Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Общая и неорганическая химия. Часть 2. Лабораторный практикум с использованием микрохимического оборудования по дисциплине «Общая и неорганическая хим
.pdf
А молибден и вольфрам – восстановлением их оксидов водородом.
Газофазным методом получают вольфрам при взаимодействии
галогенидов вольфрама с водородом при высокой температуре.
MoS2 + HNO3 = MoO3 + SO2 + NO + H2O
MoO3 + C =t Mo + H2O
CaWO4 + HNO3 = WO3 + H2O + Ca(NO3)
2
WO3 + C = W + CO
Для металлургии хром получают в виде сплава с железом
восстановлением хромистого железняка углем в электрической печи:
Fe(CrO2)2 + 4C = Fe + 2Cr + 4CO
Соединения Сr (0), Mo (0), W (0). Нулевая степень окисления
проявляется в соединениях с δ-донорными и π-акцепторными
лигандами, например, с молекулами СО. Для хрома и его аналогов
известны гексакарбонилы Э(СО)
. Термическим разложением
6
карбонилов получают чистейшие металлы.
Соединения Cr (II). Для хрома в степени окисления +2 характерно
координационное число 6. Соединения хрома +2 – сильные
восстановители. Бинарные соединения хрома (II), а также Cr(ОН)2
проявляют практически лишь основные свойства. Соединения хрома
(II) получают восстановлением соединений хрома (III).
Соединения Cr (III). Для хрома степень окисления +3 является
наиболее устойчивой. Координационное число хрома (III) равно 6, его
структурные единицы имеют форму октаэдра.
Оксид хрома Cr2О3 – тугоплавок, химически инертен. В воде,
кислотах и щелочах не растворяется. Его амфотерная природа
проявляется при сплавлении с соответствующими соединениями:
3K2S2O7 = 3K2SO4 + 3SO3
Cr2O3 + 3SO3 = Cr2(SO4)3
Cr2O3 + 3K2S2O7 = Cr2(SO4)3 + 3K2SO4
При сплавлении же Cr2О3 со щелочами и соответствующими
основными оксидами образуются оксохроматы, называемые
хромитами:
2KOH + Cr
Осаждается из растворов серо-голубой гидроксид Cr(OH)3:
Cr
+3
= 2KCrO2 + H2O
2O3
+ 3OH- = Cr(OH)3
81
Его состав и структура зависят от условий получения.
Свежеполученный Cr(OH)3 – аморфный осадок. Хорошо растворяется
в присутствии кислот и щелочей, которые вызывают разрыв связей в
полимере:
Cr(OH)3 + 3OH
+
= [Cr(OH2)6]
3
+3
Cr(OH)3 + 3OH = [Cr(OH)6]3-
В растворе соли хрома (III) в большей степени гидролизуются.
В случае получения в водном растворе по обменным реакциям
Cr2S3 или Cr2(CO3)3 вследствие гидролиза выделяется гидроксид:
2Cr
+3
+ CO
2-
+ 3H2O = 2Cr(OH)3 + 3CO2
3
Производные анионных комплексов хрома +3 – хроматы (III)
весьма разнообразны:
3KOH + Cr(OH)3 = K3[Cr(OH)6]
3KCl + CrCl
= K3[CrCl6]
3
Соединения Cr (VI), Mo (VI), W (VI). Степень окисления +6
хрома, молибдена и вольфрама проявляется в галогенидах,
оксогалогенидах, оксидах и отвечающих им анионных комплексах.
Для хрома (VI) характерно координационное число 4, что отвечает
тетраэдрическому строению его анионных комплексов и структурных
единиц. Координационное число молибдена (VI) и вольфрама (VI)
разнообразнее; относительно более устойчивы 4 и 6.
В ряду однотипных Cr (VI) – Mo (VI) – W (VI) устойчивость
заметно повышается. Для хрома относительно устойчивы лишь оксид
Cr2O3 и оксогалогениды CrO2Cl2 и CrO2F2. Для молибдена (VI) и
вольфрама (VI) характерны, кроме того, фториды ЭF6,
оксогалогениды ЭОHal4, сульфиды ЭS3.
Триоксиды – кристаллические вещества: CrO3 – темно-красный,
MoO3 – белый и WO3 – желтый. При нагревании CrO3 довольно легко
разлагается, выделяя кислород, а MoO3 и WO3 в газовую фазу
переходят без разложения. Триоксид хрома – энергичный окислитель.
Со многими окисляющими веществами он реагирует со взрывом.
Триоксид хрома в отличие от MoO3 и WO3 легко растворяется в
воде, образуя хромовую кислоту, т.е. является кислотным оксидом:
O + CrO3 = H2CrO4
H
2
Кислотная природа проявляется при растворении в щелочах:
2
KOH + ЭO3 = K2ЭO4 + H2O
82
Полихроматы образуются при действии кислот на хроматы.
Соединения хрома (VI) – сильные окислители, переходят в
окислительно-восстановительных процессах в производные хрома
(III). В нейтральной среде образуется гидроксид хрома (III):
в кислой – производные катионного комплекса [Cr(OH2)6]3+:
в щелочной – производные анионного комплекса [Cr(OH2)6]3-:
2Cr2O
2-
Cr2O
+ 3(NH4)2S + H2O = 2Cr(OH)3 + 3S + 6NH3 + 2OH-
7
2-
Cr2O
2-
+ 3(NH4)2S + 2OH- + 2H2O = 2[Cr(OH)6]3- + 3S + 6NH3
4
+ 3SO
7
2-
+ 8H+ = 2Cr+3 + 3SO
3
2-
+ 4H2O
4
Наибольшая окислительная активность оксохроматов (VI)
наблюдается в кислой среде:
Cr2O
2-
+ 14H+ + 6ē = 2Cr+3 + 7H2O
7
Из производных хрома и его аналогов применяются главным
образом соединения самого хрома: Cr
– для приготовления красок
2О3
и как катализатор, СrО3 – для электролитического получения хрома и
хромированных изделий.
Контрольные вопросы.
1. История открытия элементов. Природные соединения.
Принципы получения простых веществ. Применение.
2. Характеристики атомов d-элементов VI группы, простых
веществ, соединений.
3. Физические и химические свойства простых веществ
4. Свойства соединений d-элементов VI группы с различными
степенями окисления.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №16(А)
НАЗВАНИЕ: « СТЕХИОМЕТРИЯ РЕАКЦИИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ
ХРОМАТА КАЛИЯ И ХЛОРИДА БАРИЯ»
Подготовка к работе.
Оборудование. Поддон, 2 тонкие пипетки, микрошпатель,
измерительная линейка, пластиковый контейнер.
Реактивы: Раствор хромата калия 0,5M K2CrO4, раствор хлорида
бария 0,5M BaCl2.
Внимание! Пластиковый контейнер должен быть достаточно
большой, чтобы в него поместился поддон (например, 2х-литровая
емкость от мороженого).
83
Порядок работы.
1. В ячейку А1 пипеткой поместите 9 капель раствора хлорида
бария. В соответствии с таблицей 1 наполните ячейки А2, А3, А4 и
А5. Таблица 1
Ячейка А1 А2 А3 А4 А5
Количество капель
BaCl
2
9 7 5 3 1
2. В ячейку А1 второй пипеткой поместите одну каплю раствора
хромата калия так, чтобы общее количество капель в ячейке составило
10.
3. В соответствии с таблицей 2 добавьте по каплям раствор K
CrO4
2
в остальные ячейки: Таблица 2
Ячейка А1 А2 А3 А4 А5
Количество капель
K2CrO
4
1 3 5 7 9
4. Смешайте компоненты в каждой ячейке.
5. Наполните пластиковый контейнер на 1,5 см кипящей водой.
Опустите поддон в воду на 5 минут (вода не должна покрывать
поддон!).
Внимание! Если нет кипящей воды, опыт все равно нужно
выполнить. Размешав растворы в каждой ячейке, подождите 10
минут, чтобы выделился осадок.
6. Уберите поддон из контейнера и подождите еще 5 минут.
7. Через 5 минут линейкой измерьте примерную высоту осадка в
каждой ячейке. Изучите внешний вид осадка, поднеся к источнику
света.
8. Промойте поддон проточной водой и высушите.
Вопросы.
В.1 Отметьте окраску раствора хлорида бария.
В.2 Отметьте окраску раствора хромата калия.
В.3 Опишите, что происходит в ячейке А1 после добавления капли
раствора K
CrO4.
2
В.4 Заполните таблицу 3:
84
Таблица 3
Ячейка Количество
капель BaCl2
Количество
капель K2CrO4
Высота
осадка (мм)
10 0 0,0
А1 9 1
А2 7 3
А3 5 5
А4 3 7
А5 1 9
0 10 0,0
В.5 Постройте график зависимости высоты осадка от объемов
реагентов. По оси Y отложите высоту осадка (мм). По оси Х – объемы
растворов (от 0 до 10 капель с интервалом в одну каплю) и хромата
калия (от 10 до 0 капель с интервалом в одну каплю). Цена деления на
оси Х – 0,5 см соответствует 0,1 мл раствора, а на оси Y – 1,0 см
соответствует изменению температуры на 1,0
0
С.
В.6 Прочертите первую прямую линию через точки от 0 и точки,
соответствующие количеству капель хлорида бария. Затем постройте
вторую прямую линию через точку 10 капель хлорида бария и точки,
соответствующие количеству капель, при которых была отмечена
максимальная высота осадка. Там, где две прямые пересекаются –
максимальная точка на графике (то есть точка, в которой самая
большая высота осадка). Проведите перпендикуляр из этой точки на
ось Х и запишите значения количества капель растворов BaCl2 и
K2CrO4, при которых перпендикуляр пересекает ось.
В.7 Определите, что является причиной образования осадка при
смешивании растворов хлорида бария и хромата калия.
В.8 Объясните, почему высота осадка при 0 капель и при 10 каплях
хлорида бария – 0 мм.
В.9 Поясните, почему высота осадка изменяется при изменении
соотношения K2CrO4: BaCl2.
В.10 Рассчитайте соотношение объемов (V1/V2), соответствующее
максимальной высоте осадка и молярное соотношение, при котором
хлорид бария реагирует с хроматом калия.
В.11 Подтвердите свой ответ на вопрос.
85
В.12 Напишите уравнение химической реакции между хлоридом
бария и хроматом калия.
В.13 Каким будет молярное соотношение (см. вопрос 10), если
удвоить концентрацию растворов и хлорида бария, и хромата калия?
Поясните свой ответ.
В.14 Опишите внешний вид растворов над осадками в емкостях А1
и А2.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №16(Б)
НАЗВАНИЕ: «ВЛИЯНИЕ СРЕДЫ НА РАВНОВЕСИЕ
ХРОМАТ/ДИХРОМАТ»
Когда дихромат растворяется в воде, дихромат-ионы реагируют с
молекулами воды. Так как в растворе одновременно присутствуют
дихромат-ионы (Cr
(Н+), то в нормальных условиях в растворе существует равновесие:
2-
), хромат-ионы (CrO
2O7
2-
Cr2O
+ H2O ↔ 2CrO
7
2-
) и катионы водорода
4
2-
4
+ 2H
+
При различных уровнях рН в растворе преобладают или хромат-,
или дихромат-ионы. Так как эти ионы придают раствору различную
окраску, по ней можно определить, какие ионы преобладают в
растворе.
Подготовка к работе.
Оборудование. Поддон, 3 тонкие пипетки, микрошпатель.
Реактивы. Порошок дихромата калия K2Cr2O7, раствор азотной
кислоты 6M HNO3, раствор гидроксида натрия 5,5М NaOH.
Порядок работы.
1. В ячейки А1 и А2 узким концом микрошпателя поместите
небольшое количество порошка дихромата калия. Не насыпайте
много, иначе он не растворится.
2. В ячейки А1 и А2 внесите пипеткой по 5 капель воды.
Микрошпателем размешайте содержимое ячеек до растворения
кристаллов.
3. В ячейку А2 внесите пипеткой по каплям раствор гидроксида
натрия, пока раствор не поменяет окраску. После каждой капли
перемешивайте раствор.
. В ячейку А1 добавьте аналогичное количество капель воды.
4
5. Подождите около 30 секунд.
86
6. В ячейку А2 добавьте по каплям раствор азотной кислоты, до
изменения окраски раствора.
7. Перемешивайте раствор микрошпателем после добавления
каждой капли.
8. В ячейку А1 добавьте тоже количество капель воды, что и
раствора азотной кислоты.
Промойте поддон проточной водой.
Вопросы.
В.1 Опишите, какую окраску имеет кристаллический дихромат
калия.
В.2 Опишите, какую окраску имеют растворы в ячейках А1 и А2.
В.3 Докажите, какой ион в растворе придает ему описанную
окраску.
В.4 Укажите, сколько капель раствора гидроксида натрия
требуется, чтобы изменить окраску раствора.
В.5 Опишите изменение окраски раствора в ячейке А2.
В.6 Укажите, какой ион в растворе придает ему другую окраску.
В.7 Укажите, сколько капель раствора азотной кислоты
потребовалось, чтобы раствор поменял окраску.
В.8 Опишите изменение окраски раствора в ячейке А2.
В.9 Укажите, какой ион в растворе придает ему другую окраску.
В.10 Объясните, почему добавление раствора гидроксида натрия в
раствор дихромата калия вызвало изменение окраски раствора.
В.11 Объясните, почему добавление азотной кислоты в раствор,
содержащий ионы хрома, вызвало изменение окраски раствора.
В.12 Укажите окраску продуктов данной химической реакции:
2-
r2O
C
+ H2O ↔ 2CrO
7
2-
+ 2H+
4
В.13 Вам даны следующие реагенты:
Раствор азотной кислоты HNO3;
Хлорид натрия NaCl(т);
Гидроксид калия КОН(т).
Предложите, какое из этих веществ нужно добавить к оранжевому
раствору дихромата калия, чтобы сделать раствор жёлтым.
В.14 Поясните свой ответ на вопрос 13.
В.15 Докажите, как влияет среда на равновесие в системе хромат /
дихромат.
87
Примеры решения задач.
моль
гг/
100
1. Напишите уравнения реакций, описывающих превращение
Сr+6 → Сr+3 а) в кислой; б) в щелочной среде.
Решение:
а) В кислой среде хром со степенью окисления +6 существует в
виде дихромат-иона Сr2О
полуреакции восстановления хрома в кислой среде имеет вид:
Сr2О
2-
, а Сr+3 - в виде соли хрома (III). Уравнение
7
2-
+ 14Н+ + 6ē→ 2Сr3+ + 7Н2О.
7
В качестве восстановителя можно выбрать SО2:
К2Сr2О7 + 3SО2 + Н2SО4 = К2SО4 + Сr2(SО4)3 + Н2О.
б) В щелочной среде хром со степенью окисления +6 существует в
виде хромат-иона CrО
2-
, а Сr+3 существует в виде гидроксида Сr(ОН)3
4
или хромит-ионов [Сr(ОН)6]3- или [Сr(ОН)4]-. Полуреакция
восстановления в избытке щелочи описывается уравнением:
2-
rO
+ 4Н2О + 3ē → [Сr(ОН)6]3- + 2ОН-.
C
4
В качестве восстановителя можно выбрать КNО2:
2К2СrО4 + 3КNО2 + 2КОН + 5Н2О = 3КNО3 + 2К3[Сr(ОН)6].
2. Оксид хрома (VI) массой 5 г вступил в реакцию с аммиаком
объемом 2,24 л (нормальные условия). Полученный твердый
продукт сплавили с избытком гидроксида натрия, а затем
подействовали на реакционную смесь избытком раствора серной
кислоты. Какую массу кристаллогидрата Cr2(SO4)3 ·18H2O можно
выделить из полученного раствора?
Решение:
Записываем уравнение реакции между оксидом хрома (VI) и
аммиаком:
2CrO3 + 2NH3 = Cr2O3 + N2 + 3H2O (а)
Находим количество вещества оксида хрома (VI) и аммиака,
которые взяты для реакции:
ν(CrO3) =
ν(NH
) =
3
)(
CrOm
3
, ν(CrO3) =
)(
CrOM
3
NHV )(
3
, ν(NH3) =
V
m
5
24,2
= 0,05 моль.
= 0,1 моль.
мольлл/4,22
Отсюда видно, что аммиак взят в избытке.
88
При сплавлении твердого продукта реакции Cr2O3 со щелочью
2
2
2
моль
гг/
224
протекает реакция:
Cr2O
+ 2NaOH = 2NaCrO2 + H2O (б)
3
При добавлении к полученному веществу избытка серной кислоты
образуется сульфат хрома (III):
2NaCrO
+ 4H2SO4 = Cr2(SO4)3 + Na2SO4 + 4H2O (в)
2
Из уравнения (а) следует:
ν(Cr2O3) =
1
ν(CrO3); ν(Cr2O3) =
1
· 0,05 = 0,025 моль.
На основании уравнений реакций (б) и (в) записываем:
ν(NaCrO2) = 2·ν(Cr2O3); ν(Cr2(SO4)3) =
1
ν(NaCrO2);
следовательно,
ν(Cr2(SO4)3) = ν(Cr2O3) = 0,025 моль.
Количество вещества кристаллогидрата сульфата хрома (III),
который может быть выделен из раствора, равно количеству вещества,
полученного сульфата хрома, т.е.
ν(Cr2(SO4)3 ·18H2O) = ν(Cr2(SO4)3) = 0,025 моль.
Находим массу кристаллогидрата:
m(Cr2(SO4)3 ·18H2O) = ν(Cr2(SO4)3 ·18H2O) · M(Cr2(SO4)3 ·18H2O)
m(Cr2(SO4)3 ·18H2O) = 0,025 моль · 716 г/моль = 17,9 г.
Ответ: 17,9 г.
3. Сплав железа с хромом – феррохром – получают
восстановлением хромистого железняка Fe(CrO2)2. Определите
массовые доли металлов в полученном сплаве, учитывая, что
соединения железа и хрома, входящие в состав руды,
восстанавливаются полностью, а сплав содержит углерод и другие
примеси, массовая доля которых равна 5%.
Решение:
Выбираем для расчетов образец хромистого железняка Fe(CrO2)2
массой 100 г, т.е. m(Fe(CrO2)2) = 100 г. Определяем количество
вещества хромистого железняка:
ν(Fe(CrO
2)2
) =
CrOFem
CrOFeM
))((
22
; ν(Fe(CrO2)2) =
))((
22
100
= 0,4464 моль.
Из формулы хромистого железняка следует:
89
ν(Fe) = ν(Fe(CrO2)2); ν(Fe) = 0,4464 моль;
+
+
ν(Cr) = 2ν(Fe(CrO2)2); ν(Cr) = 2 · 0,4464 моль = 0,8928 моль.
Массы железа и хрома, которые могут быть получены, составляют:
m(Fe) = ν(Fe) · M(Fe) = 0,4464 моль · 56 г/моль = 25 г;
m(Cr) = ν(Cr) · M(Cr) = 0,8929 моль · 52 г/моль = 46,43 г.
Массовая доля железа и хрома в сплаве составляет:
ω(Cr) + ω(Fe) = 1 – ω(примесей) = 1 – 0,05 = 0,95.
Находим массу сплава, который будет получен:
m(сплава) =
CrmFem
=
)()(
CrFe
ωω
+
43,4525
95,0
= 75,19 г.
)()(
Определяем массовые доли железа и хрома в полученном
феррохроме:
ω(Fe) =
ω(Cr) =
Fem
Crm
25
=
)()(сплаваm
=
)()(сплаваm
= 0.3325 или 33,25 %.
гг19,75
43,46
= 0,6175 или 61,75 %.
гг19,75
Ответ: 33,25 %, 61,75 %.
Задачи.
1. Укажите, какие реакции соответствуют растворению хрома в
соляной кислоте:
1) Cr + 6HCl + 4H2O → H2CrO
2) 2Cr + 4HCl → 2CrCl
3) Cr + 2HCl → CrCl
3
+ H2
2
+ 3H2
4) 2Cr + 6HCl + 0,5O2 → 2CrCl
+ 2H
3
+ 3Cl
4
+ H2O
2
+ 6H2
2
2. Отметьте, какие элементы служат восстановителями в реакции
Cr2S
+ KNO
3
+ Na2CO3 → K2CrO
3
+ NO + CO
4
+ Na2SO4
2
1) Na, C
2) Cr, N
3) Cr, S
4) S, N
3.Укажите, какие из приведенных окислительно-
восстановительных реакций относятся к реакциям
диспропорционирования:
1) (NH
2) Cl
)Cr2O
4
+ H2O → HCl + HClO
2
→ Cr2O
7
+ 4H2O + N2
3
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]