Практическая часть

Оборудование и реактивы: весы с разновесами, плоскодонная колба, фарфоровая чашка, спиртовка, стеклянная палочка, воронка, фильтровальная бумага; йод кристаллический, 25%-й раствор аммиака, этанол, дист. вода.

Ход работы

В фарфоровую чашку поместить 0,5 г. сублимированного, растёртого в виде тонкого порошка, йода и залить его 10 мл. конц. р-ра аммиака. Большие количества йода брать строго воспрещается!!! Содержимое чашки время от времени перемешивают; затем, приблизительно через 30 мин. образовавшийся коричневый осадок йодистого азота перенести на складчатый фильтр, промыть небольшим количеством воды. Затем для удаления непрореагировавшего йода промыть спиртом и снова водой для удаления следов спирта.

Фильтр с влажным йодистым азотом вынуть из воронки, развернуть и поставить для просушивания вдалеке от работающих в лаборатории. Можно предварительно слегка подсушить на батарее или сушильном шкафу (не внутри). Когда бумага подсохнет, фильтр с содержимым осторожно перенести на место, указанное преподавателем и взорвать длинной деревянной указкой.

Вопросы для самопроверки.

1. Назовите соединение NI₃ по номенклатуре IUPAC. Как нужно записывать его формулу и почему?

2. Какие меры предосторожности необходимо соблюдать при работе с NI₃ и другими взрывчатыми веществами?

3. Почему высушивание вещества проводят на воздухе, хотя процесс этот можно провести более быстро другими способами?

4. С чем связана неустойчивость этого соединения?

5. На какие вещества распадается йодистый азот? Почему при этом происходит взрыв?

6. Как можно транспортировать данное вещество?

7. Почему это вещество не следует хранить в лаборатории и как его утилизировать?

Работа 5. Получение меди из её солей

При подготовке к лабораторной работе необходимо повторить материал об условиях протекания реакций и о скорости реакции. Необходимо знать характерный цвет некоторых веществ и их растворов. Повторить материал об окислительно-восстановительных реакциях.

Теоретическая часть

Медь Сu - золотисто-розовый пластичный металл, на воздухе быстро покрывается оксидной пленкой, которая придает ей характерный интенсивный желтовато-красный оттенок. Второй (после серебра) по тепло- и электропроводности. Температура плавления 1083 °С. Имеет два стабильных изотопа — ⁶³Cu и ⁶⁵Cu и несколько радиоактивных изотопов. Соединения меди токсичны для низших организмов.

Медь - d-элемент, расположенный в побочной подгруппе I группы IV периода периодической системы. Электронное строение атома:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s^l. Валентность: I, II. Степени окисления: 0, +1, + 2.

Нахождение в природе. Медь встречается в природе как в соединениях, так и в самородном виде. Большая часть медной руды добывается открытым способом. Содержание меди в руде составляет от 0,4 до 1,0 %.

Важнейшие природные соединения:

медный колчедан (халькопирит) CuFeS₂,

медный блеск (халькоцит) Cu₂S,

красная медная руда Сu₂О,

малахит Сu₂СО₃(ОН)₂.

азурит Cu₃(CO₃)₂(OH)₂,

борнит Cu₅FeS₄,

ковелит CuS,

куприт Cu₂O.

Получение.

1. Восстановление оксидных руд коксом: СuО + С → Сu + СО

2) Окисление сульфидных руд (черновая медь): Cu₂S + О₂ → 2Cu + SO₂

3) Особо чистую медь получают электролитическим способом с растворимым медным анодом (электрорафинирование):

Этот метод основан на проведении электролиза водного раствора соли меди с растворимым медным анодом. Техническую или черновую медь, которая служит одним из электродов, погружают в ванну, заполненную водным раствором сульфата меди. В ванну погружают еще один электрод. К электродам подключают источник постоянного тока таким образом, чтобы техническая медь стала анодом (положительный полюс источника тока), а другой электрод — катодом. На аноде идет реакция окисления меди:

А(+) анод: Сu⁰ (черновая) - 2е → Сu²⁺ + примеси

Ионы меди переходят в раствор и перемещаются к катоду (отрицательно заряженному электроду). Нерастворимые примеси собираются вблизи анода, некоторые примеси могут переходить в раствор. На катоде протекает процесс восстановления ионов меди:

К(-) катод: Сu²⁺ + 2е → Сu⁰ (особо чистая)

Условия электролиза таковы, что примеси, находящиеся в растворе, не восстанавливаются. Электрорафинированием получают электролитическую медь чистотой 99,98—99,999%, что вполне достаточно для нужд электротехники.

4) Исходным сырьем для промышленного получения меди служат главным образом сульфидные руды. Процесс получения меди из сульфидных руд относят к пирометаллургическим (протекающим при повышенной температуре). Его можно упрощенно представить следующим образом: вначале сульфид меди (например, Си₂S) подвергают окислительному обжигу. К образовавшемуся оксиду меди (II) добавляют новую порцию сульфида. При высокой температуре протекает реакция:

2СuО+Сu₂S = 4Сu + SО₂

Химические свойства.

1. Взаимодействие с простыми веществами.

1) С кислородом.

а) Образует на поверхности защитную пленку Сu₂О:

4Cu + O₂ →2Cu₂O

б) Медь обладает достаточно высокой стойкостью к коррозии. Однако во влажной атмосфере, содержащей углекислый газ медь покрывается зеленоватым налетом основного карбоната меди ("патина"):

2Сu + О₂ + СО₂ + Н₂О → (СuОН)₂СО_з

в) при прокаливании образует черный оксид меди(П):

2Сu + О₂ → 2СuО; 2Сu₂O + О₂ → 4СuО

2) При обычной температуре реагирует с хлором:

Cu + Cl₂ → CuCl₂

3) С серой взаимодействует при нагревании:

2Сu + S → Cu₂S; Сu + S → CuS

2. Взаимодействие со сложными веществами.

1) С водой, щелочами, соляной и разбавленной серной кислотами не реагирует.

Однако в присутствии кислорода может протекать реакция:

2Сu + О₂ + 4НС1 → 2CuCl₂ + 2Н₂О

2) Взаимодействует с азотной и горячей концентрированной серной кислотой:

Сu + 4НNОз (конц.) → Сu(NОз)₂ + 2NO₂ + 2Н₂О

ЗСu + 8НNОз (разб.) → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4Н₂О

Сu + 2Н₂SО₄ (конц.) → CuSO₄ + SO₂ + 2Н₂О

3) Медь может быть переведена в раствор под действием раствора хлорида железа (Ш):

Сu + 2FeCl₃ → 2FeCl₂ + CuCl₂

3. Медь (II) образует устойчивые оксид СuО и гидроксид Сu(ОН)₂. Этот гидроксид амфотерен, хорошо растворяется в кислотах:

Сu(ОН)₂ + 2НСl = СuСl₂ + 2Н₂О

и в концентрированных щелочах. Растворимость гидроксида меди (II) в щелочах также связана с образованием комплексных соединений:

Cu(OH)₂+2NaOH=Na₂[Cu(OH)₄]

4. Для ионов меди (II) Сu²⁺ характерно образование комплексных соединений:

1) получение К₂[Сu(СN)₄] - тетрацианокупрат (II) калия:

СuСl₂+4КСN = К₂[Сu(СN)₄] + 2КСl

2) Если к раствору хлорида меди (II) прилить небольшое количество раствора аммиака, то выпадет осадок гидроксида меди (II). Если добавить избыток аммиака, то гидроксид растворится с образованием комплексного соединения темно-синей окраски, характерной для аммиачного комплекса меди: Сu(ОН)₂ + 4NH₃ = [Сu(NH₃)₄](ОН)₂

Эта реакция является качественной на ион меди (II).

3) Образованием комплексных соединений объясняется цвет растворов солей меди (II). Например, безводный сульфат меди (II) — вещество белого цвета, а раствор этой соли имеет голубую окраску. При растворении происходит химическое взаимодействие ионов соли с водой, и образуются так называемые аквакомплексы меди, имеющие голубую окраску:

CuSO₄ + 6H₂O = [Cu(H₂O)₆]SO₄

Соединения меди (III), например Сu₂О₃ или КСuO₂, встречаются редко, они малоустойчивы. Устойчивость соединений меди (I) выше, однако и они в водных растворах легко подвергаются диспропорционированию (реакции самоокисления-самовосстановления).

Применение.

1. Одна из важнейших отраслей применения меди — электротехническая промышленность. Из меди изготовляют электрические провода. Для этой цели металл должен быть очень чистый: примеси резко снижают электрическую проводимость. Присутствие в меди 0,02% алюминия снизит ее электрическую проводимость почти на 10%. Еще более резко возрастает сопротивление металла в присутствии неметаллических примесей.

2. Другое полезное качество меди - высокая теплопроводность. Это позволяет применять её в различных теплоотводных устройствах (радиаторах охлаждения). Медные бесшовные трубы круглого сечения получили широкое применение для транспортировки жидкостей и газов: во внутренних системах водоснабжения, отопления, газоснабжения, системах кондиционирования и холодильных агрегатах.

3. В медицине раствор медного купороса применяется как антисептическое и вяжущее средство.

4. В ювелирном деле часто используются сплавы меди с золотом для увеличения прочности изделий к деформациям и истиранию, так как чистое золото очень мягкий металл и нестойко к этим механическим воздействиям.

5. Медь - самый широко употребляемый катализатор полимеризации ацетилена.

6. Очень важная область применения меди — производство медных сплавов. Со многими металлами медь образует так называемые твердые растворы, которые похожи на обычные растворы тем, что в них атомы одного компонента (металла) равномерно распределены среди атомов другого. Большинство сплавов меди — это твердые растворы. Сплав меди, известный с древнейших времен, — бронза — содержит 4-30% олова (обычно 8—10%). Интересно, что бронза по своей твердости превосходит отдельно взятые чистые медь и олово. Бронза более легкоплавка по сравнению с медью. В настоящее время в бронзах олово часто заменяют другими металлами, что приводит к изменению их свойств. Алюминиевые бронзы, которые содержат 5—10% алюминия, обладают повышенной прочностью. Из такой бронзы чеканят медные монеты. Очень прочные, твердые и упругие бериллиевые бронзы содержат примерно 2% бериллия. Пружины, изготовленные из бериллиевой бронзы, практически «вечные». Широкое применение в народном хозяйстве нашли бронзы, изготовленные на основе других металлов; свинца, марганца, сурьмы, железа, никеля и кремния. Большую группу составляют медно-никелевые сплавы. Эти сплавы имеют серебристо-белый цвет, несмотря на то, что преобладающим компонентом является медь. Сплав мельхиор содержит от 18 до33% никеля (остальное - медь). Он имеет красивый внешний вид. Из мельхиора изготовляют посуду и украшения, чеканят монеты («серебро»). Похожий на мельхиор сплав - нейзильбер — содержит, кроме 15% никеля, до 20% цинка. Этот сплав используют для изготовления художественных изделий медицинского инструмента. Медно-никелевые сплавы Константан (40% никеля) и манганин (сплав меди, никеля и марганца) обладают очень высоким электрическим сопротивлением. Их используют в производстве электроизмерительных приборов. Характерная особенность всех медно-никелевых сплавов — их высокая стойкость к процессам коррозии — они почти не подвергаются разрушению даже в морской воде. Сплавы меди с цинком (содержание цинка до 50%) носят название латунь. Это дешевые сплавы, обладают хорошими механическими свойствами, легко обрабатываются. Благодаря своим качествам латуни нашли широкое применение в машиностроении, химической промышленности, в производстве бытовых товаров. Для придания латуням особых свойств в них часто добавляют алюминий, никель, кремний, марганец и другие металлы. Из латуней изготовляют трубы для радиаторов автомашин, трубопроводы, патронные гильзы, памятные медали, а также части технологических аппаратов для получения различных веществ.

7. В технике применяют процессы меднения — покрытие стальных изделий тонким слоем меди. Стальные детали и изделия часто покрывают защитно-декоративными хромовыми и никелевыми покрытиями. Такое покрытие, нанесенное непосредственно на сталь, непрочно: оно растрескивается и отпадает. Если сталь покрыть легким слоем меди, а затем хромом или никелем, то электролитические осадки получаются высокого качества. Меднение проводят также для облегчения спаивания деталей — медь очень хорошо подвергается пайке.