Хром и его соединения

Хром — тугоплавкий блестящий металл, обладающий высокой степенью твердости (царапает стекло). Чистый хром является довольно пластичным металлом, но в присутствии даже микропримесей азота, кислорода и углерода становится весьма хрупким.

Также хром является элементом побочной подгруппы VI в периодической системе. Электронная оболочка вследствие “проскока” электрона имеет следующее строение [Ar]3d54s1

Наиболее устойчивая степень окисления хрома (+ 3). Известны соединения данного элемента со степенями окисления +2, +3, +6.

В природе хром в основном встречается в виде оксида FeCr2O4 , восстановлением которого получают феррохром (до 70% хрома) — сплав железа и хрома.

Далее путём алюмотермии выделяют чистый хром:

Cr2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Cr

Химические свойства

При комнатной температуре данный металл довольно инертен и обладает высокой коррозионной стойкостью, так как покрыт оксидной пленкой.

  • Взаимодействие с неметаллами 
С кем реагирует
Условия 
Реакция
O2t > 600 °C
4Cr + 3O2 = 2 Cr2O3
N2 t > 1000 °C2Cr + N2 = 2CrN
F2t = 350 °C2Cr + 3F2 = 2CrF3
Cl2t = 300 °C2Cr + 3Cl2 = 2CrCl3
Br2t = 300 °C2Cr + 3Br2 = 2CrBr3
Sв зависимости от стехиометрииCr + S = CrS
2Cr + 3S = Cr2S3
H2
  • Взаимодействие с водой

Мелкодисперсный хром при высокой температуре взаимодействует с водяным паром с образованием оксида хрома (III) и водорода. С жидкой водой не реагирует

2Cr + 3H2O =Cr2O3 + 3H2

  • Взаимодействие кислотами

Поскольку в электрохимическом ряду напряжений металлов хром располагается до водорода, то он вытесняет водород из следующих разбавленных кислот с образованием окрашенного в голубой цвет раствора 

Cr + 2HCl(разб.) = CrCl2 + H2

Cr + H2SO4(разб.) = CrSO4 + H2

На открытом воздухе Cr(2+) быстро окисляется до Cr(3+)

В присутствии кислорода воздуха разбавленные хлороводородная и серная кислоты реагируют с хромом с образованием солей хрома(III)

4Cr + 12HCl + 3O2 = 3CrCl3 +6H2O

Концентрированная азотная и серная кислоты пассивируют с хромом, последний может в них растворяться лишь при нагревании с образованием солей хрома (III)

2Cr + 6H2SO4(конц.) = Cr2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O (при нагревании)

Cr + HNO3(конц.) = Cr(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O (при нагревании)

  • Взаимодействие с окислителями в щелочной среде

Хром образует хроматы при взаимодействии с щелочными расплавами окислителей 

Cr + KClO3 + 2KOH = K2CrO3 + KCl + H2O

Cr + 3NaNO3 + 2NaOH = Na2CrO4 + 3NaNO2 + H2O

  • Восстановление металлов из растворов их солей

Хром способен вытеснять менее активные металлы из их солей

Cr + CuCl2 = CrCl2 + Cu

Соединения хрома (II)

Растворы солей хрома (II) имеют голубую окраску, на воздухе вследствие окисления хрома окраска раствора изменяется на серо-фиолетовую или зеленую

4CrCl2 + O2 + 4HCl = 4CrCl3 + 2H2O

Из этого можно сделать вывод о том, что хром(II) является сильным восстановителем

При взаимодействии соли хрома(II) со щелочью выпадает осадок желтого цвета, не реагирующий с избытком щелочи, но растворяющийся в кислоте, что свидетельствует о его основных свойствах 

CrCl2 + 2NaOH = Cr(OH)2 + 2NaCl

Cr(OH)2 + H2SO4 = CrSO4 + 2H2O

Соединения хрома (III)

Одно из самых важных соединений хрома(III) — Cr2O3 темно-зеленый порошок, в воде не растворяется. Из него изготавливают пасты для полировки и используют в качестве зеленого пигмента во многих ЛКП.

Оксид и гидроксид хрома(III) проявляют амфотерные свойства 

При взаимодействии последнего с кислотами образуются соли хрома (III) темного-зеленого и фиолетового цвета.

Cr(OH)3 + 3HCl = CrCl3 + 3H2

При растворении гидроксида хрома (III) в водных растворах щелочей образуются растворы гидроксохроматов(III) зеленого цвета.

Cr(OH)3 + KOH = K[Cr(OH)4]

Оксид хрома(III) при сплавлении со щелочами или карбонатами щелочных металлов образует хромиты

Cr2O3 + 2NaOH = 2NaCrO2 + H2O

Cr2O3 + Na2CO3 = 2NaCrO2 + CO2

Так как наиболее устойчивая степень окисления хрома это (+3), то только под действием сильных восстановителей можно будет перевести хром(III) в хром (II)

2CrCl3 + Zn = 2CrCl2 + ZnCl2

По этой же причине соединения хром(III) можно перевести в хром(VI) только под действием сильных окислителей, лучше в щелочной среде

2Cr(OH)3 + 3H2O2 + 4NaOH = 2Na2CrO4 + 8H2O

При этом образуются хроматы жёлтого цвета, устойчивы в щелочной среде. Индикатором протекания реакции служит желтый цвет 

Хроматы — соли хромовой кислоты H2CrO4 ( существует лишь в разб. водных растворах) .

Соединения хрома (VI)

Хромат — ионы CrO4(2-) устойчивы в щелочной среде, при подкислении переходят бихроматы (оранжевый цвет) — соли двухромовой кислоты H2Cr2O7 . Реакция является обратимой в случае добавления щелочи.

При добавлении H2SO4(конц.) к H2Cr2O7 образуется осадок ярко-красного цвета

H2Cr2O7 + 2H2SO4(конц.) = 2KHSO4 + 2CrO3 + H2O

CrO3  проявляет кислотные свойства, при растворении в воде он превращается в раствор хромовой кислоты, а избыток щелочи — хроматы:

CrO3 + H2O = H2CrO4

CrO3 + 2NaOH = Na2CrO4 + H2O

Соединения хрома(VI) — сильные окислители. Например, CrO3 легко воспламеняет этиловый спирт. Также многие другие органические соединения подвержены окислению со стороны соединений хрома(VI)

Наиболее сильно окислительные свойства проявляются в кислой среде 

При пропускании сероводорода через хромовую смесь можно наблюдать изменение оранжевой окраски на тёмно-зелёную, при этом сера выпадает в осадок:

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

Важно помнить — все соединения хрома, а особенно в высокой степени окисления сильно токсичны!

Как кислотно-основные так и окислительно-восстановительные свойства хрома и его соединений изменяются закономерно, это можно увидеть последующей таблице

Степень окисления хромаCr2+Cr3+Cr6+
Оксид CrOCr2O3CrO3
Гидроксид Cr(OH)2Cr(OH)3H2CrO4
H2Cr2O7
Кислотно-основные свойства оксида и гидроксидаОсновные АмфотерныеКислотные
Окислительно восстановительные свойства соединений хромаНаиболее характерны восстановительные свойстваПроявляют и окислительные и восстановительные свойстваТипичные окислители

Свойства хроматов и дихроматов в различных средах

Хроматы устойчивы в щелочной среде, а дихроматы — в ксилой

Na2Cr2O7 + 2KOH = Na2CrO4 + K2CrO4 + H2O

Т. е. в щелочной среде Cr2O72- переходит в CrO42-

K2CrO4 + H2SO4 = K2Cr2O7 + K2SO4 + H2O

Т. е. в кислой среде CrO42- переходит в Cr2O72-

ОВР

K2CrO4 CrO2 (щелочная среда в расплаве)

K2CrO4 [Cr(OH)6]3- (щелочная среда в растворе)

Схематично это можно представить это так:

БылоСталоУсловия реакция Характерный признак
Cr2O72-CrO42-щелочная среда (KOH)Оранжевый раствор приобретает жёлтый цвет
CrO42-Cr2O72-кислая среда (H2SO4)Жёлтый раствор приобретает оранжевый цвет
CrO42-CrO2щелочная среда в расплавеЖёлтый раствор приобретает зеленый цвет
CrO42-[Cr(OH)6]3-щелочная среда в раствореЖёлтый раствор приобретает сине-фиолетовую окраску