Переработка оксида хрома (III) в дихромат аммония

IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Переработка оксида хрома (III) в дихромат аммония

Барабанова Е.Е. 1
1муниципальное общеобразовательное учреждение «Лицей № 8 «Олимпия» Дзержинского района Волгограда»
Артемова О.Г. 1
1муниципальное общеобразовательное учреждение «Лицей № 8 «Олимпия» Дзержинского района Волгограда» (сокр. МОУ Лицей №8 «Олимпия»)
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность

Эта тема является актуальной, так как в отличие от других естественных наук химия сама создает объекты своего исследования. Давно прошли те времена, когда химики изучали преимущественно вещества, созданные природой, существующие на Земле в готовом виде. Из нескольких миллионов известных сейчас хим. соединений лишь сравнительно небольшую часть составляют те, которые существовали до появления человека и не связаны с его сознательной или неосознанной деятельностью. Доля минеральных веществ во всем множестве неорганических соединений непрерывно падает, т.к. число природных минералов постоянно, а общее количество неорганических веществ растет на несколько тысяч ежегодно.

Решение почти каждой новой технической проблемы требует изыскания материалов или хим. веществ, обладающих заданным набором свойств. Это одна из центральных задач химии, которая решается путем направленного синтеза соответствующих соединений. Трудность состоит в том, что связь между составом и структурой соединения и его физическими свойствами недостаточно предсказуема теоретически. Поэтому все основные задачи синтетической химии решаются эмпирическим (опытным) путем.

Таким образом, актуальной для практики является проблема: как переработать вещество, в котором лаборатория не нуждается.

В соответствии с данной проблемой я определилась с темой исследования: «Переработка оксида хрома (III) в дихромат аммония».

Избранная тема конкретизируетисследовательскую проблему: в чем заключается специфика переработки оксида хрома (III) в дихромат аммония?

Для снятия неопределенности исследуемой проблемы мной принята следующая гипотеза исследования: определить способ получения дихромата аммония, наиболее пригодного для осуществления в рамках школьной лаборатории.

Решая исследовательскую проблему, я определила:

объект исследования – дихромат аммония;

предмет исследования – процесс переработки оксида хрома (III) в дихромат аммония.

Я поставила перед собой следующую цель: переработать оксид хрома (III) в дихромат аммония и доказать его наличие.

Объект, предмет и цель исследования определили задачи исследования:

1. Изучить литературу о различных синтезах и свойствах дихромата аммония;

2. По найденным методикам синтезировать дихромат аммония;

3. Выбрать наиболее приемлемый способ синтеза;

4. Доказать наличие дихромата аммония

Методы исследования. Для решения поставленной мной цели я использовала следующие методы:

1) изучение и анализ научных статей по выбранной теме;

2) отбор подходящего материала для исследовательской работы;

3) практическое применение полученной теоретической информации при переработке оксида хрома (III);

4) химический эксперимент;

5) сравнительный анализ данных и результатов эксперимента.

Практическая значимость работы состоит в том, что:

1) предложен для практического использования способ переработке оксида хрома (III);

2) результаты исследования могут быть переданы для переработки в школьных лабораториях;

3) полученные результаты могут использоваться учителями химии при изучении соответствующих учебных тем на факультативах и кружках.

ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Физические и химические свойства дихромата аммония.

Моноклинные кристаллы оранжево-красного цвета. Молярная масса 252,07г/моль.

Растворимость в воде (г/100г растворителя):

18,3 (0°C)

35,6 (20°C)

38,7 (25°C)

46,5 (30°C)

58,5 (40°C)

86,6 (60°C)

115 (80°C)

155,6 (100°C)

Также растворим в этаноле, диметилсульфоксиде (45г при температуре жидкости 25°C), но не растворим в ацетоне. Температура самовоспламенения 225°C

Дихромат аммония — сильный окислитель:

Реагирует с горючими материалами, воспламеняя их.

Сухой дихромат аммония взаимодействует с концентрированными растворами галогеноводородов: {\displaystyle {\mathsf {NH_{4}^{+}+H_{2}O\ \rightleftarrows \ NH_{3}\cdot H_{2}O+H^{+}}}}

(NH4)2Cr2O7 + 14HCl →2 CrCl3 + 3Cl2↑ + 2NH4Cl + 7 H2O

Также{\displaystyle {\mathsf {Cr_{2}O_{7}^{2-}+H_{2}O\ \rightleftarrows \ 2\ HCrO_{4}^{-}\ \rightleftarrows \ 2\ CrO_{4}^{2-}+H^{+}}}}Также следует отметить, что щелочи переводят дихромат в хромат:

(NH4)2Cr2O7 + 2 NaOH→ Na2CrO4 + (NH4)2CrO4 + H2O

Используя дихромат аммония можно провести занимательный опыт «Вулкан Бёттгера» или экзотермическая реакция разложения аммония двухромовокислого:

(NH4)2Cr2O7→Cr2O3 + N2↑ + 4H2O

1.2. Получение и применение тиосульфата натрия

Приготовление веществ, не существовавших в готовом виде в природе, началось еще во времена расцвета алхимии (12-13 вв – аммиак, азотная, серная, соляная кислоты). Лишь после Лавуазье (18 в) синтез неорганических соединений становится целенаправленным процессом с предсказуемыми результатами. Но элемент случайности и сейчас имеет место.

Синтез (греч. синтезис) соединение, сочетание, конструкция. Применительно к химии синтез есть всякая совокупность последовательных действий, приводящая к получению желаемого хим. вещества. Неорганический синтез как неорганической химии занят поиском путей получения и идентификацией новых неорганических соединений, а также созданием новых методов получения известных соединений.

Получение дихромата аммония

взаимодействие оксида хрома (VI) с разбавленным раствором аммиака;

2CrO3 + 2(NH3 * H2O) → (NH4)2Cr2O7 + H2O

Na 2 SO 3 + SNa 2 S 2 O 3 {\displaystyle {\mathsf {Na_{2}SO_{3}+S\rightarrowNa_{2}S_{2}O_{3}}}} взаимодействие дихромата натрия с хлоридом аммония;

Применение дихромата аммония:

в металлообрабатывающей, кожевенной, текстильной, химической, лакокрасочной, фармацевтической, керамической, спичечной промышленности.

ГЛАВА II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Получение дихромата аммония

В ходе изучения литературы, мы нашли оптимальный способ получения дихромата аммония в условиях школьной лаборатории.

Синтез

Реактивы:

1. Дихромат аммония – 5 г

2. Нитрат натрия – 9 г

3. Гидроксид натрия – 15 г

4. Серная кислота 5% - 20 мл

5. Хлорид аммония – 5 г

6. Нитрат серебра – 5 г

Оборудование:

1. Весы технохимические

2. Фарфоровая ступка

3. Воронка Бюхнера

4. Шпатель

5. Стеклянная палочка

6. Стакан на 50 мл

7. Спиртовка

8. Фильтры бумажные

9. Вытяжной шкаф

Ход эксперимента.

Взвесили 5 грамм дихромата аммония, мелко растертого в фарфоровой ступке, и сожгли его. [Приложение 1, Рис. 1-4]

Взяли 3 грамма полученного оксида хрома (VI).

В фарфоровой чашке соединили 3 грамма оксида хрома (VI), 9 г нитрата натрия и 15 г щелочи.

Смесь сплавили. [Приложение 1, Рис. 5-7]

Полученный сплав растворили в воде и профильтровали. Получили фильтрат желто-зеленого цвета. [Приложение 1, Рис. 8-10]

Приготовили концентрированный раствор хлорида аммония. [Приложение 1, Рис. 11]

Фильтрат нагрели и добавили в него концентрированный раствор хлорида аммония. При дальнейшем нагревании раствор становился все более оранжевым. Раствор упаривали до появления первых кристаллов на дне. Охладили и профильтровали. [Приложение 1, Рис. 12-14]

Кристаллы высушили и взвесили. Масса получилась 3,3 г. Теоретический выход предполагался 5,2 г. [Приложение 1, Рис. 15] ŋ=3,3/5,2 *100% = 63,4%

2.2. Подтверждение наличия дихромата аммония

Для подтверждения наличия дихромата аммония мы провели характерные для этого вещества реакции.

Растворили 2г вещества в 20 мл воды и разделили раствор на две пробирки.

С раствором нитрата серебра наше вещество реагирует, образуя осадок желтого цвета.

2AgNO3 + (NH4)2Cr2O7 = Ag2Cr2O7 + 2NH4NO3

С раствором щелочи появилось ярко-желтое окрашивание.

2NaOH + (NH4)2Cr2O7 = Na2CrO4 + 2NH3 + H2O

[Приложение 2, Рис. 16-17]

Мы подтвердили наличие дихромата аммония.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Решая поставленные задачи исследования, мы проанализировали литературу о различных способах и методиках получения дихромата аммония.

Использовались интернет-источники, находящиеся в свободном доступе, а также материалы, предоставленные руководителем работы, учителем химии.

Нами в результате анализа была отобрана реакция, которую можно провести в условиях школьной лаборатории.

Провели синтез и вычислили выход продукта от теоретически возможного. Выход продукта составил 63,4%

Проведя качественные реакции, мы доказали наличие дихромата аммония.

Предложен для практического использования способ синтеза дихромата аммония, результаты исследования могут быть переданы для синтеза в школьных лабораториях, учителям химии при изучении соответствующих учебных тем на факультативах и кружках.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Ахметов, Н. С. Общая и неорганическая химия.[Текст] –М.: Высш. шк., 2002. –743 с.

Глинка, Н.Л. Общая химия: учеб. пособие для вузов. [Текст] –Л.: Химия, 1998. –704 с.

Карапетьянц, М. Х., Дракин, С. И. Общая и неорганическая химия. [Текст] –М.: Химия, 1992. –592 с.

Свиридов, В.В., Попкович, Г.А., Василевская, Е.И. Неорганический синтез. [Текст] Мн.: «Універсітэцкае», 2000. –224 с.

Волков, Е.Н., Жарский, И.М. Большой химический справочник. Мн.: «Современная школа», 2005. – 608 с.

Синтезы неорганических веществ: [Текст] лаборатор. практикум / Е. Н. Мицкевич, Е. Б. Окаев, С. Ю. Елисеев. –Минск: БГПУ, 2009. –С.

Приложение №1

Фотографии экспериментального процесса

Рисунок 1. Дихромат аммония Рисунок 2. Проведение реакции

Рисунок 3. Разложение дихромата Рисунок 4. Полученный оксид хрома аммония (III)

Рисунок 5. Взвешивание оксида Рисунок 6. Приготовления к плавке

хрома(III)

Рисунок 7. Плавка оксида хрома Рисунок 8. Фильтрация вещества

Рисунок 9. Непрореагировавший Рисунок 10. Полученное вещество

осадок

Рисунок 11. Концентрированный Рисунок 12. Постепенное нагревание раствор хлорида аммония раствора хлорида аммония и получен- н ного вещества (первые 5 минут)

Приложение №3

Рисунок 13. Постепенное нагревание Рисунок 14. Выпаривание кристаллов

раствора хлорида аммония и получен- н ного вещества (первые 15 минут)

Приложение №2

Рисунок 15. Взвесили образовавшееся Рисунок 16. Раствор

вещество бихромата аммония

Рисунок 17. Взаимодействие с AgNO3 и NaOH

Просмотров работы: 42