Хром


ЦЕЛЬ УРОКА: Продолжить формирование понятий «химический элемент», «химическая реакция». Закрепить и углубить знания о периодической системе. Подтвердить общие и особенные свойства хрома и его соединений. Продолжить формирование логического мышления: умение сравнивать, делать выводы. Показать причинно- следственную зависимость между составом, строением, свойствами и применением.

1.Положение хрома в периодической системе химических элементов и строение атома

Хром возглавляет VI Б группу. Его электронная формула следующая:

24Сr ) +24 2 ) 8 )13 )1

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s1

Согласно закономерностям заполнения энергетических уровней и подуровней (орбиталей), у атома хрома на четвертом энергетическом уровне (s-подуровне) должно быть два электрона. Однако происходит «проскок» электрона: один из двух s- электронов переходит на третий энергетический уровень, на свободную d-орбиталь. В образовании химических связей могут участвовать 1 s-электрон внешнего уровня и 5 d-электронов предпоследнего уровня.

Хром может проявлять степени окисления от +1 до +6. Наиболее устойчивыми являются соединения хрома со степенью окисления +2, +3, +6.

2. Нахождение в природе

Общее содержание хрома в земной коре составляет 0,03%. Хром входит в состав различных минералов. Наиболее распространен минерал хромит, или хромистый железняк FeCr2O4, богатые месторождения которого имеются в Казахстане в Актюбинской области. На базе хромитовых руд этих месторождений работают Актюбинский и Ермаковский заводы ферросплавов.

В природе встречается также оксид хрома(III) Cr2O3 и некоторые другие соединения хрома. Хром обнаружен и в космосе: на Солнце, звездах и в метеоритах.

Хромистый железняк Хромит FeCr2O4

FeO* Cr2O3

Крокоит PbCrO4

3. Получение

Хром получают в промышленности пирометаллургическим способом и алюминотермией.

Из хромистого железняка Fe(CrO2)2 (хромита железа) получают феррохром восстановлением в электропечах коксом (углеродом):

FeO· Cr2O3 + 4C → Fe + 2Cr + 4CO↑

Для получения чистого хрома его восстанавливают из оксида хрома (III) алюминием:

Cr2O3 + 2AI = AI2O3 + 2Cr

4. Физические свойства

Хром – серебристо-белый блестящий металл. Из металлов он самый твердый, легко царапает стекло. Хром хрупкий, его плотность 7,2 г/см3, температура плавления 18550С. Электро- и теплопроводность небольшие.

5. Химические свойства

Поверхность хрома покрыта прозрачной пленкой оксида. Она очень тонкая, но химически весьма устойчива – даже кислоты разрушают ее с трудом. Благодаря этой пленке хром является одним из самых коррозионно-стойких металлов. Даже во влажном воздухе он совершенно не изменяется.

При высокой температуре хром горит в кислороде, образуя оксид Cr2O3:

4Cr + 3 O2 = 2Cr2O3

Энергично взаимодействует хром с фтором и хлором. При пропускании хлора над нагретым до красного каления хромом получают хлорид хрома(III) темно-красного цвета:

r + 3 CI2 = 2CrCI3

Раскаленный хром реагирует с парами воды:

r + 3H2O = Cr2O3 + 3H2

Металлический хром при нагревании реагирует также с серой, азотом, фосфором, углем, кремнием и бором. Например:

1) 2Cr + N2 =2CrN (нитрид хрома (III))

2) 2Cr + 3S = Cr2S3 (сульфид хрома (III))

Разбавленная соляная и серная кислоты начинают реагировать с хромом только некоторое время (после разрушения пленки):

2 Cr + 3H2SO4(разб.) = Cr2(SO4)3 + 3H2

Азотная и концентрированная серная кислоты пассивируют хром (закрепляют оксидную пленку).

Реагирует с солями менее активных металлов

Cr + CuSO4 = CrSO4 + Cu

6. Соединения хрома

Хром, проявляя степени окисления от +2 до +6, образует разнообразные соединения с различными свойствами. Для соединения хрома, как и для соединений других переходных металлов, существует закономерность: с возрастанием степени окисления основные и восстановительные свойства соединений ослабевают, а кислотные и окислительные свойства соединений усиливаются.

Оксид хрома (II) CrO

Физические свойства: твердое нерастворимое в воде вещество черного цвета.

Химические свойства

CrO – основной оксид.

1. Взаимодействует с кислотами: CrO + 2HCl → CrCl2 + 2H2O

2. Легко окисляется на воздухе при нагревании до оксида хрома (III): 4CrO + O2 2 Cr2O3

3. Восстанавливается водородом до хрома: CrO + Н2 Cr + H2O

Получение:

1. При окислении амальгамы хрома на воздухе:

2Cr + O2 2 CrO

2. При прокаливании Сr(ОН)2 в отсутствие кислорода:

Сr(ОН)2 CrO + H2O

Cr2O3 + 3Н2 2Cr + 3H2O

Гидроксид хрома (II) Сr(ОН)2

Физические свойства: твердое нерастворимое в воде вещество желтого цвета.

Химические свойства

Сr(ОН)2 – слабое основание.

1. Взаимодействует с кислотами:

Cr(OH)2 + 2HCl → CrCl2 + 2H2O

2. Легко окисляется в присутствии влаги кислородом воздуха в Сr(ОН)3:

4Cr(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Cr(OH)3

3. При прокаливании разлагается:

а) без доступа воздуха: Сr(ОН)2 CrO + H2O

б) в присутствии кислорода: 4Сr(ОН)2 2 Cr2O3 + 4H2O

Получение:

1. Действием щелочи на растворы солей Cr(II): СrСl2 + 2 NaОН = Сr(ОН)2↓ + 2 NaСl.

Оксид хрома (III) Cr2O3

Физические свойства: темно-зеленое тугоплавкое вещество, нерастворимое в воде.

Химические свойства

Cr2O3 - амфотерный оксид.

1. Взаимодействует с кислотами, как основной оксид:

Cr2O3 + 6HCl 2 CrCl3 + 3H2O

2. Взаимодействует со щелочами, как кислотный оксид:

Cr2O3 + 2NaOH 2NaCrO2 + H2O

3. При высокой температуре восстанавливается водородом, кальцием, углеродом до хрома:

Cr2O3 + 3Н2 2Cr + 3H2O

Получение:

1. При окислении хрома:

4Cr + 3O2 2Cr2O3

2. При разложении гидроксида хрома (III):

2Сr(ОН)3 Cr2O3 + 3H2O

Гидроксид хрома (III) Cr(OH)3

Физические свойства: нерастворимое в воде вещество зелёного цвета.

Химические свойства

Сr(ОН)3амфотерный гидроксид.

1. Взаимодействует с кислотами, как нерастворимое основание:

2Cr(OH)3 + 3H2SO4 →Cr2(SO4)3 + 6H2O

2. Взаимодействует со щелочами, как нерастворимая кислота:

Cr(OH)3 + KOH → KCrO2+ 2H2O

(хромит калия)

3. При нагревании легко разлагается:

2Сr(ОН)3 Cr2O3 + 3H2O

Получение:

1. При действии щелочей на соли Сr3+ выпадает студнеобразный осадок гидроксида хрома (III) зеленого цвета:

Сr2(SО4)3 + 6NaОН → 2 Сr(ОН)3↓ + 3 Na24

Оксид хрома (VI) CrO3

Физические свойства: твердое вещество темно-красного цвета, хорошо растворимое в воде. Ядовит!

Химические свойства

CrO3 – кислотный оксид.

1. Взаимодействует со щелочами, образуя соли желтого цвета-хроматы:

CrO3 + 2KOH → K2CrO4 + H2O

2. Взаимодействует с водой, образуя кислоты:

CrO3 + H2O → H2CrO4 - хромовая кислота

2 CrO3 + H2O → H2Cr2O7 - дихромовая кислота

3. Термически неустойчив:

4 CrO3 → 2Cr2O3 + 3O2

Получение:

1. Получают из хромата (или дихромата) калия действием H2SO4(конц.).

K2CrO4 + H2SO4 → CrO3 + K2SO4 + H2O

K2Cr2O7 + H2SO4 → 2CrO3 + K2SO4 + H2O

Гидроксиды хрома (VI)

H2CrO4 - хромовая кислота, H2Cr2O7 - дихромовая кислота

Обе кислоты неустойчивы, при попытке их выделения в чистом виде распадаются на воду и оксид хрома (VI). Однако соли их вполне устойчивы. Соли хромовой кислоты называют хроматами, они окрашены в желтый цвет, а соли дихромовой кислоты – дихроматами, они окрашены в оранжевый цвет [1].

Соединения Cr (II)- восстановители, легко окисляются, превращаясь в соединения хрома (III). Соединения хрома (VI) – сильные окислители, легко восстанавливается в соединения хрома (III). Соединения хрома (III) могут при взаимодействии с сильными восстановителями проявлять окислительные свойства, переходя в соединения хрома (II), а при взаимодействии с сильными окислителями проявляет восстановительные свойства, превращаясь в соединения хрома (VI).

3Na2SO3 + K2Cr2O7 + 4H2SO4 = 3Na2SO4 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 4H2O [2].

Разложение дихромата аммония:

(NH4)2 Cr2O7 = Cr2O3 + N2 + 4H2O [3].

Все соединения хрома со степенями окисления +3 и +6 ядовиты. Особенно это относится к хромовым кислотам и их солям, а также к оксиду хрома (VI). Они поражают кожу, дыхательные пути, вызывают воспаление глаз. Поэтому, работая с ними, необходимо соблюдать все меры предосторожности.

7. Распознавание соединений хрома

Все растворы солей хрома имеют окраску:

Cr2+ -голубого цвета,

Cr3+ - зелено-фиолетового цвета,

CrO42- - желтого цвета и

Cr2O72- - оранжевого цвета.

Образующиеся из солей основания и кислоты хрома также ярко окрашены, что может служить признаком для их распознавания.

8. Применение

Хром и его сплавы – ценные материалы современной техники. Хром – один из самых важных легирующих элементов, применяемых в черной металлургии. Его добавляют в пружинные, рессорные, инструментальные и шарикоподшипниковые стали. Нержавеющая сталь самой распространенной марки содержит 18% хрома и 8% никеля. Сплавы хрома с никелем- нихромы- применяются для изготовления нагревательных элементов.

Хром используется для создания антикоррозионных и декоративных покрытий.

Соли хрома весьма разнообразны по окраске: фиолетовые, синие, зеленые, коричневые, оранжевые, красные и черные. На их основе готовят разнообразные краски.

Хроматы и дихроматы применяются как окислители.

Соединения хрома необходимы при дублении кожи. Отсюда и идет название «хромовые сапоги». Такая кожа обладает красивым блеском, прочна и удобна в ношении.