Комплексные соединения хрома Соль Рейнеке - OXFORDST.RU

Комплексные соединения хрома Соль Рейнеке

Некоторые важнейшие соединения хрома

Cr(OH)2 слабое основание

Cr(OH)3 ↔ HCrO2 + H2O амфотерный гидроксид

Окислители и восстановители

Способы получения

2. Силикотермический: 2Сr2O3 + 3Si = 3SiO2 + 4Cr

3. Электролитический: 2CrCl3 = 2Сr + 3Cl2

Химические свойства

Поверхностная оксидная пленка является причиной инертности хрома при обычной температуре, благодаря чему этот металл не подвергается атмосферной коррозии (в отличие от железа).

При нагревании хром проявляет свойства довольно активного металла, что соответствует его положению в электрохимическом ряду напряжений.

1. Взаимодействие с O2

Тонкоизмельченный хром интенсивно горит в токе кислорода. На воздухе реакция с O2 происходит лишь на поверхности металла.

При осторожном окислении амальгамированного хрома образуется низший оксид CrO.

2. Взаимодействие с другими неметаллами

(Сr не взаимодействует с Н2, но поглощает его в больших количествах)

CrCl3 и CrS — ионные соединения.

CrN и rxCy — ковалентные тугоплавкие инертные вещества, по твердости сравнимы с алмазом.

3. Взаимодействие с разбавленными растворами HCl и H2SO4

4. Действие концентрированных HNO3, H2SO4 и «царской водки» на хром.

Эти кислоты не растворяют хром при обычной температуре, они переводят его в «пассивное» состояние.

Пассивацию можно частично снять сильным нагреванием, после чего хром начинает очень медленно растворяться в кипящих конц. HNO3, H2SO4, «царской водке».

— смесь концентрированных HNO33 и НСl (1:3), растворяет золото и платиновые металлы (Pd,Os,Ru).

5. Вытеснение малоактивных Me из водных р-ров солей.

6. Взаимодействие с солями, разлагающимися с образованием кислорода.

Соединения Cr (II)

СrO — оксид хрома (II).

Твердое черное вещество, н. р. в Н2O.

Способы получения

1) медленное окисление хрома, растворенного в ртути

2) обезвоживание Сr(ОН)2 в восстановительной атмосфере:

Химические свойства

СrO — неустойчивое вещество, легко окисляется при небольшом нагревании до Сr2O3; при более высоких Т диспропорционирует:

СrO — типичный основный оксид, проявляет характерные для этого класса свойства. Реакции необходимо проводить в восстановительной среде.

Сr(OН)2 — гидроксид хрома (II)

твердое желтое вещество, н. р. в Н2O.

обменными реакциями из солей Сr 2+ :

Химические свойства

Неустойчивое вещество, разлагается при нагревании; на воздухе быстро окисляется с образованием зеленого гидроксида хрома (III);

Соли Сr 2+

Наиболее важные: CrCl2, CrSO4, (СН3СОО)2Сr. Гидратированный ион Сr 2+ имеет бледно-голубую окраску.

Способы получения:

1. Сr + неметалл (S, Hal2)

2. Восстановление солей Сr 3+ :

Химические свойства

1. Соли Сr 2+ — сильные восстановители, так как очень легко окисляются до солей Сr 3+

2. Раствор CrSO4 в разбавленной H2SO4 — превосходный поглотитель кислорода:

3. С аммиаком соли Сr 2+ образуют комплексные соли — аммиакаты:

Для Сr 2+ характерно образование двойных сульфатов, например: K2Cr(SO4)2• 6Н2O

Соединения Сr(III)

, важнейшее природное соединение хрома. Сr2О3, полученный химическими методами, представляет собой темно-зеленый порошок.

Способы получения

1. Синтез из простых веществ:

2. Термическое разложение гидроксида хрома (III) или дихромата аммония:

3. Восстановление дихроматов углеродом или серой:

Сr2O3 используется для изготовления краски «хромовая зеленая», обладающей термо- и влагоустойчивостью.

Химические свойства

Сr2O3 — типичный амфотерный оксид

В порошкообразном виде реагирует с сильными кислотами и сильными щелочами, в кристаллическом виде — химически инертное вещество.

К наиболее практически важным реакциям относятся следующие:

1. Восстановление с целью получения металлического хрома:

2. Сплавление с оксидами и карбонатами активных металлов:

Образующиеся метахромиты являются производными метахромистой кислоты НСrO2.

3. Получение хлорида хрома (III):

Сr(ОН)3 — гидроксид хрома (III).

Образуется в виде синевато-серого осадка при действии щелочей на соли Сr 3+ :

Практически нерастворимый в воде гидроксид может существовать в виде коллоидных растворов.

В твердом состоянии гидроксид хрома (III) имеет переменный состав Сr2O3• nН2O. Теряя молекулу воды, Сr(ОН)3 превращается в метагидроксид СrО(ОН).

Химические свойства

Сr(ОН)3 — амфотерный гидроксид, способный растворяться как в кислотах, так и в щелочах:

Сr(ОН)3 + ЗОН — = [Cr(OH)6] 3- гексагидроксохромитанион

При сплавлении с твердыми щелочами образуются метахромиты:

Соли Cr 3+ .

Растворением осадка Сr(ОН)3 в кислотах получают нитрат Cr(NO3)3, хлорид СrСl3, сульфат Cr2(SO4)3 и другие соли. В твердом состоянии чаще всего содержат в составе молекул кристаллизационную воду, от количества которой зависит окраска соли.

Самой распространенной является двойная соль КСr(SO4)2• 12H2O — хромокалиевые квасцы (сине-фиолетовые кристаллы).

Хромиты, или хроматы (III) — соли, содержащие Сr 3+ в составе аниона. Безводные хромиты получают сплавлением Сr2O3 с оксидами двухвалентных металлов:

В водных растворах хромиты существуют в виде гидроксокомплексов.

Химические свойства

К наиболее характерным свойствам солей Cr(III) относятся следующие:

1. Осаждение катиона Сг 3+ под действием щелочей:

Характерный цвет осадка и его способность растворяться в избытке щелочи используется для отличия ионов Сг 3+ от других катионов.

2. Легкая гидролизуемость в водных растворах, обусловливающая сильнокислый характер среды:

Сr 3+ + Н2O = СrОН 2+ + Н +

Соли Сr (III) с анионами слабых и летучих кислот в водных растворах не существуют; так как подвергаются необратимому гидролизу, например:

3. Окислительно-восстановительная активность:

а) окислитель: соли Cr(III) → соли(VI)

см. «Получение солей Cr(VI)»

б) восстановительь: соли Cr(III) → соли(II)

см. «Получение солей Cr(II)»

4. Способность к образованию комплексных соединений — аммиакатов и аквакомплексов, например:

Соединения Cr(VI)

CrO3 — оксид хрома (VII) триоксид хрома, хромовый ангидрид.

Кристаллическое вещество темно-красного цвета, очень гигроскопичное, легко растворимое в воде. Основной способ получения:

Химические свойства

СrО3 — кислотный оксид, активно взаимодействует с водой и щелочами, образуя хромовые кислоты и хроматы.

Хромовый ангидрид — чрезвычайно энергичный окислитель. Например, этанол воспламеняется при соприкосновении с СrO3:

Продуктом восстановления хромового ангидрида, как правило, является Сr2O3.

Хромовые кислоты — Н2СrO4, Н2Сr2O7.

Химические свойства

При растворении CrO3 в воде образуются 2 кислоты:

Обе кислоты существуют только в водных растворах. Между ними устанавливается равновесие:

Обе кислоты очень сильные, по первой ступени диссоциированы практически полностью:

— соли, содержащие анионы хромовой кислоты CrO4 2- . Почти все имеют желтую окраску (реже — красную). В воде хорошо растворяются только хроматы щелочных металлов и аммония. Хроматы тяжелых металлов н. р. в Н2O. Наиболее распространены: Na2CrO4, К2CrO4, РЬCrO4 (желтый крон).

Способы получения

1. Сплавление CrO3 с основными оксидами, основаниями:

2. Окисление соединений Cr(III) в присутствии щелочей:

3. Сплавление Сr2O3 со щелочами в присутствии окислителя:

Химические свойства

Хроматы существуют только в разбавленных щелочных растворах, которые имеют желтую окраску, характерную для анионов СrO4 2- . При подкислении раствора эти анионы превращаются в оранжевые дихромат-анионы:

2СrO4 2- + 2Н + = Сr2O7 2- + Н2O Это равновесие мгновенно сдвигается в ту или иную сторону при изменении рН растворов.

Хроматы — сильные окислители.

При нагревании хроматы тяжелых металлов разлагаются; например:

— соли, содержащие анионы дихромовой кислоты Сr2O7 2-

В отличие от монохроматов имеют оранжево-красную окраску и обладают значительно лучшей растворимостью в воде. Наиболее важные дихроматы — К2Сr2O7, Na2Cr2O7, (NH4)2Cr2O7.

Их получают из соответствующих хроматов под действием кислот, даже очень слабых, например:

Химические свойства

Водные растворы дихроматов имеют кислую среду вследствие устанавливаемого равновесия с хроматанионами (см. выше). Окислительные свойства дихроматов наиболее сильно проявляются в подкисленных растворах:

При добавлении восстановителей к кислым растворам дихроматов окраска резко изменяется от оранжевой до зеленой, характерной для соединений Сг 3+ .

Примеры ОВР с участием дихроматов в качестве окислителей

Эта реакция используется для получения хромокалиееых квасцов KCr(SO4)2 • 12H2O

Хром, железо и медь

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

В промышленности хром получают прокаливанием хромистого железняка с углеродом. Также применяют алюминотермию для вытеснения хрома из его оксида.

    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.

Протекает в раскаленном состоянии.

Реакции с кислотами

С холодными концентрированными серной и азотной кислотой реакция не идет. Она начинается только при нагревании.

Реакции с солями менее активных металлов

Хром способен вытеснить из солей металлы, стоящие в ряду напряжений правее него.

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.

Гидроксид хрома (II), как нерастворимый гидроксид, легко разлагается при нагревании на соответствующий оксид и воду, реагирует с кислотами, кислотными оксидами.

Соединения хрома (III)

Это наиболее устойчивые соединения, которые носят амфотерный характер. К ним относятся оксид хрома (III) гидроксид хрома (III).

Читайте также  Использование метафоры в поэзии С. Есенина

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 + 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).

При окислении соединение хрома (III) получают соединения хрома (VI) (в щелочной среде).

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.

Если же оранжевому раствору дихромата прилить щелочь, то он сменит свой цвет на желтый — образуется хромат.

Разложение дихромата аммония выглядит очень эффектно и носит название «вулканчик» :)

В степени окисления +6 соединения хрома проявляют выраженные окислительные свойства.

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

Получают железо восстановлением из его оксида — руды. Восстанавливают с помощью угарного газа, водорода.

Основными сплавами железа являются чугун и сталь. В стали содержание углерода менее 2%, меньше содержится P, Mn, Si, S. Чугун отличается бо́льшим содержанием углерода (2-6%), содержит больше P, Mn, Si, S.

    Реакции с неметаллами

Fe + S = FeS (t > 700°C)

Fe + S = FeS2 (t 2+ в растворе является реакция с красной кровяной солью — K3[Fe(CN)6] — гексацианоферратом (III) калия. В результате реакции образуется берлинская лазурь (прусский синий).

Качественной реакцией на ионы Fe 2+ также является взаимодействие с щелочью (гидроксидом натрия). В результате выпадает осадок зеленого цвета.

Соединения железа (III) проявляют амфотерные свойства. Оксид и гидроксид железа (III) реагирует и с кислотами, и с щелочами.

Fe(OH)3 + KOH = K3[Fe(OH)6] (гексагидроксоферрат калия)

При сплавлении комплексные соли не образуются из-за испарения воды.

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.

Качественной реакцией на ионы Fe 3+ является взаимодействие с желтой кровяной солью K4[Fe(CN)6]. В результате реакции образуется берлинская лазурь (прусский синий).

Реакция хлорида железа (III) с роданидом калия также является качественной, в результате нее образуется характерный раствор ярко красного цвета.

И еще одна качественная реакция на ионы Fe 3+ — взаимодействие с щелочью (гидроксидом натрия). В результате выпадает осадок бурого цвета.

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.

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

Пирометаллургический метод получения основан на получении меди путем обжига халькопирита, который идет в несколько этапов.

Гидрометаллургический метод заключается в растворении минералов меди в разбавленной серной кислоте и дальнейшем вытеснении меди более активными металлами, например — железом.

Медь, как малоактивный металл, выделяется при электролизе солей в водном растворе на катоде.

CuSO4 + H2O = Cu + O2 + H2SO4 (медь — на катоде, кислород — на аноде)

    Реакции с неметаллами

Во влажном воздухе окисляется с образованием основного карбоната меди.

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)

Реакции с кислотами

Медь способна реагировать с концентрированными серной и азотной кислотами. С разбавленной серной не реагирует, с разбавленной азотной — реакция идет.

Реагирует с царской водкой — смесью соляной и азотной кислот в соотношении 1 объем HNO3 к 3 объемам HCl.

С оксидами неметаллов

Медь способна восстанавливать неметаллы из их оксидов.

Cu + SO2 = (t) CuO + S

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).

Оксид меди (I) можно восстановить до меди различными восстановителями: угарным газом, алюминием (алюминотермией), водородом.

Оксид меди (I) окисляется кислородом до оксида меди (II).

Оксид меди (I) вступает в реакции с кислотами.

Гидроксид меди CuOH неустойчив и быстро разлагается на соответствующий оксид и воду.

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.

    Реакции с кислотами

CuO + CO = Cu + CO2

Гидроксид меди (II) — Cu(OH)2 — получают в реакциях обмена между растворимыми солями меди и щелочью.

При нагревании гидроксид меди (II), как нерастворимое основание, легко разлагается на соответствующий оксид и воду.

Реакции с кислотами

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.

Реакции с кислотными оксидами

Обратите особое внимание на реакцию взаимодействия соли меди (II) — сульфата меди (II), карбоната натрия и воды.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

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.

Комплексные соединения хрома Соль Рейнеке

2 мл KOH (разб. р-р)

1 микрошпатель KOH (тв.)

Подогреваем содержимое пробирок №№1-3, не доводя до кипения. Смеси в пробирках №№ 4 и 5 сплавляем на спиртовке. Охла­ждаем продукт сплавления и растворяем его в воде.

Вывод. Оксида хрома (III) – амфотерный оксид – при комнатной температуре в воде не растворяется, инертен к действию растворов кислот и щелочей. При нагревании растворяется в растворе кислоты:

При сплавлении Cr2O3 с твердыми щелочами и содой получаются соединения Cr +3 – хромиты:

Получение гидроксида хрома (III)

К 5-6 каплям раствора соли Cr 3+ приливают 5-6 капель раствора аммиака. Испытывают полученный осадок на растворимость в избытке конц. NH4OH с последующим нагреванием.

Вывод. Гидроксид хрома (III) можно получить при действии на соль хрома (III) раствора аммиака: CrCl3 + 3(NH3·H2O) → Cr(OH)3↓ + 3NH4Cl

Кислотно-основные свойства гидроксида хрома (III)

В две чистые пробирки наливаем по 1-2 мл раствора хлорида хрома CrCl3 и приливаем понемногу раствор щелочи до образования осадка гидроксида хрома Cr(OH)3. В одну из пробирок приливаем избыток едкого кали, в другую – раствор соляной кислоты до растворения осадка.

Вывод. Гидроксида хрома (III) проявляет амфотерные свойства, реагирует с кислотами и щелочами:

Восстановительные свойства гидроксида хрома (III)

В чистую пробирку наливаем 1-2 мл раствора хлорида хрома (III) и приливаем понемногу раствор едкого кали до образования осадка гидроксида хрома Cr(OH)3, затем добавляем несколько капель 3%-ного раствора пероксида водорода и нагреваем пробирку.

Вывод. Гидроксид хрома (III) обладает восстановительными свойства, так как в ходе реакции наблюдается переход зеленой окраски раствора в желтую, что указывает на образование в растворе хромат-ионов CrO4 2− :

Гидролиз хромитов

Наливаем в пробирку 1-2 мл раствора хлорида хрома (III) и приливаем к нему избыток раствора щелочи до растворения выпавшего осадка (зеленого цвета) и образования раствора, имеющего ярко-зеленую окраску. Нагреем содержимое пробирки (раствор хромита) до кипения.

Вывод. В отличие от алюминатов и цинкатов хромиты необратимо разлагаются при кипячении вследствие почти полного гидролиза:

Окисление солей хрома (III) в щелочной среде

Наливаем в пробирку 1-2 мл раствора хлорида хрома (III) и приливаем к нему избыток раствора щелочи до растворения выпавшего осадка. К полученному раствору хромита добавляем 3-5 капель 3%-ного раствора перекиси водорода и слегка нагреваем пробирку.

Читайте также  Загрузочные устройства автоматизированных систем

Вывод. Солихрома (III) при взаимодействии с пероксидом водорода в щелочной среде проявляют восстановительные свойства:

Соединения хрома (VI)

Смещение равновесия между хроматами и дихроматами

В чистую пробирку наливаем 1-2 мл раствора хромата калия. Приливаем по каплям раствор серной кислоты до перехода желтого цвета раствора в красно-желтый (оранжевый) цвет вследствие образования дихромата калия. Затем приливаем по каплям раствор едкого кали до перехода красно-желтого цвета раствора в желтый вследствие образования хромата калия.

Окислительные свойства дихроматов

В 3 пробирки наливаем по 1-2 мл раствора K2Cr2O7и такой же объем 2н H2SO4. В 1-ю пробирку приливаем немного раствора иодида калия, во 2-ю добавляем один микрошпатель сульфита натрия и пробирку слегка подогреваем, в 3-ю вносим один микрошпатель сульфата железа (II) или раствор свежеприготовленной соли железа (II). Встряхиваем пробирки.

Вывод. Являясь окислителем, ион Cr2O7 2− восстанавливается до иона Cr 3+ :

Реакция с нитратом серебра

Наливаемв одну пробирку раствор хромата калия (желтый цвет), в другую – раствор дихромата калия (оранжевый) и добавляем по 2-3 капли раствора нитрата серебра.

Вывод. Обе реакции сопровождаются образованием красно-бурого осадка, что указывает на присутствие в растворе ионов CrO4 2- и Cr2O7 2- :

Реакция с хлоридом бария

В одной пробирке смешиваем 1-2 мл раствора хромата калия (желтый цвет) и хлорид бария, в другой – дихромат калия (оранжевый) и хлорид бария.

Вывод. Образование желтого осадка BaCrO4 указывает на присутствие в растворе ионов CrO4 2- : K2CrO4 + BaCl2 → BaCrO4↓ + 2KCl;

Получение пероксида хрома

В пробирку наливаем 2 мл 3%-ного раствора перекиси водорода и 3 мл разбавленной серной кислоты. Смесь перемешиваем и добавляем к ней 0,5 мл бутилового (амилового) спирта и несколько капель раствора дихромата калия. Осторожно взбалтываем содержимое пробирки.

Вывод.При взаимодействии соли хрома с пероксидом водорода в кислой среде образуется неустойчивый пероксид хрома CrO5:

Выводы

В ходе проведенной исследовательской работы:

изучен и обобщен материал по соединениям хрома:

С увеличением степени окисления металла основные свойства оксидов и гидроксидов ослабевают, а кислотные усиливаются.

Окислительные свойства последовательно усиливаются с изменением степени окисления в ряду: Сr +2 → Сr +3 → Сr +6 .

Соединения хрома весьма разнообразны по окраске.

Все хромовые кислоты и их соли, а также оксид хрома (VI) ядовиты;

проведены необходимые реакции с участием соединений хрома (III) и соединений хрома (VI) на практике, проанализированы результаты опытов и сделаны выводы;

разработано и апробировано на уроках химии и элективных занятиях интерактивное пособие «Соединения хрома» (см. приложение 6).

Материал, представленный в работе, может быть использован как на уроках химии, так и во внеурочной деятельности по предмету.

Интерактивное пособие «Соединения хрома» помогает выпускникам средней школы и учащимся овладеть более прочными знаниями по предмету. Принцип, положенный в основу данного пособия, может быть использован при создании подобных приложений по другим учебным дисциплинам.

Многогранность исследуемой темы открывает возможность для дальнейшей работы, направленной на решение проблем, требующих от выпускников не только глубокого усвоения учебного материала, но и выработки навыков практического применения имеющихся знаний.

Список литературы

Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. Учеб. для вузов. – 4-е изд., испр. –М.: Высш. шк., Изд. центр «Академия», 2001. ил. – с.607-612

Безрукова С.А. Лабораторный практикум по общей и неорганической химии: руководство к лабораторным работам: в 2 ч. /С.А. Безрукова, В.А. Андреев. — Северск: Изд-во СТИ НИЯУ МИФИ, 2011. — 2 ч. – c.14

Верховский В.Н., Смирнов А.Д. Техника химического эксперимента. Пособие для учителей. Т.II. Изд. 6-е перераб. М., «Просвещение», 1975. с ил. – с. 366-367

Денисова С.А. Химия (аналитическая): учеб.-метод. пособие для студентов геолог. ф-та / С.А. Денисова, Л.И. Торопов; Перм. ун-т. – Пермь, 2011. – с.122

Кочкаров Ж.А. Химия в уравнениях реакций: учебное пособие/ Ж.А. Кочкаров. – Изд. 2-е. –Ростов н/Д: Феникс, 2016. – 332, [1]с. – (Без репетитора) – с.182-195

Лидин Р.А. Химия: Полный справочник для подготовки к ЕГЭ / Р.А. Лидин. – М.: АСТ: Астрель. 2010. – 286, [2] с. – (Единый государственный экзамен) – с.67-68

Третьяков Ю.Д. Неорганическая химия: в 3 т. / под ред. Ю.Д. Третьякова. Т. 3: Химия переходных металлов. Кн. 1: учебник для студ. высш. учеб. заведений/ [А.А. Дроздов, В.П. Зломанов, Г.Н. Мазо, Ф.М. Спиридонов]. – М.: Издательский центр «Академия», 2007. – с.186

Хомченко Г.П. Пособие по химии для поступающих в вузы. – 4-е изд. испр. и доп. – М.: РИА «Новая волна»: Издатель Умеренков, 2009. ил. – с.316-320

Образование и разрушение
комплексных солей на примере
гидроксокомплексов

В нашем городе ЕГЭ по химии сдают уже с 2003 г. За прошедшие пять лет накоплен определенный опыт работы. Двое моих учеников имели наивысшие по области баллы – 97 (2004) и 96 (2007). Задания уровня С выходят далеко за рамки двухчасовой школьной программы, например, составление уравнений окислительно-восстановительных реакций или уравнений реакций по разрушению комплексных солей. Найти ответы на некоторые вопросы порой не удается ни в одном учебнике или пособии.

Одно из заданий высокого уровня сложности (уровня С) проверяет знания об амфотерных свойствах веществ. Для успешного выполнения этого задания нужно знать в том числе и способы разрушения комплексных солей. В учебной литературе этому вопросу уделяется недостаточно внимания.

Амфотерные свойства имеют оксиды и гидроксиды многих металлов. Они нерастворимы в воде, но взаимодействуют и с кислотами, и со щелочами. При подготовке к ЕГЭ нужно усвоить материал о свойствах соединений цинка, бериллия, алюминия, железа и хрома. Рассмотрим эти свойства с точки зрения амфотерности.

1 Основные свойства при взаимодействии с сильными кислотами.

2 Кислотные свойства при взаимодействии со щелочами.

1) Реакции при сплавлении:

Формулу гидроксида цинка записывают в кислотной форме – H2ZnO2 (цинковая кислота).

Кислотная форма гидроксида алюминия – H3AlO3 (ортоалюминиевая кислота), но она неустойчива, и при нагревании отщепляется вода:

H3AlO3 H2O + HAlO2,

получается метаалюминиевая кислота. По этой причине при сплавлении соединений алюминия со щелочами получаются соли – метаалюминаты:

Al(OH)3 + NaOH NaAlO2 + 2H2O,

Al2O3 + 2NaOH 2NaAlO2 + H2O.

2) Реакции в растворе происходят с образованием комплексных солей:

Следует отметить, что при взаимодействии соединений алюминия со щелочами в растворе получаются разные формы комплексных солей:

Na3[Al(OH)6] – гексагидроксоалюминат натрия;

Na[Al(H2O)2(OH)4] – тетрагидроксодиакваалюминат натрия.

Форма соли зависит от концентрации щелочи.

Соединения бериллия (ВеО и Ве(ОН)2) взаимодействуют со щелочами аналогично соединениям цинка, соединения хрома(III) и железа(III) (Cr2O3, Cr(OH)3, Fe2O3, Fe(OH)3) – аналогично соединениям алюминия, но оксиды этих металлов взаимодействуют со щелочами только при сплавлении.

При взаимодействии гидроксидов этих металлов со щелочами в растворе получаются комплексные соли с координационным числом 6.

Гидроксид хрома(III) легко растворяется в щелочах:

Гидроксид железа(III) имеет очень слабые амфотерные свойства, взаимодействует только с горячими концентрированными растворами щелочей:

3 Металлические бериллий, цинк и алюминий взаимодействуют с растворами щелочей, вытесняя из них водород:

Железо и хром с растворами щелочей не реагируют, образование солей возможно только при сплавлении с твердыми щелочами.

4 При рассмотрении способов разрушения гидроксокомплексов можно выделить несколько случаев.

1) При действии избытка сильной кислоты получаются две средних соли и вода:

2) При действии сильной кислоты (в недостатке) получаются средняя соль активного металла, амфотерный гидроксид и вода:

Na[Al(OH)4] + HCl = NaCl + Al(OH)3 + H2O,

K3[Cr(OH)6] + 3HNO3 = 3KNO3 + Cr(OH)3 + 3H2O.

3) При действии слабой кислоты получаются кислая соль активного металла, амфотерный гидроксид и вода:

Na[Al(OH)4] + H2S = NaHS + Al(OH)3 + H2O,

K3[Cr(OH)6] + 3H2CO3 = 3KHCO3 + Cr(OH)3 + 3H2O.

4) При действии углекислого или сернистого газа получаются кислая соль активного металла и амфотерный гидроксид:

Na[Al(OH)4] + CO2 = NaHCO3 + Al(OH)3,

K3[Cr(OH)6]+ 3SO2 = 3KHSO3 + Cr(OH)3.

5) При действии солей, образованных сильными кислотами и катионами Fe 3+ , Al 3+ и Cr 3+ , происходит взаимное усиление гидролиза, получаются два амфотерных гидроксида и соль активного металла:

3Na[Al(OH)4] + FeCl3 = 3Al(OH)3 + Fe(OH)3 + 3NaCl,

K3[Cr(OH)6] + Al(NO3)3 = Al(OH)3 + Cr(OH)3 + 3KNO3.

6) При нагревании гидроксокомплексов щелочных металлов выделяется вода:

Na[Al(OH)4] NaAlO2 + 2H2O,

K3[Cr(OH)6] KCrO2 + 2H2O + 2KOH.

5 Задания для отработки умения составлять уравнения реакций образования и разрушения гидроксокомплексов.

1) Составьте уравнения четырех возможных реакций между растворами следующих соединений: гексагидроксохромат(III) калия, хлорид алюминия, сероводород, соляная кислота.

П р и м е р р е ш е н и я

а) K3[Cr(OH)6] + AlCl3 = Cr(OH)3 +Al(OH)3 + 3KCl;

б) K3[Cr(OH)6] + 3H2S = 3KHS + Cr(OH)3 + 3H2O;

г) K3[Cr(OH)6] + 3HCl (нед.) = 3KCl + Cr(OH)3 + 3H2O.

2) Даны водные растворы гексагидроксохромата(III) натрия, сернистого газа, бромида железа(III), гидроксида натрия.

Напишите уравнения четырех возможных реакций между ними.

3) Напишите уравнения четырех возможных реакций между растворами гексагидроксоалюмината калия, карбоната калия, угольной кислоты, хлорида хрома(III).

Способ получения комплексных соединений хрома(iii) с тридентантными лигандами общей формулы [crcl3((mezch2ch2)2y)]

Владельцы патента RU 2662241:

Изобретение относится к способу получения комплексных соединений хрома(III) с тридентатными лигандами общей формулы [CrCl3(L)], где L — тридентатный лиганд общей формулы (MeZCH2CH2)2Y, где Z представляет S или Se, Y представляет О или NH. Способ включает взаимодействие комплекса хрома(III) с лигандом L в среде органического растворителя хлористого метилена, при комнатной температуре. В качестве исходного комплекса используют комплекс хрома(III) состава [CrCl3(MeCN)3], где MeCN – ацетонитрил. Процесс ведут при мольном соотношении компонентов Cr_L=1:1 или 1:1.05. Изобретение позволяет упростить процесс получения комплексов хрома(III) с тридентатными лигандами. 3 пр.

Читайте также  Минеральные ресурсы России и Алтайского края

Предлагаемое изобретение относится к области координационной химии и конкретно касается создания нового способа получения комплексных соединений хрома(III) с тридентантными лигандами общей формулой [CrCl3((RZCH2CH2)2Y)], где R — углеводородный заместитель метил (Me); Z — такие гетероатомы, как S и Se, Y — могут быть как О, так и NH, которые могут быть использованы как компоненты каталитических систем и в других направлениях.

Известен способ синтеза комплексных соединений подобного типа /Isolation of а self-activating ethylene trimerization catalyst of a Cr-SNS systems / K. Albahily, Y. Shaikh, Z. Ahmed, I. Korobkov, S. Gambarotta, R. Duchateau // Orgamometallics. 2011. V. 30. N 15. P. 4159-4164/, в котором в качестве органических SNS-донорных лигандов применялись 2,6-)t-Bu-S-CH2)2C5H3N и 2,6-(n-decyl-S-CH2)2C5H3N. Синтез комплексов хрома(III) осуществлялся путем добавления толуольного раствора лиганда к суспензии комплекса [СrСl3(ТНF)3] в толуоле. Полученную смесь нагревали с обратным холодильником в течение 10 минут, далее вели перемешивание смеси в течение 20 часов при комнатной температуре. Образовавшийся нерастворимый продукт отфильтровывали и промывали диэтиловым эфиром.

Известен способ синтеза комплексных соединений подобного типа /New insight into the role of the metal oxidation state in controlling the selectivity of the Cr-(SNS) ethylene trimerization catalyst / C.N. Temple, S. Gambarotta, I. Korobkov, R. Duchateau // Organometallics. 2007. V. 26. N 18. P. 4595-4603/, в котором в качестве органического лиганда SNS-типа использовался 2,6-bis(phenyltiomethyl)piridine и 2,6-bis(cyclohexyltiomethyl)piridine. К суспензии [СrСl3(THF)3] в толуоле приливали раствор органического лиганда и перемешивали при комнатной температуре в течение 30 минут, затем реакционную смесь центрифугировали, твердое вещество промывали гексаном с последующей сушкой в вакууме.

Известен способ синтеза комплексных соединений подобного типа /Ethylene trimerization with mixed-donor ligand (N,P,S) chromium complexes: effect of ligand structure on activity and selectivity / D.S. McGuinness, P. Wassescheid, D.H. Morgan, J.T. Dixon // Organometallics. 2005. V. 24. N 4. P. 552-556/, в котором в качестве лигандов использовались (Et2PCH2CH2)2S, (EtSCH2CH2)2PPh и (Ph2PCH2CH2)2S. Синтез комплексов заключается в растворении комплекса [CrCl3(THF)3] в тетрагидрофуране с добавлением раствора соответствующего лиганда. Полученный раствор перемешивали в течение 20 минут, по истечении которых наблюдалось образование осадка. Растворитель выпаривали до половины исходного объема и добавляли эфир для полноты осаждения комплекса. Продукт отфильтровывали, промывали эфиром и сушили в вакууме.

Ближайшим аналогом предлагаемого изобретения как по технической сущности, так и по набору гетероатомов лиганда является синтез комплексного соединения состава [CrCl3((C10H21SCH2CH2)2O)], описанный в работе /Probing the effects of ligand structure on activity and selectivity of Cr(III) complexes for ethylene oligomerisation and polymerisation / J.O. Moulin, J. Evans, D.S. McGuinness, G. Raid, A.J. Rucklidge, R.P. Tooze, M. Tromp // Dalton Trans. 2008. №9. P. 1177-1185/ (прототип).

Способ заключается в добавлении предварительно растворенного соответствующего лиганда в минимальном объеме хлористого метилена к раствору [CrCl3(THF)3] в сухом дегазированном хлористом метилене с последующим перемешиванием полученной смеси в атмосфере азота в течение 1 часа. После этого растворитель удаляется в вакууме, выделившееся твердое вещество промывается минимальным количеством гексана и сушится в вакууме.

Недостатками вышеприведенных способов являются применение в качестве исходного комплексного соединения [CrCl3(THF)3], синтез которого сложен, так как сопряжен с использованием абсолютного тетрагидрофурана. Хорошо известно, что процесс очистки и хранения тетрагидрофурана связан с образованием пероксидных соединений.

Задачей предполагаемого изобретения является создание способа, позволяющего упростить процесс получения комплексных соединений хрома(III) с тридентатными лигандами общей формулой [CrCl3((MeZCH2CH2)2Y)], где Z — такие гетероатомы, как S и Se, Y — могут быть как О, так и NH без использования [CrCl3(THF)3].

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе получения комплексных соединений хрома(III) с тридентатными лигандами общей формулой [CrCl3((MeZCH2CH2)2Y)] (где Z — такие гетероатомы, как S и Se, Y — могут быть как О, так и NH) взаимодействием хромсодержащего комплекса предшественника с соответствующим тридентантным лигандом (L) в среде органического растворителя хлористого метилена при комнатной температуре, причем в качестве исходного комплекса используют [CrCl3(MeCN)3] при мольном соотношении Cr_L=1:1 или 1:1.05, процесс проводится в среде сухого хлористого метилена.

Способ осуществляется следующим образом:

Шленк-пробирку, оснащенную магнитным мешальником, предварительно продувают аргоном в течение 5-10 минут. Далее вносят исходный комплекс хрома и растворяют его в сухом хлористом метилене, затем к этому раствору при перемешивании приливают раствор лиганда в сухом хлористом метилене. Осуществляют перемешивание полученной смеси в течение 2 часов, после чего полученный продукт отфильтровывают на воронке Шотта в инертной атмосфере, промывают небольшим количеством охлажденного сухого хлористого метилена. После этого промытый осадок помещают в Шленк-ампулу с трехходовым краном и сушат в глубоком вакууме.

Пример 1. Синтез [СrСl3((MeSСН2СН2)2O)]. Палец, снабженный магнитной мешалкой, предварительно продувают аргоном в течение 10 минут. Затем в палец помещают 0,8670 г СrСl3(СН3CN)3 и растворяют в 15 мл сухого хлористого метилена (цвет раствора темно-бордовый насыщенный). К полученному раствору при перемешивании вносят раствор лиганда, представляющий собой 1 мл растворителя и 0,5378 г (MeSСН2СН2)2O (раствор бесцветный). После объединения растворов в течение 2 часов происходит изменение окраски раствора и наблюдается выпадение осадка зеленого цвета. Далее полученную смесь отфильтровывают на воронке Шотта под слоем аргона, осадок промывают небольшим количеством охлажденного сухого хлористого метилена, помещают в Шленк-ампулу и сушат в глубоком вакууме. Выход 80%. Элементный анализ (%): получено: С — 22.22; Н — 4.27; S — 18.55; Сl — 35.90; Cr — 16.17; рассчитано: С — 22.20; Н — 4.35; S — 19.75; Сl — 32.76; Сr — 16.02.

Пример 2. Синтез [СrСl3((МеSеСН2СН2)2O)]. Палец, снабженный магнитной мешалкой, предварительно продувают аргоном в течение 10 минут. Затем в палец помещают 0,6728 г СrСl3(СН3CN)3 и растворяют в 15 мл сухого хлористого метилена (цвет раствора темно-бордовый насыщенный). К полученному раствору при перемешивании вносят раствор лиганда, представляющий собой 1 мл растворителя и 0,6527 г (MeSСН2СН2)2O (раствор бесцветный). После объединения растворов в течение 2 часов происходит изменение окраски раствора и наблюдается выпадение мелкодисперсного осадка темно-зеленого цвета. Далее полученную смесь отфильтровывают на воронке Шотта под слоем аргона, промывают небольшим количеством охлажденного сухого хлористого метилена, помещают в Шленк-ампулу и сушат в глубоком вакууме. Выход 82%. Элементный анализ (%): получено: С — 17.61; Н — 3.58; Сl — 25.20; Сr — 12.95; Se — 35.54; рассчитано: С — 17.22; Н — 3.37; Сl — 25.42; Сr — 12.43; Se — 37.74.

Пример 3. Синтез [CrCl3((MeSeCH2CH2)2NH)]. Палец, снабженный магнитной мешалкой, предварительно продувают аргоном в течение 10 минут. Затем в палец помещают 0,6743 г СrСl3(СН3СN)3 и растворяют в 15 мл сухого хлористого метилена (цвет раствора темно-бордовый насыщенный). К полученному раствору при перемешивании вносят раствор лиганда, представляющий собой 1 мл растворителя и 0,6516 г (MeSeCH2CH2)2NH (раствор бесцветный). После объединения растворов в течение 2 часов происходит изменение окраски раствора и наблюдается выпадение осадка светло-зеленого цвета. Далее полученную смесь отфильтровывают на воронке Шотта под слоем аргона, промывают небольшим количеством охлажденного сухого хлористого метилена, помещают в Шленк-ампулу и сушат в глубоком вакууме. Выход 81%. Элементный анализ (%): получено: С — 18.20; Н — 3.28; N — 3.15; Сl — 25.21; Сr — 12.09; Se — 41.27; рассчитано: С — 17.26; Н — 3.62; N — 3.36; Сl — 25.48; Сr — 12.46; Se — 37.83.

Технический результат — упрощение процесса получения в одну стадию новых комплексов хрома(III) с тридентатными лигандами общей формулы [CrCl3((RZCH2CH2)2Y)].

Способ получения комплексных соединений хрома(III) с тридентатными лигандами общей формулы [CrCl3(L)], где L — тридентатный лиганд общей формулы (MeZCH2CH2)2Y, где Z — такие гетероатомы, как S и Se; Y — могут быть как О, так и NH, взаимодействием комплекса хрома(III) с лигандом L в среде органического растворителя хлористого метилена, при комнатной температуре, отличающийся тем, что в качестве исходного комплекса используют комплекс хрома(III) состава [CrCl3(MeCN)3], где MeCN — ацетонитрил, процесс ведут при мольном соотношении компонентов Cr_L=1:1 или 1:1.05.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: