Конспект по теме "Хром и его соединения"
учебно-методический материал по химии (11 класс) на тему

Хром и его соединения

Хром в переводе с греческого означает «цвет, краска», т.к. практически все соединения хрома имеют окраску.

1. Положение в периодической системе и строение атома

Cr - элемент IV периода,VI группы, побочной подгруппы. Электронная формула атома: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s1 (d – элемент) (явление «проскока» электрона). При образовании соединений с другими атомами хром может использовать от 1 до 6 валентных электронов, однако наибольшую устойчивость и практическую значимость имеют соединения, в которых хром проявляет валентности: II, III, VI;   степени окисления: +2,+3, +6.

2. Нахождение в природе  В природе хром встречается только в виде соединений, важнейшее

 из них хромистый железняк FeO∙Cr2O3 [Fe(CrO2)2]

     3. Физические свойства Чистый хром – очень твёрдый, тугоплавкий металл голубовато-серебристого цвета (t0пл. = 18900).  Имеет самую высокую твёрдость из всех металлов (по твёрдости близок к алмазу, режет стекло).

4. Химические свойства

При обычных условиях хром - неактивный металл. Это объясняется тем, что его поверхность покрыта оксидной плёнкой C2O3, как у алюминия. При нагревании оксидная плёнка разрушается и хром проявляет свойства довольно активного металла.

1) Взаимодействие с простыми веществами – неметаллами: кислородом, галогенами, серой, азотом, фосфором, углеродом, кремнием.

4Cr + 3O2 → 2C2O3 (тонкоизмельчённый хром интенсивно горит в токе кислорода, на воздухе реакция протекает лишь на поверхности металла).

c хлором:   2Cr + 3Cl2 = 2CrCl3                              с серой:           Cr + S = CrS

С другими неметаллами при очень высоких температурах:  2Cr + N2 → 2CrN (10000)

2) Взаимодействует с водой  (при высоких температурах):

          2Cr + 3H2O = Cr2O3+ 3H2↑

4)Взаимодействует с разбавленными кислотами (HCl, H2SO4) (с образованием солей Cr(II) синего цвета, которые легко окисляются до  солей Cr(III) зелёного цвета)        

                                   Cr + 2HCl = CrCl2 + H2↑              Cr + H2SO4 = CrSO4 + H2↑              

5) При обычных условиях  хром (Cr) пассивируется концентрированной серной кислотой (H2SO4) и концентрированной азотной(HNO3); при нагревании хром медленно растворяется в этих кислотах.         Сr + 6HNO3 = Cr(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O

                                   2Cr + 6H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

6) Взаимодействие с растворимыми солями (вытесняет металлы, стоящие правее его в эл/хим ряду напряжений)

                                   Cr + CuSO4 = CrSO4 + Cu

5.Способы получения хрома:

1. Алюминотермический: Cr2O3 + 2Al =  Al2O3 + 2Cr   (t = 6000)

2) Электролитический: 2CrCl3  = 2Cr + 3Сl2  (электролиз расплавов).

3) Восстановление хромистого железняка углём в электропечах:

      FeO∙Cr2O3 + 4С =  Fe  + 2Cr + 4CO  (t0) (получают сплав феррохром)

 6.   Соединения хрома (II)

     СrO - черное кристаллическое вещество, нерастворимоe в воде. Получают разложением соответствующего основания в инертной среде:  Cr(OH)2 = CrO + H2O(t)

Неустойчивое соединение, легко окисляется:   4CrO +  O2 =  2Cr2O3 

В химическом отношении проявляет свойства  основного  оксида.

Cr(OH)2 -  твёрдое вещество жёлтого цвета, нерастворимое в воде, получение:

                                   CrCl2 + 2KOH = Cr(OH)2 + 2KCl

     Fe(OH)2-проявляет свойства основания:

         Cr(OH)2 + 2HCl = CrCl2  + 2H2O

        Cr(OH)2 = CrO + H2O(t)

    Неустойчивое вещество, быстро окисляется на воздухе с образованием зелёного гидроксида хрома (III):                 4Cr(OH)2 +2H2O + O2 =  4Cr(OH)3

Соли  Cr2+ - сильные восстановители:     4CrCl2  + 4HCl  + O2 =  4CrCl3 + 2H2O

С аммиаком образуют комплексные соли – аммиакаты:   CrCl2  + 6NH3 = [Cr(NH3)6]Cl2

        7.    Соединения хрома (III)

    Cr2O3 – порошок тёмно-зелёного цвета, нерастворим в воде,применяют как зелёную краску «зелёный крон», добавляют при выплавке стекла для получения зелёного стекла, идёт также для окраски фарфора.

Получение:              2Cr(OH)3 = Cr2O3 +3H2O (t0)

        (NH4)2Cr2O7  =  Cr2O3 + N2↑  + 4H2O (t0)

    В химическом отношении проявляет амфотерные свойства. Взаимодействует с сильными кислотами:                Сr2O3 + 6HCl = 2CrCl3 + 3H2O

В водных растворах щелочей не растворяется, однако  при сплавлении с твёрдыми оксидами, щелочами и карбонатами происходит образование   метахромитов:

                                  Сr2O3 + 2NaOH = 2NaCrO2 + H2O

        Cr2O3 + Na2CO3 (распл) = 2NaCrO2  + CO2↑                                    

     Cr(OH)3- твердое вещество серо-зелёного цвета, нерастворимое в воде, получение:

        CrCl3 + 3NaOH = Cr(OH)3 + 3NaCl

     Проявляет амфотерные свойства, растворяется в кислотах и щелочах:

                                   Cr(OH)3 + 3HCl = CrCl3 +3H2O

                                   Cr(OH)3 + 3KOH= K3[Cr(OH)6]  гексагидроксохромит калия.

При сплавлении со щелочами образует метахромиты:  Cr(OH)3 + KOH  = KCrO2 + 2H2O

           8. Соединения хрома (VI)

CrO3  (хромовый ангидрид) - кристаллическое вещество тёмно-красного цвета, гигроскопичное, легко растворимое в воде. Основной способ получения:

                                       K2Cr2O7  +  H2SO4 = 2CrO3 + K2SO4 +H2O

 CrO3  проявляет свойства кислотного оксида, активно взаимодействует с водой и щелочами, образуя  хромовые кислоты и хроматы:

                              СrO3 +H2O = H2CrO4  хромовая кислота

                              2СrO3 +H2O = H2Cr2O7   дихромовая кислота

                              СrO3 + 2NaOH  = Na2CrO4  +H2O (при сплавлении)

  Хромовый ангидрид – сильный окислитель, например этанол воспламеняется при соприкосновении с ним: C2H5OH + 4СrO3 = 2CO2  + 2Cr2O3  + 3H2O

 Хромовые кислоты       H2CrO4  хромовая  и  H2Cr2O7  дихромовая кислота, существуют только в растворах. Обе кислоты очень сильные. Наибольшее значение имеют соли этих кислот.

Хроматы.  Соли хромовой кислоты, почти все имеют жёлтую окраску. В воде хорошо растворяются только хроматы щелочных металлов и аммония.

Получение: 1) сплавление  СrO3 c  основными оксидами или щелочами:

                           СrO3 + 2NaOH  = Na2CrO4  +H2O

2. Окисление соединений хрома (III) в присутствии щелочей:

         2K3[ Cr(OH)6]  +  3Br2 +  4KOH  =   2K2CrO4  + 6KBr + 8H2O  

3. Сплавление Сr2O3 со щелочами в присутствии окислителя:

                             Сr2O3 + 4KOH + KClO3 = 2K2CrO4 + KCl + 2H2O

Химические свойства: хроматы существуют только в разбавленных щелочных растворах, которые имеют жёлтую окраску, характерную для аниона CrO42-. При подкислении раствора эти анионы превращаются в оранжевые дихромат-анионы:

                          2K2CrO4 + H2SO4 (конц)  = K2Cr2O7 + K2SO4 + H2O

                          2CrO42- + 2H+  = Cr2O72- + H2O.  .

Бихроматы  Соли  дихромовой кислоты, имеют ярко-оранжевую окраску. Устойчивы только в кислой среде, при подщелачивании растворов бихроматов они превращаются в хроматы:

                          K2Cr2O7 + 2KOH   =  2K2CrO4  + H2O

Хроматы  и бихроматы – сильные окислители:

1. В кислой среде ионы Cr2O72- восстанавливаются до ионов Cr3+  (зелёная окраска)

K2Cr2O7 + 3H2S + 4H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 3S + K2SO4 +  7H2O

2. В щелочной или нейтральной среде ионы CrO42- восстанавливаются также до ионов Cr3+  (зелёная окраска)   2K2CrO4 +  12 KI + 8H2O =  2CrI3 + 3I2 + 16 KOH  

Очень сильным окислителем является «хромовая смесь» - насыщенный раствор K2Cr2O7 в концентрированной  H2SO4