Методическая разработка по химии на тему "Хром"

Тема урока: Хром: нахождение в природе, получение, физические и химические свойства, важнейшие соединения, месторождения в Дата: 01.03.17г Казахстане. Цели урока:  Образовательная:  рассказать   об   одном   из   представителей  d­   элементов хроме.   О   положении   хрома   в   ПСХЭ.   Нахождение   в   природе,   получение, физические и химические свойства. Соединения хрома. Применение хрома и его сплавов. Развивающая: развить познавательную активность учащихся, способствовать развитию умений наблюдать, делать выводы. Воспитательная: воспитывать культуру общения на уроке. Тип урока: изучение нового материала; Методы урока: наглядный, словесный, составление опорного конспекта;  Ход урока I.  Организационный момент: II. Опрос домашнего задания: 1. Нахождение цинка в природе? (по содержанию в земной коре цинк занимает   23­е   место   среди   других   металлов   (0,01%)Важнейший минерал цинка – цинковая обманка ZnS, также цинкитZnO, цинковый шпатZnCO3) 2. Получение   цинка?   (Для   получения   металлического   цинка   из   руд используются   пирометаллургические   и   гидрометаллургические процессы.) 3. Физические   свойства   цинка?   (Металл   синевато­белого   цвета   с сильным металлическим блеском, плотность 7,13 г/см3) 4. Назовите основные соединения цинка? (оксид цинка встречающийся в   природе   в   виде   красной   цинковой   руды   (цинкит),   и   гидроксид цинка). 5. Назовите формулу цинкового купороса? (ZnSO4* 7H2O) 6. Назовите основные сплавы цинка? (латунь (сплав меди с цинком), и цинкаль (сплав цинка с алюминием)). III. Изучение нового материала: Положение  хрома  в  периодической  системе  химических  элементов  и строение атома. Хром возглавляет  VIпобочную подгруппу. Его электронная формула следующая:  24Cr  1s22s22p63s23p63d54s1 IV  ↑ III II I    ↑  ↑  ↑ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓  ↑ ↑ ↑ ↓ ↑ ↓ s                p                           d ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ Согласно   закономерностям   заполнения   энергетических   уровней   и подуровней (орбиталей), у атома хрома на четвертом энергетическом уровне (s­подуровне)   должно   быть   два   электрона.   Однако   происходит   «проскок» электрона: один из двух  s­электронов переходит на третий энергетический уровень, на свободнуюd­орбиталь. В образовании химических связей могут участвовать  1s­электрон   внешнего   уровня   и  5d­электронов   предпоследнего уровня. Хром   может   проявлять   степени   окисления   от   +1   до   +6.   Наиболее устойчивыми являются соединениями хрома со степенями окисления +2, +3, +6. Нахождение в природе. Общее содержание хрома в земной коре составляет 0,03%. Хром входит в состав различных минералов. Наиболее распространен минерал хромит, или хромистый железняк  FeCr2O4, богатые месторождения которого   имеются   в   Казахстане   в   Актюбинской   области.   На   базе хромитовыхруд   этих   месторождений   работают   Актюбинской   и Ермаковскийзаводы ферросплавов. В природе встречаются также оксид хрома (III)Cr2O3и некоторые другие соединения   хрома.   Хром   обнаружен   и   в   космосе:   на   Солнце,   звездах   и   в метеоритах. Получение.   Хром   получают   в   промышленности  пирометаллургическим способом и алюминотермией. *     При   сильном   нагревании   хромистого   железняка   с   углем   происходит восстановление хрома и железа: FeO • Cr2O3  +  4C = 2Cr  + Fe  +  4CO↑ В результате этой реакции образуется сплав хрома с железом – феррохром. Для   получения   чистого   хрома   его   восстанавливают   из   оксида   хрома   (III) алюминием:  Cr2O3  +Al = Al2O3  + 2Cr Физические свойства.  Хром  –  серебристо  –  белый   блестящий   металл.  Из металлов он самый твердый, легко царапает стекло. Плотность   хрома равна 7,2   г/см3,   температура   плавления   18550С.   Электро­   и   теплопроводность небольшие. Химические   свойства.  Поверхность   хрома   покрыта   прозрачной   пленкой оксида. Она очень тонкая (5•10­8см), но химически весьма устойчива – даже кислоты разрушают ее с трудом. Благодаря этой пленке хром является одним из   самых   коррозионно­стойких   металлов.   Даже   во   влажном   воздухе   он совершенно не изменяется. При высокой температуре хром горит в кислороде, образуя оксид Cr2O3: 4Cr + 3О2 = 2Cr2O3 Энергично взаимодействует хром с фтором и хлором. При пропускании хлора над нагретым до красного каления хромом получают хлорид хрома (III)темно­ красного цвета: Раскаленный хром реагирует с парами воды: 2Cr + 3Cl2 = 2CrCl3 2Cr + 3H2O = Cr2O3 + 3H2 * Металлический хром при нагревании реагирует также с серой, азотом, фосфором, углем, кремнием и бором. Например: 2Cr + N2 = 2CrN (нитрид хрома(III)) 2Cr + 3S = Cr2S3 (сульфид рома(III)) Разбавленная соляная и серная кислоты начинают реагировать с хромом только через некоторое время (после разрушения пленки): 2Cr + 3H2SO4 = Cr2(SO4)3+ 3H2 2Cr + 6H+ = 2Cr3+ + 3H2 Азотная и концентрированная серная кислоты пассивируют хром (закрепляют оксидную пленку). Соединения хрома. Хром, проявляя степени окисления от +2 до +6, образует разнообразные соединения с различными свойствами. Для соединений хрома, как   и   для   соединений   других   переходных   металлов,   существует закономерность:   с   возрастанием   степени   окисления   основные   и восстановительные   свойства   соединений   ослабевают,   а   кислотные   и окислительные свойства усиливаются: проявляют                                                                                   проявляют восстановительные свойства             Cr              окислительные свойства                 +2                                                    +3                                                                    +6           Cr                              Cr                                       Cr          CrО                            Cr2О3                                                         CrО3        основной оксид           амфотерный оксид          кислотный оксид         Cr(ОН)2                                       Cr(ОН)3                          Н2CrО4        Н2Cr2О7        основание                    амфотерный гидроксид   хромовая   дихромовая                                                                                     кислота        кислота Оксид хрома (II)CrO– пирофорный черный порошок (пирофорность ­ способность в тонко раздробленном состоянии воспламеняться на воздухе). Типичный основной оксид. Растворяется в разбавленной соляной кислоте: CrO + 2HCl = CrCl2  + H2O CrO + 2H+ = Cr2+  + H2O На воздухе при нагревании выше 1000С оксид хрома (II) превращается в оксид хрома(III). Гидроксид хрома (II)  Cr(OH)2получают в виде желтого осадка при действии раствора щелочи на соли хрома (II), например CrCl2: Cr(OH)2обладает основными свойствами, растворяется в кислотах: CrCl2 + 2NaOH = Cr(OH)2  + 2NaCl Cr2+  + 2OH­ = Cr(OH)2 Cr(OH)2  + 2HCl = CrCl2  + 2H2O Cr(OH)2  + 2H+ = Cr2+  + 2H2O Он является восстановителем. При прокаливании превращается в Cr2O3. Все   соединения   хрома   (II)   довольно   неустойчивы   и   легко   окисляются кислородом воздуха в соединения хрома (III). Например: 4Cr(OH)2  + О2 +  2H2O = 4Cr(OH)3 Оксид   хрома   (III)  Cr2O3  –   тугоплавкий   порошок   зеленого   цвета.   По твердости   близок   к   корунду,   поэтому   его   вводят   в   состав   полирующих средств.   Он   получается   соединением   хрома   с   кислородом   при   высокой температуре.  Оксид хрома (III) амфотерен: взаимодействует с кислотами и со щелочами. При   сплавлении  Cr2O3  со   щелочами   образуются   соединения   хрома   (III)   – хромиты: Cr2О3  + 2NaOH = 2NaCrО2 + H2O хромит натрия Оксид   хрома   (III)   с   водой   не   взаимодействует,   однако   ему   соответствует гидроксид хрома  (III)  Cr(OH)3, который получают в виде студнеобразного осадка   серо­зеленого   цвета   при   действии   растворов   щелочей   на   растворы солей хрома (III): CrCl3 + 3NaOH = Cr(OH)3   + 3↓ Cr3 + 3OH­ = Cr(OH)3↓ NaCl Гидроксид хрома (III) обладает амфотерными свойствами. При растворении в кислотах образуются соли хрома (III), например: Cr(OH)3 + 3НNO3 = Cr(NO3)3  + 3H2O Cr(OH)3 + 3Н+ = Cr3+  + 3H2O Они легко подвергаются гидролизу. * В водных растворах катион Cr3+ встречается только в виде гидратированного иона [Cr(H2O)6]3+, который придает раствору фиолетовый цвет. При растворении в щелочах образуются гидроксохромиты: Cr(OH)3 Cr(OH)3 + KOH = K[Cr(OH)4] гидроксохромит калия При сплавлении Cr(OH)3 метахромиты и ортохромиты: со щелочами получаются Cr(OH)3 + NaOH = NaCrО2 + 2H2O Cr(OH)3 + 3NaOH = Na3CrО3 + 3H2O Соединения хрома (III) играют роль восстановителей. Под действием различных   окислителей   (Cl2,  Br2,  H2O2,  KMnO4и   др.)   они   переходят   в соединения хрома (VI) – хроматы или дихроматы: Cr2(SO4)3 + 2KMnO4 + 7H2O = K2Cr2O7 + 2Mn(OH)4 + 3H2SO4 Оксид хрома (VI)CrO3 – темно­красное кристаллическое вещество. Сильный окислитель:   окисляет   йод,   серу,   фосфор,   уголь,   превращаясь   при   этом   в Cr2O3. Например: 3S0+ 4Cr+6O3 = 3S+4O2 + 2Cr2 +3O3 Cr+6   +3е­ = Cr+3          3    12    4 о/ль,  в/ся S0  ­4e­ = S+4             4            3  в/ль, о/ся CrO3имеет кислотный характер: легко растворяется в воде, образуя хромовые кислоты. С избытком воды образует хромовую кислоту Н2CrO4: CrO3 + H2O = Н2CrO4 При большой концентрации CrO3 образуется дихромовая кислота: 2CrO3 + H2O = Н2Cr2O7 Распознавание соединений хрома.  Все растворы солей хрома имеют 2­  ­ окраску:  Cr2+  ­ голубого  цвета,  Cr3+    ­ зелено­фиолетового  цвета,   CrO4 2­ ­ оранжевого цвета. Образующиеся из солей основания желтого цвета и Cr2O7 и кислоты хрома также ярко окрашены, что может служить признаком для их распознавания. Применение.  Хром   и   его   сплавы   –   ценные   материалы   современной технике. Хром – один из самых важных легирующих элементов, применяемых в   черной   металлургии.   Его   добавляют   в   пружинные,   рессорные, инструментальные и шарикоподшипниковые стали. Нержавеющая сталь самой распространенной марки содержит 18% хрома и 8% никеля. Сплавы хрома с никелем   –  нихромы  –   применяются   для   изготовления   нагревательных элементов. Хром   используется   для   создания   антикоррозионных   и   декоративных покрытий. Соли   хрома   весьма   разнообразны   по   окраске:   фиолетовые,   синие, зеленые, коричневые, оранжевые, красные и черные. На их основе  готовят разнообразные краски. Хроматы и дихроматы применяются как окислители. Соединения   хрома   необходимы   при   дублении   кожи.   Отсюда   и   идет название «хромовые сапоги». Такая кожа обладает красивым блеском, прочна и  удобна в ношении. IV. Закрепление изученного материала:  выполнение упражнений в конце параграфа 6.4 (приложение) V. Домашнее задание: § 6.4