一、铬（Cr）单质

1. 基本性质

原子结构：原子序数 24，电子排布为 [Ar] 3d⁵4s¹，属于第四周期 ⅥB 族元素，价电子构型特殊（3d 轨道半满稳定），决定其兼具金属性与多种氧化态。

物理性质：银灰色有金属光泽的硬金属，莫氏硬度约 8.5（仅次于金刚石和碳化硅，分别为10和9.25），熔点 1857℃、沸点 2672℃，密度 7.19g/cm³；导电性、导热性良好，常温下对空气和水稳定，表面易形成致密氧化膜（Cr₂O₃），阻止进一步腐蚀。

化学性质：

常温下不与水、稀盐酸、稀硫酸反应，可溶于稀硝酸（生成 Cr³⁺）和热的浓盐酸（生成 Cr²⁺和 H₂）；

高温下能与非金属（O₂、Cl₂、S 等）反应，如 4Cr + 3O₂2Cr₂O₃（生成绿色氧化铬）；

具有较强还原性，可还原某些金属氧化物（如 Fe₂O₃），用于冶金工业。

2. 制备方法

铝热法：工业上常用铝还原三氧化二铬制备粗铬，反应为 Cr₂O₃ + 2Al2Cr + Al₂O₃，适用于小规模生产。

电解法：制备高纯度铬（99.9% 以上）时，以铬盐（如 Cr₂(SO₄)₃）溶液或铬酐（CrO₃）熔融盐为电解质，电解后得到纯铬，用于电子、精密仪器等领域。

3. 主要用途

合金领域：是不锈钢的核心元素（含 Cr 量 10%~30%），可显著提高钢的耐腐蚀性（如 304 不锈钢含 Cr18%、Ni8%）；也用于制造高温合金（如铬镍合金），用于航空发动机叶片、火箭喷嘴等高温部件。

表面处理：通过 “镀铬” 工艺（电解沉积）在金属表面形成耐磨、耐腐蚀的铬层，用于汽车零部件（如曲轴、活塞环）、卫浴五金、医疗器械等。

其他应用：纯铬可用于制造精密电阻丝、热电偶材料；在催化剂领域，铬的化合物（如 Cr₂O₃）可作为有机合成的催化剂。

二、铬的重要化合物

铬的常见氧化态为 + 2、+3、+6，其中 + 3（稳定）和 + 6（强氧化性）化合物最为重要，+2 化合物易被氧化，实际应用较少。

1. 三价铬化合物（Cr³⁺，稳定态）

（1）三氧化二铬（Cr₂O₃）

性质：绿色粉末，俗称 “铬绿”，熔点 2435℃、沸点 4000℃，不溶于水、稀酸和强碱，化学性质稳定（高温下不分解）。

制备：由重铬酸钾（K₂Cr₂O₇）与碳或硫共热还原生成，反应为 K₂Cr₂O₇ + 3CCr₂O₃ + K₂CO₃ + 2CO↑。

用途：主要用作绿色颜料（油漆、陶瓷、玻璃着色）；也作为高温耐火材料（如铬砖，用于冶金炉衬）；还可作为催化剂（如乙烯聚合反应的催化剂）。

（2）氢氧化铬（Cr (OH)₃）

性质：灰绿色絮状沉淀，具有两性—— 溶于强酸生成 Cr³⁺（如 Cr (OH)₃ + 3HCl = CrCl₃ + 3H₂O），溶于强碱生成亮绿色的亚铬酸根（[Cr (OH)₄]⁻，如 Cr (OH)₃ + NaOH = Na [Cr (OH)₄]）；受热易分解为 Cr₂O₃和 H₂O（2Cr (OH)₃Cr₂O₃ + 3H₂O）。

制备：向 Cr³⁺盐溶液（如 CrCl₃）中滴加氨水或弱碱（如 NaOH 少量），避免使用强碱过量（防止溶解）。

用途：用于制备其他铬化合物，也作为印染工业的媒染剂。

（3）三价铬盐

代表物质：氯化铬（CrCl₃，紫色晶体）、硫酸铬（Cr₂(SO₄)₃，绿色晶体）、铬钾矾（KCr (SO₄)₂・12H₂O，蓝紫色晶体，属于复盐）。

性质：Cr³⁺在水溶液中易形成配合物（如 [Cr (H₂O)₆]³⁺，紫色），溶液呈弱酸性（Cr³⁺水解）；易被强氧化剂（如 MnO₄⁻、H₂O₂在碱性条件下）氧化为 CrO₄²⁻（+6 价）。

用途：铬钾矾用于鞣革工业（使皮革变硬耐腐）、纺织工业的媒染剂；硫酸铬用于电镀、制备颜料。

2. 六价铬化合物（Cr⁶⁺，强氧化性）

（1）重铬酸钾（K₂Cr₂O₇，俗称 “红矾钾”）

性质：橙红色晶体，易溶于水（20℃溶解度 12.3g/100mL），水溶液呈橙红色（含 Cr₂O₇²⁻离子）；具有强氧化性，酸性条件下氧化性最强（还原产物为 Cr³⁺，溶液从橙红变为绿色），

如：K₂Cr₂O₇ + 6FeSO₄ + 7H₂SO₄ = Cr₂(SO₄)₃ + 3Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 7H₂O（用于滴定 Fe²⁺）；

与浓盐酸反应生成 Cl₂（K₂Cr₂O₇ + 14HCl (浓)=加热=2KCl + 2CrCl₃ + 3Cl₂↑ + 7H₂O），但氧化性弱于 KMnO₄。

制备：从铬铁矿（FeCr₂O₄）出发，经 “焙烧 - 浸取 - 转化” 三步：

焙烧：4FeCr₂O₄ + 8Na₂CO₃ + 7O₂=高温==8Na₂CrO₄ + 2Fe₂O₃ + 8CO₂↑（生成铬酸钠）；

浸取：用水溶解 Na₂CrO₄，过滤除杂质；

转化：加硫酸酸化，2Na₂CrO₄ + H₂SO₄ = Na₂Cr₂O₇ + Na₂SO₄ + H₂O，再加入 KCl 结晶得到 K₂Cr₂O₇（因 K₂Cr₂O₇溶解度小于 Na₂Cr₂O₇）。

用途：

化学分析：作为氧化还原滴定的基准试剂（滴定 Fe²⁺、I⁻等）；

工业领域：用于电镀（镀铬的电解液成分）、皮革鞣制、纺织印染的氧化剂；

实验室：用于制备氯气、氧化剂（如有机合成中的氧化反应）。

（2）铬酸钾（K₂CrO₄）

性质：黄色晶体，易溶于水，水溶液呈黄色（含 CrO₄²⁻离子）；与重铬酸钾存在平衡：2CrO₄²⁻ + 2H⁺ ⇌ Cr₂O₇²⁻ + H₂O（酸性条件下平衡右移，呈橙红；碱性条件下左移，呈黄色）；氧化性弱于重铬酸钾，仅在强酸性条件下表现氧化性。

制备：向重铬酸钾溶液中加入 KOH，调节 pH 至碱性，Cr₂O₇²⁻转化为 CrO₄²⁻，结晶得到 K₂CrO₄。

用途：用作黄色颜料（如防锈漆，与 PbO 配合）；实验室中用于检验 Ba²⁺（生成黄色 BaCrO₄沉淀）和 Ag⁺（生成砖红色 Ag₂CrO₄沉淀，用于银量法滴定）。

（3）铬酐（CrO₃，三氧化铬）

性质：暗红色针状晶体，易潮解，溶于水生成铬酸（H₂CrO₄），故又称 “铬酸酐”；具有极强的氧化性，常温下可氧化有机物（如酒精，接触后易燃烧），受热分解为 Cr₂O₃、O₂和 CrO₂（4CrO₃===2Cr₂O₃ + 3O₂↑）。

制备：向重铬酸钾溶液中加入浓硫酸，析出 CrO₃晶体（K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄(浓) = 2CrO₃↓ + K₂SO₄ + H₂O）。

用途：用于电镀工业（镀铬的主要原料，电解液为 CrO₃与少量 H₂SO₄的混合液）；作为强氧化剂用于有机合成（如氧化醇为醛 / 酮）；也用于制备其他铬化合物。

三、铬及其化合物的安全性与环境影响

1. 毒性与危害

六价铬化合物（Cr⁶⁺）：剧毒且具有致癌性（国际癌症研究机构 IARC 列为 1 类致癌物），可通过呼吸道、消化道和皮肤进入人体，损伤呼吸道黏膜、肝脏、肾脏，长期接触易诱发肺癌、皮肤癌；其毒性源于强氧化性，可破坏细胞内蛋白质和 DNA。

三价铬化合物（Cr³⁺）：毒性较低（是人体必需的微量元素，参与葡萄糖代谢，如 “葡萄糖耐量因子” 的组成），但过量摄入也可能引起肠胃不适；Cr³⁺在体内不易蓄积，大部分随粪便排出。

铬单质：金属铬本身无毒，但粉尘吸入可能引起呼吸道刺激（如铬尘肺）。

2. 环境管控

排放限制：各国对工业废水、废气中六价铬的排放有严格标准（如中国《污水综合排放标准》GB 8978-1996 规定，六价铬排放限值为 0.5mg/L）。

处理方法：工业含铬废水常用 “还原 - 沉淀法” 处理 —— 加 FeSO₄、Na₂SO₃等还原剂，将 Cr⁶⁺还原为 Cr³⁺，再调节 pH 至 8~9，使 Cr³⁺生成 Cr (OH)₃沉淀除去；含铬废气需经除尘、吸附（如活性炭）后排放。

回收利用：从废旧不锈钢、电镀废料中回收铬，减少资源浪费和环境污染（如通过高温熔融、酸溶等工艺提取 Cr³⁺盐）。

四、总结

铬及其化合物因价态多样性，展现出丰富的化学性质和广泛的应用场景：从不锈钢中的 “防腐核心”（金属铬），到颜料、耐火材料（Cr₂O₃），再到工业氧化剂、电镀原料（K₂Cr₂O₇、CrO₃），贯穿冶金、材料、化工、电子等多个领域。但需重点关注六价铬的强毒性和致癌性，在生产、使用中严格遵守安全规范，做好 “减毒 - 回收 - 处理”，实现资源利用与环境保护的平衡。