УЧЕБНИКИ. ПОСОБИЯ

Пособие-репетитор по химии

Продолжение. Cм. в № 22/2005; 1, 2, 3, 5, 6, 8, 9, 11, 13, 15, 16, 18, 22/2006;
3, 4, 7, 10, 11, 21/2007;
2, 7, 11, 18/2008

ЗАНЯТИЕ 25

10-й класс (первый год обучения)

Хром и его соединения

П л а н

1. Положение в таблице Д.И.Менделеева, строение атома.

2. Происхождение названия.

3. Физические свойства.

4. Химические свойства.

5. Нахождение в природе.

6. Основные методы получения.

7. Важнейшие соединения хрома:

а) оксид и гидроксид хрома(II);

б) оксид и гидроксид хрома(III), их амфотерные свойства;

в) оксид хрома(VI), хромовая и дихромовая кислота, хроматы и дихроматы.

9. Окислительно-восстановительные свойства соединений хрома.

Хром расположен в побочной подгруппе VI группы таблицы Д.И.Менделеева. При составлении электронной формулы хрома необходимо вспомнить, что в связи с большей устойчивостью конфигурации 3d⁵ у атома хрома наблюдается проскок электрона и электронная формула имеет вид: 1s²2s²p⁶3s²p⁶4s¹3d⁵. В соединениях хром может проявлять степени окисления +2, +3 и +6 (степень окисления +3 является наиболее устойчивой):

Хром получил свое название от греческого слова chroma (цвет, краска) из-за яркой разнообразной окраски его соединений.

Хром – белый блестящий металл, очень твердый, хрупкий, тугоплавкий. Устойчив к коррозии. На воздухе покрывается оксидной пленкой, из-за чего поверхность становится матовой.

Х и м и ч е с к и е с в о й с т в а

При обычных условиях хром – неактивный металл и реагирует только со фтором. Но при нагревании оксидная пленка хрома разрушается, и хром реагирует со многими простыми и сложными веществами (аналогично Al).

Н₂ (–).

О₂ (+):

4Cr + 3O₂2Cr₂O₃.

Металлы (–).

Неметаллы (+):

2Cr + 3Cl₂2CrCl₃,

2Cr + 3F₂ = 2CrF₃,

2Cr + 3SCr₂S₃,

2Cr + N₂2CrN.

Н₂О (+/–):*

2Cr + 3H₂O (пар)Cr₂O₃ + 3H₂.

Основные оксиды (–).

Кислотные оксиды (–).

Основания (+/–):

2Cr + 6NaOH + 6H₂O = 2Na₃[Cr(OH)₆] + 3H₂.

Кислоты-неокислители (+).

Cr + 2HCl = CrCl₂ + H₂.

Кислоты-окислители (–). Пассивация.

Соли (+/–):

2Cr + 3CuSO₄ = Cr₂(SO₄)₃ + 3Cu,

Cr + CaCl₂ нет реакции.

В п р и р о д е элемент хром представлен четырьмя изотопами с массовыми числами 50, 52, 53 и 54. В природе хром встречается только в виде соединений, важнейшими из которых являются хромистый железняк, или хромит (FeOжCr₂O₃) и свинцовая красная руда (PbCrO₄).

Металлический хром получают: 1) из его оксида с помощью алюмотермии:

Cr₂O₃ + 2Al 2Cr + Al₂O₃,

2) электролизом водных растворов или расплавов его солей:

Из хромистого железняка в промышленности получают сплав железа с хромом – феррохром, широко используемый в металлургии:

FeO•Cr₂O₃ + 4CFe + 2Cr + 4CO.

В а ж н е й ш и е с о е д и н е н и я х р о м а

Хром образует три оксида и соответствующих им гидроксида, характер которых закономерно изменяется с увеличением степени окисления хрома:

Оксид хрома(II) (CrO) – твердое, не растворимое при обычных условиях в воде вещество ярко-красного или коричнево-красного цвета, типичный основной оксид. Оксид хрома(II) легко окисляется на воздухе при нагревании, восстанавливается до чистого хрома.

CrO + 2HCl = CrCl₂ + H₂O,

4CrO + O₂2Сr₂O₃,

CrO + H₂Сr + H₂O.

Получают оксид хрома(II) прямым окислением хрома:

2Cr + O₂2СrO.

Гидроксид хрома(II) (Cr(OH)₂) – нерастворимое в воде вещество желтого цвета, слабый электролит, проявляет основные свойства, хорошо растворяется в концентрированных кислотах; легко окисляется в присутствии влаги кислородом воздуха; при прокаливании на воздухе разлагается с образованием оксида хрома(III):

Cr(OH)₂ + 2HCl = CrCl₂ + 2H₂O,

4Cr(OH)₂ + O₂+ 2H₂O = 4Cr(OH)₃,

4Cr(OH)₂ + O₂2Сr₂O₃ + 4H₂O.

Получают гидроксид хрома(II) реакцией обмена между солью хрома(II) и раствором щелочи в отсутствие кислорода:

CrCl₂ + 2NaOH = Cr(OH)₂ + 2NaCl.

Оксид хрома(III) (Cr₂O₃) проявляет амфотерные свойства. Это тугоплавкий (по твердости сравним с корундом) порошок зеленого цвета, не растворяется в воде. Канцероген! Получают его при разложении дихромата аммония, гидроксида хрома(III), восстановлением дихромата калия или прямым окислением хрома:

(NH₄)₂Cr₂O₇N₂ + Cr₂O₃ + 4H₂O,

2Cr(OH)₃Cr₂O₃ + 3H₂O,

2K₂Cr₂O₇ + 3С2Cr₂O₃ + 2K₂CO₃ + СO₂,

4Cr + 3O₂2Cr₂O₃.

При обычных условиях оксид хрома(III) плохо растворяется в кислотах и щелочах; амфотерные свойства он проявляет при сплавлении со щелочами или с карбонатами щелочных металлов (образуя хромиты); при высоких температурах оксид хрома(III) можно восстановить до чистого металла:

Cr₂O₃ + 2KOH 2KCrO₂ + H₂O,

Cr₂O₃ + Na₂CO₃ 2NaCrO₂ + CO₂,

Cr₂O₃ + 6HCl = 2CrCl₃ + 3H₂O,

2Cr₂O₃ + 3С4Cr + 3СO₂.

Гидроксид хрома(III) (Cr(OH)₃) осаждается при действии щелочей на соли трехвалентного хрома (серо-зеленый осадок):

CrCl₃ + 3NaOH (недостаток) = Сr(OH)₃ + 3NaCl.

Он проявляет амфотерные свойства, растворяясь как в кислотах, так и в избытке щелочей; термически неустойчив:

Cr(OH)₃ + 3HCl = CrCl₃ + 3H₂O,

Cr(OH)₃ + 3KOH = K₃[Cr(OH)₆],

Cr(OH)₃ + KOH KCrO₂ + 2H₂O,

2Cr(OH)₃Cr₂O₃ + 3H₂O.

Оксид хрома(VI) (CrO₃) – кристаллическое вещество темно-красного цвета, ядовит, проявляет кислотные свойства. Хорошо растворим в воде, при растворении этого оксида в воде образуются хромовые кислоты; как кислотный оксид CrO₃ взаимодействует с основными оксидами и со щелочами; термически неустойчив; является сильнейшим окислителем:

CrO₃ + H₂O =

2CrO₃ + H₂O =

CrO₃ + K₂OK₂CrO₄,

CrO₃ + 2NaOH = Na₂CrO₄ + H₂O,

4CrO₃2Cr₂O₃ + 3O₂,

Получают этот оксид взаимодействием сухих хроматов и дихроматов с концентрированной серной кислотой:

K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄(конц.)2CrO₃ + K₂SO₄+ H₂O,

K₂CrO₄ + H₂SO₄(конц.)CrO₃ + K₂SO₄+ H₂O.

Хромовая и дихромовая кислоты существуют только в водных растворах, но образуют устойчивые соли – хроматы и дихроматы. Хроматы и их растворы имеют желтую окраску, а дихроматы – оранжевую. Хромат-ионы и дихромат-ионы легко переходят друг в друга при изменении среды раствора. В кислой среде хроматы переходят в дихроматы, раствор приобретает оранжевую окраску; в щелочной среде дихроматы переходят в хроматы, раствор становится желтым:

2K₂CrO₄ + H₂SO₄ )K₂Cr₂O₇+ K₂SO₄+ H₂O,

K₂Cr₂O₇ + 2KOH )2K₂CrO₄+ H₂O.

Ион устойчив в щелочной среде, а – в кислой.

О к и с л и т е л ь н о–в о с с т а н о в и т е л ь н ы е с в о й с т в а
с о е д и н е н и й х р о м а

Из всех соединений хрома наиболее устойчивыми являются соединения со степенью окисления хрома +3. Соединения хрома со степенью окисления +2 являются сильными восстановителями и легко окисляются до +3:

4Cr(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 4Cr(OH)₃,

4CrCl₂ + 4HCl + O₂ = 4CrCl₃ + 2H₂O.

Соединения, содержащие хром в степени окисления +6, являются сильными окислителями, хром при этом восстанавливается от +6 до +3:

K₂Cr₂O₇ + 3H₂S + 4H₂SO₄= 3S + Cr₂(SO₄)₃+ K₂SO₄ + 7H₂O.

Для обнаружения спирта в выдыхаемом воздухе используется реакция, основанная на окислительной способности оксида хрома(VI):

4CrO₃ + 3С₂H₅OH 2Cr₂O₃ + 3CH₃COOH + 3H₂O.

Раствор дихромата калия в концентрированной серной кислоте называют хромовой смесью и используют для очистки химической посуды.

Тест по теме «Хром и его соединения»

1. Некоторый элемент образует все три типа оксидов (основный, амфотерный и кислотный). Степень окисления элемента в амфотерном оксиде будет:

а) минимальной;

б) максимальной;

в) промежуточной между минимальной и максимальной;

г) может быть любой.

2. При взаимодействии свежеприготовленного осадка гидроксида хрома(III) с избытком раствора щелочи образуется:

а) средняя соль; б) основная соль;

в) двойная соль; г) комплексная соль.

3. Общее число электронов на предвнешнем уровне атома хрома составляет:

а) 12; б) 13; в) 1; г) 2.

4. Какой из оксидов металлов относится к кислотным?

а) Оксид меди(II); б) оксид хрома(VI);

в) оксид хрома(III); г) оксид железа(III).

5. Какая масса дихромата калия (в г) необходима для окисления 11,2 г железа в сернокислом растворе?

а) 58,8; б) 14,7; в) 294; г) 29,4.

6. Какую массу воды (в г) необходимо выпарить из 150 г 10%-го раствора хлорида хрома(III) для получения 30%-го раствора этой соли?

а) 100; б) 20; в) 50; г) 40.

7. Молярная концентрация серной кислоты в растворе равна 11,7 моль/л, а плотность раствора составляет 1,62 г/мл. Массовая доля серной кислоты в этом растворе равна (в %):

а) 35,4; б) 98; в) 70,8; г) 11,7.

8. Число атомов кислорода в 19,4 г хромата калия равно:

а) 0,602•10²³; б) 2,408•10²³;

в) 2,78•10²³; г) 6,02•10²³.

9. Лакмус покажет красную окраску в водном растворе (возможно несколько правильных ответов):

а) хлорида хрома(III); б) хлорида хрома(II);

в) хлорида калия; г) соляной кислоты.

10. Переход хромата в дихромат происходит в … среде и сопровождается процессом:

а) кислая, процесс восстановления;

б) кислая, не происходит изменения степеней окисления;

в) щелочная, процесс восстановления;

г) щелочная, не происходит изменения степеней окисления.

Ключ к тесту

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
в	г	б	б	г	а	в	б	а, б, г	б

Качественные задачи по идентификации веществ1. Водный раствор некоторой соли разделили на две части. Одну из них обработали избытком щелочи и нагрели, выделившийся газ изменил цвет красного лакмуса на синий. Другую часть обработали соляной кислотой, выделившийся газ вызвал помутнение известковой воды. Какую соль подвергли анализу? Подтвердите свой ответ уравнениями реакций.

Ответ. Карбонат аммония.

2. При добавлении к водному раствору вещества А (раздельно) аммиака, сульфида натрия и нитрата серебра образуются белые осадки, причем два из них — одинакового состава. Что собой представляет вещество А? Напишите уравнения реакций.

Решение

Вещество А – AlCl₃.

AlCl₃+ 3NH₄OH = Al(OH)₃ + 3NH₄Cl,

2AlCl₃+ 3Na₂S + 6H₂O 2Al(OH)₃ + 3H₂S + 6NaCl,

AlCl₃+ 3AgNO₃ = 3AgCl + Al(NO₃)₃.

Ответ. Хлорид алюминия.

3. При сгорании в присутствии кислорода бесцветного газа А с резким характерным запахом образуется другой газ В, без цвета и запаха, реагирующий при комнатной температуре с литием с образованием твердого вещества С. Идентифицируйте вещества, напишите уравнения реакций.

Решение

Вещество А – NH₃,

вещество В – N₂,

вещество С – Li₃N.

4NH₃+ 3O₂2N₂ + 6H₂O,

N₂ + 6Li = 2Li₃N.

Ответ. NH₃, N₂, Li₃N.

4. Бесцветный газ А с характерным резким запахом реагирует с другим бесцветным газом В, имеющим запах тухлых яиц. В результате реакции образуется простое С и сложное вещество. Вещество С взаимодействует с медью с образованием соли черного цвета. Идентифицируйте вещества, приведите уравнения реакций.

Ответ. SO₂, H₂S, S.

5. Бесцветный газ А с резким характерным запахом, легче воздуха, реагирует с сильной кислотой В, при этом образуется соль С, водный раствор которой не образует осадков ни с хлоридом бария, ни с нитратом серебра. Идентифицируйте вещества, приведите уравнения реакций (один из возможных вариантов).

Ответ. NH₃,HNO₃, NH₄NO₃.

6. Простое вещество А, образованное атомами второго по распространенности элемента земной коры, реагирует при нагревании с оксидом железа(II), в результате чего образуется соединение В, нерастворимое в водных растворах щелочей и кислот (кроме плавиковой). Вещество В при сплавлении с негашеной известью образует нерастворимую соль С. Идентифицируйте вещества, приведите уравнения реакций (один из возможных вариантов).

Ответ. Si, SiO₂, CaSiO₃.

7. Нерастворимое в воде соединение А бурого цвета при нагревании разлагается с образованием двух оксидов, один из которых – вода. Другой оксид В восстанавливается углем с образованием металла С, вторым по распространенности в природе металлом. Идентифицируйте вещества, напишите уравнения реакций.

Ответ. Fe(OH)₃, Fe₂O₃, Fe.

8. Вещество А, входящее в состав одного из самых распространенных минералов, при обработке соляной кислотой образует газ В. При взаимодействии вещества В при нагревании с простым веществом С образуется только одно соединение – горючий газ без цвета и запаха. Идентифицируйте вещества, приведите уравнения реакций.

Ответ. CaCO₃, CO₂, C.

9. Легкий металл А, реагирующий с разбавленной серной кислотой, но не реагирующий на холоде с концентрированной серной кислотой, взаимодействует с раствором гидроксида натрия, при этом образуются газ и соль В. При добавлении к веществу В соляной кислоты образуется соль С. Идентифицируйте вещества, приведите уравнения реакций.

Ответ. Al, NaAlO₂, NaCl.

10. Вещество А представляет собой мягкий, хорошо режущийся ножом серебристо-белый металл, легче воды. При взаимодействии вещества А с простым веществом В образуется соединение С, растворимое в воде с образованием щелочного раствора. При обработке вещества С соляной кислотой выделяется газ с неприятным запахом и образуется соль, окрашивающая пламя горелки в фиолетовый цвет. Идентифицируйте вещества, приведите уравнения реакций.

Ответ. K, S, K₂S.

11. Бесцветный газ А с резким характерным запахом окисляется кислородом в присутствии катализатора в соединение В, представляющее собой летучую жидкость. Вещество В, вступая в реакцию с негашеной известью, образует соль С. Идентифицируйте вещества, приведите уравнения реакций.

Ответ. SO₂, SO₃, CaSO₄.

12. Простое вещество А, жидкое при комнатной температуре, реагирует с серебристо-белым легким металлом В, образуя соль С, которая при обработке раствором щелочи дает белый осадок, растворяющийся в избытке щелочи. Идентифицируйте вещества, приведите уравнения реакций.

Ответ. Br₂, Al, AlBr₃.

13. Твердое простое вещество А желтого цвета реагирует с серебристо-белым легким металлом В, в результате чего образуется соль С, полностью гидролизующаяся в водном растворе с образованием белого осадка и ядовитого газа с неприятным запахом. Идентифицируйте вещества, приведите уравнения реакций.

Ответ. S, Al, Al₂S₃.

14. Простое неустойчивое газообразное вещество А превращается в другое простое вещество В, в атмосфере которого сгорает металл С; продуктом этой реакции является оксид, в котором металл находится в двух степенях окисления. Идентифицируйте вещества, приведите уравнения реакций.

Ответ. O₃, O₂, Fe.

15. Кристаллическое вещество темно-фиолетового цвета А при нагревании разлагается с образованием простого газообразного вещества В, в атмосфере которого сгорает простое вещество С, образуя бесцветный газ без запаха, входящий в небольших количествах в состав воздуха. Идентифицируйте вещества, приведите уравнения реакций.

Ответ. KMnO₄, O₂, C.

16. Простое вещество А, являющееся полупроводником, реагируя с простым газообразным веществом В, образует соединение С, не растворяющееся в воде. При сплавлении со щелочами вещество С образует соединения, называемые растворимыми стеклами. Идентифицируйте вещества, приведите уравнения реакций (один из возможных вариантов).

Ответ. Si, O₂, SiO₂.

17. Ядовитый бесцветный газ А с неприятным запахом разлагается при нагревании на простые вещества, одно из которых В представляет собой твердое вещество желтого цвета. При сгорании вещества В образуется бесцветный газ С с неприятным запахом, обесцвечивающий многие органические краски. Идентифицируйте вещества, приведите уравнения реакций.

Ответ. H₂S, S, SO₂.

18. Летучее водородное соединение А сгорает в воздухе, образуя вещество В, растворимое в плавиковой кислоте. При сплавлении вещества В с оксидом натрия образуется растворимая в воде соль С. Идентифицируйте вещества, приведите уравнения реакций.

Ответ. SiH₄, SiO₂, Na₂SiO₃.

19. Труднорастворимое в воде соединение А белого цвета в результате прокаливания при высокой температуре с углем и песком в отсутствие кислорода образует простое вещество В, существующее в нескольких аллотропных модификациях. При сгорании этого вещества в воздухе образуется соединение С, растворяющееся в воде с образованием кислоты, способной образовывать три ряда солей. Идентифицируйте вещества, напишите уравнения реакций.

Ответ. Ca₃(PO₄)₂, P, P₂O₅.

* Знак +/– означает, что данная реакция протекает не со всеми реагентами или в специфических условиях.

Продолжение следует