§ 50.1. Злучэнні хрому ў розных ступенях акіслення

Паводле правілаў запаўнення атамных арбіталей атам хрому павінен мець электронную канфігурацыю 3d⁴4s². Аднак з прычыны ўстойлівасці d⁵-стану энергетычна больш выгадным аказваецца пераход аднаго электрона з 4s-падузроўню на 3d-падузровень. Таму электронная канфігурацыя атама хрому [Ar]3d⁵4s¹.

У адпаведнасці з гэтым для хрому ў злучэннях з іншымі элементамі дазволены ступені акіслення ад 0 да +6. З іх да ўстойлівых адносяцца +3 і +6, прычым ступень акіслення +3 самая ўстойлівая.

Пра ўстойлівасць менавіта гэтых ступеней акіслення сведчыць састаў прыродных злучэнняў хрому: хромавы жалязняк (хром) , кракаіт , хромавая вохра . Яны з’яўляюцца крыніцамі прамысловага атрымання хрому.

Металічны хром атрымліваюць двума спосабамі: металатэрмічным аднаўленнем і электролізам.

Металатэрмічны спосаб заснаваны на аднаўленні Сr₂О₃ алюмініем або крэмніем:

Cr₂O₃ + 2Al Al₂O₃ + 2Cr + Q.

Хром — серабрыста-белы бліскучы метал з высокай тэмпературай плаўлення.

Пры нармальных умовах хром хімічна надзвычай устойлівы. Яго нізкая хімічная актыўнасць тлумачыцца ўтварэннем на паверхні масіўнага металу тонкай шчыльнай аксіднай плёнкі, якая перашкаджае дзеянню хімічных рэагентаў.

Актыўнасць хрому павышаецца пры награванні. Пры тэмпературы вышэйшай за 400 °С ён згарае ў кіслародзе з утварэннем Cr₂O₃.

Паколькі хром у радзе актыўнасці металаў размешчаны да вадароду, ён раствараецца ў разбаўленых растворах кіслот. Пры гэтым хром утварае солі, у якіх знаходзіцца ў ступені акіслення +3:

2Cr + 3H₂SО_4(разб) = Cr₂(SО₄)₃ + 3Н₂↑.

У азотнай і канцэнтраванай сернай кіслотах хром пасівіруецца і раствараецца толькі пры награванні:

2Cr + 6H₂SО_4(канц) Cr₂(SО₄)₃ + 3SО₂↑ + 6Н₂О.

Гідраксід хрому(III) валодае амфатэрнымі ўласцівасцямі і раствараецца ў кіслотах з утварэннем солей хрому. У шчолачах утвараецца ізумрудна-зялёны раствор гексагідроксахрамату:

У найвышэйшай ступені акіслення (+6) хром утварае аксід CrO₃, якому, як паказана вышэй, адпавядаюць дзве кіслаты — хромавая Н₂CrO₄ і дыхромавая H₂Cr₂O₇. Яны існуюць толькі ў растворы.

У ступені акіслення +6 хром утварае два віды солей — храматы (з аніёнам ) і дыхраматы (з аніёнам ). У кіслых растворах існуюць пераважна дыхраматы, якія афарбоўваюць растворы ў аранжавы колер, а ў шчолачных — храматы, якія афарбоўваюць растворы ў жоўты колер (мал. 118.1).

Злучэнні, у якіх хром знаходзіцца ў найніжэйшых ступенях акіслення, выступаюць у якасці адноўнікаў, у найвышэйшай — акісляльнікаў, у прамежкавых — як адноўнікаў, так і акісляльнікаў.

Прадукт аднаўлення злучэнняў хрому ў найвышэйшай ступені акіслення (+6) залежыць ад рН асяроддзя. У кіслым асяроддзі Cr(VI) аднаўляецца да ступені акіслення +3 з утварэннем солей:

4CrO₃ + C₂H₅OH + 6H₂SO₄ = 2Cr₂(SO₄)₃ + 2CO₂ + 9H₂O.

У нейтральным асяроддзі ўтвараецца Cr₂O₃:

4CrO₃ + C₂H₅OH = 2Cr₂O₃ + 2CO₂ + 3H₂O.

Пытанні, заданні, задачы

1. Выкарыстоўваючы схему запаўнення электронамі атамных арбіталей хрому, растлумачце будову іонаў і .

2. Металічны хром атрымліваюць з храміту FeCr₂O₄. Спачатку храміт акісляюць на паветры ў расплаве соды Na₂CO₃, што прыводзіць да ўтварэння храмату натрыю Na₂CrО₄. Хром дзеяннем сернай кіслаты пераводзяць у дыхрамат. Яго вылучаюць з раствору і аднаўляюць пры награванні вугляродам да аксіду Cr₂O₃. З гэтага аксіду хром аднаўляюць алюмініем. Складзіце хімічныя ўраўненні рэакцый, якія працякаюць на кожнай з названых стадый атрымання хрому.

3. Растлумачце прычыну пасівацыі металічнага хрому пры пакаёвай тэмпературы пад дзеяннем паветра або азотнай кіслаты. Чаму пасівацыю хрому можна ліквідаваць механічнай ачысткай паверхні?

4. Хром можна растварыць пасля яго сплаўлення з акісляльна-шчолачнай сумессю, якая складаецца з KNO₃ і KOH. Прывядзіце ўраўненне адпаведнай хімічнай рэакцыі. Прыміце пад увагу, што пры гэтым утвараецца K₂CrO₄.

5. Чаму пры растварэнні металічнага хрому ў салянай або разбаўленай сернай кіслотах утвараюцца растворы рознай афарбоўкі ў залежнасці ад таго, праводзіцца рэакцыя ў кантакце з паветрам або ў асяроддзі азоту?

6. Расстаўце каэфіцыенты ва ўраўненнях хімічных рэакцый для ажыццяўлення наступных ператварэнняў:

CrCl₃ + Cl₂ + KOH → K₂CrO₄ + KCl + H₂O;

K₂Cr₂O₇ + KI + H₂SO₄ → I₂ + Cr₂(SO)₄ + K₂SO₄ + H₂O.

7. Складзіце ўраўненні хімічных рэакцый для ажыццяўлення наступных ператварэнняў:

Cr₂O₃ → CrCl₃ → Cr(OH)₃ → Na₃[Cr(OH)₆] → CrCl₃.

8. Тэхналагічны працэс храміравання прадугледжвае нанясенне хрому на паверхню металічных вырабаў метадам электролізу. Раствор электраліту рыхтуецца з аксіду хрому(VI) і раствору сернай кіслаты. Падумайце, якія працэсы павінны працякаць на электродах у гэтым выпадку. Прывядзіце ўраўненні электродных працэсаў.

9. Вызначце аб'ём хлору (н. у.), які вылучыцца пры ўзаемадзеянні 14,7 г дыхрамату калію з лішкам канцэнтраванай салянай кіслаты.

10. Рэакцыя раскладання дыхрамату амонію выкарыстоўваецца як дэманстрацыйны дослед, які называюць «хімічным вулканам». Схема гэтай рэакцыі выглядае наступным чынам:

(NH₄)₂Cr₂О₇ → Cr₂О₃ + N₂ + Н₂О.

Разлічыце аб’ём азоту, які вылучыцца пры раскладанні 125 г дыхрамату амонію.

Самакантроль

1. Да прыродных злучэнняў хрому адносяцца:

• а) FeCr₂O₄;
• б) PbCrO₄;
• в) Cr₂O₃;
• г) K₂Cr₂O₇.

2. Асноўны прадукт гарэння хрому ў кіслародзе (пры тэмпературы вышэйшай за 400 °С):

• а) CrO;
• б) Cr₂O₃;
• в) CrO₃;
• г) Cr(OH)₂.

3. Амфатэрныя ўласцівасці праяўляюць злучэнні:

• а) CrO;
• б) Cr₂O₃;
• в) CrO₃;
• г) Сr(ОН)₃.

4. Кіслыя растворы солей хрому(VI):

• а) утрымліваюць пераважна дыхрамат-іоны;
• б) утрымліваюць пераважна ;
• в) пафарбаваны ў жоўты колер;
• г) маюць аранжавую афарбоўку.

5. На солеўтварэнне і аднаўленне адпаведна, згодна з ураўненнем рэакцыі

K₂Cr₂O₇ + 14HCl_(канц) = 2KCl + 2CrCl₃ + 3Cl₂ + 7H₂O,

затрачана хлоравадароднай кіслаты (моль):

• а) 0 і 14;
• б) 7 і 7;
• в) 8 і 6;
• г) 6 і 8.