Медь серная кислота. Медь. Соединения меди

Реакция между оксидом меди (||) и серной кислотой
Классы неорганических веществ

Данный урок представляет собой практическое занятие по изучению особенностей протекания реакции между оксидом меди (II) и серной кислотой. Полученное в результате данной реакции вещество имеет широкую область применения..

Химическая реакция - это процесс, при котором из одних веществ получаются другие, отличающиеся от исходных веществ по составу или строению, по свойствам.

Нагревание оксида меди (II ) в растворе серной кислоты

Одним из общих свойств кислот является взаимодействие с оксидами металлов. В результате таких реакций образуется соль и вода.

Солью называют вещество, состоящее из атомов металла и кислотного остатка.

Примером взаимодействия оксида металла с кислотой является реакция между оксидом меди (II) и раствором серной кислоты. Для начала данного взаимодействия необходимо нагревание веществ.

При проведении опыта нужно помнить не только о правилах обращения с кислотами, но и соблюдать правила техники безопасности при нагревании веществ в пробирке.

Проведение опыта

Черный порошок оксида двухвалентной меди CuO и помещают в пробирку. Добавляют немного разбавленной серной кислоты. Для начала реакции одного соприкосновения веществ недостаточно, нужно нагревание. Слегка нагревают пробирку с веществами, не доводя раствор до кипения. В результате реакции наблюдается постепенное исчезновение черного порошка оксида меди и образование раствора голубого цвета. Рис. 1.

Рис. 1. Образование раствора медного купороса

Уравнение данной реакции:

CuO + H 2 SO 4 = CuSO 4 + H 2 O

Эта реакция относится к реакциям обмена, т. к. из двух сложных веществ в результате обмена составными частями образуются два новых сложных вещества.

Реакция обмена - это реакция между двумя сложными веществами, в результате которой они обмениваются своими составными частями и образуются два новых сложных вещества.

Раствор сульфата меди (II) окрашен в голубой цвет. Кристаллогидрат сульфата меди CuSO 4 H 2 O имеет исторически сложившееся название - медный купорос.

Растворимые соединения меди, в том числе и медный купорос, ядовиты. Но в микроскопических количествах медь как химический элемент необходима для нормального развития растений и животных, так как она стимулирует внутриклеточные химические процессы.

Как уже было сказано, полученный в ходе реакции сульфат меди (II) относится к классу солей. Все соли являются твердыми кристаллическими веществами. Как доказать, что в результате реакции получился раствор соли?

Для этого можно воспользоваться двумя способами.

Во-первых, можно поместить на предметное стекло несколько капель полученного раствора и нагреть его. После испарения воды на стекле останутся кристаллы соли.

Во-вторых, можно использовать увеличительный прибор - микроскоп. Если каплю полученного раствора поместить на предметное стекло и рассмотреть ее под микроскопом, то можно увидеть кристаллы медного купороса. Рис. 2.

Рис. 2. Кристаллы медного купороса под микроскопом

Сульфат меди (II) - наиболее важная соль меди, которая часто служит исходным сырьём для получения других соединений.

1. Безводный сульфат меди белого цвета, его можно использовать как индикатор влажности, с его помощью в лаборатории проводят осушку спирта этанола и некоторых других веществ.

2. Наибольшее количество непосредственно применяемого CuSO 4 расходуется на борьбу с вредителями в сельском хозяйстве, в составе бордосской смеси с известковым молоком - от грибковых заболеваний и виноградной тли.

3. Медный купорос также используется как микроудобрение для восполнения дефицита меди в почве. Рекомендован для применения на торфяниках.

4. В строительстве водный раствор сульфата меди (II) применяется для нейтрализации последствий протечек, ликвидации пятен ржавчины, а также для удаления выделений солей («высолов») с кирпичных, бетонных и оштукатуренных поверхностей; а также как средство для предотвращения гниения древесины.

5. Также он применяется для изготовления минеральных красок.

6. В пищевой промышленности сульфат меди (II) зарегистрирован в качестве пищевой добавки с кодом E519 (в качестве консерванта).

Подведение итога урока

На уроке было рассмотрено практическое занятие по изучению особенностей протекания реакции между оксидом меди (II) и серной кислотой. Полученное в результате данной реакции вещество имеет широкую область применения.

Список литературы

1. Сборник задач и упражнений по химии: 8-й кл.: к учеб. П.А. Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / П.А. Оржековский, Н.А. Титов, Ф.Ф. Гегеле. - М.: АСТ: Астрель, 2006. (с. 99-101)
2. Ушакова О.В. Рабочая тетрадь по химии: 8-й кл.: к учебнику П.А. Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / О.В. Ушакова, П.И. Беспалов, П.А. Оржековский; под. ред. проф. П.А. Оржековского - М.: АСТ: Астрель: Профиздат, 2006. (с. 95-98)
3. Химия. 8 класс. Учеб. для общеобр. учреждений / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, М.М. Шалашова. - М.:Астрель, 2013. (§29)
4. Химия: 8-й класс: учеб. для общеобр. учреждений / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, Л.С. Понтак. М.: АСТ: Астрель, 2005. (с. 157)
5. Химия: неорган. химия: учеб. для 8кл. общеобр. учрежд. /Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. - М.: Просвещение, ОАО «Московские учебники», 2009. (§32)
6. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия / Глав. ред. В.А. Володин, вед. науч. ред. И. Леенсон. - М.: Аванта+, 2003.

Самородная медь встречается редко, в основном медь находится в земной коре в виде сульфидов. Медные песчанники и сланцы не представляют собой одной конкретной руды, они являются битумообразным мергелем (мергель - осадочная горная порода смешанного глинисто-карбонатного состава), в котором равномерно распределено несколько различных руд меди. В природе, медь, в основном, представлена такими минералами:

Cu 2 O — куприт, красная медная руда;
Cu 2 СO 3 (OH) 2 — малахит;
2CuСO 3 ·Cu(OH) 2 — азурит;
Cu 2 S — халькозин, медный блеск;
(CuFe)S 2 — халькопирит, медный колчедан;
(Cu 3 Fe)S 3 — борнит, цветной медный колчедан;
CuS — ковеллин.

Для растений медь — важнейший микроэлемент. Веществом, окрашивающим кровь молюсков, является органическое соединение меди гемоцианин.

Получение меди.
1. Восстановление оксидных руд коксом;
2. Из сульфидных руд; металлургический процесс состоит в следующем. Сульфидные руды переплавляют в шахтных печах на медный штейн Cu 2 S, FeS и другие сульфиды, например NiS, Ag 2 S). Из него производят черновую медь:

Cu 2 S + O 2 = 2Cu + SO 2

Процесс проводят в конверторах при вдувании воздуха через фурмы; отходящий газ SO 2 подают на производство серной кислоты. Из черновой меди путем переплавки ее в окислительной атмосфере получается рафинированная медь, пригодная для большинства технических целей. Для получения особо чистого металла проводят очистку электролитическим способом (побочными продуктами будут серебро, селен, сульфат никеля и др.)
3. Восстановлением меди из растворов солей с помощью цинка, железа или алюминия (см. фото), получают порошкообразную медь (красного цвета), например:

3CuSO 4 + 2Al = 3Cu + Al 2 (SO 4) 3 ;

3Cu 2+ + 2Al 0 = 3Cu 0 + 2Al 3+

Флотация. Руды, перед выплавкой из них металла отделяют от пустой породы — процесс обогащения руды. Наиболееэффективное обогащение руды достигается флотацией.
Флотация (флотационное обогащение) — это способ разделения мелкоизмельченной смеси веществ, основанный на различной смачиваемости компонентов смеси. Смесь, подлежащая разделению, например руда, или пустая порода, взмучивается в воде, содержащей флотационные реагенты — коллектор (собиратель) и пенообразователь. Коллектор адсорбируется на поверхности одного из компонентов смеси (чаще всего частицы минерала) и тем самым делает его гидрофобным. При продувании воздуха через суспензию образуется пена, в которой собирается ставший гидрофобным компонент (полезный минерал), а другой компонент смеси (пустая порода) осаждается на дно реактора. В качестве коллекторов используют ксантогенаты, а в качестве пенообразователей — поверхностно-активные вещества.

Физические свойства меди.
Блестящий метал, имеющий красновато-желтую окраску.
Плотность металлической меди при 20°C составляет 8,95 г/см 3 . Температура плавления: 1080°C.
Медь образует кубическую гранецентрированную решётку, пространственная группа F m3m, a = 0,36150 нм, Z = 4Å.
Медь — второй (после серебра) металл по тепло- и электропроводности (с отличным температурным коэффициентом сопротивления 0,4%/°C). Электропроводность меди, при 20°C составляет 55,5-58 МСм/м.
Медь имеет два стабильных изотопа: 63 Cu и 65 Cu, и несколько радиоактивных изотопов. Самый долгоживущий из них, 64 Cu, имеет период полураспада 12,7 ч и два варианта распада с различными продуктами.
По механическим свойствам, медь достаточно мягкий и ковкий металл. После ковки становится твердой, а посте закалки (нагревание и резкое охлаждение) — мягкой. Имеет хорошие литейные свойства. Ионы меди окрашивают пламя в зеленый цвет.

Химические свойства меди.
При 20°C и в отсутствии влаги и диоксида углерода, медь не реагирует с кислородом воздуха. При прокаливании меди на воздухе, на поверхности меди образуется хрупкая пленка черного цвета оксида меди (II); в присутствии влаги, диоксида углерода и других компонентов воздуха, с течением времени, на поверхности изделий из меди и ее сплавов образуется пленка (итал. патина) сначала от бурых до черных цветов (оксиды и сульфиды меди), а при более продолжительном хранеии во влажной почве например, образуется .
Медь — электроположительный (благородный) металл, в электрохимическом ряду напряжений стоит после водорода, поэтому переводится в раствор только кислотами-окислителями или в присутствии кислорода, перекиси водорода или другого окислителя:

Cu + HCl ≠ ; Cu + 2HCl + O 2 = CuCl 2 + 2H 2 O;

Cu + 2HCl + H 2 O 2 = CuCl 2 + 2H 2 O

6Cu + 12HCl + KClO 3 = 6H + 2KCl + 3H 2 O

С кислородом воздуха реагирует в зависимости от температуры и условий:

4Cu + O 2 = 2Cu 2 O (при недостатке кислорода и 200°C)

2Cu + O 2 = 2CuO (при избытке кислорода и 400°C)

С серной кислотой медь реагирует с образованием различных продуктов, в зависимости от условий:
концентрированная холодная серная кислота

Cu + H 2 SO 4 = CuO + SO 2 + H 2 O

Концентрированная горячая серная кислота

Cu + 2H 2 SO 4 = CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

Безводная серная кислота при 200°C

2Cu + 2H 2 SO 4 = Cu 2 SO 4 + SO 2 + 2H 2 O

Разбавленная серная кислота в присутствии кислорода воздуха при нагревании

2Cu + 2H 2 SO 4 + O 2 = 2CuSO 4 + 2H 2 O

Расзбавленная серная кислота холодная

Cu + H 2 SO 4 ≠

С азотной кислотой , медь реагирует с образованием смеси нитрозных газов. В зависимости от концентрации азотной кислоты, в смеси газообразных продуктов преобладают:
концентрированная азотная кислота

Cu + 4HNO 3 = Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

Разбавленная азотная кислота

3Cu + 8HNO 3 = 3Cu(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O

Медь растворяется в водном растворе аммиака в присутствии кислорода с образованием аммиакатов:

2Cu + NH 3 ·H 2 O + O 2 → (OH) 2 ↔ (OH) 2

Медь (порошкообразная) реагирует с хлором, бромом (в эфире) и серой (в жидком сероуглероде при комнатной температуре или при нагревании 300°C):

Cu + Cl 2 = CuCl 2 ; Cu + Br 2 = CuBr 2 ; Cu + S = CuS

Медь реагирует с оксидами неметаллов (при температурах 500-800°C):

4Cu + SO 2 = Cu 2 S + 2CuO; 2Cu + 2NO = 2CuO + N 2 ; 4Cu + 2NO 2 = 4CuO + N 2

Медь реагирует с цианидом калия с образованием дицианокупрата(I) калия:

2Cu + 4KCN + 2H 2 O = 2K + 2KOH + H 2

Медь переходит в раствор реагируя с ионами Fe 3+ и Cu 2+

Cu + 2Fe 3+ = Cu 2+ + 2Fe 2+ ; Cu + Cu 2+ = 2Cu +

Применение меди.
Медь применяется как проводник в электротехнике, для изготовления охлаждающих труб в радиаторах и теплообменниках, в качестве катализатора при полимеризации ацетилена, как добавка к ювелирным сплавам на основе серебра и золота. Соединения меди применяют для создания антибактерицидных поверхностей, катализаторов при автокаталитической металлизации, меднении, латунировании, в виде сплавов при изготовлении деталей различных механизмов.

Сплавы на основе меди.
латунь — сплавы на основе меди и цинка, в которых от 60% до 90% меди остальное цинк и примеси, при содержании меди около 80% — сплавытомпак;
бронза — содержат медь и еще один или несколько металлов. В соответствии с добавкой различают оловянистую бронзу (до 10% олова), алюминиевую бронзу (до 11% алюминия), свинцовую бронзу (8-25% свинец, 5-10% олово), бериллиевую бронзу (до 5% бериллия), а также марганцевую и кремниевую бронзы, существует «фосфорная бронза» — бронза, дезоксидированная фосфором, содержит не более 0,5% фосфора. В марке бронзы БрОФ10-1 (10% олова и 1% фосфора);
литейная бронза — Cu + до 11% Sn и до 5% Zn;
нейзильбер — 45-67%Cu + 12-45 Zn + 10-26% Ni;
твердый припой — Cu + 1-70% Ag плавится в интервале температур 600-1000°C;
сплав Деварда — 50% Cu + 45% Al + 5% Zn используется в лабораторной практике как восстановитель;
сплавы сопротивления (электрическое сопротивление почти не зависит от температуры): манганин — 82-84% Cu, 12-15% Mn + 2-4% Ni; константан — 57% Cu + 41% Ni + 1% Fe + 1% Mn; никелин — 56%Cu + 31% Ni + 13% Zn.

Соединения меди (I).
Соединения меди (I) на воздухе почти всегда переходят в соединения меди (II). Устойчивыми являются: цианид меди (I) CuCN; тиоцианат меди (I) CuSCN; иодид меди (I) CuI; сульфид меди (I) Cu 2 S; оксид меди (I) Cu 2 O.
Оксид меди (I) Cu 2 O
Порошок красного цвета, выпадает в осадок из фелинговой жидкости при обнаружении альдегидов. Ранее применялся для изготовления выпрямителей электрического тока, сегодня используется только для окраски стекла и эмалей.
Хлорид меди (I) CuCl
Порошок белого цвета, не растворимый в воде.

Из органических соединений меди (I) наиболее известным является ацетиленид меди (I) Cu-C≡C-Cu.

Соединения меди (II).
Кристаллогидраты солей меди (II) (аквакомплексы) обычно окрашены в голубой или зеленый цвет, безводные соли — белые, оксид и сульфид — черные. Из растворов, содержащих катионы меди (II), железо и цинк осаждают медь в виде красно-коричневого порошка. Аммиачная вода окрашивает растворы солей меди (II) в интенсивно-синий цвет, присущий катиону тетраамминмеди(II) 2+ .
Сульфат меди (II) CuSO 4 Кристаллы белого цвета. Кристаллогидрат CuSO 4 ·5H 2 O — кристаллы голубого цвета, хорошо растворимые в воде. При нагревании вода отщепляется до того как начнет разлагаться безводный сульфат меди (II). Безводный сульфат меди (II) при действии воды (даже в следовых количествах) снова окрашивается в голубой цвет, что используется для обнаружения воды, например в спиртах. CuSO 4 ·5H 2 O — медный купорос, применяют как средство защиты растений (в смеси с известковым молоком) от виноградной тли. Кроме того он служит компонентом электролитических ванн для меднения и составной частью прядильных растворов в производстве ацетатного волокна.
Гидроксид меди (II) Cu(OH) 2 выпадает в виде голубого хлопьевидного осадка из растворов Cu 2+ при добавлении щелочей, при нагревании (даже в теплой воде), быстро разлагается до черного оксида меди (II).
Нитрат меди (II) Cu(NO 3) 2 ·3H 2 O используется для создания на медных изделиях.
Гидроксоацетаты меди (II) — сырье для производства медных красок (смесь известная под названием ярь-медянка). Карбонат, ортофосфат и арсенит меди (II) (последний чаще в составе так называемой швейнфуртской зелени включающей ацетат-ионы) осаждаются в результате обменных реакций из водного раствора в виде голубого или зеленого осадков.

Обнаружение.
Соединения меди окрашивают пламя газовой горелки, особенно после смачивания их хлороводородной кислотой в интенсивно-голубой или зеленый цвет. Соли меди (II) окрашивают в темно-синий цвет аммиачную воду.

Располагается во второй группе, побочной подгруппе периодической системы Менделеева и является переходным металлом. Порядковый номер элемента - 30, масса - 65,37. Электронная конфигурация внешнего слоя атома - 4s2. Единственная и постоянная равна «+2». Для переходных металлов характерно образование комплексных соединений, в которых они выступают в качестве комплексообразователя с разными координационными числами. Это относится и к цинку. Существует 5 устойчивых в природе изотопов с массовыми числами от 64 до 70. При этом изотоп 65Zn является радиоактивным, период его полураспада составляет 244 дня.

Цинк - это серебристо-голубой металл, который на воздухе быстро покрывается защитной оксидной пленкой, скрывающей его блеск. При удалении оксидной пленки цинк проявляет свойства металлов - сияние и характерный яркий блеск. В природе цинк содержится в составе многих минералов и руд. Самые распространенные: клейофан, цинковая обманка (сфалерит), вюрцит, марматит, каламин, смитсонит, виллемит, цинкит, франклинит.

В составе смешанных руд цинк встречается со своими постоянными спутниками: таллием, германием, индием, галлием, кадмием. В земной коре содержится 0,0076% цинка, а 0,07 мг/л этого металла содержится в морской воде в виде солей. Формула цинка как простого вещества - Zn, химическая связь - металлическая. У цинка гексагональная плотная кристаллическая решетка.

Физические и химические свойства цинка

Температура плавления цинка - 420 °С. При нормальных условиях это хрупкий металл. При нагревании до 100-150 °С ковкость и пластичность цинка повышается, возможно изготовление из металла проволоки и прокатка фольги. Температура кипения цинка - 906 °С. Этот металл - отличный проводник. Начиная от 200 °С, цинк легко растирается в серый порошок и теряет пластичность. У металла хорошая теплопроводность и теплоемкость. Описанные физические параметры позволяют использовать цинк в соединениях с другими элементами. Латунь - наиболее известный сплав цинка.

При обычных условиях поверхность цинка мгновенно покрывается оксидом в виде серо-белого тусклого налета. Он образуется из-за того, что кислород воздуха окисляет чистое вещество. Цинк как простое вещество реагирует с халькогенами, галогенами, кислородом, щелочами, кислотами, аммонием (его солями), . Цинк не взаимодействует с азотом, водородом, бором, углеродом и кремнием. Химически чистый цинк не реагирует с растворами кислот и щелочей. - металл амфотерный, и при реакциях со щелочами образует комплексные соединения - гидроксоцинкаты. Нажмите , чтобы узнать, какие опыты на изучение свойств цинка можно провести дома.

Реакция серной кислоты с цинком и получение водорода

Взаимодействие разбавленной серной кислоты с цинком - основной лабораторный способ получения водорода. Для этого используется чистый зерненый (гранулированный) цинк либо технический цинк в виде обрезков и стружек.

Если взяты очень чистые цинк и серная кислота, то водород выделяется медленно, особенно в начале реакции. Поэтому к остывшему после разбавления раствору иногда добавляют немного раствора медного купороса. Осевшая на поверхности цинка металлическая медь ускоряет реакцию. Оптимальный способ разбавить кислоту для получения водорода - разбавить водой концентрированную серную кислоту плотностью 1,19 в соотношении 1:1.

Реакция концентрированной серной кислоты с цинком

В концентрированной серной кислоте окислителем является не катион водорода, а более сильный окислитель - сульфат-ион. Он не проявляет себя как окислитель в разбавленной серной кислоте из-за сильной гидратации, и, как следствие, малоподвижности.

То, как концентрированная серная кислота будет реагировать с цинком, зависит от температуры и концентрации. Уравнения реакций:

Zn + 2H₂­SO₄ = Zn­SO₄ + SO₂ + 2H₂O

3Zn + 4H₂­SO₄ = 3Zn­SO₄ + S + 4H₂O

4Zn + 5H₂­SO₄ = 4Zn­SO₄ + H₂S + 4H₂O

Концентрированная серная кислота является сильным окислителем благодаря степени окисления серы (S⁺⁶). Она взаимодействует даже с малоактивными металлами, то есть с металлами до и после водорода, и, в отличие от разбавленной кислоты, никогда не выделяет водород при этих реакциях. В реакциях концентрированной серной кислоты с металлами всегда образуются три продукта: соль, вода и продукт восстановления серы. Концентрированная серная кислота - это такой сильный окислитель, что окисляет даже некоторые неметаллы (уголь, серу, фосфор).