Получение меди из хлорида меди уравнение

Получение меди

Медь или купрум, названа так в честь острова Кипр, где нашли крупное ее месторождение. Это один из первых металлов, освоенных человеком. Медный век – удивительная эпоха, в которую обиход человека был наполнен медными орудиями и предметами быта, он продолжался с IV до III тысячелетия до н. э.

Способы получения меди

Для извлечения меди из минералов и руд, в которых она находится, на сегодняшний день используют три метода:

• гидрометаллургический
• пирометаллургичекий
• электролиз.

Получение меди пирометаллургическим методом является наиболее распространенным. Сырьем для этого процесса выступает халькопирит. Чтобы получить из халькопирита чистую медь, необходимо осуществить ряд операций. Первая, из которых, заключается в обогащении медной руды, методом окислительного обжига или флотации.
В основе флотации лежит тот факт, что пустая порода и ее медесодержащие части, смачиваются по-разному. Если поместить всю массу породы в емкость с жидким составом, в котором имеются воздушные пузырьки, то часть с минеральными элементами, перемещается при помощи этих пузырьков на поверхность, и прилипает к ним. В результате на поверхности ванны наблюдается наличие концентрата или черновой меди. В этом составе присутствует от 10 до 35% чистой меди. Этот порошкообразный концентрат является сырьем для дальнейшего получения чистой меди.
Совсем по-другому протекают реакции получения меди методом окислительного обжига. Этим методом обогащают медные руды, в составе которых имеется существенное количество серы. Для реализации этой технологии необходимо нагреть руду до температуры 700–8000 градусов. Под действием таких высоких температур происходит окисление сульфидов, и объем серы в медной руде снижается почти в два раза. Следующим этапом является расплавление обогащенной руды в отражательных или шахтных печах при температуре 14500. Результатом этого расплава является образование штейна – сплава, который состоит из сульфидов меди и железа.
Чтобы улучшить показатели штейна его подвергают обдуванию в горизонтальных конвертерах без добавления дополнительного топлива. Таким образом, железо и сульфиды окисляются, оксид железа превращается в шлак, а сера становится оксидом – SO₂.
Черновая медь, полученная таким способом, имеет в своем составе около 91% меди. Для дополнительной очистки металла выполняется рафинирование меди, то есть удаление посторонних примесей. Это осуществляется благодаря технологии огневого рафинирования в присутствии подкисленного раствора медного купороса. Это рафинирование меди носит электролитический характер, и дает возможность получить металл с чистотой 99,9%.
Гидрометаллургический метод обогащения меди основан на процессе выщелачивания металла с помощью серной кислоты. Результатом такого процесса является получение раствора, из которого в дальнейшем выделяют чистую медь. Также этот метод подходит для выделения драгоценных металлов. Эту технологию применяют для обогащения руд, в которых присутствует крайне малое количество меди.

Получение меди электролизом

Электролиз меди является одним этапов химико-физических процессов, которому подвергают руду, чтобы получить медь. Примечательно, что для получения 1 тонны чистой меди, потребуется переработать как минимум 200 тонн медной руды.
Сама процедура обработки медной руды – это многоступенчатый и очень сложный процесс, который состоит из 7 стадий. Самой последней и является электролиз меди.
Руду после добычи необходимо измельчить в особых машинах. Далее происходит процесс флотации, в результате которого, как мы знаем, формируется концентрат с сохранением минералов меди. После этого происходит обжиг при высоких температурах в специальных печах. Шихту, полученную в процессе обжига, помещают в печь для плавки, где она становится штейном, который в свою очередь оправляют на конвертирование. Продукт, полученный после этих процессов, называют черновой медью, где 2-3% объема занимают примеси. В качестве примесей выступают цинк, железо, или сера. Их удаляют реакцией окисления. На этом этапе образуется «красная» медь, в которой присутствует 99,7-99,9% Cu. Последним этапом является непосредственно электролиз меди, который позволяет добиться получения максимально чистой меди.
Чтобы осуществить процесс электролиза меди понадобится специальное оборудование, а именно емкости, которые заполняют водным раствором сульфата меди с содержанием свободной серной кислоты. В результате проведения электролиза, мы получим осадок чистой меди на катодах. А все, что окажется на дне ванны, принято называть шламом. Он является сырьем для получения благородных металлов.

Получение оксида меди

Оксид меди (II) CuO представляет собой кристаллы черного цвета, которые подвергаются кристаллизации в моноклинной сингонии. Плотность соединения составляет 6,51 г/см3, а плавится он при температуре 1447°С в условиях высокого давления. В результате нагревания до 1100°С является выделение оксида меди (I):

В воде оксид меди не растворяется и не вступает в реакции с ней. Обладает слабыми амфотерными свойствами с преобладанием основных.
С водными растворами аммиака реагирует с образованием гидроксида тетраамминмеди (II):

Также легко вступает в реакции с разбавленными кислотами с выделением соли и воды:

Результатом сплавления оксида меди со щелочами является образование купратов:

Чистую медь из оксида можно получить методом восстановления водородом, угарным газом и активными металлами:

Реакция получения оксида меди методом прокаливания гидроксида меди (II) при температуре 200°С:

Также получить оксид меди можно в процессе окисления металлической меди на воздухе при температуре 400–500°С:

Получение сульфата меди

Получить сульфат меди можно тремя реакциями:
растворить CuO в H₂SO₄

в присутствии концентрированной серной кислоты с медью, обязательно при нагревании

методом взаимодействия Cu₂O с разбавленной серной кислотой

Получение хлорида меди

В природе хлорид меди находится в составе очень редкого минерала эрнохальцита CuCl₂•2H₂O, который представляет собой кристаллы синего цвета.
Двухвалентный хлорид меди обладает важным практическим значением, и добычи его только лишь из природного минерала очень мало. Поэтому ученые придумали несколько способов искусственного получения данного соединения.
Главной реакцией промышленного синтеза CuCl₂ можно назвать реакцию хлорирования сульфида меди в условиях высокой температуры от 300 до 400 градусов °С. Выглядит реакция так

Еще одним вариантом синтеза хлорида двухвалентной меди является хлорирующий обжиг, который осуществляется при температуре более 500 С:

• CuS + 2NaCl + 2O₂ ―› CuCl₂ + Na₂SO₄

Обе реакции нуждаются в использовании специализированного оборудования и соблюдении повышенных мер безопасности, по этой причине данные реакции можно проводить только в условиях промышленного производства. В лабораторных условиях также можно получить хлорид меди следующими реакциями

• Cu + Cl₂ ―› CuCl₂
• CuO + 2HCl ―› CuCl₂ +H₂O
• Cu(OH)₂ + 2HCl ―› CuCl₂ + 2H₂O. Реакция нейтрализации
• CuCO₃ + 2HCL ―› CuCl₂ + H₂O + CO₂. В результате этой реакции более сильная кислота вытеснит кислотный остаток более слабой кислоты. Протекает реакция замещения
• 3Сu + 2HNO₃ + 6HCl ―› 3CuCl₂ + 2NO +4H₂0. Эта реакция является наиболее оригинальной. Она протекает только в присутствии смеси двух сильных кислот.

Получение глицерата меди

Качественная реакция для выявления присутствия глицерина в растворах осуществляется в присутствии сульфата меди (II) и раствора гидроксида натрия. В результате реакции образуется глицерат меди – комплексное соединение сине-василькового оттенка.
Химическую реакцию проводят следующим образом:

• к раствору сульфата меди (II) приливают раствор гидроксида натрия, в результате чего происходит окрашивание раствора в синий цвет. Таким образом, наблюдаем выпадения осадка гидроксида меди (II)
• после этого добавляем несколько мл глицерина и перемешиваем раствор. Образовавшийся осадок растворяется с образованием комплексного соединения оттенка индиго. Это и есть глицерат меди.

Получение нитрата меди

Получение нитрата меди Cu(NO₃)₂ довольно увлекательное занятие. А также очень полезное, поскольку он является довольно популярным красителем. Нитрат меди (II) можно получить в процессе растворения чистой меди, ее оксида или гидроксида в азотной кислоте. Уравнения выглядят следующим образом:

Получение сульфида меди

Сульфид меди(II) или моносульфид меди — CuS, является неорганическим бинарным соединением двухвалентной меди с серой. Он верного цвета, в воде не растворяется , также как и в разбавленных растворах кисло. В природе его можно встретить в виде редкого минерала ковеллина.
Получение сульфида меди осуществляется при помощи прямого взаимодействия элементов, а также в результате обменной реакции солей двухвалентной меди с водорастворимыми сульфидами.

• Na₂S+CuSO₄=CuS+Na₂SO₄
• CuCl₂ + H₂S —> CuS + 2HCl
• 2CuS + H₂ —>Cu₂S + H₂S. Эта реакция протекает в условиях высокой температуры от 600 до 700 oC

Получение сухим методом дает сульфиду меди возможность проводить электрический ток. Когда отметка термометра достигает 400 °C, наблюдается заметное разложение сульфида.

Медь. Химия меди и ее соединений

Положение в периодической системе химических элементов

Медь расположена в 11 группе (или в побочной подгруппе II группы в короткопериодной ПСХЭ) и в четвертом периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.

Электронное строение меди

Электронная конфигурация меди в основном состоянии :

+29Cu 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1 1s 2s 2p

3s 3p 4s 3d

У атома меди уже в основном энергетическом состоянии происходит провал (проскок) электрона с 4s-подуровня на 3d-подуровень.

Физические свойства

Медь – твердый металл золотисто-розового цвета (розового цвета при отсутствии оксидной плёнки). Медь относительно легко поддается механической обработке. В природе встречается в том числе в чистом виде и широко применяется в различных отраслях науки, техники и производства.

Изображение с портала zen.yandex.com/media/id/5d426107ae56cc00ad977411/uralskaia-boginia-liubvi-5d6bcceda660d700b075a12d

Температура плавления 1083,4 о С, температура кипения 2567 о С, плотность меди 8,92 г/см 3 .

Медь — ценный металл в сфере вторичной переработки. Сдав лом меди в пункт приема, Вы можете получить хорошее денежное вознаграждение. Подробнее про прием лома меди.

Нахождение в природе

Медь встречается в земной коре (0,0047-0,0055 масс.%), в речной и морской воде. В природе медь встречается как в соединениях, так и в самородном виде. В промышленности используют халькопирит CuFeS₂, также известный как медный колчедан, халькозин Cu₂S и борнит Cu₅FeS₄. Также распространены и другие минералы меди: ковеллин CuS, куприт Cu₂O, азурит Cu₃(CO₃)₂(OH)₂, малахит Cu₂ (OH) 2 CO 3 . Иногда медь встречается в самородном виде, масса которых может достигать 400 тонн .

Способы получения меди

Медь получают из медных руд и минералов. Основные методы получения меди — электролиз, пирометаллургический и гидрометаллургический.

• Гидрометаллургический метод: р астворение медных минералов в разбавленных растворах серной кислоты, с последующим вытеснением металлическим железом.

Например , вытеснение меди из сульфата железом:

CuSO₄ + Fe = Cu + FeSO₄

• Пирометаллургический метод : получение меди из сульфидных руд. Это сложный процесс, который включает большое количество реакций. Основные стадии процесса:

1) Обжиг сульфидов:

2CuS + 3O₂ = 2CuO + 2SO₂

2) восстановление меди из оксида, например, водородом:

CuO + H₂ = Cu + H₂O

• Электролиз растворов солей меди:

Качественные реакции на ионы меди (II)

Качественная реакция на ионы меди +2 – взаимодействие солей меди (II) с щелочами . При этом образуется голубой осадок гидроксида меди(II).

Например , сульфат меди (II) взаимодействует с гидроксидом натрия:

Соли меди (II) окрашивают пламя в зеленый цвет.

Химические свойства меди

В соединениях медь может проявлять степени окисления +1 и +2.

1. Медь — химически малоактивный металл. При нагревании медь может реагировать с некоторыми неметаллами: кислородом, серой, галогенами.

1.1. При нагревании медь реагирует с достаточно сильными окислителями , например , с кислородом , образуя CuО, Cu₂О в зависимости от условий:

2Cu + О₂ → 2CuО

1.2. Медь реагирует с серой с образованием сульфида меди (II):

Cu + S → CuS

1.3. Медь взаимодействует с галогенами . При этом образуются галогениды меди (II):

Но, обратите внимание:

2Cu + I₂ = 2CuI

1.4. С азотом, углеродом и кремнием медь не реагирует:

Cu + N₂ ≠

Cu + C ≠

Cu + Si ≠

1.5. Медь не взаимодействует с водородом.

1.6. Медь взаимодействует с кислородом с образованием оксида:

2Cu + O₂ → 2CuO

2. Медь взаимодействует и со сложными веществами:

2.1. Медь в сухом воздухе и при комнатной температуре не окисляется, но во влажном воздухе, в присутствии оксида углерода (IV) покрывается зеленым налетом карбоната гидроксомеди (II):

2.2. В ряду напряжений медь находится правее водорода и поэтому не может вытеснить водород из растворов минеральных кислот (разбавленной серной кислоты и др.).

Например , медь не реагирует с разбавленной серной кислотой :

2.3. При этом медь реагирует при нагревании с концентрированной серной кислотой . При нагревании реакция идет, образуются оксид серы (IV), сульфат меди (II) и вода:

2.4. Медь реагирует даже при обычных условиях с азотной кислотой .

С концентрированной азотной кислотой:

С разбавленной азотной кислотой:

Реакция меди с азотной кислотой

2.5. Растворы щелочей на медь практически не действуют.

2.6. Медь вытесняет металлы, стоящие правее в ряду напряжений, из растворов их солей .

Например , медь реагирует с нитратом ртути (II) с образованием нитрата меди (II) и ртути:

Hg(NO 3 ) 2 + Cu = Cu(NO 3 ) 2 + Hg

2.7. Медь окисляется оксидом азота (IV) и солями железа (III)

2Cu + NO₂ = Cu₂O + NO

Оксид меди (II)

Оксид меди (II) CuO – твердое кристаллическое вещество черного цвета.

Способы получения оксида меди (II)

Оксид меди (II) можно получить различными методами :

1. Термическим разложением гидроксида меди (II) при 200°С :

2. В лаборатории оксид меди (II) получают окислением меди при нагревании на воздухе при 400–500°С:

2Cu + O₂ 2CuO

3. В лаборатории оксид меди (II) также получают прокаливанием солей (CuOH)₂CO₃, Cu(NO₃)₂:

Химические свойства оксида меди (II)

Оксид меди (II) – основный оксид (при этом у него есть слабо выраженные амфотерные свойства) . При этом он является довольно сильным окислителем.

1. При взаимодействии оксида меди (II) с сильными и растворимыми кислотами образуются соли.

Например , оксид меди (II) взаимодействует с соляной кислотой:

СuO + 2HBr = CuBr₂ + H₂O

CuO + 2HCl = CuCl₂ + H₂O

2. Оксид меди (II) вступает в реакцию с кислотными оксидами.

Например , оксид меди (II) взаимодействует с оксидом серы (VI) с образованием сульфата меди (II):

3. Оксид меди (II) не взаимодействует с водой.

4. В окислительно-восстановительных реакциях соединения меди (II) проявляют окислительные свойства:

Например , оксид меди (II) окисляет аммиак :

3CuO + 2NH₃ → 3Cu + N₂ + 3H₂O

Оксид меди (II) можно восстановить углеродом, водородом или угарным газом при нагревании:

СuO + C → Cu + CO

Более активные металлы вытесняют медь из оксида.

Например , алюминий восстанавливает оксид меди (II):

3CuO + 2Al = 3Cu + Al₂O₃

Оксид меди (I)

Оксид меди (I) Cu₂O – твердое кристаллическое вещество коричнево-красного цвета.

Способы получения оксида меди (I)

В лаборатории оксид меди (I) получают восстановлением свежеосажденного гидроксида меди (II), например, альдегидами или глюкозой:

Химические свойства оксида меди (I)

1. Оксид меди (I) обладает основными свойствами.

При действии на оксид меди (I) галогеноводородных кислот получают галогениды меди (I) и воду:

Например , соляная кислота с оксидом меди (I) образует хлорид меди (I):

Cu₂O + 2HCl = 2CuCl↓ + H₂O

2. При растворении Cu₂O в концентрированной серной, азотной кислотах образуются только соли меди (II):

3. Устойчивыми соединениями меди (I) являются нерастворимые соединения (CuCl, Cu₂S) или комплексные соединения [Cu(NH₃)₂] + . Последние получают растворением в концентрированном растворе аммиака оксида меди (I), хлорида меди (I):

Аммиачные растворы солей меди (I) взаимодействуют с ацетиленом :

СH ≡ CH + 2[Cu(NH₃)₂]Cl → СuC ≡ CCu + 2NH₄Cl

4. В окислительно-восстановительных реакциях соединения меди (I) проявляют окислительно-восстановительную двойственность:

Например , при взаимодействии с угарным газом, более активными металлами или водородом оксид меди (II) проявляет свойства окислителя :

Cu₂O + CO = 2Cu + CO₂

А под действием окислителей, например, кислорода — свойства восстановителя :

Гидроксид меди (II)

Способы получения гидроксида меди (II)

1. Гидроксид меди (II) можно получить действием раствора щелочи на соли меди (II).

Например , хлорид меди (II) реагирует с водным раствором гидроксида натрия с образованием гидроксида меди (II) и хлорида натрия:

CuCl₂ + 2NaOH → Cu(OH)₂ + 2NaCl

Химические свойства

Гидроксид меди (II) Сu(OН)₂ проявляет слабо выраженные амфотерные свойства (с преобладанием основных ).

1. Взаимодействует с кислотами .

Например , взаимодействует с бромоводородной кислотой с образованием бромида меди (II) и воды:

2. Гидроксид меди (II) легко взаимодействует с раствором аммиака , образуя сине-фиолетовое комплексное соединение:

3. При взаимодействии гидроксида меди (II) с концентрированными (более 40%) растворами щелочей образуется комплексное соединение:

Но этой реакции в ЕГЭ по химии пока нет!

4. При нагревании гидроксид меди (II) разлагается :

Соли меди

Соли меди (I)

В окислительно-восстановительных реакциях соединения меди (I) проявляют окислительно-восстановительную двойственность . Как восстановители они реагируют с окислителями.

Например , хлорид меди (I) окисляется концентрированной азотной кислотой :

Также хлорид меди (I) реагирует с хлором :

2CuCl + Cl₂ = 2CuCl₂

Хлорид меди (I) окисляется кислородом в присутствии соляной кислоты:

4CuCl + O₂ + 4HCl = 4CuCl₂ + 2H₂O

Прочие галогениды меди (I) также легко окисляются другими сильными окислителями:

Иодид меди (I) реагирует с концентрированной серной кислотой :

Сульфид меди (I) реагирует с азотной кислотой. При этом образуются различные продукты окисления серы на холоде и при нагревании:

Для соединений меди (I) возможна реакция диспропорционирования :

2CuCl = Cu + CuCl₂

Комплексные соединения типа [Cu(NH₃)₂] + получают растворением в концентрированном растворе аммиака :

Соли меди (II)

В окислительно-восстановительных реакциях соединения меди (II) проявляют окислительные свойства.

Например , соли меди (II) окисляют иодиды и сульфиты :

2CuCl₂ + 4KI = 2CuI + I₂ + 4KCl

Бромиды и иодиды меди (II) можно окислить перманганатом калия :

Соли меди (II) также окисляют сульфиты :

Более активные металлы вытесняют медь из солей.

Например , сульфат меди (II) реагирует с железом :

CuSO₄ + Fe = FeSO₄ + Cu

Сульфид меди (II) можно окислить концентрированной азотной кислотой . При нагревании возможно образование сульфата меди (II):

Еще одна форма этой реакции:

CuS + 10HNO 3( конц .) = Cu(NO 3 ) 2 + H 2 SO 4 + 8NO 2 ↑ + 4H 2 O

При горении сульфида меди (II) образуется оксид меди (II) и диоксид серы:

2CuS + 3O₂ 2CuO + 2SO₂↑

Соли меди (II) вступают в обменные реакции, как и все соли.

Например , растворимые соли меди (II) реагируют с сульфидами:

CuBr₂ + Na₂S = CuS↓ + 2NaBr

При взаимодействии солей меди (II) с щелочами образуется голубой осадок гидроксида меди (II):

CuSO 4 + 2NaOH = Cu(OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4

Электролиз раствора нитрата меди (II):

Некоторые соли меди при нагревании разлагаются , например , нитрат меди (II):

Основный карбонат меди разлагается на оксид меди (II), углекислый газ и воду:

При взаимодействии солей меди (II) с избытком аммиака образуются аммиачные комплексы:

При смешивании растворов солей меди (II) и карбонатов происходит гидролиз и по катиону слабого основания, и по аниону слабой кислоты:

Медь и соединения меди

1) Через раствор хлорида меди (II) с помощью графитовых электродов пропускали постоянный электрический ток. Выделившийся на катоде продукт электролиза растворили в концентрированной азотной кислоте. Образовавшийся при этом газ собрали и пропустили через раствор гидроксида натрия. Выделившийся на аноде газообразный продукт электролиза пропустили через горячий раствор гидроксида натрия. Напишите уравнения описанных реакций.

2) Вещество, полученное на катоде при электролизе расплава хлорида меди (II), реагирует с серой. Полученный продукт обработали концентрированной азотной кислотой, и выделившийся газ пропустили через раствор гидроксида бария. Напишите уравнения описанных реакций.

3) Неизвестная соль бесцветна и окрашивает пламя в желтый цвет. При легком нагревании этой соли с концентрированной серной кислотой отгоняется жидкость, в которой растворяется медь; последнее превращение сопровождается выделением бурого газа и образованием соли меди. При термическом распаде обеих солей одним из продуктов разложения является кислород. Напишите уравнения описанных реакций.

4) При взаимодействии раствора соли А со щелочью было получено студенистое нерастворимое в воде вещество голубого цвета, которое растворили в бесцветной жидкости Б с образованием раствора синего цвета. Твердый продукт, оставшийся после осторожного выпаривания раствора, прокалили; при этом выделились два газа, один из которых бурого цвета, а второй входит в состав атмосферного воздуха, и осталось твердое вещество черного цвета, которое растворяется в жидкости Б с образованием вещества А. Напишите уравнения описанных реакций.

5) Медную стружку растворили в разбавленной азотной кислоте, и раствор нейтрализовали едким кали. Выделившееся вещество голубого цвета отделили, прокалили (цвет вещества изменился на черный), смешали с коксом и повторно прокалили. Напишите уравнения описанных реакций.

6) В раствор нитрата ртути (II) добавили медную стружку. После окончания реакции раствор профильтровали, и фильтрат по каплям прибавляли к раствору, содержащему едкий натр и гидроксид аммония. При этом наблюдали кратковременное образование осадка, который растворился с образованием раствора ярко-синего цвета. При добавлении в полученный раствор избытка раствора серной кислоты происходило изменение цвета. Напишите уравнения описанных реакций.

7) Оксид меди (I) обработали концентрированной азотной кислотой, раствор осторожно выпарили и твердый остаток прокалили. Газообразные продукты реакции пропустили через большое количество воды и в образовавшийся раствор добавили магниевую стружку, в результате выделился газ, используемый в медицине. Напишите уравнения описанных реакций.

8) Твердое вещество, образующееся при нагревании малахита, нагрели в атмосфере водорода. Продукт реакции обработали концентрированной серной кислотой, внесли в раствор хлорида натрия, содержащий медные опилки, в результате образовался осадок. Напишите уравнения описанных реакций.

9) Соль, полученную при растворении меди в разбавленной азотной кислоте, подвергли электролизу, используя графитовые электроды. Вещество, выделившееся на аноде, ввели во взаимодействие с натрием, а полученный продукт реакции поместили в сосуд с углекислым газом. Напишите уравнения описанных реакций.

10) Твердый продукт термического разложения малахита растворили при нагревании в концентрированной азотной кислоте. Раствор осторожно выпарили, и твердый остаток прокалили, получив вещество черного цвета, которое нагрели в избытке аммиака (газ). Напишите уравнения описанных реакций.

11) К порошкообразному веществу черного цвета добавили раствор разбавленной серной кислоты и нагрели. В полученный раствор голубого цвета приливали раствор едкого натра до прекращения выделения осадка. Осадок отфильтровали и нагрели. Продукт реакции нагревали в атмосфере водорода, в результате чего получилось вещество красного цвета. Напишите уравнения описанных реакций.

12) Неизвестное вещество красного цвета нагрели в хлоре, и продукт реакции растворили в воде. В полученный раствор добавили щелочь, выпавший осадок голубого цвета отфильтровали и прокалили. При нагревании продукта прокаливании, который имеет черный цвет, с коксом было получено исходное вещество красного цвета. Напишите уравнения описанных реакций.

13) Раствор, полученный при взаимодействии меди с концентрированной азотной кислотой, выпарили и осадок прокалили. Газообразные продукты полностью поглощены водой, а над твердым остатком пропустили водород. Напишите уравнения описанных реакций.

14) Черный порошок, который образовался при сжигании металла красного цвета в избытке воздуха, растворили в 10%-серной кислоте. В полученный раствор добавили щелочь, и выпавший осадок голубого цвета отделили и растворили в избытке раствора аммиака. Напишите уравнения описанных реакций.

15) Вещество черного цвета получили, прокаливая осадок, который образуется при взаимодействии гидроксида натрия и сульфата меди (II). При нагревании этого вещества с углем получают металл красного цвета, который растворяется в концентрированной серной кислоте. Напишите уравнения описанных реакций.

16) Металлическую медь обработали при нагревании йодом. Полученный продукт растворили в концентрированной серной кислоте при нагревании. Образовавшийся раствор обработали раствором гидроксидом калия. Выпавший осадок прокалили. Напишите уравнения описанных реакций.

17) К раствору хлорида меди (II) добавили избыток раствора соды. Выпавший осадок прокалили, а полученный продукт нагрели в атмосфере водорода. Полученный порошок растворили в разбавленной азотной кислоте. Напишите уравнения описанных реакций.

18) Медь растворили в разбавленной азотной кислоте. К полученному раствору добавили избыток раствора аммиака, наблюдая сначала образование осадка, а затем – его полное растворение с образованием темно-синего раствора. Полученный раствор обработали серной кислотой до появления характерной голубой окраски солей меди. Напишите уравнения описанных реакций.

19) Медь растворили в концентрированной азотной кислоте. К полученному раствору добавили избыток раствора аммиака, наблюдая сначала образование осадка, а затем – его полное растворение с образованием темно-синего раствора. Полученный раствор обработали избытком соляной кислоты. Напишите уравнения описанных реакций.

20) Газ, полученный при взаимодействии железных опилок с раствором соляной кислоты, пропустили над нагретым оксидом меди (II) до полного восстановления металла. полученный металл растворили в концентрированной азотной кислоте. Образовавшийся раствор подвергли электролизу с инертными электродами. Напишите уравнения описанных реакций.

21) Йод поместили в пробирку с концентрированной горячей азотной кислотой. Выделившийся газ пропустили через воду в присутствии кислорода. В полученный раствор добавили гидроксид меди (II). Образовавшийся раствор выпарили и сухой твердый остаток прокалили. Напишите уравнения описанных реакций.

22) Оранжевый оксид меди поместили в концентрированную серную кислоту и нагрели. К полученному голубому раствору прилили избыток раствора гидроксида калия. выпавший синий осадок отфильтровали, просушили и прокалили. Полученное при этом твердое черное вещество в стеклянную трубку, нагрели и пропустили над ним аммиак. Напишите уравнения описанных реакций.

23) Оксид меди (II) обработали раствором серной кислоты. При электролизе образующегося раствора на инертном аноде выделяется газ. Газ смешали с оксидом азота (IV) и поглотили с водой. К разбавленному раствору полученной кислоты добавили магний, в результате чего в растворе образовалось две соли, а выделение газообразного продукта не происходило. Напишите уравнения описанных реакций.

24) Оксид меди (II) нагрели в токе угарного газа. Полученное вещество сожгли в атмосфере хлора. Продукт реакции растворили в в воде. Полученный раствор разделили на две части. К одной части добавили раствор иодида калия, ко второй – раствор нитрата серебра. И в том, и в другом случае наблюдали образование осадка. Напишите уравнения описанных реакций.

25) Нитрат меди (II) прокалили, образовавшееся твердое вещество растворили в разбавленной серной кислоте. Раствор полученной соли подвергли электролизу. Выделившееся на катоде вещество растворили в концентрированной азотной кислоте. Растворение протекает с выделением бурого газа. Напишите уравнения описанных реакций.

26) Щавелевую кислоту нагрели с небольшим количеством концентрированной серной кислоты. Выделившийся газ пропустили через раствор гидроксида кальция. В котором выпал осадок. Часть газа не поглотилась, его пропустили над твердым веществом черного цвета, полученным при прокаливании нитрата меди (II). В результате образовалось твердое вещество темно-красного цвета. Напишите уравнения описанных реакций.

27) Концентрированная серная кислота прореагировала с медью. Выделившийся при газ полностью поглотили избытком раствора гидроксида калия. Продукт окисления меди смешали с расчетным количеством гидроксида натрия до прекращения выпадения осадка. Последний растворили в избытке соляной кислоты. Напишите уравнения описанных реакций.

Способ электрохимического выделения меди в хлористоводородном растворе

Владельцы патента RU 2337182:

Изобретение относится к способу получения металлической меди в по существу не содержащей дендритов кристаллической форме. Способ включает электрохимическое выделение меди в кристаллической форме в электролизере, разделенном на катодный отсек и анодный отсек, из раствора хлорида одновалентной меди на катоде, состоящем из нисходящего слоя металлических шариков. При этом раствор одновалентной меди необязательно содержит хлорид двухвалентной меди. Техническим результатом является получение блестящего когерентного осадка при плотности тока до 4 кА/м 2 . 11 з.п. ф-лы.

Первичное отложение меди на катоде электрохимической ячейки (электрохимическое выделение) является широко известным в области электрометаллургии способом. Процесс данного типа обычно осуществляют в кислотных растворах, полученных при разложении медьсодержащего минерала; в частности, наиболее важным источником меди является халькопирит, т.е. смешанный сульфид меди и железа (CuFeS₂) с характерными тетрагональными кристаллами, часто связанный с другими медьсодержащими минералами, подпадающими под объем изобретения, такими как ковеллит (сульфид двухвалентной меди, CuS, гексагональный) и борнит (другой смешанный сульфид меди и железа, Cu₅FeS₄, кубический). Другие важные источники меди представлены синтетическими сульфидами, в частности материалом, известным как штейн, состоящим из исходной смеси плавленых сульфидов, полученной в качестве промежуточного продукта при плавлении медьсодержащих минералов. Почти во всех случаях такие минералы разлагают кислотами для того, чтобы получить ионы одновалентной меди в сернокислотном растворе, например, путем выщелачивания смесью серной и азотной кислот, необязательно сочетающегося с обжигом; упомянутый сернокислотный раствор затем подвергают электролизу, в результате чего осуществляется катодное отложение меди, в то время как на аноде происходит выделение кислорода. Хотя данная процедура является к настоящему времени установившейся, расход энергии, связанный с электрохимическим выделением меди из сульфата, является довольно высоким; при традиционных свинцовых анодах расход энергии, связанный с процессом электрохимического выделения, составляет примерно 20-25 МДж на тонну товарной меди, и ввод, там, где это возможно, покрытых оксидом благородного металла титановых анодов решает эту проблему только отчасти. Также по этой причине, т.е. во избежание ухудшения общей энергетической эффективности при использовании слишком высоких перенапряжений, промышленное электрохимическое выделение меди из сульфата в кислотном растворе должно происходить при плотности тока ниже 1 кА/м 2 , предпочтительно около 0,5 кА/м 2 , как раскрыто, например, в недавней публикации международной заявки на патент WO 02/18676. Другим фактором, лимитирующим плотность тока в этом процессе, в любом случае является качество получаемого продукта; в действительности имеется критическая плотность тока для получения приемлемых катодных отложений, выше которой они становятся менее плотными и блестящими и, в целом, коммерчески неприемлемыми. Упомянутый выше высокий расход энергии главным образом связан с тем фактом, что полуреакция катодного отложения включает в себя двухэлектронный процесс, а именно разряд двухвалентной меди до металлической меди. Решающий фактор для понижения расхода энергии может быть обусловлен осуществлением катодного отложения меди из раствора одновалентной меди, поскольку, кроме более благоприятного окислительно-восстановительного потенциала (Е₀ реакции Cu + +e→Cu составляет 0,522 В относительно стандартного водородного электрода (NHE) против 0,340 В, связанных с разрядом двухвалентной меди согласно реакции Cu ++ +2e→Cu), отложение одного моля меди означает перенос одного моля электронов вместо двух. Тем не менее, с одновалентной медью невозможно работать в сернокислотной среде: тот факт, что ион одновалентной меди имеет более высокий восстановительный потенциал, чем ион двухвалентной меди, является указанием на его природную склонность к диспропорционированию до металлической меди и иона двухвалентной меди; поэтому должны быть реализованы особые условия для того, чтобы ион одновалентной меди был достаточно стабильным для его применения с целью электрохимического осаждения. Наиболее простым промышленным путем получения стабильной электролитической ванны с достаточной концентрацией ионов одновалентной меди является работа в хлористоводородной среде с сильным избытком хлорид-ионов, которые оказывают комплексообразующее действие, подходящим образом сдвигая равновесие реакции диспропорционирования 2Cu + ↔Cu ++ +Cu. Чтобы достичь этого, медьсодержащий минерал разлагают в присутствии хлора, который окисляет сульфид до элементарной серы, делая возможным ее удаление; затем осуществляют несколько циклов очистки, позволяющих в качестве главного последствия отделить железо, вплоть до получения хлористоводородного раствора, содержащего смесь хлорида одновалентной и двухвалентной меди, необязательно дополненную хлоридом натрия с тем, чтобы максимизировать содержание одновалентной меди.

Альтернативно, такой минерал может быть разложен кислотным раствором хлорида двухвалентной меди, необязательно содержащим растворенный хлор, опять-таки с последующим отделением железа. В обоих случаях типичный раствор, получаемый для того, чтобы позднее быть подвергнутым процессу электрохимического выделения, содержит от 5 до 75 г/л ионов Cu + вместе с 60-300 г/л NaCl и примерно 1 М хлористоводородной кислоты, в любом случае — с рН не выше 2.

При таком способе расход энергии на электрохимическое выделение меди оказывается ощутимо пониженным, однако специалистам в данной области техники известно, что качество отложения (осадка), получаемого из такого раствора с помощью известных из уровня техники электролизеров, имеющих электроды с фиксированной плоской геометрией, значительно хуже, чем у продукта, полученного из сульфата. Хотя и справедливо, как упомянуто выше, что осаждение из сульфата должно происходить при плотностях тока не выше 1 кА/м 2 также из-за проблемы со связностью («когерентностью») и блеском отложения, при работе в хлоридной среде даже при очень низкой плотности тока наблюдается заметное образование дендритов, что придает продукту недостаточную целостность (степень плотности) и матовый вид, обычно непригодные для коммерциализации, а также создает трудности при промывке и последующем плавлении самого продукта.

Целью настоящего изобретения является создание способа электрохимического выделения меди из хлористоводородных растворов, преодолевающего недостатки известного уровня техники.

Согласно одному аспекту целью настоящего изобретения является создание способа электрохимического выделения металлической меди в по существу не содержащей дендритов кристаллической форме, отличающегося улучшенной энергетической эффективностью.

Согласно другому аспекту целью настоящего изобретения является создание способа электрохимического выделения меди в кристаллической форме при плотности тока выше 1 кА/м 2 .

Согласно одному аспекту изобретение заключается в способе получения металлической меди из хлористоводородного раствора, предпочтительно содержащего хлорид одновалентной меди и, необязательно, хлорид двухвалентной меди, включающем в себя осаждение (отложение) на катоде, состоящем из нисходящего слоя постепенно растущих металлических шариков.

Согласно второму аспекту изобретение заключается в способе получения металлической меди и хлора из хлористоводородного раствора, подаваемого в электролизер с катодным фонтанирующим слоем металлических шариков и плоским анодом, разделенными полупроницаемой диафрагмой, предпочтительно с повторным использованием анодного продукта для разложения (вскрытия) медьсодержащего минерала, используемого для получения упомянутого хлористоводородного раствора.

Данный и другие аспекты будут пояснены с помощью последующего описания и примеров, которые имеют своей целью обеспечение четкого понимания изобретения без создания какого-либо его ограничения.

Авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что можно получить связанный (когерентный), блестящий и компактный катодный осадок кристаллической меди из хлористоводородных растворов, применяя электролизер с катодным фонтанирующим слоем постепенно растущих (увеличивающихся в размерах) металлических шариков, даже при плотности тока выше 1 кА/м 2 . Электролизеры такого типа, в которых в качестве анода предпочтительно применяется плоский элемент из титана или другого вентильного металла с каталитическим покрытием, а в качестве сепаратора — элемент, проницаемый для потока жидкости, но непроницаемый для металлических шариков, раскрыты в совместно поданной итальянской заявке на патент МI2002А001524, включенной сюда в качестве ссылки. В области электрометаллургии известно применение электролизеров с фонтанирующим слоем для осаждения различных металлов в кислотном растворе в ходе процессов, обеспечивающих выделение кислорода в качестве анодной полуреакции. Напротив, анодная полуреакция по выделению хлора, протекающая в результате применения содержащих хлорид-ионы электролитов, по существу не была исследована в данном контексте также из-за ее вряд ли реализуемой осуществимости, обусловленной образованием хлора на металлургических предприятиях, где применение данного газа обычно не предусмотрено. Тем не менее, в случае электрохимического выделения меди полученный в качестве продукта хлор реагирует, по меньшей мере частично, с избытком одновалентной меди в электролите, образуя хлорид двухвалентной меди; в случае сильного избытка ионов одновалентной меди общей анодной реакцией является просто окисление одновалентной меди до двухвалентной меди, без наличия какого-либо результирующего производства хлора. В любом случае анодный продукт, состоящий из раствора, обогащенного хлоридом двухвалентной меди и обедненного хлоридом одновалентной меди, и необязательно содержащий растворенный хлор, может быть с выгодой направлен назад в реактор, в котором осуществляется первичное выщелачивание руды, позволяя в наиболее благоприятных случаях работать практически по замкнутому циклу. Возможное присутствие свободного хлора обязательно влечет за собой аккуратный выбор конструкционных материалов из-за высокой коррозионной способности этого газа, а также катализатора, направленного на активацию анодной полуреакции. Поэтому все детали анодного отсека должны быть изготовлены с использованием титана или другого вентильного металла, как известно в области проектирования промышленных электролизеров; кроме того, по этой причине анод должен состоять из плоского и предпочтительно перфорированного элемента из титана или титанового сплава или другого вентильного металла, снабженного подходящим каталитическим покрытием. Последнее предпочтительно выполнено на основе благородных металлов, например рутения, платины или иридия, часто в виде оксидов и часто в смеси с оксидами вентильных металлов, таких как тантал или титан, как известно в области электрокатализа выделения хлора. Полупроницаемая диафрагма может быть плоским элементом, состоящим из любого изолирующего материала, или электрически изолированным на по меньшей мере одной поверхности, способным выдерживать сильно коррозионные условия внутри электролизера и снабженным, по меньшей мере со стороны, обращенной к катодному слою металлических шариков, подходящими отверстиями или порами, способными сегрегировать сами шарики, предотвращая их миграцию в анодный отсек и в то же время делая возможным поток жидкого электролита. Особенно предпочтительными материалами являются устойчивые к хлору полимерные полотна, обычно полученные из перфторированных полимеров или из неорганических волокон (например, на основе оксида циркония), связанных перфторированными полимерами (например, политетрафторэтиленом); однако в случае, когда процесс регулируют так, чтобы получить анодный продукт, по существу не содержащий свободного хлора (т.е. при избытке одновалентной меди, делающем возможной почти полную ее конверсию в хлорид двухвалентной меди), можно использовать сепараторы на основе нефторированных полимеров, таких как сложный полиэфир, полиэтилен или полипропилен. Когда растущие медные шарики достигают предусмотренного (заданного) диаметра, они могут быть выгружены из электролизера порциями или посредством непрерывного процесса, как раскрыто в той же цитированной заявке на патент. При работе таким образом получают блестящий и когерентный осадок при плотностях тока вплоть до 4 кА/м 2 , хотя по соображениям расхода энергии часто выбирают проведение процесса при несколько более низких плотностях тока. В отличие от дендритного осадка, получаемого в традиционном электролизере (ячейке) электрохимического выделения с плоским катодом, полученные таким образом шарики являются правильными и более удобными в обращении. Кроме того, они могут быть более легко промыты для удаления остатков электролита в конце этой операции, а также в результате значительно облегчается необязательная стадия плавления для их последующего повторного использования.

Не желая связывать сущность настоящего изобретения с какой-либо конкретной теорией, можно предположить, что данный неожиданный эффект осаждения на нисходящем слое растущих шариков приводит к отсутствию дендритов, потому что такие шарики фактически подвергаются влиянию электрического поля только на протяжении нескольких секунд за один раз, что достаточно для зарождения (образования зародышей) кристаллов меди, но не для их роста в дендритной форме. Само перемешивание может быть фактором, способствующим упорядоченности роста кристаллов, что известно специалистам в данной области, которые применяют вдувание воздуха или эквивалентные средства перемешивания для того, чтобы повысить критическую плотность тока в различных процессах первичного осаждения металлов; однако величина результата, достигнутого с помощью электролизера такого типа, указывает на то, что простое перемешивание не может быть единственным фактором, ответственным за получение высококачественного медного осадка из хлоридного раствора, особенно при повышенных плотностях тока.

Ячейка с фонтанирующим слоем и площадью активной поверхности в 60 см 2 была собрана согласно геометрии, описанной в МI2002А001524. В анодном отсеке использовали анод DSA ® (анод с постоянными размерами, от англ. «dimensionally stable anode») на титановой основе с покрытием на основе оксида тантала и рутения. В качестве сепаратора использовали пористое полиэтиленовое полотно толщиной 0,25 мм, выпускаемое фирмой Daramic ® (США) в качестве разделительного элемента для батарей. В ячейку в оба ее отсека подавали раствор, содержавший 30 г/л ионов одновалентной меди и 1 М HCl при 48°С. После начала циркуляции электролита в катодном отсеке в последний вводили медные шарики диаметром 1-2 мм и при этом расход устанавливали так, чтобы иметь однородный нисходящий слой шариков. Применяли плотность тока 2,5 кА/м 2 , которая приводила к напряжению ячейки 2,2 В. Испытание прерывали спустя 100 минут, и при этом был определен выход по току в 61%. Визуальное изучение продукта доказало, что был получен типичный образец кристаллического и когерентного осадка меди. Исследование в сканирующем электронном микроскопе доказало отсутствие образования дендритов.

Испытание согласно примеру 1 повторяли, добавив к электролиту 75 г/л хлорида натрия. Спустя 180 минут был определен выход по току в 67%. Было вновь обнаружено образование когерентного и блестящего осадка без каких-либо следов дендритов.

1. Способ получения металлической меди в, по существу, не содержащей дендритов кристаллической форме, осуществляемый в электролизере, разделенном на катодный отсек и анодный отсек, включающий в себя электрохимическое выделение из раствора хлорида одновалентной меди на катоде, состоящем из нисходящего слоя металлических шариков, при этом упомянутый раствор одновалентной меди необязательно содержит хлорид двухвалентной меди.

2. Способ по п.1, в котором упомянутый слой отделен от соответствующего анодного отсека посредством полупроницаемой диафрагмы, обеспечивающей циркуляцию электролита и в то же время препятствующей проходу упомянутых металлических шариков из катодного отсека в упомянутый анодный отсек.

3. Способ по п.2, в котором упомянутая полупроницаемая диафрагма представляет собой полотно из необязательно перфторированного полимера или полотно, полученное из волокон оксида циркония или другого устойчивого к хлору неорганического материала, связанных перфорированным полимером.

4. Способ по п.2 или 3, который включает в себя образование анодного продукта, содержащего хлорид двухвалентной меди и необязательно растворенный хлор.

5. Способ по п.4, в котором упомянутый анодный отсек содержит анод из титана или другого вентильного металла с каталитическим покрытием, содержащим благородные металлы и/или их оксиды.

6. Способ по п.4, который включает в себя применение упомянутого анодного продукта для разложения медной руды с образованием упомянутого раствора хлорида одновалентной меди и/или хлорида двухвалентной меди, используемого при упомянутом электрохимическом выделении.

7. Способ по п.5, который включает в себя применение упомянутого анодного продукта для разложения медной руды с образованием упомянутого раствора хлорида одновалентной меди и/или хлорида двухвалентной меди, используемого при упомянутом электрохимическом выделении.

8. Способ по п.6 или 7, в котором упомянутую медную руду выбирают из группы, состоящей из халькопирита, халькоцита, борнита, ковеллита, штейна и синтетических сульфидов.

9. Способ по п.1, в котором упомянутый раствор хлорида одновалентной меди, необязательно содержащий хлорид двухвалентной меди, представляет собой водный раствор, содержащий хлористоводородную кислоту и необязательно хлорид натрия.

10. Способ по п.9, в котором упомянутый раствор имеет рН не выше 2 и содержит от 5 до 75 г/л ионов одновалентной меди.

11. Способ по п.10, в котором упомянутый раствор дополнительно содержит от 60 до 300 г/л хлорида натрия.

12. Способ по п.1, в котором упомянутое электрохимическое выделение проводят при плотности тока между 1000 и 4000 А/м 2 .