3 Лекция: «Переходные металлы. Хром (1 часть)»

Содержание:

1. Проведение небольшой самостоятельной работы по 2 предыдущим занятиям

2. Открытие элемента хрома, расположение металла в таблице Менделеева

3. Химия хрома

4. Решение заданий на тему лекций

5. Практическая работа

История открытия элемента:

Хром был обнаружен в конце XVIII века. 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. Вот как он описывал хром в своих работах:

“Березовские копи, 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...”.

Сначала обнаруженный минерал был назван “сибирским красным свинцом”. Впоследствии за ним закрепилось название “крокоит”.

В конце XVIII века образец крокоита был привезен Палласом в Париж. Этим минералом заинтересовался известный французский химик Луи Никола Воклен. В 1796 году он подверг минерал химическому анализу. Он проводит анализ минерала в своем отчете:

“Все образцы этого вещества, которые имеются в нескольких минералогических кабинетах Европы, были получены из Березовского золотого рудника. Раньше рудник был очень богат этим минералом, однако говорят, что несколько лет назад запасы минерала в руднике истощились, и теперь этот минерал покупают на вес золота, в особенности, если он желтый. Образцы минерала, не имеющие правильных очертаний или расколотые на кусочки, годятся для использования их в живописи, где они ценятся за свою желто-оранжевую окраску, не изменяющуюся на воздухе...

Красивый красный цвет, прозрачность и кристаллическая форма сибирского красного минерала заставила минералогов заинтересоваться его природой и местом, где он был найден. Большой удельный вес и сопутствующая ему свинцовая руда, естественно, заставляли предполагать о наличии свинца в этом минерале...”

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 России в XIX в. его именовали еще и хромием. Это название встречается у Захарова (1810), Двигубского (1824 - 1828) и даже в учебнике Гесса (1845).

Хром (Cr), химический элемент VI группы периодической системы Менделеева, атомный номер 24, атомная масса 51,996; металл голубовато-стального цвета.

Химия хрома:

Правила перехода хромата калия в дихромат:

1. Хромат калия может переходить в дихромат калия при взаимодействии только с кислотами в высшей степени окисления и разбавленной хлороводородной кислотой. При этом не происходит изменения степени окисления, а идет обменная реакция: окраска желтая переходит в оранжевую.

2K₂CrO₄ + 2HCl_(разб.) K₂Cr₂O₇ + 2KCl + H₂O

2K₂CrO₄ + H₂SO₄ K₂Cr₂O₇ + K₂SO₄ + H₂O

2K₂CrO₄ + 2HNO₃ K₂Cr₂O₇ + 2KNO₃ + H₂O

2. С кислотами в низшей или промежуточной степенях окисления хромат калия вступает в окислительно – восстановительные реакции:

2

серо – зеленый

осадок

желтый

осадок

серо – зеленый

осадок

желтый

раствор

K₂CrO₄ + 5H₂S 2Cr(OH)₃ + 2K₂S + 3S + 2H₂O

2

фиолетовый

раствор

желто – зеленый газ

желтый

раствор

K₂CrO₄ + 16HCl 2CrCl₃ + 4KCl + 3Cl₂ + 8H₂O

2

зеленый

раствор

красно – бурый осадок

желтый

раствор

K₂CrO₄ + 16HBr 2CrBr₃ + 4KCl + 3Br₂ + 8H₂O

Переход дихромата калия в хромат:

Дихромат калия при взаимодействии с любыми щелочами переходит в хромат калия. Окраска из оранжевой переходит в желтую:

LiOH

KOH

K₂Cr₂O₇ + NaOH K₂CrO₄ + Ме₂CrO₄ + H₂O RbOH

CsOH

Свойства соединений хрома в степени окисления +3:

Хром в любом соединении со степенью окисления +3 при взаимодействии с щелочью и любым окислителем образует хромат – ион:

C

р – р желтого

цвета

r⁺³ ₆] + KOH + ок – ль K₂CrO₄ + …

Качественная реакция на хромат – ион:

Для обнаружения хромат – иона в растворе используют соли бария:

B

ярко – желтый

осадок

a(NO₃)₂ + K₂CrO₄ 2KNO₃ + BaCrO₄

Свойства дихромата калия и аммония:

1. K

   р – р сине – зеленого

   цвета

   ₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ + восстановители Cr₂(SO₄)₃ + …

очень сильный окислитель (оранжевый цвет)

2. При действии на раствор дихромата калия концентрированной серной кислотой при температуре образуется оксид CrO₃ – осадок темно – малинового цвета:

K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ K₂SO₄ + 2CrO₃ + H₂O

3. Дихромат аммония – особенная соль, в ее составе – окислитель и восстановитель. Поэтому «внутри» этой соли может пройти окислительно-восстановительная реакция. Оранжевые кристаллы дихромата аммония превращаются в зеленый порошкообразный оксид хрома (III):

(NH₄)₂Cr₂O₇ = Cr₂O₃ + N₂ + 4H₂O

Некоторые важнейшие соединения хрома

4. Иодид хрома (II) CrI₂. Сильно гигроскопичные коричнево-красные игольчатые кристаллы. Термически диссоциирует при 600^оС с выделением металлического хрома. Эту реакцию используют для хромирования железа и стали.

5. Оксид хрома (III) Cr₂O₃. Зеленые гексагональные микрокристаллы. Проявляет амфотерные свойства. Антиферромагнитны ниже 33°С и парамагнитны выше 55°С. Применяют в качестве зеленого пигмента в живописи и для окрашивания фарфора и стекла. Кристаллический порошок используется в качестве абразивного материала. Применяют для получения искусственных рубинов. Служит катализатором процесса окисления аммиака на воздухе, синтеза аммиака из элементов и других.

6. Фторид хрома (III) CrF₃. Парамагнитные зеленые ромбические кристаллы. Водные растворы используют в производстве шелка, при переработке шерсти и фторировании галогенпроизводных этана и пропана.

7. Хлорид хрома (III) CrCl₃. Гексагональные парамагнитные кристаллы имеют окраску цветов персикового дерева. Применяют в качестве катализатора в реакциях органического синтеза.

8. Сульфат хрома (III) Cr₂(SO₄)₃. Парамагнитные фиолетово-красные кристаллы. Применяют при дублении кож и в качестве протравы при крашении в ситценабивном производстве.

9. Оксид хрома (VI) CrO₃. Слабо парамагнитные расплывающиеся на воздухе красные (с фиолетовым оттенком) бипирамидальные орторомбические призмы. Применяют в качестве катализатора автоокисления углеводородов и ненасыщенных алифатических эфиров, для восстановления чувствительности фотопластинок, а также в медицине как прижигающее средство.

10. Хромокалиевые квасцы KCr(SO₄)₂*12H₂O. Фиолетовые октаэдрические кристаллы. Применяют при дублении кож и в качестве протравы в текстильном производстве.

11. Дихромат натрия Na₂Cr₂O₇. Слабо парамагнитные расплывающиеся на воздухе оранжево-желтые ромбические кристаллы. Используют при дублении кож и в электрических элементах.

12. Дихромат калия K₂Cr₂O₇. Оранжевые триклинные кристаллы. Применяют при дублении кож, в производстве спичек и в качестве окислителя в химической лаборатории.

Задания по теме: «Химия хрома»: