶液中含有
,Cr
2(橙色)+H
2O?2
+2H
+,加入一定量的稀硫酸,溶液酸性增強,平衡逆向移動轉化為橙色的Cr
2溶液,Cr
2具有強氧化性,Cr
2和過氧化氫反應生成氧氣和Cr
3+,會觀察到溶液最終變?yōu)榫G色且有無色氣體產生
實驗③中黃色溶液中含有
,Cr
2(橙色)+H
2O?2
+2H
+,加入一定量的稀硫酸,溶液酸性增強,平衡逆向移動轉化為橙色的Cr
2溶液,Cr
2具有強氧化性,Cr
2和過氧化氫反應生成氧氣和Cr
3+,會觀察到溶液最終變?yōu)榫G色且有無色氣體產生
。
(5)已知[Cr(O
2)
4]
3-中Cr為+5價。實驗④中,加入H
2O
2后發(fā)生反應的離子方程式為
Cr
2+5H
2O
2+8H
+=2Cr
3++7H
2O+5O
2↑
Cr
2+5H
2O
2+8H
+=2Cr
3++7H
2O+5O
2↑
。
(6)取少量實驗④的磚紅色溶液,加熱,隨著溫度的升高,溶液最終變?yōu)辄S色。針對溶液的顏色變化,該小組同學提出如下猜想。
猜想1:加熱條件下,[Cr(O
2)
4]
3-發(fā)生自身氧化還原反應,生成
;
猜想2:
加熱促使[Cr(O
2)
4]
3-與過氧化氫進一步反應生成
加熱促使[Cr(O
2)
4]
3-與過氧化氫進一步反應生成
。
針對上述猜想,該小組同學另取少量實驗④的磚紅色溶液,
加入少量的二氧化錳,待不再產生氣體后,過濾,濾液加熱
加入少量的二氧化錳,待不再產生氣體后,過濾,濾液加熱
,溶液由磚紅色變?yōu)辄S色,由此得出猜想1成立。
(7)綜合以上實驗,影響H
2O
2與三價鉻化合物反應的因素除了pH,還有
溫度
溫度
。
【答案】兩性;溶液酸性較強,三價鉻以Cr
3+形式存在,較為穩(wěn)定,不能被過氧化氫氧化;實驗②中,藍色濁液變?yōu)辄S綠色溶液的原因可能是酸性較弱的溶液中三價鉻以Cr(OH)
3存在,加入過氧化氫,Cr(OH)
3被氧化為
,2Cr(OH)
3+3H
2O
2=2
+4H
2O+4H
+,同時生成H
+使得Cr(OH)
3部分溶解生成Cr
3+,且溶液pH減小導致Cr
3+與過氧化氫不反應,使得溶液中黃色、綠色混合顯示黃綠色;實驗③中黃色溶液中含有
,Cr
2(橙色)+H
2O?2
+2H
+,加入一定量的稀硫酸,溶液酸性增強,平衡逆向移動轉化為橙色的Cr
2溶液,Cr
2具有強氧化性,Cr
2和過氧化氫反應生成氧氣和Cr
3+,會觀察到溶液最終變?yōu)榫G色且有無色氣體產生;Cr
2+5H
2O
2+8H
+=2Cr
3++7H
2O+5O
2↑;加熱促使[Cr(O
2)
4]
3-與過氧化氫進一步反應生成
;加入少量的二氧化錳,待不再產生氣體后,過濾,濾液加熱;溫度