Лабораторная работа 20
Хром
Цель работы: изучить химические свойства соединений хрома.
Задание: убедиться на опытах, что кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства соединений хрома зависят от степени его окисления. Выполнить требования к результатам опытов, оформить отчет, решить задачу.
Теоретическое введение
Хром является элементом побочной подгруппы VI группы. Это d-металл. На внешнем энергетическом уровне атома хрома содержится один электрон (3d54s1), однако соединения, в которых хром был бы одновалентен, неизвестны. Типичные степени окисления хрома +2, +3, +6, наиболее устойчивой является степень окисления +3. Соединения Cr (II) неустойчивы и быстро окисляются кислородом воздуха до соединений Cr (III).
При нагревании в мелкораздробленном состоянии хром окисляется многими неметаллами, сгорает в кислороде. Хром легко пассивируется, поэтому является исключительно химически устойчивым металлом.
Концентрированные H2SO4, HNO3 и царская водка на холоду не действуют на хром и лишь при нагревании медленно его растворяют. Однако хром реагирует с HCl и разбавленной H2SO4, вытесняя из них водород.
При прокаливании на воздухе образуется оксид хрома (III) Cr2O3 – тугоплавкое вещество зеленого цвета, не растворимое в воде. Cr2O3 – амфотерен, но малоактивен и реагирует только при сплавлении:
Cr2O3 + 2NaOH = 2NaCrO2 + H2O;
Cr2O3 + 3Na2S2O7 = Cr2(SO4)3 + 3Na2SO4.
Гидроксид хрома (III) получают реакцией обмена:
Cr2(SO4)3 + 6КОН = 2Cr(OH)3↓ + 3К2SO4.
Cr(OH)3 не растворим в воде, имеет амфотерный характер. Он растворяется в кислотах с образованием солей, в которых хром (III) выполняет функцию катиона: Cr(OH)3 + 3HCl = CrCl3 + 3H2O
и в щелочах с образованием солей, называемых хромитами, в которых хром (III) входит в состав аниона: Cr(OH)3 + 3КОН = К3[Cr(OH)6].
Соединения хрома (III) являются восстановителями и под действием окислителей переходят в соединения хрома (VI). Оксид хрома (VI) CrO3 – вещество темно-красного цвета, сильный окислитель. При растворении его в воде образуется две кислоты хромовая и дихромовая, известные только в растворах. Соли хромовой кислоты (хроматы) окрашены в желтый цвет, присущий иону CrO42−; соли дихромовой кислоты (дихроматы) имеют оранжевую окраску, характерную для ионов Cr2O72−.
Хроматы устойчивы в нейтральной и щелочной среде, дихроматы – в кислой. При изменении реакции среды возможен переход хроматов в дихроматы и наоборот:
2CrO42− + 2H+ ↔ Н2O + Cr2O72− (оранжевая окраска);
Cr2O72− + 2OH‾ ↔ H2O + 2CrO42− (желтая окраска).
Хроматы и дихроматы – сильные окислители. Наиболее сильно окислительные свойства проявляются в кислой среде, при этом соединения хрома (VI) восстанавливаются до соединений хрома (III).
Выполнение работы
Опыт 1. Получение оксида хрома (III) (групповой)
В фарфоровую чашку насыпать горкой небольшое количество дихромата аммония(NH4)2Cr2O7 и горящей спичкой нагреть его сверху. Наблюдать бурное разложение соли. Отметить цвет исходного вещества и продукта реакции. Проверить растворимость последнего в воде.
Требования к результатам опыта
1. Написать уравнение реакции разложения дихромата аммония и сделать вывод, к какому типу ОВР относится данная реакция.
2. Сделать вывод о растворимости в воде оксида хрома (III).
Опыт 2. Получение и свойства гидроксида хрома (III)
В две пробирки налить по 1–2 мл раствора соли хрома (III) и добавить в каждую по каплям раствор щелочи до появления серо-зеленого осадка. Для определения свойств Cr(OH)3 добавить в первую пробирку раствор HCl, а во вторую концентрированный раствор щелочи до полного растворения осадков. (Пробирку с образовавшимся хромитом сохранить для опыта 3).
Требования к результатам опыта
1. Написать уравнение реакции получения гидроксида хрома (III).
2. Составить уравнения реакций взаимодействия Cr(OH)3 с кислотой и щелочью.
3. Сделать вывод о кислотно-основных свойствах гидроксида хрома (III).
Опыт 3. Восстановительные свойства соединений хрома (III)
В пробирку с хромитом натрия или калия, полученным в опыте 2, добавить пероксид водорода H2O2 до изменения окраски.
Требования к результатам опыта
1. Закончить уравнение реакции KCrO2 + H2O2 + KOH =….
2. Сделать вывод, какими свойствами (окислительными или восстановительными) обладают соединения хрома (III).
Опыт 4. Взаимные переходы хромата и дихромата
Налить в одну пробирку 2–3 мл раствора хромата калия K2CrO4, а в другую – столько же дихромата калия K2Cr2O7. Заметить окраску в обеих пробирках. В первую пробирку добавить 1–2 мл раствора H2SO4 , во вторую 1–2 мл раствора щелочи. Наблюдать изменения окраски.
Требования к результатам опыта
1. Написать уравнения реакций перехода хромата в дихромат в кислой среде и дихромата в хромат в щелочной среде.
2. Сделать вывод о влиянии реакции среды на устойчивость хроматов и дихроматов.
Опыт 5. Окислительные свойства соединений хрома (VI)
В две пробирки налить по 1–2 мл раствора K2Cr2O7 и подкислить растворы 1 мл разбавленной H2SO4. Затем в одну пробирку прилить немного свежеприготовленного раствора сульфита натрия, во вторую – раствора нитрита калия. Как изменится окраска растворов?
Требования к результатам опыта
1. Закончить уравнения реакций:
K2Cr2O7 + Na2SO3 + H2SO4 =…;
K2Cr2O7 + KNO2 + H2SO4 =….
2. Сделать вывод, какими свойствами (окислительными или восстановительными) обладают соединения хрома (VI).