Работа 7. Получение сульфата меди (II) из меди
Перед проведением лабораторной работы следует повторить теоретический материал о взаимодействии металлов с кислотами; об отличительных свойствах азотной кислоты.
Теоретическая часть
Медный купорос, сульфат меди(II) СuSO4 - - бесцветные кристаллы, хорошо растворимые в воде. Однако из водных растворов, а также на воздухе хотя бы с незначительным содержанием влаги кристаллизуется голубой пентагидрат CuSO4 · 5H2O - медный купорос, ярко-синие кристаллы триклинной формы. Твёрдость по шкале Мооса: 2,5. Удельный вес 2,2-2,3. Окрашивает пламя в зелёный цвет.
Строение кристаллогидрата. Вокруг иона меди координированы два аниона SO42- по осям и четыре молекулы воды (в плоскости), а пятая молекула воды играет роль мостиков, которые при помощи водородных связей объединяют молекулы воды из плоскости и сульфатную группу.
Получение.
В промышленности получают растворением металлической меди в нагретой разб. серной кислоте при продувании воздуха:
Cu + Н2SO4 + ½ O2 → CuSO4 + H2O
Он является также побочным продуктом электролитического рафинирования меди.
Химические свойства.
1. При нагревании последовательно отщепляет две молекулы воды, переходя в тригидрат CuSO4 · 3H2O (голубого цвета). Этот процесс, т. е. выветривание частично идёт и просто на воздухе), затем превращается в моногидрат (110°) CuSO4 · H2O (белого цвета), и выше 258°C образуется безводная соль. Термическое разложение становится заметным выше 650°С:
CuSO4 → CuO + SO2↑ + O2↑
2. Как и все соли, образованные ионами слабого основания и сильной кислоты, сульфат меди(II) гидролизуется, (степень гидролиза в 0,01М растворе при 15°C составляет 0,05%) и даёт кислую среду (pH указанного раствора 4,2). Константа диссоциации составляет 5·10-3.
3. С сульфатами щелочных металлов и аммония образует комплексные соли, например, Na2[Cu(SO2)2]·6H2O, окрашенные в зеленый цвет. Общий состав: МеSO4· CuSO4·6H2O.
4. При действии сухого NH3 на CuSO4 образуется CuSO4·5 NH3, обменивающий во влажном воздухе NH3 на H2O.
Нахождение в природе.
хальконтит — минерал состава CuSO4∙5H2O, обычно с примесью железного купороса.
Медный купорос встречается в виде натечных масс, примазок, коры и др.
Основные сульфаты меди в виде минералов:
брошантита CuSO4 · 3Cu(OН)2
вернадскита 3CuSO4 · Cu(OН)2· 4Н2О
лангита CuSO4 · 3Cu(OН)2 · Н2О
Двойной сульфат - кронкит - CuSO4 · Na2SO4 · 2Н2O
Применение
1. Часто служит исходным сырьём для получения других соединений.
2. Безводный сульфат меди можно использовать как индикатор влажности, с его помощью в лаборатории проводят осушку этанола и некоторых других веществ.
3. Наибольшее количество непосредственно применяемого CuSO4 расходуется на борьбу с вредителями в сельском хозяйстве, в составе бордосской смеси с известковым молоком - от грибковых заболеваний и виноградной тли.
4. Также он применяется для изготовления минеральных красок, как один из компонентов электролитических ванн для меднения, как часть прядильных растворов в производстве ацетатного волокна.
5. В медицине как антисептическое, вяжущее, рвотное средство.
6. В пищевой промышленности изредка используется в качестве консерванта (пищевая добавка E519).