Хром и его соединения
Хром открыл французский химик Луи Никола Воклен в 1797 году. Он исследовал сибирскую красную свинцовую руду — минерал крокоит PbCrO4 — и выделил из неё оксид нового элемента, а затем и сам металл. Название дали по греческому слову «хрома», то есть «цвет».
Соединения нового металла оказались окрашены в разные цвета, и цвет зависел от степени окисления хрома и от его окружения. Оксид Cr2O3 с хромом +3 зелёный, а в жёлтом хромате K2CrO4 и оранжевом дихромате K2Cr2O7 хром одинаково +6. Рубин красный из-за небольшой примеси ионов Cr3+ в кристалле оксида алюминия.
Атом хрома отдаёт до шести электронов
Хром — элемент № 24 в 4-м периоде, в побочной подгруппе VI группы. Его электронная формула содержит провал электрона: 1s22s22p63s23p63d54s1 вместо ожидаемой 3d44s2. Наполовину заполненный d-подуровень устойчивее. На 3d- и 4s-подуровнях всего шесть электронов, отсюда высшая степень окисления +6.
Главные степени окисления хрома — +2, +3, +6. Чем выше степень окисления, тем сильнее кислотные свойства: CrO — основный оксид, Cr2O3 — амфотерный, CrO3 — кислотный. Им отвечают основание Cr(OH)2, амфотерный гидроксид Cr(OH)3 и две хромовые кислоты, H2CrO4 и H2Cr2O7.
Гидроксид хрома(III) ведёт себя как гидроксид алюминия. С кислотой он даёт соль, Cr(OH)3 + 3HCl → CrCl3 + 3H2O, а в избытке щёлочи растворяется с образованием гидроксокомплекса: Cr(OH)3 + 3NaOH → Na3[Cr(OH)6].
Задача 1. Запиши электронные формулы атома хрома и иона Cr3+.
У атома хрома 24 электрона, с учётом провала: 1s22s22p63s23p63d54s1.
Ион Cr3+ теряет три электрона: сначала единственный 4s-электрон, затем два 3d-электрона.
Остаётся 21 электрон: 1s22s22p63s23p63d3.
Ответ: у атома хрома внешние подуровни 3d54s1, у иона Cr3+ — 3d3.
Металлический хром твёрд и пассивируется в концентрированных кислотах
Хром — самый твёрдый из чистых металлов. На воздухе его защищает тонкая плёнка Cr2O3, поэтому хромом покрывают детали машин и смесители, а добавка хрома делает сталь нержавеющей. С разбавленной соляной кислотой хром реагирует, и без доступа воздуха получается голубой раствор соли хрома(II): Cr + 2HCl → CrCl2 + H2. Концентрированные азотная и серная кислоты без нагревания хром пассивируют, как железо и алюминий.
Чистый хром получают алюминотермией: Cr2O3 + 2Al → Al2O3 + 2Cr. Для чистого хрома уголь не годится. Металл загрязняется карбидами.
Хромат и дихромат переходят друг в друга при смене среды
В кислой среде жёлтый хромат превращается в оранжевый дихромат: 2K2CrO4 + H2SO4 → K2Cr2O7 + K2SO4 + H2O. В щелочной среде идёт обратная реакция: K2Cr2O7 + 2KOH → 2K2CrO4 + H2O. Степень окисления хрома при этом остаётся +6. Превращение кислотно-основное, его вызывает среда.
В пробирке переход виден сразу: несколько капель серной кислоты делают жёлтый раствор оранжевым, а капли щёлочи возвращают жёлтый цвет. Опыт можно повторять много раз с одной и той же порцией раствора.
Ошибки с хромом связаны со средой и степенью окисления
❌ В кислой среде дихромат переходит в хромат. ✅ Наоборот: кислота даёт оранжевый дихромат, щёлочь — жёлтый хромат.
❌ Переход хромата в дихромат — ОВР. ✅ Степень окисления хрома остаётся +6.
❌ Cr2O3 — основный оксид, как у большинства металлов. ✅ Он амфотерный.
❌ В кислой среде дихромат восстанавливается до хромата. ✅ Продукт — соль хрома(III), например Cr2(SO4)3, и раствор зеленеет.
Разобрать тему с учителем
Хром на ЕГЭ появляется в ОВР, цепочках и вопросах о цвете растворов. В «Моей школе LS» такие задания решают вместе с учителем на живых онлайн-уроках в малых группах.
Дихромат калия окисляет в кислой среде до солей хрома(III)
Дихромат калия — сильный окислитель. В кислой среде два атома хрома(+6) принимают шесть электронов и становятся хромом(+3), а раствор из оранжевого делается зелёным. С концентрированной соляной кислотой выделяется хлор: K2Cr2O7 + 14HCl → 2KCl + 2CrCl3 + 3Cl2 + 7H2O. Раньше раствором дихромата калия в концентрированной серной кислоте, «хромовой смесью», мыли лабораторную посуду, но теперь от неё почти отказались из-за ядовитости соединений хрома(VI).
Опыт «вулкан» показывает ту же пару степеней окисления. При поджигании горки оранжевого дихромата аммония она «извергается» зелёным пеплом Cr2O3: (NH4)2Cr2O7 → Cr2O3 + N2 + 4H2O. Окислитель и восстановитель здесь сидят в одной соли: хром(+6) окисляет азот(−3). Соединения хрома(VI) ядовиты, поэтому «вулкан» показывают только под тягой.
Задача 2. Расставь коэффициенты в схеме K2Cr2O7 + H2S + H2SO4 → Cr2(SO4)3 + S + K2SO4 + H2O методом электронного баланса и найди сумму коэффициентов.
Степени окисления меняют хром (+6 → +3) и сера (−2 → 0).
Баланс: 2Cr+6 + 6e → 2Cr+3, множитель 1; S−2 − 2e → S0, множитель 3.
Ставим 3 перед H2S и перед S, затем уравниваем серу в сульфатах и водород: K2Cr2O7 + 3H2S + 4H2SO4 → Cr2(SO4)3 + 3S + K2SO4 + 7H2O.
Проверка по кислороду: слева 7 + 16 = 23, справа 12 + 4 + 7 = 23.
Сумма коэффициентов: 1 + 3 + 4 + 1 + 3 + 1 + 7 = 20.
Ответ: 20.
Задача 3. Вычисли объём хлора (н. у.), который выделится при действии избытка соляной кислоты на 29,4 г дихромата калия.
Уравнение: K2Cr2O7 + 14HCl → 2KCl + 2CrCl3 + 3Cl2 + 7H2O.
M(K2Cr2O7) = 294 г/моль; n = 29,4 / 294 = 0,1 моль.
Хлора втрое больше: n(Cl2) = 0,1 · 3 = 0,3 моль.
V = 0,3 · 22,4 = 6,72 л.
Ответ: 6,72 л хлора.
Цвет зависит от степени окисления хрома и от его окружения. Соли хрома(III) и оксид Cr2O3 зелёные, хромат K2CrO4 жёлтый, дихромат K2Cr2O7 оранжевый. Отсюда и название элемента: по-гречески «хрома» — цвет.
По уравнению K2Cr2O7 + 14HCl → 2KCl + 2CrCl3 + 3Cl2 + 7H2O на 1 моль дихромата приходится 3 моль хлора. Значит, n(Cl2) = 0,2 · 3 = 0,6 моль. Объём при н. у. равен 0,6 · 22,4 = 13,44 л.
Запомни пару «кислота — оранжевый». В кислой среде устойчив оранжевый дихромат Cr2O72−, в щелочной — жёлтый хромат CrO42−. Степень окисления хрома в обоих ионах одна и та же, +6.
Оцените урок:
