Соляная кислота медная проволока уравнение

Электролиз с переменным током (соляная кислота, медные электроды)

Электропроводность, электролиты, электролиз с переменным током ч.8

Провел несколько опытов по электролизу хлорида натрия переменным током. В первом опыте налил в бюкс насыщенный раствор поваренной соли (профильтрованная каменная соль), опустил два медных электрода (те же, что и в предыдущем опыте) и дал 10 вольт (от розетки 220 В через ЛАТР). Первоначально не наблюдалось видимых изменений, но потом стало видно, что поверхность электродов стала «губчатой». Когда поднял напряжение до 20 В, раствор начал греться и закипать — пришлось снизить напряжение до 10 В.

Добавил в бюкс раствор фенолфталеина и встряхнул — электролит стал малиновым, с электродов осыпался осадок. Началось активное выделение газа.

Электролиз с переменным током (хлорид натрия, медные электроды)

Добавлен фенолфталеин (спиртовый раствор)

Второй опыт. Заменил электролит, электроды не промывал (чтобы не затронуть губку). Остатки фенолфталеина окрасили сначала электроды, а потом и раствор в слабо-малиновый цвет. Было заметно, как на расплющенной проволоке образуется губчатая медь, часть ее непрерывно опадала на дно. Временами на электродах выделялся газ.

Раствор грелся, но не сильно. Примерно через 5 минут прекратил электролиз, вынул электроды. Стало видно, что оба они покрыты губчатой медью.

Электролиз с переменным током (хлорид натрия, медные электроды)

Электролиз с переменным током (хлорид натрия, медные электроды)

Электропроводность, электролиты, электролиз с переменным током ч.9

В данном эксперименте напряжение было не 10, а 220 В (переменный ток), ячейка с насыщенным раствором поваренной соли была подключена не через ЛАТР, а последовательно с лампой накаливания, как в опыте по демонстрации электропроводности (собственно, с этого опыта все и началось). Электроды: в одном случае — медь и сталь, в другом — два железных гвоздя.

После включения тока лампа загорелась, зато в ячейке никаких видимых изменений не происходило (в некоторых случаях было слабое и непродолжительное выделения газа). Добавил фенолфталеин (раствор в спирте). Жидкость возле обоих электродов окрасилась в малиновый цвет, но окрашенным был только приэлектродный слой, примем, окрашенный слой был несплошной и нестабильный: в одном месте окраска появлялась, в другом исчезала.

Тема исследовательской работы: Медь — биогенный элемент. Изучение механизма растворения меди в соляной кислоте и получение ее солей (I) (стр. 4 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4

H2[CuCl4] + Cu = 2H[CuCl2]

Во второй бутылочке раствор свободно контактировал с воздухом. В ней притекали

Медная проволока в концентрированном растворе соляной кислоты

две противоположные реакции. В нижнем слое жидкости H2[CuCl4] восстанавливался металлической медью до H[CuCl2], а возле поверхности раствора происходил обратный процесс: H[CuCl2] окислялся кислородом до H2[CuCl4]. 4H[CuCl2] + 8HCl + O2 = > 4H2[CuCl4] + 2H2O

В системе установилось динамическое равновесие между Cu(II) и Cu(I), которое легко нарушить. Если плотно закрыть бутылочку, то кислород в ней постепенно израсходуется, и медь в растворе перейдет в бесцветный комплекс H[CuCl2]. Если же наоборот открыть ватный тампон и встряхивать содержимое (а еще лучше – барботировать через раствор воздух), то медная проволока со временем растворится с образованием окрашенного H2[CuCl4].

На этом и основан механизм растворения меди в соляной кислоте в присутствии воздуха. Сначала под действием кислорода медь окисляется, образуя немного оксида Cu2O. Оксид растворяется в кислоте и переходит в хлоридный комплекс меди (I) — H[CuCl2], который под действием кислорода превращается в H2[CuCl4]. Последний восстанавливается медью до H[CuCl2]. Медь при этом растворяется. Кислород воздуха снова окисляет H[CuCl2] до H2[CuCl4] и процесс повторяется до тех пор, пока не закончится один из реагентов.

В пробирку с аммиаком добавили несколько капель раствора, полученного действием конц. HCl на медь в присутствии воздуха. При стоянии окраска синего раствора значительно усилилась

Это обусловлено тем, что в растворе одновременно присутствовали Cu(I) и Cu(II). Одновалентная медь образует с аммиаком бесцветный комплекс [Cu(NH3)2](OH), который при стоянии на воздухе окисляется до синего [Cu(NH3)4](OH)2 и интенсивность окраски раствора возрастает.

После экспериментов у нас остался солянокислый раствор хлорида меди (II).

2.2. Получение солей меди (I)

Хлорид меди (I) CuCl

Как было сказано в предыдущем пункте, при реакции металлической меди с хлоридом меди (II) в соляной кислоте образуется растворимый комплекс одновалентной меди H[CuCl2]. Выделить CuCl из такого раствора очень просто –достаточно разбавить его большим количеством воды. В результате комплекс разрушится, и хлорид меди (I) выпадет в виде белого осадка.

На дно колбы насыпаем кусочки медной проволоки (очищенные от лака) или медную стружку. Заливаем медь солянокислым раствором CuCl2, который мы получили в прошлом эксперименте (растворение меди в смеси HCl + H2O2). Неплотно накрываем колбу стеклянной пробкой и нагреваем (жидкость должна слегка кипеть).

Реакция меди с солянокислым раствором CuCl2

Буквально через несколько минут станет заметно, что раствор бледнеет. При дальнейшем кипячении раствор обесцветится.

CuCl2 + Cu = 2CuCl CuCl + HCl = H[CuCl2]

Для того чтобы сместить равновесие последней реакции влево, выливаем

содержимое колбы в стакан с большим количеством воды. Перед экспериментом воду прокипятили и охладили в условиях минимального контакта с воздухом.

Это необходимо, чтобы уменьшить окисление одновалентной меди.

В результате содержимое колбы станет молочно-белым, а через несколько минут выпадет осадок. Декантрируем раствор с осадка, добавляем в колбу небольшое количество дистиллированной воды и быстро переносим содержимое колбы на фильтр. После того, как раствор отфильтруется, полезно промыть продукт спиртом или ацетоном – это уменьшит окисление. Но для некоторых экспериментов фильтровать CuCl совсем не обязательно – можно использовать его суспензию в воде.

К суспензии хлорида меди добавим раствор едкого натра. Образуется желтый

осадок гидроксида меди (I) CuOH:

CuCl + NaOH = CuOH + NaCl

Если стакан слегка подогреть на плитке, осадок станет красно-коричневого цвета

– в результате образования Cu2O:

2CuOH = Cu2O + H2O

Теперь к суспензии хлорида одновалентной меди добавим раствор аммиака.

Осадок растворится, раствор станет слегка синим. Но уже через несколько минут окраска раствора будет темно-синей (объяснение дано в п.2.2)..

Взаимодействие CuCl с раствором аммиака

CuClт + 2NH3.H2Oж = [Cu(NH3)2]Clр

На воздухе влажный CuCl быстро окисляется, в результате белый осадок

становится голубым и зеленым.

Окисление влажного CuCl на воздухе

Сульфат меди (I) Cu2SO4

Сначала попробуем получить сульфат одновалентной меди аналогично хлориду.

Для этого в колбочке прокипятили кусочки медной проволочки с раствором CuSO4, подкисленным серной кислотой. Легко убедиться, что никакой реакции не происходит –даже при длительном нагревании. Попытки получить Cu2SO4 из хлорида или иодида одновалентной меди также не принесли успеха.

Для синтеза Cu2SO4 использовали взаимодействие меди с концентрированной серной кислотой при 200 ºС. Если мы не ставим задачи препаративного получения Cu2SO4, то температуру контролировать не обязательно – достаточно нагреть кислоту до образования белых паров.

Налили в колбочку 15-20 мл конц. H2SO4, неплотно накрыли ее стеклянной крышкой, и нагрели на песчаной бане до образования белых паров. Затем аккуратно небольшими порциями бросали в нее кусочки медной проволоки. Добавление меди вызывает активное выделение газа и образование тумана. Жидкость в колбе станет темно-зеленой, постепенно выпадет серый осадок. Это и есть сульфат одновалентной меди. Когда выделение газа уменьшилось, охладили колбу и осторожно слили раствор с осадка. В колбу аккуратно добавили 20 мл воды. Раствор стал голубым, серый осадок Cu2SO4 постепенно (через несколько минут) превратился в красноватый осадок меди:

Cu2SO4 => Cu + CuSO4

Реакция меди с концентрированной серной кислотой с образованием Cu2SO4

Разложение осадка сульфата одновалентной меди при действии воды

(В колбе также видны остатки медной проволоки)

В результате разложения осадка голубая окраска раствора будет постепенно

Попробовали получить фосфат одновалентной меди с помощью

восстановления фосфорнокислого раствора Cu (II) металлической медью. Для этого растворили в фосфорной кислоте основный карбонат меди – до синей окраски раствора, добавили обрезки медной проволоки и нагревали раствор. Легко убедиться, что реакция не идет.

Вероятно, фосфат одновалентной меди можно получить каким-то другим

Методом. Ведь Cu2SO4 тоже не образуется при восстановлении CuSO4, зато его можно легко синтезировать с помощью реакции металла с кислотой.

Но в случае фосфата все гораздо сложнее – ортофосфат меди (I) синтезировать так и не удалось. Медь (I) в присутствии анионов фосфата становится нестабильной: она должна либо окислиться до Cu(II), либо восстановиться до металла. Фосфат и одновалентная медь могут одновременно присутствовать в растворе только тогда, когда Cu(I) образует прочные комплексы с другими лигандами.

Выводы

1. Проведено сравнение свойств меди и ее соединений, взятых из учебной и научной литературы разного уровня сложности: для учащихся средней школы и для студентов химических институтов.

2. Определены свойства меди, представления о которых нам пришлось пересмотреть: возможность взаимодействия меди с разбавленной серной и концентрированной соляной кислотами; растворение меди в водных растворах аммиака; взаимодействие с соляной кислотой в различных условиях. В условиях школьной лаборатории выбраны методики, проведены опыты и получены данные, подтверждающие наши новые знания.

3. Найдены литературные данные об амфотерных свойствах оксидов меди(I) и меди(II), гидроксида меди(II), а также о возможности растворения этих соединений в водном растворе аммиака. Проведены опыты по получению солей меди (I).Фосфат получить не удалось.

Литература

[2]. Глинка химия. М.: «Химия», 1988 – 720с.

[3]. Некрасов общей химии: в 2-х т. М.: «Химия», 1973 — 656 с., 688 с.

[4]. Крешков аналитической химии. В 2т. М.: «Химия», 1970 – 424 с.

[5]. Лурье по аналитической химии. М.: «Химия», 1989 – 448 с.

[6]. , Беспалов проблемы методики

обучения химии в школе. М.: Изд-во «Первое сентября», 2007 – 222 с.

[7]. Беспалов результат или закономерность? //

«Химия в школе». 2002. № 4. С.68-72.

[8]. , Фельдман 8 класс, 9 класс. М.: «Просвещение», 2008.

[9]. Ковалевская 8, 9 классы. Основные понятия в таблицах и схемах. М.: «Издат. – школа», 1997 — 96 с.