第一列過渡金屬(二) The First-Row Transition Metals(Ⅱ)

化學原理啟迪478

Desfile Desigual con Adriana Lima. Colección Primavera Verano 2014

1.     雖然鉻比較稀少，但鉻是非常重要的工業原料，鉻的主要礦藏是鉻鐵礦chromite（FeCr2O4），鉻鐵礦FeCr2O4能用碳還原成鉻鐵ferrochrome：

FeCr2O4(s)＋4C(s)→Fe(s)＋2Cr(s)＋4CO(g)

在製鋼程序，可將鉻直接加入鐵。

2.     鉻金屬是硬脆的物質，常用來製作鋼板。鉻表面會形成質地堅硬、無形的氧化物覆蓋，保持金屬光澤。

3.     鉻所形成的化合物，氧化數為+2、+3或+6。

鉻氧化數：+2

化合物（x＝鹵素）： CrX2

鉻氧化數：+3

化合物： CrX3、Cr2O3（綠色） Cr(OH)3（藍綠色）

鉻氧化數：+6

化合物：K2Cr2O7（橘色）、Na2CrO4（黃色）、CrO3（紅色）

4.     正二價鉻陽離子Cr²⁺在液態溶液裡是強效還原劑，我們可藉由將空氣中少量的氧O2，吹入含鉻離子的溶液中，移除正二價鉻陽離子Cr²⁺：

4Cr²⁺(aq)＋O2(g)＋4H⁺(aq)→4Cr³⁺(aq)＋2H2O(l)

5.     鉻(Ⅵ)是強氧化劑，特別是在酸性溶液裡，正6價鉻chromium(Ⅵ)，重鉻酸離子/二鉻酸根離子Cr2O7^2－會還原成Cr³⁺離子：

Cr2O7^2－(aq)＋14H⁺(aq)＋6e^－→2Cr³⁺(aq)＋7H2O(l)

E°＝1.33V

注：E°是標準還原電位差，標準還原電位差的數值愈大，代表氧化劑「正6價鉻chromium(Ⅵ)」的還原能力愈強。

6.     重鉻酸根離子的氧化能力，與溶液的pH值高度相關。當溶液的酸性提高，[H⁺]濃度增加，重鉻酸根離子的氧化力也隨之增加，這是勒沙特列原理所預測的（為了抵銷酸性溶液裡過多的H⁺，反應往右移，以消除反應物中過多的H⁺）。

7.     6價鉻chromium(Ⅵ) －鉻酸根離子CrO4^2－－在鹼性溶液裡，會變成鉻酸鹽離子chromate ion，鉻酸根離子CrO4^2－是比較弱的氧化劑：

CrO4^2－(aq)＋4H2O(l)＋3e^－→Cr(OH)3(s)＋5OH^－(aq)

E°＝－0.13V

8.     重鉻酸根離子Cr2O7^2－和鉻酸根離子CrO4^2－的結構如下：

9.     紅色的三氧化鉻chromium(Ⅵ) oxide（CrO3）溶解於水中，會產生強酸性、橘紅色的溶液：

2CrO3(s)＋H2O(l)→2H⁺(aq)＋Cr2O7^2－(aq)

10. 我們可從這些溶液裡，沈澱出亮橘色的重鉻酸鹽，K2Cr2O7。當溶液變為鹼性，原本橘紅色的三氧化鉻溶液，將轉變呈黃色，並且會得到像Na2CrO4之類的鉻酸鹽。

11. 鉻(Ⅵ)氧化物與濃硫酸的混合物，通常稱為洗淨液cleaning solution，是強效氧化媒介，能移除玻璃器皿的有機物質，製造出非常乾淨的表面。

n   翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》； 圖片來源／wps.prenhall.com