Получение гидроксида и оксида меди

Содержание

 

ВВЕДЕНИЕ 3

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СВОЙСТВА И СОСТАВ МЕДИ 5

1.1. Химические свойства меди 5

1.2. Гидроксиды  меди 13

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 17

2.1. Получение  гидроксида и оксида меди(II) 17

2.2. Взаимодействие  многоатомных спиртов с гидроксидом  меди (II) 18

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 19

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 20

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Металлы подгруппы меди обладают небольшой химической активностью, поэтому они находятся частично в виде химических соединений, а  частично в свободном виде, особенно золото.

Медь  в далекие геологические  эпохи, очевидно, находилась только в  виде сернистых соединений – халькопирита (или ) и халькозина . Объясняется это тем, что медь обладает довольно большим химическим сродством к сере, в настоящее время сульфиды – наиболее распространенные минералы меди. При высоких температурах, например в районах вулканической деятельности, под действием избытка кислорода происходило превращение сульфидов меди в окислы, например: .

Медь входит более чем  в 198 минералов, из которых для промышленности важны лишь 17. Для производства меди наибольшее значение имеют халькопирит (он же – медный колчедан) CuFeS₂, халькозин (медный блеск) Cu₂S, ковеллин CuS, борнит (пестрая медная руда) Cu₅FeS₄. Иногда встречается и самородная медь. Распространение меди в земной коре – 4,7*10^-3 %  по массе (10¹⁵ - 10¹⁶ тонн).

При температуре ниже 1000⁰C происходило образование окиси меди, которая в небольших количествах встречается в природе: . 

Оксид меди(II), или окись меди, СuО — черное вещество, встречающееся в природе (например в виде минерала тенерита). Его можно легко получить прокаливанием гидроксокарбоната меди (II) (CuOH)₂СО₃ или нитрата меди (II) Cu(NO₃)₂. Оксид меди(II) проявляет окислительные свойства. При нагревании с различными органическими веществами СuО окисляет их, превращая углерод. в диоксид углерода, а водород — в воду и восстанавливаясь при этом в металлическую медь. Этой реакцией пользуются при элементарном анализе органических веществ для определения содержания в них углерода и водорода.

Гидроксид меди(II) Cu(OH)₂ осаждается из растворов солей меди(II) при действии щелочей в виде голубой студенистой массы. Уже при слабом нагревании даже под водой он разлагается, превращаясь в черный оксид меди(II).

Гидроксид меди(II) — очень слабое основание. Поэтому растворы солей меди(II) в большинстве случаев имеют кислую реакцию, а со слабыми кислотами медь образует основные соли.

Гидроксокарбонат  меди(II) (CuOH)₂CO₂. Встречается в природе в виде минерала малахита, имеющего красивый изумрудно-зеленый цвет. Искусственно приготовляется действием Na₂CO_З на растворы солей меди(II)

Цель курсовой работы: изучить  гидроксиды меди.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Рассмотреть химические свойства меди.
2. Изучить соединение гидроксида меди.
3. Провести эксперименты с медью и ее соединениями.

 

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СВОЙСТВА И СОСТАВ МЕДИ

1. Химические свойства меди

Медь — элемент одиннадцатой группы четвёртого периода периодической системы химических элементовД. И. Менделеева, с атомным номером 29. Обозначается символом Cu (лат. Cuprum). Простое вещество медь(CAS-номер: 7440-50-8) — это пластичный переходный металл золотисто-розового цвета (розового цвета при отсутствии оксидной плёнки). C давних пор широко применяется человеком.[3, с. 142]

Строение  атома.

Рисунок 2. Схема строения атома меди.

 

₂₉Cu 1s¹ 2s² sp⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s¹

E_{ионизации 1} = 7.72 эВ

E_{ионизации 2} = 20.29 эВ

E_{ионизации 3} = 36.83 эВ

Отношение к  кислороду.

Медь проявляет к кислороду  незначительную активность, но во влажном  воздухе постепенно окисляется и  покрывается пленкой зеленоватого цвета, состоящей из основных карбонатов меди: [2, с. 62]

В сухом воздухе окисление  идет очень медленно, на поверхности  меди образуется тончайший слой оксида меди:

Внешне медь при этом не меняется, так как оксид меди (I) как и сама медь, розового цвета. К тому же слой оксида настолько тонок, что пропускает свет, т.е. просвечивает. По-иному медь окисляется при нагревании, например при 600-800 ⁰C. В первые секунды окисление идет до оксида меди (I), которая с поверхности переходит в оксид меди (II) черного цвета. Образуется двухслойное окисное покрытие. [10, с. 108]

Q_{образования} (Cu₂O) = 84935 кДж.

Рисунок 3. Строение оксидной пленки меди.

Взаимодействие  с водой.

Металлы подгруппы меди стоят  в конце электрохимического ряда напряжений, после иона водорода. Следовательно, эти металлы не могут вытеснять  водород из воды. В то же время  водород и другие металлы могут  вытеснять металлы подгруппы  меди из растворов их солей, например: . Эта реакция окислительно-восстановительная, так как происходит переход электронов:

[6, с. 39]

Молекулярный водород  вытесняет металлы подгруппы  меди с большим трудом. Объясняется  это тем, что связь между атомами  водорода прочная и на ее разрыв затрачивается много энергии. Реакция  же идет только с атомами водорода.

Медь при отсутствии кислорода  с водой практически не взаимодействует. В присутствии кислорода медь медленно взаимодействует с водой  и покрывается зеленой пленкой  гидроксида меди и основного карбоната:

[10, с. 111]

Взаимодействие  с кислотами.

Находясь в ряду напряжений после водорода, медь не вытесняет  его из кислот. Поэтому соляная  и разбавленная серная кислота на медь не действуют. Однако в присутствии  кислорода медь растворяется в этих кислотах с образованием соответствующих  солей: .[8, с. 93]

Отношение к  галогенам и некоторым другим неметаллам.

Q_{образования} (CuCl) = 134300 кДж

Q_{образования} (CuCl₂) = 111700 кДж

Медь хорошо реагирует  с галогенами, дает два вида галогенидов: CuX и CuX₂. При действии галогенов при комнатной температуре видимых изменений не происходит, но на поверхности вначале образуется слой адсорбированных молекул, а затем и тончайший слой галогенидов. При нагревании реакция с медью происходит очень бурно. Нагреем медную проволочку или фольги и опустим ее в горячем виде в банку с хлором – около меди появятся бурые пары, состоящие из хлорида меди (II) CuCl₂ с примесью хлорида меди (I) CuCl. Реакция происходит самопроизвольно за счет выделяющейся теплоты.

Одновалентные галогениды меди получают при взаимодействии металлической  меди с раствором галогенида двухвалентной  меди, например: . Монохлорид выпадает из раствора в виде белого осадка на поверхности меди.

Оксид меди.

При прокаливании меди на воздухе  она покрывается черным налетом, состоящим из оксида меди . Его также легко можно получить прокаливанием гидроксокарбоната меди (II) (CuOH)₂CO₃ или нитрата меди (II) Cu(NO₃)₂. При нагревании с различными органическими веществами CuO окисляет их, превращая углерод в диоксид углерода, а водород – в воду  восстанавливаясь при этом в металлическую медь. Этой реакцией пользуются при элементарном анализе органических веществ для определения содержания в них углерода и водорода.

Под слоем меди расположен окисел розового цвета – закись меди Cu₂O. Этот же окисел получается при совместном прокаливании эквивалентных количеств меди и окиси меди, взятых в виде порошков: .

Закись меди используют при  устройстве выпрямителей переменного  тока, называемых купроксными. Для их приготовления пластинки меди нагревают  до  1020-1050 ⁰C. При этом на поверхности образуется двухслойная окалина, состоящая из закиси меди и окиси меди. Окись меди удаляют, выдерживая пластинки некоторое время в азотной кислоте: .

Пластинку промывают, высушивают и прокаливают при невысокой  температуре – и выпрямитель  готов. Электроны могут проходить  только от меди через закись меди. В  обратном направлении электроны  проходить не могут. Это объясняется  тем, что закись меди обладает различной  проводимостью. В слое закиси меди, который примыкает непосредственно  к меди, имеется избыток электронов, и электрический ток проходит за счет электронов, т.е. существует электронная  проводимость. В наружном слое закиси меди наблюдается нехватка электронов, что равноценно появлению положительных  зарядов. Поэтому, когда к меди подводят положительный плюс источника тока, а к закиси меди – отрицательный, то электроны через систему не проходят. Электроны при таком  положении полюсов движутся к  положительному электроду, а положительные  заряды – к отрицательному. Внутри слоя закиси возникает тончайший  слой, лишенный носителей электрического тока, - запирающий слой. Когда же медь подключена к отрицательному полюсу, а закись меди к положительному, то движение электронов и положительных  зарядов изменяется на обратное, и  через систему проходит электрический  ток. Так работает купроксный выпрямитель. [6, с.63]

Гидроксиды  меди.

Гидроксид меди малорастворимое  и нестойкое соединение. Получают его при действии щелочи на раствор  соли: . Это ионная реакция и протекает она потому, что образуется плохо диссоциированное соединение, выпадающее в осадок:

Медь, помимо гидроксида меди (II) голубого цвета, дает еще гидроксид меди (I) белого цвета: . Это нестойкое соединение, которое легко окисляется до гидроксида меди (II): .

Оба гидроксида меди обладают амфотерными свойствами. Например, гидроксид меди (II) хорошо растворим не только в кислотах, но и в концентрированных растворах щелочей: ,   .

Таким образом, гидроксид  меди (II) может диссоциировать и как основание: и как кислота. Этот тип диссоциации связан с присоединением меди гидроксильных групп воды: [7, с. 68]

Сульфаты.

Наибольшее практическое значение имеет CuSO₄*5H₂O, называемый медным купоросом. Его готовят растворением меди в концентрированной серной кислоте. Поскольку медь относится к малоактивным металлам и расположена в ряду напряжений после водорода, водород при этом не выделяется: .

Медный купорос применяют  при электролитическом получении  меди, в сельском хозяйстве для  борьбы с вредителями и болезнями  растений, для получения других соединений меди.[6, с. 64]

Карбонаты.

Карбонаты для металлов подгруппы  меди не характерны и в практике почти не применяются. Некоторое  значение для получения меди имеет  лишь основной карбонат меди, который  встречается в природе.[2, с. 37]

Комплексообразование.

Характерное свойство двухзарядных ионов меди – их способность соединятся с молекулами аммиака с образованием комплексных ионов.

Качественные  реакции на ионы меди.

Ион меди можно открыть, прилив к раствору ее соли раствор аммиака. Появление интенсивного сине-голубого окрашивания связано с образованием комплексного иона меди [Cu(NH₃)₄]²⁺:

Медь интенсивно окрашивает пламя в зеленый цвет.[11, с. 28]

Пример качественного  анализа сплава меди.

Исследуемый объект	Реагент, действие	Осадок	Раствор	Наблюдение	Выводы
Часть сплава	Нагревание с конц. HNO3			Раствор 1 сразу приобрёл зелёную окраску, которая перешла  в голубую после охлаждения
Раствор 1	25% NH3, Добавление 1-2 капли			Раствор стал синим	Это медный сплав
Часть сплава	HNO3, Сначала растворяют часть стружек в 10 каплях 6М HNO3, а затем добавляют 20-25 капель конц. HNO3, нагревают до полного растворения сплава		Раствор 2 может содержать  Cu, Zn, Ni, Cd, Fe, Mn, Al, Pb, Sn, Sb	Осадок не выпал
Раствор 2, Ni2+	Диметил-глиоксим			Раствор позеленел	Ni нет
Fe3+	NH4CNS			Кристаллы окрасились в красный  цвет, потом раствор позеленел  и выпал чёрный осадок	Есть Fe3+
Cd2+	Дифенил-карбазид			Раствор стал красным	Есть Cd
Zn2+	Дитизон			Фаза дитизона окрасилась в малиновый цвет	Есть Zn
Mn	NaBiO3			Ничего не произошло	Mn нет
Al3+	Ализарин			Раствор стал жёлто-коричневым	Al нет
	Окси-хинолин			Выпал зелёно-жёлтый осадок	Al нет
Раствор 2	HCl, H2SO4, добавление		Раствор 3 возможно содержит Sb, Sn	Осадок не выпал	Pb возможно нет
Раствор 3	H2O2 и NaOH	Осадок 1 может содержать Sb	Раствор 4 может содержать Sn	Выпал зелёно-серый осадок (образовался  ос.2 и р-р 2)
Осадок 1	HNO3		Раствор 5	Осадок растворился	Sb нет
Раствор 5	NH3, NH4Cl, H2O2			Осадок не выпал
Раствор 4	NH4Cl			Осадок не выпал	Sn нет
Раствор 2	I-			Выпал жёлтый осадок, который приобрёл красный оттенок	Есть Pb2+