Термодинамический анализ применительно к технологии получения хромсодержащей лигатуры. Для получения хрома из его оксида в роли восстановителя используют

Получение металлов из оксидов с помощью восстановителей

Для получения металлов из оксидов используются различные восстановители. Использование водорода позволяет получать активные металлы, не восстанавливаемые оксидом углерода (II). Также этот способ применяется для получения металлов с низким содержанием примесей, например, для химической лаборатории. Стоимость этого способа довольно высока. В качестве примера можно привести реакцию восстановления меди из оксида меди (II) при нагревании в струе водорода:

CuO + h3 = Cu + h3O

С указанием степени окисления элементов:

Cu+2O + h30 = Cu0 + h3+1O

Хотя реакция обратимая, но проведение ее в токе водорода, и, как следствие, удаление паров воды из зоны реакции позволяет сместить равновесие вправо и добиться полного восстановления меди.

Железо, поступающее в школьную лабораторию, часто на этикетке имеет надпись: «Восстановлено водородом»:

Fe2O3 + 3h3 = 2Fe + 3h3O

Способ восстановления металлов алюминием получил название «алюминотермия» или «алюмотермия». Алюминий является еще более активным восстановителем. Этим способом получают хром, марганец:

2Al + Cr2O3 = Al2O3 + 2Cr

При реакции оксида железа (III) с порошком алюминия (смесь необходимо поджечь магниевой лентой) выделяется много тепла:

2Al + Fe2O3 = Al2O3 + 2Fe

Алюминотермией получают некоторое количество кальция. Обратите внимание, что в электрохимическом ряду напряжений кальций находится левее алюминия, но это не делает невозможным данный способ — не следует забывать, что ряд напряжений говорит о возможности или невозможности протекания реакций только в растворах.

Оксид углерода (II) применяется наиболее широко. Например, при выплавке чугуна в доменной печи восстановителями являются кокс и образующийся оксид углерода(II). Суммарное уравнение получения железа из красного железняка:

Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2

Чистые металлы в современной технике используются сравнительно редко. Чистые медь и алюминий применяются для изготовления электрических проводов. Цинк, никель, хром, золото наносятся на поверхность стальных изделий для защиты от коррозии и придания красивого внешнего вида.

Сплавы обладают более высокой прочностью. Легкие сплавы на основе алюминия, например, дуралюмины (содержат медь и магний) — особенно широко применяются в изготовлении летательных аппаратов, автомобилей, скоростных судов.

Сплавы на основе железа — чугун и сталь — основные конструкционные материалы современной техники. Чугун, благодаря более низкой стоимости, устойчивости к коррозии, хорошим литейным качествам широко применяется для изготовления станков, печных плит, декоративных садовых решеток и пр.

Сталь хорошо обрабатывается и обладает высокой прочностью. Добавление в сталь легирующих добавок позволяет придавать ей особые свойства: высокую твердость, устойчивость к коррозии (нержавеющие стали), кислотам (кислотоупорные), высоким температурам (жаропрочные) и т. д.

Сплавы на основе меди — латуни и бронзы — обладают хорошей теплопроводностью, устойчивостью к коррозии (в том числе в морской воде), красивым внешним видом. Применяются для изготовления радиаторов, в судостроении, для декоративных целей.

Сплавы олова и свинца — припо́и — обладают более низкой температурой плавления, чем олово и свинец в отдельности. Используются при пайке.

автор: Владимир Соколов

staminaon.com

Неорганическая химия: металлы побочных подгрупп

Общая характеристика подгруппы хрома

Элементы подгруппы хрома занимают промежуточное положение в ряду переходных металлов. Имеют высокие температуры плавления и кипения, свободные места на электронных орбиталях. Элементы хром и молибден обладают нетипичной электронной структурой – на внешней s-орбитали имеют один электрон (как у Nb из подгруппы VB). У этих элементов на внешних d– и s-орбиталях находится 6 электронов, поэтому все орбитали заполнены наполовину, т. е. на каждой находится по одному электрону. Имея подобную электронную конфигурацию, элемент обладает особенной стабильностью и устойчивостью к окислению. Вольфрам имеет более сильную металлическая связь, нежели молибден. Степень окисления у элементов подгруппы хрома сильно варьирует. В надлежащих условиях все элементы проявляют положительную степень окисления от 2 до 6, максимальная степень окисления соответствует номеру группы. Не все степени окисления у элементов стабильны, у хрома самая стабильная – +3.

Все элементы образуют оксид MVIO3, известны также оксиды с низшими степенями окисления. Все элементы данной подгруппы амфотерны – образуют комплексные соединения и кислоты.

Хром, молибден и вольфрам востребованы в металлургии и электротехнике. Все рассматриваемые металлы покрываются пассивирующей оксидной пленкой при хранении на воздухе или в среде кислоты-окислителя. Удалив пленку химическим или механическим способом, можно повысить химическую активность металлов.

Хром. Элемент получают из хромитной руды Fe(CrO2)2, восстанавливая углем: Fe(CrO2)2 + 4C = (Fe + 2Cr) + 4CO.

Чистый хром получают восстановлением Cr2O3 с помощью алюминия или электролиза раствора, содержащего ионы хрома. Выделяя хром с помощью электролиза, можно получить хромовое покрытие, используемое в качестве декоративных и защитных пленок.

Из хрома получают феррохром, применяемый при производстве стали.

Молибден. Получают из сульфидной руды. Его соединения используют при производстве стали. Сам металл получают при восстановлении его оксида. Прокаливая оксид молибдена с железом, можно получить ферромолибден. Используют для изготовления нитей и трубок для обмотки печей и электроконтактов. Сталь с добавлением молибдена используют в автомобильном производстве.

Вольфрам. Получают из оксида, добываемого из обогащенной руды. В качестве восстановителя используют алюминий или водород. Получившийся вольфрам в идее порошка впоследствии формуют при высоком давлении и термической обработке (порошковая металлургия). В таком виде вольфрам используют для изготовления нитей накаливания, добавляют к стали.

Хром

Хром (Cr) – d-элемент расположенный в 4-м периоде, в VI группе побочной подгруппы. Высшая степень окисления – +6. В соединениях может проявлять степень окисления от + до +6, но наиболее характерными для хрома является степень окисления +3 и +6. В остальных степенях окисления соединения хрома неустойчивы.

Физические свойства: хром – серовато-белый металл с характерным металлическим блеском. Природный хром состоит из смеси 5 изотопов: 50, 52, 53, 54, 56. Это самый твердый из всех известных металлов, его плотность 7,2 г/см3. Температура плавления – 1855 °C, температура кипения – 2642 °C. При обычной температуре хром устойчив к воздействию воды и воздуха.

Химические свойства: электронная конфигурация: 1s22s22p23s23p63d54s1. В образовании химических связей хрома участвуют не только электроны внешнего 4 уровня, но и электроны предпоследнего уровня – 3d-подуровня.

При высокой температуре хром горит в кислороде: 4Cr + 3О2 = 2Cr2О3.

Раскаленный хром реагирует с парами воды, вытесняя из нее кислород: 2Cr + 3Н2О = Cr2О3 + 3Н2

При нагревании реагирует с галогеноводородами, S, N2, P4, C, Si, B

С галогенами реагирует не одинаково:

а) со фтором взаимодействует даже на холоде: Cr + 3F2 = CrF6;

б) с хлором реагирует при нагревании: 2Cr + 3Cl2 = 2CrCl3.

Разбавленная соляная и серная кислоты растворяют хром с выделением водорода, а в холодной азотной он пассивируется. Хром образует три оксида: CrО, Cr2О3 и CrО3.

Получение: В чистом виде хром получают двумя способами:

1) металлотермический – восстановление металла из его оксида с помощью другого металла;

2) электролитический – электролиз водного раствора хромовых кислот. При этом одновременно с хромом на катоде выделяется водород. Поэтому получаемый хром содержит включения водорода. Для получения чистого хрома его переплавляют в вакууме.

Металлический хром получают алюмотерми-ческим способом (способ Бекетова) из оксида Cr2О3: Cr2О3 + 2Al = Al2О3 + 2Cr.

Нахождение в природе: в природе хром встречается только в виде соединений, важнейшим из которых является хромистый железняк FeCrO4 или Fe(CrO)2, из которого путем восстановления углеродом в электропечах получают сплав – феррохром. Используется хром в инструментальной и автомобильной промышленности: хромирование – покрытие хромом других металлов; в металлургии – при производстве легированной стали.

Оксиды и гидроксиды хрома

Хром образует три оксида: CrО, Cr2О3 и CrО3. Оксид хрома II (CrО) – основный оксид – черный порошок. Сильный восстановитель. CrО растворяется в разбавленной соляной кислоте: CrО + 2НСl = CrСl2 + Н2О.

При нагревании на воздухе выше 100 °C CrО превращается в Cr2О3: 4CrО + О2 = 2Cr2О3.

Оксид хрома III (Cr2О3) – тугоплавкий порошок зеленого цвета (температура плавления – 2265 °C). Твердость кристаллов близка к корунду, поэтому его вводят в состав полирующих средств. Получают из хромистого железняка (FeCr2O4). При окислительно-щелочном сплавлении последнего с содой образуются хромат натрия NaCrO4: 2Fe(CrO2)2 + 4Na2CO3 + 1/2O2 = 4Na2CrO4 + Fe2O3 + 4CO2.

Затем Na2CrO4 переводят в Na2Cr2O7 – дихромат: Na2CrO4 + Н2SO4 = Na2Cr2O7 + Н2О + Na2SO4.

Далее дихромат восстанавливают углем и получают Cr2О3: Na2Cr2O7 + 2С = Na2CO3 + Cr2О3 + СО

В лаборатории Cr2О3 получают термическим разложением дихромата аммония: (Nh5)2Cr2O7?Cr2О3 + N2 + 4Н2О.

Cr2О3 – амфотерный оксид: реагирует с основаниями и кислотами при сплавлении его со щелочами образует хромиты: Cr2О3 + NaОН = 2NaCrO2 + Н2О.

Оксид хрома VI (CrО3) – темно-красные кристаллы, хорошо растворимые в воде. CrО3 – кислотный оксид, с избытком воды образует хромовую кислоту: CrO3 + h3O?h3CrO4.

CrO3 – ангидрид хромовой кислоты. При большой концентрации CrO3 образуются дихромовая кислота: 2CrO3 + h3O*h3CrO7.

CrO3 при нагревании до 250 °C разлагается: 4CrO3*2Cr2О3 + 3О2.

Получение: взаимодействием дихромата калия с концентрированной h3S04: К2CrO7 + Н2SO4 = CrO3 + К2SO4 + h3O. CrO3 – сильный окислитель – окисляет йод, серу, уголь, фосфор, превращаясь при этом в Cr2О3.

Гидроксид хрома II Сг(ОН)2 желтого цвета, в воде не растворим, обладает основными свойствами, является восстановителем, получается действием щелочи на хлорид хрома CrСl2, получаемого при взаимодействии Cr c НСl

Соединения Cr II неустойчивы и легко окисляются кислородом воздуха

Гидроксид хрома III (Cr(OH)3)n – это сложный полимер зеленого цвета, не растворимый в воде, обладает амфотерными свойствами – растворяется в кислотах и в щелочах; реагирует с кислотами с образованием солей хрома (III).

со щелочами – с образованием сине-фиолетовых растворов – гидроксохромитов.

При сплавлении Cr(ОН)3 со щелочами получают хромиты, а с избытком – метахромиты.

Хроматы и дихроматы

Хроматы – соли хромовой кислоты Н2Сг04, существующей лишь водных растворах с концентрацией не выше 75 %. Валентность хрома в хроматах – 6. Хроматы щелочных металлов и магния имеют хорошую растворимость в воде, а растворимость щелочноземельных металлов очень резко снижается в ряду CaCrO4 – SrCrO4 – BaCrO4 – RaCrO4. Хроматы – желтые кристаллические вещества – желтую окраску обеспечивает хромат-ион Сг042-. Дихроматы – соли дихромовой кислоты Н2Сг07. В отличие от хроматов, почти все соли-дихроматы хорошо растворимы в воде. Дихроматы имеют ярко-оранжевую окраску, обеспеченную дихромат-ионом: Сг072-.

Хроматы получают взаимодействием оксида хрома (VI) или раствора хромовой кислоты h3CrO4 с оксидами, гидроксидами, карбонатами металлов или при обменной реакции с участием растворимых солей-хроматов, или путем окисления комплексных солей – гидроксохроматов в избыточном растворе щелочи.

Хромат калия K2CrO4 – кристаллы желтого цвета, при нагревании краснеют. Кристаллогидратов не образует. Дихроматы – сильные окислители.

Получают дихроматы из соединений Cr (III) в кислой среде.

Дихромат аммония (Nh5)2Cr2O7 – оранжевые кристаллы, не образует кристаллогидратов. При слабом нагревании он самовоспламеняется с выбросом искр – раскаленных частиц Cr2O3, N2 и паров воды – «химический вулкан».

Дихромат калия K2Cr2O7?2h3O и Na2Cr2O7 – хромпики, оранжево-красные кристаллы, кристаллогидратов не образует. Используется в пиротехнике, в хроматометрии, в производстве спичек. Смесь равных объемов раствора K2Cr2O7 и концентрированной серной кислоты – хромовая смесь – является очень сильным окислителем, в лабораториях применяется для мытья стеклянной посуды. Хроматы применяются для протравы семян, при крашении, в лакокрасочной, кожевенной (в качестве дубящих реагентов кожи), текстильной промышленности; используются в лабораторном способе разделения хрома-тов кальция, стронция и бария.

Наиболее распространенным в природе, минералом является минерал PbCrO4 – крокоит. Хромат – тарапакаит и дихромат калия – лопецит – также являются природными минералами.

Общая характеристика семейства железа

Семейство железа входит в состав побочной подгруппы восьмой группы и является в ней первой триадой, включающей в себя железо, кобальт и никель. Эти элементы имеют два электрона на наружном слое атома, все они являются металлами. По свойствам все три элемента похожи между собой. Для них характерна степень окисления 2, 3, 4. Реже проявляются более высокие степени окисления. Ни один элемент из семейства железа не проявляет максимальной степени окисления +8. Все металлы триады образуют разнообразные соединения, проявляя степени окисления +2 и +3. Проявление высокой степени окисления и амфотерных свойств характерно для железа.

Температуры плавления элементов триады железа высокие, тем не менее, ниже, чем у элементов, находящихся в серединах серий переходных металлов.

Железо – первый элемент в переходных рядах, имеющий спаренный электрон на внутренней d-орбитали. Спаренные электроны с такой орбитали труднее участвуют в образовании химической связи, чем неспаренные. У триады железа существуют особенности орбитального строения, проявляющиеся в виде магнитных и ферромагнитных свойств. В результате ориентированности атомов металлы образуют постоянные магниты. Все металлы семейства железа проявляют электроположительное поведение. Инертны в среде окислителя, даже кислорода, так как образуют оксидные пленки.

Химические свойства железа:

1) взаимодействует с кислородом при высоких температурах;

2) оксиды в низшей степени окисления MO;

3) при взаимодействии с галогенами образует галогениды, дигалогениды;

4) образует комплексные соединения;

5) образует карбонилы – соединения, в которых переходный металл образует связь с ионом металла или водорода и координированными карбониловыми группами (пентакарбонил кобальта [Co(CO)5]);

6) взаимодействуют с серой и сероводородом при нагревании, образуя сульфиды.

Железо – второй (после алюминия) по распространенности металл, встречается в виде различных руд, пригодных для переработки. Из них получают почти чистый Fe3O4, который вместе с известняком и коксом используется для выплавки чугуна в доменной печи.

Кобальт выделяют из руд, содержащих много мышьяка и некоторой доли серебра, достаточной для промышленной переработки.

Никель – в руде много примесей: сульфиды никеля, меди и железа. Половина получаемого никеля расходуется в производстве стали для повышения ее коррозионной стойкости и твердости. Он используется также для создания прочных покрытий на стальных изделиях.

Железо

Железо занимает второе место после алюминия по распространенности в земной коре (~4 %). Содержится в виде соединений (оксиды, сульфиды и силикаты).

Руды, из которых получают железо – магнитный, красный, бурый и шпатовый железняки, реже – железный колчедан или пирит. Последний используют для получения серной кислоты.

Физические свойства. Температура плавления – 1539±5 °C. Является пластичным металлом серебристого цвета. Хорошо поддается механической обработке. От чистоты железа зависят его механические свойства, а оно в твердой фазе способно растворять в себе элементы. Такому раствору отвечает соединение цементит или карбид железа – вещество со сложной кристаллической структурой, большой твердостью и хрупкостью, имеет температуру плавления 1600 °C. Свойства таких растворов зависят от содержания в них углерода. Но, несмотря на концентрацию углерода, феррит и аустенит имеют меньшую твердость и пластичность, чем цементит.

Получение. Железо без примесей можно получить при восстановлении оксида железа (III) водородом при повышенной температуре. Сейчас существует немало методов, позволяющих получить железо, содержащее 10-6% примесей, но в практических целях используется железо в виде сплавов.

Черная металлургия занимается производством сплавов железа – чугунов и сталей, перерабатывающая – железных руд и сплавов. Обрабатывая руду, в первую очередь получают чугун, из которого потом получают сталь.

Стали – железоуглеродные сплавы, содержащие меньше 2,14 % углерода.

Чугуны – железоуглеродные сплавы, содержащие больше 2,14 % углерода.

Для того, чтобы получить чугун, используют руды, содержащие серу (гематит, магнетит, сидерит). Для доменных процессов не используют руду с малым содержанием серы (0,3 %), так как сера, переходя в железо, делает его ломким и хрупким.

Получаемый чугун содержит 93 % Fe, 7 % составляют C, Si, P и газовые включения (азот, кислород и др.). Для удаления примесей проводят обжиг в отражательных печах. Добавление определенных металлов придает сплаву твердость, вязкость, механическую прочность и другие физические свойства, необходимые для сталей. Затем полученный сплав подвергают операциям отжига и закалки для создания хорошей кристаллической структуры и распределения фаз.

Полученный чугун используют для:

1) переплавки в сталь в конвертерах, мартеновских или электрических дуговых печах;

2) литейный чугун используется в машиностроении для чугунного литья.

www.itest.kz

М. А. Подготовка к егэ по химии 2008 ГОТОВИМСЯ К егэ по химии ахметов м. А. Урок

Ахметов М. А. Подготовка к ЕГЭ по химии 2008

ГОТОВИМСЯ К ЕГЭ по ХИМИИ http://maratakm.narod.ru

АХМЕТОВ М. А. УРОК 10. ОТВЕТЫ НА ЗАДАНИЯ.

Выбрать другой урок

Характеристика переходных элементов – меди, хрома, железа по их положению в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева и особенностям строения их атомов.

1. Атомы каких элементов имеют по 1 электрону на внешнем занятом электронном уровне в основном состоянии?

1)	Fе и Zn
2)	Zn и Cr
3)	Cr и Cu
4)	Cu и Fe

Ответ 3

Сr 1s22s22p63s23p63d54s1

Cu 1s22s22p63s23p63d104s1

2. Для получения хрома из его оксида в роли восстановителя используют

1)	алюминий и кремний
2)	кремний и водород
3)	водород и углерод
4)	углерод и алюминий

3С+Cr2O3=2Cr+3CO

2Al+Cr2O3=Al2O3+3Cr

3. Железо не получают по реакции

1)	3FeO + 2Al gif" name="graphics1" align=bottom width=43 height=21 border=0> Al2O3 + 3Fe
2)	электролизом раствора сульфата железа по уравнению FeSO4 + 2h3O  Fe + h3 + O2 + h3SO4
3)	восстановлением коксом FeO + C Fe + CO
4)	восстановлением серой 2FeO + S 2Fe + SO2

Ответ 4 –

4. Реакция, не происходящая в доменном процессе

1)	CO2 + C = 2CO
2)	3Fe2O3 +CO 2Fe3O4+ CO2
3)	3FeO + CO2 Fe3O4+ CO
4)	Fe3O4 + CO 3FeO + CO2

Ответ 3 – это процесс окисления, а не восстановления

5. Латунь – это сплав меди с

1)	цинком
2)	оловом
3)	никелем
4)	хромом

Ответ: 1

6. Раствор хлорида железа (III) реагирует с веществами, формулы которых

1)	Cu и KI
2)	KI и FeCl2
3)	FeCl2 и Ag
4)	Ag и Cu

3Cu+2FeCl3=3CuCl2+2Fe

2KI+2FeCl3=2FeCl2+I2+2KCl

7. Хромат калия в химической лаборатории можно получить действием на хромит калия

1)	пероксидом водорода в щелочной среде и хлором в кислой среде
2)	пероксидом водорода в щелочной среде и хлором в щелочной среде
3)	пероксидом водорода в кислой среде и хлором в щелочной среде
4)	пероксидом водорода в кислой среде и хлором в кислой среде

2KCrO2+3h3O2+2KOH=2K2CrO4+4h3O

2KCrO2+3Cl2+8KOH= 2K2CrO4+6KCl+4h3O

8. Выберите наиболее справедливое окончание следующего утверждения

«При добавлении к раствору хромата калия серной кислоты …

1)	хромат превращается в хромит и окраска изменяется с оранжевой на желтую
2)	хромат превращается в хромит и окраска изменяется с желтой на оранжевую
3)	хромат превращается в дихромат и окраска изменяется с оранжевой на желтую
4)	хромат превращается в дихромат и окраска изменяется с желтой на оранжевую

Ответ 4

2K2CrO4+h3SO4=K2Cr2O7+K2SO4+h3O

9. Смесь дихромата калия и концентрированной серной кислоты нередко называют хромовой смесью. Заменять концентрированную серную кислоту на концентрированную соляную кислоту нельзя, потому, что

1)	максимальная массовая доля HCl в соляной кислоте составляет 38%, а серная кислота бывает полностью безводной
2)	соляная кислота сама реагирует с дихроматом калия по уравнению K2Cr2O7 +14HCl  3Cl2 + 2CrCl3 + 2KCl + 7h3O
3)	серная кислота обладает водоотнимающими свойствами, а соляная кислота – нет
4)	концентрированная серная кислота проявляет окислительные свойства, а концентрированная соляная кислота – нет

Ответ 2

10. Гидроксид хрома (III) проявляет амфотерный характер, следовательно он растворяется

1)	в воде и бензоле
2)	бензоле и соляной кислоте
3)	соляной кислоте и растворе гидроксида натрия
4)	растворе гидроксида натрия и воде

Cr(OH)3+3HCl=CrCl3+3h3O

Cr(OH)3+NaOH=Na[Cr(OH)4]

11. Гидроксид железа (II) на воздухе

1)	разлагается с образованием FeO
2)	на воздухе легко окисляется до Fe(OH)3
3)	реагирует с парами воды, образуя кристаллогидрат Fe(OH)3n(h3O)
4)	разлагается с образованием Fe2O3

Ответ 2

2Fe(OH)2+1/2O2+h3O=2Fe(OH)3

12. Качественная реакция на FeCl3 + Nh5SCN является

1)	необратимой, так как при добавлении к раствору новой порции тиоционата аммония наблюдается усиление красной окраски
2)	обратимой, так как с течением времени красный цвет раствора исчезает
3)	обратимой, так как при добавлении к полученному раствору гидроксида натрия красная окраска исчезает и образуется бурый осадок гидроксида железа (III)
4)	необратимой потому, что осадок со временем оседает на дно пробирки

Окраска исчезает по причине связывания катионов железа (III)

Fe3++3OH-=Fe(OH)3

13. В химической лаборатории оксид хрома (III) получают разложением каждого из двух веществ, формула которых

1)	(Nh5)2Cr2O7 и K2Cr2O7
2)	K2Cr2O7 и K2CrO4
3)	K2CrO4 KCrO2
4)	KCrO2 и (Nh5)2CrO4

(Nh5)2Cr2O7 =Cr2O3+N2+4h3O

4K2Cr2O7=2Cr2O3+4K2CrO4+3O2

14. Оксид хрома (VI) можно получить в результате взаимодействия этих веществ с концентрированной серной кислотой

1)	K2Cr2O7 и Cr2O3
2)	Cr2O3 и Cr
3)	Cr и K2CrO4
4)	K2CrO4и K2Cr2O7

K2CrO4+h3SO4=K2SO4+CrO3+h3O

K2Cr2O7+h3SO4=K2SO4+2CrO3+h3O

15. Оксид хрома (III) входит в состав абразивных материалов (паст ГОИ), так как его кристаллическая решетка

1)	молекулярная
2)	ионная
3)	атомная
4)	металлическая

Ответ 3

16. Оксид хрома (III) реагирует с каждым из двух веществ

1)	кальцием и алюминием
2)	алюминием и серебром
3)	серебром и чугуном
4)	чугуном и кальцием

Cr2O3+3Ca=3CaO+2Cr

2Al+Cr2O3=Al2O3+3Cr

17. Оксид хрома (VI) не реагирует с веществом, формула которого

1)	С2Н5ОН
2)	Mn2O7
3)	Cr
4)	Ch4CHO

Ответ 2 Mn2O7 - кислотный оксид, в котором Mn находится в наивысшей степени окисления

18. Формула карбида железа (цементита)

1)	FeC2
2)	Fe3C
3)	Fe4C3
4)	Fe2C3

Ответ 2

19. Установите продукт взаимодействия в следующей химической реакции, учитывая, что образуется вещество голубовато-зеленого цвета

Cu2O + CO2 + O2 + h3O 

1)	Cu(HCO3)2
2)	Cu2CO3
3)	(CuOH)2CO3
4)	CuCO3

20. При взаимодействии концентрированной серной кислоты с хлоридом железа (II) образуются

1)	сульфат железа (III) + диоксид серы + хлороводород + вода
2)	сульфат железа (II) + хлороводород + вода
3)	сульфат железа (III) + диоксид серы + хлор + вода
4)	сульфат железа (II) + хлор + вода

Ответ 1

21. Установите соответствие между химическими элементами и проявляемыми ими степенями окисления

	^		СТЕПЕНИ ОКИСЛЕНИЯ
1)	Zn	А)	0, +2, +4, +6
2)	Cr	Б)	0,+1,+2,+3, +6
3)	Mn	В)	0, +2, +3, +4, +5, +6, +7
4)	Fe	Г)	0, +2
		Д)	0,+2, +3, +6

22. Установите соответствие между химическим элементом и числом неспаренных электронов в его атоме

	^		ЧИСЛО НЕСПАРЕННЫХ
1)	Сr	А)	1
2)	Cu	Б)	3
3)	Mn	В)	4
4)	Fe	Г)	5
		Д)	6

23. Установите соответствие между формулой вещества и его окраской

	^		ЧИСЛО НЕСПАРЕННЫХ
1)	CuSO45h3O	А)	фиолетовый
2)	KMnO4	Б)	голубой
3)	Cr2O3	В)	белый
4)	ZnO	Г)	зеленый
		Д)	красный

24. Установите соответствие между реагентами и хромосодержащим продуктом химической реакции

	РЕАГЕНТЫ		ПРОДУКТЫ
1)	Сr + HCl 	А)	Cr2(SO4)3
2)	Cr + Cl2	Б)	CrCl2
3)	Cr+ h3SO4(разб.) 	В)	CrCl3
4)	Cr + h3SO4(конц.) 	Г)	CrO3
		Д)	CrSO4

25. Окрашены в красный цвет

А)	CrO3
Б)	FeCl3
В)	Cu2O
Г)	MnO2
Д)	Сr(OH)2
Е)	Fe(SCN)3

26. Веществами X1, X2, X3 в следующей цепочке превращений являются

А)	SO2
Б)	SO3
В)	S
Г)	h3S
Д)	h3SO3
Е)	h3SO4

ТЕСТЫ

А1. Верны ли следующие суждения о свойствах оксида хрома (III)?

А. Оксид хрома (III) проявляет амфотерные свойства.

Б. Оксид хрома (III) проявляет только восстановительные свойства.

1)	верно только А
2)	верно только Б
3)	верны оба суждения
4)	оба суждения неверны

Ответ 1

А2. При нагревании гидроксида меди (II) образуются

Cu и h3O

СuO и Н2

CuO и Н2О

Сu2O и Н2О

Ответ 3

А3. Оксид хрома (III) относится к оксидам

1)	кислотным
2)	основным
3)	амфотерным
4)	несолеобразующим

Ответ 3

Cr2O3+3h3SO4=Cr2(SO4)3+3h3O

А4. Какой из металлов вытесняет железо из сульфата железа (II)?

FeSO4+Zn=ZnSO4+Fe

А5. Верны ли следующие суждения о меди?

А. Медь во всех соединениях проявляет степень окисления + 2.

Б. Медь не вытесняет водород из растворов кислот.

1)	верно только А
2)	верно только Б
3)	верны оба суждения
4)	оба суждения неверны

Ответ 2

А6. Основные свойства наиболее выражены у оксида, формула которого

1) Fe2O3

2) FeO

3) Cr2O3

4) CrO3

А7. В уравнении реакции

2AgNO3 = 2Ag + 2X + O2

веществом «X» является

1)	оксид азота (IV)
2)	оксид азота (II)
3)	азот
4)	оксид азота (V)

Ответ 1

А8. К амфотерным оксидам относится

CuO

Р2O3

Cr2O3

CrO3

Ответ3

А9. Оксид меди (Π) растворяется

1) в воде при обычной температуре

2) в воде при нагревании

3) в разбавленных кислотах при нагревании

4) в разбавленных растворах щелочей

^ 2+2h3O

А10. Атомы каких элементов имеют по 1 электрону на внешнем занятом электронном уровне в основном состоянии?

1)	Fе и Zn
2)	Zn и Cr
3)	Cr и Cu
4)	Cu и Fe

Ответ 3

А11. При прокаливании гидроксида цинка с гидроксидом калия образуется соединение, формула которого

1)	KZnO2
2)	K2ZnO
3)	KZnO
4)	K2ZnO2

Ответ 4

А12. Раствор хлорида железа (III) реагирует с веществами, формулы которых

1)	Cu и KI
2)	KI и FeCl2
3)	FeCl2 и Ag
4)	Ag и Cu

Ответ 1

А13. Гидроксид хрома (III) проявляет амфотерный характер, следовательно он растворяется

1)	в воде и бензоле
2)	бензоле и соляной кислоте
3)	соляной кислоте и растворе гидроксида натрия
4)	растворе гидроксида натрия и воде

Ответ 3

А14. Оксид хрома (VI) можно получить в результате взаимодействия этих веществ с концентрированной серной кислотой

1)	K2Cr2O7 и Cr2O3
2)	Cr2O3 и Cr
3)	Cr и K2CrO4
4)	K2CrO4и K2Cr2O7

Ответ 4

А15. Оксид хрома (VI) не реагирует с веществом, формула которого

1)	С2Н5ОН
2)	Mn2O7
3)	Cr
4)	Ch4CHO

Ответ 2

А16. Установите продукт взаимодействия в следующей химической реакции, учитывая, что образуется вещество голубовато-зеленого цвета

Cu2O + CO2 + O2 + h3O 

1)	Cu(HCO3)2
2)	Cu2CO3
3)	(CuOH)2CO3
4)	CuCO3

Ответ 3

А17. Медную проволоку прокаливают на воздухе, она становится черной. Почерневшую медную проволоку вносят в стеклянную трубку и при нагревании над ней пропускают водород. Проволока восстанавливает красный цвет. Какое из следующих утверждений является правильным?

1)	в первой части эксперимента происходит окисление меди, а во второй части – восстановление водорода.
2)	в первой части эксперимента происходит окисление меди, а во второй части – окисление водорода.
3)	в первой части эксперимента происходит восстановление меди, а во второй части – восстановление водорода
4)	в первой части эксперимента происходит восстановление меди, а во второй части – окисление водорода

Ответ 2

А18. Для железа наиболее характерны степени окисления

+ 2 и + 6

– 2 и + 3

+ 2 и + 3

+ 3 и + 6

Ответ 3

А19. Верны ли следующие суждения о соединениях меди?

А. Формула высшего оксида меди Cu2O.

Б. Высший оксид меди проявляет только окислительные свойства.

1)	верно только А
2)	верно только Б
3)	верны оба суждения
4)	оба суждения неверны

Ответ 2

А20. Взаимодействие железа с сульфатом меди относится к реакции:

1) соединения 2) разложения

3) замещения 4) обмена

Ответ 3

А21. Оксид меди (Π) растворяется

1) в воде при обычной температуре

2) в воде при нагревании

3) в разбавленных кислотах при нагревании

4) в разбавленных растворах щелочей

Ответ 3

А22. Оксид хрома (VI) является

1) основным

2) кислотным

3) амфотерным

4) несолеобразующим

Ответ 2

А23. В схеме превращений

Fe  X  Fe(OH)3 веществом «X» является

1) FePO4 2) Fe2O3 3) FeO 4) FeCl3

Ответ 4

А24. Только при нагревании вода реагирует с

1) ртутью 2) медью 3) золотом 4) железом

Ответ 4

при температуре не менее 700 0С

Fe+h3O=FeO+h3

podelise.ru

Термодинамический анализ применительно к технологии получения хромсодержащей лигатуры

А.С. Петрищев, С.М. Григорьев, И.В. Прус

Проведены расчеты равновесия в системе Cr-O-C и выполнен анализ термодина-мических закономерностей углеродотермического восстановления с участием в качестве восстановителя СО. Результаты анализа свидетельствуют о большой вероятности параллельного протекания реакций карбидообразования и малой вероятности получения безуглеродистого продукта в изучаемой системе. Полученные результаты являются теоретической основой для разработки методов утилизации хромсодержащего металлооксидного сырья при изготовлении хромсодержащих марок стали, где нет жестких ограничений по углероду.

Анализ публикаций по теме исследования

Развитие технологий порошковой металлургии позволило существенно повысить качество инструментальных сталей и дало толчок для разработки новых легирующих материалов [1,2].

Одна из распространенных технологий получения губчатых металлов состоит в восстановлении их с применением, как твердого углерода, так и его оксида в смеси с другими газами [3]. Формальный термодинамический анализ свидетельствует о предпочтительности реакций образования всех видов карбидов хрома в сравнении с реакцией получения хрома из оксида [4,5].

В настоящий период проблема доступности хромсодержащих материалов усугубляется отсутствием сырьевых источников на территории Украины, дефицит их восполняется импортными поставками при постоянном повышением цен на мировом рынке тугоплавких легирующих материалов [6-8].

Ситуация, которая сложилось с образующимися отходами и их переработкой, которая последует, характеризуется низкой степенью использования ценных дефицитных редких и тугоплавких элементов, а также отсутствием на практике надежных технологий их утилизации из техногенных отходов. Это, в свою очередь, снижает эффективность производства металлопродукции [9].

Формулировка целей статьи

Целью настоящей работы являлась разработка основных технологических параметров восстановления металлооксидных техногенных хромсодержащих отходов, а конкретные задачи этого этапа исследований заключались в углубленном изучении термодинамического равновесия соответствующих реакций в системе Cr-O-C при участии в качестве восстановителя монооксида углерода.

Основная часть

Для сравнительной оценки стойкости оксидов хрома и углерода в интервале температур 300-2000К были использованы данные термодинамических величин (, S, Cp), которые взяты из справочников [10-14]. Для повышения точности расчетов использован метод Симпсона с учетом влияния изменения теплоемкости Ср материала с изменением температуры и влияние полиморфных преобразований исследуемых веществ на указанные выше термодинамические величины [15].

В системе Cr-O-C важная роль принадлежит монооксиду углерода СО как восстановителю, так как углерод в твердом состоянии имеет не идеальную поверхность контакта с восстанавливаемым оксидным сырьем, и интенсификация процесса возможна лишь при участии газообразного восстановителя. Появление монооксида углерода в исследуемой системе возможно как вследствие газификации углерода, так и в результате его образования в качестве продуктов реакции восстановления оксидов углеродом.

Изученные реакции восстановления оксидов хрома монооксидом углерода показывают, что наибольшую термодинамическую вероятность имеют реакции понижения высших оксидов хрома СrO3 и CrO2 до низших, например Cr2O3 (рис. 1).

1 - 2CrO2+CO=Cr2O3+CO2;

2 -2/3СrO3+CO=1/3Cr2O3+CO2;

3 - CrO3+CO=CrO2+CO2.

Рисунок 1 - Графики зависимости свободной энергии Гиббса реакций восстановления высших оксидов хрома до более низших при участии СО от температуры

Кривые данных реакций находятся в зоне значений свободной энергии Гиббса ниже -240 кДж. Причем реакции восстановления СrO3 до Cr2O3 имеют меньшую свободную энергию, чем в случае с восстановлением СrO2.

Из рис. 2 прослеживается четкая дифференциация оксидов хрома по склонности их к восстановлению монооксидом углерода.

Графики зависимости свободной энергии Гиббса реакций восстановления оксидов хрома при участии СО от температуры

Рисунок 2 – Графики зависимости свободной энергии Гиббса реакций восстановления оксидов хрома при участии СО от температуры

Наибольшую термодинамическую вероятность восстановления имеет триоксид хрома (рис. 2,в), причем свободная энергия Гиббса увеличивается от реакции восстановления до хрома металлического (кривая 12), затем до Cr23C6 (кривая 11), Cr7C3 (кривая 10) и до Cr3C2 (кривая 9). Кривые данных реакций в исследуемом температурном интервале расположены в отрицательной части диаграммы, принимая значения от -75 до -100 кДж.

В исследуемом температурном интервале существования диоксида хрома CrO2 300-700К при восстановлении его монооксидом углерода (рис. 2,б), в отличии от CrO3, реакции с образованием карбидов (кривые 6-8) имеют меньшие значения свободной энергии Гиббса (-10..-30кДж), чем кривая реакции восстановления до хрома металлического (кривая 5) – от 0 до 10 кДж.

Наиболее стойкий к восстановлению монооксидом углерода – Cr2O3 (рис. 2,а). Кривые реакций зависимости свободной энергии Гиббса от температуры находятся в положительной части графика в интервале от 10 до 100 кДж. Термодинамическая вероятность восстановления уменьшается от кривой 4 с образованием Cr3C2, затем до кривых 3 и 2 с образованием Cr23C6 и Cr соответственно. Наибольшее значение свободной энергии Гиббса имеет реакция 1 с образованием Cr7C3 в качестве продукта реакции.

Данные на рис. 2 свидетельствует об очень близкой по своему значению вероятности протекания реакций карбидообразования и восстановления в системе Cr-O-C при участии в качестве восстановителя монооксида углерода.

Использование хромсодержащей лигатуры, на основе восстановленного углеродотермическим способом металооксидного сырья, с содержанием ведущего элемента 35,5% (по массе) при выплавке инструментальной стали 40ХЛ в дуговой печи ДСП-3 с основной футеровкой методом переплава с основной футеровкой методом переплава нелегированных отходов трубного производства не вызывает технологических трудностей. Металлокарбидная форма присутствия основных элементов хрома и железа с избыточным остаточным содержанием углерода (4,5-6,5% по массе) обеспечивает усвоение хрома расплавом стали более 95%, что выше по сравнению с использованием со стандартным феррохромом марок ФХ650 и ФХ800 (88-92%).

Выводы

Анализ реакций восстановления оксидов хрома монооксидом углерода в системе Cr-O-C позволяет предположить, что реакции восстановления окиси хрома до карбидов являютcя доминирующими. В интервале температур 300-2000К значения энергии Гиббса образования хрома металлического и карбидов хрома типа CrnCm очень близки по своим абсолютным значениям и получить безуглеродистый продукт в этой системе весьма маловероятно. Участие газовой фазы СО в качестве восстановителя параллельно С, является результирующим, так как обеспечивает большую поверхность контакта реагирующих веществ. Необходимо учитывать влияние внешних факторов на вероятность протекания восстановительных процессов в исследуемой системе. Расчеты свидетельствуют, что РсоРатм., и являются одним из факторов влияния на равновесие реакций восстановления.

Промышленные испытания получения металлизованного хрома в гетерогенной системе свидетельствуют о том, что в целевом продукте остаточный углерод присутствует в виде карбидов хрома типа CrnCm. Использование хромсодержащих брикетов в качестве легирующей добавки при выплавке стали не имеет технологических затруднений и может применяться наряду со стандартным феррохромом.

Список литературы

Порошковая металлургия. Спеченные и композиционные материалы / Под ред. В. Шатта; Пер. с нем. - М.: Металлургия, 1983. - 520 с.
Григорьев С.М. Повышение качества металлизованного молибденового концентрата // Сталь. - 1993. - №3. - С. 39-44.
Получение металлизованного молибденового концентрата из брикетированной шихты и его использование при выплавке стали / С.М. Григорьев, В.Б. Акименко, А.Н. Попов, П.Н. Острик и др. // Сталь. - 1983. - №8. - С. 79-81.
Попов А.А., Острик П.Н., Гасик М.М. Термодинамика восстановления и карбидо-образования в системе Cr-O-C // Изв. Вузов. Черная металлургия. - 1986. - №10. - С. 2-4.
Кинетические закономерности комбинированного восстановления оксидных систем Fe-Cr-O и Fe-Ni-Cr-O / А.А. Попов, П.Н. Острик, И.В. Волков и др. // Изв. вузов. Черная металлургия. - 1987. - №8. - С. 1-4.
Адно Ю. Л. Структурная перестройка экономики и проблемы развития черной металлургии // Сталь. – 1994. - №12. – С. 1-6.
Синельников В. А. Отраслевая наука черной металлургии в условиях рынка // Сталь. – 1994. - №8. – С. 6-8.
Mike O'Driscoll .Chromite in crisis // Industrial minirals. – February 1999. – p. 25-33.
Григорьев С. М. Экономическая стратегия и тактика ресурсо- и энергосбережения в металлургии тугоплавких материалов // Сб. “Металургия”. Выпуск 1. – Запорожье: ЗГИА. – 1998. – С. 17-23.
Физико-химические свойства окислов. Справочник. Самсонов Г.В., Борисова А.Л., Жидкова Т.Л и др. – М.: Металлургия, 1978. – 472 с.
Самсонов Г.В. Тугоплавкие соединения (справочник). – [2-е изд.]. – М.: Металлургия, 1976. – С.176.
Киреев В.А. Методы практических расчетов в термодинамике химических реакций. – М.: Химия, 1970. – С. 328.
А.Н. Крестовников, Л.П. Владимиров, Б.С. Гуляницкий, А.Я. Фишер. Справочник по расчетам равновесий металлургических систем . – М.: Государственное научно-техническое издание литературы по черной и цветной металлургии, 1963. - С. 356.
Куликов. И.С. Термодинамика оксидов: справ. изд. – М.: Металлургия, 1986. – С.137.
Термодинамический анализ и математическое моделирование применительно к технологии получения губчатого вольфрама / М.С. Карпунина, А.С. Москаленко, С.М. Григорьев и др. // Сталь. - 1999. - №11. - С. 33-36.