Синтез хромо-калиевых квасцов

 

 

 

 

По дисциплине: Неорганическая химия

ТЕМА:  Синтез хромо-калиевых квасцов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление

 

Введение 3

Хром............... 4

История и происхождение названия 4

Нахождение в природе 5

Получение 6

Физические свойства 7

Химические свойства 8

Соединения 9

Применение 11

Хромирование 12

Сплавы 13

Калий............... 14

История и происхождение названия 14

Нахождение в природе 15

Получение 16

Физические свойства 17

Химические свойства 18

Соединения 20

Применение 21

 

Заключение 22

Список литературы 23

 

 

 

 

 

Хром

 

История и происхождение  названия

В 1766 году в окрестностях Екатеринбурга  был обнаружен минерал, который  получил название «сибирский красный  свинец», PbCrO4. Современное название — крокоит. В 1797 французский химик Л. Н. Воклен выделил из него новый тугоплавкий металл(скорее всего Воклен получил карбид хрома).

Название элемент получил от греч. χρῶμα — цвет, краска — из-за разнообразия окраски своих соединений.

 

Нахождение в  природе

Хром встречается в виде соединений в различных минералах. Наиболее распространен минерал хромит, или  хромистый железнякFeCr₂0₄, богатые месторождения которого имеются на Урале и в Казахстане. Массовая доля хрома в земной коре составляет 0,03%. Хром обнаружен на Солнце, звездах и в метеоритах.

...Еще в 1766 году петербургский  профессор химии И. Г. Леман описал новый минерал, найденный на Урале на Березовском руднике, в 15 километрах от Екатеринбурга (ныне Свердловск). Обрабатывая камень соляной кислотой, Леман получил изумрудно-зеленый раствор, а в образовавшемся белом осадке обнаружил свинец. Спустя несколько лет, в 1770 году, Березовские рудники описал академик П. С. Паллас. «Березовские копи, — писал он, — состоят из четырех рудников, которые разрабатываются с 1752 года. В них наряду с золотом добываются серебро и свинцовые руды, а также находят замечательный красный свинцовый минерал, который не был обнаружен больше ни в одном другом руднике России. Эта свинцовая руда бывает разного цвета (иногда похожего на цвет киновари), тяжелая и полупрозрачная... Иногда маленькие неправильные пирамидки этого минерала бывают вкраплены в кварц подобно маленьким рубинам. При размельчении в порошок она дает красивую желтую краску...».

В 1936 году в Казахстане, в районе Актюбинска, были найдены огромные залежи хромита — основного промышленного  сырья для производства феррохрома. В годы войны на базе этого месторождения  был построен Актюбинский ферросплавный  завод, который впоследствии стал крупнейшим предприятием по выпуску феррохрома и хрома всех марок.

Богат хромистой рудой и Урал. Здесь расположено большое число  месторождений этого металла: Сарановское, Верблюжьегорское, Алапаевское, Монетная дача, Халиловское и др. По разведанным запасам хромистых руд Россия занимает ведущее место в мире.

Руды хрома имеются в Турции, Индии, Новой Каледонии, на Кубе, в  Греции, Югославии, некоторых странах  Африки. В то же время такие промышленные страны, как Англия, Франция, ФРГ, Италия, Швеция, Норвегия, совершенно лишены хромового  сырья, а США и Канада располагают  лишь очень бедными рудами, практически  не пригодными для производства феррохрома. Всего же на долю хрома приходится 0,02% земной коры.

 

Получение

Хром встречается в природе  в основном в виде хромистого железняка  Fe(CrO₂)₂ (хромит железа). Из него получают феррохром восстановлением в электропечах коксом (углеродом):

FeO · Cr₂O₃ + 4C → Fe + 2Cr + 4CO↑

Феррохром применяют для производства легированных сталей.

Чтобы получить чистый хром, реакцию  ведут следующим образом:

1) сплавляют хромит железа с  карбонатом натрия (кальцинированная  сода) на воздухе:

4Fe(CrO₂)₂ + 8Na₂CO₃ + 7O₂ → 8Na₂CrO₄ + 2Fe₂O₃ + 8CO₂↑

2) растворяют хромат натрия и  отделяют его от оксида железа;

3) переводят хромат в дихромат, подкисляя раствор и выкристаллизовывая  дихромат;

4) получают чистый оксид хрома  восстановлением дихромата углём:

Na₂Cr₂O₇ + 2C → Cr₂O₃ + Na₂CO₃ + CO↑

5) с помощью алюминотермии получают металлический хром:

Cr₂O₃+ 2Al → Al₂O₃ + 2Cr + 130 ккал

6) с помощью электролиза получают электролитический хром из раствора хромового ангидрида в воде, содержащего добавку серной кислоты. При этом на катодах совершаются в основном 3 процесса:

• восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного с переходом его в раствор;
• разряд ионов водорода с выделением газообразного водорода;
• разряд ионов, содержащих шестивалентный хром, с осаждением металлического хрома;

Cr₂O₇²⁻ + 14Н⁺ + 12е⁻ = 2Cr + 7H₂O

 

Физические свойства.

Хром — серовато-белый блестящий  металл по внешнему виду похож на сталь. Из металлов он самый твердый, его  плотность 7,19 г/см³, т. пл. 1855 °С. Природный хром состоит из смеси пяти изотопов с массовыми числами 50, 52, 53, 54 и 56. Радиоактивные изотопы получены искусственно.

Хром обладает всеми характерными свойствами металлов — хорошо проводит тепло, почти не оказывает сопротивления  электрическому току, имеет присущий большинству металлов блеск. Любопытна  одна особенность хрома: при температуре  около 37°С он ведет себя явно «вызывающе» — многие его физические свойства резко, скачкообразно меняются. В этой температурной точке внутреннее трение хрома достигает максимума, а модуль упругости падает до минимальных значений. Так же внезапно изменяются электропроводность, коэффициент линейного расширения, термоэлектродвижущая сила. Пока ученые не могут объяснить эту аномалию.

Даже незначительные примеси делают хром очень хрупким, поэтому в  качестве конструкционного материала  его практически не применяют, зато как легирующий элемент он издавна  пользуется у металлургов почетом. Небольшие добавки его придают  стали твердость и износостойкость. Такие свойства присущи шарикоподшипниковой  стали, в состав которой, наряду с  хромом (до 1,5%), входит углерод (около 1%). Образующиеся в ней карбиды хрома  отличаются исключительной твердостью — они-то и позволяют металлу  уверенно сопротивляться одному из опаснейших врагов — износу.

В качестве представителя металлов, относящихся к побочным подгруппам периодической системы, рассмотрим хром: он возглавляет побочную подгруппу VI группы. Хром — металл, по внешнему виду похожий на сталь. От ранее рассмотренных металлов он, как и все металлы с достраивающимся предпоследним электронным слоем атома, отличается тугоплавкостью и твердостью. По твердости хром превосходит все металлы, он царапает стекло.

 

Химические свойства

При небольших температурах хром химически  мало активен (взаимодействует только с фтором). Выше 600⁰C взаимодействует с галогенами, серой, азотом, кремнием, бором, углеродом, кислородом. Взаимодействие с кислородом протекает сначала довольно активно, затем, однако, резко замедляется, так как поверхность покрывается тонкой чрезвычайно устойчивой пленкой, препятствующему дальнейшему окислению. Это явление называется пассивированием. При 1200⁰C пленка начинает разрушаться, окисление снова идет быстро. При 2000⁰C хром воспламеняется в кислороде с образованием темно-зеленого оксида Cr₂O₃.

Хром пассивируется холодными концентрированными H₂SO₄ и HNO₃, однако при сильном нагревании он растворяется в этих кислотах:

2Cr + 6H₂SO_4(конц.) = Cr₂(SO₄)₃ + 3SO₂ + 6H₂O

Cr + 6HNO_3(конц.) = Cr(NO₃)₃ + 3NO₂ + 3H₂O

Хром растворяется в разбавленных сильных кислотах (HCl и H₂SO₄). В этих случаях в отсутствии воздуха образуются соли Cr²⁺, а на воздухе - соли Cr³⁺:

Cr + 2HCl = CrCl₂+ H₂

4Cr + 12HCl +3O₂ = 4CrCl₃ + 6H₂O

Нерастворим в H₃PO₄, HClO₄ благодаря образованию защитной пленки.

 

Соединения хрома

Оксиды

Оксид хрома (II) CrO (основной) - сильный восстановитель, чрезвычайно неустойчив в присутствии влаги и кислорода. Практического значения не имеет.

 

Оксид хрома (III) Cr₂O₃ (амфотерный) устойчив на воздухе и в растворах.

Cr₂O₃ + H₂SO₄ = Cr₂(SO₄)₃ + H₂O

Cr₂O₃ + 2NaOH = Na₂CrO₄ + H₂O

Образуется при нагревании некоторых  соединений хрома (VI), например:

4CrO₃ = 2Cr₂O₃ + 3О₂

(NH₄)₂Cr₂O₇ = Cr₂O₃ + N₂ + 4H₂O

4Cr + 3O₂  = 2Cr₂O₃

Оксид хрома (III) используется для восстановления металлического хрома невысокой  чистоты с помощью алюминия (алюминотермия) или кремния (силикотермия):

Cr₂O₃ +2Al = Al₂O₃ +2Cr

2Cr₂O₃ + 3Si = 3SiO₃ + 4Cr

 

Оксид хрома (VI) CrO₃ (кислотный) - темно малиновые игольчатые кристаллы. Получают действием избытка концентрированной H₂SO₄ на насыщенный водный раствор бихромата калия:

K₂Cr₂O₇ + 2H₂SO₄ = 2CrO₃ + 2KHSO₄ + H₂O

Оксид хрома (VI) - сильный окислитель, одно из самых токсичных соединений хрома.

При растворении CrO₃ в воде образуется хромовая кислота H₂CrO₄

CrO₃ + H₂O = H₂CrO₄

Кислотный оксид хрома, реагируя со щелочами, образует желтые хроматы CrO₄^2-.

CrO₃ + 2KOH = K₂CrO₄ + H₂O

 

Гидроксиды

Гидроксид хрома (III) обладает амфотерными свойствами, растворяясь как в кислотах (ведет себя как основание):

2Cr(OH)₃ + 3H₂SO₄ = Cr₂(SO₄)₃ + 6H₂O

так и в щелочах (ведет себя как  кислота):

Cr(OH)₃ + KOH = K[Cr(OH)₄]

Cr(OH)₃ + NaOH = NaCrO₂ + 2H₂O

При прокаливании гидроксида хрома (III) образуется оксид хрома (III) Cr₂O₃.

2Cr(OH)₃  Cr₂O₃ + 3H₂O

Нерастворим в воде.

 

Кислоты

Кислоты хрома, отвечающие его степени  окисления +6 и различающиеся соотношением числа молекул CrO₃ и H₂O, существуют только в виде растворов. При растворении кислотного оксида CrO₃, образуется монохромовая кислота (просто хромовая) H₂CrO₄.

CrO₃ + H₂O = H₂CrO₄

Подкисление раствора или увеличение в нем CrO₃ приводит к кислотам общей формулы nCrO₃ H₂O при n=2, 3,4 это, соответственно, ди, три, тетрохромовые кислоты. Самая сильная из них - дихромовая, то есть H₂Cr₂O₇. Хромовые кислоты и их соли- сильные окислители и ядовиты.

 

Соли

Различают два вида солей: хромиты и хроматы

 

Хромитами с общей формулой RCrO₂ называются соли хромистой кислоты HCrO₂.

Cr(OH)₃ + NaOH = NaCrO₂ + 2H₂O

Хромиты обладают различной окраской - от темно коричневой до совершенно черной и обычно встречаются в  виде сплошных массивов. Хромит мягче многих других минералов, температура плавления хромита зависит от его состава 1545-1730⁰С. Хромит имеет металлический блеск и почти нерастворим в кислотах.

 

Хроматы - соли хромовых кислот. Соли монохромовой кислоты H₂CrO₄ называют монохроматами (хроматы) R₂CrO₄, соли дихромовой кислоты H₂Cr₂O₇ дихроматы (бихроматы) - R₂Cr₂O₇. Монохроматы обычно окрашены в желтый цвет. Они устойчивы только в щелочной среде, а при подкислении превращаются в оранжево-красные бихроматы:

2Na₂CrO₄ + H₂SO₄ = Na₂Cr₂O₇ + Na₂SO₄ + H₂O

 

Применение хрома

Основная часть добываемой в  мире хромистой руды поступает сегодня  на ферросплавные заводы, где выплавляются различные сорта феррохрома и  металлического хрома.

Хромиты широко используют в огнеупорной промышленности для изготовления огнеупорного хромитового и хромомагнезитового кирпича. Такой кирпич химически пассивен, устойчив при температурах выше 2200⁰С, хорошо выдерживает резкие колебания температур. Магнезитохромитовый кирпич - отличный огнеупорный материал для футеровки (защитной внутренней облицовки) мартеновских печей и других металлургических агрегатов. Своды из хромомагнезитового кирпича выдерживают вдвое больше плавок, чем своды из упорного кварцевого материала.

Химики используют хромиты для получения бихроматов калия и натрия, а также хромовых квасцов, которые применяются для дубления кожи, придающего ей красивый блеск и прочность. Такую кожу называют «хромом», а сапоги из нее «хромовыми». Растворимые в воде хроматы натрия и калия применяются в текстильном и кожевенном производстве, как консерванты древесины (они уничтожают древесные грибки).

Хромовая смесь - сернокислый раствор  бихромата калия или натрия используется для мытья химической посуды в  лабораториях. Наиболее часто применяется  раствор содержащей по массе приблизительно 12 частей K₂Cr₂O₇, 70 частей воды и 22 части H₂SO₄.