Мідь сірчана кислота. Мідь. З'єднання міді

Реакція між оксидом міді (||) та сірчаною кислотою
Класи неорганічних речовин

Даний урок є практичним заняттям з вивчення особливостей перебігу реакції між оксидом міді (II) і сірчаною кислотою. Отримана в результаті даної реакції речовина має широку сферу застосування.

Хімічна реакція -це процес , при якому з одних речовин виходять інші, що відрізняються від вихідних речовин за складом або будовою, за властивостями .

Нагрівання оксиду міді (II) у розчині сірчаної кислоти

Одним із загальних властивостейкислот є взаємодія із оксидами металів. В результаті таких реакцій утворюється сіль та вода.

Солю називають речовину, що складається з атомів металу і кислотного залишку.

Прикладом взаємодії оксиду металу з кислотою є реакція між оксидом міді (II) та розчином сірчаної кислоти. Для початку цієї взаємодії необхідне нагрівання речовин.

При проведенні досвіду потрібно пам'ятати не тільки про правила поводження з кислотами, але й дотримуватись правил техніки безпеки при нагріванні речовин у пробірці .

Проведення досвіду

Чорний порошок оксиду двовалентної міді CuO і поміщають у пробірку. Додають трохи розведеної сірчаної кислоти. Для початку реакції одного дотику речовин недостатньо, потрібне нагрівання. Злегка нагрівають пробірку з речовинами, доводячи розчин до кипіння. В результаті реакції спостерігається поступове зникнення чорного порошку оксиду міді та утворення розчину блакитного кольору. Рис. 1.

Рис. 1. Утворення розчину мідного купоросу

Рівняння цієї реакції:

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

Ця реакція відноситься до реакцій обміну, тому що з двох складних речовин в результаті обміну складовими частинамиутворюються дві нові складні речовини.

Реакція обміну - це реакція між двома складними речовинами, в результаті якої вони обмінюються своїми складовими частинами та утворюються дві нові складні речовини.

Розчин сульфату міді (II) пофарбований у блакитний колір. Кристаллогідрат сульфату міді CuSO 4 H 2 O має назву, що історично склалася - мідний купорос.

Розчинні сполуки міді, зокрема і мідний купорос, отруйні. Але в мікроскопічних кількостях мідь як хімічний елементнеобхідна для розвитку рослин і тварин, оскільки вона стимулює внутрішньоклітинні хімічні процеси.

Як було зазначено, отриманий у ході реакції сульфат міді (II) належить до класу солей. Усі солі є твердими кристалічними речовинами. Як довести, що в результаті реакції вийшов розчин солі?

Для цього можна скористатися двома способами.

По перше, можна помістити на предметне скло кілька крапель отриманого розчину та нагріти його. Після випаровування води на склі залишаться кристали солі.

По-друге, можна використовувати збільшувальний пристрій - мікроскоп. Якщо краплю отриманого розчину помістити на предметне скло та розглянути її під мікроскопом, можна побачити кристали мідного купоросу. Рис. 2.

Рис. 2. Кристали мідного купоросу під мікроскопом

Сульфат міді (II) - найбільш важлива сіль міді, яка часто є вихідною сировиною для отримання інших сполук.

1. Безводний сульфат міді білого кольору, його можна використовувати як індикатор вологості, за його допомогою в лабораторії проводять осушення спирту етанолу та деяких інших речовин.

2. Найбільша кількістьбезпосередньо застосовуваного CuSO 4 витрачається на боротьбу зі шкідниками в сільському господарстві, в складі бордоської сумішіз вапняним молоком- від грибкових захворювань та виноградної попелиці.

3. Мідний купорос також використовується як мікродобрива для поповнення дефіциту міді у ґрунті. Рекомендований для застосування на торфовищах.

4. У будівництві водний розчин сульфату міді (II) застосовується для нейтралізації наслідків протікання, ліквідації плям іржі, а також для видалення виділень солей («висолів») з цегляних, бетонних та оштукатурених поверхонь; а також як засіб для запобігання гниття деревини.

5. Також він застосовується виготовлення мінеральних фарб.

6. У харчовій промисловості сульфат міді (II) зареєстрований як харчова добавка з кодом E519 (як консервант).

Підбиття підсумку уроку

На уроці було розглянуто практичне заняття з вивчення особливостей перебігу реакції між оксидом міді (II) та сірчаною кислотою. Отримана в результаті цієї реакції речовина має широку сферу застосування.

Список літератури

1. Збірник завдань та вправ з хімії: 8-й кл.: до навч. П.А. Оржековського та ін. «Хімія. 8 клас»/П.А. Оржековський, Н.А. Тітов, Ф.Ф. Гегелі. - М: АСТ: Астрель, 2006. (с. 99-101)
2. Ушакова О.В. Робочий зошит з хімії: 8 кл.: до підручника П.А. Оржековського та ін. «Хімія. 8 клас»/О.В. Ушакова, П.І. Беспалов, П.А. Оржеківський; під. ред. проф. П.А. Оржековського - М: АСТ: Астрель: Профіздат, 2006. (с. 95-98)
3. Хімія. 8 клас. Навч. для загальнообр. установ/П.А. Оржековський, Л.М. Мещерякова, М.М. Шалашова. - М.: Астрель, 2013. (§29)
4. Хімія: 8-й клас: навч. для загальнообр. установ/П.А. Оржековський, Л.М. Мещерякова, Л.С. Понтак. М: АСТ: Астрель, 2005. (С. 157)
5. Хімія: неорган. хімія: навч. для 8кл. загальнообр. учред. /Г.Є. Рудзітіс, Ф.Г. Фельдман. - М: Просвітництво, ВАТ «Московські підручники», 2009. (§32)
6. Енциклопедія для дітей Том 17. Хімія/Голов. ред. В.А. Володін, вед. наук. ред. І. Леєнсон. - М: Аванта +, 2003.

Самородна мідь зустрічається рідко, в основному мідь знаходиться у земній корі у вигляді сульфідів. Мідні пісковики і сланці не є однією конкретною рудою, вони є бітумоподібним мергелем (мергель - осадова гірська порода змішаного глинисто-карбонатного складу), в якому рівномірно розподілено кілька різних руд міді. У природі мідь в основному представлена ​​такими мінералами:

Cu 2 O - куприт, червона мідна руда;
Cu 2 С 3 (OH) 2 - малахіт;
2CuСO 3 ·Cu(OH) 2 - азурит;
Cu 2 S - халькозин, мідний блиск;
(CuFe) S 2 - халькопірит, мідний колчедан;
(Cu 3 Fe)S 3 - борніт, кольоровий мідний колчедан;
CuS – ковелін.

Для рослин мідь – найважливіший мікроелемент. Речовиною, що забарвлює кров молюсків, є органічна сполука міді гемоціаніну.

Отримання міді.
1. Відновлення оксидних руд коксом;
2. З сульфідних руд; металургійний процес полягає у наступному. Сульфідні руди переплавляють у шахтних печах на мідний штейн (Cu 2 S, FeS та інші сульфіди, наприклад NiS, Ag 2 S). З нього виробляють чернову мідь:

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

Процес проводять у конверторах під час вдування повітря через фурми; відпрацьований газ SO 2 подають на виробництво сірчаної кислоти. З чорнової міді шляхом переплавлення в окислювальній атмосфері виходить рафінована мідь, придатна більшості технічних цілей. Для отримання особливо чистого металу проводять очищення електролітичним способом (побічними продуктами будуть срібло, селен, нікелю сульфат та ін.)
3. Відновленням міді з розчинів солей за допомогою цинку, заліза або алюмінію (див. фото), одержують порошкоподібну мідь (червоного кольору), наприклад:

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

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

Флотація. Руди, перед виплавкою їх металу відокремлюють від порожньої породи — процес збагачення руди. Найбільш ефективне збагачення руди досягається флотацією.
Флотація (флотаційне збагачення)— це спосіб поділу дрібноздрібненої суміші речовин, заснований на різній змочуваності компонентів суміші. Суміш, що підлягає поділу, наприклад руда, або порожня порода, змучується у воді, що містить флотаційні реагенти - колектор (збирач) та піноутворювач. Колектор адсорбується на поверхні одного з компонентів суміші (найчастіше частинки мінералу) і тим робить його гідрофобним. При продуванні повітря через суспензію утворюється піна, в якій збирається гідрофобний компонент (корисний мінерал), а інший компонент суміші (порожня порода) осаджується на дно реактора. Як колектори використовують ксантогенати, а як піноутворювачі — поверхнево-активні речовини.

Фізичні властивості міді.
Блискучий метал, що має червонувато-жовте забарвлення.
Щільність металевої міді за 20°C становить 8,95 г/см 3 . Температура: 1080°C.
Мідь утворює кубічні гранецентровані грати, просторова група F m3m, a = 0,36150 нм, Z = 4Å.
Мідь - другий (після срібла) метал по тепло- та електропровідності (з відмінним температурним коефіцієнтомопору 0,4%/°C). Електропровідність міді при 20°C становить 55,5-58 МСм/м.
Мідь має два стабільні ізотопи: 63 Cu і 65 Cu, і кілька радіоактивних ізотопів. Найбільш довгоживучий з них, 64 Cu, має період напіврозпаду 12,7 год і два варіанти розпаду з різними продуктами.
За механічними властивостями, мідь досить м'який та ковкий метал. Після кування стає твердою, а після загартування (нагрівання і різке охолодження) - м'якою. Має добрі ливарні властивості. Іони міді фарбують полум'я в зелений колір.

Хімічні властивості міді.
При 20°C і без вологи і діоксиду вуглецю, мідь не реагує з киснем повітря. При прожарюванні міді на повітрі на поверхні міді утворюється крихка плівка чорного кольору оксиду міді (II); у присутності вологи, діоксиду вуглецю та інших компонентів повітря, з часом, на поверхні виробів з міді та її сплавів утворюється плівка (італ. патина) спочатку від бурих до чорних квітів (оксиди та сульфіди міді), а при більш тривалому зберіганні вологому ґрунтінаприклад, утворюється .
Мідь - електропозитивний (благородний) метал, в електрохімічному ряду напруг стоїть після водню, тому переводиться в розчин тільки кислотами-окислювачами або в присутності кисню, перекису водню або іншого окислювача:

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

З киснем повітря реагує залежно від температури та умов:

4Cu + O 2 = 2Cu 2 O (при нестачі кисню та 200°C)

2Cu + O 2 = 2CuO (при надлишку кисню та 400°C)

Із сірчаною кислотоюмідь реагує з освітою різних продуктів, Залежно від умов:
концентрована холодна сірчана кислота

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

Концентрована гаряча сірчана кислота

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

Безводна сірчана кислота за 200°C

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

Розведена сірчана кислота у присутності кисню повітря при нагріванні

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

Розбита сірчана кислота холодна

Cu + H 2 SO 4 ≠

З азотною кислотоюмідь реагує з утворенням суміші нітрозних газів Залежно від концентрації азотної кислоти, у суміші газоподібних продуктів переважають:
концентрована азотна кислота

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

Розведена азотна кислота

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

Мідь розчиняється у водному розчині аміаку в присутності кисню з утворенням аміакатів:

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

Мідь (порошкоподібна) реагує з хлором, бромом (в ефірі) та сіркою (у рідкому сірковуглецю при кімнатній температуріабо при нагріванні 300°C):

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

Мідь реагує з оксидами неметалів (при температурі 500-800°C):

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

Мідь реагує з ціанідом калію з утворенням диціанокупрату(I) калію:

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

Мідь переходить у розчин реагуючи з іонами Fe 3+ та Cu 2+

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

Застосування міді.
Мідь застосовується як провідник в електротехніці, для виготовлення охолодних труб у радіаторах і теплообмінниках, як каталізатор при полімеризації ацетилену, як добавка до ювелірних сплавів на основі срібла та золота. Сполуки міді застосовують для створення антибактерицидних поверхонь, каталізаторів при автокаталітичній металізації, мідненні, латунуванні у вигляді сплавів при виготовленні деталей різних механізмів.

Сплави на основі міді.
латунь - сплави на основі міді та цинку, в яких від 60% до 90% міді інше цинк та домішки, при вмісті міді близько 80% - сплавитомпак;
бронза - містять мідь та ще один або кілька металів. Відповідно до добавки розрізняють олов'янисту бронзу (до 10% олова), алюмінієву бронзу (до 11% алюмінію), свинцеву бронзу (8-25% свинець, 5-10% олово), берилієву бронзу (до 5% берилію), а також марганцеву та кремнієву бронзи, існує «фосфорна бронза» - бронза, дезоксидована фосфором, містить не більше 0,5% фосфору. У марці бронзи БрОФ10-1 (10% олова та 1% фосфору);
ливарна бронза - Cu + до 11% Sn та до 5% Zn;
нейзильбер - 45-67% Cu + 12-45 Zn + 10-26% Ni;
твердий припій - Cu + 1-70% Ag плавиться в інтервалі температур 600-1000 ° C;
сплав Деварда - 50% Cu + 45% Al + 5% Zn використовується у лабораторній практиці як відновник;
сплави опору (електричний опір майже залежить від температури): манганін — 82-84% Cu, 12-15% Mn + 2-4% Ni; константан - 57% Cu + 41% Ni + 1% Fe + 1% Mn; нікелін - 56% Cu + 31% Ni + 13% Zn.

З'єднання міді (І).
З'єднання міді (I) на повітрі майже завжди переходять у сполуки міді (II). Стійкими є: ціанід міді (I) CuCN; тіоціанат міді (I) CuSCN; йодид міді (I) CuI; сульфід міді (I) Cu 2 S; оксид міді (I) Cu 2 O.
Оксид міді (I) Cu 2 O
Порошок червоного кольору випадає в осад з фелінгової рідини при виявленні альдегідів. Раніше застосовувався для виготовлення випрямлячів електричного струму, сьогодні використовується тільки для фарбування скла та емалей.
Хлорид міді (I) CuCl
Порошок білого кольору не розчинний у воді.

З органічних сполук міді (I) найбільш відомим є ацетиленід міді (I) Cu-C≡C-Cu.

З'єднання міді (ІІ).
Кристалогідрати солей міді (II) (аквакомплекси) зазвичай пофарбовані в блакитний або зелений колір, безводні солі - білі, оксид і сульфід - чорні. З розчинів, що містять катіони міді (II), залізо та цинк беруть в облогу мідь у вигляді червоно-коричневого порошку. Аміачна вода забарвлює розчини солей міді (II) інтенсивно-синій колір, властивий катіону тетрааммінмеді(II) 2+ .
Сульфат міді (II) CuSO 4 Кристали білого кольору. Кристалогідрат CuSO 4 ·5H 2 O — кристали блакитного кольору, добре розчинні у воді. При нагріванні вода відщеплюється до того, як почне розкладатися безводний сульфат міді (II). Безводний сульфат міді (II) при дії води (навіть у слідових кількостях) знову забарвлюється у блакитний колір, що використовується для виявлення води, наприклад, у спиртах. CuSO 4 ·5H 2 O - мідний купорос, застосовують як засіб захисту рослин (у суміші з вапняним молоком) від виноградної попелиці. Крім того він служить компонентом електролітичних ванн для міднення та складовоюпрядильних розчинів у виробництві ацетатного волокна
Гідроксид міді (II) Cu(OH) 2 випадає у вигляді блакитного пластівеподібного осаду з розчинів Cu 2+ при додаванні лугів, при нагріванні (навіть теплій воді), швидко розкладається до чорного оксиду міді (II).
Нітрат міді (II) Cu(NO 3) 2 ·3H 2 O використовується для створення на мідних виробах.
Гідроксоацетати міді (II) - сировина для виробництва мідних фарб (суміш відомий під назвою яр-медянка). Карбонат, ортофосфат і арсеніт міді (II) (останній частіше у складі так званої швейнфуртської зелені, що включає ацетат-іони), осаджуються в результаті обмінних реакцій з водного розчину у вигляді блакитного або зеленого опадів.

Виявлення.
З'єднання міді фарбують полум'я газового пальникаособливо після змочування їх хлороводневою кислотою в інтенсивно-блакитний або зелений колір. Солі міді (II) забарвлюють у темно-синій колір аміачну воду.

Розташовується в другій групі, побічній підгрупі періодичної системиМенделєєва і є перехідним металом. Порядковий номерелемента – 30, маса – 65,37. Електронна конфігураціязовнішнього шару атома – 4s2. Єдина та постійна дорівнює «+2». Для перехідних металів характерно утворення комплексних сполук, у яких вони виступають як комплексоутворювачі з різними координаційними числами. Це стосується і цинку. Існує 5 стійких у природі ізотопів з масовими числами від 64 до 70. При цьому ізотоп 65Zn є радіоактивним, період його напіврозпаду становить 244 дні.

Цинк - це сріблясто-блакитний метал, який на повітрі швидко покривається захисною плівкою, що приховує його блиск. При видаленні оксидної плівки цинк виявляє властивості металів – сяйво та характерний яскравий блиск. У природі цинк міститься у складі багатьох мінералів та руд. Найпоширеніші: клейофан, цинкова обманка (сфалерит), вюрцит, марматит, каламін, смітсоніт, віллеміт, цинкіт, франклініт.

У складі змішаних руд цинк зустрічається із своїми постійними супутниками: талієм, германієм, індією, галієм, кадмієм. У земній корі міститься 0,0076% цинку, а 0,07 мг/л цього металу міститься в морській водіу вигляді солей. Формула цинку як простої речовини – Zn, хімічний зв'язок – металева. У цинку гексагональні щільні кристалічні грати.

Фізичні та хімічні властивості цинку

Температура плавлення цинку – 420 °С. При нормальних умовахце тендітний метал. При нагріванні до 100-150 ° С ковкість та пластичність цинку підвищується, можливе виготовлення з металу дроту та прокатка фольги. Температура кипіння цинку – 906 °С. Цей метал – чудовий провідник. Починаючи від 200 ° С, цинк легко розтирається в сірий порошок і втрачає пластичність. У металу хороша теплопровідність та теплоємність. Описані фізичні параметри дають змогу використовувати цинк у з'єднаннях з іншими елементами. Латунь – найбільш відомий сплав цинку.

За звичайних умов поверхня цинку миттєво покривається оксидом у вигляді сіро-білого тьмяного нальоту. Він утворюється через те, що кисень повітря окислює чисту речовину. Цинк як проста речовина реагує з халькогенами, галогенами, киснем, лугами, кислотами, амонієм (його солями), . Цинк не взаємодіє з азотом, воднем, бором, вуглецем та кремнієм. Хімічно чистий цинк не реагує з розчинами кислот та лугів. - метал амфотерний, і при реакціях зі лугами утворює комплексні сполуки – гідроксоцінкати. Натисніть , щоб дізнатися, які досліди на вивчення властивостей цинку можна провести вдома.

Реакція сірчаної кислоти з цинком та одержання водню

Взаємодія розбавленої сірчаної кислоти з цинком є ​​основним лабораторним способом отримання водню. І тому використовується чистий зернений (гранульований) цинк чи технічний цинк як обрізків і стружок.

Якщо взяті дуже чисті цинк та сірчана кислота, то водень виділяється повільно, особливо на початку реакції. Тому до охолоного після розведення розчину іноді додають трохи розчину мідного купоросу. Металева мідь, що осіла на поверхні цинку, прискорює реакцію. Оптимальний спосіб розбавити кислоту для отримання водню - розбавити водою концентровану сірчану кислоту щільністю 1,19 у співвідношенні 1:1.

Реакція концентрованої сірчаної кислоти з цинком

У концентрованої сірчаної кислоти окислювачем не катіон водню, а сильніший окислювач - сульфат-ион. Він не проявляє себе як окислювач у розведеній сірчаній кислоті через сильну гідратацію, і, як наслідок, малорухливість.

Те, як концентрована сірчана кислота реагуватиме з цинком, залежить від температури та концентрації. Рівняння реакцій:

Zn + 2H₂SO₄ = ZnSO₄ + SO₂ + 2H₂O

3Zn + 4H₂SO₄ = 3ZnSO₄ + S + 4H₂O

4Zn + 5H₂SO₄ = 4ZnSO₄ + H₂S + 4H₂O

Концентрована сірчана кислота є сильним окислювачем завдяки ступеню окислення сірки (S⁺⁶). Вона взаємодіє навіть із малоактивними металами, тобто з металами до і після водню, і, на відміну від розведеної кислоти, ніколи не виділяє водень за цих реакцій. У реакціях концентрованої сірчаної кислоти з металами завжди утворюються три продукти: сіль, вода та продукт відновлення сірки. Концентрована сірчана кислота – це такий сильний окисник, що окислює навіть деякі неметали (вугілля, сірку, фосфор).