Опыт 1. Получение и свойства оксида хрома (III).

Практические занятия № 27-28.

Тема: «Получение и свойства оксида хрома (III), гидроксида хрома (III). Свойства хроматов и дихроматов; исследование окислительных свойств хроматов».

Цели занятия:

- обобщить и систематизировать знания общей характеристики элементов

- VIВ группы, исходя из положения в периодической системе, с точки зрения теории строения атома, степени окисления, получения и исследования химических свойств.

- исследовать особенности свойств соединений хрома: амфотерный характер гидроксида хрома (III), окислительные свойства соединений хрома(VI).

- приобрести навыки выполнения опытов, характеризующих химические свойства соединений хрома.

- совершенствовать навыки:

- составления уравнений окислительно - восстановительных реакций;

- получения и исследования амфотерных свойств гидроксидов.

I. Теоретическая часть.

Побочная подгруппа VI группы представлена хромом, молибденом, вольфрамом и сиборгием.

Конфигурация валентных электронов у d-элементов Сг и Мо -(п- 1) d ⁵ne¹, у W — 5d⁴6s², у Sg — 6d⁴7s².

Максимальная ковалентность равна шести, максимальная степень окисления +6. От хрома к вольфраму радиусы атомов возрастают, хотя и незначительно. Энергия ионизации также растет в результате проявления эффекта d- f - сжатия, поэтому активность металлов от хрома к вольфраму падает.

Соединения хрома, молибдена и вольфрама. Для хрома наиболее характерны соединения со степенями окисления + 2, + 3 и + 6.

Соединения хрома(II) получают в лаборатории из соединений хрома (III) действием сильного восстановителя в кислотной среде:

HCI

2CrCI₃ + Zn 2СгСI₂ + ZnCI₂.

Оксид хрома(II) СгО — твердое вещество ярко-красного цвета, имеет хорошо выраженный основный характер, поэтому взаимодействует с кислотами, образуя соли хрома(II), которые превращаются в соли хрома(III):

СгО + 2НСI = СгСI₂ + Н₂O;

4СrСI₂ + O₂ + НСI = 4СгСI₃ + 2Н₂O.

Аналогично и сам СгО легко окисляется на воздухе при нагревании:

4СrO + O₂ = 2С r₂O₃.

Оксид хрома(II) образуется при окислении амальгамы хрома кислородом воздуха:

2Cr _{(амальгама)} + O₂ =2CrO

Гидроксид хрома(II) Сг(ОН)₂ — вещество желтого цвета, плохо растворимое в воде. Он имеет ярко выраженный ос­новный характер, а потому взаимодействует с кислотами:

Cr(OH)₂ + H₂SO₄ = CrSO₄ + 2Н₂O.

Как и оксид, гидроксид хрома(II) легко окисляется в гид­роксид хрома(III):

4Сr (ОН)₂ + O₂ + 2Н₂O = 4Сг(ОН)₃.

Соли хрома(II) в растворе окрашены в ярко-голубой цвет. Все они также являются сильными восстановителями. При доступе воздуха они легко пере­ходят в соединения хрома(III).

Оксид хрома(III) Сг₂O₃ — порошок темно-зеленого цвета, нерастворимый в воде. Он имеет амфотерный характер, од­нако в кислотах и щелочах растворяется плохо. Поэтому для реакции с щелочами его сплавляют с ними:

_t

Cr₂O₃ + 2КОН = 2КСгO₂ + Н₂O.

С концентрированными растворами щелочей и кислот он взаимодействует с трудом:

_t

Cr₂O₃ + 6NaOH + ЗН₂O = 2Na₃[Cr(OH)₆];

_t

Cr₂O₃ + 6НСI = 2СгСI₃ + ЗН₂O.

Гидроксид хрома(III) Сг(ОН)₃ получают при действии ще­лочей на растворы солей хрома(III). Он образует серо-зеленый осадок.

СгСI₃ + 3NaOH = Cr(OH)₃ + 3NaCI.

Щелочь надо брать в недостатке, так как полученный гидроксид, в отличие от соответствующего оксида, легко взаимодействует не только с кислотами, но и с щелочами, т. е. проявляет амфотерные свойства:

Cr(OH)₃ + 3HNO₃ = Cr(NO₃)₃ + 3H₂O;

Cr(OH)₃ + 3NaOH = Na₃[Cr(OH)₆].

Соли хрома(III) легко подвергаются гидролизу, причем при добавлении карбонатов взаимный гидролиз усиливается и образуется осадок Сг(ОН)₃:

Cr₂(SO₄)₃ + 3Na₂CO₃ + 3H₂O = 2Сг(ОН)₃ + 3Na₂SO₄ + ЗСO₂

Сульфат хрома(III) вместе с сульфатами калия, аммония или рубидия может кристаллизоваться в виде хромовых квас­цов, например KCr(SO₄)₂ • 12Н₂O.

Квасцы применяют в кожевенном производстве для дуб­ления кож.

Соединения хрома +3 устойчивы и проявляют очень сла­бые и восстановительные, и окислительные свойства. В кис­лотной среде хром +3 восстанавливается до хрома +2 силь­ными восстановителями, а в щелочной среде Сг³⁺ может окисляться до хрома +6:

2Na[Cr(OH)₄] + 3Br₂ + 8NaOH = 2Na₂Cr0₄ + 6NaBr + 8Н₂O.

При этом зеленая окраска тетрагидроксохромата(III) нат­рия переходит в лимонно-желтую окраску хромата натрия.

Оксид хрома(VI) СгO₃ — темно-красное кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. При растворении в во­де он образует хромовые кислоты. Наиболее простой по со­ставу является хромовая кислота Н₂СгO₄. При добавлении оксида хрома(VI) или при увеличении кислотности среды хромовая кислота способна полимеризоваться, образуя дихромовую Н₂Сг₂O₇, а затем трихромовую Н₂Сг₃О₁₀ и другие полимерные кислоты:

2CrO^2-₄+ 2Н⁺ = Сг₂O^2-₇ + Н₂O.

В щелочной среде полимеры разрушаются. Например, из дихроматов образуются хроматы:

Сг₂O^2-₇ + 2OН^- = 2СгО^2-₄+ Н₂O.

Хромовые кислоты — сильные электролиты.

Все соединения хрома +6 проявляют свойства сильных окислителей. Особенно сильным окислителем является ок­сид хрома(VI). Он энергично взаимодействует с органически­ми веществами:

С₂Н₅ОН + 4СгO₃ 2СO₂ + 2Сг₂O₃ + ЗН₂O.

Хроматы и дихроматы также являются сильными окис­лителями, особенно в кислотной среде. При этом они превра­щаются в соединения хрома +3.

Cr₂O^2-₇ + 14Н⁺ + 6 ё = 2Сг³⁺ + 7Н₂O.

При добавлении раствора суль­фита натрия к подкисленному раствору дихромата калия оранжевая окраска раствора изменяется на зеленую, харак­терную для соединений хрома(III):

К₂Сг₂O₇ + 3Na₂SO₃ + 4H₂SO₄ =

= Cr₂(SO₄)₃ + 3Na₂SO₄ + K₂SO₄ + 4H₂O.

Дихроматы калия и натрия применяют для дубления кож, в качестве протравы при крашении и печатании тка­ней, как окислители в производстве красителей, как компо­ненты состава спичек, в качестве ингибиторов коррозии ме­таллов и сплавов, а также в качестве окислителей в гальва­нических элементах.

Для молибдена и вольфрама наиболее характерны соедине­ния со степенью окисления +6. Они образуют высшие окси­ды МоО₃ и WO₃, которым соответствуют кислоты Н₂МоО₄ и H₂WO₄. Сила кислот убывает от хрома к вольфраму, как и в других подгруппах периодической системы Д. И. Менделеева.

 

Контрольные вопросы и задачи:

1. Написать электронные формулы атомов хрома и молибдена. Объяснить, почему в основном состоянии хром и молибден имеют электронные конфигурации (n-1) d⁵ns¹, а не (n-1) d⁴ns².

2. Определить степень окисления хрома в соединениях: Cr₂O₃, BaCrO₄, CaCr₂O₇

3. Написать в молекулярной и ионной форме уравнения реакций взаимодействия гидроксида хрома (III):

А) с раствором серной кислоты;

Б) с раствором гидроксида натрия

4. Какие продукты практически получаются при гидролизе сульфата и сульфида хрома (III) в разбавленных водных растворах при комнатной температуре. Написать уравнения соответствующих реакций. Что следует добавить в раствор сульфата хрома, чтобы ослабить гидролиз этой соли?

5. Почему при взаимодействии растворов Cr₂ (SO₄)₃ и (NH₄)₂S в осадок выпадает гидроксид хрома (III)? Написать уравнение реакции.

6. Как получить из оксида хрома (III):

а) хромит калия; б) хромат калия

7. Указать, какие ионы существуют в водных растворах солей хрома (III) и хрома (VI): а) при рН < 7; б) при рН > 7. Привести примеры соответствующих соединений и уравнения их диссоциации.

II. Практическая часть.

Опыт 1. Получение и свойства оксида хрома (III).

Поместить в фарфоровую чашку ½ объёма пробирки растёртого в порошок дихромата аммония. Раскалить железную проволоку в пламени спиртовки и погрузить её в дихромат. Наблюдать бурное разложение соли. Какой цвет имеет полученный оксид хрома (III)? Написать уравнение реакции разложения, учитывая, что одновременно образуются азот и вода. Указать окислитель и восстановитель. К какому типу окислительно-восстановительных реакций относится данная реакция?

Опыт 2. Получение и свойства гидроксида хрома (III).

Получить в двух пробирках малорастворимый гидроксид хрома (III) взаимодействием раствора соли хрома (III) (3-4 капли) с 2н. раствором щелочи (1-2 капли). Испытать отношение гидроксида хрома к кислоте и к избытку щелочи, для чего добавить в одну пробирку по каплям 2н. раствор серной кислоты, а в другую – 2н. раствор щёлочи до растворения осадка. Написать уравнения реакций:

а) получение гидроксида хрома (III); б) взаимодействие гидроксида хрома (III) с кислотой и со щёлочью, учитывая, что во втором случае получается комплексный анион [Cr(OH)₄]^-. Как называется соответствующая соль калия? Сделать вывод о химическом (кислотно-основном) характере гидроксида хрома (III).