Учебник Курсы Книги Тесты Вопросы Личный кабинет Общая химия Неорганическая химия Общая характеристика Ia и IIa группа IIIa группа IVa группа Va группа VIa группа VIIa и VIIIa группа Металлы побочных подгрупп Органическая химия Cr, Fe, Cu Mn, Zn, Ag Хром, железо и медь Хром Твердый металл голубовато-белого цвета. Этимология слова "хром" берет начало от греч. χρῶμα — цвет, что связано с большим разнообразием цветов соединений хрома. Массовая доля этого элемента в земной коре составляет 0.02% по массе. Для хрома характерны степени окисления +2, +3 и +6. У соединений, где хром принимает степень окисления +2, свойства основные, +3 - амфотерные, +6 - кислотные. В природе хром встречается в виде следующих соединений. Fe(CrO2)2 - хромистый железняк, хромит (Mg, Fe)Cr2O4 - магнохромит (Fe, Mg)(Cr, Al)2O4 - алюмохромит Получение В промышленности хром получают прокаливанием хромистого железняка с углеродом. Также применяют алюминотермию для вытеснения хрома из его оксида. Fe(CrO2)2 + C = Fe + Cr + CO Cr2O3 + Al = Al2O3 + Cr Химические свойства 1. Реакции с неметаллами Уже на воздухе вступает в реакцию с кислородом: на поверхности металла образуется пленка из оксида хрома (III) Cr2O3 - происходит пассивирование. Реагирует с неметаллами при нагревании. Cr + O2 = (t) Cr2O3 Cr + S = (t) Cr2S3 Cr + N2 = (t) CrN Cr + C = Cr2C3 2. Реакция с водой Протекает в раскаленном состоянии. Cr + H2O = (t) Cr(OH)3 + H2↑ 3. Реакции с кислотами Cr + HCl = CrCl2 + H2↑ Cr + H2SO4(разб.) = CrSO4 + H2↑ С холодными концентрированными серной и азотной кислотой реакция не идет. Она начинается только при нагревании. Cr + H2SO4 = (t) Cr2(SO4)3 + SO2↑ + H2O 4. Реакции с солями менее активных металлов Хром способен вытеснить из солей металлы, стоящие в ряду напряжений правее него. Cr + CuSO4 = CrSO4 + Cu Соединения хрома (II) Соединение хрома (II) носят основный характер. Оксид хрома (II) окисляется кислородом воздуха до более устойчивой формы оксида хрома (III), реагирует с кислотами, кислотными оксидами. CrO + O2 = Cr2O3 CrO + H2SO4 = CrSO4 + H2O CrO + SO3 = CrSO4 Гидроксид хрома (II), как нерастворимый гидроксид, легко разлагается при нагревании на соответствующий оксид и воду, реагирует с кислотами, кислотными оксидами. Cr(OH)2 = (t) CrO + H2O Cr(OH)2 + HCl = CrCl2 + H2O Cr(OH)2 + SO3 = CrSO4 + H2O Соединения хрома (III) Это наиболее устойчивые соединения, которые носят амфотерный характер. К ним относятся оксид хрома (III) гидроксид хрома (III). Оксид хрома (III) реагирует как с щелочами, так и с кислотами. В реакциях с щелочами при нормальной температуре (в растворе) образуются комплексные соли, при прокаливании - смешанные оксиды. С кислотами оксид хрома (III) образует различные соли. H2O + NaOH + Cr2O3 → Na3[Cr(OH)6] (в растворе, гексагидроксохромат натрия) Cr2O3 + Ba(OH)2 → (t°) Ba(CrO2)2 + H2O (прокаливание, хромит бария) Cr2O3 + 2NaOH → (t°) 2NaCrO2 + H2O (прокаливание, хромит натрия) Cr2O3 + HCl = CrCl3 + H2O (сохраняем степень окисления Cr+3) Оксид хрома (III) реагирует с более активными металлами (например, при алюминотермии). Cr2O3 + Al = Al2O3 + Cr При окислении соединение хрома (III) получают соединения хрома (VI) (в щелочной среде). K3[Cr(OH)6] + H2O2 = K2CrO4 + KOH + H2O Cr2O3 + 8NaOH + O2 = (t) Na2CrO4 + H2O Соединения хрома (VI) В этой степени окисления хром проявляет кислотные свойства. К ним относится оксид хрома (VI) - CrO3, и две кислоты, находящиеся в растворе в состоянии равновесия: хромовая - H2CrO4 и дихромовая кислоты - H2Cr2O7. Принципиально важно помнить окраску хроматов и дихроматов (часто она бывает дана в заданиях в качестве подсказки). Хроматы окрашивают раствор в желтый цвет, а дихроматы - в оранжевый цвет. Хроматы переходят в дихроматы с увеличением кислотности среды (часто в реакциях с кислотами). Цвет раствора меняется с желтого на оранжевый. Na2CrO4 + H2SO4 = Na2Cr2O7 + Na2SO4 + H2O Если же оранжевому раствору дихромата прилить щелочь, то он сменит свой цвет на желтый - образуется хромат. Na2Cr2O7 + NaOH = Na2CrO4 + H2O Разложение дихромата аммония выглядит очень эффектно и носит название "вулканчик" :) (NH4)2Cr2O7 = (t) Cr2O3 + N2↑ + H2O В степени окисления +6 соединения хрома проявляют выраженные окислительные свойства. K2Cr2O7 + HCl = CrCl3 + KCl + Cl2↑ + H2O Железо Является одним из самых распространенных элементов в земной коре (после алюминия), составляет 4,65% ее массы. Для железа характерны две основные степени окисления +2, +3, +6. В природе железо встречается в виде следующих соединений: Fe2O3 - красный железняк, гематит Fe3O4 - магнитный железняк, магнетит Fe2O3*H2O - бурый железняк, лимонит FeS2 - пирит, серый или железный колчедан FeCO3 - сидерит Получение Получают железо восстановлением из его оксида - руды. Восстанавливают с помощью угарного газа, водорода. CO + Fe2O3 = Fe + CO2↑ H2 + Fe2O3 = Fe + H2O Основными сплавами железа являются чугун и сталь. В стали содержание углерода менее 2%, меньше содержится P, Mn, Si, S. Чугун отличается б льшим содержанием углерода (2-6%), содержит больше P, Mn, Si, S. о́ Химические свойства 1. Реакции с неметаллами Fe + S = FeS (t > 700°C) Fe + S = FeS2 (t < 700°C) Fe + O2 = Fe3O4 (при горении железа образуется железная окалина - Fe3O4 - смесь двух оксидов FeO*Fe2O3) При нагревании железо взаимодействует с галогенами, азотом, фосфором, углеродом, кремнием и другими. Fe + Cl2 = (t) FeCl3 Fe + P = (t) FeP Fe + C = (t) Fe3C Fe + Si = (t) FeSi 2. Реакции с кислотами Железо активнее водорода, способно вытеснить его из кислот. Fe + HCl = FeCl2 + H2↑ На воздухе железо покрывается пленкой оксида, из-за чего пассивируется во многих реакциях, в том числе с концентрированными холодными серной и азотной кислотами. Fe + H2SO4(разб.) = FeSO4 + H2↑ Реакция с концентрированными кислотами идет только при нагревании. В холодных серной и азотной кислотах железо пассивируется. Fe + H2SO4(конц.) = Fe2(SO4)3 + SO2↑ + H2O 3. Реакции с солями Железо способно вытеснить из солей металлы, стоящие в ряду напряжений правее железа. CuCl2 + Fe = FeCl2 + Cu 4. Восстановительные свойства Железо способно восстанавливать соединения железа +3 до +2. Fe + Fe2O3 = (t) FeO Fe + FeCl3 = (t) FeCl2 Соединения железа (II) проявляют основные свойства. Реагируют c кислотами. При разложении гидроксид железа (II) распадается на соответствующий оксид и воду. FeO + H2SO4 = FeSO4 + H2O Fe(OH)2 + HCl = FeCl2 + H2O Fe(OH)2 = (t) FeO + H2O При хранении на открытом воздухе соли железа (II) приобретают коричневый цвет из-за окисления до железа +3. FeCl2 + H2O + O2 = Fe(OH)Cl2 Качественной реакцией на ионы Fe2+ в растворе является реакция с красной кровяной солью - K3[Fe(CN)6] гексацианоферратом (III) калия. В результате реакции образуется берлинская лазурь (прусский синий). FeCl2 + K3[Fe(CN)6] = KFe[Fe(CN)6] + KCl Качественной реакцией на ионы Fe2+ также является взаимодействие с щелочью (гидроксидом натрия). В результате выпадает осадок зеленого цвета. FeCl2 + NaOH = Fe(OH)2 + NaCl Соединения железа (III) проявляют амфотерные свойства. Оксид и гидроксид железа (III) реагирует и с кислотами, и с щелочами. Fe(OH)3 + H2SO4 = Fe2(SO4)3 + H2O Fe(OH)3 + KOH = K3[Fe(OH)6] (гексагидроксоферрат калия) При сплавлении комплексные соли не образуются из-за испарения воды. Fe(OH)3 + KOH = (t) KFeO2 + H2O Гидроксид железа (III) - ржавчина, образуется на воздухе в результате взаимодействия железа с водой в присутствии кислорода. При нагревании легко распадается на воду и соответствующий оксид. Fe + H2O + O2 = Fe(OH)3 Fe(OH)3 = (t) Fe2O3 + H2O Качественной реакцией на ионы Fe3+ является взаимодействие с желтой кровяной солью K4[Fe(CN)6]. В результате реакции образуется берлинская лазурь (прусский синий). FeCl3 + K4[Fe(CN)6] = KFe[Fe(CN)6] + KCl Реакция хлорида железа (III) с роданидом калия также является качественной, в результате нее образуется характерный раствор ярко красного цвета. FeCl3 + KCNS = Fe(CNS)3 + KCl И еще одна качественная реакция на ионы Fe3+ - взаимодействие с щелочью (гидроксидом натрия). В результате выпадает осадок бурого цвета. FeCl3 + NaOH = Fe(OH)3 + NaCl Соединения железа (VI) - ферраты - соли несуществующей в свободном виде железной кислоты. Обладают выраженными окислительными свойствами. Ферраты можно получить в ходе электролизом щелочи на железном аноде, а также действием хлора на взвесь Fe(OH)3 в щелочи. Fe + KOH + H2O = (электролиз) K2FeO4 + H2↑ Fe(OH)3 + Cl2 + KOH = K2FeO4 + KCl + H2O Медь Один из первых металлов, освоенных человеком вследствие низкой температуры плавления и доступности получения руды. Основные степени окисления меди +1, +2. Медь встречается в самородном виде и в виде соединений, наиболее известные из которых: CuFeS2 - медный колчедан, халькопирит Cu2S - халькозин Cu2CO3(OH)2 - малахит Получение Пирометаллургический метод получения основан на получении меди путем обжига халькопирита, который идет в несколько этапов. CuFeS2 + O2 = Cu2S + FeS + SO2↑ Cu2S + O2 = Cu2O + SO2 Cu2O + Cu2S = Cu + SO2 Гидрометаллургический метод заключается в растворении минералов меди в разбавленной серной кислоте и дальнейшем вытеснении меди более активными металлами, например - железом. CuSO4 + Fe = Cu + FeSO4 Медь, как малоактивный металл, выделяется при электролизе солей в водном растворе на катоде. CuSO4 + H2O = Cu + O2 + H2SO4 (медь - на катоде, кислород - на аноде) Химические свойства 1. Реакции с неметаллами Во влажном воздухе окисляется с образованием основного карбоната меди. Cu + CO2 + H2O + O2 = (CuOH)2CO3 При нагревании реагирует с кислородом, селеном, серой, при комнатной температуре с: хлором, бромом и йодом. 4Cu + O2 = (t) 2Cu2O (при недостатке кислорода) 2Cu + O2 = (t) 2CuO (в избытке кислорода) Cu + Se = (t) Cu2Se Cu + S = (t) Cu2S 2. Реакции с кислотами Медь способна реагировать с концентрированными серной и азотной кислотами. С разбавленной серной не реагирует, с разбавленной азотной - реакция идет. Cu + H2SO4(конц.) = (t) CuSO4 + SO2↑ + H2O Cu + HNO3(конц.) = Cu(NO3)2 + NO2↑ + H2O Cu + HNO3(разб.) = Cu(NO3)2 + NO↑ + H2O Реагирует с царской водкой - смесью соляной и азотной кислот в соотношении 1 объем HNO3 к 3 объемам HCl. Cu + HCl + HNO3 = CuCl2 + NO + H2O 3. С оксидами неметаллов Медь способна восстанавливать неметаллы из их оксидов. Cu + SO2 = (t) CuO + S Cu + NO2 = (t) CuO + N2↑ Cu + NO = (t) CuO + N2↑ Соединения меди I В степени окисления +1 медь проявляет основные свойства. Соединения меди (I) можно получить путем восстановления соединений меди (II). CuCl2 + Cu = CuCl CuO + Cu = Cu2O Оксид меди (I) можно восстановить до меди различными восстановителями: угарным газом, алюминием (алюминотермией), водородом. Cu2O + CO = (t) Cu + CO2 Cu2O + Al = (t) Cu + Al2O3 Cu2O + H2 = (t) Cu + H2O Оксид меди (I) окисляется кислородом до оксида меди (II). Cu2O + O2 = (t) CuO Оксид меди (I) вступает в реакции с кислотами. Cu2O + HCl = CuCl + H2O Гидроксид меди CuOH неустойчив и быстро разлагается на соответствующий оксид и воду. CuOH → Cu2O + H2O Соединения меди (II) Степень окисления +2 является наиболее стабильной для меди. В этой степени окисления у меди есть оксид CuO и гидроксид Cu(OH)2. Данные соединения проявляют преимущественно основные свойства. Оксид меди (II) получают в реакциях термического разложения гидроксида меди (II), реакцией избытка кислорода с медью при нагревании. Cu(OH)2 = (t) CuO + H2O Cu + O2 = (t) CuO Химические свойства 1. Реакции с кислотами CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O CuO + HCl = CuCl2 + H2O 2. Разложение CuO = (t) Cu2O + O2 3. Восстановление CuO + CO = Cu + CO2 CuO + C = Cu + CO CuO + H2 = Cu + H2O Гидроксид меди (II) - Cu(OH)2 - получают в реакциях обмена между растворимыми солями меди и щелочью. CuSO4 + KOH = K2SO4 + Cu(OH)2↓ 1. Разложение При нагревании гидроксид меди (II), как нерастворимое основание, легко разлагается на соответствующий оксид и воду. Cu(OH)2 = (t) CuO + H2O 2. Реакции с кислотами Cu(OH)2 + HNO3 = Cu(NO3)2 + H2O Cu(OH)2 + HCl = CuCl2 + H2O 3. Реакции с щелочами Как сказано выше, гидроксид меди (II) носит преимущественно основный характер, однако способен проявлять и амфотерные свойства. В растворе концентрированной щелочи он растворяется, образуя гидроксокомлпекс. Cu(OH)2 + LiOH = Li2[Cu(OH)4] 4. Реакции с кислотными оксидами Cu(OH)2 + CO2 = (CuOH)2CO3 + H2O (дигидроксокарбонат меди (II) - (CuOH)2CO3) Обратите особое внимание на реакцию взаимодействия соли меди (II) - сульфата меди (II), карбоната натрия и воды. CuSO4 + Na2CO3 + H2O = (CuOH)2CO3 + Na2SO4 + CO2 © Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2024 Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию. Пройдите тест для закрепления знаний Блиц-опрос по теме Хром, железо и медь 1. CrO проявляет свойства Кислотные Основные Амфотерные 2. Cr2O3 проявляет свойства Основные Кислотные Амфотерные
