Химические свойства хрома и его соединений

1.

Химические свойства
хрома и его соединений.

2.

Место хрома в Периодической системе
химических элементов Д.И. Менделеева.
• Хром расположен в 6 группе Периодической системы химических
элементов Д.И. Менделеева.
• Хром – d-элемент. Валентные электроны атома хрома имеют
электронную конфигурацию 3d44s2, однако вследствие устойчивости d5состояния энергетическим более выгодным оказывается переход
одного s-электрона на 3d-подуровень, поэтому валентные электроны
хрома имеют следующую конфигурацию: 3d54s1. В соединениях хром
проявляет степени окисления +2, +3, +4, +5, +6. Характерная степень
окисления +3, в меньшей мере +6. Соединения хрома (II) проявляют
преимущественно основные свойства, хрома (III) – амфотерные,
соединения хрома (VI) – кислотные.

3.

Распространенность в природе.
• Хром относится к распространенным элементам, его содержание в
земной коре составляет 3,5·10-2 мас. %. В природе встречается только в
виде соединений. Известно более 40 минералов, содержащих хром.
Основными минералами являются: хромит (хромистый железняк) FeCr2O4,
крокоит PbCrO4, волконскоит Cr2Si4O10(OH)2 · nH2O, уваровит
Ca3Cr2(SiO4)3 и др. В метеоритах обнаружены сульфидные минералы
хрома. Хром также содержится в океанической воде.

4.

Физические свойства хрома.
• Хром
–
голубовато-белый
металл,
кристаллизуется в объемоцентрированной
кубической решетке с металлическим
типом химической связи. Температура
плавления 1890°С, температура кипения
2680 °C, плотность 7,19 г/см3. Технический
хром – хрупкий металл, при температурах
выше
200–250
°С
приобретает
пластичность, чистый хром пластичен при
обычных условиях. Очень твердый.
• На воздухе
оксида.
покрыт
прочной
пленкой

5.

Химические свойства хрома.
• Хром при обычных условиях – инертный металл, при нагревании становится
довольно активным.
1. Взаимодействие с неметаллами
При нагревании выше 600°С хром сгорает в кислороде:
4Cr + 3O2 = 2Cr2O3
С фтором реагирует при 350°С, с хлором – при 300°С, с бромом – при температуре
красного каления, образуя галогениды хрома (III):
2Cr + 3Cl2 = 2CrCl3
С азотом реагирует при температуре выше 1000°С с образованием нитридов:
2Cr + N2 = 2CrN или 4Cr + N2 = 2Cr2N

6.

Сера при температуре выше 300°С образует сульфиды от CrS до Cr5S8, например:
2Cr + 3S = Cr2S3
Реагирует с бором, углеродом и кремнием с образованием боридов, карбидов и
силицидов:
Cr + 2B = CrB2 (возможно образование Cr2B, CrB, Cr3B4, CrB4)
2Cr + 3C = Cr2C3 (возможно образование Cr23C6, Cr7B3)
Cr + 2Si = CrSi2 (возможно образование Cr3Si, Cr5Si3, CrSi)
С водородом непосредственно не взаимодействует.
2.Взаимодействие с водой
В тонкоизмельченном раскаленном состоянии хром реагирует с водой, образуя
оксид хрома (III) и водород:
2Cr + 3H2O = Cr2O3 + 3H2

7.

3. Взаимодействие с кислотами
В электрохимическом ряду напряжений металлов хром находится до
водорода, он вытесняет водород из растворов неокисляющих кислот:
Cr + 2HCl = CrCl2 + H2
Cr + H2SO4 = CrSO4 + H2
В присутствии кислорода воздуха образуются соли хрома (III):
4Cr + 12HCl + 3O2 = 4CrCl3 + 6H2O
Концентрированная азотная и серная кислоты пассивируют хром. Хром
может растворяться в них лишь при сильном нагревании, образуются
соли хрома (III) и продукты восстановления кислоты:
2Cr + 6H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Cr + 6HNO3 = Cr(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O

8.

4. Взаимодействие с щелочными реагентами
В водных растворах щелочей хром не растворяется, медленно реагирует
с расплавами щелочей с образованием хромитов и выделением
водорода:
2Cr + 6KOH = 2KCrO2 + 2K2O + 3H2
Реагирует с щелочными расплавами окислителей, например хлоратом
калия, при этом хром переходит в хромат калия:
Cr + KClO3 + 2KOH = K2CrO4 + KCl + H2O
5. Восстановление металлов из оксидов и солей
Хром – активный металл, способен вытеснять металлы из растворов их
солей:
2Cr + 3CuCl2 = 2CrCl3 + 3Cu

9.

Способы получения хрома.
Хром обычно получают в виде сплава с железом (феррохром). Для этого хромит восстанавливают углем:
FeCr2O4 + 4C = Fe + 2Cr + 4CO
Относительно чистый хром получают методом алюмотермии:
2Al + Cr2O3 = 2Cr + Al2O3
Необходимый для получения металлического хрома оксид выделяют из хромита. Вначале проводят
обжиг исходного хромсодержащего сырья в смеси с карбонатом натрия и доломитом при 1100–1200 °С:
4 FeCr2O4 + 8Na2CO3 + 7O2 = 8Na2CrO4 + 2Fe2O3 + 8CO2
образующийся при этом хромат натрия выщелачивают водой и после дополнительной обработки
выделяют в щелочной раствор. Затем восстанавливают серой в процессе кипячения до оксида хрома
(III).
Более чистый хром получают электролизом оксида хрома (VI) или хромкалиевых квасцов. Особо чистый
хром образуется при термическом разложении органических хромсодержащих комплексных
соединений.

10.

Соединения хрома (II).
• Оксид хрома (II) CrO
– кристаллическое вещество красного или черного цвета, при
обычной температуре устойчив на воздухе, выше 100°С окисляется:
4CrO + O2 = 2Cr2O3
Сильный восстановитель, реагирует с соляной кислотой с выделением водорода:
2CrO + 6HCl = 2CrCl3 + H2 + 2H2O
С разбавленной серной и азотной кислотой и щелочами не взаимодействует.
Образуется при окислении амальгамы хрома кислородом воздуха:
2Cr/Hg + O2 = 2CrO + 2Hg
или при термическом разложении карбонила:
Cr(CO)6 = CrO + 5CO + C

11.

• Гидроксид хрома (II) Cr(OH)2
– вещество коричневого
или желтого цвета, плохо растворяется в воде, проявляет основные
свойства, медленно реагирует только с концентрированными
кислотами, образуя соли хрома (II) синего цвета:
Cr(OH)2 + H2SO4 = CrSO4 + 2H2O
С разбавленными кислотами и щелочами не взаимодействует.
Хороший восстановитель, легко окисляется кислородом воздуха:
4Cr(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Cr(OH)3
Получается при взаимодействии солей хрома (II) со щелочами в
отсутствии кислорода :
CrCl2 + 2NaOH = Cr(OH)2 + 2NaCl

12.

• Соли хрома (II).
Известны галогениды хрома (II), сульфат и
перхлорат, растворы солей окрашены в синий цвет.
Все соли хрома (II) – сильные восстановители, в растворах окисляются
кислородом воздуха:
4CrCl2 + O2 + 4HCl = 4CrCl3 + 2H2O
при отсутствии окислителя восстанавливают даже воду, разлагая её с
выделением водорода:
2CrCl2 + 2H2O = 2CrOHCl2 + H.
Получаются при восстановлении солей хрома (III) водородом в момент
выделения:
2CrCl3 + 3Zn + 4HCl = 2CrCl2 + 3ZnCl2 + 2H2
Галогениды образуются при взаимодействии простых веществ.

13.

Соединения хрома (III).
У хрома степень окисления +3 является наиболее устойчивой.
• Оксид
хрома
– темно-зеленый порошок, в
кристаллическом состоянии – черное с металлическим блеском вещество.
Температура плавления 1990°С, плотность 5,21 г/см3. Химически
инертен. В воде, кислотах и щелочах не растворяется. С трудом
растворяется в сильных кислотах при длительном нагревании.
(III)
Cr2O3
Проявляет амфотерные свойства. При сплавлении с оксидами,
гидроксидами и карбонатами щелочных металлов образует хромиты,
проявляя кислотные свойства:
Cr2O3 + 2KOH = 2KCrO2 + H2O
Cr2O3 + Na2CO3 = 2NaCrO2 + CO2

14.

При сплавлении с кислотным реагентом – дисульфатом калия –
образует сульфат хрома (III), проявляя основные свойства:
3K2S2O7 = 3K2SO4 + 3SO3
Cr2O3 + 3SO3 = Cr2(SO4)3
Cr2O3 + 3K2S2O7 = Cr2(SO4)3 + 3K2SO4
Оксид хрома (III) получается при термическом разложении
дихромата аммония:
(NH4)2Cr2O7 = Cr2O3 + N2 + 4H2O
или при восстановлении дихромата калия коксом или серой:
2K2Cr2O7 + 3C = 2Cr2O3 + 2K2CO3 + CO2
K2Cr2O7 + S = Cr2O3 + K2SO4

15.

• Гидроксид хрома (III) Cr(OH)3 – аморфное или кристаллическое вещество,
цвет зависит от условий осаждения и изменяется от голубого и зеленого до
черно-фиолетового, разлагается при температуре около 150°С:
2Cr(OH)3 = Cr2O3 + 3H2O
Проявляет амфотерные свойства, легко растворяется в кислотах и щелочах:
2Cr(OH)3 + 6HCl = 2CrCl3 + 3H2O
Cr(OH)3 + 3NaOH = Na3[Cr(OH)6]
Образуется при действии щелочей или водного раствора аммиака на растворы
солей хрома:
CrCl3 + 3NH3 + 3H2O = Cr(OH)3 + 3NH4Cl
или при пропускании углекислого
гексагидроксохромата (III) натрия:
Na3[Cr(OH)6] + 3СО2 = Cr(OH)3 + 3NaHCO3
газа
через
щелочной
раствор

16.

• Соли хрома (III). Хром в степени окисления +3 образует два типа
солей, в которые входит в состав катиона и аниона.
• Хромиты устойчивы в щелочной среде, в кислой разрушаются:
NaCrO2 + HCl + H2O = Cr(OH)3 + NaCl
в избытке кислоты:
NaCrO2 + 4HCl = CrCl3 + NaCl + 2H2O
Соли Cr3+ проявляют все свойства солей, большинство из них хорошо
растворимы в воде и гидролизуют.
Соединения хрома (III) проявляют окислительные и восстановительные
свойства:
2CrCl3 + 3H2O2 + 10 KOH = 2K2CrO4 + 6KCl + 8H2O (Cr3+ – восстановитель)
2CrCl3 + 3Zn + 4HCl = 2CrCl2 + 3ZnCl2 + 2H2 (Cr3+ – окислитель)

17.

Спасибо за внимание!