ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 22. СВОЙСТВА МЕДИ И ЕЕ СОЕДИНЕНИЙ

Цельработы

Ознакомление с основными соединениями меди; изучение свойств и способов получения меди и ее соединений.

Краткиетеоретическиесведения

Медь имеет порядковый номер 29 в периодической системе элементов. Электронная конфигурация валентного уровня 3d104s1 обуславливает пере-

менную валентность I и II. Стандартный электродный потенциал Å0Cu / Cu2+ = 0,34

Вопределяет ее окислительно-восстановительные свойства.

Вприроде медь находится в самородном состоянии, но основное со-

держание меди сосредоточено в виде минералов (халькозина, Сu2S, ковелина, CuS, куприта, Cu2O, и других) в составе полиметаллических руд. Количество меди в земной коре оценивают в пределах 0,01 вес.%.

Промышленная переработка руд с целью извлечения металлической меди включает несколько процессов – это измельчение руды, обогащение (гравитационные и флотационные методы), переработка концентрата. Концентраты перерабатывают пироили гидрометаллургическими методами в зависимости от характера руды и содержания в ней меди, например:

Cu2S + O2 = 2Cu + SO2

CuS + 2O2 = CuSO4

CuSO4 + SO2 + 2H2O = Cu + 2H2SO4

Для получения чистого металла сырую медь очищают методом аффинажа (процесс получения чистого металла из сырого путем удаления примесей). В последней стадии при рафинировании меди используют либо пирометаллургический процесс

2Cu2O + Cu2S = 6Cu + SO2

либо электролитическое рафинирование меди

CuSO4 ' Cu2+ + SO 24− H2O ' H+ + OH– катод (–) Сu2+ + 2ē → Cu↓

анод (+) 4OH– – 4ē → O2↑ + 2H2O

Химия. Лаб. практикум

-191-

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 22. СВОЙСТВА МЕДИ И ЕЕ СОЕДИНЕНИЙ

Краткие теоретические сведения

В лаборатории медь получают аналогично промышленному процессу электролитического рафинирования, приведенному выше, или восстановлением меди из раствора медного купороса порошком железа:

CuSO4 + Fe → FeSO4 + Cu

Чистая медь – металл красноватого цвета. Она обладает хорошими тепло- и электропроводящими свойствами.

В химическом отношении медь – малоактивный металл. Однако с галогенами она реагирует уже при комнатной температуре, например:

Cu + Br2 = CuBr2

С кислородом медь взаимодействует в присутствии воды:

2Cu + O2 + 2H2O = 2Cu(OH)2

Концентрированная соляная кислота и разбавленная серная кислота на медь не действуют. Эти кислоты не взаимодействуют с металлами, которые стоят в ряду напряжений после водорода, поскольку их окислительные свойства соответствуют потенциалу Ен/н+.

Концентрированная H2SO4 при нагревании взаимодействует с медью вследствие окисляющих свойств атома серы (степень окисления +6) вкислоте:

Cu + 2H2SO4(конц) = CuSO4 + SO2 + 2H2O

В азотной кислоте (энергичный окислитель) медь легко окисляется с получением солей меди и азотсодержащих газообразных продуктов. Чем ниже концентрация кислоты, тем выше степень восстановления азота в газообразных продуктах:

2Cu + 8HNO3(разб) = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O Cu + 4HNO3(конц) = Сu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

Медь растворяется в водном растворе аммиака только в присутствии кислорода. Этот сложный процесс приводит к комплексному соединению:

Cu + 4NH4OH + 1/2O2 = [Cu(NH3)4](OH)2 + 3H2O

Гидроксид тетраамминмеди (II)

Оксид меди (I) в лаборатории получают обработкой растворов солей меди (II) растворами щелочей в присутствии глюкозы. В ходе этой реакции глюкоза выступает в роли восстановителя – альдегидная группа глюкозы окисляется до карбоксильной группы глюконовой кислоты:

Химия. Лаб. практикум

-192-

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 22. СВОЙСТВА МЕДИ И ЕЕ СОЕДИНЕНИЙ

Краткие теоретические сведения

CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2 + Na2SO4

2Cu(OH)2 + C6H12O6 = Cu2O + C6H12O7 + 2H2O

Глюкоза Глюконовая кислота

Закись меди в присутствии кислорода при 1025 °С превращается в окись меди:

2Сu2O + O2 → 4CuO

Гидроксид меди (I) получают обработкой солей меди (I) щелочью при комнатной температуре:

CuCl + KOH = CuOH + KCl

При кипячении CuOH теряет воду и переходит вкрасный оксид меди(I):

2СuOH → Cu2O + H2O

Оксид меди (II) CuO получают нагреванием металлической меди выше 80 °С или нагреванием (50 °С) водной суспензии Cu(OH)2, а также прокаливанием нитрата меди (II):

Cu + 1/2O2 = CuO

Cu(OH)2 = CuO + H2O

Cu(NO3)2 = CuO + 2NO2 + 1/2O2

В отличие от металлической меди, оксид меди (II) взаимодействует с HCl и разбавленной H2SO4 с образованием соответствующих солей меди (II):

CuO + 2HCl = CuCl2 + H2O СuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O

Гидроксид меди (II) образуется в виде аморфного осадка синего цвета при обработке растворов солей меди (II) растворами щелочей при обычной температуре:

CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2 + Na2SO4

При нагревании гидроксид меди (II) отщепляют молекулу воды, превращаясь в оксид меди (II):

Cu(OH)2 = CuO + H2O

Трудно растворимое в воде соединение Cu(OH)2 растворяется в кислотах с образованием простых солей, а в растворах щелочей – комплексных соединений:

Cu(OH)2 + 2HNO3 → Cu(NO3)2 + 2H2O

Cu(OH)2 + 2NaOH → Na2[Cu(OH)4]

Тетрагидроксокупрат(II) натрия

Химия. Лаб. практикум

-193-

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 22. СВОЙСТВА МЕДИ И ЕЕ СОЕДИНЕНИЙ

Краткие теоретические сведения

Действие на раствор медного купороса щелочью приводит к гидроксиду меди. Добавление к гидроксиду меди (II) глицерина образует комплексное соединение глицерат меди ярко-синего цвета:

			CH2		OH	O		H2C
CH2		OH	|			Cu |	|
2CH		OH +Cu(OH)2 → CH			O	HO		HC +2H2O
CH2		OH	|			|	|
			CH2		OH	HO		H2C

В промышленности на основе меди получают многочисленные сплавы, в частности различные латуни и бронзы. В химической промышленности медь служит катализатором процесса разложения метана и других предельных углеводородов. Соединения меди входят в состав зеленого пигмента в производстве керамики и стекла. В сельском хозяйстве некоторые соединения меди применяются как фунгициды (против почвенных бактерий).

Вопросы для подготовки к лабораторной работе

1.Укажите положение меди в периодической системе элементов и напишите ее электронную формулу. Почему медь может проявлять различные степени окисления?

2.Охарактеризуйте свойства меди, указав отношение металлической меди к воздуху, воде и кислотам.

3.Приведите примеры оксидов и гидроксидов меди, укажите их

свойства.

4.Пользуясь таблицей стандартных электродных потенциалов, установите, можно ли Fe2+-ионами восстановить Cu2+-ион до свободного металла.

5.Как определить наличие ионов Cu2+ в растворе? Приведите примеры реакций.

Экспериментальнаячасть

Опыт 1

Получениемедиэлектролизомсульфатамеди(II)

Налейте в электролизер 0,2 н. раствор CuSO4. Опустите графитовые электроды и присоедините к источнику постоянного тока. Через 2-3 мин наблюдайте на одном из электродов появление красного налета меди, а на другом – выделение кислорода.

Опыт 2 Взаимодействиемедискислотами

Опыт выполняется в вытяжном шкафу!

Химия. Лаб. практикум

-194-

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 22. СВОЙСТВА МЕДИ И ЕЕ СОЕДИНЕНИЙ

Экспериментальная часть

Втри пробирки внесите по 10 капель разбавленных растворов кислот:

впервую – серной, во вторую – соляной, в третью – азотной. В каждую пробирку бросьте немного тонких медных стружек. Наблюдайте в третьей пробирке выделение газа NO.

Втри пробирки внесите по 5–7 капель концентрированных растворов кислот (в первую – серной, во второй – соляной, в третью – азотной) и слег-

ка нагрейте на водяной бане. Наблюдайте выделение бесцветного газа SO2 c резким запахом серы в первой пробирке и красно-бурого газа NO2 – в третьей.

Опыт 3

Получениеираспадгидроксидамеди(I)

К1-2 мл 0,2 н. раствора CuSO4 прилейте 4-5 мл 2 н. раствора щелочи

иглюкозы. Смесь хорошо перемешайте и затем нагрейте. Объясните образование желто-оранжевого осадка и его последующее превращение при более сильном нагревании в красный осадок. Составьте уравнения реакций, имея в виду, что глюкоза превращается в глюконовую кислоту:

O	O
//	//
CH2OH – (CHOH)4 – C → CH2OH – (CHOH)4 – C
\	\
H	OH

Опыт 4

Получениеоксидамеди(II) иисследованиеегосвойств

К 2-3 мл горячего 5 %-го раствора гидроксида натрия прилейте горячий 0,2 н. раствор CuSO4 до полноты осаждения оксида меди (II). Отметьте цвет выпавшего осадка гидроксида меди (II). Нагрейте содержимое пробирки до изменения цвета осадка при превращении гидроксида меди (II) в оксид.

Полученный оксид меди (II) разлейте на две пробирки. В одну пробирку прибавьте 5-6 капель 2 н. серной кислоты, в другую – столько же соляной. Наблюдайте в обоих случаях появление окраски раствора.

Опыт 5

Получениегидроксидамеди(II) иисследованиеегосвойств

В пробирку внесите 5–7 капель 0,2 н. раствора CuSO4 и добавьте такой же объем раствора натриевой щелочи.

Полученный гидроксид меди (II) разделите на две части. К одной части добавьте разбавленный раствор кислоты, к другой – концентрированный раствор гидроксида натрия. Что наблюдается? К каким гидроксидам по своим свойствам относится гидроксид меди (II)?

Химия. Лаб. практикум

-195-

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 22. СВОЙСТВА МЕДИ И ЕЕ СОЕДИНЕНИЙ

Экспериментальная часть

Опыт 6 Получениеглицератамеди

В пробирку налейте 2 мл 2 н. раствора гидроксида натрия и добавьте немного 0,2 н. раствора CuSO4 до выпадения осадка. К осадку прилейте глицерин и взболтайте. Наблюдайте растворение осадка и появление ярко-синей окраски раствора. Напишите уравнение реакций.

Контрольныевопросыизадачи

1.Пользуясь рядом напряжений металлов, укажите, может ли медь при обычных условиях вытеснять водород из разбавленных кислот. В какой разбавленной кислоте металлическая медь растворяется? Напишите уравнение реакции и укажите, какое свойство кислоты при этом проявляется?

2.Какую степень окисления проявляют атомы меди в соединениях? Дайте объяснение. Приведите примеры.

3.Что произойдет при действии на медь серной кислоты: а) разбавленной; б) концентрированной при кипячении?

4.Напишите уравнение реакции образования карбоната гидроксомеди

(CuOH)2CO3, зеленый налет которого образуется на поверхности изделий из меди под действием паров воды, кислорода и диоксида углерода, находящихся в воздухе.

5.В каких реакциях проявляется непрочность гидроксидов меди и чем она объясняется?

6.Гидроксид меди (II) растворим в разбавленных кислотах и в растворе аммиака. Напишите в молекулярном и ионном виде соответствующие уравнения.

7.Основный характер какого гидроксида более выражен: CuOH или Cu(OH)2? Ответ мотивируйте.

8.Сколько литров 92 %-го раствора H2SO4 потребуется для получения 20 кг медного купороса при действии серной кислоты на медь?

9.Вычислите, сколько миллилитров 2 н. раствора HNO3 потребуется для растворения 20 г Cu(OH)2?

Химия. Лаб. практикум

-196-