Хромът е елемент от вторичната подгрупа на 6-та група на 4-ти период периодичната таблицахимически елементи на Д. И. Менделеев, с атомен номер 24. Означава се със символа Cr (лат. Chromium). Простото вещество хром е твърд метал със синкаво-бял цвят.
Химични свойства на хрома
При нормални условия хромът реагира само с флуор. При високи температури (над 600°C) взаимодейства с кислород, халогени, азот, силиций, бор, сяра, фосфор.
4Cr + 3O 2 – t° → 2Cr 2 O 3
2Cr + 3Cl 2 – t° → 2CrCl 3
2Cr + N 2 – t° → 2CrN
2Cr + 3S – t° → Cr 2 S 3
При нагряване реагира с водна пара:
2Cr + 3H 2 O → Cr 2 O 3 + 3H 2
Хромът се разтваря в разредени силни киселини (HCl, H 2 SO 4)
При липса на въздух се образуват Cr 2+ соли, а във въздуха Cr 3+ соли.
Cr + 2HCl → CrCl 2 + H 2
2Cr + 6HCl + O 2 → 2CrCl 3 + 2H 2 O + H 2
Наличието на защитен оксиден филм върху повърхността на метала обяснява неговата пасивност по отношение на концентрирани разтвори на киселини - окислители.
Съединения на хром
Хром(II) оксиди хром(II) хидроксид са основни по природа.
Cr(OH) 2 + 2HCl → CrCl 2 + 2H 2 O
Съединенията на хром (II) са силни редуциращи агенти; превръщат се в съединения на хром (III) под въздействието на атмосферния кислород.
2CrCl 2 + 2HCl → 2CrCl 3 + H 2
4Cr(OH) 2 + O 2 + 2H 2 O → 4Cr(OH) 3
Хромов оксид (III) Cr 2 O 3 е зелен, неразтворим във вода прах. Може да се получи чрез калциниране на хром(III) хидроксид или калиеви и амониеви дихромати:
2Cr(OH) 3 – t° → Cr 2 O 3 + 3H 2 O
4K 2 Cr 2 O 7 – t° → 2Cr 2 O 3 + 4K 2 CrO 4 + 3O 2
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 – t° → Cr 2 O 3 + N 2 + 4H 2 O (реакция на вулкан)
Амфотерен оксид. Когато Cr 2 O 3 се слее с алкали, сода и киселинни соли, се получават хромни съединения със степен на окисление (+3):
Cr 2 O 3 + 2NaOH → 2NaCrO 2 + H 2 O
Cr 2 O 3 + Na 2 CO 3 → 2NaCrO 2 + CO 2
При сливане със смес от алкали и окислител се получават хромни съединения в степен на окисление (+6):
Cr 2 O 3 + 4KOH + KClO 3 → 2K 2 CrO 4 + KCl + 2H 2 O
Хром (III) хидроксид C r (OH) 3. Амфотерен хидроксид. Сиво-зелено, разлага се при нагряване, губи вода и образува зелено метахидроксид CrO(OH). Не се разтваря във вода. Утаява се от разтвора като сиво-син и синкаво-зелен хидрат. Реагира с киселини и основи, не взаимодейства с амонячен хидрат.
Има амфотерни свойства - разтваря се както в киселини, така и в основи:
2Cr(OH) 3 + 3H 2 SO 4 → Cr 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O Cr(OH) 3 + ZN + = Cr 3+ + 3H 2 O
Cr(OH) 3 + KOH → K, Cr(OH) 3 + ZON - (конц.) = [Cr(OH) 6 ] 3-
Cr(OH) 3 + KOH → KCrO 2 + 2H 2 O Cr(OH) 3 + MOH = MSrO 2 (зелено) + 2H 2 O (300-400 °C, M = Li, Na)
Cr(OH) 3 →(120 о ° С – з 2 О) CrO(OH) →(430-1000 0 C –з 2 О) Cr2O3
2Cr(OH) 3 + 4NaOH (конц.) + ZN 2 O 2 (конц.) = 2Na 2 CrO 4 + 8H 2 0
Касова бележка: утаяване с амонячен хидрат от разтвор на хромови (III) соли:
Cr3+ + 3(NH3H2O) = СЪСr(OH) 3 ↓+ ЗNН 4+
Cr 2 (SO 4) 3 + 6NaOH → 2Cr(OH) 3 ↓+ 3Na 2 SO 4 (при излишък на алкали - утайката се разтваря)
Солите на хром (III) имат лилав или тъмнозелен цвят. Техните химични свойства наподобяват безцветни алуминиеви соли.
Cr(III) съединенията могат да проявяват както окислителни, така и редуциращи свойства:
Zn + 2Cr +3 Cl 3 → 2Cr +2 Cl 2 + ZnCl 2
2Cr +3 Cl 3 + 16NaOH + 3Br 2 → 6NaBr + 6NaCl + 8H 2 O + 2Na 2 Cr +6 O 4
Съединения на шествалентен хром
Хром(VI) оксид CrO 3 - яркочервени кристали, разтворими във вода.
Получава се от калиев хромат (или дихромат) и H 2 SO 4 (конц.).
K 2 CrO 4 + H 2 SO 4 → CrO 3 + K 2 SO 4 + H 2 O
K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 → 2CrO 3 + K 2 SO 4 + H 2 O
CrO 3 е киселинен оксид, с алкали образува жълти хромати CrO 4 2-:
CrO 3 + 2KOH → K 2 CrO 4 + H 2 O
В кисела среда хроматите се превръщат в оранжеви дихромати Cr 2 O 7 2-:
2K 2 CrO 4 + H 2 SO 4 → K 2 Cr 2 O 7 + K 2 SO 4 + H 2 O
В алкална среда тази реакция протича в обратна посока:
K 2 Cr 2 O 7 + 2KOH → 2K 2 CrO 4 + H 2 O
Калиевият дихромат е окислител в кисела среда:
K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 + 3Na 2 SO 3 = Cr 2 (SO 4) 3 + 3Na 2 SO 4 + K 2 SO 4 + 4H 2 O
K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 + 3NaNO 2 = Cr 2 (SO 4) 3 + 3NaNO 3 + K 2 SO 4 + 4H 2 O
K 2 Cr 2 O 7 + 7H 2 SO 4 + 6KI = Cr 2 (SO 4) 3 + 3I 2 + 4K 2 SO 4 + 7H 2 O
K 2 Cr 2 O 7 + 7H 2 SO 4 + 6FeSO 4 = Cr 2 (SO 4) 3 + 3Fe 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 7H 2 O
Калиев хромат K 2 Кр О 4 . Оксозол. Жълт, нехигроскопичен. Топи се без разлагане, термично стабилен. Силно разтворим във вода ( жълтоцветът на разтвора съответства на йона CrO 4 2-), леко хидролизира аниона. В кисела среда се превръща в K 2 Cr 2 O 7 . Окислител (по-слаб от K 2 Cr 2 O 7). Влиза в йонообменни реакции.
Качествена реакциявърху CrO 4 2- йон - утаяването на жълта утайка от бариев хромат, която се разлага в силно кисела среда. Използва се като фиксатор за боядисване на тъкани, средство за дъбене на кожа, селективен окислител и реагент в аналитичната химия.
Уравнения на най-важните реакции:
2K 2 CrO 4 +H 2 SO 4 (30%)= K 2 Cr 2 O 7 + K 2 SO 4 + H 2 O
2K 2 CrO 4 (t) +16HCl (концентрация, хоризонт) = 2CrCl 3 +3Cl 2 +8H 2 O+4KCl
2K 2 CrO 4 +2H 2 O+3H 2 S=2Cr(OH) 3 ↓+3S↓+4KOH
2K 2 CrO 4 +8H 2 O+3K 2 S=2K[Cr(OH) 6 ]+3S↓+4KOH
2K 2 CrO 4 +2AgNO 3 =KNO 3 +Ag 2 CrO 4 (червен) ↓
Качествена реакция:
K 2 CrO 4 + BaCl 2 = 2KCl + BaCrO 4 ↓
2BaCrO 4 (t) + 2HCl (разреден) = BaCr 2 O 7 (p) + BaC1 2 + H 2 O
Касова бележка: синтероване на хромит с поташ на въздух:
4(Cr 2 Fe ‖‖)O 4 + 8K 2 CO 3 + 7O 2 = 8K 2 CrO 4 + 2Fe 2 O 3 + 8СO 2 (1000 °C)
Калиев дихромат К 2 Кр 2 О 7 . Оксозол. Техническо наименование хромиран връх. Оранжево-червен, нехигроскопичен. Топи се без разлагане и се разлага при допълнително нагряване. Силно разтворим във вода ( оранжевоЦветът на разтвора съответства на йона Cr 2 O 7 2-. В алкална среда образува K 2 CrO 4 . Типичен окислител в разтвор и по време на топене. Влиза в йонообменни реакции.
Качествени реакции- син цвят на етерен разтвор в присъствието на H 2 O 2, син цвят на воден разтвор под действието на атомен водород.
Използва се като средство за дъбене на кожа, стъргане за боядисване на тъкани, компонент на пиротехнически състави, реагент в аналитичната химия, инхибитор на металната корозия, в смес с H 2 SO 4 (конц.) - за измиване на химически съдове.
Уравнения на най-важните реакции:
4K 2 Cr 2 O 7 =4K 2 CrO 4 +2Cr 2 O 3 +3O 2 (500-600 o C)
K 2 Cr 2 O 7 (t) +14HCl (конц.) = 2CrCl 3 +3Cl 2 +7H 2 O+2KCl (кипящ)
K 2 Cr 2 O 7 (t) +2H 2 SO 4 (96%) ⇌2KHSO 4 +2CrO 3 +H 2 O („хромна смес“)
K 2 Cr 2 O 7 +KOH (конц.) =H 2 O+2K 2 CrO 4
Cr 2 O 7 2- +14H + +6I - =2Cr 3+ +3I 2 ↓+7H 2 O
Cr 2 O 7 2- +2H + +3SO 2 (g) = 2Cr 3+ +3SO 4 2- +H 2 O
Cr 2 O 7 2- +H 2 O +3H 2 S (g) =3S↓+2OH - +2Cr 2 (OH) 3 ↓
Cr 2 O 7 2- (конц.) +2Ag + (разреден) =Ag 2 Cr 2 O 7 (червен) ↓
Cr 2 O 7 2- (разреден) +H 2 O +Pb 2+ =2H + + 2PbCrO 4 (червен) ↓
K 2 Cr 2 O 7(t) +6HCl+8H 0 (Zn)=2CrCl 2(syn) +7H 2 O+2KCl
Касова бележка:обработка на K 2 CrO 4 със сярна киселина:
2K 2 CrO 4 + H 2 SO 4 (30%) = К 2Кр 2 О 7 + K 2 SO 4 + H 2 O
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
хромразположени в четвъртия период на група VI на вторичната (B) подгрупа на периодичната система. Обозначение – Кр. Под формата на просто вещество - сиво-бял лъскав метал.
Хромът има центрирана към тялото кубична решетъчна структура. Плътност - 7,2 g/cm3. Точките на топене и кипене са съответно 1890 o C и 2680 o C.
Степен на окисление на хром в съединения
Хромът може да съществува под формата на просто вещество - метал, а степента на окисление на металите в елементарно състояние е равна на нула, тъй като разпределението на електронната плътност в тях е равномерно.
Състояния на окисление (+2) И (+3) хромът се появява в оксиди (Cr +2 O, Cr +3 2 O 3), хидроксиди (Cr +2 (OH) 2, Cr +3 (OH) 3), халогениди (Cr +2 Cl 2, Cr +3 Cl 3 ), сулфати (Cr +2 SO 4, Cr +3 2 (SO 4) 3) и други съединения.
Хромът също се характеризира със степента на окисление (+6) : Cr +6 O 3, H 2 Cr +6 O 4, H 2 Cr +6 2 O 7, K 2 Cr +6 2 O 7 и т.н.
Примери за решаване на проблеми
ПРИМЕР 1
ПРИМЕР 2
| Упражнение | Фосфорът има същата степен на окисление в следните съединения: а) Ca3P2 и H3PO3; b) KH 2 PO 4 и KPO 3; c) P4O6 и P4O10; г) H3PO4 и H3PO3. |
| Решение | За да дадем правилния отговор на поставения въпрос, последователно ще определим степента на окисление на фосфора във всяка двойка предложени съединения. а) Степента на окисление на калция е (+2), на кислорода и водорода - съответно (-2) и (+1). Нека вземем стойността на степента на окисление на фосфора като "x" и "y" в предложените съединения: 3 × 2 + x × 2 = 0; 3 + y + 3×(-2) = 0; Отговорът е неправилен. б) Степента на окисление на калия е (+1), кислорода и водорода са съответно (-2) и (+1). Нека вземем стойността на степента на окисление на хлора като "x" и "y" в предложените съединения: 1 + 2×1 +x + (-2)×4 = 0; 1 + y + (-2)×3 = 0; Отговорът е правилен. |
| Отговор | Вариант (б). |
Мишена:задълбочаване на знанията на учениците по темата на урока.
Задачи:
- характеризират хрома като просто вещество;
- запознават учениците с хромни съединения с различни степени на окисление;
- показват зависимостта на свойствата на съединенията от степента на окисление;
- показват редокс свойствата на хромовите съединения;
- продължават да развиват уменията на учениците да записват уравнения на химични реакции в молекулярна и йонна форма и да създават електронен баланс;
- продължете да развивате уменията за наблюдение на химичен експеримент.
Форма на урока:лекция с елементи на самостоятелна работа на студентите и наблюдение на химичен експеримент.
Прогрес на урока
I. Повторение на материал от предходния урок.
1. Отговорете на въпроси и изпълнете задачи:
Кои елементи принадлежат към подгрупата на хром?
Напишете електронни формули на атоми
Какъв тип елементи са те?
Какви степени на окисление проявяват съединенията?
Как се променят атомният радиус и йонизационната енергия от хром към волфрам?
Можете да помолите учениците да попълнят таблицата, като използват табличните стойности на атомните радиуси, енергиите на йонизация и да направят изводи.
Примерна таблица:
2. Слушайте доклад на студент по темата „Елементи на подгрупата на хром в природата, получаване и приложение“.
II. Лекция.
Конспект на лекцията:
- хром.
- Съединения на хром. (2)
- Хромов оксид; (2)
- Хромов хидроксид. (2)
- Съединения на хром. (3)
- Хромов оксид; (3)
- Хромов хидроксид. (3)
- Съединения на хром (6)
- Хромов оксид; (6)
- Хромни и двухромни киселини.
- Зависимост на свойствата на хромовите съединения от степента на окисление.
- Редокс свойства на хромните съединения.
1. Chrome.
Хромът е бял, лъскав метал със синкав оттенък, много твърд (плътност 7,2 g/cm3), точка на топене 1890˚C.
Химични свойства:Хромът е неактивен метал при нормални условия. Това се обяснява с факта, че повърхността му е покрита с оксиден филм (Cr 2 O 3). При нагряване оксидният филм се разрушава и хромът реагира с прости вещества при високи температури:
- 4Сr +3О 2 = 2Сr 2 О 3
- 2Сr + 3S = Сr 2 S 3
- 2Сr + 3Cl 2 = 2СrСl 3
Упражнение:съставят уравнения за реакциите на хром с азот, фосфор, въглерод и силиций; Съставете електронен баланс за едно от уравненията, посочете окислителя и редуктора.
Взаимодействие на хром със сложни вещества:
При много високи температури хромът реагира с вода:
- 2Сr + 3Н2О = Сr2О3 + 3Н2
Упражнение:
Хромът реагира с разредена сярна и солна киселина:
- Cr + H 2 SO 4 = CrSO 4 + H 2
- Cr + 2HCl = CrCl 2 + H 2
Упражнение:съставете електронен баланс, посочете окислителя и редуктора.
Концентрираната сярна солна и азотна киселина пасивират хрома.
2. Хромни съединения. (2)
1. Хромов оксид (2)- CrO е твърдо, яркочервено вещество, типичен основен оксид (съответства на хром (2) хидроксид - Cr(OH) 2), не се разтваря във вода, но се разтваря в киселини:
- CrO + 2HCl = CrCl 2 + H 2 O
Упражнение:съставете реакционно уравнение в молекулярна и йонна форма за взаимодействието на хромов оксид (2) със сярна киселина.
Хромният оксид (2) лесно се окислява във въздуха:
- 4CrO+ O 2 = 2Cr 2 O 3
Упражнение:съставете електронен баланс, посочете окислителя и редуктора.
Хромният оксид (2) се образува при окисляването на хромна амалгама с атмосферен кислород:
2Сr (амалгама) + O 2 = 2СrО
2. Хромов хидроксид (2)- Cr(OH) 2 е жълто вещество, слабо разтворимо във вода, с подчертан основен характер, поради което взаимодейства с киселини:
- Cr(OH) 2 + H 2 SO 4 = CrSO 4 + 2H 2 O
Упражнение:съставете реакционни уравнения в молекулярна и йонна форма за взаимодействието на хромов оксид (2) със солна киселина.
Подобно на хромовия (2) оксид, хромовият (2) хидроксид се окислява:
- 4 Cr(OH) 2 + O 2 + 2H 2 O = 4Cr(OH) 3
Упражнение:съставете електронен баланс, посочете окислителя и редуктора.
Хромният хидроксид (2) може да се получи чрез действието на алкали върху хромни соли (2):
- CrCl 2 + 2KOH = Cr(OH) 2 ↓ + 2KCl
Упражнение:напишете йонни уравнения.
3. Хромни съединения. (3)
1. Хромов оксид (3)- Cr 2 O 3 – тъмнозелен прах, неразтворим във вода, огнеупорен, близък по твърдост до корунд (съответства му хромен хидроксид (3) – Cr(OH) 3). Хромният оксид (3) е амфотерен по природа, но е слабо разтворим в киселини и основи. Реакции с алкали протичат по време на синтез:
- Cr 2 O 3 + 2KOH = 2KSrO 2 (хромит К)+ H2O
Упражнение:съставете реакционно уравнение в молекулярна и йонна форма за взаимодействието на хромов оксид (3) с литиев хидроксид.
Трудно е да взаимодейства с концентрирани разтвори на киселини и основи:
- Cr 2 O 3 + 6 KOH + 3H 2 O = 2K 3 [Cr(OH) 6 ]
- Cr2O3 + 6HCl = 2CrCl3 + 3H2O
Упражнение:съставете реакционни уравнения в молекулярна и йонна форма за взаимодействието на хромов оксид (3) с концентрирана сярна киселина и концентриран разтвор на натриев хидроксид.
Хромният оксид (3) може да се получи от разлагането на амониев дихромат:
- (NН 4)2Сr 2 О 7 = N 2 + Сr 2 О 3 +4Н 2 О
2. Хромов хидроксид (3) Cr(OH) 3 се получава чрез действието на алкали върху разтвори на хромни соли (3):
- CrCl 3 + 3KOH = Cr(OH) 3 ↓ + 3KCl
Упражнение:напишете йонни уравнения
Хромният хидроксид (3) е сиво-зелена утайка, при получаването на която алкалът трябва да се приеме в дефицит. Полученият по този начин хромен хидроксид (3), за разлика от съответния оксид, лесно взаимодейства с киселини и основи, т.е. проявява амфотерни свойства:
- Cr(OH) 3 + 3HNO 3 = Cr(NO 3) 3 + 3H 2 O
- Cr(OH) 3 + 3KOH = K 3 [Cr(OH)6] (хексахидроксохромит К)
Упражнение:съставете реакционни уравнения в молекулярна и йонна форма за взаимодействието на хромов хидроксид (3) със солна киселина и натриев хидроксид.
Когато Cr (OH) 3 се слее с алкали, се получават метахромити и ортохромити:
- Cr(OH) 3 + KOH = KCrO 2 (метахромит К)+ 2Н 2 О
- Cr(OH) 3 + KOH = K 3 CrO 3 (ортохромит К)+ 3H 2 O
4. Хромни съединения. (6)
1. Хромов оксид (6)- CrO 3 – тъмночервено кристално вещество, силно разтворимо във вода – типичен киселинен оксид. Този оксид съответства на две киселини:
- CrO 3 + H 2 O = H 2 CrO 4 (хромна киселина – образува се при излишък на вода)
- CrO 3 + H 2 O = H 2 Cr 2 O 7 (дихромна киселина - образува се при висока концентрация на хромен оксид (3)).
Хромният оксид (6) е много силен окислител, поради което енергично взаимодейства с органични вещества:
- C 2 H 5 OH + 4CrO 3 = 2CO 2 + 2Cr 2 O 3 + 3H 2 O
Също така окислява йод, сяра, фосфор, въглища:
- 3S + 4CrO 3 = 3SO 2 + 2Cr 2 O 3
Упражнение:съставят уравнения на химични реакции на хромен оксид (6) с йод, фосфор, въглища; създайте електронен баланс за едно от уравненията, посочете окислителя и редуциращия агент
При нагряване до 250 0 C хромният оксид (6) се разлага:
- 4CrO3 = 2Cr2O3 + 3O2
Хромният оксид (6) може да се получи чрез действието на концентрирана сярна киселина върху твърди хромати и дихромати:
- K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + 2CrO 3 + H 2 O
2. Хромни и двухромни киселини.
Хромните и двухромните киселини съществуват само във водни разтвори и образуват съответно стабилни соли, хромати и дихромати. Хроматите и техните разтвори са жълти на цвят, дихроматите са оранжеви.
Хроматни - CrO 4 2- йони и дихроматни - Cr 2O 7 2- йони лесно се трансформират един в друг, когато средата на разтвора се промени
В кисел разтвор хроматите се превръщат в дихромати:
- 2K 2 CrO 4 + H 2 SO 4 = K 2 Cr 2 O 7 + K 2 SO 4 + H 2 O
В алкална среда дихроматите се превръщат в хромати:
- K 2 Cr 2 O 7 + 2 KOH = 2 K 2 CrO 4 + H 2 O
Когато се разрежда, двухромната киселина се превръща в хромова киселина:
- H 2 Cr 2 O 7 + H 2 O = 2H 2 CrO 4
5. Зависимост на свойствата на хромовите съединения от степента на окисление.
| Степен на окисление | +2 | +3 | +6 |
| Оксид | CrO | Cr 2 O 3 | СrО 3 |
| Характер на оксида | основен | амфотерни | киселина |
| Хидроксид | Cr(OH) 2 | Cr(OH) 3 – H 3 CrO 3 | H 2 CrO 4 |
| Естество на хидроксида | основен | амфотерни | киселина |
|
→ отслабване на основните свойства и засилване на киселинните→ |
|||
6. Редокс свойства на хромните съединения.
Реакции в кисела среда.
В кисела среда съединенията Cr +6 се превръщат в съединения Cr +3 под действието на редуциращи агенти: H 2 S, SO 2, FeSO 4
- K 2 Cr 2 O 7 + 3H 2 S + 4H 2 SO 4 = 3S + Cr 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 7H 2 O
- S -2 – 2e → S 0
- 2Cr +6 + 6e → 2Cr +3
Упражнение:
1. Изравнете уравнението на реакцията, като използвате метода на електронния баланс, посочете окислителя и редуктора:
- Na 2 CrO 4 + K 2 S + H 2 SO 4 = S + Cr 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + Na 2 SO 4 + H 2 O
2. Добавете реакционните продукти, изравнете уравнението с помощта на метода на електронния баланс, посочете окислителя и редуциращия агент:
- K 2 Cr 2 O 7 + SO 2 + H 2 SO 4 =? +? +H2O
Реакции в алкална среда.
В алкална среда съединенията на хрома Cr +3 се превръщат в съединения Cr +6 под действието на окислители: J2, Br2, Cl2, Ag2O, KClO3, H2O2, KMnO4:
- 2KCrO 2 +3 Br 2 +8NaOH =2Na 2 CrO 4 + 2KBr +4NaBr + 4H 2 O
- Cr +3 - 3e → Cr +6
- Br2 0 +2e → 2Br -
Упражнение:
Изравнете уравнението на реакцията, като използвате метода на електронния баланс, посочете окислителя и редуциращия агент:
- NaCrO 2 + J 2 + NaOH = Na 2 CrO 4 + NaJ + H 2 O
Добавете реакционните продукти, изравнете уравнението с помощта на метода на електронния баланс, посочете окислителя и редуциращия агент:
- Cr(OH) 3 + Ag 2 O + NaOH = Ag +? + ?
По този начин окислителните свойства последователно се увеличават с промяна на степента на окисление в серията: Cr +2 → Cr +3 → Cr +6. Хромните съединения (2) са силни редуциращи агенти и лесно се окисляват, превръщайки се в хромни съединения (3). Хромните съединения (6) са силни окислители и лесно се редуцират до хромни съединения (3). Хромните съединения (3) при взаимодействие със силни редуциращи агенти проявяват окислителни свойства, превръщайки се в хромни съединения (2), а при взаимодействие със силни окислители проявяват редуциращи свойства, превръщайки се в хромни съединения (6)
Към методологията на лекцията:
- За подобряване на познавателната активност на студентите и поддържане на интереса е препоръчително да се проведе демонстрационен експеримент по време на лекцията. В зависимост от възможностите на учебната лаборатория на учениците могат да се демонстрират следните експерименти:
- получаване на хромен оксид (2) и хромен хидроксид (2), доказване на основните им свойства;
- получаване на хромен оксид (3) и хромен хидроксид (3), доказване на техните амфотерни свойства;
- получаване на хромен оксид (6) и разтварянето му във вода (получаване на хромна и двухромна киселина);
- преход на хромати към дихромати, дихромати към хромати.
- Задачите за самостоятелна работа могат да бъдат диференцирани, като се отчитат реалните учебни възможности на учениците.
- Можете да завършите лекцията, като изпълните следните задачи: напишете уравнения на химични реакции, които могат да се използват за извършване на следните трансформации:
.III. Домашна работа:подобрете лекцията (добавете уравненията на химичните реакции)
- Василиева З.Г. Лабораторни упражнения по обща и неорганична химия. -М .: "Химия", 1979 - 450 с.
- Егоров А.С. Учител по химия. – Ростов на Дон: „Феникс”, 2006.-765 с.
- Кудрявцев А.А. Писане на химични уравнения. - М., "Висше училище", 1979. - 295 с.
- Петров М.М. Неорганична химия. – Ленинград: “Химия”, 1989. – 543 с.
- Ушкалова В.Н. Химия: състезателни задачи и отговори. - М.: "Просвещение", 2000. - 223 с.
Хром (Cr), химичен елемент от VI група на периодичната система на Менделеев. Това е преходен метал с атомен номер 24 и атомна маса 51,996. В превод от гръцки името на метала означава „цвят“. Металът дължи името си на разнообразието от цветове, които са присъщи на различните му съединения.
Физични характеристики на хрома
Металът има достатъчна твърдост и едновременно с това крехкост. По скалата на Моос твърдостта на хрома се оценява на 5,5. Този показател означава, че хромът има максимална твърдост от всички метали, известни днес, след уран, иридий, волфрам и берилий. Простото вещество хром се характеризира със синкаво-бял цвят.
Металът не е рядък елемент. Концентрацията му в земната кора достига 0,02% от масата. акции Хромът никога не се среща в чиста форма. Намира се в минерали и руди, които са основният източник за добив на метали. Хромитът (хромова желязна руда, FeO*Cr 2 O 3) се счита за основното съединение на хрома. Друг доста често срещан, но по-малко важен минерал е крокоитът PbCrO 4 .
Металът може лесно да се стопи при температура от 1907 0 C (2180 0 K или 3465 0 F). При температура 2672 0 С кипи. Атомната маса на метала е 51,996 g/mol.
Хромът е уникален метал поради своите магнитни свойства. При стайна температура той проявява антиферомагнитно подреждане, докато други метали го проявяват при изключително ниски температури. Въпреки това, ако хромът се нагрее над 37 0 C, физични свойствасмяна на хром. По този начин електрическото съпротивление и коефициентът на линейно разширение се променят значително, модулът на еластичност достига минимална стойност и вътрешното триене се увеличава значително. Това явление се свързва с преминаването на точката на Неел, при която антиферомагнитните свойства на материала могат да се променят на парамагнитни. Това означава, че първото ниво е преминато и веществото рязко е увеличило обема си.
Структурата на хрома е тялоцентрирана решетка, поради което металът се характеризира с температурата на крехко-пластичния период. Въпреки това, в случая на този метал степента на чистота е от голямо значение, следователно стойността е в диапазона -50 0 C - +350 0 C. Както показва практиката, кристализираният метал няма пластичност, но мек отгряването и формоването го правят ковък.
Химични свойства на хрома
Атомът има следната външна конфигурация: 3d 5 4s 1. По правило в съединенията хромът има следните степени на окисление: +2, +3, +6, сред които Cr 3+ проявява най-голяма стабилност.Освен това има други съединения, в които хромът проявява напълно различна степен на окисление, а именно : +1, +4, +5.
Металът не е особено химически реактивен. Когато хромът е изложен на нормални условия, металът проявява устойчивост на влага и кислород. Въпреки това, тази характеристикане се прилага за съединението на хром и флуор - CrF 3, което при излагане на температури над 600 0 C взаимодейства с водни пари, образувайки Cr 2 O 3 в резултат на реакцията, както и азот, въглерод и сяра .
Когато металният хром се нагрява, той реагира с халогени, сяра, силиций, бор, въглерод и някои други елементи, което води до следните химични реакции на хрома:
Cr + 2F 2 = CrF 4 (с примес на CrF 5)
2Cr + 3Cl2 = 2CrCl3
2Cr + 3S = Cr 2 S 3
Хроматите могат да бъдат получени чрез нагряване на хром с разтопена сода на въздух, нитрати или хлорати на алкални метали:
2Cr + 2Na 2 CO 3 + 3O 2 = 2Na 2 CrO 4 + 2CO 2.
Хромът не е токсичен, което не може да се каже за някои от неговите съединения. Както е известно, прахът от този метал, ако попадне в тялото, може да раздразни белите дробове, той не се абсорбира през кожата. Но тъй като не се среща в чист вид, навлизането му в човешкото тяло е невъзможно.
Влиза тривалентен хром заобикаляща средапо време на добив и обработка на хромова руда. Хромът вероятно се въвежда в човешкото тяло под формата на хранителна добавка, използвана в програми за отслабване. Хромът с валентност +3 е активен участник в синтеза на глюкоза. Учените са установили, че прекомерната консумация на хром не причинява особена вреда на човешкото тяло, тъй като не се абсорбира, но може да се натрупва в тялото.
Съединенията, включващи шествалентен метал, са изключително токсични. Вероятността да навлязат в човешкото тяло се появява при производството на хромати, хромирането на предмети и при някои заваръчни работи. Поглъщането на такъв хром в тялото е изпълнено със сериозни последици, тъй като съединенията, в които присъства шествалентен елемент, са силни окислители. Поради това те могат да причинят кървене в стомаха и червата, понякога с перфорация на червата. Когато такива съединения влязат в контакт с кожата, възникват силни химични реакции под формата на изгаряния, възпаления и язви.
В зависимост от качеството на хрома, който трябва да се получи на изхода, има няколко метода за получаване на метала: електролиза на концентрирани водни разтвори на хромен оксид, електролиза на сулфати и редукция със силициев оксид. Последният метод обаче не е много популярен, тъй като произвежда хром с огромно количество примеси. Освен това не е икономически изгодно.
| Степен на окисление | Оксид | Хидроксид | Характер | Преобладаващите форми в разтворите | Бележки |
| +2 | CrO (черен) | Cr(OH)2 (жълт) | Основен | Cr2+ (сини соли) | Много силен редуциращ агент |
| Cr2O3 (зелен) | Cr(OH)3 (сиво-зелено) | Амфотерни |
Cr3+ (зелени или лилави соли) |
||
| +4 | CrO2 | не съществува | Необразуващи соли | - |
Рядко срещан, нехарактерен |
| +6 | CrO3 (червен) |
H2CrO4 |
киселина |
CrO42- (хромати, жълто) |
Преходът зависи от pH на околната среда. Силен окислител, хигроскопичен, много токсичен. |
Редокс свойства на хромни съединения с различна степен на окисление.
хром. Структурата на атома. Възможни степени на окисление. Киселинно-базови свойства. Приложение.
Cr +24)2)8)13)1
Хромът има степени на окисление +2, +3 и +6.
С увеличаване на степента на окисление се увеличават киселинните и окислителните свойства. Производните на хром Cr2+ са много силни редуциращи агенти. Йонът Cr2+ се образува на първия етап от разтварянето на хром в киселини или по време на редукция на Cr3+ в кисел разтвор с цинк. При дехидратация хидроксидът Cr(OH)2 се превръща в Cr2O3. Cr3+ съединенията са стабилни на въздух. Те могат да бъдат както редуциращи, така и окислителни агенти. Cr3+ може да се редуцира в кисел разтвор с цинк до Cr2+ или да се окисли в алкален разтвор до CrO42- с бром и други окислители. Хидроксидът Cr(OH)3 (или по-скоро Cr2O3 nH2O) е амфотерно съединение, което образува соли с катион Cr3+ или соли на хромова киселина HCrO2 - хромити (например KSrO2, NaCrO2). Cr6+ съединения: хромен анхидрид CrO3, хромови киселини и техните соли, сред които най-важни са хромати и дихромати - силно окислителни соли.
Използва се като устойчиви на износване и красиви галванични покрития (хромиране). Хромът се използва за производството на сплави: хром-30 и хром-90, които са незаменими за производството на дюзи за мощни плазмени горелки и в космическата индустрия.
Хромът е химически неактивен. При нормални условия той реагира само с флуор (от неметали), образувайки смес от флуориди.
Хромати и дихромати
Хроматите се образуват при взаимодействието на CrO3 или разтвори на хромови киселини с основи:
СгО3 + 2NaOH = Na2CrO4 + Н2О
Дихроматите се получават чрез действието на киселини върху хромати:
2 Na2Cr2O4 + H2SO4 = Na2Cr2O7 + Na2SO4 + H2O
Хромните съединения се характеризират с редокс реакции.
Съединенията на хром (II) са силни редуциращи агенти и лесно се окисляват
4(5gCl2 + O2 + 4HCI = 4CrCl3 + 2H2O
Съединенията на хром (!!!) се характеризират с редуциращи свойства. Под въздействието на окислители те отиват:
към хромати - в алкална среда,
в дихромати - в кисела среда.
Cr(OH)3. CrOH + HCl = CrCl + H2O, 3CrOH + 2NaOH = Cr3Na2O3 + 3H2O
Хромати(III) (старо име: хромити).
Съединенията на хром се характеризират с редуциращи свойства. Под въздействието на окислители те отиват:
към хромати - в алкална среда,
в дихромати - в кисела среда.
2Na3 [Cr(OH)6] + 3Br2 + 4NaOH = 2Na2CrO4 + 6NaBr + 8H2O
5Cr2(SO4)3 + 6KMnO4 + 11H2O = 3K2Cr2O7 + 2H2Cr2O7 + 6MnSO4 + 9H2SO4
Солите на хромните киселини в кисела среда са силни окислители:
3Na2SO3 + K2Cr2O7 + 4H2SO4 = 3Na2SO4 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 4H2O