Экзамен - Шпаргалки - Свойства элементов - 2008 / билет4водород, хром

ВОДОРОД

Водород H - первый элемент в периодической системе, самый распространённый элемент во Вселенной (92%); в земной коре массовая доля водорода составляет всего 1%.

Впервые выделен в чистом виде Г. Кавендишем в 1766 г. В 1787г. А.Лавуазье доказал, что водород - химический элемент.

Атом водорода состоит из ядра и одного электрона. Электронная конфигурация - 1S¹.═ Молекула водорода двухатомная. Связь ковалентная неполярная.

Радиус атома - (0,08 нм);

потенциал ионизации (ПИ) - (13,6 эВ);

электроотрицательность (ЭО) - (2,1);

степени окисления ╜╜- (-1; +1).

Изотопы:

1	Н - протий (99,98% по массе);
1
2	D - дейтерий (0,02%);
1
3	T - тритий (получен искусственно).
1

Физические свойства.

Водород - газ, бесцветный, без запаха; t╟_кип = -253╟C; t╟_пл = -259╟C; почти не растворяется в воде (в 100V H₂O растворяется 2V H₂); легче воздуха. D (по воздуху) = 0,069.

Получение

1) взаимодействие активных металлов с кислотами - неокислителями:

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂╜

2) взаимодействие алюминия (или цинка) с водными растворами щелочей:

2Al + 2NaOH + 6H₂O = 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂╜

3) электролиз воды и водных растворов щелочей и солей:

2H₂O = 2H₂+ O₂

2NaCl + 2H₂O = H₂+ Cl₂+ 2NaOH

4) пропускание паров воды над раскалённым углём при 1000╟C:

C + H₂O = CO + H₂

5) конверсия метана при 900С:

CH₄ + H₂O = CO + 3H₂

Методы (1,2) используют в лаборатории, (3-5) используют в промышленности.

Химические свойства

При обычных условиях малоактивен (реагирует только с фтором)

Восстановительные свойства:

1) с неметаллами:

2H₂⁰ + O₂ = 2H₂⁺¹O

(со взрывом при поджоге)

H₂⁰ + S═ ^150-250═ H₂⁺¹S

3H₂⁰ + N₂═ ╛^p;t╟╝ ═2NH₃⁺¹

(в присутствии железного катализатора)

H₂⁰ + F₂ = 2HF

(со взрывом)

H₂ + I₂═ ^t═ 2H⁺¹I^-1 сразу разлагается

H2 + Cl2 = 2HCl

H2 + Br2 = 2HBr

2) с оксидами металлов:

H₂⁰ + СuO═ ^t═Cu + H₂O

(метод получения малоактивных металлов Pb, Mo, W, Ni, Cu и др. из их оксидов)

Окислительные свойства

3) с щелочными и щелочноземельными металлами:

H₂⁰ + 2Li⁰  2Li⁺¹H^-1

H₂⁰ + Ca⁰ = Ca⁺²H₂^-1

Гидриды═ MeH_n - сильные восстановители за счёт водорода в степени окисления (-1). Разлагаются водой и кислотами:

NaH + H₂O = NaOH + H₂╜

CaH₂ + 2H₂O  Ca(OH)₂ + 2H₂╜

LiH + HCl LiCl + H₂╜

Применение

1) Для промышленного синтеза NH₃, HCl, CH₃OH (реакцией CO + 2H₂═ √^p;t╟;kat╝═ CH₃OH)

 2)  Восстановление редких металлов из оксидов (W, Mo и др.).

 3)  Гидрирование органических соединений (в частности, гидрогенизация растительных масел в твёрдые жиры).

 4) Для сварки и резки металлов водородно-кислородным пламенем.

Физические свойства

Блестящие, сероватого цвета металлы. С увеличением атомного номера растут температуры плавления и кипения.

Вольфрам - самый тугоплавкий из известных металлов.

Химические свойства

В ряду Cr Mo W химическая активность падает.

С увеличением степени окисления элементов у их оксидов и гидроксидов законо-мерно происходит ослабление основных свойств и усиление кислотных. Высшим оксидам RO3 соответствуют кислоты H2RO4.

В том же направлении происходит усиление окислительных свойств соединений.

Хром и его соединения

Получение

1. Алюминотермия: Cr2O3 + 2Al ╝ Al2O3 + 2Cr

2. Восстановлением оксидов оксидом углерода (II).

3. Электролизом водных растворов соединений хрома.

При обычных условиях хром реагирует только со фтором. При высоких температурах (выше 600╟C) взаимодействует с кислородом, галогенами, азотом, кремнием, бором, серой, фосфором.

4Cr + 3O2═ t═ 2Cr2O3

2Cr + 3Cl2═ t═ 2CrCl3

2Cr + N2═ t═ 2CrN

2Cr + 3S══ t═ Cr2S3

В раскалённом состоянии реагирует с парами воды:

2Cr + 3H2O = Cr2O3 + 3H2

Хром растворяется в разбавленных сильных кислотах (HCl, H2SO4)

В отсутствии воздуха образуются соли Cr2+, а на воздухе - соли Cr3+.

Cr + 2HCl = CrCl2 + H2

2Cr + 6HCl + O2 = 2CrCl3 + 2H2O + H2╜

Наличие защитной окисной плёнки на поверхности металла объясняет его пассив-ность по отношению к концентрированным растворам кислот - окислителей.

Соединения хрома

Соединения двухвалентного хрома

Оксид хрома (II) и гидроксид хрома (II) имеют основной характер.

Cr(OH)2 + 2HCl = CrCl2 + 2H2O

Соединения хрома (II) - сильные восстановители; переходят в соединения хрома (III) под действием кислорода воздуха.

2CrCl2 + 2HCl = 2CrCl3 + H2

4Cr(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Cr(OH)3

Соединения трёхвалентного хрома

Оксид хрома (III) Cr2O3 - зелёный, нерастворимый в воде порошок. Может быть получен при прокаливании гидроксида хрома (III) или дихроматов калия и аммония:

2Cr(OH)3═ t═ Cr2O3 + 3H2O

4K2Cr2O7═ t═ 2Cr2O3 + 4K2CrO4 + 3O2

(NH4)2Cr2O7═ t═ Cr2O3 + N2+ 4H2O

Амфотерный оксид. При сплавлении Cr2O3 со щелочами, содой и кислыми солями получаются соединения хрома со степенью окисления (+3):

Cr2O3 + 2NaOH = 2NaCrO2 + H2O

Cr2O3 + Na2CO3 = 2NaCrO2 + CO2╜

Cr2O3 + 6KHSO4 = Cr2(SO4)3 + 3K2SO4 + 3H2O

При сплавлении со смесью щёлочи и окислителя получают соединения хрома в степени окисления (+6):

2Cr2O3 + 4KOH + KClO3 = 2K2Cr2O7(дихромат калия) + KCl + 2H2O

Гидроксид хрома (III) Cr(OH)3 - нерастворимое в воде вещество зелёного цвета.

Cr2(SO4)3 + 6NaOH = 2Cr(OH)3¯ + 3Na2SO4

Обладает амфотерными свойствами - растворяется как в кислотах, так и в щелочах:

2Cr(OH)3 + 3H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 6H2O

Cr(OH)3 + KOH = K[Cr(OH)4]

(или, упрощая, Cr(OH)3 + KOH = KCrO2(хромат калия) + 2H2O)

Соли хрома (III) имеют фиолетовую или тёмно-зелёную окраску. По химическим свойствам напоминают бесцветные соли алюминия.

Соединения Cr (III) могут проявлять и окислительные, и восстановительные свойства:

Zn + 2CrCl3= 2CrCl2 + ZnCl2

2CrCl3 + 16NaOH + 3Br2 = 6NaBr + 6NaCl + 8H2O + 2Na2CrO4

Соединения шестивалентного хрома

Оксид хрома (VI) CrO3 - ярко-красные кристаллы, растворимые в воде.

Получают из хромата (или дихромата) калия и H2SO4(конц.).

K2CrO4 + H2SO4 = CrO3 + K2SO4 + H2O

K2Cr2O7 + H2SO4 = 2CrO3 + K2SO4 + H2O

CrO3 - кислотный оксид, со щелочами образует жёлтые хроматы CrO4

CrO3 + 2KOH ╝=K2CrO4 + H2O

В кислой среде хроматы превращаются в оранжевые дихроматы Cr2O7

2K2CrO4 + H2SO4= K2Cr2O7 + K2SO4 + H2O

В щелочной среде эта реакция протекает в обратном направлении:

K2Cr2O7 + 2KOH = 2K2CrO4 + H2O

кислая среда

2CrO42- + 2H= Cr2O7 + H2O

щелочная среда

Все соединения хрома (VI) - сильные окислители. 4CrO3 + 3S = 3SO2 + 2Cr2O3