«Загадочная медь» (стр. 1 )

Тема

« Загадочная медь»

Авторы

Александрова Виктория

Вольвах Валерия

Шушпанова Мария

Руководитель

Заичко Галина Николаевна,

учитель химии, к. т.н.

Москва

2010-2011

Содержание

Введение 3

1. Литературный обзор 4

1.1. Металлическая медь 4

1.2. Соединения меди 5

2. Экспериментальная часть 14

2.1. Получение реактивов 14

2.2. Опыты с металлической медью 18

2.3.Изучение амфотерных свойств оксида меди(I) 26

2.4.Изучение амфотерных свойств оксида меди(II) 27

2.5.Изучение амфотерных свойств гидроксида меди(II) 28

Выводы 30

Литература 31

Приложения 32

Введение

Медь - один из семи металлов, известных с глубокой древности. Общее содержание меди в земной коре сравнительно невелико (0,01 вес %), однако она чаще, чем другие металлы, встречается в самородном состоянии, причём самородки меди достигают значительной величины. Этим, а также сравнительной лёгкостью обработки меди объясняется то, что она ранее других металлов была использована человеком. Переходный период от каменного к бронзовому веку (4 - 3-е тысячелетие до н. э.) назывался медным веком - халколитом (от греческого chalkos - медь и lithos - камень) или энеолитом (от латинского aeneus - медный и греческого lithos - камень). В этот период появлились медные орудия. Известно, что при возведении пирамиды Хеопса использовались медные инструменты.

Таким образом, медь является металлом, который изменил жизнь человека еще в далекой древности.

В школьном курсе химии [8, 9] мы получаем представление о свойствах меди и ее соединений. Однако при более глубоком знакомстве с учебной и научной литературой [1-3, 6, 7] очевидно несовпадение этих свойств с нашими «школьными» представлениями.

Цель данной работы: изучение состояния проблемы и ее актуализация.

В работе решаются следующие задачи:

·  изучение литературы, посвященной меди и ее соединениям;

·  выявление особых (новых для нас) свойств меди и ее соединений;

·  экспериментальная проверка этих свойств и их объяснение;

·  создание учебного демонстрационного материала на основе полученных знаний.

1. Литературный обзор

1.1. Металлическая медь

Чистая медь - ковкий и мягкий металл красноватого, в изломе розового цвета, местами с бурой и пестрой побежалостью, тяжелый (плотность

8,93 г/см3) , отличный проводник тепла и электричества, уступающий в этом отношении только серебру (температура плавления 1083 oC). Медь легко вытягивается в проволоку и прокатывается в тонкие листы, но сравнительно мало активна. В сухом воздухе медь почти не окисляется, так как образующаяся на её поверхности тончайшая плёнка оксидов придаёт меди более тёмный цвет и также служит хорошей защитой от дальнейшего окисления. В присутствии влаги и диоксида углерода поверхность меди покрывается патиной - зеленоватой пленкой основного карбоната (CuOH)2CO3, ядовитого вещества.

При нагревании на воздухе в интервале температур 200 - 375 oC медь окисляется до чёрного оксида меди(II) CuO. При более высоких температурах на её поверхности образуется двухслойная окалина: поверхностный слой представляет собой оксид меди(II) , а внутренний - красный оксид меди(I) - Cu2O.

С некоторыми веществами медь достаточно легко вступает в реакции: уже при комнатной температуре с галогенами, например с влажным хлором, образует хлорид CuCl2, при нагревании с серой образует сульфид Cu2S, реагирует с селеном. Но с водородом, углеродом и азотом медь не взаимодействует даже при высоких температурах.

Из школьной учебной литературы известно, что медь в электрохимическом ряду напряжений металлов занимает место после водорода, поэтому не вытесняет его из кислот, а более активные металлы –

из растворов их солей. А это значит, что галогеноводородные и разбавленная серная кислоты не должны взаимодействовать с медью. Невозможно также получить алюминий из раствора его хлорида с помощью меди.

Однако анализ учебной литературы [1-3] по общей и неорганической химии для высшей школы показал следующее. При проведении опытов в контакте с воздухом медь растворяется в соляной и серной кислотах с образованием соответствующих солей: CuCl2 и CuSО4. В присутствии аммиака происходит взаимодействие меди с водой. Медь взаимодействует с раствором соли хлорида железа(III). Последняя химическая реакция используется в радиотехнике для травления плат.

О значении меди для людей и ее применении см. в Приложении 1.

1.2. Соединения меди

Медь образует множество соединений, в т. ч. входит в состав почти 170 минералов. Для промышленности особенно важны 17 минералов, в том числе: борнит (пестрая медная руда - Cu5FeS4), халькопирит (медный колчедан - CuFeS2), халькозин (медный блеск - Cu2S), ковеллин (CuS), малахит (Cu2(OH)2CO3).

1.2.1. Соединения меди Cu(I)

1.2.1.1. Оксид меди(I) Cu2O

Оксид меди(I) или закись меди Cu2O, как и другие соединения

меди(I) менее устойчивы, чем соединения меди(II). Оксид меди(I) в природе встречается в виде минерала куприта. Он образуется при нагревании до 1100 °С оксида меди(II):

4CuO = 2Cu2O + O2

Кроме того, Cu2O может быть получен в виде красного осадка в результате нагревания раствора соли меди(II) и щелочи в присутствии сильного восстановителя, например альдегида:

t

2CuSO4 + C6H12O6 + 4NaOH = Cu2O + C6H12O7 + 2Na2SO4 + 2H2O

В воде Cu2O не растворяется и не реагирует с ней. Имеет слабовыраженные амфотерные свойства с преобладанием основных.

Кислотная природа Cu2O проявляется при взаимодействии со щелочами. При этом образуются гидроксокомплексы - куприты:

Cu2O + 2NaOH + H2O = 2Na[Cu(OH)2]

Эти соединения очень токсичны.

В водных растворах аммиака образует гидроксид диамминмеди(I):

Cu2O + 4NH3 + H2O = 2[Cu(NH3)2]OH

С соляной кислотой Cu2O взаимодействует с образованием дихлорокупрата(I) водорода:

Cu2O + 4HCl = 2H[CuCl2] + H2O

С бромоводородом и йодоводородом образует соли меди(I):

Cu2O + 2HBr = 2CuBr + H2O

Cu2O + 2HI = 2CuI + H2O

В разбавленной серной кислоте диспропорционирует, образуя сульфат меди(II) и металлическую медь:

Cu2O + H2SO4 = Cu + CuSO4 + H2O

Восстанавливается водородом, угарным газом и активными металлами до металлической меди.

При нагревании окисляется кислородом воздуха:

2Cu2O + O2 = 4CuO

1.2.1.2. Гидроксид меди(I) CuOН

Гидроксид меди(I) СuОН. Желтое соединение. Неустойчив, легко окисляется, мало растворим в воде, растворяется в аммиаке. Есть сведения о

возможности его получения обработкой солей меди(I) щелочью при низкой температуре. Неустойчив, поэтому как индивидуальное соединение не получен. При взаимодействии солей Сu(I) со щелочами при комнатной температуре в растворе образуется гидратированный оксид Сu2О.nН2О, а из раствора выделяется только красный оксид меди(I) Сu2О. Поэтому уравнение реакции можно записать так

2СuNO3 + 2NaOH = Cu2O + 2NaNO3 + H2O

1.2.1.3. Соли меди (I)

Хлорид меди(I) CuCl. Бесцветное твердое вещество. Мало растворим в воде, эфире, ацетоне. Растворяется в аммиаке, хлороводородной кислоте, хлоридах щелочных металлов, пиридине. Устойчив в сухой атмосфере. Окисляется и разлагается на свету и во влажном воздухе. Получается растворением меди или оксида меди(I) в хлороводородной кислоте. Применяется в газовом анализе.

Бромид меди(I) CuBr. Светло-желтые микрокристаллы. Синеет на свету, малорастворим в воде; растворяется в HCl, аммиаке, солях аммония, пиридине, концентрированных растворах хлоридов, бромидов, тиосульфатов щелочных металлов. Получают действием брома или бромоводорода на медь, реакцией оксида меди(I) с бромоводородной кислотой. Применяют как катализатор в органическом синтезе.

Иодид меди(I) CuI. Встречается в природе в виде минерала маршита. Бесцветные или белые кристаллы. Малорастворим в воде, сероуглероде, в растворах хлоридов, бромидов, сульфатов и нитратов щелочных металлов. Растворяется в аммиаке, цианидах. Получается взаимодействием меди с иодом или иодоводородной кислотой, а также обработкой солей меди иодидами щелочных металлов.

Сульфид меди(I) Cu2S. Встречается в природе в виде минерала халькозина. Синие или синевато-черные кристаллы. Малорастворим в

воде, растворяется в концентрированной азотной кислоте. Получается из элементов, прокаливанием оксида меди(II) с серой, восстановлением сульфата меди серой.

Фторид меди(I) CuF. Рубиново-красные кристаллы. Устойчив в сухом воздухе. Малорастворим в воде, фтористом водороде. Получается взаимодействием хлорида меди с фтороводородом или разложением фторида меди (II).

Сульфат меди(I) Cu2SO4. Серый порошок. Устойчив в сухом воздухе на холоду, разлагается под действием влаги. Растворяется в концентрированной хлороводородной кислоте, уксусной кислоте и аммиаке. Получают нагреванием сульфата меди(II) с медью.

1.2.2. Соединения меди Cu(II)

1.2.2.1. Оксид меди(II) CuO

Оксид меди(II) или окись меди CuO - черное вещество, встречающееся в природе (например, в виде минерала тенорита). Мало- растворим в воде. Растворяется в концентрированных кислотах при нагревании, в хлориде или в иодиде аммония. Растворяется в стекле, эмалях, придавая им зеленовато-синюю окраску. Восстанавливается до меди водородом, монооксидом углерода, металлами. Применяется в производстве стекла и эмалей в качестве пигмента, в микроанализе для определения углерода, водорода и азота в органических соединениях.

Оксид меди(II) получают прокаливанием гидроксокарбоната меди(II) (CuOH)2CO3 или нитрата меди(II) Cu(NO3)2. CuO легко может быть получен накаливанием Сu на воздухе. В воде практически нерастворим, а в кислотах растворяется, образуя соответствующие соли. Оксид меди (II) - хороший окислитель.

1.2.2.2. Гидроксид меди (II) Cu(OH)2

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) - амфотерен. Основные свойства более характерны, чем кислотные.