Какие свойствами обладает оксид меди

All Metals

Металлы и Металлургия

Алюминий

Ванадий

Вольфрам

Германий

Железо

Золото

Кобальт

Магний

Марганец

Медь

Молибден

Никель

Ниобий

Олово

Палладий

Платина

Плутоний

Свинец

Серебро

Тантал

Титан

Уран

Хром

Цинк

Цирконий

1. Металлургия России
2. О металлах
3. Медь
4. Химические свойства

Растворимость меди в азотной кислоте

Такая реакция возможна ввиду того, что происходит процесс окисления металла сильным реагентом. Кислота азотная в разбавленном и концентрированном виде проявляет окислительные свойства с растворением меди.

В первом варианте во время реакции получается меди нитрат и азота двухвалентный оксид в соотношении 75 % к 25 %. Процесс с разбавленной кислотой азотной можно описать следующим уравнением:

8HNO 3 + 3Cu → 3Cu(NO 3) 2 + NO + NO + 4H 2 O.

Во втором случае получается меди нитрат и азота оксиды двухвалентные и четырёхвалентные, соотношение которых 1 к 1. В этом процессе участвует 1 моль металла и 3 моля кислоты азотной концентрированной. При растворении меди происходит сильный разогрев раствора, в результате чего наблюдается термическое разложение окислителя и выделение дополнительного объёма азотных оксидов:

4HNO 3 + Cu → Cu(NO 3) 2 + NO 2 + NO 2 + 2H 2 O.

Реакцию используют в малотоннажном производстве, связанном с переработкой лома или удалением покрытия с отходов. Однако такой способ растворения меди имеет ряд недостатков, связанных с выделением большого количества азотных оксидов. Для их улавливания или нейтрализации необходимо специальное оборудование. Процессы эти весьма затратные.

Растворение меди считается завершённым, когда происходит полное прекращение выработки летучих азотистых оксидов. Температура реакции колеблется от 60 до 70 °C. Следующим этапом является спуск раствора из На его дне остаются небольшие куски металла, который не прореагировал. К полученной жидкости добавляют воду и проводят фильтрацию.

Химические свойства

Химическая активность меди невелика. В сухой атмосфере медь практически не изменяется. Во влажном воздухе на поверхности меди в присутствии углекислого газа образуется зеленоватая пленка состава Cu(OH)2·CuCO3. Так как в воздухе всегда имеются следы сернистого газа и сероводорода, то в составе поверхностной пленки на металлической меди обычно имеются и сернистые соединения меди. Такая пленка, возникающая с течением времени на изделиях из меди и ее сплавов, называется патиной. Патина предохраняет металл от дальнейшего разрушения.

При нагревании на воздухе медь тускнеет и в конце концов чернеет из-за образования на поверхности оксидного слоя. Сначала образуется оксид Cu2O, затем — оксид CuO.

В сухом воздухе и кислороде при нормальных условиях медь не окисляется. Но она 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, с селеном. Но с водородом, углеродом и азотом медь не взаимодействует даже при высоких температурах. Кислоты, не обладающие окислительными свойствами, на медь не действуют, например, соляная и разбавленная серная кислоты. Но в присутствии кислорода воздуха медь растворяется в этих кислотах с образованием соответствующих солей:

Кроме того, медь можно перевести в раствор действием водных растворов цианидов или аммиака:

При нагревании металла на воздухе или в кислороде образуются оксиды меди: желтый или красный Cu2O и черный CuO. Повышение температуры способствует образованию преимущественно оксида меди(I) Cu2O. В лаборатории этот оксид удобно получать восстановлением щелочного раствора соли меди(II) глюкозой, гидразином или гидроксиламином:

Эта реакция – основа чувствительного теста Фелинга на сахара и другие восстановители. К испытываемому веществу добавляют раствор соли меди(II) в щелочном растворе. Если вещество является восстановителем, появляется характерный красный осадок.

Поскольку катион Cu+ в водном растворе неустойчив, при действии кислот на Cu2O происходит либо дисмутация, либо комплексообразование:

Оксид Cu2O заметно взаимодействует со щелочами. При этом образуется комплекс:

Оксиды меди не растворимы в воде и не реагируют с ней. Единственный гидроксид меди Cu(OH)2 обычно получают добавлением щелочи к водному раствору соли меди(II). Бледно-голубой осадок гидроксида меди(II), проявляющий амфотерные свойства (способность химических соединений проявлять либо основные, либо кислотные свойства), можно растворить не только в кислотах, но и в концентрированных щелочах. При этом образуются темно-синие растворы, содержащие частицы типа [Cu(OH)4] 2– . Гидроксид меди(II) растворяется также в растворе аммиака:

Гидроксид меди(II) термически неустойчив и при нагревании разлагается:

Большой интерес к химии оксидов меди в последние два десятилетия связан с получением высокотемпературных сверхпроводников, из которых наиболее известен YBa2Cu3O7. В 1987 было показано, что при температуре жидкого азота это соединение является сверхпроводником. Главные проблемы, препятствующие его широкомасштабному практическому применению, лежат в области обработки материала. Сейчас наиболее перспективным считается изготовление тонких пленок.

Многие из халькогенидов меди – нестехиометрические соединения. Сульфид меди(I) Cu2S образуется при сильном нагревании меди в парах серы или в среде сероводорода. При пропускании сероводорода через водные растворы, содержащие катионы Cu 2+ , выделяется коллоидный осадок состава CuS. Однако, CuS – не простое соединение меди(II). Оно содержит группу S2 и лучше описывается формулой Cu I 2Cu II (S2)S. Селениды и теллуриды меди проявляют металлические свойства, а CuSe2, CuTe2, CuS и CuS2 при низких температурах являются сверхпроводниками.

Практическое значение имеет способность меди реагировать с растворами солей железа (III), причем медь переходит в раствор, а железо (III) восстанавливается до железа (II):

Этот процесс травления меди хлоридом железа (III) используют, в частности, при необходимости удалить в определенных местах слой напыленной на пластмассу меди.

Ионы меди Cu 2+ легко образуют комплексы с аммиаком, например, состава [Cu(NH3)] 2+ . При пропускании через аммиачные растворы солей меди ацетилена С2Н2 в осадок выпадает карбид (точнее, ацетиленид) меди CuC2.

Химические свойства[править | править код]

Оксид меди(II) реагирует с кислотами с образованием соответствующих солей меди(II) и воды:

C u O + 2 H N O 3 → C u ( N O 3 ) 2 + H 2 O {displaystyle {mathsf {CuO+2HNO_{3}rightarrow Cu(NO_{3})_{2}+H_{2}O}}}

При сплавлении CuO со щелочами образуются купраты:

C u O + 2 K O H → o t K 2 C u O 2 + H 2 O {displaystyle {mathsf {CuO+2KOH{xrightarrow {^{o}t}}K_{2}CuO_{2}+H_{2}O}}}

При нагревании до 1100 °C разлагается на медь и кислород.

Оксиду меди(II) соответствует гидроксид меди(II) Cu(OH)2, который является очень слабым основанием. Он способен растворяться в концентрированных растворах щелочей с образованием комплексов (то есть обладает слабыми амфотерными свойствами):

C u ( O H ) 2 + 2 N a O H → N a 2 [ C u ( O H ) 4 ] {displaystyle {mathsf {Cu(OH)_{2}+2NaOHrightarrow Na_{2}[Cu(OH)_{4}]}}} (тетрагидроксокупрат(II) натрия).

Оксид меди(II) восстанавливается до металлической меди аммиаком, монооксидом углерода, водородом, углем:

C u O + H 2 → C u + H 2 O {displaystyle {mathsf {CuO+H_{2}rightarrow Cu+H_{2}O}}} 2 C u O + C → 2 C u + C O 2 {displaystyle {mathsf {2CuO+Crightarrow 2Cu+CO_{2}}}}

Медь (Cu)

Медь (купрум, свое название получила в честь острова Кипр, где было открытое крупное медное месторождение) является одним из первых металлов, который освоил человек – Медный век (эпоха, когда в обиходе человека преобладали медные орудия) охватывает период IV—III тысячелетия до н. э.

Сплав меди с оловом (бронза) был получен на Ближнем Востоке за 3000 лет до н. э. Бронза была предпочтительней меди, поскольку была более прочна и лучше поддавалась ковке.

Среднее содержание меди в земной коре составляет 4,7-5,5·10 -3 % по массе. Медь присутствует в природе, как в виде самородков, так и в соединений, наибольшее промышленное значение из которых имеют медный колчедан (CuFeS2), халькозин Cu2S и борнит Cu5FeS4. Разработка медных месторождений ведется открытым способом.

Распространение меди в природе

Среднее содержание меди в земной коре 4,7·10-3 % (по массе), в нижней части земной коры, сложенной основными породами, ее больше (1·10-2%), чем в верхней (2·10-3%), где преобладают граниты и другие кислые изверженные породы. Медь энергично мигрирует как в горячих водах глубин, так и в холодных растворах биосферы; сероводород осаждает из природных вод различные сульфиды Меди, имеющие большое промышленное значение. Среди многочисленных минералов Меди преобладают сульфиды, фосфаты, сульфаты, хлориды, известны также самородная Медь, карбонаты и оксиды.

Медь — важный элемент жизни, она участвует во многих физиологических процессах. Среднее содержание меди в живом веществе 2·10-4%, известны организмы — концентраторы меди. В таежных и других ландшафтах влажного климата медь сравнительно легко выщелачивается из кислых почв, здесь местами наблюдается дефицит меди и связанные с ним болезни растений и животных (особенно на песках и торфяниках). В степях и пустынях (с характерными для них слабощелочными растворами) медь малоподвижна; на участках месторождений Медь наблюдается ее избыток в почвах и растениях, отчего болеют домашние животные.

В речной воде очень мало меди, 1·10-7%. Приносимая в океан со стоком медь сравнительно быстро переходит в морские илы. Поэтому глины и сланцы несколько обогащены медью (5,7·10-3%), а морская вода резко недосыщена медью (3·10-7%).

В морях прошлых геологических эпох местами происходило значительное накопление меди в илах, приведшее к образованию месторождений (например, Мансфельд в Германии). Медь энергично мигрирует и в подземных водах биосферы, с этими процессами связано накопление медных руд в песчаниках.

Соединения меди

Оксид меди CuO (II):

• твердое вещество красно-коричневого цвета, не растворимое в воде, проявляет основные свойства;
• при нагревании в присутствии восстановителей дает свободную медь: CuO + H2 = Cu + H2O;
• оксид меди получают взаимодействием меди с кислородом или разложением гидроксида меди (II): O2 + 2Cu = 2CuO; Cu(OH)2 = CuO + H2O.

Гидроксид меди Cu(OH2)(II):

• кристаллическое или аморфное вещество голубого цвета, нерастворимое в воде;
• разлагается на воду и оксид меди при нагревании;
• реагирует с кислотами, образуя соответствующие соли: Cu(OH2) + H2SO4 = CuSO4 + 2H2O;
• реагирует с растворами щелочей, образуя купраты – комплексные сооединения ярко-синего цвета: Cu(OH2) + 2KOH = K2[Cu(OH)4].

Более подробно о соединениях меди см. Оксиды меди.

Характеристиеа свойств меди и её соединений

Задача 984. Написать уравнения реакций взаимодействия меди с разбавленной (1 : 2) и концентрированной азотной кислотой. Почему медь не растворяется в соляной кислоте? Решение:

3Cu + 8HNO3(разб.) → 3Сu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O;

Cu + 4HNO3(конц.) → Сu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O.

Медь не растворяется в соляной кислоте, потому что она в ряду напряжений стоит правее водорода и поэтому не вытесняет водород из кислоты. Однако в присутствии кислорода воздуха медь растворяется в разбавленной соляной и серной кислоте с образованием соответствующей соли:

2Cu + 4HCl + O2 → 2CuCl2 + 2H2O

Задача 985. Как взаимодействуют соли меди с растворами щелочей и гидроксида аммония? Решение:а) Соли меди (II) с растворами щелочей образуют гидроксид меди (II) и соответствующую соль:

CuSO4 +2NaOH = Cu(OH)2↓ + Na2SO4

Уже при слабом нагревании даже под водой гидроксид меди (II) разлагается, превращаясь в чёрный оксид меди(II):

Cu(OH)2 CuO + H2O

б) Характерной особенностью солей меди (II) является то, что при их взаимодействии с гидроксидом аммония осадка Cu(OH)2 не образуется. Если к раствору сульфата меди (II) приливать раствор аммиака, то сначала выпадает голубой осадок основной соли, который легко растворяется в избытке аммиака, окрашивая жидкость в интенсивно синий цвет обусловленный комплексным ионом [Cu(NH3)4]2+. При испарении воды ионы [Cu(NH3)4]2+ связываются ионами кислотного остатка SO42- и из раствора выделяется тёмно-синие кристаллы, состав которых можно выразить формулой [Cu(NH3)4]SO4. H2O. Таким образом, при взаимодействии CuSO4 с NH4OH происходит реакция:

CuSO4 + 4NH4OH = [Cu(NH3)4]SO4 + 4Н2О

или в ионно-молекулярной форме:

Cu2+ + 4NH4+ = [Cu(NH3)4]2+ + 4H2O

Задача 986. Какие процессы происходят при электролизе растворов сульфата меди: а) с медными; б) с платиновыми электродами? Решение:а) Электролиз раствора сульфата меди с медными электродами. Стандартный электродный потенциал системы Сu2+ +2 = Cu0 (+0,337

B) значительно выше, чем потенциал водородного электрода в кислой среде (0,000 В). Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление меди, сопровождающееся отложением чистой меди на медном катоде:

Сu2+ + 2 = Cu0

Так как значения стандартных электродных потенциалов окисления воды и окисления SO42- значительно выше, чем потенциал окисления меди, то на аноде будет протекать процесс окисления меди:

Сu0 — 2 = Cu2+

Таким образом, при электролизе раствора сульфата меди на медных электродах происходит растворение медного анода и отложение чистой меди на медном катоде. Данный процесс можно применить для очистки меди от примесей (электрохимическое рафинирование).

б) При электролизе раствора CuSO4 с платиновыми электродами. Медь в ряду напряжений расположена после водорода; поэтому у катода будет происходить разряд ионов Cu2+ и выделение металлической меди:

Сu2+ + 2 = Cu0

На аноде будет разряжаться вода, потому что стандартный электродный потенциал электрохимического окисления воды (1,228 В), значительно ниже, чем стандартный электродный потенциал (2,01 В), характеризующий систему

SO42- = S2O82- +2 .

Ионы SO42-, движущиеся при этом электролизе к аноду, будут накапливаться в анодном пространстве и вместе с ионами Н+ образуют систему, состоящую из серной кислоты.

У анода: 2Н2О + 4 = О2 + 4Н+

Таким образом, при электролизе раствора сульфата меди на платиновых электродах на катоде будет выделяться металлическая медь, а на аноде – газообразный кислород и в анодном пространстве будет накапливаться серная кислота.

Получение и применение меди

• пирометаллургическим методом медь получают из сульфидных руд при высоких температурах: CuFeS2 + O2 + SiO2 → Cu + FeSiO3 + SO2;
• оксид меди восстанавливается до металлической меди водородом, угарным газом, активными металлами: Cu2O + H2 = 2Cu + H2O; Cu2O + CO = 2Cu + CO2; Cu2O + Mg = 2Cu + MgO.

Применение меди обусловливается ее высокой электро- и теплопроводностью, а также пластичностью:

• изготовление электрических проводов и кабелей;
• в теплообменной аппаратуре;
• в металлургии для получения сплавов: бронзы, латуни, мельхиора;
• в радиоэлектронике.

Если вам понравился сайт, будем благодарны за его популяризацию

( 2 оценки, среднее 5 из 5 )