Хром - общая характеристика металла

Химические свойства

Соединения хрома (II)

Соединения хрома (III)

Соединения хрома (VI)

Применение

Положение в периодической таблице

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— твёрдый металл голубовато-белого цвета. Название хрома связано с его способностью образовывать окрашенные соединения. «Хром» по-гречески значит «цвет». Очень твердый. На воздухе покрыт прочной пленкой оксида.

Химические свойстваХром при обычных условиях – инертный металл, при нагревании становится довольно активным.

1) С неметаллами

При обычных условиях хром реагирует только со фтором. При высоких температурах (выше 600°C) взаимодействует с кислородом, галогенами, азотом, кремнием, бором, серой, фосфором.

4Cr + 3O2 –t°→ 2Cr2O3

2Cr + 3Cl2 –t° → 2CrCl3

2Cr + N2 –t°→ 2CrN

2Cr + 3S –t°→ Cr2S3

2) В раскалённом состоянии реагирует с парами воды:

2Cr + 3H2O → Cr2O3 + 3H2

3) С кислотами:

Хром растворяется в разбавленных сильных кислотах (HCl, H2SO4)

В отсутствии воздуха образуются соли Cr2+, а на воздухе – соли Cr3+.

Cr + 2HCl → CrCl2 + H2

2Cr + 6HCl + O2 → 2CrCl3 + 2H2O + H2

Химические свойства4) С кислотами – окислителями:

Концентрированная азотная и серная кислоты пассивируют хром (наличие защитной окисидной плёнки). 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

Реагирует с щелочными расплавами окислителей, например хлоратом калия, при

этом хром переходит в хромат калия:

Cr + KClO3 + 2KOH → K2CrO4 + KCl + H2O.

Восстановление металлов из оксидов и солей

Хром – активный металл, способен вытеснять металлы из растворов их солей:

2Cr + 3CuCl2 → 2CrCl3 + 3Cu.

Соединения двухвалентного хрома

Оксид хрома (II) и гидроксид хрома (II) имеют основной характер. Соединения хрома (II) - сильные восстановители; переходят в соединения хрома (III) под действием кислорода воздуха.

Оксид хрома (II) CrO – кристаллическое вещество красного или черного цвета, при обычной температуре устойчив на воздухе, выше 100°С окисляется:

4CrO + O2 = 2Cr2O3.

Гидроксид хрома (II) Cr(OH)2 – вещество коричневого или желтого цвета, плохо растворяется в воде, проявляет основные свойства, реагирует с кислотами, образуя соли хрома (II) синего цвета:

Cr(OH)2 + 2HCl → CrCl2 + 2H2O

4Cr(OH)2 + O2 + 2H2O → 4Cr(OH)3

Все соли хрома (II) – сильные восстановители:

2CrCl2 + 2HCl → 2CrCl3 + H2

4CrCl2 + O2 + 4HCl → 4CrCl3 + 2H2O

Соединения хрома

Соединения трёхвалентного хрома

Оксид хрома (III) Cr2O3 – зелёный, нерастворимый в воде порошок.

Химически инертен. В воде, кислотах и щелочах не растворяется. С трудом растворяется в сильных кислотах при длительном нагревании.

Может быть получен при прокаливании гидроксида хрома (III) или дихроматов калия и аммония:

2Cr(OH)3 –t°→ Cr2O3 + 3H2O

4K2Cr2O7 –t°→ 2Cr2O3 + 4K2CrO4 + 3O2

(NH4)2Cr2O7 –t°→ Cr2O3 + N2+ 4H2O

Амфотерный оксид. При сплавлении Cr2O3 со щелочами, содой и кислыми солями получаются соединения хрома со степенью окисления (+3) :

Cr2O3 + 2NaOH → 2NaCrO2(хромит) + H2O

Cr2O3 + Na2CO3 → 2NaCrO2 + CO2

Cr2O3 + 3K2S2O7 → Cr2(SO4)3 + 3K2SO4

При сплавлении со смесью щёлочи и окислителя получают соединения хрома в степени окисления (+6) - хроматы:

2Cr2O3 + 4KOH + KClO3 → 2KCrO4+ KCl + 2H2O

Гидроксид хрома (III) Cr(OH)3 - нерастворимое в воде вещество серо-зелёного цвета.

Образуется при действии щелочей или водного раствора аммиака на растворы солей хрома:

Cr2(SO4)3 + 6NaOH → 2Cr(OH)3↓ + 3Na2SO4

CrCl3 + 3NH3 + 3H2O = Cr(OH)3 ↓ + 3NH4Cl

или при пропускании углекислого газа через щелочной раствор гексагидроксохромата (III) натрия:

Na3[Cr(OH)6] + 3СО2 = Cr(OH)3 + 3NaHCO3.

Обладает амфотерными свойствами - растворяется как в кислотах, так и в щелочах:

2Cr(OH)3 + 3H2SO4 → Cr2(SO4)3 + 6H2O

Cr(OH)3 + KOH → K[Cr(OH)4]

или при сплавлении Cr(OH)3 + KOH →KCrO2+2H2O

Соли хрома (III) имеют фиолетовую или тёмно-зелёную окраску.

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.

Соединения Cr (III) могут проявлять и окислительные, и восстановительные свойства:

Cr3+ – восстановитель

2Cr+3Cl3 + 16NaOH + 3Br2 → 2Na2Cr+6O4+6NaBr + 6NaCl + 8H2O

2CrCl3 + 3H2O2 + 10 KOH = 2K2CrO4 + 6KCl + 8H2O

Cr3+ – окислитель

Zn + 2Cr+3Cl3 → 2Cr+2Cl2 + ZnCl2

2CrCl3 + 3Zn + 4HCl = 2CrCl2 + 3ZnCl2 + 2H2

Соединения шестивалентного хрома

Оксид хрома (VI) CrO3 - ярко-красные кристаллы, растворимые в воде.

Очень сильный окислитель. Проявляет кислотные свойства.

Растворяется в воде, образуя хромовые кислоты:

CrO3 + H2O = H2CrO4,

2CrO3 + H2O = H2Cr2O7.

В растворе хромовых кислот существует равновесие:

2H2CrO4 = H2Cr2O7 + H2O.

При разбавлении раствора равновесие смещается в сторону образования

хромовой кислоты.

Реагирует с основными оксидами и основаниями:

CrO3 + BaO = BaCrO4,

CrO3 + 2NaOH = Na2CrO4 + H2O

Оксид хрома (VI) – очень сильный окислитель, окисляет фосфор, углерод и

серу, многие органические вещества, например:

4CrO3 + 3C = 2Cr2O3 + 3CO2;

4CrO3 + C2H5OH + 6H2SO4 = 2Cr2(SO4)3 + 2CO2 + 9H2O.

Получают из хромата (или дихромата) калия и H2SO4(конц.).

K2CrO4 + H2SO4 → CrO3 + K2SO4 + H2O

K2Cr2O7 + H2SO4 → 2CrO3 + K2SO4 + H2O

2CrO42- + 2H+ ––––––––––––

––––––––––––→ Cr2O72- + H2O

Соединения шестивалентного хрома

В кислой среде желтые хроматы превращаются в оранжевые дихроматы Cr2O72-:

2K2CrO4 + H2SO4 → K2Cr2O7 + K2SO4 + H2O

В щелочной среде эта реакция протекает в обратном направлении:

K2Cr2O7 + 2KOH → 2K2CrO4 + H2O

Соли хрома (VI) – сильные окислителиВосстанавливаются до соединений хрома (III).

В нейтральной среде образуется гидроксид хрома (III):

K2Cr2O7 + 3(NH4)2S + H2O = 2Cr(OH)3 + 3S + 6NH3 + 2KOH

В щелочной среде – комплекс [Cr(OH)6]3-:

2K2CrO4 + 3(NH4)2S + 2KOH + 2H2O = 2K3[Cr(OH)6] + 3S + 6NH3.

В кислой среде - соли хрома (III):

K2Cr2O7 + 3K2SO3 + 4H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 4K2SO4 + 4H2O;

K2Cr2O7 + 3NaNO2 + 4H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 3NaNO3 + K2SO4 + 4H2O

K2Cr2O7 + 6KI + 7H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 3I2 + 4K2SO4 + 7H2O

K2Cr2O7 + 6FeSO4 + 7H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 3Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O

Применение хрома и его соединений

• Хром используется в качестве легирующей добавки в различных сортах сталей. Хром придает сталям твердость и прочность. Из хромсодержащих сталей изготавливают лопатки газовых турбин и детали реактивных двигателей. Применяется для хромирования изделий.

• Оксид хрома (II) применяется в качестве адсорбента для очистки углеводородов от кислорода.

• Оксид хрома (III) служит пигментом лаков и красок, применяется в качестве абразивного материала.

• Дихромат калия используется в качестве окислителя в органическом синтезе, протравы при крашении, компонентов состава для спичек, ингибиторов коррозии металлов и сплавов.

• Хромкалиевые квасцы применяют для дубления кож.