Применение
Минеральные кислоты широко применяют в металло- и деревообработке, текстильной, лакокрасочной, нефтегазовой и других отраслях промышленности и в научных исследованиях. К числу веществ, производимых в наибольшем объёме, относятся серная, азотная, фосфорная, соляная кислоты. Суммарное годовое производство в мире этих кислот исчисляется сотнями миллионов тонн в год.
В металлообработке они часто используются для травления железа и стали и в качестве очищающих агентов перед сваркой, металлизацией, окраской или гальванической обработкой.
Серная кислота, метко названная Д. И. Менделеевым «хлебом промышленности», применяется в производстве минеральных удобрений, для получения других минеральных кислот и солей, в производстве химических волокон, красителей, дымообразующих и взрывчатых веществ, в нефтяной, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной, пищевой и др. отраслях промышленности, в промышленном органическом синтезе и т. п.
Соляная кислота применяется для кислотной обработки, очищения руд олова и тантала, для производства патоки из крахмала, для удаления накипи с котлов и теплообменного оборудования ТЭЦ. Она также используется в качестве дубильного вещества в кожевенной промышленности.
Азотная кислота применяется при получении аммонийной селитры, использующейся в качестве удобрения и в производстве взрывчатых веществ. Кроме того, она применяется в процессах органического синтеза, в металлургии, при флотации руды и для переработки отработанного ядерного топлива.
Ортофосфорную кислоту широко используют при производстве минеральных удобрений. Она используется при пайке в качестве флюса (по окисленой меди, по чёрному металлу, по нержавеющей стали). Входит в состав ингибиторов коррозии. Также применяется в составе фреонов в промышленных морозильных установках как связующее вещество.
Пероксокислоты, кислородсодержащие кислоты хлора, марганца, хрома находят применение как сильные окислители.
16.Общая характеристика подгруппы хрома. Нахождение в природе, получение, применение.
Хром — элемент побочной подгруппы 6-ой группы 4-го периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 24. Обозначается символом Cr (лат. Chromium). Простое вещество хром (CAS-номер: 7440-47-3) — твёрдый металл голубовато-белого цвета.
Основной способ получения в промышленности
а) Сплавление руды с содой:
4Fe(CrO2)2 + 8Na2CO3 + 7O2 = 2Fe2O3 + 8Na2CrO4 + 8CO2
б) Выщелачивание полученного сплава водой. В растворе остается хромат натрия, оксид железа остается в осадке.
в) Перевод хромата в дихромат серной кислотой:
2Na2CrO4 + H2SO4 = Na2Cr2O7 + Na2SO4 + H2O
г) Сплавление дихромата с углем:
Na2Cr2O7 + 2C = Na2CO3 + Cr2O3 + CO
д) Алюмотермия:
Cr2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Cr
Химические свойства
1. Взаимодействует при нагревании, со всеми неметаллами, кроме азота и водорода:
2Cr + 3Cl2 = 2CrCl3;
4Cr + 3O2 = 2Cr2O3;
2Сr + 3S = Cr2S3
2. Хром растворяется в разбавленных кислотах, в концентрированных – пассивируется:
Cr + H2SO4 = CrSO4 + H2
3. С кислородом хром образует оксиды различного состава.
CrO – оксид хрома (II), твердое аморфное вещество красного цвета, получается восстановлением водородом при нагревании из оксида хрома (III):
Cr2O3 + H2 = 2CrO + H2O
Соединения Cr+2 неустойчивы и окисляются на воздухе:
4Cr(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Cr(OH)3
Cr2O3 – порошок зеленого цвета, получается сжиганием хрома в кислороде. Используется как катализатор, краситель, входит в состав полировочных паст. Cr2O3 – амфотерный оксид, которому соответствует амфотерный гидроксид Cr(OH)3, легко растворимый в кислотах и щелочах:
Cr(OH)3 + 3HCl = CrCl3 + 3H2O
Cr(OH)3 + 3NaOH = Na3[Cr(OH)6]
Соединения хрома в степени окисления +3 самые устойчивые, обладают окислительными и восстановительными свойствами:
Cr2(SO4)3 + Zn = 2CrSO4 + ZnSO4
2CrCl3 + 3KNO3 + 10KOH = 2K2CrO4 + 3KNO2 + 6KCl + 5H2O
CrO3 оксид хрома (VI) - твердое вещество красно-бурого цвета, хорошо растворимое в воде. Кислотный оксид. Получается при взаимодействии хромата калия с концентрированной серной кислотой:
K2CrO4 + H2SO4 = CrO3 + K2SO4 + H2O
CrO3 соответствуют две кислоты.
H2CrO4 – хромовая; соли носят название хроматы – желтого цвета.
H2Cr2O7 – двуххромовая; соли дихроматы (бихроматы) – оранжевого цвета.
Хроматы и бихроматы сильнейшие окислители.
Хром используется как легирующая добавка к сталям, в качестве защитных покрытий на менее благородных металлах. Соединения хрома используются в качестве красок, катализаторов.
Молибден, вольфрам
В природе встречаются в виде минералов МоS2 –молибденит, CaWO4 – шеелит. Получают пирометаллургическим способом:
2MoS2 + 7O2 = 2MoO3 + 4SO2 ;
MoO3 + 3H2 = Mo + 3H2O
Белые блестящие металлы, на воздухе не окисляются. Более пластичны, чем хром. Имеют высокие температуры плавления: 2400oC - Mo , 3400oC – W. Вольфрам – самый тугоплавкий из всех металлов.
Химические свойства
1. Менее активны по сравнению с хром, все реакции идут медленно, легко образуются при нагревании только карбиды (WC2, MoC).
2. В кислотах вольфрам почти нерастворим. Легко растворяется только в смеси азотной и плавиковой кислот. Молибден взаимодействует с концентрированной серной кислотой при нагревании:
W + 2HNO3 + 6HF = WF6 + 2NO + 4H2O
Mo + 3H2SO4 (конц) = H2MoO4 + 3SO2 + 2H2O
3. При прокаливании в кислороде металлов или их соединений образуются оксиды MoO3 и WO3. Это твердые вещества, плохо растворимые в воде, но легко растворимые в щелочах с образованием солей молибденовой и вольфрамовой кислот (H2MoO4 – белого цвета, H2WO4 – желтого цвета). Данные кислоты - твердые вещества, при нагревании отщепляют воду и переходят в соответствующие оксиды.
4. При взаимодействии с фтором образуются гексафториды молибдена и вольфрама (MoF6, WF6). Это легко летучие жидкости. При взаимодействии их с водой образуются оксосоединения МеOF4 и MeO2F2. Гексахлорид известен только для вольфрама (WCl6) – темно-фиолетовое твердое вещество.
5. С серой образуются сульфиды состава MeS3 в виде порошков коричневого или черного цвета. При нагревании на воздухе они окисляются до MeO3. При прокаливании без кислорода они отщепляют серу и переходят в сульфиды состава MeS2.
Применение. Молибден и вольфрам применяются в металлургической промышленности при выплавке высококачественных специальных сортов стали (для ружейных и орудийных стволов, брони). Вольфрам используется для производства нитей электроламп, нагревательных обмоток электропечей, антикатодов в электронных лампах, изготовления сверхтвердых сплавов.
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.
17.Химические свойства хрома, молибдена, вольфрама: отношение к элементарным окислителям, кислотам, щелочам и воде. Химические свойства соединений хрома со степенью окисления +2,+3,+6. Их кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства. Хромиты, хроматы и дихроматы. Применение хрома и его соединений.
Хром — элемент побочной подгруппы 6-ой группы 4-го периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 24. Обозначается символом Cr (лат. Chromium). Простое вещество хром (CAS-номер: 7440-47-3) — твёрдый металл голубовато-белого цвета. Хром иногда относят к чёрным металлам.
Хром встречается в природе в основном в виде хромистого железняка Fe(CrO2)2 (хромит железа). Из него получают феррохром восстановлением в электропечах коксом (углеродом):
Феррохром применяют для производства легированных сталей.
Чтобы получить чистый хром, реакцию ведут следующим образом:
1) сплавляют хромит железа с карбонатом натрия (кальцинированная сода) на воздухе:
2) растворяют хромат натрия и отделяют его от оксида железа;
3) переводят хромат в дихромат, подкисляя раствор и выкристаллизовывая дихромат;
4) получают чистый оксид хрома восстановлением дихромата натрия углём:
5) с помощью алюминотермии получают металлический хром:
6) с помощью электролиза получают электролитический хром из раствора хромового ангидрида в воде, содержащего добавку серной кислоты. При этом на катодах совершаются в основном 3 процесса:
восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного с переходом его в раствор;
разряд ионов водорода с выделением газообразного водорода;
разряд ионов, содержащих шестивалентный хром, с осаждением металлического хрома;
