Получение хромового ангидрида
|
|0…600 0С |600…1200 0С |1200…2000 0С |
| с фтором|с галогенами: |С |
| |2Cr0 + 3Cl20 [pic] |кислородом:4Cr|
|2Cr0 + 3F20 = |2Cr+3Cl3- |+ 3O2 [pic] |
|2Cr+3F3- | |2Cr2O3 |
| | | |
| | | |
| | | |
| | |2Cr2O3 |
| | с серой: |2Cr2O3 |
| |2Cr0 + 3S0 [pic] Cr2+2S3-2| |
| |с азотом: | |
| |2Cr0+ N20[pic] 2Cr+3N-3 | |
| |с кремнием: | |
| |4Cr0 + 3Si0 [pic] | |
| |Cr4+3Si3-4 | |
| |с бором | |
| |Cr0 + B0 [pic] Cr+3B-3 | |
| |с углеродом | |
| |4Cr0 + 3С0 [pic]Cr4+3C3-4 | |
| |с кислородом: | |
| |4Cr0 + 3O20 = 2Cr2+3O3-2 | |
| |с серной кислотой: | |
| |2Cr0 + 6H2+SO4-2 = | |
| |Cr2+3(SO4)3-2 + 3S-2O2 | |
| |+6H2O | |
4. Соединения хрома
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
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.
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.
5. Применение
Основная часть добываемой в мире хромистой руды поступает сегодня на
ферросплавные заводы, где выплавляются различные сорта феррохрома и
металлического хрома.
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». О хромовых
покрытиях следует рассказать подробнее.
5.1. Хромирование
Давно было замечено, что хром не только отличается большой твердостью (в
этом отношении у него нет конкурентов среди металлов), но и хорошо
сопротивляется окислению на воздухе, не взаимодействует с кислотами. Тонкий
слой этого металла попробовали электролитически осаждать на поверхность
изделий из других материалов, чтобы предохранить их от коррозии, царапин и
прочих «травм». Однако хромовые покрытия оказались пористыми, легко
отслаивались и не оправдывали возлагаемых на них надежд.
Почти три четверти века бились ученые над проблемой хромирования, и лишь
в 20-х годах прошлого столетия проблема была решена. Причина неудач
заключалась в том, что используемый при этом электролит содержал
трехвалентный хром, который не мог создать нужное покрытие. А вот его
шестивалентному «собрату» такая задача оказалась по плечу. С этого времени
в качестве электролита начали применять хромовую кислоту - в ней
валентность хрома равна 6. Толщина защитных покрытий (например, на
некоторых наружных деталях автомобилей, мотоциклов, велосипедов) составляет
до 0,1 миллиметра. Но иногда хромовое покрытие используют в декоративных
целях - для отделки часов, дверных ручек и других предметов, не
подвергающихся серьезной опасности. В таких случаях на изделие наносят
тончайший слой хрома (0,0002-0,0005 миллиметра).
Литовские химики разработали способ создания многослойной «кольчуги» для
особо ответственных деталей. Тончайший верхний слой этого покрытия (под
микроскопом его поверхность и в самом деле напоминает кольчугу) состоит из
хрома: в процессе службы он первым «принимает огонь на себя», но пока хром
окисляется, проходят многие годы. Тем временем деталь спокойно несет свою
ответственную службу.
Хромированию подвергаются не только металлические детали, но и изделия
из пластмасс. Подвергнутый испытаниям широко известный полимер -
полистирол, «одетый» в хром, стал прочнее, для него оказались менее
страшными такие известные «враги» конструкционных материалов, как
истирание, изгиб, удар. Само собой разумеется, возрос срок службы деталей.
Существует и другой способ хромирования - диффузионный, протекающий не в
гальванических ваннах, а в печах. Первоначально стальную деталь помещали в
порошок
| |  скачать работу |
Получение хромового ангидрида |
