Хром и марганец
-
Upload
himioteacher -
Category
Documents
-
view
3.005 -
download
3
description
Transcript of Хром и марганец
![Page 1: Хром и марганец](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081413/54982a15b479599d698b4647/html5/thumbnails/1.jpg)
Васенина Иванаученика 10 «А» класса
Научный руководительЯцына Ольга Александровна
учитель химии
МОУ средняя общеобразовательная школа №15
г. ЕгорьевскаМосковской области
2008 – 2009 учебный год
![Page 2: Хром и марганец](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081413/54982a15b479599d698b4647/html5/thumbnails/2.jpg)
Основные вопросыОсновные вопросы
Теоретическая частьТеоретическая часть История открытияИстория открытия Нахождение в природеНахождение в природе ПолучениеПолучение Физические свойстваФизические свойства Хром как химический элементХром как химический элемент Электронное строение атомаЭлектронное строение атома Химические свойстваХимические свойства Взаимодействие с кислотамиВзаимодействие с кислотами Соединения хрома Соединения хрома II, III, IVII, III, IV ПрименениеПрименение
Исследовательская частьИсследовательская часть
ЛитератураЛитература
![Page 3: Хром и марганец](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081413/54982a15b479599d698b4647/html5/thumbnails/3.jpg)
История открытияВ 1766 году петербургский профессор химии И.Г.Леман описал новый минерал, найденный на Урале на Березовском руднике, в 15 километрах от Екатеринбурга. Обрабатывая камень соляной кислотой, Леман получил изумрудно-зеленый раствор, а в образовавшемся белом осадке обнаружил свинец. Спустя несколько лет, в 1770 году, Березовские
рудники описал академик П.С.Паллас: «…наряду с золотом добываются серебро и свинцовые руды, а также находят замечательный красный свинцовый минерал, который не был обнаружен больше ни в одном другом руднике России… Иногда маленькие неправильные пирамидки этого минерала бывают вкраплены в кварц подобно маленьким рубинам...»
![Page 4: Хром и марганец](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081413/54982a15b479599d698b4647/html5/thumbnails/4.jpg)
История открытия
Сначала обнаруженный минерал был назван “сибирским красным свинцом”. Впоследствии за ним закрепилось название
“крокоит”.
В конце 18 века образец минерала вывезли в Париж, где ученым Луи Вокленом были проведены реакции по
следующей схеме:PbCrO4 K2CrO4 Cr2O3 Cr
В результате чего был получен новый металл, который вследствие разнообразия окрасок его солей стали
называть «хромом».
![Page 5: Хром и марганец](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081413/54982a15b479599d698b4647/html5/thumbnails/5.jpg)
Нахождение в природе
Хром встречается в виде соединений в различных минералах. Самый распространенный из них хромистый
железняк (FeCr2O4), добываемый на Урале и в Казахстане. Встречаются в природе оксид хрома (III)
Cr2O3 и другие соединения.
Общее содержание хрома в земной коре составляет 0,03 вес. %. Хром обнаружен на Солнце, звёздах и в
метеоритах.
![Page 6: Хром и марганец](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081413/54982a15b479599d698b4647/html5/thumbnails/6.jpg)
Получение
Взаимодействие оксида хрома (III) с углеродом или металлами
(металлотермия):
2Cr2O3 + 3C = 4Cr +3CO2 (при нагр.)
Cr2O3 + 2Al = 2Cr + Al2O3
Электролиз водных растворов соединений хрома.
![Page 7: Хром и марганец](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081413/54982a15b479599d698b4647/html5/thumbnails/7.jpg)
Физические свойства Хром обладает всеми характерными
свойствами металлов - хорошо проводит тепло, почти не оказывает сопротивления электрическому току, имеет блеск, присущий большинству
металлов. И в то же время, устойчив к коррозии на воздухе и в воде.
Примеси кислорода, азота и углерода, даже в самых малых количествах, резко изменяют физические свойства хрома,
например, делая его очень хрупким.
Плотность(при 20 оC)
7,19 г/см 3
Температура плавления
1878± 22 оС
Температура кипения
2469-2480 оC
Особенностью хрома является резкое изменение его физических свойств при температуре около 37°С. Это аномальное явление ученым не удалось объяснить достоверно до сих пор. Дело в том, что в этой температурной точке внутреннее трение хрома достигает максимума, а модуль упругости падает до минимальных значений. Так же внезапно изменяются электропроводность, коэффициент линейного расширения, термоэлектродвижущая сила.
![Page 8: Хром и марганец](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081413/54982a15b479599d698b4647/html5/thumbnails/8.jpg)
Хром как химический элемент
![Page 9: Хром и марганец](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081413/54982a15b479599d698b4647/html5/thumbnails/9.jpg)
Электронное строение атома
Схема расположения электронов по энергетическим уровням и атомным орбиталям
2p2s
1s
3s 3p
4s
3d
+24 Cr 1s1s222s2s222p2p663s3s223p3p663d3d554s4s11
В образовании химических связей участвуют как электрон внешнего (4В образовании химических связей участвуют как электрон внешнего (4ss) )
энергетическогоэнергетического уровня, так и пять электронов 3-го уровня уровня, так и пять электронов 3-го уровня dd--подуровня. подуровня. Хром может проявлять степени окисления от +1 до +6.Хром может проявлять степени окисления от +1 до +6.Наиболее устойчивыми являются соединения хрома, где он проявляет Наиболее устойчивыми являются соединения хрома, где он проявляет степени окисления +2, +3 и +6. степени окисления +2, +3 и +6.
![Page 10: Хром и марганец](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081413/54982a15b479599d698b4647/html5/thumbnails/10.jpg)
Химические свойства металлического хрома
вода 2Cr + 3H2O = Cr2O3 + 3H2
кислород 4Cr + 3O2 = 2Cr2O3
галогены 2Cr + 3Br2 = 2 CrBr3
галогеноводороды Cr + 2HF = CrF2 + H2
сера 2Cr + 3S = Cr2S3
азот 2Cr + N2 = 2CrN
кремний Cr + Si = CrSi(Все реакции идут при нагревании. При взаимодействии с (Все реакции идут при нагревании. При взаимодействии с
водой хром находится в раскаленном состоянии)водой хром находится в раскаленном состоянии)
![Page 11: Хром и марганец](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081413/54982a15b479599d698b4647/html5/thumbnails/11.jpg)
Взаимодействие с кислотами
На поверхности всегда присутствует оксидная плёнкаНа поверхности всегда присутствует оксидная плёнка (Cr (Cr22OO33)). .
Поэтому хром в разбавленных серной и соляной кислотах Поэтому хром в разбавленных серной и соляной кислотах растворяется не сразу(из-за содержания в них растворённого растворяется не сразу(из-за содержания в них растворённого
кислородакислорода)), а после растворения оксидной плёнки., а после растворения оксидной плёнки.
Cr + 2HCl = CrCl2 + H2
ВВ азотной и концентрированной серных кислотах хром на холоде не азотной и концентрированной серных кислотах хром на холоде не растворяется (из-за упрочнения оксидной плёнки), переходит в растворяется (из-за упрочнения оксидной плёнки), переходит в
пассивное состояние, но при сильном нагревании кислоты пассивное состояние, но при сильном нагревании кислоты растворяют хром.растворяют хром.
Cr + 6HNO3(конц.) = Cr(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
2Cr + 6H2SO4(конц.) = Cr2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2OПассивацию устраняют очисткой поверхности металла.Пассивацию устраняют очисткой поверхности металла.
![Page 12: Хром и марганец](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081413/54982a15b479599d698b4647/html5/thumbnails/12.jpg)
Соединения хрома (II)
Название Химическая формула
Внешний вид. Физические свойства
Способы получения
Химические свойства соединений хрома (II)
Оксид хрома (II)
CrO Кристаллическое вещество черного цвета
Cr(OH)2 = CrO + H2O (при осторожном нагревании в отсутствие O2)
1.Основный оксид (получение)2.CrO + 2HCl = CrCl2+ H2O3.CrO + O2 = Cr2O3 (при нагр. выше 100 OC)
Гидроксидхрома (II)
Cr(OH)2 Желтый осадок CrCl2 + 2NaOH = Cr(OH)2 + 2NaCl
1.Основный гидроксидCr(OH)2 + 2HCl = CrCl2 + 2H2O2. 4Cr(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Cr(OH)3
![Page 13: Хром и марганец](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081413/54982a15b479599d698b4647/html5/thumbnails/13.jpg)
Соединения хрома (III)
Оксид хрома (III) Cr2O3 – тугоплавкий порошок зелёного
цвета, по твердости близкий к корунду Способы получения:
(NH4)2Cr2O7 = Cr2O3 + N2 + 4H2O (при нагр.)
2K2Cr2O7 + 3C(кокс) = 2Cr2O3 + 2K2CO3 + CO2 (при нагр.)
K2Cr2O7 + S = Cr2O3 + K2SO4 (при нагр.)
Cr2O3 – амфотерный, не растворимый в воде оксид, реагирующий с оксидами, гидроксидами, карбонатами щелочных и щелочно-земельных металлов с образованием хромитов:
Cr2O3 + Ba(OH)2 = Ba(CrO2)2 (хромит бария) + H2O
Cr2O3 + Na2CO3 = 2NaCrO2 + CO2
Гидроксид хрома (III) Cr(OH)3 – студнеобразный осадок
серо-зеленого цвета Способы получения:
Cr2(SO4)2 + 6NH3 * H2O = 2Cr(OH)3 + 3(NH4)2SO4
Cr(OH)3 – амфотерный гидроксид
Cr(OH)3 + 3HCl = CrCl3 + 3H2O
Cr(OH)3 + 3NaOH = Na3[Cr(OH)6] (гексагидроксохромат натрия)
Соли хрома (III) (Na3[Cr(OH)6], Ba(CrO2)2)
Устойчивы в щелочной среде, в кислотной – разрушаются. Почти все хорошо растворимы в воде, легко подвергаются гидролизу.
![Page 14: Хром и марганец](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081413/54982a15b479599d698b4647/html5/thumbnails/14.jpg)
Соединения хрома (VI)Название. Химическая формула
Внешний вид. Физические свойства
Взаимные превращения Химические свойства
Оксид хрома (VI) Кристаллическое вещество красного цвета
При растворении оксида хрома (VI) в воде образуется смесь двух кислот. Между данными неустойчивыми кислотами устанавливается равновесие:2H2CrO4 H2Cr2O7 + H2O
Кислотный оксид. Взаимодействует с основными оксидами, основаниями и водой.
Гидрокиды хрома (VI) : хромовая (H2CrO4) и дихромовая (H2Cr2O7) кислоты
Данные кислоты сильны при диссоциации по первой ступени и слабые – по второй ступени.
Соли хрома (VI) (соли хромовых кислот) : хроматы (MeCrO4) и дихроматы (MeCr2O7)
Хроматы – соли желтого цвета, дихроматы – оранжево-красного цвета.
1. 2Na2CrO4 + H2SO4 = Na2Cr2O7 + Na2SO4 + H2O
2. Na2Cr2O7 + 2NaOH = 2Na2CrO4 +H2O
4K2Cr2O7 = 4K2CrO4 + 2Cr2O3 + 3O2 (при нагревании)
Сильные восстановители. Продукты – производные хрома(III) :K2Cr2O7 + 3(NH4)2S +H2O = 2Cr(OH)3 + 3S +6NH3 + 2KOH (нейтральная среда)2K2CrO4+ 8H2O +6NaI = 2K[Cr(OH)4]+2KOH+6NaOH+3I2
(щелочная среда)
![Page 15: Хром и марганец](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081413/54982a15b479599d698b4647/html5/thumbnails/15.jpg)
Применение
В виде феррохрома сплавляют с железом и
получают высококачественные твердые при высокой
температуре стали, металлорежущие
инструменты.
При добавлении к железу хрома (около 12
% ) получают нержавеющую сталь
(хирургические инструменты и т. д. )
Покрывают (хромируют)
различные стальные изделия для
предотвращения коррозии.
Хром металлический
• Дихроматы Na2Cr2O7 * 2H2O и K2Cr2O7 называют хромпиками. Они как окислители применяются в кожевенной (дубление кож), лакокрасочной, спичечной и текстильной промышленности.
• Хромовая смесь – так называется 3 %-ный раствор дихромата калия в концентрированной серной кислоте – применяется в химических лабораториях для мытья стеклянной посуды.
![Page 16: Хром и марганец](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081413/54982a15b479599d698b4647/html5/thumbnails/16.jpg)
Применение
• Нерастворимые хроматы некоторых металлов (PbCrO4, ZnCrO4,
SrCrO4) - прекрасные художественные краски. Богатством оттенков – от
розово-красного до фиолетового славится SnCrO4, используемый в
живописи по фарфору.• 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.
• 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.
![Page 17: Хром и марганец](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081413/54982a15b479599d698b4647/html5/thumbnails/17.jpg)
Исследовательская частьИсследовательская часть
Набор необходимых реактивов
![Page 18: Хром и марганец](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081413/54982a15b479599d698b4647/html5/thumbnails/18.jpg)
Исследовательская частьИсследовательская часть
Получение раствора хлорида хрома (III)
![Page 19: Хром и марганец](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081413/54982a15b479599d698b4647/html5/thumbnails/19.jpg)
Исследовательская частьИсследовательская часть
Получение гидроксида хрома (III)CrCl3 + 3NaOH = Cr(OH)3↓+ 3NaCl
![Page 20: Хром и марганец](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081413/54982a15b479599d698b4647/html5/thumbnails/20.jpg)
Исследовательская частьИсследовательская часть
Разливаем полученный осадок гидроксида хрома (III) в две пробирки
![Page 21: Хром и марганец](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081413/54982a15b479599d698b4647/html5/thumbnails/21.jpg)
Исследовательская частьИсследовательская часть
Исследуем гидроксид хрома (III) на амфотерность. 1. Cr(OH)3 + 3NaOH = Na3[Cr(OH)6] 2. 2Cr(OH)3 + 3H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 6H2O.
![Page 22: Хром и марганец](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081413/54982a15b479599d698b4647/html5/thumbnails/22.jpg)
Исследовательская частьИсследовательская часть
Осадок гидроксида хрома (III) растворился в обеих пробирках.Вывод: гидроксид хрома (III) является амфотерным.
![Page 23: Хром и марганец](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081413/54982a15b479599d698b4647/html5/thumbnails/23.jpg)
Литература
Хомченко Г. «Пособие для поступающих в вузы» П. издательство «Высшая школа», 1976 г.
Учебник «Химия. 10 класс» Рудзитис Г. Е. и Фельдман Ф. Г. издательство «Просвещение», 2001 г.
Электронная энциклопедия Кирилла и Мефодия, версия 2008 г.
«Готовим учащихся к единому государственному экзамену» Новошинский И. И. и Новошинская Н. С.
Интернет
![Page 24: Хром и марганец](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081413/54982a15b479599d698b4647/html5/thumbnails/24.jpg)
Марганец и его соединения
![Page 25: Хром и марганец](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081413/54982a15b479599d698b4647/html5/thumbnails/25.jpg)
Физические свойства
Марганец - твердый хрупкий серебристо-белый металл.
Температура плавления 12440С, температура кипения 20800С, плотность 7,44 г/см3.
![Page 26: Хром и марганец](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081413/54982a15b479599d698b4647/html5/thumbnails/26.jpg)
Электронное строение атома
Схема расположения электронов по энергетическим уровням и атомным орбиталям
+25 Мn 1s1s222s2s222p2p663s3s223p3p663d3d554s4s22
В образовании химических связей участвуют как электрон внешнего (4В образовании химических связей участвуют как электрон внешнего (4ss) )
энергетическогоэнергетического уровня, так и пять электронов 3-го уровня уровня, так и пять электронов 3-го уровня dd--подуровня. подуровня. Марганец может проявлять степени окисления от +2 до +7.Марганец может проявлять степени окисления от +2 до +7.Наиболее устойчивыми являются соединения МНаиболее устойчивыми являются соединения Мnn((IIII) и М) и Мnn((VIIVII). ).
2p2s
1s
3s 3p
4s
3d
![Page 27: Хром и марганец](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081413/54982a15b479599d698b4647/html5/thumbnails/27.jpg)
Химические свойства
Поверхность марганца обычно покрыта серым налетом оксидов.
При нагревании на воздухе он окисляется: ниже 4500С образуется
диоксид МnО2, при температуре до 8000С – сесквиоксид Мn2О3,
при 8000С – окалина, состоящая из внутреннего слоя монооксида
МnО и внешнего слоя оксида марганца(II,III) Мn3О4.
Марганец легко поглощает водород, образуя твердые растворы.
Его взаимодействие с галогенами приводит обычно к дигалогенидам:
Мn + СI2 = МnCI2
При нагревании марганец достаточно легко взаимодействует с
неметаллами(S, N, P, C, Si), образуя соответственно сульфиды,
нитриды, фосфиды, карбиды и силициды.
![Page 28: Хром и марганец](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081413/54982a15b479599d698b4647/html5/thumbnails/28.jpg)
Химические свойстваМn + 2Н2О = Мn(ОН)2 + Н2 ↑
белый осадок
4Мn(ОН)2 + 2Н2О + О2 = 4Мn(ОН)3
бурыйС разбавленными кислотами марганец реагирует с
образованием солей Мn(II), большинство которых в растворах окрашены в розовый цвет.
Мn + 2НСI = МnCI2 + Н2↑
Мn + Н2SO4 = МnSO4 + Н2↑
![Page 29: Хром и марганец](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081413/54982a15b479599d698b4647/html5/thumbnails/29.jpg)
Химические свойства
Соединения Мn(II) являются восстановителями, например:
3МnSO4 + 2KCIO3 + 12KOH = 3K2MnO4 + 2KCI + 3K2SO4 +
6H2O
2MnSO4 + 5PbO2 + 6HNO3 = 2HMnO4 + 3Pb(NO3)2 + 2PbSO4 +
2H2O
![Page 30: Хром и марганец](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081413/54982a15b479599d698b4647/html5/thumbnails/30.jpg)
Химические свойства
Соединения Мn(IV) обладают свойствами как окислителей, так
и восстановителей.
МnO2 + 4HCI = MnCI2 + CI2 + 2H2O
2MnO2 + 2H2SO4 = 2MnSO4 + O2 + 2H2O
3MnO2 + KCIO3 + 6KOH = 3K2MnO4 + KCI + 3H2O
2MnO2 + 4KOH + O2 = 2K2MnO4 + 2H2O
![Page 31: Хром и марганец](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081413/54982a15b479599d698b4647/html5/thumbnails/31.jpg)
Химические свойства
Соли неустойчивой марганцоватой кислоты Н2МnО4, или
манганаты, устойчивы только в щелочной среде. В
нейтральном или кислом растворе легко распадаются на соединения марганца в других степенях окисления
(диспропорционируют):
3K2MnO4 + 2H2O = MnO2 + 2KMnO4 + 4KOH
Манганаты проявляют свойства как окислителей (чаще), так и восстановителей:
2KI + K2MnO4 + 2H2O = MnO2 + I2 + 4KOH
2K2MnO4 + CI2 = 2KMnO4 + 2KCI
![Page 32: Хром и марганец](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081413/54982a15b479599d698b4647/html5/thumbnails/32.jpg)
Химические свойстваВ присутствии окислителей манганаты(VI) превращаются в
соли сильной неустойчивой марганцовой кислоты НМnО4, существующей только в растворе, - манганаты(VII), или
перманганаты.
Твердые перманганаты медленно разлагаются с выделением О2 уже при комнатной температуре:
2КМnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2↑
Скорость разложения возрастает при нагревании.
![Page 33: Хром и марганец](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081413/54982a15b479599d698b4647/html5/thumbnails/33.jpg)
Химические свойства
Перманганаты – одни из сильнейших окислителей.
В сильно щелочной среде МnО4- восстанавливается до МnО4
2-:
2KMnO4 + K2SO3 + 2KOH = 2K2MnO4 + K2SO4 + H2O
в нейтральной – до МnO2:
2КМnO4 + 3K2SO3 + H2O = 3K2SO4 + 2MnO2 + 2KOH
в кислой – до Мn2+:
2KMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4 = K2SO4 + 2MnSO4 + 5Fe2(SO4)3 +
+ 8H2O
![Page 34: Хром и марганец](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081413/54982a15b479599d698b4647/html5/thumbnails/34.jpg)
Применение
Марганец – легирующий элемент, улучшающий свойства стали, сплавов легких цветных металлов на основе алюминия
и магния.
Сплавы марганца с медью используют для изготовления лопастей турбин, винтов самолетов и других ответственных
деталей.
Циклопентадиенилтрикарбонилмарганец С5Н5Мn(СО)3 – антидетонатор моторного топлива.
![Page 35: Хром и марганец](https://reader035.fdocuments.net/reader035/viewer/2022081413/54982a15b479599d698b4647/html5/thumbnails/35.jpg)
Применение
Соли марганца – сырье для получения металлического марганца и МnО2, с помощью которых варят цветные стекла
и глазури, красят ткани.
Соли марганца – составная часть сиккативов, ускоряющих высыхание масляных красок.
Соли марганца – составной компонент микроудобрений, катализаторов.