Химия меди
Бурятский
государственный университет
Химический
факультет
Курсовая
работа по неорганической химии
Химия меди
г. Улан- Удэ
год
Оглавление
I. Часть.
Обзор литературы:
Введение
Положение меди в периодической
системе Д.И. Менделеева
Распространение в природе
Физические свойства
Химические свойства
Получение меди
Соединения меди
Комплексные соединения меди
Применение
II.
Часть. Практическая часть
III.
Заключение
IV.
Список литературы
Введение
Медь присутствует во всех организмах и принадлежит
к числу микроэлементов, необходимых для их нормального развития. В растениях и
животных содержание меди варьируется от 10-15 до 10-3%. Всего в организме
человека (масса тела 70 кг) содержится 72 мг меди. Основная роль меди в тканях
растений и животных - участие в ферментативном катализе. Медь служит
активатором ряда реакций и входит в состав медьсодержащих ферментов, прежде
всего оксидаз, катализирующих реакции биологического окисления. Участвует в
синтезе коллагена и эластина. Медь также участвует в процессах роста и
размножения. Участвует в процессах пигментации, так как входит в состав
меланина. Медь необходима для процессов гемоглобинообразвания. Она способствует
переносу железа в костный мозг и превращению его в органически связанную форму.
Медь необходима для осуществления различных функций организма - дыхания,
кроветворения, обмена углеводов и минеральных веществ.
При недостатке меди в организме наблюдаются:
задержка роста, анемия, дерматозы, депигментация волос, частичное облысение,
потеря аппетита, сильное исхудание, понижение уровня гемоглобина, атрофия
сердечной мышцы.
Медь входит в число жизненно важных
микроэлементов. Она участвует в процессе фотосинтеза и усвоении растениями
азота, способствует синтезу сахара, белков, крахмала, витаминов и ферментов.
При отсутствии или недостатке меди в растительных тканях уменьшается содержание
хлорофилла, листья желтеют, растение перестает плодоносить и может погибнуть.
Чаще всего медь вносят в почву в виде пятиводного сульфата - медного купороса CuSO4∙5H2O.
В значительных количествах он ядовит, токсическим действием обладают любые
растворимые соединения меди,
особенно для низших организмов, поэтому растворы
сульфата меди или их смеси с гидроксидом кальция применяют как противогрибковые
средства.
Медь широко используется в технике, что
обусловлено рядом ее ценных свойств (пластичность, электро- и
теплопроводность).
Столь важная роль меди и ее соединений в жизни
человека, многообразие сфер ее применения подталкивают к более подробному ее
изучению. Поэтому целью данной работы является изучение свойств меди и ее
соединений, получение и исследование этих соединений.
Положение меди в периодической системе Д.И.
Менделеева
Медь (Cuprum), Сu - химический элемент побочной
подгруппы первой группы периодической системы элементов Д.И. Менделеева.
Порядковый номер 29, атомная масса 63,54. Распределение электронов в атоме меди
- Is22s22p63s23p63d104s1.
Природная медь состоит из смеси 2-х стабильных
изотопов с массовыми числами 63 (69,1%) и 65 (30,9%). Путем бомбардировки
никеля протонами или дейтронами искусственно получают радиоактивные изотопы
меди 61Сu и 64Сu с периодами полураспада 3,3 и 12,8 ч соответственно. Эти
изотопы обладают высокой удельной активностью и используются в качестве меченых
атомов.
В соответствии с положением меди в Периодической
системе, ее единственная устойчивая степень окисления должна быть (+1), но это
не так. Медь способна принимать более высокие степени окисления, причем
наиболее устойчивой, особенно в водных растворах, является степень окисления
(+2). В биохимических реакциях переноса электрона, возможно, участвует
медь(+3). Эта степень окисления редко встречается и очень легко понижается под
действием даже слабых восстановителей. Известно несколько соединений меди(+4).
Такое поведение меди объясняется конфигурацией
внешних электронных оболочек ее атомов. У атома меди самая подвижная наружная
(4-я от ядра) оболочка содержит один s-электрон, ему предшествует десять d-электронов
третьей от ядра оболочки (конфигурация 3d104s1).
Распространение в природе
В земной коре содержание меди составляет около
5·10-3 % по массе, в нижней части земной коры, сложенной основными породами, ее
больше (1·10-2%), чем в верхней (2·10-3%), где преобладают граниты и другие
кислые изверженные породы. Методом спектрального анализа было доказано наличие
меди в спектрах Солнца и многих звезд. В метеоритах содержание меди велико-
примерно в 16 раз больше, чем в земной коре. Очень редко медь встречается в
самородном виде (самый крупный самородок в 420 тонн найден в Северной Америке).
Среди многочисленных минералов меди преобладают сульфиды, фосфаты, сульфаты,
хлориды, карбонаты и оксиды. Известно 170 медьсодержащих минералов, из которых
17 используются в промышленных масштабах. Из руд наиболее широко распространены
сульфидные руды: халькопирит, или медный колчедан, CuFeS2 (30% меди), ковеллин
CuS (64,4% меди), халькозин, или медный блеск, Cu2S (79,8% меди), борнит
Cu5FeS4 (52-65% меди). Существует также много и оксидных руд меди, например:
куприт Cu2O, (81,8% меди), малахит CuCO3·Cu(OH)2 (57,4% меди) и другие.
Богатых месторождений на земном шаре мало, к
тому же медные руды добывают уже многие сотни лет, так что некоторые
месторождения полностью исчерпаны. Часто источником меди служат
полиметаллические руды, в которых, кроме меди, присутствуют примеси благородных
металлов(Au,Ag),
железа (Fe), цинка (Zn), свинеца (Pb) и других металлов.
Медь - важный элемент жизни, она участвует во
многих физиологических процессах. В таежных и других ландшафтах влажного
климата медь сравнительно легко выщелачивается из кислых почв, здесь местами
наблюдается дефицит меди и связанные с ним болезни растений и животных
(особенно на песках и торфяниках). В степях и пустынях (с характерными для них
слабощелочными растворами) медь малоподвижна; на участках месторождений медь
наблюдается ее избыток в почвах и растениях, отчего болеют домашние животные.
В речной воде очень мало меди, 1·10-7%.
Приносимая в океан со стоком медь сравнительно быстро переходит в морские илы.
Поэтому глины и сланцы несколько обогащены медью (5,7·10-3%), а морская вода
резко недосыщена медью (3·10-7%). Медь энергично мигрирует и в подземных водах
биосферы, с этими процессами связано накопление медных руд в песчаниках.
Большое количество меди и других ископаемых находится на дне океанов, которое
покрыто так называемыми конкрециями - скоплениями в виде камней округлой
неправильной формы. Они содержат в среднем 0,5% меди. По подсчетам ученых
запасы этой ценной и своеобразной руды составляют 5 млрд. тонн.
Богатейшие месторождения меди имеются в Конго. В
наше время известны месторождения меди на восточном склоне Урала, Средней Азии,
Закавказье и т.д.
Физические свойства
- Медь [Ar]3d104s1
Чистая медь - тягучий, вязкий и ковкий металл
красного, в изломе розового цвета, в растворах на просвет медь выглядит
зеленовато-голубой. Эти же цвета, характерны и для многих соединений меди, как
в твердом состоянии, так и в растворах.
Металл с высокой электро- и теплопроводностью.
Пластичный и стоек к коррозии. В сухом воздухе на холоде почти не окисляется. В
соединениях проявляет степени окисления +1, +2, +3. В ряду стандартных
потенциалов медь расположена правее водорода (H) и ни из воды, ни из кислот
водорода не вытесняет. Стандартный электродный потенциал Cu/Cu2+ 0,339 В.
Сродство к электрону 1,8 эВ. Медь принадлежит к числу переходных металлов. Она
относится к тяжелым металлам(плотность равна 8, 96 г/см3 при 20 ºϹ)
с твердостью 2,5- 3 по шкале Мооса; имеет гранецентрическую кубическую
кристаллическую решетку. Электроотрицательность(по Полингу): 1,9. Радиус
нейтрального атома меди 0,128 нм, радиус иона Cu+- 0,095 нм, иона Cu2+-
0,070нм.
|
Удельная
теплоемкость,Дж/(г·град)(20ºС)
|
0,022
|
|
Теплопроводность,
Дж/(м·град·с)(20ºС)
|
2,25*10-3
|
|
Электрическое
сопротивление, Ом(20ºС)
|
1,68*10-4
|
Тпл: 1083 °C. Tкип: 2567 °C.
Химические свойства
Медь химически малоактивна и в чистом сухом
воздухе не изменяется. Однако атмосфера, в которой мы живем, содержит водяные
пары и углекислый газ, поэтому со временем медь покрывается зеленоватым налетом
основного карбоната меди:
Cu+O2+СО2+Н2О=Cu(ОН)2•CuСО3
При прокаливании на газовой горелке медь
покрывается черным налетом оксида меди (II) CuO:
Cu+O2=t 2CuO
Но если быстро опустить в воду раскаленный
докрасна кусок меди, то на его поверхности образуется ярко-красная пленка Cu2O:
Cu + O2 = 2Cu2O
Фтор, хлор, бром реагируют с медью, образуя
соответствующие галогениды двухвалентной меди:
+ Сl2 = CuСl2
При взаимодействии иода с нагретым порошком меди
получается иодид одновалентной меди:
Cu + I2 =t
2CuI
Медь горит в парах серы:
+ S = CuS
В электрохимическом ряду напряжений металлов
медь стоит правее водорода. Она не взаимодействует с водой, растворами щелочей,
соляной и разбавленной серной кислотой. Однако в кислотах - сильных окислителях
(например, азотной и концентрированной серной) медь растворяется:
В присутствии окислителей, прежде всего
кислорода, медь может реагировать с соляной кислотой и разбавленной серной
кислотой, но водород при этом не выделяется:
2Cu + 4HCl + O2 = 2CuCl2 + 2H2O.+
2H2SO4(конц)
=t CuSO4 + SO2 + 2H2O.
С азотной кислотой различных концентраций медь
реагирует довольно активно:
3Cu + 8HNO3(30%) = 3Cu(NO3)2 + 2NO +
4H2O
Медь растворяется в водных растворах аммиака в
присутствии кислорода:
2Cu + 8NH4OH + O2 = 2[Cu(NH3)4](OH)2
+ 6H2O
Медь получают в основном из халькопиритного
сырья, содержащего 0,5- 2,0% Cu.
После флотационного обогащения исходной руды, для этого руду размалывают до
тончайшего порошка и смешивают его с водой, добавив в неё предварительно
флоторагенты - сложные органические вещества. Они покрывают мельчайшие крупинки
соединений меди и сообщают им несмачиваемость. В воду добавляют ещё вещества,
создающие пену. Затем через взвесь пропускают сильный поток воздуха. Поскольку
частички (соединение меди) водой не смачиваются, они прилипают к пузырькам
воздуха и всплывают наверх. Всё это происходит во флотационных аппаратах. Пену,
которая содержит крупинки соединений меди, собирают, отфильтровывают, отжимают
от воды и высушивают. Так получают концентрат, из которого выделяется медь.
Концентрат подвергают окислительному обжигу при температуре 1400 ºϹ:
2CuFeS2 + O2 = Cu2S + 2FeS + SO2
2FeS
+ 3O2 = 2FeO
+ 2SO2
Затем обожжённый концентрат подвергают плавке на
штейн. В расплав для связывания оксида железа добавляют кремнезем:
+ SiO2
= FeSiO3
Образующийся силикат в виде шлака всплывает и
его отделяют. Оставшийся на дне штейн - сплав сульфидов FeS
и Cu2S
- подвергают бессмеровской плавке. Для этого расплавленный штейн переливают в
конвертер, в который продувают кислород. При этом оставшийся сульфид железа FeS
окисляется до оксида и с помощью кремнезема выводится из процесса в виде
силиката FeSiO3.
Сульфид меди Cu2S
частично окисляется до оксида Cu2O
и затем восстанавливается до металлической меди:
Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + 2SO2
Cu2O + Cu2S = 6Cu + SO2
Получаемая черная медь, содержащая до 90,95% Cu,
подвергается дальнейшей электролитической очистке с использованием в качестве
электролита подкисленного раствора медного купороса. На аноде черная медь
растворяется: Cuº - 2е̅
= Cu2+ и на катоде
снова выделяется: Cu2+
+ 2е̅ = Cuº. В
анодном осадке (шламе) собираются благородные металлы (серебро, золото,
платина), а также халькогениды меди(Cu2S,
Cu2Se,
Cu2Te),
которые используются для получения селена и теллура. Образующаяся на катоде
«электролитическая» медь имеет высокую чистоту и используется для изготовления
проводов, электротехнического оборудования, а также монетных сплавов, бронз и
латуней.
Соединения меди
Медь(I)
Хотя одновалентное состояние меди
характеризуется завершенной 3d-
электронной оболочкой(3d10),
оно не является вполне устойчивым. Состояние меди стабилизируется, если ее
ввести в состав какого- либо плохо растворимого соединения или достаточно
устойчивого комплекса.
Соединения Cu(I)
в водных растворах нестабильны. Хорошо растворимые соли синтезируются только в
неводных средах. Для солей характерна реакция диспропорционирования:
CuCl = Cu
+ CuCl2
Хлорид меди (I)
в воде растворим плохо. С соляной кислотой образует комплексные соединения:
+ HCl
= H[CuCl2]
Оксид меди (I)
Cu2O
красного цвета, незначительно растворяется в воде. При взаимодействии сильных
щелочей с солями меди (I)
выпадает желтый осадок CuOH:
[CuCl2] + 2NaOH = CuOH↓ + 2
NaCl + H2O
При кипячении с маточным раствором желтый осадок
переходит в осадок красного цвета:
2CuOH =t Cu2O + H2O (кип.)
- слабое основание, проявляет амфотерные
свойства, растворим в конц. растворах щелочей. Нестоек и быстро окисляется, с
аммиаком дает комплекс [Cu(NH3)2]OH.
Хотя переходные металлы чаще всего не образуют
устойчивых гидридов, для одновалентной меди такой гидрид получен:
CuSO4 + 3H3PO2 + 6 H2O = 4CuH +
3H3PO4 + 4H2SO4 (40- 50 ͦ С)
Гидрид меди имеет красно- желтую окраску,
обладает восстановительными свойствами.
Медь (II)
Оксид меди (II)
встречается в природе и может быть получен при накаливании металлической меди
на воздухе:
Cu + O2
= 2CuO (400- 800 ͦ
С)
Так же оксид меди (II)
можно получить разложением гидроксида меди (II)
или гидроксокарбоната меди (II):
Cu(OH)2 = CuO + H2O (200 ͦ С)
(CuOH)2CO3
= 2 CuO + CO2
+ H2O
Гидроксид меди (II)
в виде голубого осадка может быть получен при действии избытка водного раствора
щелочи на растворы солей меди (II):
(NO3)2 + 2NaOH = Cu(OH)2↓ +
NaNO3
Так же Cu(OH)2↓
можно получить разложением гидроксида тетраамминмеди:
[Cu(NH3)4](OH)2 = 4NH3 + Cu(OH)2↓
(OH)2
- амфотерный гидроксид с преобладанием основных свойств. Реагирует с
разбавленными кислотами и конц. растворами щелочей:
(OH)2↓ + H2SO4 = CuSO4 + 2H2O(OH)2↓
+ 2KOH = K2[Cu(OH)4]
- синяя окраска раствора.
Соли меди в большинстве случаев подвергаются
гидролизу и имеют кислую реакцию, а при недостатке щелочи они образуют основные
соли:
2CuSO4 + 2NaOH = (CuOH)2SO↓ +
Na2SO4
Медь(III)
Оксид меди (III)
- красного цвета, его можно получить действием сильных окислителей на Cu(OH)2
при t = -20 ͦ С
Cu(OH)2 + KClO = Cu2O3 + KCl + 2H2O
При нагревании Cu2O3
разлагается: Cu2O3
= t 2CuO
+ ½ O2
Оксид меди (III)
- сильнейший окислитель- с соляной кислотой выделяет хлор:
Cu2O3 + 6HCl = 2 CuCl2 + Cl2 + 3H2O
Медь (III)
может существовать в комплексах.
Комплексные соединения меди
Медь(I): Комплексы меди(I) обычно имеют (в
зависимости от природы лиганда) линейное или тетраэдрическое строение. Ионы
меди(I) содержат десять 3d-электронов и обычно образуют четырех
координированные тетраэдрические структуры типа [CuCl4]3-. Однако с
сильноосновными высокополяризованными или легко поляризующимися лигандами
медь(I) образует двухкоординированные линейные комплексы.
В соединениях меди(I) ион имеет конфигурацию
3d10, поэтому они диамагнитны и бесцветны.
Будучи относительно мало стабильными, комплекся
при стоянии на вохдухе постепенно окисляются:
[Cu(NH3)2]OH + 4NH3 +
H2O + ½ O2 = 2[Cu(NH3)2](OH)2
Медь(II) является сильным комплексообразователем.
Конфигурация 3d9 делает ион меди(II) легко деформирующимся, благодаря чему он
образует прочные связи с серосодержащими реагентами. Основным координационным
строением для двухвалентной меди является симметрично удлиненная квадратная бипирамида.
Тетраэдрическая координация для меди(П) встречается довольно редко и в
соединениях с тиолами, по-видимому, не реализуется.
Большинство комплексов меди(II) имеет
октаэдрическую структуру, в которой четыре координационных места заняты
лигандами, расположенными к металлу ближе, чем два других лиганда, находящихся
выше и ниже металла. Устойчивые комплексы меди(II) характеризуются, как
правило, плоскоквадратной или октаэдрической конфигурацией. В предельных
случаях деформации октаэдрическая конфигурация превращается в плоскоквадратную.
Большое аналитическое применение имеют внешнесферные комплексы меди.
Медь(III): Доказано, что медь(III) с
конфигурацией 3d8 может существовать в кристаллических соединениях и в
комплексах, образуя анионы - купраты.
При окислении щелочных растворов меди(II),
содержащих периодаты или теллураты, гипохлоритом или другими окислителями
образуются диамагнитные комплексные соли состава K7[Cu(IO6)2].7H2O. Эти соли
являются сильными окислителями и при подкислении выделяют кислород.
Медь(III) является сильным
комплексообразователем. Однако стабилизация комплексообразованием неустойчивого
валентного состояния происходит только тогда, когда лиганд способен
противостоять сильному очкислительному действию меди. Преимущество имеют O2-
и F-, а иногда и
азотдонорные лиганды.
Медь(IV)
зафиксирована только в комплексных фторидах. Соединение Cs2CuF6
образуется при действии сильных фтороокислителей на комплексные фториды меди в
более низких степенях окисления:
Cs3CuF6
+ 1/4XeF4 = Cs2CuF6
+ CsF + 1/4Xe
В водных растворах соединения меди(IV)
не были получены, даже комплексообразование не может стабилизировать
четырехвалентное состояние.
Применение
медь получение соединение химический
Медь, ее сплавы и соединения благодаря
исключительно ценным физико- химическим свойствам в настоящее время применяются
во всех отраслях современной техники.
В электротехнической промышленности
электролитическая медь (обладающая высокой электропроводимостью) служит для
изготовления электрических приборов. Порошкообразная медь идет на изготовление
коллекторных щеток электромоторов и динамомашин(генератор постоянного тока).
В теплообменных системах благодаря высокой
теплопроводности металлическая медь применяется для производства котлов,
радиаторов и других.
В металлургической промышленности медь служит
для получения различных сплавов (латуни, бронзы и др.). Из латуни изготовляют
детали машин, водопроводные краны, краны на газовых линиях, дверные ручки,
петли и др. Из бронзы отливают медали, статуи, различные декоративные сосуды.
В химической промышленности медь служит
катализатором процесса разложения метана и аналогичных углеводородов. Благодаря
своей коррозионной устойчивости медь применяется для защитных покрытий других
металлов. Соединения меди служат красителями в стекольной промышленности.
Хотя большинство соединений меди очень токсично,
некоторые из них применяются для лечения проказы, анемии, диабета и др.
Разбавленные растворы сульфата меди служат рвотным средством. Летальная доза
для человека 2-3 г медной соли.
Медь играет особо важную биологическую роль,
являясь, вероятно, катализатором окислительных процессов в клетках.
Соединения меди (например, сульфат меди) служат
для приготовления противоспоровых препаратов, которые используются как средства
защиты растений (например, виноградной лозы) от грибковых заболеваний.
К наиболее известным из числа применяемых для
опрыскивания растений препаратов относятся смеси сульфата меди с известью или
сульфата меди с карбонатом натрия(также основной карбонат меди).
. Согласно методике, изложенной в
учебнике Ю. В. Карякина и И.И.Ангелова, синтезирован гидроксид меди(II)
Для получения пасты Cu(OH)2
растворяют 8,3 г CuSO4·
5H2O
в 125 мл воды, добавляют в раствор 1 мл глицерина и приливают 3 г NaOH
в 150 мл воды до тех пор, пока серо- зеленый вначале осадок не приобретет ярко-
голубую окраску. После отстаивания жидкость по возможности быстро декантируют и
осадок заливают холодной дистиллированной водой, содержащей 1 мл глицерина.
После отстаивания осадок многократно промывают декантацией, добавляя каждый раз
к воде 1 мл глицерина, пока слитая жидкость не перестанет давать мути от
прибавления BaCl2
(отсутствие SO4 2-).
Осадок отсасывают на воронке Бюхнера и промывают
на фильтре, пока проба, растворенная в соляной кислоте, не перестанет давать
реакцию на SO42- в
течение 3- 5 минут(к воде для промывки по-прежнему добавляют глицерин). После
окончательного удаления SO4
2- дают жидкости стечь, полученную густую пасту растирают в фарфоровой ступке с
2 мл глицерина и в таком виде сохраняют.
Назначение глицерина - препятствовать
обезвоживанию Cu(OH)2.
При обычном применении этого препарата примесь глицерина не вредит. Если же
препарат необходимо употребить без примеси глицерина, последний легко удаляется
двухкратным промыванием пасты дистиллированной водой.
Реакция идет согласно уравнению:
+ 2NaOH = Cu(OH)2↓ + Na2SO42+
+ 2OH- = Cu(OH)2↓
Расчет выхода продукта реакции:
) Масса безводного CuSO4
(CuSO4
) ___ M(CuSO4
)
x г (CuSO4
) ___ 160 г/моль(CuSO4
)
m(CuSO4· 5H2O) ___ M(CuSO4· 5H2O)
,3 г ___ 250 г/моль
m(CuSO4
)= 5, 312 г
2) n(CuSO4
) = 5,312 г/ 160 г/моль = 0,0332 моль - недостаток
n(NaOH)=
3 г/ 40 г/моль = 0,075 моль - избыток
n(CuSO4 ) = n(Cu(OH)2) = 0,0332 моль(Cu(OH)2)
= 0,0332 моль ∙ 98 г/ моль = 3, 2536 г.
) Выход продукта составляет:
ŋ= mпр.
/ mтеор. ∙ 100%
= 3,0 г / 3,2536 г ∙ 100% = 92,9%
Для идентификации полученного вещества, были
проведены следующие качественные реакции:
. Качественные реакции на ион меди (II):
А) Cu(OH)2↓ +
2NaOH ↔ Na2 [Cu(OH)4](OH)2↓ + 2OH- → [Cu(OH)4]2-
Наблюдение: ярко- синий цвет раствора в
результате образования комплексного соединения меди.
В) Cu(OH)2↓ +
2HNO3 = Cu(NO3)2 + 2H2O(OH)2↓ + 2H+ = Cu2+ + 2H2O(NO3)2 + Na2S = CuS↓
+ 2NaNO3
Наблюдение: выпадение черного осадка сульфида
меди.
. Гидроксид меди (II) легко разлагается
при нагревании:
(OH)2 =t CuO↓ + H2O
Наблюдение: образование черного осадка оксида
меди (II).
Вывод: На основе проведенных реакций, можно
сделать вывод о том, что полученное вещество - гидроксид меди (II).
. Согласно методике, предложенной Ю.Д.
Третьяковым в практикуме по неорганической химии, синтезирован
бисоксалатокупрат (II) калия
Методика получения K2[Cu(C2O4)2]
Раствор 4, 0 г пентагидрата сульфата меди в 20
мл воды нагревают до 90ᵒС и при интенсивном перемешивании быстро
добавляют нагретый до 90ᵒС раствор, содержащий 11, 0 гр моногидрата
оксалата калия(K2C2O4)
в 40 мл воды. Полученную смесь охлаждают до 10ᵒС. Осадок отфильтровывают
на воронке со стеклянным фильтрующим дном и промывают на фильтре холодной
водой. Вещество сушат на воздухе.
Реакция идет согласно уравнению:
+ 2K2C2O4 = K2[Cu(C2O4)2] + K2SO4
Полученное вещество: ярко- синие кристаллы в
виде игл. Масса полученного вещества - 5,0 г.
Расчет выхода продукта реакции:
) Масса безводного CuSO4
(CuSO4
) ___ M(CuSO4
)
x г (CuSO4
) ___ 160 г/моль(CuSO4
)
m(CuSO4· 5H2O) ___ M(CuSO4· 5H2O)
4,0 г ___ 250 г/моль
m(CuSO4
)= 2, 56 г
2) n(CuSO4 )= m(CuSO4 )/
M(CuSO4 ) = 2,56/160 = 0,016 моль.(CuSO4
)= n(K2[Cu(C2O4)2]) = 0,016 моль.(K2[Cu(C2O4)2])
=n(K2[Cu(C2O4)2]) ∙ M(K2[Cu(C2O4)2])= 0,016 моль
∙ 318 г/моль
=5,088 г
) Выход продукта составляет:
ŋ= mпр.
/ mтеор. ∙ 100%
= 5,0 г/ 5,088 г ∙ 100% = 98,3 %
Для идентификации полученного вещества, были
проведены следующие качественные реакции:
. Качественная реакция на оксалат- ион:
[Cu(C2O4)2] + 2 BaCl2 = 2 BaC2O4↓
+ CuCl2 + 2KCl
Наблюдение: выпадение белого осадка оксалата
бария
. Качественная реакция на ион меди (II)
2[Cu(C2O4)2]
+ 4NaOH = Cu(OH)2↓
+ 2Na2C2O4
+ 2KOH
Наблюдение: выпадение голубого осадка гидроксида
меди (II)
(OH)2 =t CuO↓ + H2O
Наблюдение: выпадение черного осадка оксида меди
(II)
. Качественные реакции на ион калия:
А) Хлорная кислота
[Cu(C2O4)2] + 4 HClO4 = 2 KClO4↓
+ Cu(ClO4)2 + 2 H2C2O4
Наблюдение: выпадение белого осадка перхлората
калия
В) Гексанитрокобальтат (III) натрия
[Cu(C2O4)2]+ Na3[Co(NO2)6]→
K2Na[Co(NO2)6]↓+ Na2[Cu(C2O4)2]
K+ + Na+ + [Co(NO2)6]3- →
K2Na[Co(NO2)6]↓
Наблюдение: выпадение желтого кристаллического
осадка гексанитрокобальтата (III) калия-натрия.
Вывод: На основе проведенных реакций, можно
сделать вывод о том, что полученное вещество - бисоксалатокупрат (II) калия (K2[Cu(C2O4)2]).
. Согласно методике, предложенной Ю.Д.
Третьяковым в практикуме по неорганической химии, синтезирована двойная соль
сульфата аммония и меди (II)
Методика получения CuSO4
∙ (NH4)2SO4
В 6,0 мл воды растворяют при нагревании 3,0 г
петагидрата сульфата меди и к нему прибавляют насыщенный при 60ᵒС (в 100
мл воды при 60ᵒС растворяется 87,4 г (NH4)2SO4)
раствор эквимолекулярного количества сульфата аммония. Охлаждают полученный
раствор в бане со льдом. Выпавшие кристаллы отфильтровывают на стеклянном
фильтре и сушат на воздухе.
Реакция идет согласно уравнению:
+ (NH4)2SO4 = CuSO4 ∙
(NH4)2SO4
Расчет выхода продукта реакции:
1) Масса безводного CuSO4
(CuSO4 ) ___ M(CuSO4 )
г (CuSO4 ) ___ 160 г/моль(CuSO4
)
3,0 г ___ 250 г/моль
m(CuSO4
)= 1, 92 г
2) n(CuSO4
) = 1,92 г / 160 г/моль = 0,012 моль
n(CuSO4 ) = n((NH4)2SO4) = n(CuSO4 ∙
(NH4)2SO4)= 0,012 моль
) m
((NH4)2SO4)
= 0,012 моль ∙ 132 г/моль = 1,584 г
,4 г (NH4)2SO4
- 100 мл H2O
(при 60 ᵒС)
,584 г (NH4)2SO4
- 1,8 мл H2O
m(CuSO4
∙ (NH4)2SO4)
= n(CuSO4
∙ (NH4)2SO4)∙
M(CuSO4
∙ (NH4)2SO4)
= 0,012 моль ∙ 210 г/моль = 2,52 г
Полученное вещество - светло- голубые кристаллы
в виде пластинок.
Масса полученного вещества - 2,3 г.
) Выход продукта составляет:
ŋ= mпр.
/ mтеор. ∙ 100%
= 2,3 г/ 2,52 г ∙ 100% = 91,27%
С помощью лакмусового индикатора определяем pH-
среда раствора нейтральная. (pH=
7- индикатор стал зеленым).
Для идентификации полученного вещества, были
проведены следующие качественные реакции:
. Качественная реакция на сульфат- ион:
∙ (NH4)2SO4 + 2BaCl2 = 2BaSO4↓
+ CuCl2 + 2NH4Cl
Наблюдение: выпадает белый осадок сульфата бария
. Качественная реакция на ион меди (II):
∙ (NH4)2SO4 + 4NH4OH =
[Cu(NH3)4]SO4 + (NH4)2SO4 + 4H2O
Наблюдение:
ярко
синий
раствор.
3. Качественная реакция на ион аммония:
В пробирку наливают раствор соли и добавляют
щелочь, нагревают на водяной бане.
∙ (NH4)2SO4 + 4NaOH →t
Cu(OH)2↓ + 2Na2SO4 + NH3↑ + H2O
К отверстию пробирки подносят влажную красную
лакмусовую бумагу:
+ H2O → NH4OHOH ↔ NH4+ +
OH-
>7. Красная влажная лакмусовая бумага синеет
- что доказывает наличие NH4+.
Вывод: На основе проведенных реакций, можно
сделать вывод о том, что полученное вещество - двойная соль сульфата аммония и
меди (II).
. Согласно методике, предложенной Ю.Д.
Третьяковым в практикуме по неорганической химии, была предпринята попытка
синтезировать дигидрохлорид меди (II)
Методика получения CuCl2
∙ 2H2O
В фарфоровую чашку наливают 5, 4 мл воды, 5,6 мл
соляной кислоты и 1, 72 мл азотной кислоты и вносят в полученную смесь 2 г
медной проволоки, нарезанной мелкими кусочками. Реакция сначала идет очень
бурно, затем ослабевает, в конце реакции смесь подогревают.
Раствор фильтруют и упаривают до ⅓ объема,
дают охладиться. Кристаллы отсасывают, растворяют в воде, снова упаривают
раствор до появления тонкой кристаллической пленки и охлаждают. Кристаллы CuCl2
∙ 2H2O
хорошо отсасывают, промывают спиртом и сушат.
Реакция идет согласно уравнению:
Cu + 2HNO3 + 6HCl = 3CuCl2 + 2NO +
4H2O
Восстановитель - Cu0
- 2е- = Cu2+ 2 3
окисление
Окислитель - N+5
+ 3е- = N+2 3 2
восстановление
Расчет выхода продукта реакции:
1) n(Cu)
= 2 г / 64 г/моль = 0,03125 моль
n(Cu)
= n (CuCl2)
= 0,03125 моль
m (CuCl2)
= 0,03125 моль ∙ 135 г/моль = 4,22 г
Полученное вещество - светло- зеленые кристаллы
в виде пластинок.
Масса полученного вещества - 3,6 г.
) Выход продукта составляет:
ŋ= mпр.
/ mтеор. ∙ 100%
= 3,6 г/ 4,22 г ∙ 100% = 85,3%
Для идентификации полученного вещества, были
проведены следующие качественные реакции:
. Качественная реакция на хлорид- ион:
+ 2AgNO3 = 2AgCl + Cu(NO3)2
Наблюдение: выпадает белый творожистый осадок.
. Качественная реакция на ион меди (II):
+ 4NH3 = [Cu(NH3)4]Cl2+ + 4NH3 =
[Cu(NH3)4]2+
Наблюдение: синий раствор.
Строение: 
Вывод: На основе проведенных реакций, можно
сделать вывод о том, что полученное вещество - дигидрат хлорид меди (II).
. Согласно методике, изложенной в
учебнике Ю.В. Карякина и И.И. Ангелова , была предпринята попытка синтезировать
основной карбонат меди (ǁ)
Методика получения (CuOH)2
CO3
В фарфоровой ступке равномерно смешивают 5, 0 г
тонко растёртой сухой соли CuSO4·
5H2O
и 3,8 г сухого NaHCO3.
Полученную смесь вносят небольшими порциями при быстром перемешивании в 50 мл
кипящей воды. В результате выделения CO2
раствор вспенивается. Очередную порцию смеси вносят лишь после того, как
поверхность воды освободится от пены. В конце реакции смесь кипятят 10- 15
минут. Получается быстро оседающая суспензия основной углекислой меди. После
отстаивания осадок промывают водой декантацией, затем отсасывают на воронке
Бюхнера. Препарат сушат между листками бумаги.
Реакция идет согласно уравнению:
CuSO4 + 4NaHCO3
= (CuOH)2 CO3
+ 2Na2SO4
+ 3CO2 + H2O
Полученное вещество - светло- зеленый
тонкозернистый порошок.
Масса полученного вещества- 2,9 г.
Расчет выхода продукта реакции:
) Масса безводного CuSO4
(CuSO4
) ___ M(CuSO4
)
x г (CuSO4
) ___ 160 г/моль(CuSO4
)
m(CuSO4· 5H2O) ___ M(CuSO4· 5H2O)
7,0 г ___ 250 г/моль
m(CuSO4
)= 4,48 г
2) n
(CuSO4 ) = 4,48 г / 160
г/моль = 0,028 моль
n((CuOH)2 CO3 ) = n (CuSO4 ) /2 =
0,028 моль
/2 = 0,014 моль((CuOH)2
CO3 ) = 0,014 моль ∙
222 г/моль = 3,108 г
) Выход продукта составляет:
ŋ= mпр.
/ mтеор. ∙ 100%
= 2,9 г/ 3,108 г ∙ 100% = 93,307%
. Качественная реакция на карбонат- ион:
(CuOH)2 CO3 + H2SO4 = 2CuSO4 + CO2↑+
3H2O
2 пропускают в стакан с известковой водой
+ Ca(OH)2 = CaCO3↓ + H2O
Наблюдение: помутнение, белый творожистый
осадок.
. Качественная реакция на ион меди(II):
(CuOH)2 CO3 + 2Na2S =2CuS↓ +
Na2CO3 + 2NaOH
Наблюдение: выпадение черного осадка сульфида
меди.
Карбонат меди(II) - белое кристаллическое
вещество, со слабым зеленоватым оттенком (вследствие гидролиза).
Цвет малахита - Зеленоватый различных оттенков,
от бирюзового до чрезвычайно темного, зависимо от плотности. Строение:
Вывод: На основе проведенных реакций, можно
сделать вывод о том, что полученное вещество - основной карбонат меди(II)
(гидроксокарбонат меди(II)).
. Согласно методике, предложенной Ю.Д.
Третьяковым в практикуме по неорганической химии, была предпринята попытка
синтезировать оксид меди (II)
Методика получения CuO
Растворяют 5 г технического CuSO4•5H2O в 20 мл
воды, добавляют 0,025 мл H2O2, нагревают, добавляют 0,05 г CuO и кипятят.
Примесь железа выпадет в виде Fe(OH)3. Смесь отфильтровывают, прибавляют к
горячему фильтрату прозрачный отстоявшийся раствор: 1,8 г NaOH в 9 мл воды. И в
течение 20-25 мин нагревают при 80-90˚С. Выпавший осадок принимает
черно-бурый цвет и довольно быстро оседает.
Жидкость сливают, осадок промывают декантацией
до удаления сульфатов и щелочи в промывных водах, отсасывают и прокаливают при
300˚С.
Реакция идет согласно уравнению:
+ 2NaOH =t CuO + Na2SO4 + H2O
Расчет выхода продукта реакции:
) m(CuSO4) ___ M(CuSO4)г (CuSO4) ___ 160
г/моль(CuSO4)
m(CuSO4• 5H2O) ___ M(CuSO4• 5H2O)
5,0 г ___ 250 г/моль(CuSO4 )= 3,2 г
) n (CuSO4 ) = 3,2 г / 160 г/моль = 0,02
моль(CuSO4) = n (CuO)= 0,02 моль(CuO) = 0,02 моль ∙ 80 г/моль = 1,6 г
Полученное вещество- черно- коричневый порошок.
Масса полученного вещества - 1,5 г.
) Выход продукта составляет:
ŋ= mпр. / mтеор.∙ 100% = 1,5 г/ 1,6 г
∙ 100% = 93,75%
Для идентификации полученного вещества, были
проведены следующие реакции:
) CuO + 2HNO3=
Cu(NO3)2 + H2O
Cu(NO3)2 + 4NH4OH = [Cu(NH3)4](NO3)2
+ 4H2O
Наблюдение: синий раствор
)
3) CuO + 2NaOH + H2O =t
Na2[Cu(OH)4] (кип.)
На основе проведенных реакций, можно сделать
вывод о том, что полученное вещество - оксид меди (II)
Заключение
В данной курсовой работе стояла задача
исследовать медь и ее соединения. Были синтезированы: гидроксид меди (II),
оксид меди (II),
бисоксалатокупрат (II) калия, основной карбонат меди (II),
двойная соль сульфата аммония и меди (II), гидрохлорид меди (II). Синтезы
проведены успешно, выход продуктов реакции не менее 85%. Проведенные
исследования качественного состава полученных веществ, показали, что синтезы
были проведены верно и получены необходимые вещества.
Были синтезированы соединения меди (II), так как
двухвалентное состояние меди является наиболее устойчивым.
Одновалентное состояние меди не являются вполне
устойчивым. В обычных условиях протекает реакция диспропорционирования на
двухвалентную медь и на медь металлическую. В растворах соединения меди (I)
окисляются водой, поэтому синтезировать их можно только в неводных средах.
Синтез связан со сложностями, поэтому соединения меди (I)
синтезированы не были.
Медь (III)
является сильным комплексообразователем. Однако стабилизация
комплексообразованием неустойчивого валентного состояния медь (III)
происходит только тогда, когда лиганд способен противостоять сильному
окислительному действию иона меди (III).
Поэтому соединения меди (III)
не были синтезированы.
Список литературы
1.
Николаев Л.А, Неорганическая химия: учебное пособие для студентов , (М.:
Просвещение, 1982. - 249с.);
.
Третьяков Ю.Д. Практикум по неорганической химии: учеб. Пособие для студентов
высших учебных заведений. - М.: Академия, 2004 год;
.
Хомченко Г. П., Цитович И. К. Неорганическая химия: учебник для с.- х. вузов. -
М.: Высшая школа, 1978 год;
.
Степин Б.Д., Аликберова Л.Ю. Книга по химии для домашнего чтения. М., Химия,
1994.
.
Карякин Ю.В., Ангелов И.И. «Чистые химические вещества», Издательство «Химия»,
Москва, 1974 г.
.
Реми Г. «Курс неорганической химии» том 1. Издательство «Химия», Москва 1967 г.
.
В.И Спицин «Неорганическая химия». Химия металлов. Том 2 «Мир», 1972 год. -
845стр.
.
Третьяков Ю.Д. Неорганическая химия 3 том книга 2 - М.: Академия, 2007 год; -
399 стр.