3. Получение и применение
В промышленности получают как чистый хром, так и его сплав с железом (феррохром). Чистый хром получают восстановлением его оксида алюминием:
Сг2О3 + 2 Аl = 2 Сr + Аl2O3.
Феррохром бывает 2-х видов: содержащий и не содержащий углерод. Первый получают восстановлением хромистого железняка коксом:
FеО * Сr2О3 + 4 С = Fе + 2 Сr + 4 СО,
второй — восстановлением хромистого железняка алюминием:
3 FеО * Сr2О3 + 8 Аl = 3 Fе + 6 Сr + 4 Аl2O3.
Кислородные соединения хрома (III). Оксид хрома (III) (Сr2О3) является амфотерным. В обычных условиях это порошок зеленого цвета. Он не растворяется в воде, очень слабо растворяется в кислотах и щелочах, а при сплавлении со щелочами или карбонатами щелочных металлов образует растворимые в воде соли хромистой кислоты — хромиты:
Сr2О3 + 2 NаОН = 2 NаСrО2 + Н2О;
Сr2О3 + К2СО3 = 2 КСrО2 + СО2.
Оксид хрома (III) при сплавлении со щелочами в присутствии кислорода воздуха может окисляться до хроматов:
2 Сr2О3 + 8 КОН + 3 O2 = 4 К2СrО4 + 4 Н2О.
В лабораторных условиях оксид хрома (III) можно получить термическим разложением дихромата аммония:
(NН4)2Сr2O7 = Сr2О3 + N2 + 4 Н2О.
В промышленности оксид хрома (III) получают восстановлением дихромата калия коксом или серой:
2 К2Сr2О7 + 3 С = 2 Сr2О3 + 2 К2СО3 + СО2;
К2Сr2О7 + S = Сr2О3 + К2SO4.
Оксид хрома (III) применяется для получения хрома, а также для изготовления масляных и акварельных красок. Хромовые краски устойчивы к действию влаги и нагреванию. Соли хрома (III) применяются в промышленности для получения хромовой кожи.
При действии щелочей на растворы солей хрома (III) выпадает осадок гидроксида хрома (III) Сr(ОН)3 серовато-голубого цвета. Гидроксид хрома (III) обладает амфотерными свойствами. В отличие от оксида гидроксид хрома легко растворим как в кислотах, так и в щелочах:
2 Сr(ОН)3 + 3 Н2SO4 = Сr2(SO4)3 + 6 Н2О;
Cr(ОН)3 + 3 NаОН = Nа3[Сг(ОН)6],
поэтому его можно осадить, только если не добавлять избытка щелочи. При нагревании гидроксид хрома (III) теряет воду, превращаясь в оксид:
2 Сr(ОН)3 = Сr2О3 + 3 Н2О.
Большинство солей хрома (III) хорошо растворимо в воде, но легко подвергается гидролизу. Сульфат хрома вместе с сульфатами калия, аммония, рубидия или цезия выкристаллизовывается в виде квасцов Ме2SO4 * Сr2(SO4)3 * 24 Н2О или МеСг(SO4)2 * 12 Н2О, где Ме — катион калия, аммония, рубидия или цезия.
Хромовый ангидрид и хромовые кислоты — соединения, в которых хром содержится в высшем валентном состоянии: +6. Триоксид хрома (СrО3) — кислотный оксид, который взаимодействует с водой, основными оксидами и основаниями:
СrО3 + Н2О = Н2СrO4;
2 СrО3 + Н2О = Н2Сr2О7;
СrО3 + СаО = СаСrО4;
СrО3 + 2 КОН = К2СrО4 + Н2О.
Хромовый ангидрид может образовывать как хромовую, так и двухромовую кислоты и их соли. Состояние равновесия:
2 СrО42- + 2 Н+ Y 2 НСrО— Y Cr2О72- + Н2О
зависит от кислотности среды: в кислом растворе основная масса хрома находится в виде дихромата, а в щелочном, где концентрация ионов водорода очень мала, — в виде хромата.
Хромовый ангидрид — очень сильный окислитель. Реакции его с некоторыми органическими веществами в присутствии серной кислоты протекают со взрывом:
8 СrО3 + 3 СН3СОСН3 + 12 Н2SО4 = 4 Сr2(SО4)3 + 9 СО2 + 9 Н2О.
Хромовый ангидрид можно получить действием концентрированной серной кислоты на сухие хроматы или дихроматы:
K2CrO4 + H2SO4 = K2SO4 + CrO3 + H2O;
K2Cr2O7 + H2SO4 = K2SO4 + 2 CrO3 + H2O.
Хромовый ангидрид применяется как окислитель при различных органических синтезах.
Соли щелочных металлов и аммония хромовых кислот хорошо растворимы в воде. Соли других металлов растворяются трудно. Дихромат калия (К2Сr2О7 хромпик) широко применяется как окислитель в лабораторной практике и химической технологии. Действие хроматов и дихроматов как окислителей проявляется в кислой среде:
К2Сr2О7 + 6 FеSO4 + 7 Н2SO4 = К2SО4 + Сr2(SO4)3 + 3 Fе2(SO4)3 + 7 Н2О.
При прибавлении раствора железного купороса к раствору дихромата калия оранжевая окраска исчезает и появляется зеленая, обусловленная образованием гидратированных ионов Сг3+.
Бромиды и иодиды окисляются дихроматом калия до свободных галогенов:
К2Сr2О7 + 6 КI + 7 Н2SO4 = Сr2(SO4)3 + 3I2 + 4 К2SO4 + 7 Н2О.
При взаимодействии дихромата калия с иодоводородной и бромоводородной кислотами подкислять раствор не требуется, так как необходимую кислотность создают сами восстановители, которые являются сильными кислотами:
К2Сr2О7 + 14 НВr = 2 КВr + 2 СrВr3 + 3 Вr2 + 7 Н2О.
Выделяющийся иод или бром маскирует переход оранжевой окраски раствора в зеленую.
В аналитической химии реакция окисления хроматом или дихроматом калия различных ионов используется для их определения. Этот метод анализа называется хроматометрией.
Раствор дихромата калия в концентрированной серной кислоте называется хромовой смесью и используется в лабораторной практике для мытья посуды. Он легко удаляет жир с поверхности стекла, окисляя его образующимся хромовым ангидридом и смывая концентрированной серной кислотой.
