Concepte generale despre hidroliza sulfatului de cupru (II).
DEFINIȚIE
Sulfat de cupru (II).- sare medie. Absoarbe umezeala. Sulfatul de cupru (II) anhidru este cristale incolore, opace.
Dacă este prezentă apă (numele trivial este sulfat de cupru), atunci cristalele sunt albastre. Formula CuSO 4.
Orez. 1. Sulfat de cupru (II). Aspect.
Hidroliza sulfatului de cupru (II).
Sulfatul de cupru (II) este o sare formată dintr-un acid puternic - sulfuric (H 2 SO 4) și o bază slabă - hidroxid de cupru (II) (Cu (OH) 2). Se hidrolizează la cation. Natura mediului este acru. Teoretic, o a doua etapă este posibilă.
Primul stagiu:
CuSO 4 ↔ Cu 2+ + SO 4 2- ;
Cu 2+ + SO 4 2- + HOH ↔ CuOH + + SO 4 2- + H + ;
CuSO 4 + HOH ↔ 2 SO 4 + H 2 SO 4.
A doua faza:
2SO4 ↔ 2CuOH + +SO42-;
CuOH + + SO 4 2 + HOH ↔ Cu(OH) 2 + SO 4 2 + HOH.
2 SO 4 + HOH ↔Cu(OH) 2 + H 2 SO 4.
Exemple de rezolvare a problemelor
EXEMPLUL 1
| Exercițiu | La o soluție de sulfat de cupru (II) care cântărește 25 g s-au adăugat pilitură de fier (3,1 g). Determinați ce masă de cupru s-a format în timpul reacției. |
| Soluţie | Să scriem ecuația reacției: CuSO 4 + Fe = FeSO 4 + Cu↓. Să calculăm cantitățile de substanțe care au reacționat. Masele molare, care sunt 160 și, respectiv, 56 g/mol pentru cupru (II) și sulfat de fier: υ(CuS04) = m (CuS04)/M(CuS04) = 25/160 = 0,16 mol. υ(Fe)= m(Fe)/M(Fe) = 3,1/56 = 0,05 mol. Să comparăm valorile obținute: υ(CuSO4)>υ(Fe). Facem calcule pe baza substanței care este insuficientă. Acesta este fier. Conform ecuației reacției υ(Fe)=υ(Cu)= 0,05 mol. Apoi masa cuprului va fi egală (masa molară - 64 g/mol): m(Cu)= υ(Cu)× M(Cu)= 0,05×64 =3,2 g. |
| Răspuns | Masa cuprului este de 3,2 g. |
EXEMPLUL 2
| Exercițiu | Ce concentrație va fi a unei soluții de sulfat de cupru (II) dacă la 180 g de soluție 30% din această sare se mai adaugă încă 10 g din aceeași substanță? |
| Soluţie | Să aflăm masa sulfatului de cupru (II) dizolvat într-o soluție de 30%: ω=m soluție /m soluție ×100%. m soluție (CuSO 4) = ω/100% × m soluție (CuSO 4) = 30/100 × 180 = 54 g. Să aflăm masa totală de sulfat de cupru (II) dizolvat în noua soluție: m solut (CuSO 4) suma = m solut (CuSO 4) + m(CuSO 4) = 54 + 10 = 64 g. Să calculăm masa noii soluții: m soluție (CuSO4) suma = m soluție (CuSO4) + m(CuSO4) = 180+10 = 190 g. Să determinăm concentrația de masă a noii soluții: ω=m solut (CuSO 4) sumă / m soluție (CuSO 4) sumă ×100% = 64/190 ×100% =33,68%. |
| Răspuns | Concentrația soluției 33,68% |
SO 4
Scop: obținerea unui complex sulfat de cupru–tetroamino sare din sulfat de cupru CuSO 4 ∙5H 2 O și o soluție concentrată de amoniac NH 4 OH.
Măsuri de siguranță:
1. Recipientele din sticlă pentru produse chimice necesită o manipulare atentă înainte de a începe lucrul, ar trebui să le verificați dacă nu există fisuri.
2. Înainte de a începe lucrul, ar trebui să verificați funcționalitatea aparatelor electrice.
3. Încălziți numai în recipiente rezistente la căldură.
4. Folosiți substanțele chimice cu grijă și cu moderație. reactivi. Nu le gusta, nu le mirosi.
5. Munca trebuie efectuată în halate.
6. Amoniacul este otrăvitor, iar vaporii săi irită mucoasa.
Reactivi si echipamente:
Soluție concentrată de amoniac - NH 4 OH
Alcool etilic – C 2 H 5 OH
Sulfat de cupru - CuSO 4 ∙ 5H 2 O
Apa distilata
Cilindri gradați
vase Petri
Pompa de vid (pompa de vid cu jet de apa)
Pâlnii de sticlă
Raționament teoretic:
Compușii complecși sunt substanțe care conțin un agent de complexare cu care se asociază un anumit număr de ioni sau molecule numite aditivi sau legende. Agentul de complexare cu aditivi constituie sfera interioară a compusului complex. În sfera exterioară a compușilor complecși există un ion legat de ionul complex.
Compușii complecși se obțin prin interacțiunea unor substanțe de compoziție mai simplă. În soluțiile apoase se disociază pentru a forma un ion complex încărcat pozitiv sau negativ și anionul sau cationul corespunzător.
SO 4 = 2+ + SO 4 2-
2+ = Cu 2+ + 4NH 3 –
Complexul 2+ colorează soluția cu albastru floarea de colț, dar Cu2+ și 4NH3 luate separat nu dau o astfel de culoare. Compușii complecși sunt de mare importanță în chimia aplicată.
SO4 - cristale de culoare violet închis, solubile în apă, dar nu solubile în alcool Când este încălzită la 1200C, pierde apă și o parte din amoniac, iar la 2600C, pierde tot amoniacul.
Ecuația de sinteză:
CuSO4 ∙ 5H2O +4NH4OH = SO4 ∙ H2O +8H2O
CuSO4 ∙ 5H2O + 4NH4OH= SO4 ∙ H2O +8H2O
Mm CuSO4∙5H2O = 250 g/mol
mm SO4 ∙ H2O = 246 g/mol
6g CuSO4∙5H2O - Xg
250 g CuSO4∙5H2O - 246 SO4∙H2O
Х=246∙6/250= 5,9 g SO4 ∙ H2O
Progres:
Se dizolvă 6 g de sulfat de cupru în 10 ml de apă distilată într-un pahar termorezistent. Încălzește soluția. Se amestecă energic până se dizolvă complet, apoi se adaugă soluție concentrată de amoniac în porții mici până când apare o soluție de sare complexă violet.
Apoi transferați soluția într-un vas Petri sau vas de porțelan și precipitați cristalele de sare complexă cu alcool etilic, care se toarnă cu o biuretă timp de 30-40 de minute, volumul de alcool etilic este de 5-8 ml.
Se filtrează cristalele complexe de sare rezultate pe o pâlnie Buchner și se lasă să se usuce până a doua zi. Apoi se cântăresc cristalele și se calculează randamentul %.
5,9 g SO4 ∙ H2O - 100%
m de probă – X
X = m proba ∙100% / 5,9 g
Întrebări de control:
1. Ce tip de legături chimice sunt în sărurile complexe?
2.Care este mecanismul de formare a unui ion complex?
3.Cum se determină sarcina unui agent de complexare și a unui ion complex?
4.Cum se disociază o sare complexă?
5. Alcătuiți formule pentru compuși complecși dicyano - argentat de sodiu.
Lucrare de laborator nr 6
Prepararea acidului ortoboric
Ţintă: obţine acid ortoboric din borax şi acid clorhidric.
Măsuri de siguranță:
1. Recipientele din sticlă pentru produse chimice necesită o manipulare atentă și trebuie verificate pentru a nu exista fisuri înainte de utilizare.
2. Înainte de a începe lucrul, ar trebui să verificați funcționalitatea aparatelor electrice.
3. Încălziți numai în recipiente rezistente la căldură.
4. Folosiți substanțele chimice cu grijă și cu moderație. Nu le gusta, nu le mirosi.
5. Lucrările trebuie efectuate în halate.
Echipamente și reactivi:
Tetraborat de sodiu (decahidrat) – Na 2 B 4 O 7 *10H 2 O
Acid clorhidric (conc.) – HCl
Apa distilata
Aragaz electric, pompa de vid (pompa de vid cu jet de apa), pahare, hartie de filtru, pahare de portelan, baghete de sticla, palnie de sticla.
Progres:
Se dizolvă 5 g de tetraborat de sodiu decahidrat în 12,5 ml apă clocotită, se adaugă 6 ml soluție de acid clorhidric și se lasă să stea 24 de ore.
Na 2 B 4 O 7 * 10H 2 O + 2HCl + 5H 2 O = 4H 3 BO 3 + 2NaCl
Precipitatul de acid ortoboric rezultat se decantează, se spală cu o cantitate mică de apă, se filtrează sub vid și se usucă între foi de hârtie de filtru la 50-60 0 C într-un cuptor.
Pentru a obține cristale mai pure, acidul ortoboric este recristalizat. Calculați rezultatul teoretic și practic
Întrebări de control:
1. Formula structurală a boraxului, acidului boric.
2. Disocierea boraxului, acidului boric.
3. Creați o formulă pentru acidul tetraborat de sodiu.
Lucrare de laborator nr 7
Prepararea oxidului de cupru (II).
Ţintă: se obține oxid de cupru (II) CuO din sulfatul de cupru.
Reactivi:
Sulfat de cupru (II) CuS042-*5H2O.
Hidroxid de potasiu și sodiu.
Soluție de amoniac (p=0,91 g/cm3)
Apa distilata
Echipament: cantare tehnochimice, filtre, pahare, cilindri, pompa de vid(pompa de vid cu jet de apa) , termometre, aragaz electric, palnie Buchner, balon Bunsen.
Partea teoretica:
Oxidul de cupru (II) CuO este o pulbere negru-maro, la 1026 0 C se descompune în Cu 2 O și O 2, aproape insolubil în apă, solubil în amoniac. Oxidul de cupru (II) CuO se găsește în mod natural ca un produs de intemperii negru, pământesc al minereurilor de cupru (melaconit). În lava Vezuviului s-a găsit cristalizat sub formă de tablete triclinice negre (tenorit).
Artificial, oxidul de cupru se obtine prin incalzirea cuprului sub forma de talas sau sarma in aer, la o temperatura incinsa (200-375 0 C) sau prin calcinarea nitratului de carbon. Oxidul de cupru astfel obținut este amorf și are o capacitate pronunțată de adsorbție a gazelor. La calcinare, la o temperatură mai ridicată, pe suprafața cuprului se formează un sol cu două straturi: stratul de suprafață este oxid de cupru (II), iar stratul interior este oxid de cupru (I) roșu Cu 2 O.
Oxidul de cupru este utilizat în producția de emailuri de sticlă pentru a conferi o culoare verde sau albastră, în plus, CuO este utilizat în producția de sticlă cupru-rubin. Când este încălzit cu substanțe organice, oxidul de cupru le oxidează, transformând carbonul și dioxidul de carbon și hidrogenul în oxid și fiind redus în cupru metalic. Această reacție este utilizată în analiza elementară a substanțelor organice pentru a determina conținutul de carbon și hidrogen din acestea. De asemenea, este folosit în medicină, în principal sub formă de unguente.
2. Pregătiți o soluție saturată din cantitatea calculată de sulfat de cupru la 40 0 C.
3. Pregătiți o soluție alcalină 6% din cantitatea calculată.
4. Se încălzește soluția alcalină la 80-90 0 C și se toarnă soluția de sulfat de cupru în ea.
5. Amestecul se încălzește la 90 0 C timp de 10-15 minute.
6. Precipitatul care se formează se lasă să se depună și se spală cu apă până când ionul este îndepărtat. S042- (probă BaCI2 + HCI).
Denumiri de săruri.
Dacă un metal are o valență variabilă, atunci este indicat după elementul chimic printr-o cifră romană cuprinsă între paranteze. De exemplu, CuS04 este sulfat de cupru (II).
Sarcina nr. 2.
Condiții pentru îndeplinirea sarcinii:
Sarcina nr. 2. Desenați diagrame electronice ale structurii ionilor Na +, Ca 2+, Fe 3+.
Sarcina nr. 1. Tipuri de sisteme disperse. Clasificarea solutiilor.
Sarcina nr. 2. Indicați caracteristicile structurii electronice a atomilor de cupru (nr. 28), crom (nr. 24).
Sarcina nr. 1 .
Tipuri de sisteme disperse
Un sistem dispers este un sistem în care o substanță este fin împărțită într-o altă substanță.
Faza dispersată este o substanță zdrobită.
Mediul de dispersie este o substanță în care este distribuită faza dispersată.
După starea lor de agregare se disting:
– sisteme de gaze (aer);
– sisteme solide (aliaje metalice);
– lichid (mediu de dispersie - apă, benzen, alcool etilic).
Un sistem omogen solid sau lichid format din 2 sau mai multe componente se numește soluție.
Solutul este distribuit uniform sub formă de molecule, atomi sau ioni într-un alt - solvent.
În funcție de dimensiunea particulelor dizolvate, se disting următoarele:
1. Sisteme grosiere dispersate:
– suspensii - fază solidă dispersată (soluție de argilă);
– emulsii - fază lichidă dispersată (lapte).
2. Soluții coloidale (soluri) - constau din particule foarte mici (10 -5 - 10 -7 cm), distribuite uniform în orice mediu:
– în apă (hidrosoli),
– în lichid organic (organosoluri),
– în aer sau alt gaz (aerosoli).
Solii ocupă o poziție intermediară între soluțiile adevărate și sistemele grosiere.
3. Soluții adevărate - soluții în care particulele nu pot fi detectate optic.
Diametrul particulelor dispersate în I.r. mai puțin de 10 -7 cm.
Soluțiile lichide constau dintr-o substanță dizolvată, un solvent și produsele interacțiunii lor.
Sarcina nr. 2. Indicați caracteristicile structurii electronice a atomilor de cupru (nr. 28), crom (nr. 24).
Diagrame energetice ale subnivelurilor de valență ale atomilor de crom și cupru.
Atomul de crom are 4 s-nu există două subniveluri, așa cum ne-am aștepta, ci doar un electron. Dar la 3 d-subnivelul are cinci electroni, dar acest subnivel este umplut după 4 s-subnivel. Fiecare din cinci 3 d-norii in acest caz sunt formati dintr-un electron. Norul total de electroni al acestor cinci electroni are o formă sferică sau, după cum se spune, simetric sferic. În funcție de natura distribuției densității electronilor în direcții diferite, aceasta este similară cu 1 s-EO. Energia subnivelului ai cărui electroni formează un astfel de nor se dovedește a fi mai mică decât în cazul unui nor mai puțin simetric. În acest caz, energia orbitalilor este 3 d-subnivelul este egal cu energia 4 s-orbitali. Când simetria este întreruptă, de exemplu, când apare un al șaselea electron, energia orbitalilor este 3 d-subnivelul devine din nou mai mare decât energia 4 s-orbitali. Prin urmare, atomul de mangan are din nou un al doilea electron la 4 s-AO. Norul general al oricărui subnivel, umplut cu electroni fie pe jumătate, fie complet, are simetrie sferică. Scăderea energiei în aceste cazuri este de natură generală și nu depinde de faptul că orice subnivel este umplut la jumătate sau complet cu electroni. Și dacă da, atunci trebuie să căutăm următoarea încălcare a atomului în a cărui înveliș de electroni „ajunge” ultima. d-electron. Într-adevăr, atomul de cupru are 3 d-subnivelul are 10 electroni și 4 s-există un singur subnivel. O scădere a energiei orbitalilor unui subnivel complet sau pe jumătate umplut este cauza unui număr de fenomene chimice importante.
Sarcina nr. 1. Metode de exprimare a concentrației soluțiilor.
Condiții pentru îndeplinirea sarcinii:
Sarcina nr. 1 . Răspunde la întrebarea pusă.
Metode de exprimare a concentrației soluțiilor
1. Concentrație procentuală - numărul de g dintr-o substanță prezentă în 100 g de soluție.
soluție 5% C6H12O6
100g soluție – 5 g C 6 H 12 O 6, adică.
5g C6H12O6 +95g H2O
Concentrația procentuală este raportată la unitățile de masă.
2. Concentrația molară - numărul de moli prezenți într-un litru de soluție:
5m HCI NaCI=23+35,5=58,5
3. Concentrație normală sau echivalentă - numărul de echivalenți g conținut în 1 litru de soluție
Echivalent acid = ;
E(HCI) = , E(H2S04)= ,
Echivalent de bază = 
;
E(NaOH) = , E(Al(OH) 3)= ,
Echivalent sare = 
;
E(NaCl) = , E(Na2CO3) = ,
E(Al2(S04)3) =;
Echivalent de oxid = 
2n Al 2 (SO 4) 3, echivalent cu Al 2 (SO 4) 3 =
De exemplu, în 1 litru de soluție 2
Sarcina nr. 2. Dați exemple de următoarele tipuri de reacții chimice: reacții de descompunere; reacții de schimb
Sarcina nr. 2. Reacții de descompunere:
AgN03 +NaCl=AgCI +NaN03
CaCO3 =CaO+CO2
Sarcina pentru examinat nr. 23
Sarcina nr. 1. Teoria disocierii electrolitice.
Sarcina nr. 2. Alcătuiți ecuații moleculare, ionice complete și ionice abreviate pentru reacțiile următoarelor săruri: a) clorură de crom(III) și azotat de argint; b) clorură de bariu și sulfat de mangan; c) azotat de fier (III) și hidroxid de potasiu.
Sarcina nr. 1 . Răspunde la întrebarea pusă.
Electroliții au abilități de disociere diferite.
Gradul de disociere (a) este raportul dintre numărul de molecule dezintegrate în ioni (n) și numărul total de molecule de electrolit dizolvate (n 0):
Gradul de disociere este exprimat fie ca fracție zecimală, fie, mai des, ca procent:
Dacă a = 1, sau 100%, electrolitul se disociază complet în ioni.
Dacă a = 0,5 sau 50%, atunci din fiecare 100 de molecule ale unui electrolit dat, 50 sunt în stare de disociere.
În funcție de un există:
Electroliți puternici, lor a în 0,1 n. soluție peste 30%.
Se disociază aproape complet.
Raporta:
– aproape toate sărurile;
– multi acizi minerali: H 2 SO 4, HNO 3, HCl, HClO 4, HBr, HJ, HMnO 4 etc.
– baze ale metalelor alcaline și ale unor metale alcalino-pământoase: Ba(OH) 2 și Ca(OH) 2.
Electroliți medii, au de la 3 la 30%. Acestea includ acizii H3PO4, H2SO3, HF etc.
Electroliți slabiîn soluții apoase sunt doar parțial disociate, conținutul lor este mai mic de 3%.
Raporta:
– unii acizi minerali: H 2 CO 3, H 2 S, H 2 SiO 3, HCN;
– aproape toți acizii organici;
– multe baze metalice (cu excepția bazelor de metale alcaline și alcalino-pământoase), precum și hidroxid de amoniu;
– unele săruri: HgCl 2, Hg(CN) 2.
Factori care influențeazăA
Natura solventului:
Cu cât constanta dielectrică a solventului este mai mare, cu atât este mai mare gradul de disociere a electrolitului din acesta.
Concentrația soluției:
Gradul de disociere a electroliților crește pe măsură ce soluția este diluată.
Pe măsură ce concentrația soluției crește, gradul de disociere scade (ciocniri frecvente de ioni).
Natura electrolitului:
Disocierea electroliților depinde de gradul de disociere.
Temperatura:
Pentru electroliții puternici, o scade odată cu creșterea temperaturii, deoarece numărul de ciocniri între ioni crește.
Pentru electroliții slabi, pe măsură ce temperatura crește, o primă crește, iar după 60 0 C începe să scadă.
Constanta de disociere electrolitică
În soluțiile de electroliți slabi, la disociere, se stabilește un echilibru dinamic între molecule și ioni:
CH3COOH + H2O « CH3COO - + H3O+
. [H30+]/=K dis
Sarcina nr. 2.Compuneți ecuații moleculare, ionice complete și ionice abreviate pentru reacțiile sărurilor enumerate.
a) CrCl 3 + 3AgNO 3 → Cr(NO 3) 3 + 3AgCl↓
Cr 3+ + 3Cl - + 3Ag + + 3NO 3 → Cr 3+ + 3NO 3 + 3AgCl↓
Cl - + Ag + → AgCl↓
b) BaCl 2 + MnSO 4 → BaSO 4 ↓ + MnCl 2
Ba 2+ + 2Cl - + Mn 2+ + SO 4 2- → BaSO 4 ↓ + Mn 2+ + 2Cl -
Ba 2+ + SO 4 2- → BaSO 4 ↓
c) Fe(NO 3) 3 + 3KOH → Fe(OH) 3 ↓ + 3KNO 3
Fe 3+ + 3NO 3 - + 3K + + 3OH - → Fe(OH) 3 ↓ + 3K + + 3NO 3 -
Fe 3+ + 3OH - → Fe(OH) 3 ↓
Sarcina nr. 1. Hidroliza sărurilor.
Sarcina nr. 1 . Răspunde la întrebarea pusă.
Hidroliza sării este reacția de schimb a sării cu apa, care are ca rezultat formarea de electroliți slabi.
Apa, fiind un electrolit slab, se disociază în ioni H + și OH -:
H2O<->OH-+H+
Când unele săruri sunt dizolvate în apă, ionii sării dizolvate interacționează cu ionii H + și OH - ai apei.
Există o schimbare în echilibrul disocierii apei:
unul dintre ionii de apă (sau ambii) se leagă de ioni de soluție pentru a se forma usor disociata, sau Solubil cu moderație, produs.
Fiecare sare poate fi considerată ca fiind formată dintr-o bază și un acid.
Acizii și bazele sunt electroliți puternici și slabi,
Conform acestui criteriu, sărurile pot fi împărțite în patru tipuri:
săruri formate dintr-un cation de bază puternic și un anion acid puternic;
2) săruri formate dintr-un cation de bază puternic și un anion acid slab;
3) săruri formate dintr-un cation de bază slab și un anion acid puternic;
4) săruri formate dintr-un cation al unei baze slabe și un anion al unui acid slab.
Sărurile formate dintr-un cation de bază puternic și un anion acid puternic nu suferă hidroliză.
Astfel de săruri se disociază complet în ioni metalici și un reziduu acid.
De exemplu:
Sarea NaCl este formată din baza tare NaOH și acidul tare HCl și se disociază complet în ioni.
Săruri formate dintr-un cation de bază puternic și un anion acid slab
Hidroliza acestei săruri constă în adăugarea de ioni de hidrogen dintr-o moleculă de apă de către ionii reziduului acid și eliberarea de ioni de hidroxid, care provoacă o reacție alcalină a mediului,
Na2S<->2Na + + S 2-
NON<->OH-+H+
S2- + HOH<->HS - + OH -
Na2S + HOH = NaOH + NaHS
Săruri formate dintr-un cation de bază slab și un anion acid puternic
Hidroliza acestei săruri implică adăugarea de ioni de metal sau de amoniu la ionii de hidroxid dintr-o moleculă de apă și eliberarea de ioni de hidrogen, care provoacă o reacție acidă în mediu,
ZnCl2<->Zn 2+ + 2Cl -
HON =OH - +H +
Zn2+ + HOH<->ZnOH + + H +
ZnCl2 + HOH<->HCl + ZnOHCI
Săruri formate dintr-un cation de bază slab și un anion acid slab
Hidroliza acestei săruri implică adăugarea ionilor de hidroxid de către ionii metalici sau ionii de amoniu, iar ionii de hidrogen dintr-o moleculă de apă de către ionii acizi. Reacția mediului va fi neutră.
CH 3 COONH 4<->CH3COO- + NH4+
HOH = H + + OH -
CH3COOH NH4OH
CH3COO + NH4+ + HOH<->CH3COOH + NH4OH
Sarcina nr. 2. Caracterizați poziția elementelor Nr. 21, 32, 38 în Tabelul periodic al D.I. Mendeleev. Scrieți formulele electronice și structurile atomice ale acestora.
