Металлический хром получают восстановлением его оксида cr2o3 алюминием

Обновлено: 03.07.2024

Хром встречается в природе в основном в виде хромистого железняка Fe(CrO₂)₂ (хромит железа), представляющий собой шпинель, в которой Cr(III) занимает октаэдрические пустоты, а Fe(II) – тетраэдрические. Из него получают феррохром восстановлением в электропечах коксом (углеродом):

FeO • Cr₂O₃ + 4C → Fe + 2Cr + 4CO↑

Чтобы получить чистый хром, реакцию ведут следующим образом:

1) сплавляют хромит железа с карбонатом натрия (кальцинированная сода) на воздухе:

2) растворяют хромат натрия и отделяют его от оксида железа;

3) переводят хромат в дихромат, подкисляя раствор и выкристаллизовывая дихромат;

4) получают чистый оксид хрома восстановлением дихромата углём:

5) с помощью алюминотермии получают металлический хром:

6) с помощью электролиза получают электролитический хром из раствора хромового ангидрида в воде, содержащего добавку серной кислоты. При этом на катодах совершаются в основном 3 процесса:

• восстановление шестивалентного хрома до трехвалентного с переходом его в раствор;

• разряд ионов водорода с выделением газообразного водорода;

• разряд ионов, содержащих шестивалентный хром, с осаждением металлического хрома;

Определение температуры плавления чистого хрома представляет собой чрезвычайно трудную задачу, так как малейшие примеси кислорода или азота существенно влияют на величину этой температуры. По результатам современных измерений она равняется 1907°С. Температура кипения хрома 2671°С. Совершенно чистый (без газовых примесей и углерода) хром довольно вязок, ковок и тягуч. При малейшем загрязнении углеродом, водородом, азотом и т.д. становится хрупким, ломким и твердым.

В зависимости от требуемой степени чистоты металла существует несколько промышленных способов получения хрома.

Возможность алюмотермического восстановления оксида хрома(III) была продемонстрирована еще Фридрихом Вёлером в 1859, однако в промышленном масштабе этот метод стал доступен, как только появилась возможность получения дешевого алюминия. Промышленное алюмотермическое получение хрома началось с работ Гольдшмидта, которому впервые удалось разработать надежный способ регулирования сильно экзотермического (а, следовательно, взрывоопасного) процесса восстановления:

Предварительно смесь равномерно прогревается до 500-600° С. Восстановление можно инициировать либо смесью перекиси бария с порошком алюминия, либо запалом небольшой порции шихты с последующим добавлением остального количества смеси. Важно, чтобы выделяющейся в процессе реакции теплоты, хватило на расплавление образующегося хрома и его отделение от шлака. Хром, получающийся алюмотермическим способом, обычно содержит 0,015–0,02% С, 0,02% S и 0,25–0,40% Fe, а массовая доля основного вещества в нем составляет 99,1–99,4% Cr. Он очень хрупок и легко размалывается в порошок.

При получении высокочистого хрома используются электролитические методы, возможность этого в 1854 году показал Бунзен, подвергший электролизу водный раствор хлорида хрома. Сейчас электролизу подвергают смеси хромового ангидрида или хромоаммонийных квасцов с разбавленной серной кислотой. Выделяющийся в процессе электролиза хром содержит растворенные газы в качестве примесей. Современные технологии позволяют получать в промышленном масштабе металл чистотой 99,90–99,995% с помощью высокотемпературной очистки в потоке водорода и вакуумной дегазации. Уникальные методики рафинирования электролитического хрома позволяют избавляться от кислорода, серы, азота и водорода, содержащихся в «сыром» продукте.

Есть еще несколько менее значимых способов получения металлического хрома. Силикотермическое восстановление основано на реакции:

Восстановление кремнием, хотя и носит экзотермический характер, требует проведения процесса в дуговой печи. Добавка негашеной извести позволяет перевести тугоплавкий диоксид кремния в легкоплавкий шлак силикат кальция.

Восстановление оксида хрома(III) углем применяется для получения высокоуглеродистого хрома, предназначенного для производства специальных сплавов. Процесс также ведется в электродуговой печи.

В процессе Ван Аркеля – Кучмана – Де Бура применяется разложение иодида хрома(III) на нагретой до 1100°С проволоке с осаждением на ней чистого металла.

Хром можно также получать восстановлением Cr₂O₃ водородом при 1500°С, восстановлением безводного CrCl₃ водородом, щелочными или щелочноземельными металлами, магнием и цинком [12].

Сегодня общий объем потребления чистого хрома (не менее 99% Cr) составляет около 15 тысяч тонн, из них около трети приходится на электролитический хром. Мировым лидером в производстве высокочистого хрома является английская фирма Bell Metals. Первое место по объемам потребления занимают США (50%), второе – страны Европы (25%), третье – Япония. Рынок металлического хрома довольно нестабилен, и цены на металл колеблются в широком диапазоне.

Сейчас в мире ежегодно добывается 11–14 миллионов тонн хромитов. Ведущее место по добыче хромовой руды занимает ЮАР (около 6 млн. тонн ежегодно), за ней следует Казахстан, обеспечивая 20% мировых потребностей. Из-за большой глубины залегания хромовой руды ее обычно добывают шахтным способом (85%), но иногда практикуется и открытая (карьерная) добыча, например, в Финляндии и на Мадагаскаре. Обычно добываемые руды относятся к категории достаточно качественных и нуждаются только в механической сортировке. Часто обогащать хромиты нецелесообразно, так как при этом можно повысить только содержание Cr₂O₃, а отношение Fe/Cr остается без изменения. Цена хромита на мировом рынке колеблется в пределах 40–120 долларов США за тонну.

Вывод. Хром встречается в природе в основном в виде хромистого железняка Fe(CrO₂)₂ (хромит железа). Чтобы получить чистый хром, реакцию ведут следующим образом: сплавляют хромит железа с карбонатом натрия (кальцинированная сода) на воздухе, растворяют хромат натрия и отделяют его от оксида железа; переводят хромат в дихромат, подкисляя раствор и выкристаллизовывая дихромат; получают чистый оксид хрома восстановлением дихромата углём, с помощью алюминотермии получают металлический хром, с помощью электролиза получают электролитический хром из раствора хромового ангидрида в воде, содержащего добавку серной кислоты.

Металлический хром получают восстановлением его оксида cr2o3 алюминием

Признак

В условии задачи встречается слово «выход». Теоретический выход продукта всегда выше практического.

Понятия «теоретическая масса или объём, практическая масса или объём» могут быть использованы только для веществ-продуктов.

Доля выхода продукта обозначается буквой

(эта), измеряется в процентах или долях.

Также для расчётов может использоваться количественный выход:

I. Первый тип задач

Известны масса (объём) исходного вещества и масса (объём) продукта реакции. Необходимо определить выход продукта реакции в %.

Задача 1. При взаимодействии магния массой 1,2 г с раствором серной кислоты получили соль массой 5, 5 г. Определите выход продукта реакции (%).

Найти: -?

2. Запишем УХР. Расставим коэффициенты.

Под формулами (из дано) напишем стехиометрические соотношения, отображаемые уравнением реакции.

M(MgSO₄) = 24 + 32 + 4 · 16 = 120 г/моль

4. Находим количество вещества реагента по формулам

= 120 г/моль · 0,05 моль = 6 г

6. Находим массовую (объёмную) долю выхода продукта по формуле

(MgSO₄)=(5,5г ·100%)/6г=91,7%

Ответ: Выход сульфата магния составляет 91,7% по сравнению с теоретическим

II. Второй тип задач

Известны масса (объём) исходного вещества (реагента) и выход (в %) продукта реакции. Необходимо найти практическую массу (объём) продукта реакции.

Задача 2. Вычислите массу карбида кальция, образовавшегося при действии угля на оксид кальция массой 16,8 г, если выход составляет 80%.

1. Записываем краткое условие задачи

=80% или 0,8

3. Находим по ПСХЭ молярные массы подчёркнутых веществ

M(CaO) = 40 + 16 = 56 г/моль

M(CaC₂) = 40 + 2 · 12 = 64г/моль

ν(CaO)=16,8 (г) / 56 (г/моль) = 0,3 моль

5. По УХР вычисляем теоретическое количество вещества (ν_теор) и теоретическую массу (m_теор) продукта реакции

m _{практич} (CaC₂) = 0,8 · 19,2 г = 15,36 г

Ответ: m _{практич} (CaC₂) = 15,36 г

III. Третий тип задач

Известны масса (объём) практически полученного вещества и выход этого продукта реакции. Необходимо вычислить массу (объём) исходного вещества.

Задача 3. Карбонат натрия взаимодействует с соляной кислотой. Вычислите, какую массу карбоната натрия нужно взять для получения оксида углерода (IV) объёмом 28,56 л (н. у.). Практический выход продукта 85%.

3. Вычисляем теоретически полученный объём (массу) и количество вещества продукта реакции, используя формулы:

= 28,56 л / 0,85 = 33,6 л

ν(CO₂) = 33,6 (л) / 22,4 (л/моль) = 1,5 моль

4. Запишем УХР. Расставим коэффициенты.

, следовательно

6. Определяем массу (объём) реагента по формуле:

m(Na₂CO₃) = 106 г/моль · 1,5 моль = 159 г

IV. Решите задачи

Задача №1. При взаимодействии натрия количеством вещества 0, 5 моль с водой получили водород объёмом 4,2 л (н. у.). Вычислите практический выход газа (%).

Задача №2 . Металлический хром получают восстановлением его оксида Cr₂O₃ металлическим алюминием. Вычислите массу хрома, который можно получить при восстановлении его оксида массой 228 г, если практический выход хрома составляет 95 %.

Задача №3 . Определите, какая масса меди вступит в реакцию с концентрированной серной кислотой для получения оксида серы (IV) объёмом 3 л (н.у.), если выход оксида серы (IV) составляет 90%.

Задача №4 . К раствору, содержащему хлорид кальция массой 4,1 г, прилили раствор, содержащий фосфат натрия массой 4,1 г. Определите массу полученного осадка, если выход продукта реакции составляет 88 %.

Металлический хром получают восстановлением оксида cr2o3 металлическим алюминием вычислите массу

Металлический хром получают восстановлением его оксида Cr2 O3 металлическим алюминием.Вычислите массу хрома который можно получить при восстановлении его оксида массой 228 грамм если практический выход хрома 95%

Ответы и объяснения 1

Дано:.
м (cr2o3) — 228 г
м (cr) — x г
Практ. Выход — 95 % Cr

Решение
Составим уравнение реакции :
228 г x г
Cr2O3 + 2 Al (t°) = Al2O3 + 2Cr
152. 52
X= (228г * 2 * 52) : 152 = 15,6 г ,хром (100% выход)
(15,6 г * 95) : 100 = 14,82 г 95 % выход хрома
Ответ: 14,82г 95 % выход хрома

Знаете ответ? Поделитесь им!

Как написать хороший ответ?

Чтобы добавить хороший ответ необходимо:

Отвечать достоверно на те вопросы, на которые знаете правильный ответ;
Писать подробно, чтобы ответ был исчерпывающий и не побуждал на дополнительные вопросы к нему;
Писать без грамматических, орфографических и пунктуационных ошибок.

Копировать ответы со сторонних ресурсов. Хорошо ценятся уникальные и личные объяснения;
Отвечать не по сути: «Подумай сам(а)», «Легкотня», «Не знаю» и так далее;
Использовать мат — это неуважительно по отношению к пользователям;
Писать в ВЕРХНЕМ РЕГИСТРЕ.

Есть сомнения?

Не нашли подходящего ответа на вопрос или ответ отсутствует? Воспользуйтесь поиском по сайту, чтобы найти все ответы на похожие вопросы в разделе Химия.

Трудности с домашними заданиями? Не стесняйтесь попросить о помощи — смело задавайте вопросы!

Химия — одна из важнейших и обширных областей естествознания, наука о веществах, их составе и строении, их свойствах, зависящих от состава и строения, их превращениях, ведущих к изменению состава — химических реакциях, а также о законах и закономерностях, которым эти превращения подчиняются.

Металлический хром получают восстановление его оксида Cr2O3,вычислите массу хрома, который можно получить при восстановлении его оксида с m=228г,если практический выход составляет 95%

Cr2O3 +3H2 = 2Cr + 3H2O
M(Cr2O3) = 52*2+16*3=152 г/моль
n(Cr2O3) = 228/152 =1.5 моль
n(Cr) = 2*n(Cr2O3) = 3 моль
M(Cr) = 52 г/моль
m(Cr) = 52*3=156 г — это 100%-ны1 выход

2. 2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O р-ция разложения
HNO3 + KOH = KNO3 + H2O р-ция обмена
N2 + 3H2 = 2NH3 р-ция соединения
HgSO4 + Cu = CuSO4 + Hg р-ция замещения
Температуру повышают для инициации (начала), ускорения реакции или для смещения равновесия.

3. 1 моль N2 — 2 моль NH3
2 моль N2 — х моль NH3
x = 4 моль NH3

4. а) BaCl2 + 2AgNO3 = 2AgCl↓ + Ba(NO3)2 р-ция обмена
б) 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑ р-ция замещения

5. Na2CO3 + CaCl2 = CaCO3 + 2NaCl
n(Na2CO3) = m/M = 76г / 106г/моль = 0,72 моль
n(NaCl) = 2 * 0.72 моль = 1,44 моль
m(NaCl) = 1.44 моль* 58,5 г/моль = 84,24 г
m( CaCO3) = 0,72моль * 100 г/моль = 72 г
Оба продукта являются солью, поваренной солью является NaCl

7.8. Алюминотермический способ получения металлического хрома и феррохрома

Металлический хром, соответствующий химическому составу по ГОСТ 5905-80, получают алюминотермическим методом (табл. 7.20) на Ключевском заводе ферросплавов.

Восстановление хрома алюминием происходит с образованием промежуточного оксида CrO; процесс характеризуется следующими реакциями (298–2700 K):

2Cr₂О₃ + Al = 4CrO + Al₂O₃;

∆G= -272340 + 11,07Т, Дж/моль;

2CrО + Al = 2Cr + Al₂O₃;

∆G= –403275 + 61,79Т, Дж/моль;

Cr₂О₃ + Al = 4/3Cr + Al₂O₃;

∆G = –359630 + 37,5Т, Дж/моль.

Для выплавки металлического хрома используется оксид хрома с общим содержанием хрома в пересчете на Cr₂O₃>99 (марка ОХМ-0) и 98% (марка ОХМ-1). В качестве восстановителя применяется порошок первичного алюминия.

При внепечной плавке для получения недостающего количества тепла в шихту вводят натриевую селитру, содержащую >99% NaNO₃. В качестве флюса используют известь. Оксид кальция образует с Al₂O₃ соединения с пониженной температурой плавления (рис. 7.20).

Таблица 7.20. Химический состав, %, металлического хрома (ГОСТ 5905-80) различных марок

Примечание. Содержание Cr – не менее, для остальных – не более.

Введение СаО в шихту снижает температуру плавления шлака. В окислительных условиях возможно образование хромитохромата кальция 9СаО∙4CrO₃∙Cr₂O₃ (t_пл = 1218 о С). Это облегчает получение хромоизвестковых расплавов перед восстановлением хрома из его оксида алюминием в период предварительного расплавления части оксидов в электропечи при выплавке металлического хрома и низкоуглеродистого феррохрома.

На рис. 7.21 приведена технологическая схема получения металлического хрома, которая включает переработку конечных шлаков на полупродукт для синтетических шлаков или клинкер. Плавку металлического хрома на блок ведут в разъемном чугунном горне с футеровкой в нижней части стен магнезитовым кирпичом и подиной из магнезитового порошка. Горн устанавливается в специальной камере. Плавку проводят с использованием шихты, состоящей из оксида хрома (марки ОХМ-0 и ОХМ-1), алюминиевого порошка и натриевой селитры.

Рис.7.20. Диаграмма равновесного состояния системы СаО–Al₂O₃*

Плавку ведут с нижним запалом, задавая вначале в горн 10–15% всей шихты. Поджигают запальную смесь, состоящую из магниевого порошка или стружки магния и селитры, а затем, после начала восстановления, загружают остальную шихту, равномерно распределяя ее по поверхности расплава, и закрывают горн для уменьшения тепловых потерь. Полученный слиток охлаждают в воде, а затем подвергают дроблению.

* Жеребцов Д.А., Арчугов С.А., Михайлов Г.Г. Исследование плавкости системы СаО–Al₂O₃ //Расплавы. 1999. – №2. – С.63–65.

Рис. 7.21. Технологическая схема производства металлического хрома с

довосстановлением шлаков и получением полупродукта или клинкера

1 – весы; 2 – смеситель; 3 – пресс брикетировочный; 4 - гранулятор тарельчатый; 5 – печь сушильная; 6 – горн плавильный для выплавки металлического хрома; 7 – изложница для металла и шлака; 8 – горн для восстановления шлака; 9 – шлаковня; 10 – дробилка для шлака; 11 – электропечь для довосстановления шлака; 12 – ковш разливочный

При получении алюминотермического хрома особой чистоты внепечную плавку и разливку хрома ведут в герметичных камерах с созданием в них пониженного давления* (рис. 7.22). Шихту, состоящую из оксида хрома повышенной чистоты по примесным элементам, хромата кальция, хромового ангидрида и алюминиевого порошка (марки А99, ГОСТ 11069-79), окатывают. Затем окатыши прокаливают при 400–500 о С для удаления влаги и окисления примесного углерода. Проплавление шихты ведут в реакционном горне. Хром и шлак выпускают из горна в изложницы, установленные в разливочной камере. Получаемый хром содержит от 0,001 до 0,01% азота и углерода каждого и водорода 1–2 см 3 /100 г. С использованием при-

*Дубровин А.С. Металлотермия специальных сплавов. Челябинск, Изд-во НЧУрГУ, 2002. – 254с.

веденных выше компонентов содержание примесных элементов существенно снижается: железа от 0,3 до 0,08%, кремния от 0,16 до 0,03%, при этом уменьшается содержание примесей цветных металлов.

Рис. 7.22. Двухкамерная установка для внепечной выплавки сплавов под разрежением и в нейтральной атмосфере: 1 – плавильная камера;

2 – наклоняющийся плавильный горн; 3 – бункеры для окатышей;

4 - устройство для зажигания шихты; 5 – желоб для выпуска продуктов плавки; 6 – разливочная камера; 7 – поворотный стол; 8 - изложницы

Технология алюминотермического феррохрома. Алюминотермический низкоуглеродистый имеет следующий химсостав, %:

Читайте также: