Исследование свойств хрома и его соединений
металлов блеск. Любопытна одна особенность хрома: при
температуре около 37°С многие его физические свойства резко, скачкообразно
меняются. В этой температурной точке внутреннее трение хрома достигает
максимума, а модуль упругости падает до минимальных значений. Так же
внезапно изменяются электропроводность, коэффициент линейного расширения,
термоэлектродвижущая сила. Пока ученые не могут достоверно объяснить эту
аномалию.
Таблица 1- Физические свойства хрома
|Параметр |Значение |
|Плотность при 200C |7,19 г/см3 |
|Температура плавления |1878(220С |
|Температура кипения |2469-2480 0C |
|Теплота парообразования |344,4 |
| |кДж/Моль |
|Теплопроводность |93,7 Вт/(м(К)|
|Температурный коэффициент линейного |6,2(10-6 |
|расширения | |
|Удельное электрическое сопротивление |12,7(10-8Ом(м|
|Твердость по Бринеллю |687 МПа |
|Удельная магнитная восприимчивость |+4,45(10-8м/к|
| |г3 |
3.3 Химические свойства
При небольших температурах хром химически мало активен (взаимодействует
только с фтором). Выше 6000C взаимодействует с галогенами, серой, азотом,
кремнием, бором, углеродом, кислородом. Взаимодействие с кислородом
протекает сначала довольно активно, затем, однако, резко замедляется, так
как поверхность покрывается тонкой чрезвычайно устойчивой пленкой,
препятствующему дальнейшему окислению. Это явление называется
пассивированием. При 12000C пленка начинает разрушаться, окисление снова
идет быстро. При 20000C хром воспламеняется в кислороде с образованием
темно-зеленого оксида Cr2O3.
Хром пассивируется холодными концентрированными H2SO4 и HNO3, однако
при сильном нагревании он растворяется в этих кислотах [3]:
2Cr + 6H2SO4(конц.) = Cr2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Cr + 6HNO3(конц.) = Cr(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
Хром растворяется в разбавленных сильных кислотах (HCl и H2SO4). В этих
случаях в отсутствии воздуха образуются соли Cr2+, а на воздухе - соли
Cr3+:
Cr + 2HCl = CrCl2+ H2
4Cr + 12HCl +3O2 = 4CrCl3 + 6H2O
Нерастворим в H3PO4, HClO4 благодаря образованию защитной пленки.
Таблица 2- Основные химические реакции чистого хрома
|Хром реагирует |
|0…600 0С |600…1200 0С |1200…2000 0С |
|со фтором |с галогенами: |1. с |
|2Cr0 + 3F20 = |2Cr0 + 3Cl20 [pic] |кислородом: |
|2Cr+3F3- |2Cr+3Cl3- |4Cr + 3O2 |
| | |[pic] 2Cr2O3 |
| |с серой: | |
| |2Cr0 + 3S0 [pic] Cr2+2S3-2| |
| |с азотом: | |
| |2Cr0+ N20[pic] 2Cr+3N-3 | |
| |4. с кремнием: | |
| |4Cr0 + 3Si0 [pic] | |
| |Cr4+3Si3-4 | |
| |5. с бором | |
| |Cr0 + B0 [pic] Cr+3B-3 | |
| |6. с углеродом | |
| |4Cr0 + 3С0 [pic]Cr4+3C3-4 | |
| |7. с кислородом: | |
| |4Cr0 + 3O20 = 2Cr2+3O3-2 | |
| |8. с серной кислотой: | |
| |2Cr0 + 6H2+SO4-2 = | |
| |Cr2+3(SO4)3-2 + 3S-2O2 | |
| |+6H2O | |
3.4 Соединения хрома
3.4.1 Оксиды
Оксид хрома (II) CrO (основной) - сильный восстановитель, чрезвычайно
неустойчив в присутствии влаги и кислорода. Практического значения не
имеет.
Оксид хрома (III) Cr2O3 (амфотерный) устойчив на воздухе и в растворах.
Cr2O3 + H2SO4 = Cr2(SO4)3 + H2O
Cr2O3 + 2NaOH = Na2CrO4 + H2O
Образуется при нагревании некоторых соединений хрома (VI), например:
4CrO3[pic] 2Cr2O3 + 3О2
(NH4)2Cr2O7 [pic] Cr2O3 + N2 + 4H2O
4Cr + 3O2 [pic] 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
3.4.2 Гидроксиды
Гидроксид хрома (III) обладает амфотерными свойствами, растворяясь как
в кислотах (ведет себя как основание):
2Cr(OH)3 + 3H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 6H2O
так и в щелочах (ведет себя как кислота):
Cr(OH)3 + KOH = K[Cr(OH)4]
Cr(OH)3 + NaOH = NaCrO2 + 2H2O
При прокаливании гидроксида хрома (III) образуется оксид хрома (III)
Cr2O3.
2Cr(OH)3 [pic] Cr2O3 + 3H2O
Нерастворим в воде.
3.4.3 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.
3.4.4 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-
17300С. 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
4. Свойства хрома. Экспериментальная часть
4.1 Опыт №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)2Cr2O7[pic]Cr2O3+N2+4H2O
4.2 Опыт №2. 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.
4.3 Опыт №3.Окислительные свойства солей хрома (VI)
Приборы и реактивы: раствор бихромата калия K2Cr2O7; раствор сульфита
натрия Na2SO3; серная кислота H2SO4.
Выполнение опыта. К раствору K2Cr2O7, подкисленному серной кислотой,
добавляю раствор Na2SO4. Наблюдаю изменения 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
4.4 Опыт №4. Исследование свойств солей хрома (VI)
Приборы и реактивы: концентрированный раствор бихромата калия K2Cr2O7;
концентрированная соляная кислота HCl
Выполнение опыта. К концентрированному раствору бихромата калия K2Cr2O7
добавляю концентрированную соляную кислоту HCl. При нагревании наблюдается
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 [pic] 3Cl2( + 2CrCl3 + 2KCl + 7H2O
происходит восстановление хлора:
2Cl- -2[pic]Cl20
4.5 Опыт №5. 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 про
| |  скачать работу |
Исследование свойств хрома и его соединений |
