Реферат: Исследование свойств хрома и его соединений. Соединения хрома химические свойства
Хром - общая характеристика металла Химические свойства Соединения хрома (II) Соединения хрома (III) Соединения хрома (VI) Применение
Важнейшие окислители и восстановители
Важнейшие окислители и восстановители Весьма важным является определение самой возможности протекания ОВР, а также установление продуктов реакции. В связи с этим следует отметить, что направление протекания
ЗАДАНИЕ 2. Примеры решения задач
ЗАДАНИЕ 2 Примеры решения задач Пример 1. Укажите, какие химические процессы лежат в основе получения фосфорной кислоты. Напишите уравнения реакций получения H 3 РO 4. Термический способ получения фосфорной
Пояснительная записка
Пояснительная записка Рабочая тетрадь рекомендована для студентов очной формы обучения, реализующих образовательную программу среднего (полного) общего образования технического профиля. Данная рабочая
MnO 2 Манганат (K 2 MnO 4 или KNaMnO 4, Na 2 MnO 4 ) -
Перманганат калия как окислитель. KMnO 4 + восстановители в кислой среде Mn +2 в нейтральной среде Mn +4 в щелочной среде Mn +6 (соль той кислоты, которая участвует в реакции) MnSO 4, MnCl 2 MnO 2 Манганат
5. Классификация неорганических веществ
5. Классификация неорганических веществ Оксиды сложные вещества, состоящие из двух элементов, одним из которых является кислород в степени окисления -2. Оксиды получаются обычно при взаимодействии простых
: : : = ( ): ( ): ( ): (Э) = ( ) ( ) : ( ) ( ) : (Э) = 16,61 23 : 1,44 1 : 34,66
9 класс 1. Массовые доли элементов в соединении Х составляют: натрия 16,61%, водорода 1,44%, кислорода 34,66%, элемента Э 47,29%. Определите состав соединения Х. Приведите уравнения реакций, характеризующих
ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ
РАЗДЕЛ 5 ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ Химические реакции, протекающие с изменением степеней окисления атомов нескольких элементов реагирующих веществ, называются окислительно-восстановительными.
ХИМИЯ МЕТАЛЛОВ
СОЕДИНЕНИЯ ХРОМА И МАРГАНЦА
СОЕДИНЕНИЯ ХРОМА И МАРГАНЦА Т. А. Колевич, Вадим Э. Матулис, Виталий Э. Матулис Строение атомов хрома и марганца Химические элементы хром и марганец (атомные номера 24 и 25) располагаются в четвертом периоде,
18. Ионные реакции в растворах
18. Ионные реакции в растворах Электролитическая диссоциация. Электролитическая диссоциация это распад молекул в растворе с образованием положительно и отрицательно заряженных ионов. Полнота распада зависит
Металлы (олово, свинец, хром, железо)
ЗАДАНИЕ 3. Примеры решения задач
ЗАДАНИЕ 3 Примеры решения задач Пример 1. В четырех пробирках без надписей находятся растворы следующих веществ: сульфата натрия, карбоната натрия, нитрата натрия и йодида натрия. Покажите, с помощью каких
А. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ...
Оксиды А. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ... Определение валентности... Определение типа оксида... Взаимодействие оксидов... 3 Б. КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ... 5 ЧАСТЬ A... 5 ЧАСТЬ B... 6 ЧАСТЬ C... 11 ЧАСТЬ D... 1
Банк заданий 11 класс химия
1-3 1,2,3, стр.8. 2, стр. 32
Муниципальное образовательное учреждение открытая (сменная) общеобразовательная школа 94 Химия 9 класс Программные вопросы Внимание! Тренировочные работы и задания из учебника выполняются в отдельной тетради
docplayer.ru
Исследование свойств хрома и его соединений
ТВОРЧЕСКАЯ РАБОТА
ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ХРОМА И ЕГО СОЕДИНЕНИЙ
Пояснительная записка
Содержание
Содержание 1Введение 3
1.Исторические сведения 4
2. Хром в природе 6
3. Свойства хрома. Теоретическая часть 7
3.1 Общие сведения 7
3.2 Физические свойства 8
3.4 Соединения хрома 12
3.4.1 Оксиды 12
3.4.2 Гидроксиды 13
3.4.3 Кислоты 13
3.4.4 Соли 14
4. Свойства хрома. Экспериментальная часть 15
4.1 Опыт №1. Получение оксида хрома (III) 15
4.2 Опыт №2. Исследование свойств оксида хрома (III) 15
4.3 Опыт №3.Окислительные свойства солей хрома (VI) 16
4.4 Опыт №4. Исследование свойств солей хрома (VI) 16
4.5 Опыт №5. Переход хромата в бихромат и обратно 17
4.6 Опыт №6. Получение малорастворимых солей хромовых кислот 17
4.7 Опыт №7. Получение гидроксида хрома 18
5. Применение хрома 18
5.1 Хромирование 20
5.2 Сплавы 22
6. Экологические проблемы 24
Заключение 26
Литература 27
Приложение А 28
Введение
Хром и его соединения активно используются в промышленном производстве, особенно в металлургии, химической, огнеупорной промышленности. Область его применения достаточно широка, поэтому углубленное изучение свойств хрома является необходимым дополнением к соответствующим разделам школьной программе по химии, тем более, что в учебнике этот материал, по-моему, незаслуженно отсутствует.1.Исторические сведения
В 1766 году петербургский профессор химии И.Г.Леман описал новый минерал, найденный на Урале на Березовском руднике, в 15 километрах от Екатеринбурга. Обрабатывая камень соляной кислотой, Леман получил изумрудно-зеленый раствор, а в образовавшемся белом осадке обнаружил свинец. Спустя несколько лет, в 1770 году, Березовские рудники описал академик П.С.Паллас. «Березовские копи, - писал он, - состоят из четырех рудников, которые разрабатываются с 1752 года. В них наряду с золотом добываются серебро и свинцовые руды, а также находят замечательный красный свинцовый минерал, который не был обнаружен больше ни в одном другом руднике России. Эта свинцовая руда бывает разного цвета (иногда похожего на цвет киновари), тяжелая и полупрозрачная... Иногда маленькие неправильные пирамидки этого минерала бывают вкраплены в кварц подобно маленьким рубинам. При размельчении в порошок она дает красивую желтую краску...». Минерал был назван «сибирским красным свинцом». Впоследствии за ним закрепилось название «крокоит».В 1797 году Воклен повторил анализ. Растертый в порошок крокоит он поместил в раствор углекислого калия и прокипятил. В результате опыта ученый получил углекислый свинец и желтый раствор, в котором содержалась калиевая соль неизвестной тогда кислоты. При добавлении к раствору ртутной соли образовывался красный осадок, после реакции со свинцовой солью появлялся желтый осадок, а введение хлористого олова окрашивало раствор в зеленый цвет. После осаждения соляной кислотой свинца Воклен выпарил фильтрат, а выделившиеся красные кристаллы (это был оксид шестивалентного хрома) смешал с углем, поместил в графитовый тигель и нагрел до высокой температуры. Когда опыт был закончен, ученый обнаружил в тигле множество серых сросшихся металлических иголок, весивших в 3 раза меньше, чем исходное вещество. Так впервые был выделен новый элемент. Один из друзей Воклена предложил ему назвать элемент хромом (по-гречески «хрома» - окраска) из-за яркого разнообразного цвета его соединений. Сначала Воклену не понравилось предложенное название, поскольку открытый им металл имел скромную серую окраску и как будто не оправдывал своего имени. Но друзья все же сумели уговорить Воклена и, после того как французская Академия наук по всей форме зарегистрировала его открытие, химики всего мира внесли слово «хром» в списки известных науке элементов.
В 1854 году удалось получить чистый металлический хром электролизом водных растворов хлорида хрома. В металлургии, где расход хрома для легирования сталей очень велик, используют не сам хром, а его сплав с железом - феррохром. Впервые феррохром был получен в 1820 году восстановлением смеси оксидов железа и хрома древесным углем в тигле. В 1865 году был выдан первый патент на хромистую сталь.
2. Хром в природе
Среднее содержание хрома в земной коре 83 г/т, по массе содержание хрома в земной коре составляет 0,035%, в воде морей и океанов 210-5 мг/л. Мировые подтвержденные запасы хромовых руд составляют 1,8 млрд. т. Более 60% сосредоточено в ЮАР. Крупными запасами обладают Зимбабве, Казахстан Турция, Индия, Бразилия. Руды хрома имеются в Новой Каледонии, на Кубе, в Греции, Югославии. В то же время такие промышленные страны, как Англия, Франция, ФРГ, Италия, Швеция, совершенно лишены хромового сырья, а США и Канада располагают лишь очень бедными рудами [1]. Запасы хромовых руд России сосредоточены главным образом в группе Сарановских месторождений (Верблюжьегорское, Алапаевское, Халиловское и др.) на Урале (Пермская область) и составляют 6,4 млн. т. (0,36% от мировых запасов).В Красноярском крае месторождения хрома отсутствуют. Но на правом берегу р.Енисей, в устье р.Березовой (к югу от устья р. Подкаменная Тунгуска) есть рудопроявление с выходом пород 1,54 м, возраст пород оценивается в 500 млн. лет. Содержание чистого хрома в руде порядка 42% .
По содержанию Cr2O3 хромовые руды подразделяются на очень богатые (более 65%), богатые (65-52%), средние (52-45%), бедные (45-30%), убогие (30-10%). Руды, содержащие более 45% Cr2O3 не требуют обогащения.
| Показатель | Донской ГОК (Казахстан) | Сарановская шахта (Россия, Пермская обл.) | Рудопроявление в Красноярском крае |
| Содержание Cr2O3 в исходной руде, % | 46,6 | 39,1 | 62 |
3. Свойства хрома. Теоретическая часть
3.1 Общие сведения
Хром Cr - химический элемент VI группы периодической системы Менделеева, атомный номер 24, атомная масса 51,996, радиус атома 0,0125, радиусы ионов Cr2+ - 0,0084; Cr3+ - 0,0064; Cr4+ - 6,0056. Имеет четыре стабильных изотопа с атомными массами 50, 52, 53, 54, распространенность которых в природе составляет 4,35%, 83,79%, 9,50%, 2,36%. Обычно хром проявляет степени окисления +2, +3, +6 (валентности II, III, VI соответственно) [4].Рисунок 1- Структура атома хрома
Рисунок 2-Распределение электронов по энергетическим уровням
3.2 Физические свойства
Хром - твердый, довольно тяжелый, пластичный, ковкий металл серо-стального цвета, плавится при 1878220С, кипит при 24690С [2]. Ничтожные примеси кислорода, азота, углерода резко изменяют физические свойства хрома, в частности он становится хрупким. Получить хром без этих примесей очень трудно. Устойчив к коррозии на воздухе и в воде.Структура кристаллической решетки объемноцентрированная кубическая.
Хром обладает всеми характерными свойствами металлов - хорошо проводит тепло, почти не оказывает сопротивления электрическому току, имеет присущий большинству 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 | 1878220С |
| Температура кипения | 2469-2480 0C |
| Теплота парообразования | 344,4 кДж/Моль |
| Теплопроводность | 93,7 Вт/(мК) |
| Температурный коэффициент линейного расширения | 6,210-6 |
| Удельное электрическое сопротивление | 12,710-8Омм |
| Твердость по Бринеллю | 687 МПа |
| Удельная магнитная восприимчивость | +4,4510-8м/кг3 |
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 h3SO4 и HNO3, однако при сильном нагревании он растворяется в этих кислотах [3]:
2Cr + 6h3SO4(конц.) = Cr2(SO4)3 + 3SO2 + 6h3O
Cr + 6HNO3(конц.) = Cr(NO3)3 + 3NO2 + 3h3O
Хром растворяется в разбавленных сильных кислотах (HCl и h3SO4). В этих случаях в отсутствии воздуха образуются соли Cr2+, а на воздухе - соли Cr3+:
Cr + 2HCl = CrCl2+ h3
4Cr + 12HCl +3O2 = 4CrCl3 + 6h3O
Нерастворим в h4PO4, HClO4 благодаря образованию защитной пленки.
Таблица 2- Основные химические реакции чистого хрома
| Хром реагирует | ||
| 0…600 0С | 600…1200 0С | 1200…2000 0С |
|
| 1. с кислородом: 4Cr + 3O2 2Cr2O3 |
| ||
| ||
| 4. с кремнием: 4Cr0 + 3Si0 Cr4+3Si3-4 | ||
| 5. с бором Cr0 + B0 Cr+3B-3 | ||
| 6. с углеродом 4Cr0 + 3С0Cr4+3C3-4 | ||
| 7. с кислородом: 4Cr0 + 3O20 = 2Cr2+3O3-2 | ||
| 8. с серной кислотой: 2Cr0 + 6h3+SO4-2= Cr2+3(SO4)3-2 + 3S-2O2 +6h3O | ||
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 + h3SO4 = Cr2(SO4)3 + h3O
Cr2O3 + 2NaOH = Na2CrO4 + h3O
Образуется при нагревании некоторых соединений хрома (VI), например:
4CrO3 2Cr2O3 + 3О2
(Nh5)2Cr2O7 Cr2O3 + N2 + 4h3O
4Cr + 3O2 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 h3SO4 на насыщенный водный раствор бихромата калия:
K2Cr2O7 + 2h3SO4 = 2CrO3 + 2KHSO4 + h3O
Оксид хрома (VI) - сильный окислитель, одно из самых токсичных соединений хрома.
При растворении CrO3 в воде образуется хромовая кислота h3CrO4
CrO3 + h3O = h3CrO4
Кислотный оксид хрома, реагируя со щелочами, образует желтые хроматы CrO42-.
CrO3 + 2KOH = K2CrO4 + h3O
3.4.2 Гидроксиды
Гидроксид хрома (III) обладает амфотерными свойствами, растворяясь как в кислотах (ведет себя как основание):2Cr(OH)3 + 3h3SO4 = Cr2(SO4)3 + 6h3O
так и в щелочах (ведет себя как кислота):
Cr(OH)3 + KOH = K[Cr(OH)4]
Cr(OH)3 + NaOH = NaCrO2 + 2h3O
При прокаливании гидроксида хрома (III) образуется оксид хрома (III) Cr2O3.
2Cr(OH)3 Cr2O3 + 3h3O
Нерастворим в воде.
3.4.3 Кислоты
Кислоты хрома, отвечающие его степени окисления +6 и различающиеся соотношением числа молекул CrO3 и h3O, существуют только в виде растворов. При растворении кислотного оксида CrO3, образуется монохромовая кислота (просто хромовая) h3CrO4.CrO3 + h3O = h3CrO4
Подкисление раствора или увеличение в нем CrO3 приводит к кислотам общей формулы nCrO3 h3O при n=2, 3, 4 это, соответственно, ди, три, тетрохромовые кислоты. Самая сильная из них - дихромовая, то есть h3Cr2O7. Хромовые кислоты и их соли- сильные окислители и ядовиты.
3.4.4 Соли
Различают два вида солей: хромиты и хроматыХромитами с общей формулой RCrO2 называются соли хромистой кислоты HCrO2.
Cr(OH)3 + NaOH = NaCrO2 + 2h3O
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 h3CrO4 называют монохроматами (хроматы) R2CrO4, соли дихромовой кислоты h3Cr2O7 дихроматы (бихроматы) - R2Cr2O7. Монохроматы обычно окрашены в желтый цвет. Они устойчивы только в щелочной среде, а при подкислении превращаются в оранжево-красные бихроматы:
2Na2CrO4 + h3SO4 = Na2Cr2O7 + Na2SO4 + h3O
4. Свойства хрома. Экспериментальная часть
4.1 Опыт №1. Получение оксида хрома (III)
Приборы и реактивы: асбестированная сетка; спички; бихромат аммония (Nh5)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:
(Nh5)2Cr2O7Cr2O3+N2+4h3O
4.2 Опыт №2. Исследование свойств оксида хрома (III)
Приборы и реактивы: колба; вода h3O; оксид хрома (III) Cr2O3; серная кислотаВыполнение опыта. Добавляю полученный зеленый порошок оксида хрома (III) сначала в колбу с водой
Cr2O3 + 3h3O = 2Cr(OH)3
затем в колбу с серной кислотой
Cr2O3 + 3h3SO4 = Cr2(SO4)3 + 3h3O
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 h3SO4.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 + 4h3SO4 = K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 3Na2SO4 + 4h3O
4.4 Опыт №4. Исследование свойств солей хрома (VI)
Приборы и реактивы: концентрированный раствор бихромата калия K2Cr2O7; концентрированная соляная кислота HClВыполнение 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 3Cl2 + 2CrCl3 + 2KCl + 7h3O
происходит восстановление хлора:
2Cl- -2Cl20
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 происходит изменение окраски раствора из желтого в оранжевый.
2K2CrO4 + h3SO4 = K2Cr2O7 + K2SO4 + h3O
К раствору бихромата калия добавляю щелочь, в результате происходит изменение окраски раствора из оранжевого в желтый.
K2Cr2O7 + 4NaOH = 2Na2CrO4 + 2KOH + h3O
Вывод: В кислой среде хроматы неустойчивы, ион CrO42- желтого цвета превращается в ион Cr2O72- оранжевого цвета, а в щелочной среде эта реакция протекает в обратном направлении
2CrO42- + 2H+кислая средащелочная среда Cr2O72- + h3O.
4.6 Опыт №6. Получение малорастворимых солей хромовых кислот
Приборы и реактивы: раствор хромата калия K2CrO4, раствор бихромата калия K2Cr2O7, раствор нитрата серебра AgNO3.Выполнение опыта. Наливаю в одну пробирку раствор хромата калия, в другую - раствор бихромата калия, и добавляю в обе пробирки раствор нитрата серебра, в обоих случаях наблюдаю образование красно-бурого осадка.
K2CrO4 + 2AgNO3= Ag2CrO4 + 2KNO3
K2Cr2O7 + AgNO3 Ag2CrO4+ KNO3
Вывод: Растворимые соли хрома при взаимодействии с нитратом серебра образуют нерастворимый осадок
4.7 Опыт №7. Получение гидроксида хрома
Приборы и реактивы: раствор соли хрома (III) CrCl3, едкий натр (гидроксид натрия) NaOH.Выполнение опыта. В пробирку с раствором хлорида хрома (III) по каплям добавляю раствор едкого натра до образования серо-зеленого осадка.
Вывод: Гидроксид хрома Cr(OH)3 получается при действии на соль трехвалентного хрома щелочью:
CrCl3 + 3NaOH = Cr(OH)3 + 3NaCl
5. Применение хрома
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 h3SO4.
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 хрома и нагревали в восстановительной атмосфере до высоких температур. При этом на поверхности детали появлялся обогащенный хромом слой, по твердости и коррозионной стойкости значительно превосходящий сталь, из которой сделана деталь. Но при температуре примерно 1000°С хромовый порошок спекается и, кроме того, на поверхности покрываемого металла образуются карбиды, препятствующие диффузии хрома в сталь. Пришлось подыскивать другой носитель хрома; вместо порошка для этой цели начали использовать летучие галоидные соли хрома - хлорид или иодид, что позволило снизить температуру процесса. Хлорид (или иодид) хрома получают непосредственно в установке для хромирования, пропуская пары соответствующей галоидоводородной кислоты через порошкообразный хром или феррохром. Образующийся газообразный хлорид обволакивает хромируемое изделие, и поверхностный слой насыщается хромом. Такое покрытие гораздо прочнее связано с основным материалом, чем гальваническое.
5.2 Сплавы
Семейство хромовых сплавов весьма многочисленно.Таблица 3- Основные хромовые сплавы
| Название | Хром Cr | Железо Fe | Никель Ni | Алюминий Al | Кобальт Co | Вольфрам W |
| Феррохром | 65% | 35 % | ||||
| Нихром | 15-30% | 70-85% | ||||
| Хромаль | 17-30% | 64-79% | 4-6% | |||
| Стеллит | 20-25% | 1-3% | 45-60% | 5-29% |
Феррохром - сплав хрома с железом, вводимый в жидкую сталь для ее легирования. Вводить хром в чистом виде в сталь очень затруднительно - он медленно растворяются в жидком металле, так как температуры его плавления выше, чем у стали. У феррохрома же температура плавления такая же, как у стали, или ниже.
Нихромы и хромали, устойчивы в интервале 1000-13000C, обладают высоким электросопротивлением, используются для изготовления нагревателей в электрических печах сопротивления.
Добавка к хромоникелевым сплавам кобальта и молибдена придает металлу способность переносить большие нагрузки при 650-900° С. Из этих сплавов делают, например, лопатки газовых турбин.
Стеллит очень твердый сплав, стоек против износа и коррозии; применяется в металлообрабатывающей промышленности, для изготовления режущих инструментов.
Комохром - сплав хрома, кобальта и молибдена безвреден для человеческого организма и поэтому используется в восстановительной хирургии.
Хром входит в состав очень многих марок сталей.
«Нержавейка» - сталь, отлично противостоящая коррозии и окислению, содержит примерно 17-19% хрома и 8-13% никеля. Но этой стали углерод вреден: карбидообразующие «наклонности» хрома приводят к тому, что большие количества этого элемента связываются в карбиды, выделяющиеся на границах зерен стали, а сами зерна оказываются бедны хромом и не могут стойко обороняться против натиска кислот и кислорода. Поэтому содержание углерода в нержавеющей стали должно быть минимальным (не более 0,1%).
При высоких температурах сталь может покрываться «чешуей» окалины. В некоторых машинах детали нагреваются до сотен градусов. Чтобы сталь, из которой сделаны эти детали, не «страдала» окалинообразованием, в нее вводят 25-30% хрома. Такая сталь выдерживает температуры до 1000°С.
Хромолибденовые стали используются для создания фюзеляжей самолетов.
6. Экологические проблемы
(Влияние геологоразведочных работ, добычи и переработки сырья на окружающую среду) Хром относится к высоко токсичным веществам. Действие на живой организм солей хрома сопровождается раздражением кожи или слизистой оболочки, иногда с образованием язв. Поражают они главным образом верхние дыхательные пути, легкие и глаза. Оксиды хрома менее токсичны, чем чистый металл.Таблица 4-Предельно допустимые концентрации оксидов хрома
| CrO3 | Cr2O3 | |
| Разовая в воздухе населенных мест, мг/м3 | 0,01 | 1,0 |
| Суточная в воздухе населенных мест мг/м3 | 0,0015 | - |
| В воде для хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водоснабжения, мг/л | 0,1 | 1,0 |
| В воде для рыбохозяйственных целей, мг/л | 0,1 | 0,5 |
При проведении геологоразведочных работ на хромовые руды не требуются специальные меры по защите окружающей среды. При добыче хромовых руд для исключения попадания рудной пыли в воздух населенных пунктов следует выполнять ряд условий: соблюдение определенного расстояния от населенных пунктов, орошение дорог в карьерах и в складах добытой руды.
Наиболее значительное нарушение окружающей среды связано с переработкой хромового сырья, при котором в воздух попадает значительное количество пыли при сухом долблении и сортировке. При мокром обогащении сточные воды нуждаются в отчистке от хрома, его оксидов, что исключает сброс сточных вод в водоемы и требует строительства экранированных шламохранилищ.
Заключение
В данной работе рассмотрены основные вопросы изучения свойств хрома- химического элемента VI группы периодической системы Менделеева.В первых двух разделах реферата кратко изложены факты открытия и дальнейшего использования хрома, указана особенность распространения хрома в природных месторождениях: хром никогда не встречается в несвязанном состоянии.
Далее рассмотрены физические свойства хрома. Отмечены аномальные изменения физических свойств хрома при температуре 370С.
Основные разделы реферата посвящены изучению химических свойств хрома и его соединений. Отмечены малая химическая активность хрома, сильные окислительные свойства и высокая токсичность его соединений.
Отдельный раздел посвящен экспериментальному исследованию свойств основных практически значимых соединений хрома - оксидов, гидроксидов и солей. Все опыты подтверждены соответствующими химическими реакциями. Результаты экспериментов могут быть использованы при формировании лабораторного практикума по разделу "Металлы" курса химии школьной программы.
Также в реферате рассмотрены вопросы промышленного применения хрома и экологические проблемы его добычи и переработки.
Литература
- Лисицын А.Е., Остапенко П.Е. Минеральное сырье. Хром // Справочник. - М.: ЗАО Геоинформмарк, 1999. - 25 с.
- Салли А., Брендз Э. Хром.- Изд. 2-е переработ. и доп. Перев. с англ. М.: Металлургия, 1971.- 360 с.
- Химия. Решение задач: учеб. пособие для уч. сред. и ст. шк. возраста/ Авт.- сост. А.Е.Хасанов. - Мн.: Современный литератор, 1999. -448 с.
- Неорганическая химия. Энциклопедия школьника/ Гл. ред. И.П.Алимарин.- М.: Советская Энциклопедия, 1975.- 384 с.
- Энциклопедический словарь юного химика/ Сост. В.А.Крицман, В.В.Станцо.- М.: Педагогика, 1982.- 368 с.
Приложение А
(справочное)Таблица А.1-Важнейшие природные соединения хрома
| Название минерала | Химическая формула |
| Хромистый железняк | FeO*Cr2O3 или FeCr2O4 |
| Магнезиохромит | MgO*Cr2O3 или MgCr2O4 |
| Алюмохромит | FеО*(Аl,Сr)2O3 или Fe(Al,Cr)2O4 |
| Пикотит | (Mg,Fe)(Al,Сr,Fе)2O3, или (Mg,Fe)O*(AI,Сr,Fе)2О3 |
| Хромитит | (Fe*Al)2O3*2Cr2O3 |
| Добреслит | FeS*Cr2S3 |
| Крокоит | PbCrO4 |
| Вокеленит | 2(Pb*Cu)CrO4(Pb*Cu)3(PO4)2 |
| Феницит | 3PbO*2Cr2O3 |
| Березовит | (PbO)2*(PbCrO4)PbCrO3 |
Таблица А.2-Свойства оксидов хрома
| валентность | обозначение | свойства | |
| II | CrO | основной | восстановитель |
| III | Cr2O3 | амфотерный | |
| VI | CrO3 | кислотный | окислитель |
Рисунок А.1- Структура применения хрома по отраслям промышленности
flatik.ru
Реферат - Исследование свойств хрома и его соединений
/>Министерствообразования Российской Федерации
ГИМНАЗИЯ №1
Кафедра Химии
ТВОРЧЕСКАЯ РАБОТАИССЛЕДОВАНИЕСВОЙСТВ ХРОМА И ЕГО СОЕДИНЕНИЙПояснительная записка
Руководитель Г.И. Астахова
Выполнилученик 9 «В» класса Б.А.Кулаев
Красноярск, 2001 г.
/>/>СодержаниеСодержание… 2
Введение… 3
1.Исторические сведения… 4
2. Хром в природе… 6
3. Свойства хрома. Теоретическая часть… 7
3.1 Общие сведения… 7
3.2 Физические свойства… 8
3.4 Соединения хрома… 12
3.4.1 Оксиды… 12
3.4.2 Гидроксиды… 13
3.4.3 Кислоты… 13
3.4.4 Соли… 14
4. Свойства хрома. Экспериментальная часть… 14
4.1 Опыт №1. Получение оксида хрома (III)… 14
4.2 Опыт №2. Исследование свойств оксида хрома (III)… 15
4.3 Опыт №3.Окислительные свойства солей хрома (VI)… 16
4.4 Опыт №4. Исследование свойств солей хрома (VI)… 16
4.5 Опыт №5. Переход хромата в бихромат и обратно… 17
4.6 Опыт №6. Получение малорастворимых солей хромовых кислот… 17
4.7 Опыт №7. Получение гидроксида хрома… 18
5. Применение хрома… 18
5.1 Хромирование… 20
5.2 Сплавы… 22
6. Экологические проблемы… 24
Заключение… 26
Литература… 27
Приложение А… 28
/>/>/>/>ВведениеХром и его соединенияактивно используются в промышленном производстве, особенно в металлургии,химической, огнеупорной промышленности. Область его применения достаточноширока, поэтому углубленное изучение свойств хрома является необходимымдополнением к соответствующим разделам школьной программе по химии, тем более,что в учебнике этот материал, по-моему, незаслуженно отсутствует.
Данная работа посвященаизучению основных физических и химических свойств хрома и его соединений,позволяет оценить важность этого химического элемента.
/>/>/>1./>/>Исторические сведенияВ 1766 году петербургскийпрофессор химии И.Г.Леман описал новый минерал, найденный на Урале наБерезовском руднике, в 15 километрах от Екатеринбурга. Обрабатывая каменьсоляной кислотой, Леман получил изумрудно-зеленый раствор, а в образовавшемсябелом осадке обнаружил свинец. Спустя несколько лет, в 1770 году, Березовскиерудники описал академик П.С.Паллас. «Березовские копи, — писал он, — состоят изчетырех рудников, которые разрабатываются с 1752 года. В них наряду с золотомдобываются серебро и свинцовые руды, а также находят замечательный красныйсвинцовый минерал, который не был обнаружен больше ни в одном другом рудникеРоссии. Эта свинцовая руда бывает разного цвета (иногда похожего на цветкиновари), тяжелая и полупрозрачная… Иногда маленькие неправильные пирамидкиэтого минерала бывают вкраплены в ква/>рц подобно маленькимрубинам. При размельчении в порошок она дает красивую желтую краску...». Минералбыл назван «сибирским красным свинцом». Впоследствии за ним закрепилосьназвание «крокоит».
Образец этого минералабыл в конце XVIII века привезен Палласом в Париж. Крокоитом заинтересовалсяизвестный французский химик Луи Никола Воклен. В 1796 году он подверг минералхимическому анализу. «Все образцы этого вещества, которые имеются в несколькихминералогических кабинетах Европы, — писал Воклен в своем отчете, — былиполучены из этого (Березовского) золотого рудника. Раньше рудник был оченьбогат этим минералом, однако говорят, что несколько лет назад запасы минерала вруднике истощились и теперь этот минерал покупают на вес золота, в особенности,если он желтый. Образцы минерала, не имеющие правильных очертаний илирасколотые на кусочки, годятся для использования их в живописи, где они ценятсяза свою желто-оранжевую окраску, не изменяющуюся на воздухе… Красивый красныйцвет, прозрачность и кристаллическая форма сибирского красного минералазаставила минералогов заинтересоваться его природой и местом, где он былнайден; большой удельный вес и сопутствующая ему свинцовая руда, естественно,заставляли предполагать о наличии свинца в этом минерале...»
В 1797 году Вокленповторил анализ. Растертый в порошок крокоит он поместил в раствор углекислогокалия и прокипятил. В результате опыта ученый получил углекислый свинец ижелтый раствор, в котором содержалась калиевая соль неизвестной тогда кислоты.При добавлении к раствору ртутной соли образовывался красный осадок, послереакции со свинцовой солью появлялся желтый осадок, а введение хлористого оловаокрашивало раствор в зеленый цвет. После осаждения соляной кислотой свинцаВоклен выпарил фильтрат, а выделившиеся красные кристаллы (это был оксид шестивалентногохрома) смешал с углем, поместил в графитовый тигель и нагрел до высокойтемпературы. Когда опыт был закончен, ученый обнаружил в тигле множество серыхсросшихся металлических иголок, весивших в 3 раза меньше, чем исходноевещество. Так впервые был выделен новый элемент. Один из друзей Вокленапредложил ему назвать элемент хромом (по-гречески «хрома» — окраска) из-заяркого разнообразного цвета его соединений. Сначала Воклену не понравилось предложенноеназвание, поскольку открытый им металл имел скромную серую окраску и как будтоне оправдывал своего имени. Но друзья все же сумели уговорить Воклена и, послетого как французская Академия наук по всей форме зарегистрировала его открытие,химики всего мира внесли слово «хром» в списки известных науке элементов.
В 1854 году удалосьполучить чистый металлический хром электролизом водных растворов хлорида хрома.В металлургии, где расход хрома для легирования сталей очень велик, используютне сам хром, а его сплав с железом — феррохром. Впервые феррохром был получен в 1820 году восстановлением смесиоксидов железа и хрома древесным углем в тигле. В 1865 году был выдан первыйпатент на хромистую сталь.
2. />/>Хром в природеСреднее содержание хромав земной коре 83 г/т, по массе содержание/> хрома вземной коре составляет 0,035%, в воде морей и океанов 2´10-5 мг/л. Мировыеподтвержденные запасы хромовых руд составляют 1,8 млрд. т. Более 60% сосредоточенов ЮАР. Крупными запасами обладают Зимбабве, Казахстан Турция, Индия, Бразилия.Руды хрома имеются в Новой Каледонии, на Кубе, в Греции, Югославии. В то жевремя такие промышленные страны, как Англия, Франция, ФРГ, Италия, Швеция,совершенно лишены хромового сырья, а США и Канада располагают лишь оченьбедными рудами [1]. Запасы хромовых руд России сосредоточены главным образом вгруппе Сарановских месторождений (Верблюжьегорское, Алапаевское, />Халиловское и др.) на Урале (Пермская область) и составляют6,4 млн. т. (0,36% от мировых запасов).
Добыча хромовых руд вмире составляет около 12 млн. т. в год, в том числе />108тыс. т. в России. Главные производители товарной хромовой руды — ЮАР,Казахстан, на долю которых приходится более 60% добычи сырья ежегодно.
В Красноярском краеместорождения хрома отсутствуют. Но на правом берегу р.Енисей, в устьер.Березовой (к югу от устья р. Подкаменная Тунгуска) есть рудопроявление свыходом пород 1,5´4 м, возраст пород оценивается в 500 млн. лет. Содержание чистого хрома вруде порядка 42% .
/>По содержанию Cr2O3 хромовые руды подразделяются на очень богатые (более 65%),богатые (65-52%), средние (52-45%), бедные (45-30%), убогие (30-10%). Руды,содержащие более 45% Cr2O3 не требуют обогащения.
ПоказательДонской ГОК
(Казахстан)
Сарановская шахта
(Россия, Пермская обл.)
Рудопроявление в Красноярском краеСодержание Cr2O3 в исходной руде, %
46,6 39,1 62 3. Свойства хрома. Теоретическая часть3.1/> />/>Об/>щиесведения/> /> />ХромCr — химическийэлемент VI группы периодической системы Менделеева, атомный номер 24, атомная масса51,996, радиус атома 0,0125, радиусы ионов Cr2+ — 0,0084; Cr3+ — 0,0064; Cr4+ — 6,0056. Имеет четыре стабильных изотопа с атомными массами50, 52, 53, 54, распространенность которых в природе составляет 4,35%, 83,79%,9,50%, 2,36%. Обычно хром проявляет степени окисления +2, +3, +6 (валентности II, III, VI соответственно) [4].Рисунок 1- Структура атомахрома
/>
Рисунок2-Распределение электронов по энергетическим уровням
/>/>/>/>/>/>/>3.2/> />/>Физические свойстваХром — твердый, довольнотяжелый, пластичный, ковкий металл серо-стального цвета, плавится при 1/>878±220С, кипит при 24690С [2]. Ничтожные примесикислорода, азота, углерода резко изменяют физические свойства хрома, вчастности он становится хрупким. Получить хром без этих примесей очень трудно.Устойчив к коррозии на воздухе и в воде.
Структура кристаллическойрешетки объемноцентрированная кубическая.
Хром обладает всеми характерными свойствамиметаллов — хорошо проводит тепло, почти не оказывает сопротивления электрическомутоку, имее/>т присущий большинству металлов блеск.Любопытна одна особенность хрома: при температуре около 37°С />многие его физические свойства резко, скачкообразноменяются. В этой температурной точке внутреннее трение хрома достигаетмаксимума, а модуль упругости падает до минимальных значений. Так же внезапноизменяются электропроводность, коэффициент линейного расширения,термоэлектродвижущая сила. Пока ученые не могут достоверно объяснить эту аномалию.
/>/>Таблица 1- Физические свойства хрома
Параметр ЗначениеПлотность при 200C
7,19 г/см3
Температура плавления1878±220С
Температура кипения2469-2480 0C
Теплота парообразования 344,4 кДж/Моль Теплопроводность 93,7 Вт/(м´К) Температурный коэффициент линейного расширения6,2´10-6
Удельное электрическое сопротивление />
12,7´10-8Ом´м
Твердость по Бринеллю />
687 МПа Удельная магнитная восприимчивость+4,45´10-8м/кг3
3.3/> Химические свойства
/>/>При небольших температурах хромхимически мало активен (взаимодействует только с фтором). Выше 6000C взаимодействует с галогенами, серой,азотом, кремнием, бором, углеродом, кислородом. />Взаимодействиес кислородом протекает сначала довольно активно, затем, однако, резко замедляется,так как поверхность покрывается тонкой чрезвычайно устойчивой пленкой, препятствующемудальнейшему окислению. Это явление называется пассивированием. При 12000C пленка начинает разрушаться, окислениеснова идет быстро. При 20000C хром воспламеняется в кислороде с образованиемтемно-зеленого оксида Cr2O3.
/>Хром пассивируется холодными концентрированными h3SO4и HNO3, однако при сильном нагревании он растворяется в этихкислотах [3]:
2Cr + 6h3SO4(конц.) = Cr2(SO4)3 + 3SO2 + 6h3O
Cr + 6HNO3(конц.) = Cr(NO3)3+ 3NO2 + 3h3O
Хром растворяется вразбавленных сильных кислотах (HCl и h3SO4). В этих случаях в отсутствии воздуха образуются соли Cr2+, а на воздухе — соли Cr3+:
Cr + 2HCl =CrCl2+ h3
4Cr + 12HCl+3O2 = 4CrCl3 + 6h3O
Нерастворим в h4PO4, HClO4 благодаря образованию защитной пленки.
Таблица 2- Основныехимические реакции чистого хрома
Хром реагирует0…600 0С
600…1200 0С
1200…2000 0С
1. со фтором
2Cr0+ 3F20= 2Cr+3F3-
1. с галогенами:
2Cr0+ 3Cl20<sub/>/> 2Cr+3Cl3-
1. с кислородом:
4Cr + 3O2 /> 2Cr2O3 />
2. с серой:
2Cr0+ 3S0/> Cr2+2S3-2
3. с азотом:
2Cr0+ N20/> 2Cr+3N-3
4. с кремнием:
4Cr0+ 3Si0/> Cr4+3Si3-4
5. с бором
Cr0+ B0/> Cr+3B-3
6. с углеродом
4Cr0+ 3С0/>Cr4+3C3-4
7. с кислородом:
4Cr0+ 3O20= 2Cr2+3O3-2
8. с серной кислотой:
2Cr0+ 6h3+SO4-2<sub/>= Cr2+3(SO4)3-2 + 3S-2O2 +6h3O
/>/>/>3.4 Соединения хрома/>/>3.4.1/>/>ОксидыОксид 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+ h3SO4 = Cr2(SO4)3 + h3O
Cr2O3+ 2NaOH = Na2CrO4 + h3O
Образуется при нагреваниинекоторых соединений хрома (VI),например:
4CrO3/> 2Cr2O3 + 3О2
(Nh5)2Cr2O7/> Cr2O3+ N2 + 4h3O/>
4Cr + 3O2/> 2Cr2O3
Оксид хрома (III) используется для восстановленияметаллического хрома невысокой чистоты с помощью алюминия (алюминотермия) или кремния(силикотермия):
Cr2O3+2Al = Al2O3 +2Cr
2Cr2O3+ 3Si = 3SiO3 + 4Cr
Оксид хрома (VI) CrO3 (кислотный) — темно малиновыеигольчатые кристаллы. Получают действием избыткаконцентрированной h3SO4 на насыщенныйводный раствор б/>ихромата калия:
K2Cr2O7 + 2h3SO4= 2CrO3 + 2KHSO4 + h3O
/>Оксид хрома (VI) — сильный окислитель, одно из самых токсичных соединенийхрома.
При растворении CrO3в воде образуется хромовая кислота h3CrO4
CrO3 + h3O= h3CrO4
Кислотный оксид хрома, ре/>агируя со щелочами, образует />желтыехроматы CrO42-.
CrO3+ 2KOH = K2CrO4 + h3O
3.4.2 />/>ГидроксидыГидроксид хрома (III)обладает амфотерными свойствами, растворяясь как в кислотах (ведет себя как основание):
2Cr(OH)3+ 3h3SO4 = Cr2(SO4)3 +6h3O
так и в щелочах (ведетсебя как кислота):
Cr(OH)3+ KOH = K[Cr(OH)4]
Cr(OH)3 + NaOH = NaCrO2 + 2h3O
При прокаливаниигидроксида хрома (III) образуется оксид хрома (III) Cr2O3.
2Cr(OH)3/> Cr2O3 + 3h3O
/>Нерастворим в воде.
/>/>/>/>3.4.3 КислотыКислоты хрома, отвечающиеего степени окисления +6 и различающиеся соотношением числа молекул CrO3 и h3O, существуют только в виде растворов.При растворении кислотного оксида CrO3,образуется монохромовая кислота (просто хромовая) h3CrO4.
CrO3 + h3O = h3CrO4
/>Подкисление раствора или увеличение в нем CrO3 приводит к кислотам общей формулы nCrO3 h3O при n=2, 3,/> 4 это, соответственно, ди, три, тетрохромовыекислоты. Самая сильная из них — дихромовая, то есть h3Cr2O7. Хромовыекислоты 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 + 2h3O
Хромиты обладаютразличной окраской — от темно коричневой до совершенно черной и обычно встречаютсяв виде сплошных массивов. Хромит мягче многих других минералов, температураплавления хромита зависит от его состава 1545-17300С. Хромит имеетметаллический блеск и почти нерастворим в кислотах.
Хроматы — соли хромовых кислот. Солимонохромовой кислоты h3CrO4 называют монохроматами (хроматы) R2CrO4, соли дихромовой кислоты h3Cr2O7 дихроматы (бихроматы) — R2Cr2O7. Монохроматы обычно окрашены в желтый цвет. Ониустойчивы только в щелочной среде, а при подкислении превращаются в оранжево-красныебихроматы:
2Na2CrO4/> + h3SO4 = Na2Cr2O7+ Na2SO4 + h3O
4. Свойства хрома. Экспериментальная часть4.1 />/>Опыт№1. />/>Получение оксидахрома (III)/>Приборы и реактивы: асбестированная сетка; спички;бихромат аммония (Nh5)2Cr2O7 (измельченный).
Выполнение опыта. Расстилаю большой лист бумаги, накоторый кладу асбестированную сетку. Тонко измельченный бихромат аммония насыпаюв виде горки. До бихромата аммония дотрагиваюсь зажженной спичкой.
Начинается разложениебихромата, которое протекает с выделением тепла и постепенно захватывает всебольшие и большие количества соли. В конце реакция идет все более бурно — появляются искры, пламя, летит рыхлый и легкий пепел — типичное извержениевулкана в миниатюре. Образовалось большое количество рыхлого темно-зеленого вещества.
Вывод: оксид хрома (III) Cr2O3 получается путем нагревания бихроматааммония:
(Nh5)2Cr2O7/>Cr2O3+N2+4h3O
4.2 />/>Опыт№2. Исследование свойств оксида хрома (III)Приборы и реактивы: колба; вода h3O;оксид хрома (III) Cr2O3; серная кислота
Выполнение опыта. Добавляю полученный зеленый порошококсида хрома (III) сначала в колбу с водой
Cr2O3+ 3h3O = 2Cr(OH)3
затем в колбу с сернойкислотой
Cr2O3+ 3h3SO4 = Cr2(SO4)3 +3h3O
Наблюдаю растворениеоксида в обоих колбах.
Вывод: Оксид хрома растворяется в воде и вкислотах.
4.3 />/>Опыт№3./>Окислительные свойства солейхрома (VI)
Приборы и реактивы: раствор бихромата калия K2Cr2O7; раствор сульфита натрия Na2SO3; серная кислота h3SO4.
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 отхрома (VI) до хрома (III):
K2Cr2O7+ 3Na2SO3 + 4h3SO4 = K2SO4+ Cr2(SO4)3 + 3Na2SO4 +4h3O
4.4 />/>Опыт />№4. Исследование свойств солей хрома (VI)Приборы и реактивы: концентрированный раствор бихроматакалия K2Cr2O7; концентрированная соляная кислота HCl
Выполнение опыта. К концентрированному растворубихромата калия K2Cr2O7 добавляю концентрированную соляную кислоту HCl. При нагревании наблюдаетсявыделение резкого хлорного запаха, от которого жжет нос и горло.
Вывод: Так как все соединения хрома (VI) являются сильными окислителями, топри реакции с соляной кислотой:
K2Cr2O7+ 14HCl /> 3Cl2 + 2CrCl3 +2KCl + 7h3O
происходитвосстановление хлора:
2Cl- -2/>Cl20<sub/>
4.5 />/>Опыт№5. Переход хромата в бихромат и обратноПриборы />иреактивы: растворхромата калия K2CrO4, раствор бихромата калия K2Cr2O7, серная кислота, гидроксид натрия.
Выполнение опыта. К раствору хромата калия добавляюсерную кислоту, в результате происходит изменение окраски раствора из желтого воранжевый.
2K2CrO4+ h3SO4 = K2Cr2O7 +K2SO4 + h3O
К раствору бихроматакалия добавляю щелочь, в результате происходит изменение окраски раствора изоранжевого в желтый.
K2Cr2O7+ 4NaOH = 2Na2CrO4 + 2KOH + h3O
Вывод: В кислой среде хроматы неустойчивы,ион CrO42- желтого цвета превращается в ион Cr2O72- оранжевого цвета, а в щелочной среде эта реакция протекает в обратномнаправлении
2CrO42- + 2H+кислая сред஬щелочная среда Cr2O72- + h3O.
4.6 />/>Опыт №6. Получение малорастворимыхсолей хромовых кислотПриборы и реактивы: раствор хромата калия K2CrO4, раствор бихромата калия K2Cr2O7, раствор нитрата серебра AgNO3.
Выполнение опыта. Наливаю в одну пробирку растворхромата калия, в другую — раствор бихромата калия, и добавляю в обе пробирки растворнитрата серебра, в обоих случаях наблюдаю образование красно-бурого осадка.
K2CrO4+ 2AgNO3= Ag2CrO4¯ + 2KNO3
K2Cr2O7+ AgNO3 ® Ag2CrO4¯+ KNO3
Вывод: Растворимые соли хрома привзаимодействии с нитратом серебра образуют нерастворимый осадок
4.7 Опыт №7. Получениегидроксида хрома/>Приборы и реактивы: раствор солихрома (III) CrCl3, едкий натр (гидроксид натрия) NaOH.
Выполнение опыта. В пробирку с раствором хлорида хрома(III) по каплям добавляю раствор едкогонатра до образования серо-зеленого осадка.
Вывод: Гидроксид хрома Cr(OH)3 получается при действии на соль трехвалентногохрома щелочью:
CrCl3 + 3NaOH = Cr(OH)3¯ + 3NaCl
/>5. />/>Применениехрома
Основная часть добываемойв мире хромистой руды поступает сегодня на ферросплавные заводы, где выплавляютсяразличные сорта феррохрома и металлического хрома.
/>Хромиты широко используют в огнеупорной промышленности для изготовленияогнеупорного хромитового и хромомагнезитового кирпича. Такой кирпич химическипассивен, устойчив при температурах выше 22000С, хорошо выдерживаетрезкие колебания температур. Магнезитохромитовый кирпич — отличный огнеупорныйматериал для футеровки (защитной внутренней облицовки) мартеновских печей идругих металлургических агрегатов. Своды из хромомагнезитового кирпичавыдерживают вдвое больше плавок, чем своды из упорного кварцевого материала.
Химики используют хромиты для получениябихроматов калия и натрия, а также хромовых квасцов, которые применяются длядубления кожи, придающего ей красивый блеск и прочность. Такую кожу называют«хромом», а сапоги из нее «хромовыми». Растворимые в воде хроматы натрия икалия применяются в текстильном и кожевенном производстве, как консервантыдревесины (они уничтожают древесные грибки).
Хромовая смесь — сернокислый раствор бихромата калия или натрия используется для мытьяхимической посуды в лабораториях. Наиболее часто применяется раствор содержащейпо массе приблизительно 12 частей K2Cr2O7, 70 частей воды и 22 части h3SO4.
Как бы оправдывая своеназвание, хром принимает деятельное участие в производстве красителей для стекольной,керамической, текстильной промышленности. Нерастворимые хроматы некоторыхметаллов (PbCrO4, ZnCrO4, SrCrO4) — прекрасные художественные краски. Богатствомоттенков — от розово-красного до фиолетового славится SnCrO4, используемый в живописи по фарфору.
В мире драгоценных камнейрубину принадлежит второе место после алмаза. Технология получения искусственногорубина заключается в следующем: в оксид алюминия Al2O3 вводят дозированную добавку оксидахрома (III), — ему-то и обязаны рубиновыекристаллы своим чарующим цветом. Но искусственные рубины ценятся не только засвои «внешние данные»: рожденный с их помощью лазерный луч способен буквальнотворить чудеса.
Оксид хрома (III) позволил тракторостроителямзначительно сократить сроки обкатки двигателей. Обычно эта операция, во времякоторой все трущиеся детали должны «привыкнуть» друг к другу, продолжалась довольнодолго и это, конечно, не очень устраивало работников тракторных заводов. Выходиз положения был найден, когда удалось разработать новую топливную присадку, всостав которой вошел оксид хрома (III). Секрет действия присадки прост: при сгорании топлива образуютсямельчайшие абразивные частицы оксида хрома (III), которые, оседая на внутренних стенках цилиндров идругих подвергающихся трению поверхностях, быстро ликвидируют шероховатости,полируют и плотно подгоняют детали. Эта присадка в сочетании с новым сортоммасла позволила в 30 раз сократить продолжительность обкатки.
Замена в рабочем слоемагнитофонной пленки оксида железа на частицы оксида хрома (III) позволила резко улучшить качествозвучания, пленка стала надежнее в работе.
Фотоматериалы илекарства, катализаторы для химических процессов и металлические покрытия — всюду хром оказывается «при деле». О хромовых покрытиях следует рассказатьподробнее.
5.1 />/>Хром/>и/>рованиеДавно было замечено, чтохром не только отличается большой твердостью (в этом отношении у него нет конкурентовсреди металлов), но и хорошо сопротивляется окислению на воздухе, невзаимодействует с кислотами. Тонкий слой этого металла попробовалиэлектролитически осаждать на поверхность изделий из других материалов, чтобыпредохранить их от коррозии, царапин и прочих «травм». Однако хромовые покрытияоказались пористыми, легко отслаивались и не оправдывали возлагаемых на них надежд.
Почти три четверти векабились ученые над проблемой хромирования, и лишь в 20-х годах прошлого столетияпроблема была решена. Причина неудач заключалась в том, что используемый приэтом электролит содержал трехвалентный хром, который не мог создать нужноепокрытие. А вот его шестивалентному «собрату» такая задача оказалась по плечу.С этого времени в качестве электролита начали применять хромовую кислоту — вней валентность хрома равна 6. Толщина защитных покрытий (например, на некоторыхнаружных деталях автомобилей, мотоциклов, велосипедов) составляет до 0,1миллиметра. Но иногда хромовое покрытие используют в декоративных целях — дляотделки часов, дверных ручек и других предметов, не подвергающихся серьезнойопасности. В таких случаях на изделие наносят тончайший слой хрома(0,0002-0,0005 миллиметра).
Литовские химикиразработали способ создания многослойной «кольчуги» для особо ответственных деталей.Тончайший верхний слой этого покрытия (под микроскопом его поверхность и всамом деле напоминает кольчугу) состоит из хрома: в процессе службы он первым«принимает огонь на себя», но пока хром окисляется, проходят многие годы. Тем временемдеталь спокойно несет свою ответственную службу.
Хромированию подвергаютсяне только металлические детали, но и изделия из пластмасс. Подвергнутыйиспытаниям широко известный полимер — полистирол, «одетый» в хром, сталпрочнее, для него оказались менее страшными такие известные «враги»конструкционных материалов, как истирание, изгиб, удар. Само собой разумеется,возрос срок службы деталей.
Существует и другойспособ хромирования — диффузионный, протекающий не в гальванических ваннах, а впечах. Первоначально стальную деталь помещали в порошок хрома и нагревали ввосстановительной атмосфере до высоких температур. При этом на поверхностидетали появлялся обогащенный хромом слой, по твердости и коррозионной стойкостизначительно превосходящий сталь, из которой сделана деталь. Но при температурепримерно 1000°С хромовый порошок спекается и, кроме того, на поверхностипокрываемого металла образуются карбиды, препятствующие диффузии хрома в сталь.Пришлось подыскивать другой носитель хрома; вместо порошка для этой цели началииспользовать летучие галоидные соли хрома — хлорид или иодид, что позволилоснизить температуру процесса. Хлорид (или иодид) хрома получают непосредственнов установке для хромирования, пропуская пары соответствующей галоидоводороднойкислоты через порошкообразный хром или феррохром. Образующийся газообразный хлоридобволакивает хромируемое изделие, и поверхностный слой насыщается хромом. Такоепокрытие гораздо прочнее связано с основным материалом, чем гальваническое.
/>5.2/> />/>СплавыСемейство хромовыхсплавов весьма многочисленно.
Таблица3- Основные хромовые сплавы
НазваниеХром
Cr
Железо
Fe
Никель
Ni
Алюминий
Al
Кобальт
Co
Вольфрам
W
Феррохром
65% 35 %Нихром
15-30% 70-85%Хромаль
17-30% 64-79% 4-6%Стеллит
20-25% 1-3% 45-60% 5-29%Феррохром — сплав хрома с железом, вводимый вжидкую сталь для ее легирования. Вводить хром в чистом виде в сталь оченьзатруднительно — он медленно растворяются в жидком металле, так как температурыего плавления выше, чем у стали. У феррохрома же температура плавления такаяже, как у стали, или ниже.
Нихромы и хромали, устойчивы винтервале 1000-13000C,обладают высоким электросопротивлением, используются для изготовления нагревателейв электрических печах сопротивления.
Добавка к хромоникелевымсплавам кобальта и молибдена придает металлу способность переносить большиенагрузки при 650-900° С. Из этих сплавов делают, например, лопатки газовыхтурбин.
Стеллит очень твердый сплав, стоек противизноса и коррозии; применяется в металлообрабатывающей промышленности, дляизготовления режущих инструментов.
Комохром — сплав хрома, кобальта и молибденабезвреден для человеческого организма и поэтому используется ввосстановительной хирургии.
Хром входит в составочень многих марок сталей.
/>«Нержавейка» — сталь, отлично противостоящая коррозии и окислению,содержит примерно 17-19% хрома и 8-13% никеля. Но этой стали углерод вреден:карбидообразующие «наклонности» хрома приводят к тому, что большие количестваэтого элемента связываются в карбиды, выделяющиеся на границах зерен стали, асами зерна оказываются бедны хромом и не могут стойко обороняться противнатиска кислот и кислорода. Поэтому содержание углерода в нержавеющей сталидолжно быть минимальным (не более 0,1%).
При высоких температурахсталь может покрываться «чешуей» окалины. В некоторых машинах деталинагреваются до сотен градусов. Чтобы сталь, из которой сделаны эти детали, не«страдала» окалинообразованием, в нее вводят 25-30% хрома. Такая стальвыдерживает температуры до 1000°С.
Хромолибденовые сталииспользуются для создания фюзеляжей самолетов.
6. />/>Экологическиепроблемы(Влия/>ниегеологоразведочных работ, добычи и переработки сырья на окружающую среду)
Хром относится к высокотоксичным веществам. Действие на живой организм солей хрома сопровождаетсяраздражением кожи или слизистой оболочки, иногда с образованием язв. Поражаютони главным образом верхние дыхательные пути, легкие и глаза. Оксиды хромаменее токсичны, чем чистый металл.
Таблица 4-Предельно допустимыеконцентрации оксидов хрома
/>CrO3
Cr2O3
Разовая в воздухе населенных мест, мг/м3
0,01 1,0Суточная в воздухе населенных мест мг/м3
0,0015 - В воде для хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водоснабжения, мг/л 0,1 1,0 В воде для рыбохозяйственных целей, мг/л 0,1 0,5При проведениигеологоразведочных работ на хромовые руды не требуются специальные меры позащите окружающей среды. При добыче хромовых руд для исключения попаданиярудной пыли в воздух населенных пунктов следует выполнять ряд условий:соблюдение определенного расстояния от населенных пунктов, орошение дорог вкарьерах и в складах добытой руды.
Наиболее значительноенарушение окружающей среды связано с переработкой хромового сырья, при которомв воздух попадает значительное количество пыли при сухом долблении исортировке. При мокром обогащении сточные воды нуждаются в отчистке от хрома,его оксидов, что исключает сброс сточных вод в водоемы и требует строительстваэкранированных шламохранилищ.
/>/>/>/>ЗаключениеВ данной работерассмотрены основные вопросы изучения свойств />хрома-химического элемента VIгруппы периодической системы Менделеева.
В первых двух разделахреферата кратко изложены факты открытия и дальнейшего использования хрома,указана особенность распространения хрома в природных месторождениях: хромникогда не встречается в несвязанном состоянии.
Далее рассмотреныфизические свойства хрома. Отмечены/> аномальныеизменения физических свойств хрома при температуре 370С.
Основные разделы рефератапосвящены изучению химических свойств хрома и его соединений. Отмечены малаяхимическая активность хрома, сильные окислительные свойства и высокаятоксичность его соединений.
/>/>Отдельный раздел посвященэкспериментальному исследованию свойств основных практически значимыхсоединений хрома — оксидов, гидроксидов и солей/>. Всеопыты подтверждены соответствующими химическими реакциями. Результатыэкспериментов могут быть использованы при формировании лабораторного практикумапо разделу «Металлы» курса химии школьной программы.
/>Также в реферате рассмотрены вопросы промышленного применения хрома иэкологические проблемы его добычи и переработки.
/>/>/>/>Литература1. Лисицын А.Е., Остапенко П.Е.Минеральное сырье. Хром // Справочник. — М.: ЗАО Геоинформмарк, 1999. — 25 с.
2. Салли А., Брендз Э. Хром.- Изд. 2-епереработ. и доп. Перев. с англ. М.: Металлургия, 1971.- 360 с.
3. Химия. Решение задач: учеб. пособиедля уч. сред. и ст. шк. в/>озраста/ Авт.- сост.А.Е.Хасанов. — Мн.: Современный литератор, 1999. -448 с.
4. Неорганическая химия. Энциклопедияшкольника/ Гл. ред. И.П.Алимарин.- М.: Советская Энциклопедия, 1975.- 384 с.
5. Энциклопедический словарь юногохимика/ Сост. В.А.Крицман, В.В.Станцо.- М.: Педагогика, 1982.- 368 с.
/>/>/>Приложение А(справочное)
/>Таблица А.1-Важнейшие природныесоединения хрома
Название минерала Химическая формула/>Хромистый железняк
FeO*Cr2O3 или FeCr2O4
МагнезиохромитMgO*Cr2O3 или MgCr2O4
АлюмохромитFеО*(Аl, Сr)2O3 или Fe(Al,Cr)2O4
Пикотит(Mg,Fe)(Al, Сr,Fе)2O3, или (Mg,Fe)O*(AI, Сr,Fе)2О3
Хромитит(Fe*Al)2O3*2Cr2O3
ДобреслитFeS*Cr2S3
КрокоитPbCrO4
Вокеленит2(Pb*Cu)CrO4(Pb*Cu)3(PO4)2
Феницит3PbO*2Cr2O3
Березовит(PbO)2*(PbCrO4)PbCrO3
/>/>Таблица А.2-Свойства оксидов хрома
валентность обозначение свойства II CrO основной восстановитель IIICr2O3
амфотерный VICrO3
кислотный окислитель/>/>
Рисунок А.1- Структураприменения хрома по отраслям промышленности
www.ronl.ru
