Выдержка из текста работы
Природный хром состоит из четырех стабильных изотопов, молибден — из семи, вольфрам — из пяти. Большое число радиоактивных изотопов получено искусственно. В виде простых веществ хром, молибден и вольфрам — серовато-белые блестящие металлы. Устойчивые в обычных условиях модификации Сг, Мо и W имеют структуру объемно-центрированного куба.
Вольфрам является самым тугоплавким из металлов. В ряду Сг—Мо—W наблюдается повышение температуры плавления и теплоты атомизации (возгонки), что объясняют усилением в металлическом кристалле ковалентной связи, возникающей за счет d-электронов. На свойства металлов в большой степени влияют примеси. Так, технический хром — один из самых твердых металлов, в то время как чистый хром пластичен.
Как и в других подгруппах d-элементов, с ростом порядкового номера элемента в ряду Сг—Мо—W химическая активность заметно понижается. Так, хром вытесняет водород из разбавленных НС1 и H2S04, тогда как вольфрам растворяется лишь в горячей смеси плавиковой и азотной кислот:
Э + 2HN03 + 8HF = H2WO4 + 2NO + 4Н20
За счет образования анионных комплексов ЭО42-| молибден и вольфрам взаимодействуют также при сплавлении со щелочами в присутствии окислителя:
Э + 3NaN03 + 2NaOH = Na2Э04 + 3NaN02 + H20
В концентрированных HN03 и H2S04 хром пассивируется. При нагревании, в особенности в мелкораздробленном состоянии, Сг, Мо и W довольно легко окисляются многими неметаллами, например сгорают в кислороде:
2Сг (к) + 3/202 (г) = Сг203 (к), .
При этом образуются оксид хрома (III) и оксиды молибдена (VI) и вольфрама (VI), что соответствует устойчивым степеням окисления Сг и Мо, W. Хром легко пассивируется, поэтому широко используется в качестве гальванических защитных покрытий и для получения коррозионностойких сталей. Молибден применяется для изготовления химической аппаратуры, вольфрам — в электротехнической промышленности (в частности, для производства ламп накаливания). Молибден и вольфрам применяются в качестве катализаторов.
Соединения хрома.
d-элементы, особенно элементы 4-го периода, переменной валентности и поэтому образуют несколько различных оксидов и гидроксидов. Хром образует три сравнительно устойчивых оксида: СгО, Сг203, Сг03 и три соответствующих им гидроксида: Сг(ОН)2 Сг(ОН)3, Н2Сг04. Степень окисления (заряд) иона хрома в ряду гидроксидов последовательно увеличивается, а радиус уменьшается: Сг2+— 0,83; Сг3+—0,64, Сг6+—0,52.
В результате увеличения заряда и уменьшения радиуса поляризующие свойства иона хрома увеличиваются, связи Сг—0 все более переходят из ионной в ковалентную полярную (самый ковалентный характер носит связьCr—О в Cr03 и Н2СгО4); поэтому основной характер оксидов и гидроксидов ослабевает, а кислотный — усиливается. Действительно, Сг(ОН)2—типичное основание, Сг(ОН)3 — амфотерный гидроксид, а Н2Сг04—типичная кислота.
Соединени хрома (II)
У хрома степень окисления +3 является наиболее устойчивой. Координационное число хрома (III) равно шести, поэтому его комплексы (структурные единицы) имеют форму октаэдра. Большинство соединений Сг (III) интенсивно окрашено.
Оксид хрома (III) Сг203 —темно-зеленый порошок, а в кристаллическом состоянии — черный с металлическим блеском. Структура Сг203 соответствует октаэдро-тетраэдрической координации атомов Оксид хрома (III) тугоплавок (т. пл. 2265° С), химически инертен. В воде, кислотах и щелочах не растворяется. Его амфотерная природа проявляется при сплавлении с соответствующими соединениями. Так, при сплавлении Сг203 с дисульфатом калия образуется сульфат хрома (III):
Cr203 + 3K2S207 = Cr2(S04)3 + 3K2S04
А при сплавлении Cr203 со щелочами и соответствующими основными оксидами образуются оксохроматы (III), называемые хромитами:
2КОН + Cr2O3 = 2КСг02 + Н20
Оксохроматы (III) d-элементов типа М (Сг02)2 являются координационными полимерами, т. е. смешанными оксидами (типа шпинели), В их кристаллах атомы М (II) находятся в тетраэдричеcком, а атомы Сг (III) в октаэдрическом окружении атомов кислорода. Смешанным оксидом Сг (III) и Fe (II) является природный хромит — хромистый железняк FeCr204.
Осаждаемый из растворов серо-синий гидроксид Сг(ОН)3
Сг3+ + ЗОН— = Cr(OH)3
имеет переменный состав Сг203-nН20.
Свежеполученный Сг(ОН)3 (т. е. Сг203-nН20) хорошо растворяется в присутствии кислот и щелочей, которые вызывают разрыв связей в слоистом полимере:
Сг(ОН)3 + НЗО+ = [Сг(Н2О)6]3+
Сг(ОН)3 + ЗОН— = [Cr(OH)6]3-
Соединения хрома (III)
Элементы VI группы со степенью окисления 6+ способны образовывать гидроксиды различного состава. Так, окислу СгО3 соответствуют два гидроксида:
Сг03 + Н20 = Н2Сг04 — хромовая кислота
2Сг03 + Н20 = Н2Сг207— двухромовая кислота
Хромовая кислота образует хроматы, а двухромовая — бихроматы.
Хроматы (желтые) могут переходить в дихроматы (оранжевые) и обратно при изменении реакции среды
2K2CrO4 + H2SO4 = K2Cr2O7 + K2SO4 + H2O – оранжевая
K2Cr2O7 + 2KOH = 2K2CrO4 + H2O – желтая
Хроматы устойчивы в щелочной среде, а бихроматы в кислой.
Двухромовая кислота относится к изополикислотам. В молекулах этого вещества имеется связь Сг—О—Сг. Подобные кислоты образуют и другие d-элементы, в частности Mo, W, а также некоторые f-элементы (В, Si, Ридр.).
Сильные окислительные свойства проявляют соединения Сг6+, в частности К2СгО4 и К2Сг2О7
К2Сг207 + 6KJ + 7H2S04 = Cr2(S04)3 + 3J2 + 4K2S04 + 7H20
Хроматы и бихроматы применяются в промышленности как окислители и электролиты для хромирования, при дублении кож и т. д. Хроматы, бихроматы — замедлители коррозии металлов в нейтральной водной среде. Действие этих замедлителей основано на том, что, будучи сильными окислителями, они переводят защищаемый металл в пассивное состояние.
Выполнение работы.
Цель работы: изучить основные свойства Хрома.
Приборы и реактивы.Метлахская плитка, фарфоровая чашка, железный стержень, стеклянная палочка, асбестовая сетка. Дихромат аммония, сульфат хрома. Диэтиловы эфир, висмутат натрия, едкий натр, дихромат калия. Растворы. Сульфат хрома, хромат калия, дихромат калия, серной кислоты, иодида калия, пероксида волорода, азотной кислоты.
Опыт №1.
Получение оксида хрома (III).
На метлахскую плитку насыпали горкой небольшое количество мелкокристаллического дихромата аммония (NH4)2Cr2O7. Нагрели тонкий железный стержень и горячий конец стержня поместили в оранжевую соль. Через некоторое время наблюдали самопроизвольное разложение соли с образованием темно-зеленого порошка – оксида хрома (III).
(NH4)2Cr2O7=Cr2O3+N2+H2O
Опыт №2.
Получение и свойства гидроксида хрома (III).
Смешали в пробирке 4 капли раствора сульфата хрома (III) с 3 каплями раствора гидроксида калия. Выпал осадок грязно-зеленого цвета.
Cr2(SO4)3+6NaOH=2Cr(OH)3+3Na2SO4
Половину осадка вместе с раствором перенесли в другую пробирку. В одну пробирку добавили несколько капель серной кислоты, к другой – гидроксида натрия. В обеих пробирках осадки растворились.
2Cr(OH)3+3H2SO4=Cr2(SO4)3+6H2O
Cr(OH)3+ NaOH=Na[Cr(OH)4]
Опыт №3.
Переход хромата в дихромат и обратно.
К 5 каплям хромата калия прибавили несколько капель 2н. раствора серной кислоты до изменения желтой окраски на оранжевую. Потом прилили к этому раствору раствор едкого калия и наблюдали изменение окраски обратно на желтую.
2K2CrO4 + H2SO4 = K2Cr2O7 + K2SO4 + H2O – оранжевая
K2Cr2O7 + 2KOH = 2K2CrO4 + H2O – желтая
Опыт №4.
Переход хрома (III) в хром (VI).
В пробирку с 5-6 каплями сульфата хрома(III) прилили 2-3 капли раствора серной кислоты и 1 микрошпатель висмутата натрия. Все тщательно перемешали и нагрели. Наблюдали появление оранжевой окраски дихромата натрия.
2Cr2(SO4)3 + 6NaBiO3 + 4H2SO4 = 2Na2Cr2O7 + 3Bi2(SO4)3 + Na2SO4 + 4H2O
Опыт № 5.
Окислительные свойства соединений хрома с окислительным числом +6
а) Окисление йодида калия
В пробирку налили растворы: дихромата калия, серной кислоты, йодида калия. В результате образовался сульфат хрома (III), йод, сульфат калия и вода.
K2Cr2O7 + 6KI + 7H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 3I2 + 4K2SO4 + 7H2O
б) Окисление соляной кислоты
К раствору дихромата калия прибавили концентрированной соляной кислоты. Далее пробирку нагрели до перехода оранжевой окраски в зеленую.
K2Cr2O7 + 14HCl = 2CrCl3 + 2KCl + 7H2O + 3Cl2
Опыт № 6
Получение пероксида хрома (реакция открытия хрома)
В пробирку налили растворы: дихромата калия, серной кислоты, пероксида водорода, диэтилового эфира. Образовалось перекисное соединение хрома, которое в дальнейшем разложилось.
K2Cr2O7 + 4H2O2 + H2SO4 + C4H10O = 2CrO(O2)2 + K2SO4 + 5H2O ?
Осадок тёмно-зелёного цвета сам раствор синий.
