Хром - элемент побочной подгруппы 6-ой группы 4-го периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 24. Обозначается символом Cr (лат. Chromium). Простое вещество хром- твёрдый металл голубовато-белого цвета.
Химические свойства хрома
При обычных условиях хром реагирует только со фтором. При высоких температурах (выше 600°C) взаимодействует с кислородом, галогенами, азотом, кремнием, бором, серой, фосфором.
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
В раскалённом состоянии реагирует с парами воды:
2Cr + 3H 2 O → Cr 2 O 3 + 3H 2
Хром растворяется в разбавленных сильных кислотах (HCl, H 2 SO 4)
В отсутствии воздуха образуются соли Cr 2+ , а на воздухе – соли Cr 3+ .
Cr + 2HCl → CrCl 2 + H 2
2Cr + 6HCl + O 2 → 2CrCl 3 + 2H 2 O + H 2
Наличие защитной окисной плёнки на поверхности металла объясняет его пассив-ность по отношению к концентрированным растворам кислот – окислителей.
Соединения хрома
Оксид хрома (II) и гидроксид хрома (II) имеют основной характер.
Cr(OH) 2 + 2HCl → CrCl 2 + 2H 2 O
Соединения хрома (II) — сильные восстановители; переходят в соединения хрома (III) под действием кислорода воздуха.
2CrCl 2 + 2HCl → 2CrCl 3 + H 2
4Cr(OH) 2 + O 2 + 2H 2 O → 4Cr(OH) 3
Оксид хрома (III) Cr 2 O 3 – зелёный, нерастворимый в воде порошок. Может быть получен при прокаливании гидроксида хрома (III) или дихроматов калия и аммония:
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 «вулканчик»)
Амфотерный оксид. При сплавлении Cr 2 O 3 со щелочами, содой и кислыми солями получаются соединения хрома со степенью окисления (+3):
Cr 2 O 3 + 2NaOH → 2NaCrO 2 + H 2 O
Cr 2 O 3 + Na 2 CO 3 → 2NaCrO 2 + CO 2
При сплавлении со смесью щёлочи и окислителя получают соединения хрома в степени окисления (+6):
Cr 2 O 3 + 4KOH + KClO 3 → 2K 2 CrO 4 + KCl + 2H 2 O
Гидроксид хрома (III) С r (ОН) 3 . Амфотерный гидроксид. Серо-зеленый, разлагается при нагревании, теряя воду и образуя зеленый метагидроксид СrО(ОН). Не растворяется в воде. Из раствора осаждается в виде серо-голубого и голубовато-зеленого гидрата. Реагирует с кислотами и щелочами, не взаимодействует с гидратом аммиака.
Обладает амфотерными свойствами — растворяется как в кислотах, так и в щелочах:
2Cr(OH) 3 + 3H 2 SO 4 → Cr 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O Сr(ОН) 3 + ЗН + = Сr 3+ + 3H 2 O
Cr(OH) 3 + KOH → K , Сr(ОН) 3 + ЗОН — (конц.) = [Сr(ОН) 6 ] 3-
Cr(OH) 3 + KOH → KCrO 2 +2H 2 O Сr(ОН) 3 + МОН = МСrO 2(зел.) + 2Н 2 O (300-400 °С, М = Li, Na)
Сr(ОН) 3 →(120 o C – H 2 O ) СrO(ОН) →(430-1000 0 С – H 2 O ) Cr 2 O 3
2Сr(ОН) 3 + 4NаОН (конц.) + ЗН 2 O 2(конц.) =2Na 2 СrO 4 + 8Н 2 0
Получение : осаждение гидратом аммиака из раствора солей хрома(Ш):
Сr 3+ + 3(NH 3 Н 2 O) = С r (ОН) 3 ↓ + ЗNН 4+
Cr 2 (SO 4) 3 + 6NaOH → 2Cr(OH) 3 ↓+ 3Na 2 SO 4 (в избытке щелочи — осадок растворяется)
Соли хрома (III) имеют фиолетовую или тёмно-зелёную окраску. По химическим свойствам напоминают бесцветные соли алюминия.
Соединения Cr (III) могут проявлять и окислительные, и восстановительные 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
Соединения шестивалентного хрома
Оксид хрома (VI) CrO 3 — ярко-красные кристаллы, растворимые в воде.
Получают из хромата (или дихромата) калия 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 — кислотный оксид, со щелочами образует жёлтые хроматы CrO 4 2- :
CrO 3 + 2KOH → K 2 CrO 4 + H 2 O
В кислой среде хроматы превращаются в оранжевые дихроматы 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 щелочной среде эта реакция протекает в обратном направлении:
K 2 Cr 2 O 7 + 2KOH → 2K 2 CrO 4 + H 2 O
Дихромат калия – окислитель в кислой среде:
К 2 Сr 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
Хромат калия К 2 Cr О 4 . Оксосоль. Желтый, негигроскопичный. Плавится без разложения, термически устойчивый. Хорошо растворим в воде (желтая окраска раствора отвечает иону СrO 4 2-), незначительно гидролизуется по аниону. В кислотной среде переходит в К 2 Cr 2 O 7 . Окислитель (более слабый, чем К 2 Cr 2 O 7). Вступает в реакции ионного обмена.
Качественная реакция на ион CrO 4 2- — выпадение желтого осадка хромата бария, разлагающегося в сильнокислотной среде. Применяется как протрава при крашении тканей, дубитель кож, селективный окислитель, реактив в аналитической химии.
Уравнения важнейших реакций:
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(т) +16HCl (кон ц., гор.) =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[Сr(ОН) 6 ]+3S↓+4KOH
2K 2 CrO 4 +2AgNO 3 =KNO 3 +Ag 2 CrO 4(красн.) ↓
Качественная реакция:
К 2 СгO 4 + ВаСl 2 = 2КСl + ВаCrO 4 ↓
2ВаСrO 4 (т)+ 2НСl (разб.) = ВаСr 2 O 7(p) + ВаС1 2 + Н 2 O
Получение : спекание хромита с поташом на воздухе:
4(Сr 2 Fe ‖‖)O 4 + 8К 2 CO 3 + 7O 2 = 8К 2 СrO 4 + 2Fе 2 O 3 + 8СO 2 (1000 °С)
Дихромат калия K 2 Cr 2 O 7 . Оксосоль. Техническое название хромпик . Оранжево-красный, негигроскопичный. Плавится без разложения, при дальнейшем нагревании разлагается. Хорошо растворим в воде (оранжевая окраска раствора отвечает иону Сr 2 O 7 2-). В щелочной среде образует К 2 CrO 4 . Типичный окислитель в растворе и при сплавлении. Вступает в реакции ионного обмена.
Качественные реакции — синее окрашивание эфирного раствора в присутствии Н 2 O 2 , синее окрашивание водного раствора при действии атомарного водорода.
Применяется как дубитель кож, протрава при крашении тканей, компонент пиротехнических составов, реагент в аналитической химии, ингибитор коррозии металлов, в смеси с Н 2 SO 4 (конц.) — для мытья химической посуды.
Уравнения важнейших реакций:
4К 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 (т) +14HCl (кон ц) =2CrCl 3 +3Cl 2 +7H 2 O+2KCl (кипячение)
K 2 Cr 2 O 7 (т) +2H 2 SO 4(96%) ⇌2KHSO 4 +2CrO 3 +H 2 O (“хромовая смесь”)
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(г) =2Cr 3+ +3SO 4 2- +H 2 O
Cr 2 O 7 2- +H 2 O +3H 2 S (г) =3S↓+2OH — +2Cr 2 (OH) 3 ↓
Cr 2 O 7 2- (конц) +2Ag + (разб.) =Ag 2 Cr 2 O 7 (т. красный) ↓
Cr 2 O 7 2- (разб.) +H 2 O +Pb 2+ =2H + + 2PbCrO 4 (красный) ↓
K 2 Cr 2 O 7(т) +6HCl+8H 0 (Zn)=2CrCl 2(син) +7H 2 O+2KCl
Получение: обработка К 2 СrO 4 серной кислотой:
2К 2 СrO 4 + Н 2 SO 4 (30%) = К 2 Cr 2 O 7 + К 2 SO 4 + Н 2 O
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Хром расположен в четвертом периоде VI группы побочной (B) подгруппы Периодической таблицы. Обозначение – Cr. В виде простого вещества - серовато-белый блестящий металл.
Хром имеет структуру объемно-центрированной кубической решетки. Плотность - 7,2 г/см 3 . Температуры плавления и кипения равны 1890 o С и 2680 o С, соответственно.
Степень окисления хрома в соединениях
Хром может существовать в виде простого вещества - металла, а степень окисления металлов в элементарном состоянии равна нулю , так как распределение электронной плотности в них равномерно.
Степени окисления (+2) и (+3) хром проявляет в оксидах (Cr +2 O, Cr +3 2 O 3), гидроксидах (Cr +2 (OH) 2 , Cr +3 (OH) 3), галогенидах (Cr +2 Cl 2 , Cr +3 Cl 3), сульфатах (Cr +2 SO 4 , Cr +3 2 (SO 4) 3) и др. соединениях.
Для хрома также характерна степень окисления (+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.д.
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
ПРИМЕР 2
| Задание | Одинаковую степень окисления фосфор имеет в соединениях:
а) Ca 3 P 2 и H 3 PO 3 ; б) KH 2 PO 4 и KPO 3 ; в) P 4 O 6 и P 4 O 10 ; г) H 3 PO 4 и H 3 PO 3 . |
| Решение | Для того, чтобы дать верный ответ на поставленный вопрос будем поочередно определять степень окисления фосфора в каждой паре предложенных соединений.
а) Степень окисления кальция равна (+2), кислорода и водорода - (-2) и (+1), соответственно. Примем значение степени окисления фосфора за «х» и «у» в предложенных соединениях: 3 ×2 + х ×2 = 0; 3 + у + 3×(-2) = 0; Ответ неверный. б) Степень окисления калия равна (+1), кислорода и водорода - (-2) и (+1), соответственно. Примем значение степени окисления хлора за «х» и «у» в предложенных соединениях: 1 + 2×1 +х + (-2)×4 = 0; 1 + у + (-2)×3 = 0; Ответ верный. |
| Ответ | Вариант (б). |
Цель: углубить знания учащихся по теме занятия.
Задачи:
- дать характеристику хрома как простого вещества;
- познакомить учащихся с соединениями хрома разной степени окисления;
- показать зависимость свойств соединений от степени окисления;
- показать окислительно – восстановительные свойства соединений хрома;
- продолжить формирование умений учащихся записывать уравнения химических реакций в молекулярном и ионном виде, составлять электронный баланс;
- продолжить формирование умений наблюдать химический эксперимент.
Форма занятия: лекция с элементами самостоятельной работы учащихся и наблюдением за химическим экспериментом.
Ход занятия
I. Повторение материала предыдущего занятия.
1. Ответить на вопросы и выполнить задания:
Какие элементы относятся к подгруппе хрома?
Написать электронные формулы атомов
К какому типу элементов относятся?
Какие степени окисления проявляют в соединениях?
Как изменяется радиус атомов и энергия ионизации от хрома к вольфраму?
Можно предложить заполнить учащимся заполнить таблицу, используя табличные величины радиусов атомов, энергии ионизации и сделать выводы.
Образец таблицы:
2. Заслушать сообщение учащегося по теме «Элементы подгруппы хрома в природе, получение и применение».
II. Лекция.
План лекции:
- Хром.
- Соединения хрома. (2)
- Оксид хрома; (2)
- Гидроксид хрома. (2)
- Соединения хрома. (3)
- Оксид хрома; (3)
- Гидроксид хрома. (3)
- Соединения хрома (6)
- Оксид хрома; (6)
- Хромовая и дихромовая кислоты.
- Зависимость свойств соединений хрома от степени окисления.
- Окислительно – восстановительные свойства соединений хрома.
1. Хром.
Хром – это белый с голубоватым отливом блестящий металл, очень твердый (плотность 7, 2 г/см 3), температура плавления 1890˚С.
Химические свойства: хром при обычных условиях неактивный металл. Это объясняется тем, что его поверхность покрыта оксидной пленкой (Сr 2 О 3). При нагревании оксидная пленка разрушается, и хром реагирует с простыми веществами при высокой температуре:
- 4Сr +3О 2 = 2Сr 2 О 3
- 2Сr + 3S = Сr 2 S 3
- 2Сr + 3Cl 2 = 2СrСl 3
Задание: составить уравнения реакций хрома с азотом, фосфором, углеродом и кремнием; к одному из уравнений составить электронный баланс, указать окислитель и восстановитель.
Взаимодействие хрома со сложными веществами:
При очень высокой температуре хром реагирует с водой:
- 2Сr + 3 Н 2 О = Сr 2 О 3 + 3Н 2
Задание:
Хром реагирует с разбавленной серной и соляной кислотами:
- Сr + Н 2 SО 4 = СrSО 4 + Н 2
- Сr + 2НСl= СrСl 2 + Н 2
Задание: составить электронный баланс, указать окислитель и восстановитель.
Концентрированные серная соляная и азотная кислоты пассивируют хром.
2. Соединения хрома. (2)
1. Оксид хрома (2) - СrО – твердое ярко – красное вещество, типичный основной оксид (ему соответствует гидроксид хрома (2) - Сr(ОН) 2), не растворяется в воде, но растворяется в кислотах:
- СrО + 2НСl = СrСl 2 + Н 2 О
Задание: составить уравнение реакции в молекулярном и ионном виде взаимодействия оксида хрома (2) с серной кислотой.
Оксид хрома (2) легко окисляется на воздухе:
- 4СrО+ О 2 = 2Сr 2 О 3
Задание: составить электронный баланс, указать окислитель и восстановитель.
Оксид хрома (2) образуется при окислении амальгамы хрома кислородом воздуха:
2Сr (амальгама) + О 2 = 2СrО
2. Гидроксид хрома (2) - Сr(ОН) 2 – вещество желтого цвета, плохо растворимо в воде, с ярко выраженным основным характером, поэтому взаимодействует с кислотами:
- Сr(ОН) 2 + Н 2 SО 4 = СrSO 4 + 2Н 2 О
Задание: составить уравнения реакций в молекулярном и ионном виде взаимодействия оксида хрома (2) с соляной кислотой.
Как и оксид хрома (2), гидроксид хрома (2) окисляется:
- 4 Сr(ОH) 2 + О 2 + 2Н 2 О = 4Сr(ОН) 3
Задание: составить электронный баланс, указать окислитель и восстановитель.
Получить гидроксид хрома (2) можно при действии щелочей на соли хрома (2):
- CrCl 2 + 2KOH = Cr(OH) 2 ↓ + 2KCl
Задание: составить ионные уравнения.
3. Соединения хрома. (3)
1. Оксид хрома (3) - Сr 2 О 3 – порошок темно – зеленого цвета, нерастворим в воде, тугоплавкий, по твёрдости близок к корунду (ему соответствует гидроксид хрома (3) – Сr(ОН) 3). Оксид хрома (3) имеет амфотерный характер, однако в кислотах и щелочах растворяется плохо. Реакции со щелочами идут при сплавлении:
- Сr 2 О 3 + 2КОН = 2КСrО 2 (хромит К) + Н 2 О
Задание: составить уравнение реакции в молекулярном и ионном виде взаимодействия оксида хрома (3) с гидроксидом лития.
С концентрированными растворами кислот и щелочей взаимодействует с трудом:
- Сr 2 О 3 + 6 КОН + 3Н 2 О = 2К 3 [Сr(ОН) 6 ]
- Сr 2 О 3 + 6НСl = 2СrСl 3 + 3Н 2 О
Задание: составить уравнения реакций в молекулярном и ионном виде взаимодействия оксида хрома (3) с конценрированной серной кислотой и концентрированным раствором гидроксида натрия.
Оксид хрома (3) может быть получен при разложении дихромата аммония:
- (NН 4)2Сr 2 О 7 = N 2 + Сr 2 О 3 +4Н 2 О
2. Гидроксид хрома (3) Сr(ОН) 3 получают при действии щелочей на на растворы солей хрома (3):
- СrСl 3 +3КОН = Сr(ОН) 3 ↓ + 3КСl
Задание: составить ионные уравнения
Гидроксид хрома (3) представляет собой осадок серо – зеленого цвета, при получении которого, щелочь надо брать в недостатке. Полученный таким образом гидроксид хрома (3), в отличие от соответствующего оксида легко взаимодействует с кислотами и щелочами, т.е. проявляет амфотерные свойства:
- Сr(ОН) 3 + 3НNО 3 = Сr(NО 3) 3 + 3Н 2 О
- Сr(ОН) 3 + 3КОН = К 3 [Сr(ОН)6](гексагидроксохромит К)
Задание: составить уравнения реакций в молекулярном и ионном виде взаимодействия гидроксида хрома (3) с соляной кислотой и гидроксидом натрия.
При сплавлении Сr(ОН) 3 со щелочами получаются метахромиты и ортохромиты:
- Cr(OH) 3 + KOH = KCrO 2 (метахромит К) + 2H 2 O
- Cr(OH) 3 + KOH = K 3 CrO 3 (ортохромит К) + 3H 2 O
4. Соединения хрома. (6)
1. Оксид хрома (6) - СrО 3 – темно – красное кристаллическое вещество, хорошо растворимо в воде – типичный кислотный оксид. Этому оксиду соответствует две кислоты:
- СrО 3 + Н 2 О = Н 2 СrО 4 (хромовая кислота – образуется при избытке воды)
- СrО 3 + Н 2 О =Н 2 Сr 2 О 7 (дихромовая кислота – образуется при большой концентрации оксида хрома (3)).
Оксид хрома (6) – очень сильный окислитель, поэтому энергично взаимодействует с органическими веществами:
- С 2 Н 5 ОН + 4СrО 3 = 2СО 2 + 2Сr 2 О 3 + 3Н 2 О
Окисляет также иод, серу, фосфор, уголь:
- 3S + 4CrO 3 = 3SO 2 + 2Cr 2 O 3
Задание: составить уравнения химических реакций оксида хрома (6) с йодом, фосфором, углем; к одному из уравнений составить электронный баланс, указать окислитель и восстановитель
При нагревании до 250 0 С оксид хрома (6) разлагается:
- 4CrO 3 = 2Cr 2 O 3 + 3O 2
Оксид хрома (6) можно получить при действии концентрированной серной кислоты на твердые хроматы и дихроматы:
- К 2 Сr 2 О 7 + Н 2 SО 4 = К 2 SО 4 + 2СrО 3 + Н 2 О
2. Хромовая и дихромовая кислоты.
Хромовая и дихромовая кислоты существуют только в водных растворах, образуют устойчивые соли, соответственно хроматы и дихроматы. Хроматы и их растворы имеют желтую окраску, дихроматы – оранжевую.
Хромат - ионы СrО 4 2- и дихромат – ионы Сr 2О 7 2- легко переходят друг в друга при изменении среды растворов
В кислой среде раствора хроматы переходят в дихроматы:
- 2К 2 СrО 4 + Н 2 SО 4 = К 2 Сr 2 О 7 + К 2 SО 4 + Н 2 О
В щелочной среде дихроматы переходят в хроматы:
- К 2 Сr 2 О 7 + 2КОН = 2К 2 СrО 4 + Н 2 О
При разбавлении дихромовая кислота переходит в хромовую кислоту:
- H 2 Cr 2 O 7 + H 2 O = 2H 2 CrO 4
5. Зависимость свойств соединений хрома от степени окисления.
| Степень окисления | +2 | +3 | +6 |
| Оксид | СrО | Сr 2 О 3 | СrО 3 |
| Характер оксида | основной | амфотерный | кислотный |
| Гидроксид | Сr(ОН) 2 | Сr(ОН) 3 – Н 3 СrО 3 | Н 2 СrО 4 |
| Характер гидроксида | основной | амфотерный | кислотный |
|
→ ослабление основных свойств и усиление кислотных→ |
|||
6. Окислительно – восстановительные свойства соединений хрома.
Реакции в кислотной среде.
В кислотной среде соединения Сr +6 переходят в соединения Сr +3 под действием восстановителей: H 2 S, SO 2 , FeSO 4
- К 2 Сr 2 О 7 +3Н 2 S +4Н 2 SО 4 = 3S + Сr 2 (SО 4) 3 + K 2 SO 4 + 7Н 2 О
- S -2 – 2e → S 0
- 2Cr +6 + 6e → 2Cr +3
Задание:
1. Уравнять уравнение реакции методом электронного баланса, указать окислитель и восстановитель:
- 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. Дописать продукты реакции, уравнять уравнение методом электронного баланса, указать окислитель и восстановитель:
- K 2 Cr 2 O 7 + SO 2 + H 2 SO 4 = ? +? +Н 2 О
Реакции в щелочной среде.
В щелочной среде соединения хрома Сr +3 переходят в соединения Сr +6 под действием окислителей: 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 -
Задание:
Уравнять уравнение реакции методом электронного баланса, указать окислитель и восстановитель:
- NaCrO 2 + J 2 + NaOH = Na 2 CrO 4 + NaJ + H 2 O
Дописать продукты реакции, уравнять уравнение методом электронного баланса, указать окислитель и восстановитель:
- Cr(OH) 3 + Ag 2 O + NaOH = Ag + ? + ?
Таким образом, окислительные свойства последовательно усиливаются с изменением степеней окисления в ряду: Cr +2 → Сr +3 → Сr +6 . Соединения хрома (2) - сильные восстановители, легко окисляются, превращаясь в соединения хрома (3). Соединения хрома (6) – сильные окислители, легко восстанавливаются в соединения хрома (3). Соединения хрома (3) при взаимодействии с сильными восстановителями проявляют окислительные свойства, переходя в соединения хрома (2), а при взаимодействии с сильными окислителями проявляют восстановительные свойства, превращаясь в соединеня хрома (6)
К методике проведения лекции:
- Для активизации познавательной деятельности учащихся и поддержания интереса, целесообразно в ходе лекции проводить демонстрационный эксперимент. В зависимости от возможностей учебной лаборатории можно демонстрировать учащимся следующие опыты:
- получении оксида хрома (2) и гидроксида хрома (2), доказательство их основных свойств;
- получение оксида хрома (3) и гидроксида хрома (3), доказательство их амфотерных свойств;
- получение оксида хрома (6) и растворение его в воде (получение хромовой и дихромовой кислот);
- переход хроматов в дихроматы, дихроматов в хроматы.
- Задания самостоятельной работы можно дифференцировать с учетом реальных учебных возможностей учащихся.
- Завершить лекцию можно выполнением следующих заданий: напишите уравнения химических реакций с помощью которых можно осуществить следующие превращения:
.III. Домашнее задание: доработать лекцию (дописать уравнения химических реакций)
- Васильева З.Г. Лабораторные работы по общей и неорганической химии. -М.: «Химия», 1979 – 450 с.
- Егоров А.С. Репетитор по химии. – Ростов-на-Дону: «Феникс», 2006.-765 с.
- Кудрявцев А.А. Составление химических уравнений. - М., «Высшая школа», 1979. - 295 с.
- Петров М.М. Неорганическая химия. – Ленинград: «Химия», 1989. – 543 с.
- Ушкалова В.Н. Химия: конкурсные задания и ответы. - М.: «Просвещение», 2000. – 223 с.
Хром (Cr), химический элемент VI группы периодической системы Менделеева. Относится к переходным металлом с атомным номером 24 и атомной массой 51,996. В переводе с греческого, название металла означает «цвет». Такому названию металл обязан разнообразной цветовой гамме, которая присуща его различным соединениям.
Физические характеристики хрома
Металл обладает достаточной твердостью и хрупкостью одновременно. По шкале Мооса твердость хрома оценивается в 5,5. Этот показатель означает, что хром имеет максимальную твердость из всех известных на сегодня металлов, после урана, иридия, вольфрама и бериллия. Для простого вещества хрома характерен голубовато-белый окрас.
Металл не относится к редким элементам. Его концентрация в земной коре достигает 0,02% масс. долей. В чистом виде хром не встречается никогда. Он содержится в минералах и рудах, которые являются главным источником добычи металла. Хромит (хромистый железняк, FeO*Cr 2 O 3) считается основным соединением хрома. Еще одним достаточно распространенным, однако менее важным минералом, является крокоит PbCrO 4 .
Металл легко поддается плавке при температуре 1907 0 С (2180 0 К или 3465 0 F). При температуре в 2672 0 С - закипает. Атомная масса металла составляет 51,996 г/моль.
Хром является уникальным металлом благодаря своим магнитным свойствам. В условиях комнатной температуры ему присуще антиферромагнитное упорядочение, в то время, как другие металлы обладают им в условиях исключительно пониженных температур. Однако, если хром нагреть выше 37 0 С, физические свойства хрома изменяются. Так, существенно меняется электросопротивление и коэффициент линейного расширения, модуль упругости достигает минимального значения, а внутреннее трение значительно увеличивается. Такое явление связано с прохождением точки Нееля, при которой антиферромагнитные свойства материала способны изменяться на парамагнитные. Это означает, что первый уровень пройден, и вещество резко увеличилось в объеме.
Строение хрома представляет собой объемно-центрированную решетку, благодаря которой металл характеризуется температурой хрупко-вязкого периода. Однако, в случае с данным металлом, огромное значение имеет степень чистоты, поэтому, величина находится в пределах -50 0 С - +350 0 С. Как показывает практика, раскристаллизированный металл не имеет никакой пластичности, но мягкий отжиг и формовка делают его ковким.
Химические свойства хрома
Атом имеет следующую внешнюю конфигурацию: 3d 5 4s 1 . Как правило, в соединениях хром имеет следующие степени окисления: +2, +3, +6, среди которых наибольшую устойчивость проявляет Сr 3+ .Кроме этого существуют и другие соединения, в которых хром проявляет совершенно иную степень окисления, а именно: +1, +4, +5.
Металл не отличается особой химической активностью. Во время нахождения хрома в обычных условиях, металл проявляет устойчивость к влаге и кислороду. Однако, данная характеристика не относится к соединению хрома и фтора - CrF 3 , которое при воздействии температур, превышающих 600 0 С, взаимодействует с парами воды, образуя в результате реакции Сr 2 О 3 , а также азотом, углеродом и серой.
Во время нагревания металлического хрома, он взаимодействует с галогенами, серой, кремнием, бором, углеродом, а также некоторыми другими элементами, в результате чего получаются следующие химические реакции хрома:
Cr + 2F 2 = CrF 4 (с примесью CrF 5)
2Cr + 3Cl 2 = 2CrCl 3
2Cr + 3S = Cr 2 S 3
Хроматы можно получить, если нагреть хром с расплавленной содой на воздухе, нитратами или хлоратами щелочных металлов:
2Cr + 2Na 2 CO 3 + 3O 2 = 2Na 2 CrO 4 + 2CO 2 .
Хром не обладает токсичностью, чего нельзя сказать о некоторых его соединениях. Как известно, пыль данного металла, при попадании в организм, может раздражать легкие, через кожу она не усваивается. Но, поскольку в чистом виде он не встречается, то его попадание в человеческий организм является невозможным.
Трехвалентный хром попадает в окружающую среду во время добычи и переработки хромовой руды. В человеческий организм попадание хрома вероятно в виде пищевой добавки, используемой в программах по похудению. Хром с валентностью, равной +3, является активным участником синтеза глюкозы. Ученые установили, что излишнее употребление хрома особого вреда человеческому организму не наносит, поскольку не происходит его всасывание, однако, он способен накапливаться в организме.
Соединения, в котором участвует шестивалентный металл, являются крайне токсичными. Вероятность их попадания в человеческий организм появляется во время производства хроматов, хромирования предметов, во время проведения некоторых сварочных работ. Попадание такого хрома в организм чревато серьезными последствиями, так как соединения, в которых присутствует шестивалентный элемент, представляют собой сильные окислители. Поэтому, могут вызвать кровотечение в желудке и кишечнике, иногда с прободением кишечника. При попадании таких соединений на кожу возникают сильные химические реакции в виде ожогов, воспалений, возникновения язв.
В зависимости от качества хрома, которое необходимо получить на выходе, существует несколько способов производства металла: электролизом концентрированных водных растворов оксида хрома, электролизом сульфатов, а также восстановлением оксидом кремния. Однако, последний способ не очень популярен, так как при нем на выходе получается хром с огромным количеством примесей. Кроме того, он также является экономически невыгодным.
| Степень окисления | Оксид | Гидроксид | Характер | Преобладающие формы в растворах | Примечания |
| +2 | CrO (чёрный) | Cr(OH)2 (желтый) | Основный | Cr2+ (соли голубого цвета) | Очень сильный восстановитель |
| Cr2O3 (зелёный) | Cr(OH)3 (серо-зеленый) | Амфотерный |
Cr3+ (зеленые или лиловые соли) |
||
| +4 | CrO2 | не существует | Несолеобразующий | - |
Встречается редко, малохарактерна |
| +6 | CrO3 (красный) |
H2CrO4 |
Кислотный |
CrO42- (хроматы, желтые) |
Переход зависит от рН среды. Сильнейший окислитель, гигроскопичен, очень ядовит. |
Окислительно-восстановительные свойства соединений хрома с различной степенью окисления.
Хром. Строение атома. Возможные степени окисления. Кислотно-основные свойства. Применение.
Cr +24)2)8)13)1
Для хрома характерны степени окисления +2, +3 и +6.
C увеличением степени окисления возрастают кислотные и окислительные свойства. Хром Производные Сr2+ - очень сильные восстановители. Ион Сr2+ образуется на первой стадии растворения Хрома в кислотах или при восстановлении Сr3+ в кислом растворе цинком. Гидрат закиси Сr(ОН)2 при обезвоживании переходит в Сr2О3. Соединения Сr3+ устойчивы на воздухе. Могут быть и восстановителями и окислителями. Сr3+ можно восстановить в кислом растворе цинком до Сr2+ или окислить в щелочном растворе до СrО42- бромом и других окислителями. Гидрооксид Сr(ОН)3 (вернее Сr2О3·nН2О) - амфотерное соединение, образующее соли с катионом Сr3+ или соли хромистой кислоты НСrО2 - хромиты (например, КСrО2, NaCrO2). Соединения Сr6+: хромовый ангидрид СrО3, хромовые кислоты и их соли, среди которых наиболее важны хроматы и дихроматы - сильные окислители.солей.
Используется в качестве износоустойчивых и красивых гальванических покрытий (хромирование). Хром применяется для производства сплавов: хром-30 и хром-90, незаменимых для производства сопел мощных плазмотронов и в авиакосмической промышленности.
Хром химически малоактивен. В обычных условиях он реагирует только с фтором (из неметаллов), образуя смесь фторидов.
Хроматы и дихроматы
Хроматы образуются при взаимодействии СгО3, или растворов хромовых кислот со щелочами:
СгОз + 2NaOH = Na2CrO4 + Н2О
Дихроматы получаются при действии на хроматы кислот:
2 Na2Cr2O4 + H2SO4 = Na2Cr2O7 + Na2SO4 + Н2О
Для соединений хрома характерны окислительно - восстановительные реакции.
Соединения хрома (II) - сильные восстановители, они легкоокисляются
4(5гС12 + О2 + 4HCI = 4СгС1з + 2Н2О
Для соединений хрома (!!!) характерны восстановительные свойства. Под действием окислителей они переходят:
в хроматы - в щелочной среде,
в дихроматы - в кислой среде.
Cr(ОН)3. CrOH + HCl = CrCl + H2O, 3CrOH + 2NaOH = Cr3Na2O3 + 3H2O
Хроматы(III) (устар. назв. хромиты).
Для соединений хрома характерны восстановительные свойства. Под действием окислителей они переходят:
в хроматы - в щелочной среде,
в дихроматы - в кислой среде.
2Na3 [Сг(OH)6] + ЗВг2 + 4NaOH = 2Na2CrO4 + 6NaBr + 8Н2О
5Cr2(SO4)3 + 6KMnO4 + 11H2O = 3K2Cr2O7 + 2H2Cr2O7 + 6MnSO4 + 9H2SO4
Соли хромовых кислот в кислой среде - сильные окислители:
3Na2SO3 + К2Сг2О7 + 4H2SO4 = 3Na2SO4 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 4H2O