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铬钼钨的性质和用途


实验室k / 2019-03-20

       在铬分族的价电子层结构中,铬和钼为(n-1)d5ns1,钨为5d46s2,二者虽然略有不同,但三元素中六个价电子都可以参加成键则是一致的。因此它们的最高氧化态为+Ⅵ,并都具有d区元素多种氧化态的特征。它们的最高氧化态按Cr,Mo,W的顺序稳定性增强,而低氧化态则相反。即Cr易出现低氧化态(如Cr(Ⅲ)的化合物),而Mo和W以高氧化态(Mo(Ⅵ)和W(Ⅵ)的化合物)最稳定。

       铬分族的一些性质列于表21-15中。

表21-15  铬分族的基本性质

性质
元素符号 Cr Mo W
原子序数 24 42 74
原子量 51.996 95.94 183.85
价电子层结构 3d54s1 4d55s1 5d46s2

主要氧化态

+Ⅱ、+Ⅲ、+Ⅳ +Ⅱ、+Ⅲ、+Ⅳ、+Ⅴ、+Ⅵ +Ⅱ、+Ⅲ、+Ⅳ、+Ⅴ、+Ⅵ
原子半径/pm(金属半径) 124.9 136.2 137

离子半径/pm  M3+

                         M4+

                         M6+

63


52


70

62


70

62

电离势/(kJ·mol-1) 657 689 775
电负性 1.66 2.16 2.36

E°/V

M3++3e-  M


-0.74


-0.20


-0.11

密度/(g·cm-3) 7.18-7.20 10.22 19.3

       铬是银白色有光泽的金属,含有杂质的铬硬而且脆,纯铬有延展性。粉末状的钼和钨是深灰色的,而致密的块状钼和钨才是银白色的,且有金属光泽。由于铬分族元素在形成金属键时可能提供6个电子,形成较强的金属键,因此,它们的熔点和沸点都非常高。钨的熔点和沸点是一切金属中最高的。

       铬能慢慢地溶于稀盐酸、稀硫酸,而生成蓝色溶液。与空气接触则很快变成绿色,这是因为先生成蓝色的Cr2+,被空气中的氧进一步氧化成绿色的Cr3+的缘故。

Cr+2HCl=CrCl2+H2↑

4CrCl2+4HCl+O2=4CrCl3+2H2O

铬与浓硫酸反应,则生成二氧化硫和硫酸铬(Ⅲ)。

2Cr+6H2SO4=Cr2(SO4)3+3SO2+6H2O

但铬不溶于浓硝酸,因为表面生成紧密的氧化物薄膜而呈钝态。在高温下,铬能与卤素、硫、氮、碳等直接化合。


       钼和钨的化学性质较稳定。与铬相似,它们的表面上也易形成氧化膜而呈钝态。钼与稀酸不反应,与浓盐酸也无反应,只有浓硝酸与王水可以与钼发生反应。钨不溶于盐酸、硫酸和硝酸,只有王水或HF和HNO3的混合酸才能与钨发生反应。由此可见,铬分族元素的金属活泼性是从铬到钨的顺序逐渐降低的,这也可以从它们与卤素反应的情况中看出来。氟可与这些金属剧烈反应,铬在加热时能与氯、溴和碘反应。钼在同样条件下只与氯和溴化合,钨则不能与溴和碘化合。

       铬具有良好的光泽,抗腐蚀性又高,故常用于镀在其它金属的表面上,如自行车、汽车、精密仪器零件中的镀铬制件。大量的铬用于制造合金,如铬钢含Cr0.5~1%,Si0.75%,Mn0.5~1.25%,很硬但有韧性,是机器制造业的重要原料。含铬12%的钢称为“不锈钢”,有极强的耐蚀性能。

       钼和钨也大量被用于制造合金钢,可提高钢的酎高温强度,耐磨性,耐腐蚀性等。在机械工业中,钼钢和钨钢可做刀具,钻头等各种机器零件;钼和钨的合金在武器制造,以及导弹火箭等尖端领域里也占有重要的地位。此外,钨丝制作灯泡的灯丝,高温电炉的发热元件等应用也很广泛。

 


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