Оглавление Видео опыты по химии Видео опыты по физике На главную страницу

Химия и Химики № 2 2014

Журнал Химиков-Энтузиастов





Получение гидроксида хрома (III)


Termoyad


Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter


Лирическое отступление
Школьный метод получения гидроксида хрома знают даже самые юные химики, да и не только химики. Элементарная реакция получения нерастворимого основания - взаимодействие любой растворимой соли хрома со щелочью. В результате выпадает желеобразный осадок искомого гидроксида, который не то что промыть, отфильтровать-то сложно.

Изучая статьи и патенты в интернете, я наткнулся на промышленный метод получения оксида хрома из соединений шестивалентного хрома (хроматов), в качестве восстановителя в котором используется сера. Имея банку "реактивного" оксида и прекрасно помня о его "консистенции", я решил применить данный метод на практике в своей "домашней лаборатории", вдруг получится? Реактивный оксид представляет собой довольно плотный порошок зеленого цвета, который ни в какое сравнение не идет с теми "соплями", которые выпадают при действии щелочей на соли хрома. С этими мыслями я и решил провести эксперимент.

Теоретические основы и некоторые замечания
Для получения оксида хрома в промышленности используется метод восстановления хроматов в щелочной среде элементарной серой. Реакция протекает по суммарному уравнению:

4Na2CrO4 + 6S +7H2O = 4Cr(OH)3 + 3Na2S2O3 + 2NaOH (1)

образующийся гидроксид промывают и прокаливают.

Полученный таким образом оксид хрома используют в качестве пигмента, причем для технологичности осадок должен легко отделяться от раствора, т.е. быть не в виде геля. Так же реакция довольно просто осуществима, не выделяются ядовитые и вонючие газы, реактивы доступны и т.д., поэтому выбор пал именно на этот вариант.

Естественно, что прокаливать образующийся гидроксид я не собирался, инертность и "тугоухость" реактивного оксида широко известна, например на него не действуют конц. соляная и азотная кислоты, а конц. серная растворяет только при высокой температуре - почти при кипении. С гидроксидом всё по-другому. Он активен и должен растворяться в разбавленных кислотах, поэтому есть простор для его применения (с целью получить другие соединения хрома - и не только).

Для эксперимента я решил использовать дихромат калия. Отвесил 20 грамм.

Для дальнейших наблюдений решено было провести некоторые простейшие расчеты. Итак:

имеем 20 грамм дихромата калия, количество вещества = 0,068 моль.

Для такого количества дихромата потребуется в 3 раза больше серы, т.е. 0,204 моль, по массе это составит 6,53 грамма.

Из 20 грамм дихромата (т.е. из 0,068 моль) получится 0,136 моль гидроксида хрома или 14 грамм по массе.

Так как выбран дихромат, а реакция идет в щелочной среде и с хроматом, то я решил добавить большой избыток щелочи и взял 25 грамм твердого гидроксида натрия. Зачем это нужно, если в процессе выделяется щелочь?

Реакция идет через несколько стадий. Первая - реакция серы и щелочи в водном растворе:

3S + 6NaOH = Na2SO3 + 2Na2S + 3H2O (2)

Вторая - реакция серы с сульфитом и сульфидом. С сульфитом образуется тиосульфат, а с сульфидом - полисульфиды.

Na2SO3 + S = Na2S2O3 (3)
Na2S + S = Na2(S2) (4)

Дальше сульфид реагирует с хроматом по одному из уравнений:

3Na2S + 2Na2CrO4 + 8H2O = 2Cr(OH)3 + 3S + 10NaOH (5)
Na2S + 2Na2CrO4 + 5H2O = 2Cr(OH)3 + Na2SO3 + 4NaOH (6)

Аналогично реагируют и полисульфиды.

Образующаяся сера реагирует по уравнению (2-4) и переходит в раствор, не загрязняя собой продукт. Для первоначального процесса (уравнение 2) нужна сильнощелочная среда, поэтому я взял такой избыток щелочи. Можно не добавлять твердую щелочь, а использовать довольно крепкие её растворы, например 20-40%. Такой раствор можно достать по знакомству (он применяется в качестве щелочного электролита для аккумуляторов, преимущественно используется 40% раствор гидроксида калия с добавкой 3-5% гидроксида лития) или сделать своими руками по известковому методу (с последующим упариванием). Естественно, наиболее удачный вариант - взять щелочь из банки в виде реактива.

Эксперимент, некоторые дополнения и размышления



Сначала - главный участник, дихромат калия. Отвешиваю 20 грамм. Немного переборщил.
Получение гидроксида хрома (III)

Растворяю в воде, банка с гидроксидом натрия уже наготове.
Получение гидроксида хрома (III)
Получение гидроксида хрома (III)

Отвешиваю щелочь.
Получение гидроксида хрома (III)

И добавляю к раствору дихромата.
Получение гидроксида хрома (III)
Раствор сильно нагрелся, держать в руках колбу невозможно - из горла горячий пар. Энергия гидратации + энергия нейтрализации. Много тепла. Поставил колбу остывать, а в это время распаковал пакет с серой и взвесил нужное количество.


Пакет с серой. Примерно 1 кг. Купил в русхиме лет 7 назад. Квалификацию не помню, скорее всего "ч".
Получение гидроксида хрома (III)
Получение гидроксида хрома (III)

Добавляю серу в остывшую колбу с дихроматом.
Получение гидроксида хрома (III)
Получение гидроксида хрома (III)
Получение гидроксида хрома (III)

Ставлю колбу греться на газ. По мере нагревания расвор меняет цвет - идет реакция восстановления.
Получение гидроксида хрома (III)
Получение гидроксида хрома (III)
Получение гидроксида хрома (III)
Получение гидроксида хрома (III)
Получение гидроксида хрома (III)
Получение гидроксида хрома (III)
Получение гидроксида хрома (III)

Начинает выпадать гидроксид хрома.
Получение гидроксида хрома (III)
Получение гидроксида хрома (III)
Получение гидроксида хрома (III)
Получение гидроксида хрома (III)
Получение гидроксида хрома (III)
Получение гидроксида хрома (III)
Немного охлаждаю раствор, в это время готовлю складчатый фильтр, затем приступаю к фильтрации.

Получение гидроксида хрома (III)
Получение гидроксида хрома (III)
Получение гидроксида хрома (III)
Фильтрат желтый, но это не хроматы, а полисульфиды.

Получение гидроксида хрома (III)
Скорость фильтрации низкая, да и объем фильтра маловат. Использую более "продвинутое" оборудование.

Получение гидроксида хрома (III)
Получение гидроксида хрома (III)
Отфильтровалось быстро, примерно за час. Промывал я это всё 2 дня. Отмывку контролировал по рН фильтрата, когда среда стала слабощелочной - промывать прекратил. Во время промывки осадок постоянно оседал на дно, забивая фильтр, приходилось время от времени его помешивать. Вот что вышло.


Получение гидроксида хрома (III)
Получение гидроксида хрома (III)

Ставлю сушить. Газ горит по минимуму.
Получение гидроксида хрома (III)
Получение гидроксида хрома (III)
Получение гидроксида хрома (III)
Получение гидроксида хрома (III)

Высушенный осадок.
Получение гидроксида хрома (III)

Немного растираю и взвешиваю
Получение гидроксида хрома (III)
Получение гидроксида хрома (III)
15,47 грамм. Видимо, осталась вода и примеси щелочи (скорее всего - уже карбонатов).

Для сравнения: слева реактивный оксид хрома, справа - полученный гидроксид.
Получение гидроксида хрома (III)
Получение гидроксида хрома (III)

Решил прокалить.
Получение гидроксида хрома (III)
Получение гидроксида хрома (III)
Получение гидроксида хрома (III)

Результат.
Получение гидроксида хрома (III)

Для сравнения. Слева - реактивный оксид хрома, справа - полученный гидроксид, внизу в центре - прокаленный гидроксид.
Получение гидроксида хрома (III)

Пробую растворить полученный гидроксид хрома в азотной кислоте. Добавил кислоты. Выделяется немного газа, скорее всего - примеси карбонатов. [Скорее всего это воздух, заключенный в порошке оксида хрома - прим. ред.]

Получение гидроксида хрома (III)

Погрел немного. Всё растворилось полностью.
Получение гидроксида хрома (III)

Разбавил раствор.
Получение гидроксида хрома (III)
Получение гидроксида хрома (III)



Выводы.
В результате нехитрых манипуляций получен гидроксид хрома. Он легко фильтруется и довольно легко отмывается. Это уже не "сопли". Конечно, в нём есть избыточная вода, примеси щелочи и карбонатов, это было заметно по выделению пузырьков газа при добавлении кислоты.

В общем, синтез удался.


<Хром, Молибден, Вольфрам>

<Химические вулканы и Фараоновы змеи ч.2> <Химические вулканы ч.1> < Опыты со щелочными металлами > < Опыты со щелочными металлами 1 > [Эксперименты с ацетиленом, метаном, пропаном и бутаном] <Эксперименты с пропан-бутановой смесью 1> <Эксперименты с пропан-бутановой смесью 2> <Эксперименты с фосфором ч.1> <Эксперименты с фосфором ч.2> <Эксперименты с водородом 1> <Эксперименты с водородом 2> <Эксперименты с водородом 3> <Хлористый азот (трихлорид азота). Иодистый азот (нитрид иода)> <Перекись ацетона, ГМТД, органические перекиси> <Черный порох> <Кумулятивный эффект (№5 2011)> <Нитроглицерин, Этиленгликольдинитрат, Нитроэфиры, Нитропроизводные> <Огонь от капли воды (№1 2012)> <Огонь на ладони (Холодный огонь)> <Ртуть, Амальгамы, Соединения Ртути>
<Хром, Молибден, Вольфрам и их соединения (Обсудить на форуме)> [Отправить Комментарий / Сообщение об ошибке]