铬的提炼、性质和用途
铬的最重要矿物是铬铁矿,炼钢所用的铬常由铬铁矿和炭在电炉中反应得到的铬铁来满足:
FeCr2O4+4C→Fe+2Cr+4CO
欲得到较纯的铬,常用的方法是用固体 Na2CO3 或 NaOH 和氧气熔炼,使 Cr(Ⅲ)转化为 Cr(Ⅵ):
4FeCr2O4+8Na2CO3+7O2→2Fe2O3+8Na2CrO4+8CO2
然后用水浸取 Na2CrO4 经酸化浓缩得到 Na2Cr2O7 结晶,再用炭还原得 Cr2O3 Na2Cr2O7+2C Cr2O3+Na2CO3+CO
最后用铝热法自 Cr2O3 得到金属 Cr。
Cr2O3(s)+2Al(s) 2Cr(s)+Al2O3(s)
△rG =-529.6kJ·mol-1
铬是极硬,银白色有光泽、脆性金属,常温下对一般腐蚀剂的抗腐蚀性高,因此广泛用作电镀保护层。
铬能溶于稀 HCl,H2SO4 起初生成蓝色 Cr2+溶液,而后为空气中氧所氧化成绿色 Cr3+溶液
Cr+2HCl→CrCl2+H2
4CrCl2+4HCl+O2→4CrCl3+2H2O
铬在硝酸、磷酸或 HClO4 中是惰性的,这是由于生成氧化物保护层而钝化, 它不和碱作用,在高温,铬和卤素、硫、氮等非金属直接反应生成相应的化合物。
铬主要用于炼钢和电镀。铬能增强钢的耐磨性、耐热性和耐腐蚀性能, 并可使钢的硬度、弹性和抗磁性增强,因此用它冶炼多种合金钢,普通钢中含铬量大多在 0.3%以下,含铬在 1~5%的钢叫铬钢,不锈钢中含铬量亦达20%。由于镀铬层耐磨、耐腐蚀又极光亮,在汽车、自行车、精密仪器制造工业中用铬较多。
铬的主要氧化态是+6、+3、+2,铬(Ⅲ)是最稳定的,铬(Ⅱ)、铬(Ⅵ) 化合物相对地是不稳定的,铬(Ⅵ)是强氧化剂,铬(Ⅱ)是强还原剂,Cr
- 及 Cr 的负氧化态在后续课中讨论。以下列出铬元素电势图。