Исследование свойств хрома и его соединений

4Cr + 3O2 2Cr2O3

   Оксид хрома (III) используется для восстановления металлического хрома невысокой чистоты с помощью алюминия (алюминотермия) или кремния (силикотермия):

Cr2O3 +2Al = Al2O3 +2Cr

2Cr2O3 + 3Si = 3SiO3 + 4Cr

Оксид хрома (VI) CrO3 (кислотный) - темно малиновые игольчатые кристаллы.

   Получают действием избытка концентрированной H2SO4 на насыщенный водный раствор бихромата калия:

K2Cr2O7 + 2H2SO4 = 2CrO3 + 2KHSO4 + H2O

   Оксид хрома (VI) - сильный окислитель, одно из самых токсичных соединений хрома.

При растворении CrO3 в воде образуется хромовая кислота H2CrO4

CrO3 + H2O = H2CrO4

Кислотный оксид  хрома, реагируя со щелочами, образует желтые хроматы CrO42

CrO3 + 2KOH = K2CrO4 + H2O 

2.Гидроксиды

Гидроксид хрома (III) обладает амфотерными свойствами, растворяясь  как в

кислотах (ведет  себя как основание),так и в щелочах (ведет себя как кислота):

2Cr(OH)3 + 3H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 6H2O

Cr(OH)3 + KOH = K[Cr(OH)4]

Cr(OH)3 + NaOH = NaCrO2 + 2H2O

При прокаливании гидроксида хрома (III) образуется оксид  хрома (III) Cr2O3.

Нерастворим в воде.

2Cr(OH)3 Cr2O3 + 3H2O

3.Кислоты

   Кислоты хрома, отвечающие его степени окисления +6 и различающиеся соотношением числа молекул CrO3 и H2O, существуют только в виде растворов. При растворении кислотного оксида CrO3, образуется монохромовая кислота (просто хромовая) H2CrO4.

CrO3 + H2O = H2CrO4

   Подкисление раствора или увеличение в нем CrO3 приводит к кислотам общей формулы nCrO3 H2O

при n=2, 3, 4 это, соответственно, ди, три, тетрохромовые кислоты.

Самая сильная  из них - дихромовая, то есть H2Cr2O7. Хромовые кислоты и их соли- сильные окислители и ядовиты.

4.Соли

   Различают два вида солей: хромиты и хроматы.

Хромитами с общей  формулой RCrO2 называются соли хромистой  кислоты HCrO2.

Cr(OH)3 + NaOH = NaCrO2 + 2H2O

   Хромиты обладают различной окраской - от темно коричневой до совершенно черной и обычно встречаются в виде сплошных массивов. Хромит мягче многих других минералов, температура плавления хромита зависит от его состава 1545-1730 ⁰ С.

Хромит имеет  металлический блеск и почти  нерастворим в кислотах.

  Хроматы - соли хромовых кислот.

Соли монохромовой кислоты H2CrO4 называют монохроматами (хроматы) R2CrO4, соли дихромовой кислоты H2Cr2O7 дихроматы (бихроматы) - R2Cr2O7. Монохроматы обычно окрашены в желтый цвет. Они устойчивы только в щелочной среде, а при подкислении превращаются в оранжево-красные бихроматы:

2Na2CrO4 + H2SO4 = Na2Cr2O7 + Na2SO4 + H2O 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Лабораторные  исследования.

   1.Получение оксида хрома (III)

Приборы и реактивы: асбестированная сетка; спички; бихромат аммония (NH4)2Cr2O7 (измельченный).

   Выполнение опыта.

Расстилаю большой  лист бумаги, на который кладу 

асбестированную сетку. Тонко измельченный бихромат аммония насыпаю в виде горки. До бихромата аммония дотрагиваюсь зажженной спичкой.

Начинается разложение бихромата, которое протекает с  выделением тепла и 

постепенно захватывает  все большие и большие количества соли. В конце реакция идет все  более бурно - появляются искры, пламя, летит рыхлый и легкий пепел - типичное извержение вулкана в миниатюре. Образовалось большое количество рыхлого  темно-зеленого вещества.

   Вывод: оксид хрома (III) Cr2O3 получается путем нагревания бихромата аммония:

(NH4)2Cr2O7Cr2O3+N2+4H2O

   2.Получение гидроксида хрома.

Приборы и реактивы: раствор соли хрома (III) CrCl3, едкий  натр (гидроксид 

натрия) NaOH.

Выполнение опыта. В пробирку с раствором хлорида  хрома (III) по каплям добавляю раствор  едкого натра до образования серо-зеленого осадка.

Вывод: Гидроксид  хрома Cr(OH)3 получается при действии на соль трехвалентного хрома щелочью:

CrCl ₃ + 3NaOH = Cr(OH) _3Ї + 3NaCl  

 

   3.Исследование свойств оксида хрома (III)

Приборы и реактивы: колба, вода H2O, оксид хрома (III) Cr2O3, серная кислота.

Выполнение опыта.

Добавляю полученный зеленый порошок оксида хрома (III) сначала в колбу с водой Cr2O3 + 3H2O = 2Cr(OH)3,

затем в колбу  с серной кислотой Cr2O3 + 3H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 3H2O.

Наблюдаю растворение  оксида в обоих колбах.

Вывод: Оксид хрома  растворяется в воде и в кислотах.

   4.Переход хромата в бихромат и обратно.

Приборы и реактивы: раствор хромата калия K2CrO4, раствор  бихромата калия 

K2Cr2O7, серная кислота,  гидроксид натрия.

Выполнение опыта.

   К раствору хромата калия добавляю серную кислоту, в результате

происходит изменение  окраски раствора из желтого в  оранжевый.

2K2CrO4 + H2SO4 = K2Cr2O7 + K2SO4 + H2O

   К раствору бихромата калия добавляю щелочь, в результате происходит изменение окраски раствора из оранжевого в желтый.

K2Cr2O7 + 4NaOH = 2Na2CrO4 + 2KOH + H2O

   Вывод: В кислой среде хроматы неустойчивы, ион CrO42- желтого цвета превращается в ион Cr2O72- оранжевого цвета, а в щелочной среде эта реакция протекает в обратном направлении

2CrO ₄ ^2- + 2H ⁺ ® ¬ Cr ₂ O ₇ ^2- + H ₂ O.

® - кислая среда,

¬ - щелочная среда.

   5.Исследование свойств солей хрома (VI)

Приборы и реактивы:концентрированная соляная кислота HCl, концентрированный раствор бихромата калия K2Cr2O7.

   Выполнение опыта. Концентрированная соляная кислота HCl добавляется к концентрированному раствору бихромата калия K2Cr2O7.

Наблюдаем при нагревании выделение резкого хлорного запаха, от которого жжет нос и горло.

   Вывод: Так как все соединения хрома (VI) являются сильными окислителями, то при реакции с соляной кислотой:

K2Cr2O7 + 14HCl = 3Cl2 + 2CrCl3 + 2KCl + 7H2O

происходит восстановление хлора:

2Cl-2е = Cl ₂ ⁰

   6.Получение малорастворимых солей хромовых кислот.

Приборы и реактивы: раствор бихромата калия K2Cr2O7, раствор  нитрата серебра AgNO3, раствор хромата  калия K2CrO4.  

Выполнение  опыта.

   Наливаю в одну пробирку раствор хромата калия, в другую - раствор бихромата калия, и добавляю в обе пробирки раствор нитрата серебра, в обоих случаях наблюдаю образование красно-бурого осадка.

K2CrO4 + 2AgNO3= Ag2CrO4¯ + 2KNO3

K2Cr2O7 + AgNO3 ® Ag2CrO4¯ + KNO3

Вывод: Растворимые  соли хрома при взаимодействии с  нитратом серебра образуют нерастворимый  осадок.

   7.Окислительные свойства солей хрома (VI)

Приборы и реактивы: раствор сульфита натрия Na2SO3, серная кислота H2SO4,раствор бихромата калия K2Cr2O7.

Выполнение опыта.

К раствору K2Cr2O7, подкисленному  серной кислотой, добавляю раствор Na2SO4. Происходит изменение окраски.

Оранжевый раствор  стал зелено- фиолетовым.

   Вывод: В кислой среде хром восстанавливается сульфитом натрия от хрома (VI) до хрома (III):

K2Cr2O7 + 3Na2SO3 + 4H2SO4 = K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 3Na2SO4 + 4H2O  

  
 
 
 
 
 

Область применения.

   Основная часть добываемой в мире хромистой руды поступает сегодня на

ферросплавные заводы, где выплавляются различные сорта  феррохрома и 

металлического хрома.

   В химической промышленности используют хромиты для получения бихроматов калия и натрия, а также хромовых квасцов, которые применяются для дубления кожи, придающего ей красивый блеск и прочность. Такую кожу называют “хромом”, а сапоги из нее “хромовыми”.

   Хромиты широко используют в огнеупорной промышленности для изготовления

огнеупорного хромитового и хромомагнезитового кирпича. Такой кирпич химически пассивен, устойчив при температурах выше 22000С, хорошо выдерживает резкие колебания температур.

Магнезитохромитовый кирпич - отличный огнеупорный материал для футеровки (защитной внутренней облицовки) мартеновских печей и  других металлургических агрегатов. Своды  из хромомагнезитового кирпича выдерживают  вдвое больше плавок, чем своды  из упорного кварцевого материала.

   Химики используют хромиты для получения бихроматов калия и натрия, а также

хромовых квасцов, которые применяются для дубления кожи, придающего ей красивый блеск  и прочность. Такую кожу называют “хромом”, а сапоги из нее “хромовыми”.

Растворимые в воде хроматы натрия и калия применяются  в текстильном и кожевенном производстве, как консерванты древесины (они  уничтожают древесные грибки).

Хромовая смесь - сернокислый раствор бихромата  калия или натрия используется для  мытья химической посуды в лабораториях. Наиболее часто применяется раствор  содержащей по массе приблизительно 12 частей K2Cr2O7, 70 частей воды и 22 части H2SO4.

   Как бы оправдывая свое название, хром принимает деятельное участие в

производстве красителей для стекольной, керамической, текстильной

промышленности.

Нерастворимые хроматы  некоторых металлов (PbCrO4, ZnCrO4, SrCrO4) - прекрасные художественные краски. Богатством оттенков – от розово-красного до фиолетового славится SnCrO4, используемый в живописи по фарфору.

В мире драгоценных  камней рубину принадлежит второе место  после алмаза.

Технология получения  искусственного рубина заключается  в следующем: в оксид 

алюминия Al2O3 вводят дозированную добавку оксида хрома (III), - ему-то и 

обязаны рубиновые  кристаллы своим чарующим цветом. Но искусственные рубины

ценятся не только за свои “внешние данные”: рожденный  с их помощью лазерный луч способен буквально творить чудеса.

   Оксид хрома (III) позволил тракторостроителям значительно сократить сроки

обкатки двигателей. Обычно эта операция, во время которой  все трущиеся детали должны “привыкнуть” друг к другу, продолжалась довольно долго и это, конечно, не очень  устраивало работников тракторных заводов. Выход из положения был найден, когда удалось разработать новую  топливную присадку, в состав которой  вошел оксид хрома (III). Секрет действия присадки прост: при сгорании топлива  образуются мельчайшие абразивные частицы  оксида хрома (III), которые, оседая на внутренних стенках цилиндров и других подвергающихся трению поверхностях, быстро ликвидируют  шероховатости, полируют и плотно подгоняют  детали. Эта присадка в сочетании  с новым сортом масла позволила  в 30 раз сократить продолжительность  обкатки.

   Замена в рабочем слое магнитофонной пленки оксида железа на частицы оксида хрома (III) позволила резко улучшить качество звучания, пленка стала надежнее в работе.

   Фотоматериалы и лекарства, катализаторы для химических процессов и металлические покрытия - всюду хром оказывается “при деле”.

Особое внимание следует уделить хромовым покрытиям. Коснемся их более подробно.  
 
 
 
 
 
 
 
 

Хромирование.

   Известно, что хорошо сопротивляется окислению на воздухе, не взаимодействует с кислотами, и самое главное, не имеет конукурентов по степени твердости среди металлов.

Сначала, тонкий слой этого металла попробовали электролитически осаждать на поверхность изделий из других материалов, чтобы предохранить их от коррозии, царапин и различных повреждений.