Разложение дихромата калия при нагревании уравнение реакции

Химическая кунсткамера

Самые эффектные и красивые опыты

3.2. Дихроматные змеи

Чтобы осуществить этот опыт, смешивают и растирают в ступке 10 г дихромата калия K₂Cr₂O₇, 5 г нитрата калия KNO₃ и 10 г сахара (сахароза) C₁₂H₂₂O₁₁. Полученную смесь увлажняют этанолом (этиловый спирт) C₂H₅OH или коллодием, который можно купить в аптеке. Потом эту смесь спрессовывают в стеклянной трубочке диаметром 5–8 мм.

Полученный столбик выталкивают из трубочки и поджигают с одного конца. Вспыхивает едва заметный огонек, из-под которого начинает выползать сначала черная, а потом зеленая «змея». Столбик смеси диаметром 4 мм горит со скоростью 2 мм в секунду. При горении он может удлиниться в 10 раз!

Реакция горения сахарозы C₁₂H₂₂O₁₁ в присутствии двух окислителей – нитрата калия и дихромата калия – довольно сложна. Продукты реакции: черные частицы сажи, зеленый оксид хрома(III) Cr₂O₃, расплав карбоната калия K₂CO₃, а также диоксид углерода CO₂ и нитрит калия KNO₂. Газообразный диоксид углерода вспучивает смесь твердых продуктов и заставляет ее двигаться.

Другой способ приготовления смеси для дихроматной «змеи» включает смешивание порошков 1 г дихромата аммония (NH₄)₂Cr₂O₇, 2 г нитрата аммония NH₄NO₃ и 1 г сахарной пудры. Эту смесь смачивают водой, лепят из нее палочку и сушат на воздухе. Если палочку поджечь, из нее в разные стороны поползут черно-зеленые «змеи».

При поджигании смеси происходят следующие реакции:

При разложении дихромата аммония образуются азот N₂, водяной пар и зеленый оксид хрома(III) Cr₂O₃. Реакция протекает с выделением теплоты. В реакции термического разложения нитрата аммония выделяется бесцветный газ – оксид диазота N₂O, который уже при слабом нагревании разлагается на кислород O₂ и азот N₂. Горение сахара дает еще один газ – диоксид углерода CO₂, вдобавок происходит обугливание – выделение углерода. Много газов плюс твердые продукты окисления – вот причина «змеиного» поведения горящей смеси.

Хроматы и дихроматы

Хроматы – соли не существующей в свободном состоянии хромовой кислоты H₂CrO₄, получаемой лишь в виде водных растворов с концентрацией не выше 75%.

Хроматы, как правило, малорастворимы в воде (за исключением солей щелочных металлов и аммония). Растворы хроматов в воде имеют желтый цвет. При их подкислении, например добавлением небольшого количества разбавленной серной кислоты H₂SO₄, ионы CrO₄ 2- превращаются в дихромат-ионы Cr₂O₇ 2– , отщепляя воду:

Почти все дихроматы хорошо растворимы в воде. Дихроматы – сильные окислители. В кислой среде для них характерна полуреакция:

где каждый атом хрома(VI) в анионе принимает по три электрона и превращается в катион Cr 3+ . Раствор при этом становится зеленым.

Особые свойства у дихромата аммония: он легко разлагается. При слабом нагревании дихромат аммония (NH₄)₂Cr₂O₇ самовоспламеняется с выбрасыванием искр – раскаленных частичек оксида хрома(III) Cr₂O₃, газообразного азота N₂ и паров воды.

Хромат калия K₂CrO₄ плавится без разложения при 968 °С, а дихромат калия K₂Cr₂O₇ разлагается в соответствии с уравнением реакции:

Коллодий – раствор нитроклетчатки (нитроцеллюлоза) в смеси этанола и диэтилового эфира в соотношении 1:10. Это – бесцветная, прозрачная жидкость, легко воспламеняющаяся даже от искры.

Когда коллодий намазывают на кожу тонким слоем, он после высыхания дает прочно пристающую пленку, нерастворимую в воде и похожую на лак. При добавлении к коллодию скипидара или касторового масла пленка делается эластичной.

Нитраты – соли азотной кислоты HNO₃. Это – бесцветные кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде. При нагревании они ведут себя по-разному в зависимости от катиона металла, входящего в их состав. Так, нитраты щелочных металлов плавятся с разложением, выделяя кислород O₂ и превращаясь в нитриты. Например, нитрат калия переходит в нитрит калия:

Нитраты металлов, которые в ряду напряжений находятся между магнием и медью (включая эти два металла), при нагревании превращаются в оксиды металлов с выделением диоксида азота и кислорода:

Нитраты благородных металлов термически разлагаются, выделяя металл:

Все нитраты в той или иной мере опасны, но особое место среди них занимает нитрат аммония NH₄NO₃: он является взрывчатым веществом. При нагревании он разлагается на оксид диазота N₂O и воду:

В 1921 г. в немецком городке Оппау произошел взрыв на заводе, выпускавшем удобрения – смесь нитрата и сульфата аммония (NH₄NO₃ и (NH₄)₂SO₄). Эти соли долго хранились на складе и слежались. Их решили раздробить небольшими взрывами, т. к. считали их совершенно безопасными.

Первый же небольшой взрыв вызвал детонацию (мгновенный взрыв) всей массы слежавшихся солей. Погибли 560 человек и было много раненых. Полностью были разрушены не только городок Оппау, но и некоторые дома в соседнем городе Мангейме, в шести километрах от места взрыва. Более того, взрывной волной выбило стекла в домах, расположенных в 70 км от Оппау.

Несчастье можно было предвидеть и предотвратить. Ведь еще раньше, в 1917 г., на химическом заводе в канадском городе Галифаксе произошел чудовищный взрыв из-за саморазложения нитрата аммония, стоивший жизни трем тысячам человек.

3.3. Содовая «гадюка»

Это очень простой и изящный опыт получения «черной змеи». Чтобы его осуществить, в столовую тарелку насыпают 3–4 ложки сухого просеянного речного песка и делают из него горку с углублением в вершине. Затем готовят реакционную смесь, состоящую из 1 чайной ложки сахарной пудры и 1/4 чайной ложки гидрокарбоната натрия NaHCO₃ (питьевая сода). Пропитывают песок 96–98%-м раствором этанола C₂H₅OH и насыпают в углубление горки приготовленную реакционную смесь, после этого поджигают спирт.

Через 3–4 мин на поверхности смеси появляются черные шарики, а у основания горки – черная жидкость. Когда почти весь спирт сгорит, смесь чернеет, и из песка медленно выползает извивающаяся толстая черная «гадюка». У основания она окружена «воротником» догорающего спирта.

Диоксид углерода CO2, выделяющийся при разложении гидрокарбоната натрия и горении этилового спирта в соответствии с реакциями:

вспучивает горящую массу, заставляя ее ползти, как змея. Чем дольше горит спирт, тем длиннее получается «змея», состоящая из карбоната натрия Na₂CO₃, смешанного с мельчайшими частичками угля, который образуется при окислении сахара.

Подобную картину можно наблюдать, если вместо гидрокарбоната натрия использовать нитрат аммония NH₄NO₃. В этом случае реакционная смесь должна состоять из 1/2 чайной ложки нитрата аммония и 1/2 чайной ложки сахарного песка, тщательно перетертых в ступке. Эту смесь засыпают в углубление пропитанной этиловым спиртом песочной горки, а потом поджигают спирт. После того как он почти весь выгорит, с вершины горки начинает сползать черная «гадюка».

Ее появление на свет вызвано взаимодействием нитрата аммония с сахаром:

Приводят в движение «гадюку» опять-таки образующиеся газы: азот N₂, диоксид углерода CO₂ и пары воды.

3.4. «Черный удав» из стакана

Этот опыт представляет собой захватывающее зрелище. Сахарную пудру в количестве 75 г помещают в высокий стеклянный стакан, смачивают ее 5–7 мл воды и перемешивают длинной стеклянной палочкой. Потом к влажному сахару приливают по этой палочке 30–40 мл концентрированной серной кислоты H₂SO₄. (Осторожно! Серная кислота – едкое и опасное вещество!) Затем смесь быстро перемешивают стеклянной палочкой, которую оставляют в стакане.

Через 1–2 мин содержимое стакана начинает чернеть, вспучиваться и в виде объемистой, рыхлой и ноздреватой массы подниматься, увлекая вверх стеклянную палочку. Смесь в стакане сильно разогревается и даже немного дымится. Она медленно выползает из стакана.

Серная кислота отнимает от сахара (сахароза C₁₂H₂₂O₁₁) воду, разрушая его молекулярную структуру, и окисляет его, а сама превращается в диоксид серы SO₂. При окислении сахара получается диоксид углерода CO₂. Эти газы вспучивают образующийся уголь и выталкивают его из стакана вместе с палочкой.

Уравнение, передающее эти химические превращения, таково:

Диоксиды углерода и серы вместе с парами воды увеличивают объем реакционной массы и заставляют ее перемещаться.

Разложение дихромата калия при нагревании уравнение реакции

Химия – наука экспериментальная, эксперимент учит на практике проверять свои выводы. Ломоносов говорил: «Химии никоим образом научиться невозможно, не видав самой практики и не принимаясь за химические операции»

Мы выбрали следующий опыт

(Возможности ресурса смотри приложение: презентация с фотографиями рабочего окна ресурса)

1.Познакомить с признаками и условиями течения химических реакций(экзотермическое разложение, окислительно-восстановительная реакция).

2.Пробудить у учащихся интерес к химии и показать, что эта наука является не только теоретической.

3.Создать условия для развития у учащихся умения анализировать результаты лабораторных исследований.

(Также целью этого опыта может быть получение оксида хрома (III) Cr₂O₃)

Техника безопасности . В отличие от физических явлений при химических явлениях, или химических реакциях, происходит превращение одних веществ в другие, образуются новые вещества, обладающие другими свойствами. Об этом можно судить по внешним признакам. Эти признаки называются признаками химических реакций. Помните, что любые химические опыты требуют при выполнении осторожности, внимания, аккуратности. Избежать неприятностей поможет соблюдение простых правил:

Опыт следует выполнять в вытяжном шкафу при включенной вентиляции (или на открытом воздухе). Внимание! На время опыта следует надеть защитные очки! Происходит бурное выбрасывание продуктов разложения! Не наклоняться над «вулканом», не вдыхать аэрозоль оксида хрома. Исходное вещество и продукт реакции ядовиты при попадании внутрь. Не брать вещества руками, после опыта вымыть руки!

Приборы и реактивы : фарфоровая ступка, асбестовая бумага или металлическая пластинка , стеклянная палочка ; спички; дихромат аммония (NH₄)₂Cr₂O₇ (измельченный), этиловый спирт.

Для проведения опыта химический «вулкан» растираем тщательно в фарфоровой ступке 50 г кристаллов дихромат аммония (NH₄)₂Cr₂O₇. Чтобы было легче собрать продукт реакции, следует застелить прилегающую к месту опыта поверхность листом фильтровальной бумаги.

Далее на лист асбестовой бумаги или металлическую пластинку насыпают (NH₄)₂Cr₂O₇ таким образом, чтобы образовалась форма горки. Палочкой на вершине горки делаем отверстие и вливаем в него несколько миллилитров этилового спирта (С₂Н₅ОН). Поджигаем спирт спичкой, спирт загорается и начинается процесс бурного разложения аммония дихромата.

При этом из «кратера» выбрасываются яркие искры и «вулканический пепел» — грязно-зеленый Cr₂O₃, при этом объем его во много раз превышает объем взятого аммоний дихромата:

Экзотермическое разложение (NH₄)₂Cr₂O₇ очень напоминает извержение настоящего вулкана, особенно на заключительной стадии, когда снопы красных искр прорываются из глубины пушистого Cr₂O₃.

Реакция разложения дихромата аммония протекает с выделением большого количества тепла, поэтому после поджигания соли она протекает самопроизвольно — до тех пор, пока весь дихромат не разложится.

Вывод : оксид хрома (III) Cr₂O₃ получается путем нагревания дихромата аммония. Реакция разложения дихромата аммония относится к окислительно-восстановительным реакциям. Она начинается после предварительного нагревания, протекает бурно, с выделением большого количества теплоты. Наблюдается выделение газа, образование раскаленных частиц оксида хрома (III). Потоком газа раскаленные частицы оксида хрома (III) увлекаются вверх. Разрушение кристаллов дихромата аммония сопровождается характерным потрескиванием. t (NH4)2Cr2O7 = Cr2O3 + 4H2O↑ + N2↑ Эта реакция относится к группе реакций внутримолекулярного окисления и восстановления. Окислителем является элемент хром, степень окисления которого изменяется от +6 до +3, а восстановителем азот, степень окисления которого изменяется от -3 до +0.

Утилизация отходов: оксид хрома ( III ) собрать в емкость для проведения дальнейших экспериментов.

Дихромат калия: получение, применение, волшебные реакции с участием реагента

Химические элементы, из которых состоит всё сущее, могут образовывать невероятные соединения. Они обладают уникальными свойствами и участвуют в синтезе важнейших веществ, применяемых в промышленности. Одним из таких соединений является дихромат калия, о котором расскажет данная статья.

Физические свойства

Дихромат калия многолик. Химическая формула данного вещества — K₂Cr₂O₇. Оно имеет нескольких имён. Техническое название реактива – хромпик. Иногда K₂Cr₂O₇ встречается под наименованием «калий двухромовокислый».

При комнатной температуре вещество представляет собой оранжевые кристаллы с удельной плотностью 2,68 г/см 3 . Если приглядеться внимательнее, то вы заметите их триклинную структуру. Как и многие другие соединения, при повышении температуры кристаллическая решётка хромпика видоизменяется — так образуются моноклинная форма. Это можно наблюдать после прохождения порога в 257 градусов Цельсия.

Соединение может похвастаться неплохой растворимостью в воде. С ростом температуры она повышается. При 20 ⁰C в жидкое состояние перейдёт 12,5 граммов вещества, а при кипении — 100 г. В спирте и аммиаке хромпик нерастворим, а с фтороводородом вступает в реакцию.

Температура плавления довольна низка и составляет всего 396 ⁰C. При 610 ⁰C происходит полное термическое разложение с образованием K₂CrO₄, трехокиси хрома (III) и кислорода.

Получение и очистка

Для получения K₂Cr₂O₇ используется раствор натриевого хромпика и хлорида калия. Их смешивают и подвергают сильному нагреванию до температуры 1200 ⁰C. В таких условиях протекает реакция обмена:

Для очистки кристаллов в лабораторных условиях используют метод перекристаллизации. Готовят раствор, разводя 100 граммов дихромата калия в 1 литре горячей воды. Его тщательно перемешивают, фильтруют и подвергают упариванию так, чтобы от первоначального объёма осталось около 1/7. Остаток охлаждают при постоянном перемешивании. Таким путем образуются мелкие кристаллы, которые следует отфильтровать под тягой при помощи воронки Бюхнера. В процессе нужно провести три промывания очень холодной водой.

Трёхкратная перекристаллизация позволит получить образец с содержанием реагента дихромат калия от 99,92 до 100 %. Чтобы добиться такой чистоты готовят раствор из 100 граммов препарата и 150 мл кипятка. Его хорошо перемешивают и выливают тонкой струйкой в эксикатор или фарфоровую чашку. По мере охлаждения образуются кристаллы, которые фильтруют на пористой стеклянной воронке или платиновом конусе. Проводится сушка при 100 ⁰C в течение 2—2,5 часов. Полученное твердое образование дробят и продолжают прогревать при 200 ⁰C ещё в течение 12 часов. Такую последовательность действий повторяют 3 раза.

Окислительные свойства

Одним из сильнейших окислителей является дихромат калия. Химические свойства этого вещества можно наблюдать в следующих опытах:

• При сильном нагревании фарфоровой чашки с небольшим количеством реагента его кристаллы превращаются в расплав тёмного цвета. После охлаждения прокалённый остаток приобретает зелёный оттенок, а раствор этого вещества окрашен в жёлтый. То, что осталось на черепке, является трехокисью хрома, а жидкая фаза — K₂CrO₄.
• В щелочной среде происходит восстановление реагента до оксидов. Растворите 3 грамма кристаллов в 50 мл дистиллированной воды. Долейте немного K₂CO₃. Произойдёт реакция с выделением CO₂, раствор окрасится в жёлтый оттенок – образовался K₂CrO₄. При добавлении кислоты вновь образуется бихромат красно-оранжевого цвета.
• Реагент способен восстанавливать галогены из соединений. Прокипятите 5 мл K₂Cr₂O₇ и 3 мл соляной кислоты. В результате реакции выделится газообразный свободный хлор. Хромпик превратится в зелёную трехокись. Опыт проводится только под сильной тягой!
• Хромовокислые соли свинца и серебра нерастворимы. Если к K₂Cr₂O₇ добавить AgNO₃, произойдёт реакция обмена с выпадением красно-коричневого осадка Ag₂CrO₄. Тот же механизм восстановления происходит при реакции с нитратом свинца, который даёт жёлтый нерастворимый остаток.
• Сами кристаллы хромпика также обладают окислительными свойствами. Если их нагреть с серой, то реагент восстановит её до сульфида калия и трехокиси. Проведя ту же манипуляцию с углеродом, получите K₂CO₃, CO₂ и оксид хрома (III).

Опыт «Извержение вулкана»

Одним из наиболее впечатляющих химических опытов является «извержение вулкана». Его демонстрация потребует специального оборудования, нацеленного на защиту органов дыхания. Для эксперимента придётся прикрыть кожные покровы и надеть респиратор, ведь продуктом реакции станет ядовитая трехокись хрома, которая вредна для человека.

На несгораемую подложку, в качестве которой можно использовать асбестовое полотно, кафель или кристаллизатор, помещается небольшая кучка двухромовокислого калия (альтернативный реагент (NH₄)₂Cr₂O₇). В центре сделайте углубление, капните спирт и подожгите его. По мере горения происходит разложение хромпика с образованием кислорода. Газ включается в реакцию и обеспечивает эффект синего пламени. На лабораторном столе бушует настоящий вулкан! Остальными продуктами горения станут K₂CrO₄, трехокись хрома (III). Эти вещества очень токсичны, при попадании на кожу вызывают ожоги и изъязвления.

«Фараонова змея»

Не менее интересен опыт под названием «фараоновы змеи» с использованием реактива дихромат калия. Реакции с его участием выглядят впечатляюще: растворы меняют цвет, кристаллы разлагаются с образованием окрашенного в зелёный оттенок оксида Cr₂O₃.

Чтобы получить «змею», разотрите в ступке смесь из равных частей хромпика и сахара, добавьте половину порции нитрата натрия. Все компоненты увлажните и подмешайте немного коллодия. Возьмите стеклянную трубочку и запрессуйте туда кашицу. Подожгите один конец сосуда, и вы увидите, как из другого начнёт выползать чёрная «змейка». Когда она остынет, то окрасится в зелёный цвет. При этом сахароза сгорает до углерода, нитрат натрия разложится с образованием O₂ и NaNO₂, а хромпик образует трехокись.

Выращивание кристаллов

Если приготовить насыщенный раствор бихромата калия, можно вырастить фантастические кристаллы. Выглядят они весьма впечатляюще, а сделать такую красоту очень просто. Достаточно поставить стакан с горячим раствором в место, защищённое от света, вибрации и сквозняка. Внутрь ёмкости опустите верёвочку и закрепите её на краю. Нужно подождать несколько дней, и вы увидите, как на нитке образуются красно-оранжевые кристаллы.

Применение в промышленности

Дихромат калия нашёл применение сразу в нескольких отраслях промышленности. Его используют в производстве пигментов для лакокрасочных изделий, для дубления кожи, дезинфекции семян. Окислительные свойства позволяют применять хромпик для создания спичечных головок, борьбы с коррозией металлов, изготовления пиротехнических изделий и сухих электролитов.

Смесь реагента с концентрированной серной кислотой — идеальное средство для мытья химической посуды.