бесплатно рефераты

бесплатно рефераты

 
 
бесплатно рефераты бесплатно рефераты

Меню

Получение хромового ангидрида бесплатно рефераты

Нерастворим в H3PO4, HClO4 благодаря образованию защитной пленки.

На воздухе хром совершенно не изменяется. Поэтому хромом с помощью

электролиза его соединений покрывают — хромируют — стальные изделия для

предохранения их от ржавления и механического износа. Эти же качества хром

придает своим сплавам с железом — хромистым сталям. К ним относится

нержавеющая сталь, содержащая около 12% хрома.

Таблица 2- Основные химические реакции чистого хрома

|Хром реагирует |

|0…600 0С |600…1200 0С |1200…2000 0С |

| с фтором|с галогенами: |С |

| |2Cr0 + 3Cl20 [pic] |кислородом:4Cr|

|2Cr0 + 3F20 = |2Cr+3Cl3- |+ 3O2 [pic] |

|2Cr+3F3- | |2Cr2O3 |

| | | |

| | | |

| | | |

| | |2Cr2O3 |

| | с серой: |2Cr2O3 |

| |2Cr0 + 3S0 [pic] Cr2+2S3-2| |

| |с азотом: | |

| |2Cr0+ N20[pic] 2Cr+3N-3 | |

| |с кремнием: | |

| |4Cr0 + 3Si0 [pic] | |

| |Cr4+3Si3-4 | |

| |с бором | |

| |Cr0 + B0 [pic] Cr+3B-3 | |

| |с углеродом | |

| |4Cr0 + 3С0 [pic]Cr4+3C3-4 | |

| |с кислородом: | |

| |4Cr0 + 3O20 = 2Cr2+3O3-2 | |

| |с серной кислотой: | |

| |2Cr0 + 6H2+SO4-2 = | |

| |Cr2+3(SO4)3-2 + 3S-2O2 | |

| |+6H2O | |

4. Соединения хрома

4.1. 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[pic] 2Cr2O3 + 3О2

(NH4)2Cr2O7 [pic] Cr2O3 + N2 + 4H2O

4Cr + 3O2 [pic] 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

CrO42-.

CrO3 + 2KOH = K2CrO4 + H2O

4.2. 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 [pic] Cr2O3 + 3H2O

Нерастворим в воде.

4.3. 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.

5. Применение

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.

Как бы оправдывая свое название, хром принимает деятельное участие в

производстве красителей для стекольной, керамической, текстильной

промышленности. Нерастворимые хроматы некоторых металлов (PbCrO4, ZnCrO4,

SrCrO4) - прекрасные художественные краски. Богатством оттенков - от розово-

красного до фиолетового славится SnCrO4, используемый в живописи по

фарфору.

В мире драгоценных камней рубину принадлежит второе место после алмаза.

Технология получения искусственного рубина заключается в следующем: в оксид

алюминия Al2O3 вводят дозированную добавку оксида хрома (III), - ему-то и

обязаны рубиновые кристаллы своим чарующим цветом. Но искусственные рубины

ценятся не только за свои «внешние данные»: рожденный с их помощью лазерный

луч способен буквально творить чудеса.

Оксид хрома (III) позволил тракторостроителям значительно сократить

сроки обкатки двигателей. Обычно эта операция, во время которой все

трущиеся детали должны «привыкнуть» друг к другу, продолжалась довольно

долго и это, конечно, не очень устраивало работников тракторных заводов.

Выход из положения был найден, когда удалось разработать новую топливную

присадку, в состав которой вошел оксид хрома (III). Секрет действия

присадки прост: при сгорании топлива образуются мельчайшие абразивные

частицы оксида хрома (III), которые, оседая на внутренних стенках цилиндров

и других подвергающихся трению поверхностях, быстро ликвидируют

шероховатости, полируют и плотно подгоняют детали. Эта присадка в сочетании

с новым сортом масла позволила в 30 раз сократить продолжительность

обкатки.

Замена в рабочем слое магнитофонной пленки оксида железа на частицы

оксида хрома (III) позволила резко улучшить качество звучания, пленка стала

надежнее в работе.

Фотоматериалы и лекарства, катализаторы для химических процессов и

металлические покрытия - всюду хром оказывается «при деле». О хромовых

покрытиях следует рассказать подробнее.

5.1. Хромирование

Давно было замечено, что хром не только отличается большой твердостью (в

этом отношении у него нет конкурентов среди металлов), но и хорошо

сопротивляется окислению на воздухе, не взаимодействует с кислотами. Тонкий

слой этого металла попробовали электролитически осаждать на поверхность

изделий из других материалов, чтобы предохранить их от коррозии, царапин и

прочих «травм». Однако хромовые покрытия оказались пористыми, легко

отслаивались и не оправдывали возлагаемых на них надежд.

Почти три четверти века бились ученые над проблемой хромирования, и лишь

в 20-х годах прошлого столетия проблема была решена. Причина неудач

заключалась в том, что используемый при этом электролит содержал

трехвалентный хром, который не мог создать нужное покрытие. А вот его

шестивалентному «собрату» такая задача оказалась по плечу. С этого времени

в качестве электролита начали применять хромовую кислоту - в ней

валентность хрома равна 6. Толщина защитных покрытий (например, на

некоторых наружных деталях автомобилей, мотоциклов, велосипедов) составляет

до 0,1 миллиметра. Но иногда хромовое покрытие используют в декоративных

целях - для отделки часов, дверных ручек и других предметов, не

подвергающихся серьезной опасности. В таких случаях на изделие наносят

тончайший слой хрома (0,0002-0,0005 миллиметра).

Литовские химики разработали способ создания многослойной «кольчуги» для

особо ответственных деталей. Тончайший верхний слой этого покрытия (под

микроскопом его поверхность и в самом деле напоминает кольчугу) состоит из

хрома: в процессе службы он первым «принимает огонь на себя», но пока хром

окисляется, проходят многие годы. Тем временем деталь спокойно несет свою

ответственную службу.

Хромированию подвергаются не только металлические детали, но и изделия

из пластмасс. Подвергнутый испытаниям широко известный полимер -

полистирол, «одетый» в хром, стал прочнее, для него оказались менее

страшными такие известные «враги» конструкционных материалов, как

истирание, изгиб, удар. Само собой разумеется, возрос срок службы деталей.

Существует и другой способ хромирования - диффузионный, протекающий не в

гальванических ваннах, а в печах. Первоначально стальную деталь помещали в

порошок хрома и нагревали в восстановительной атмосфере до высоких

температур. При этом на поверхности детали появлялся обогащенный хромом

слой, по твердости и коррозионной стойкости значительно превосходящий

сталь, из которой сделана деталь. Но при температуре примерно 1000°С

хромовый порошок спекается и, кроме того, на поверхности покрываемого

металла образуются карбиды, препятствующие диффузии хрома в сталь. Пришлось

подыскивать другой носитель хрома; вместо порошка для этой цели начали

использовать летучие галоидные соли хрома - хлорид или иодид, что позволило

снизить температуру процесса. Хлорид (или иодид) хрома получают

непосредственно в установке для хромирования, пропуская пары

соответствующей галоидоводородной кислоты через порошкообразный хром или

феррохром. Образующийся газообразный хлорид обволакивает хромируемое

изделие, и поверхностный слой насыщается хромом. Такое покрытие гораздо

прочнее связано с основным материалом, чем гальваническое.

5.2. Сплавы

Семейство хромовых сплавов весьма многочисленно.

Таблица 3- Основные хромовые сплавы

|Название |Хром |Железо |Никель |Алюминий|Кобальт |Вольфрам|

| |Cr |Fe |Ni | |Co | |

| | | | |Al | |W |

|Феррохром |65% |35 % | | | | |

|Нихром |15-30% | |70-85% | | | |

|Хроматы |17-30% |64-79% | |4-6% | | |

|Стеллит |20-25% |1-3% | | |45-60% |5-29% |

Феррохром - сплав хрома с железом, вводимый в жидкую сталь для ее

легирования. Вводить хром в чистом виде в сталь очень затруднительно - он

медленно растворяются в жидком металле, так как температуры его плавления

выше, чем у стали. У феррохрома же температура плавления такая же, как у

стали, или ниже.

Нихромы и хромали, устойчивы в интервале 1000-13000C, обладают высоким

электросопротивлением, используются для изготовления нагревателей в

электрических печах сопротивления.

Добавка к хромоникелевым сплавам кобальта и молибдена придает металлу

способность переносить большие нагрузки при 650-900° С. Из этих сплавов

делают, например, лопатки газовых турбин.

Стеллит очень твердый сплав, стоек против износа и коррозии; применяется

в металлообрабатывающей промышленности, для изготовления режущих

инструментов.

Комохром - сплав хрома, кобальта и молибдена безвреден для человеческого

организма и поэтому используется в восстановительной хирургии.

Хром входит в состав очень многих марок сталей.

«Нержавейка» - сталь, отлично противостоящая коррозии и окислению,

содержит примерно 17-19% хрома и 8-13% никеля. Но этой стали углерод

вреден: карбидообразующие «наклонности» хрома приводят к тому, что большие

количества этого элемента связываются в карбиды, выделяющиеся на границах

зерен стали, а сами зерна оказываются бедны хромом и не могут стойко

обороняться против натиска кислот и кислорода. Поэтому содержание углерода

в нержавеющей стали должно быть минимальным (не более 0,1%).

При высоких температурах сталь может покрываться «чешуей» окалины. В

некоторых машинах детали нагреваются до сотен градусов. Чтобы сталь, из

которой сделаны эти детали, не «страдала» окалинообразованием, в нее вводят

25-30% хрома. Такая сталь выдерживает температуры до 1000°С.

Хромолибденовые стали используются для создания фюзеляжей самолетов.

Экологические проблемы

(Влияние геологоразведочных работ, добычи и переработки сырья на

окружающую среду)

Хром относится к высоко токсичным веществам. Действие на живой организм

солей хрома сопровождается раздражением кожи или слизистой оболочки, иногда

с образованием язв. Поражают они главным образом верхние дыхательные пути,

легкие и глаза. Оксиды хрома менее токсичны, чем чистый металл.

Таблица 4-Предельно допустимые концентрации оксидов хрома

| |CrO3 |Cr2O3 |

|Разовая в воздухе населенных мест, |0,01 |1,0 |

|мг/м3 | | |

|Суточная в воздухе населенных мест |0,0015 |- |

|мг/м3 | | |

|В воде для хозяйственно-питьевого и |0,1 |1,0 |

|культурно-бытового водоснабжения, | | |

|мг/л | | |

|В воде для рыбохозяйственных целей, |0,1 |0,5 |

|мг/л | | |

При проведении геологоразведочных работ на хромовые руды не требуются

специальные меры по защите окружающей среды. При добыче хромовых руд для

исключения попадания рудной пыли в воздух населенных пунктов следует

выполнять ряд условий: соблюдение определенного расстояния от населенных

пунктов, орошение дорог в карьерах и в складах добытой руды.

Наиболее значительное нарушение окружающей среды связано с переработкой

хромового сырья, при котором в воздух попадает значительное количество пыли

при сухом долблении и сортировке. При мокром обогащении сточные воды

нуждаются в отчистке от хрома, его оксидов, что исключает сброс сточных вод

в водоемы и требует строительства экранированных шламохранилищ.

III. Экспериментальная часть

Ангидрид хрома

Хромовый ангидрид ядовит и является очень сильным окислителем.

Педставляет собой слабо парамагнитные расплывающиеся на воздухе красные (с

фиолетовым оттенком) бипирамидальные орторомбические призмы с плотностью

2,80 г/см3 и температурой плавления 1970 (с легким разложением); при

нагревании выше температуры плавления превращается в красные пары, хорошо

растворим в воде, разлагается при 5500 с выделением водорода, очень сильный

окислитель. При растворении CrO3 в воде образуются сильно кислые токсичные

растворы желтого, оранжевого или красного цвета. Очень разбавленные водные

растворы CrO3 желтого цвета; они содержат двухосновную хромовую кислоту

H2CrO4, устойчивую в нейтральной среде и являющуюся окислителем по

отношению к SO2, H2S, SnCl2, FeSO4 и др. Чем концентрированнее водный

раствор хромового ангидрида, тем более конденсированные кислоты. Окись

хрома (VI) энергично окисляет органические соединения; со спиртами она

образует эфиры хромовой кислоты, способные взрываться.

CrO3 обладает цепочечной структурой из тетраэдров [CrO4], соединенных

ребрами (подобно цепочечным силикатам). Низкая температура плавления (1870

С) свидетельствует о заметном ван-дер-ваальсовом вкладе между цепочками.

Методики получения

Получают хромовый ангидрид действием воды на хлористый хромил CrO2Cl2,

обработкой сильно концентрированных растворов хромата или бихромата калия

избытком конц. серной кислотой, действием HCl на хромат серебра, обработкой

хроматов PbCrO4, BaCrO4, SrCrO4 серной кислотой, действием H2[SiF6] на

K2CrO4, обработкой BaCrO4 избытком HNO3:

CrO2Cl2+H2O> CrO3+2HCl

K2CrO4+H2SO4= CrO3+K2SO4+ H2O

PbCrO4+ H2SO4= CrO3+PbSO4+ H2O

K2CrO4+ H2[SiF6] = CrO3+ K2[SiF6]+ H2O

BaCrO4+2HNO3 = CrO3+ Ba(NO3)2 + H2O

Для очистки CrO3 перекристализовывают из водного раствора и сушат при

700 на пористой пластинке.

Методика используемая в выполнении курсовой работы. Берем навеску 4 г.

бихромата калия насыпают в химический стаканчик на 100 мл и добавляют туда

12 мл воды. Стакан ставят на асбестовую сетку и нагревают небольшим

пламенем горелки до растворения соли. Раствору дают охладиться до 500 С,

после чего из капельной воронки добавляют по каплям 9 мл 96 %-ой серной

кислоты. После добавления кислоты оставляют раствор кристаллизоваться.

Выделившиеся кристаллы хромового ангидрида отфильтровывают на стеклянном

фильтре №2 и при помощи стеклянной палочки переносят в бюкс (не трогать

кристаллы руками!). Выпали мелкие криссталы орнжево-желтого цвета.

K2Cr2O7 + 2H2SO4 = 2CrO3 + K2SO4 + H2O

Литература

1. Карапетьянц М.Х., Дракин С.И.. Практикум по общей и неорганической

химии. – М.: Высшая школа,1969. – 287с.

2. Угай Я.А..Неорганическая химия. – М.: Высшая школа, 1989. - 462с

3. Спицин В.И. Практикум по общей и неорганической химии 1984 – 295с

4. Карапетьянц М.Х., Дракин С.И.. Общая и неорганическая химия. – М.:

Химия, 1994.

5. Некрасов Б.В. Основы общей химии. – М.: Высшая школа, 1974.

6. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия – М.: Высшая школа, 1981.

7. Коттон Ф., Уилкинсон Дж. Современная неорганическая химия. М.: Мир,

1969.

Страницы: 1, 2