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
10-й класс (первый год обучения)
Хром и его соединения
2. Происхождение названия.
3. Физические свойства.
4. Химические свойства.
5. Нахождение в природе.
6. Основные методы получения.
7. Важнейшие соединения хрома:
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 3d 5 у атома хрома наблюдается проскок электрона и электронная формула имеет вид: 1s 2 2s 2 p 6 3s 2 p 6 4s 1 3d 5 . 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).
4Cr + 3O2
2Cr + 3Cl2
2Cr + 3S
2Cr + N2
2Cr + 3H2O (пар)
2Cr + 6NaOH + 6H2O = 2Na3[Cr(OH)6] + 3H2
Cr + 2HCl = CrCl2 + H2
Cr + CaCl2
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
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 + 4C
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.
4CrO + O2
CrO + H2
Получают оксид хрома(II) прямым окислением хрома:
2Cr + O2
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):
4Cr(OH)2 + O2
Получают гидроксид хрома(II) реакцией обмена между солью хрома(II) и раствором щелочи в отсутствие кислорода:
CrCl2 + 2NaOH = Cr(OH)2
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)2Cr2O7
2Cr(OH)3
2K2Cr2O7 + 3С
4Cr + 3O2
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
Cr2O3 + Na2CO3
2Cr2O3 + 3С
Гидроксид хрома(III) (Cr(OH)3) осаждается при действии щелочей на соли трехвалентного хрома (серо-зеленый осадок):
CrCl3 + 3NaOH (недостаток) = Сr(OH)3
Он проявляет амфотерные свойства, растворяясь как в кислотах, так и в избытке щелочей; термически неустойчив:
Cr(OH)3 + KOH
2Cr(OH)3
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 + K2O
4CrO3
Получают этот оксид взаимодействием сухих хроматов и дихроматов с концентрированной серной кислотой:
K2Cr2O7 + H2SO4 (конц.)
K2CrO4 + H2SO4 (конц.)
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 + 2KOH )
Ион
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:
Соединения, содержащие хром в степени окисления +6, являются сильными окислителями, хром при этом восстанавливается от +6 до +3:
Для обнаружения спирта в выдыхаемом воздухе используется реакция, основанная на окислительной способности оксида хрома(VI):
4CrO3 + 3С2H5OH
Раствор дихромата калия в концентрированной серной кислоте называют хромовой смесью и используют для очистки химической посуды.
Тест по теме «Хром и его соединения»
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•10 23 ; б) 2,408•10 23 ;
в) 2,78•10 23 ; г) 6,02•10 23 .
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 |
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.
Вещество А – AlCl3.
AlCl3 + 3NH4OH = Al(OH)3
2AlCl3 + 3Na2S + 6H2O
AlCl3 + 3AgNO3 = 3AgCl
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.
4NH3 + 3O2
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.
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).
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).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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).
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.
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.
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.
* Знак +/– означает, что данная реакция протекает не со всеми реагентами или в специфических условиях.
Источник
