Oksiidid on looduses laialt levinud ühenditüüp, mida võib täheldada isegi igapäevaelus. Näiteks liiv, vesi, rooste, lubi, süsinikdioksiid ja mitmed looduslikud värvained. Paljude väärtuslike metallide maak on oma olemuselt oksiid, mistõttu pakub see teaduslike ja tööstuslike uuringute jaoks suurt huvi.

Keemiliste elementide kombinatsiooni hapnikuga nimetatakse oksiidideks. Reeglina tekivad need ainete kuumutamisel õhus. On happelisi ja aluselisi oksiide. Metallid moodustavad aluselisi oksiide, mittemetallid aga happelisi oksiide. Välja arvatud kroom ja mangaanoksiidid, mis on samuti happelised. Selles artiklis käsitletakse peamiste oksiidide esindajat - CuO (II).

CuO(II)

Vask, kuumutatakse õhu käes temperatuuril 400–500 °C, kaetakse järk-järgult musta kattega, mida keemikud nimetavad kahevalentseks vaskoksiidiks ehk CuO(II). Kirjeldatud nähtus on esitatud järgmises võrrandis:

2 Cu + O 2 → 2 CuO

Mõiste "kahevalentne" viitab aatomi võimele reageerida teiste elementidega kahe keemilise sideme kaudu.

Huvitav fakt! Erinevates ühendites sisalduval vasel võib olla erinev valents ja erinev värvus. Näiteks: vaskoksiididel on helepunane (Cu2O) ja pruun-must (CuO) värvus. Ja vaskhüdroksiidid omandavad kollase (CuOH) ja sinise (Cu(OH)2) värvi. Klassikaline näide nähtusest, kui kvantiteet muutub kvaliteediks.

Cu2O-d nimetatakse mõnikord ka oksiidiks, vask(I)oksiidiks ja CuO on oksiid, vask(II)oksiid. Samuti on olemas vask(III)oksiid - Cu2O3.

Geoloogias nimetatakse tavaliselt kahevalentset (või kahevalentset) vaskoksiidi tenoriit, selle teine ​​nimi on melakoniit. Nimetus tenoriit tuleneb silmapaistva Itaalia botaanikaprofessori Michele Tenore (1780-1861) nimest. Melakoniiti peetakse tenoriidi nimetuse sünonüümiks ja see tõlgitakse vene keelde kui vaskniello või must vasemaak. Ühel või teisel juhul räägime pruunikasmust värvi kristalsest mineraalist, mis kuumutamisel laguneb ja sulab ainult hapniku liigse rõhu all, ei lahustu vees ega reageeri sellega.

Rõhutagem nimetatud mineraali peamisi parameetreid.

Keemiline valem: CuO

Selle molekul koosneb Cu aatomist molekulmassiga 64 a. e.m ja O aatom, molekulmass 16 a. e.m., kus a. e.m - aatomi massiühik, tuntud ka kui dalton, 1 a. e.m = 1,660 540 2(10) × 10 −27 kg = 1,660 540 2(10) × 10 −24 g. Vastavalt sellele on ühendi molekulmass: 64 + 16 = 80 a. sööma.

Kristallelement: monokliiniline süsteem. Mida tähendavad seda tüüpi kristallide sümmeetriateljed, kui kaks telge ristuvad kaldnurga all ja on erineva pikkusega ning kolmas telg asub nende suhtes 90° nurga all.

Tihedus – 6,51 g/cm3. Võrdluseks, puhta kulla tihedus on 19,32 g/cm³ ja lauasoola tihedus 2,16 g/cm3.

Sulab temperatuuril 1447 °C, hapniku rõhu all.

Laguneb temperatuurini 1100 °C kuumutamisel ja muundatakse vask(I)oksiidiks:

4CuO = 2Cu2O + O2.

Ei reageeri veega ega lahustu selles.

Kuid see reageerib ammoniaagi vesilahusega, moodustades tetraamiin-vask(II)hüdroksiidi: CuO + 4NH3 + H2O = (OH) 2.

Happelises keskkonnas moodustub sulfaat ja vesi: CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O.

Leelisega reageerides tekib kupraat: CuO + 2 NaOH → Na2CuO2 + H2O.

Reaktsioon CuO NaOH

Moodustatud:

• vask(II)hüdroksiidi kaltsineerimisel temperatuuril 200 °C: Cu(OH)2 = CuO + H2O;
• vase metalli oksüdeerumisel õhus temperatuuril 400–500 °C: 2Cu + O2 = 2CuO;
• malahhiidi töötlemisel kõrgel temperatuuril: (CuOH)₂CO₃ -> 2CuO + CO₂ + H2O.

Redutseeritud vase metalliks -

• reaktsioonis vesinikuga: CuO + H2 = Cu + H2O;
• süsinikmonooksiidiga (süsinikmonooksiid): CuO + CO = Cu + CO2;
• aktiivmetalliga: CuO + Mg = Cu + MgO.

Mürgine. Inimorganismile avaldatava kahjuliku mõju astme põhjal klassifitseeritakse see teise ohuklassi aineks. Ärritab silmade limaskesti, nahka, hingamisteid ja seedetrakti. Sellega suhtlemisel on vaja kasutada kaitsevahendeid, nagu kummikindad, respiraatorid, kaitseprillid ja spetsiaalsed riided.

Aine on plahvatusohtlik ja tuleohtlik.

Kasutatakse tööstuses, segasööda mineraalkomponendina, pürotehnikas, keemiliste reaktsioonide katalüsaatorite tootmisel, värvipigmendina klaasile, emailidele ja keraamikale.

Vask(II)oksiidi oksüdeerivaid omadusi kasutatakse kõige sagedamini laboriuuringutes, kui orgaaniliste materjalide vesiniku ja süsiniku olemasolu uurimiseks on vaja elementanalüüsi.

Oluline on, et CuO (II) on looduses üsna laialt levinud, nagu ka mineraal teneriit ehk teisisõnu on tegemist loodusliku maagiühendiga, millest saab vaske.

Ladinakeelne nimi Cuprum ja sellele vastav sümbol Cu pärineb Küprose saare nimest. Just sealt, üle Vahemere, eksportisid vanad roomlased ja kreeklased seda väärtuslikku metalli.

Vask on üks seitsmest enimlevinud metallist maailmas ja on olnud inimeste teenistuses iidsetest aegadest. Algses, metallilises olekus on see aga üsna haruldane. See on pehme, kergesti töödeldav metall, mida iseloomustab suur tihedus ning väga kvaliteetne voolu- ja soojusjuht. Elektrijuhtivuse poolest on see hõbeda järel teisel kohal, olles samas odavam materjal. Laialdaselt kasutatav traadi ja õhukeste lehtede kujul.

Vase keemilised ühendid on erinevad suurenenud bioloogiline aktiivsus. Loom- ja taimeorganismides osalevad nad klorofülli sünteesi protsessides, seetõttu peetakse neid mineraalväetistes väga väärtuslikuks komponendiks.

Vask on vajalik ka inimese toidus. Selle puudumine organismis võib põhjustada mitmesuguseid verehaigusi.

Video

Videost saate teada, mis on vaskoksiid.

Vask (Cu) kuulub d-elementide hulka ja asub D.I. Mendelejevi perioodilisuse tabeli rühmas IB. Vase aatomi elektrooniline konfiguratsioon põhiolekus kirjutatakse eeldatava valemi 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 9 4s 2 asemel kujul 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1. Teisisõnu, vase aatomi puhul täheldatakse nn "elektronide hüpet" 4s alamtasandilt 3d alamtasandile. Vase puhul on lisaks nullile võimalikud oksüdatsiooniastmed +1 ja +2. Oksüdatsiooniaste +1 on kalduvus disproportsioonile ja on stabiilne ainult lahustumatutes ühendites, nagu CuI, CuCl, Cu2O jne, aga ka kompleksühendites, näiteks Cl ja OH. Oksüdatsiooniastmes +1 vaseühenditel puudub spetsiifiline värvus. Seega võib vask(I)oksiid olenevalt kristallide suurusest olla tumepunane (suured kristallid) ja kollane (väikesed kristallid), CuCl ja CuI on valged ning Cu 2 S on must ja sinine. Vase oksüdatsiooniaste, mis on võrdne +2-ga, on keemiliselt stabiilsem. Selles oksüdatsiooniastmes vaske sisaldavad soolad on sinist ja sinakasrohelist värvi.

Vask on väga pehme, tempermalmist ja plastist kõrge elektri- ja soojusjuhtivusega metall. Metallilise vase värvus on punakasroosa. Vask asub metallide aktiivsusreas vesinikust paremal, s.o. kuulub madala aktiivsusega metallide hulka.

hapnikuga

Normaaltingimustes ei suhtle vask hapnikuga. Nendevahelise reaktsiooni toimumiseks on vaja soojust. Sõltuvalt hapniku liig- või puudujäägist ja temperatuuritingimustest võivad vask(II)oksiid ja vask(I)oksiid moodustada:

väävliga

Väävli reaktsioon vasega võib olenevalt tingimustest viia nii vask(I)sulfiidi kui ka vask(II)sulfiidi tekkeni. Kui pulbrilise Cu ja S segu kuumutatakse temperatuurini 300-400 o C, tekib vask(I)sulfiid:

Väävlipuuduse korral ja reaktsioon viiakse läbi temperatuuril üle 400 o C, tekib vask(II)sulfiid. Lihtsam viis vask(II)sulfiidi saamiseks lihtsatest ainetest on aga vase koostoime süsinikdisulfiidis lahustunud väävliga:

See reaktsioon toimub toatemperatuuril.

halogeenidega

Vask reageerib fluori, kloori ja broomiga, moodustades halogeniide üldvalemiga CuHal 2, kus Hal on F, Cl või Br:

Cu + Br 2 = CuBr 2

Joodi, halogeenide seas nõrgima oksüdeerija, puhul moodustub vask(I)jodiid:

Vask ei suhtle vesiniku, lämmastiku, süsiniku ja räniga.

mitteoksüdeerivate hapetega

Peaaegu kõik happed on mitteoksüdeerivad happed, välja arvatud kontsentreeritud väävelhape ja mis tahes kontsentratsiooniga lämmastikhape. Kuna mitteoksüdeerivad happed on võimelised oksüdeerima ainult metalle aktiivsusreas kuni vesinikuni; see tähendab, et vask ei reageeri selliste hapetega.

oksüdeerivate hapetega

- kontsentreeritud väävelhape

Vask reageerib kontsentreeritud väävelhappega nii kuumutamisel kui ka toatemperatuuril. Kuumutamisel kulgeb reaktsioon vastavalt võrrandile:

Kuna vask ei ole tugev redutseerija, taandub väävel selles reaktsioonis ainult oksüdatsiooniastmeni +4 (SO 2-s).

- lahjendatud lämmastikhappega

Vase reaktsioon lahjendatud HNO 3-ga põhjustab vask(II)nitraadi ja lämmastikmonooksiidi moodustumist:

3Cu + 8HNO3 (lahjendatud) = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

- kontsentreeritud lämmastikhappega

Kontsentreeritud HNO 3 reageerib normaalsetes tingimustes kergesti vasega. Erinevus vase reaktsiooni vahel kontsentreeritud lämmastikhappega ja reaktsiooni vahel lahjendatud lämmastikhappega seisneb lämmastiku redutseerimise produktis. Kontsentreeritud HNO 3 puhul redutseeritakse lämmastikku vähemal määral: lämmastikoksiidi (II) asemel tekib lämmastikoksiid (IV), mis on tingitud lämmastikhappemolekulide suuremast konkurentsist kontsentreeritud happes redutseerija (Cu) pärast. ) elektronid:

Cu + 4HNO 3 = Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

mittemetallide oksiididega

Vask reageerib mõnede mittemetallide oksiididega. Näiteks oksiididega, nagu NO 2, NO, N 2 O, oksüdeeritakse vask vask(II)oksiidiks ja lämmastik redutseeritakse oksüdatsiooniastmeni 0, s.o. moodustub lihtaine N 2:

Vääveldioksiidi puhul tekib lihtaine (väävli) asemel vask(I)sulfiid. See on tingitud asjaolust, et erinevalt lämmastikust reageerivad vask ja väävel:

metallioksiididega

Metallilise vase paagutamisel vask(II)oksiidiga temperatuuril 1000-2000 o C saab vask(I)oksiidi:

Samuti võib metalliline vask kaltsineerimisel redutseerida raud(III)oksiidi raud(II)oksiidiks:

metallisooladega

Vask tõrjub välja vähemaktiivsed metallid (aktiivsusreas sellest paremal) nende soolade lahustest:

Cu + 2AgNO 3 = Cu(NO 3) 2 + 2Ag↓

Toimub ka huvitav reaktsioon, milles vask lahustub aktiivsema metalli soolas - oksüdatsiooniastmes +3 raud. Siiski pole vastuolusid, sest vask ei tõrju rauda oma soolast välja, vaid ainult taandab selle oksüdatsiooniastmelt +3 oksüdatsiooniastmeni +2:

Fe 2 (SO 4) 3 + Cu = CuSO 4 + 2FeSO 4

Cu + 2FeCl 3 = CuCl 2 + 2FeCl 2

Viimast reaktsiooni kasutatakse mikroskeemide tootmisel vasest trükkplaatide söövitamise etapis.

Vase korrosioon

Vask korrodeerub aja jooksul kokkupuutel niiskuse, süsinikdioksiidi ja õhuhapnikuga:

2Cu + H 2 O + CO 2 + O 2 = (CuOH) 2 CO 3

Selle reaktsiooni tulemusena kaetakse vasktooted lahtise sinakasrohelise vask(II)hüdroksükarbonaadi kattega.

Tsingi keemilised omadused

Tsink Zn on IV perioodi IIB rühmas. Keemilise elemendi aatomite valentsorbitaalide elektrooniline konfiguratsioon põhiolekus on 3d 10 4s 2. Tsingi puhul on võimalik ainult üks oksüdatsiooniaste, mis on võrdne +2-ga. Tsinkoksiidil ZnO ja tsinkhüdroksiidil Zn(OH)2 on väljendunud amfoteersed omadused.

Tsink tuhmub õhu käes hoidmisel, kaetakse õhukese ZnO oksiidi kihiga. Oksüdeerumine toimub eriti kergesti kõrge õhuniiskuse ja süsinikdioksiidi juuresolekul reaktsiooni tõttu:

2Zn + H 2 O + O 2 + CO 2 → Zn 2 (OH) 2 CO 3

Tsingi aur põleb õhus ja õhuke tsingiriba põleb pärast põleti leegis hõõgumist roheka leegiga:

Kuumutamisel interakteerub metalliline tsink ka halogeenide, väävli ja fosforiga:

Tsink ei reageeri otseselt vesiniku, lämmastiku, süsiniku, räni ja booriga.

Tsink reageerib mitteoksüdeerivate hapetega, vabastades vesiniku:

Zn + H2SO4 (20%) → ZnSO4 + H2

Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2

Tehniline tsink lahustub eriti hästi hapetes, kuna see sisaldab teiste vähemaktiivsete metallide, eriti kaadmiumi ja vase lisandeid. Kõrge puhtusastmega tsink on teatud põhjustel hapetele vastupidav. Reaktsiooni kiirendamiseks viiakse kõrge puhtusastmega tsingiproov kontakti vasega või lisatakse happelahusele veidi vasesoola.

Temperatuuril 800-900 o C (punane kuumus) interakteerub sulas olekus tsinkmetall ülekuumenenud veeauruga, vabastades sellest vesiniku:

Zn + H 2 O = ZnO + H 2

Tsink reageerib ka oksüdeerivate hapetega: kontsentreeritud väävel- ja lämmastikhape.

Tsink kui aktiivne metall võib kontsentreeritud väävelhappega moodustada vääveldioksiidi, elementaarväävlit ja isegi vesiniksulfiidi.

Zn + 2H 2SO 4 = ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

Lämmastikhappe redutseerimisproduktide koostis määratakse lahuse kontsentratsiooniga:

Zn + 4HNO 3 (konts.) = Zn(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

3Zn + 8HNO3 (40%) = 3Zn(NO3)2 + 2NO + 4H2O

4Zn +10HNO3 (20%) = 4Zn(NO3)2 + N2O + 5H2O

5Zn + 12HNO3 (6%) = 5Zn(NO3)2 + N2 + 6H2O

4Zn + 10HNO3 (0,5%) = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

Protsessi suunda mõjutavad ka temperatuur, happe hulk, metalli puhtus ja reaktsiooniaeg.

Tsink reageerib leeliselahustega, moodustades tetrahüdroksütsinaadid ja vesinik:

Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2 + H2

Zn + Ba(OH)2 + 2H2O = Ba + H2

Veevaba leelistega sulatamisel tekib tsink tsinkaadid ja vesinik:

Väga leeliselises keskkonnas on tsink äärmiselt tugev redutseerija, mis on võimeline redutseerima nitraatides ja nitritites sisalduva lämmastiku ammoniaagiks:

4Zn + NaNO3 + 7NaOH + 6H2O → 4Na2 + NH3

Komplekside moodustumise tõttu lahustub tsink aeglaselt ammoniaagilahuses, redutseerides vesiniku:

Zn + 4NH3H2O ​​→ (OH)2 + H2 + 2H2O

Tsink redutseerib ka vähemaktiivseid metalle (aktiivsussarjas sellest paremal) nende soolade vesilahustest:

Zn + CuCl 2 = Cu + ZnCl 2

Zn + FeSO 4 = Fe + ZnSO 4

Kroomi keemilised omadused

Kroom on perioodilisuse tabeli VIB rühma element. Kroomiaatomi elektrooniline konfiguratsioon on kirjutatud kujul 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1, s.o. kroomi, aga ka vase aatomi puhul täheldatakse nn "elektronide leket"

Kroomi kõige sagedamini esinevad oksüdatsiooniastmed on +2, +3 ja +6. Neid tuleks meeles pidada ja keemia ühtse riigieksami programmi raames võib eeldada, et kroomil pole muid oksüdatsiooniastmeid.

Normaaltingimustes on kroom korrosioonikindel nii õhus kui ka vees.

Koostoime mittemetallidega

hapnikuga

Temperatuurini üle 600 o C kuumutatud pulbriline kroommetall põleb puhtas hapnikus, moodustades kroom(III)oksiidi:

4Cr + 3O2 = o t=> 2Cr2O3

halogeenidega

Kroom reageerib kloori ja fluoriga madalamatel temperatuuridel kui hapnikuga (vastavalt 250 ja 300 o C):

2Cr + 3F 2 = o t=> 2CrF 3

2Cr + 3Cl2 = o t=> 2CrCl 3

Kroom reageerib broomiga kuumal temperatuuril (850-900 o C):

2Cr + 3Br 2 = o t=> 2CrBr 3

lämmastikuga

Metallkroom interakteerub lämmastikuga temperatuuril üle 1000 o C:

2Cr + N2 = ot=> 2CrN

väävliga

Väävliga võib kroom moodustada nii kroom(II)sulfiidi kui ka kroom(III)sulfiidi, mis sõltub väävli ja kroomi vahekorrast:

Cr+S= o t=> CrS

2Cr + 3S = o t=> Cr 2 S 3

Kroom ei reageeri vesinikuga.

Koostoime keeruliste ainetega

Koostoime veega

Kroom on keskmise aktiivsusega metall (asub alumiiniumi ja vesiniku vahelises metallide aktiivsusreas). See tähendab, et reaktsioon toimub kuuma kroomi ja ülekuumenenud veeauru vahel:

2Cr + 3H2O = o t=> Cr2O3 + 3H2

Koostoime hapetega

Normaaltingimustes passiveeritakse kroom kontsentreeritud väävel- ja lämmastikhappega, kuid see lahustub neis keemisel, oksüdeerides oksüdatsiooniastmeni +3:

Cr + 6HNO3 (konts.) = t o=> Cr(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O

2Cr + 6H2SO4 (konts.) = t o=> Cr 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

Lahjendatud lämmastikhappe puhul on lämmastiku redutseerimise põhiproduktiks lihtaine N 2:

10Cr + 36HNO3(dil) = 10Cr(NO3)3 + 3N2 + 18H2O

Kroom asub vesinikust vasakul aktiivsusseerias, mis tähendab, et see on võimeline vabastama H2 mitteoksüdeerivate hapete lahustest. Selliste reaktsioonide käigus tekivad õhuhapnikule juurdepääsu puudumisel kroom (II) soolad:

Cr + 2HCl = CrCl2 + H2

Cr + H 2 SO 4 (lahjendatud) = CrSO 4 + H 2

Kui reaktsioon viiakse läbi vabas õhus, oksüdeeritakse kahevalentne kroom õhus sisalduva hapniku toimel koheselt oksüdatsiooniastmeni +3. Sel juhul on näiteks võrrand vesinikkloriidhappega järgmiselt:

4Cr + 12HCl + 3O2 = 4CrCl3 + 6H2O

Kui metallilist kroomi sulatatakse leeliste juuresolekul tugevate oksüdeerivate ainetega, oksüdeeritakse kroom oksüdatsiooniastmeni +6, moodustades kromaadid:

Raua keemilised omadused

Raud Fe, VIIIB rühmas asuv keemiline element, mille perioodilisustabelis on seerianumber 26. Elektronide jaotus raua aatomis on järgmine: 26 Fe1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 ehk raud kuulub d-elementide hulka, kuna d-alamtase on selle korpuses täidetud. Seda iseloomustab kõige enam kaks oksüdatsiooniastet +2 ja +3. FeO oksiidil ja Fe(OH) 2 hüdroksiidil on ülekaalus aluselised omadused, samas kui Fe 2 O 3 oksiidil ja Fe(OH) 3 hüdroksiidil on märgatavalt amfoteersed omadused. Seega lahustuvad raudoksiid ja hüdroksiid (lll) leeliste kontsentreeritud lahustes keetmisel mingil määral ning reageerivad sulamise ajal ka veevaba leelisega. Tuleb märkida, et raua oksüdatsiooniaste +2 on väga ebastabiilne ja läheb kergesti oksüdatsiooniolekusse +3. Tuntud on ka haruldases oksüdatsiooniastmes +6 rauaühendid - ferraadid, olematu “raudhappe” H 2 FeO 4 soolad. Need ühendid on suhteliselt stabiilsed ainult tahkes olekus või tugevalt leeliselistes lahustes. Kui keskkonna leeliselisus on ebapiisav, oksüdeerivad ferraadid kiiresti isegi vee, vabastades sellest hapnikku.

Koostoime lihtsate ainetega

Hapnikuga

Puhtas hapnikus põletades moodustab raud nn raud kaal, mille valem on Fe3O4 ja mis tegelikult kujutab endast segaoksiidi, mille koostist saab tinglikult esitada valemiga FeO∙Fe2O3. Raua põlemisreaktsioon on järgmine:

3Fe + 2O 2 = t o=> Fe3O4

Väävliga

Kuumutamisel reageerib raud väävliga, moodustades raudsulfiidi:

Fe + S = t o=> FeS

Või liigse väävliga rauddisulfiid:

Fe + 2S = t o=> FeS 2

Halogeenidega

Metallist rauda oksüdeerivad kõik halogeenid, välja arvatud jood, kuni +3 oksüdatsiooniastmeni, moodustades raudhalogeniidid (lll):

2Fe + 3F 2 = t o=> 2FeF 3 – raudfluoriid (lll)

2Fe + 3Cl 2 = t o=> 2FeCl 3 – raud(III)kloriid (lll)

Jood kui halogeenide seas nõrgim oksüdeerija, oksüdeerib rauda ainult oksüdatsiooniastmeni +2:

Fe + I 2 = t o=> FeI 2 – raudjodiid (ll)

Tuleb märkida, et raua rauaühendid oksüdeerivad vesilahuses kergesti jodiidiioone vabaks joodiks I 2, samal ajal taandades oksüdatsiooniastmeni +2. Näited FIPI panga sarnastest reaktsioonidest:

2FeCl3 + 2KI = 2FeCl2 + I 2 + 2KCl

2Fe(OH)3 + 6HI = 2FeI2 + I2 + 6H2O

Fe2O3 + 6HI = 2FeI2 + I2 + 3H2O

Vesinikuga

Raud ei reageeri vesinikuga (metallide vesinikuga reageerivad ainult leelismetallid ja leelismuldmetallid):

Koostoime keeruliste ainetega

Koostoime hapetega

Mitteoksüdeerivate hapetega

Kuna raud asub vesinikust vasakul aktiivsusreas, tähendab see, et see on võimeline vesinikku välja tõrjuma mitteoksüdeerivatest hapetest (peaaegu kõik happed peale H 2 SO 4 (konts.) ja HNO 3 mis tahes kontsentratsiooniga):

Fe + H 2 SO 4 (lahjendatud) = FeSO 4 + H 2

Fe + 2HCl = FeCl 2 + H 2

Sellisele nipile tuleb ühtse riigieksami ülesannetes tähelepanu pöörata kui küsimusele teemal, millise oksüdatsiooniastmeni raud oksüdeerub kokkupuutel lahjendatud ja kontsentreeritud vesinikkloriidhappega. Õige vastus on mõlemal juhul kuni +2.

Lõks seisneb siin intuitiivses ootuses raua sügavamale oksüdatsioonile (kuni d.o. +3) selle interaktsiooni korral kontsentreeritud vesinikkloriidhappega.

Koostoime oksüdeerivate hapetega

Normaaltingimustes ei reageeri raud passiveerumise tõttu kontsentreeritud väävel- ja lämmastikhappega. Kuid see reageerib nendega keetmisel:

2Fe + 6H2SO4 = o t=> Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

Fe + 6HNO3 = o t=> Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O

Pange tähele, et lahjendatud väävelhape oksüdeerib raua oksüdatsiooniastmeni +2 ja kontsentreeritud väävelhape kuni +3.

Raua korrosioon (roostetamine).

Niiskes õhus roostetab raud väga kiiresti:

4Fe + 6H2O + 3O2 = 4Fe(OH) 3

Raud ei reageeri hapniku puudumisel veega ei tavatingimustes ega ka keetmisel. Reaktsioon veega toimub ainult temperatuuril üle punasoojuse (>800 o C). need..

Nagu kõik d-elemendid, on need erksavärvilised.

Nii nagu vase puhul, seda täheldatakse elektronide rike- s-orbitaalilt d-orbitaalile

Aatomi elektrooniline struktuur:

Vastavalt sellele on vasel 2 iseloomulikku oksüdatsiooniastet: +2 ja +1.

Lihtne aine: kuld-roosa metall.

Vase oksiidid:Сu2O vask (I) oksiid \ vaskoksiid 1 - punakasoranž värv

CuO vask(II)oksiid \ vaskoksiid 2 - must.

Teised vaseühendid Cu(I), välja arvatud oksiid, on ebastabiilsed.

Vaseühendid Cu(II) on esiteks stabiilsed ja teiseks sinise või roheka värvusega.

Miks muutuvad vaskmündid roheliseks? Vee juuresolekul interakteerub vask õhus oleva süsinikdioksiidiga, moodustades CuCO3, rohelise aine.

Teine värviline vaseühend, vask(II)sulfiid, on must sade.

Vask, erinevalt teistest elementidest, tuleb pärast vesinikku ja seetõttu ei vabasta seda hapetest:

• Koos kuum väävelhape: Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2O
• Koos külm väävelhape: Cu + H2SO4 = CuO + SO2 + H2O
• kontsentreeritud:
  Cu + 4HNO3 = Cu(NO3)2 + 4NO2 + 4H2O
• lahjendatud lämmastikhappega:
  3Cu + 8HNO3 = 3 Cu(NO3)2 + 2NO +4 H2O

Näide ühtse riigieksami C2 ülesande 1. valikust:

Vasknitraat kaltsineeriti ja tekkinud tahke sade lahustati väävelhappes. Vesiniksulfiid juhiti läbi lahuse, tekkinud must sade põletati ja tahke jääk lahustati lämmastikhappes kuumutamisel.

2Сu(NO3)2 → 2CuO↓ +4 NO2 + O2

Tahke sade on vask(II)oksiid.

CuO + H2S → CuS↓ + H2O

Vask(II)sulfiid on must sade.

"Kulutatud" tähendab, et toimus interaktsioon hapnikuga. Mitte segi ajada "kaltsineerimisega". Kaltsineerimine - kuumus, loomulikult kõrgel temperatuuril.

2СuS + 3O2 = 2CuO + 2SO2

Tahke jääk on CuO, kui vasksulfiid on täielikult reageerinud, CuO + CuS, kui see on reageerinud osaliselt.

СuO + 2HNO3 = Cu(NO3)2 + H2O

CuS + 2HNO3 = Cu(NO3)2 + H2S

Võimalik on ka teine ​​reaktsioon:

СuS + 8HNO3 = Cu(NO3)2 + SO2 + 6NO2 + 4H2O

Näide ühtse riigieksami C2 ülesande 2. valikust:

Vask lahustati kontsentreeritud lämmastikhappes, tekkinud gaas segati hapnikuga ja lahustati vees. Saadud lahuses lahustati tsinkoksiid, seejärel lisati lahusele suur liig naatriumhüdroksiidi lahust.

Lämmastikhappega reageerimise tulemusena tekivad Cu(NO3)2, NO2 ja O2.

NO2 segati hapnikuga, mis tähendab, et see oksüdeerus: 2NO2 + 5O2 = 2N2O5. Segatud veega: N2O5 + H2O = 2HNO3.

ZnO + 2HNO3 = Zn(NO3)2 + 2H2O

Zn(NO3)2 + 4NaOH = Na2 + 2NaNO3

Kupum (Cu) on üks madala aktiivsusega metalle. Seda iseloomustab keemiliste ühendite moodustumine oksüdatsiooniastmetega +1 ja +2. Näiteks kaks oksiidi, mis on kahe elemendi Cu ja hapniku O ühend: oksüdatsiooniastmega +1 - vaskoksiid Cu2O ja oksüdatsiooniaste +2 - vaskoksiid CuO. Hoolimata asjaolust, et need koosnevad samadest keemilistest elementidest, on igal neist oma eripärad. Külma käes interakteerub metall õhuhapnikuga väga nõrgalt, kattub vaskoksiidi kilega, mis takistab vase edasist oksüdeerumist. Kuumutamisel oksüdeerub see lihtne aine perioodilisuse tabeli seerianumbriga 29 täielikult. Sel juhul tekib ka vask(II)oksiid: 2Cu + O2 → 2CuO.

Dilämmastikoksiid on pruunikaspunane tahke aine molaarmassiga 143,1 g/mol. Ühendi sulamistemperatuur on 1235 °C ja keemistemperatuur 1800 °C. See on vees lahustumatu, kuid lahustub hapetes. Vaskoksiid (I) lahjendatakse (kontsentreeritud), moodustades värvitu kompleksi +, mis oksüdeerub õhus kergesti sinakasvioletseks ammoniaagikompleksiks 2+, lahustades vesinikkloriidhappes, moodustades CuCl2. Pooljuhtide füüsika ajaloos on Cu2O üks enim uuritud materjale.

Vask(I)oksiidil, tuntud ka kui hemioksiidil, on põhilised omadused. Seda saab saada metalli oksüdeerimisel: 4Cu + O2 → 2 Cu2O. Lisandid, nagu vesi ja happed, mõjutavad selle protsessi kiirust, samuti edasist oksüdeerumist kahevalentseks oksiidiks. Vaskoksiid võib lahustuda puhtas metallis ja moodustuvad soolad: H2SO4 + Cu2O → Cu + CuSO4 + H2O. Sarnase skeemi kohaselt toimub +1 kraadiga oksiidi interaktsioon teiste hapnikku sisaldavate hapetega. Kui hemioksiid reageerib halogeeni sisaldavate hapetega, tekivad ühevalentsed metallisoolad: 2HCl + Cu2O → 2CuCl + H2O.

Vask(I)oksiid esineb looduslikult punase maagi kujul (vananenud nimi koos rubiin Cu), mida nimetatakse mineraaliks "Cuprite". Selle moodustamine võtab kaua aega. Seda saab kunstlikult toota kõrgel temperatuuril või kõrge hapnikurõhu all. Hemioksiidi kasutatakse tavaliselt fungitsiidina, pigmendina, saastumisvastase ainena vee- või merevärvides ning seda kasutatakse ka katalüsaatorina.

Selle keemilise valemiga Cu2O aine mõju organismile võib aga olla ohtlik. Sissehingamisel põhjustab õhupuudust, köha ning hingamisteede haavandeid ja perforatsiooni. Allaneelamisel ärritab see seedetrakti, millega kaasneb oksendamine, valu ja kõhulahtisus.

H2 + CuO → Cu + H2O;

CO + CuO → Cu + CO2.

Vask(II)oksiidi kasutatakse keraamikas (pigmendina) glasuuride (sinise, rohelise ja punase ning mõnikord roosa, halli või musta) tootmiseks. Seda kasutatakse ka toidulisandina loomadel, et vähendada vasepuudust organismis. See on abrasiivne materjal, mis on vajalik optiliste seadmete poleerimiseks. Seda kasutatakse kuivpatareide tootmiseks, muude Cu soolade saamiseks. CuO ühendit kasutatakse ka vasesulamite keevitamisel.

Keemilise ühendi CuO kokkupuude võib olla ohtlik ka inimorganismile. Sissehingamisel põhjustab kopsude ärritust. Vask(II)oksiid võib põhjustada metallisuitsu palavikku (MFF). Cu oksiid põhjustab naha värvimuutust ja võivad tekkida nägemishäired. Kui see siseneb kehasse, nagu hemioksiid, põhjustab see mürgistuse, millega kaasnevad sümptomid oksendamise ja valu kujul.

VASK JA SELLE ÜHENDID

TUND 11. LOODUSTEADUSTE KLASSIS

Õpilaste tunnetusliku aktiivsuse ja iseseisvuse suurendamiseks kasutame õppetunde kollektiivseks materjaliõppeks. Sellistes tundides saab iga õpilane (või õpilaspaar) ülesande, mille täitmisest ta peab samas tunnis aru andma ning ülejäänud klassi õpilased märgivad tema aruande vihikusse ja on sisu element. tunni õppematerjalist. Iga õpilane annab oma panuse klassis selle teema õppimisse.
Tunni jooksul muutub õpilaste töörežiim intraaktiivselt (iseseisvale tööle omane režiim, mille puhul infovood on õpilaste sees suletud) interaktiivseks (režiim, kus infovood on kahesuunalised, s.t info läheb mõlemast õpilasele ja õpilasele vahetatakse teavet). Õpetaja tegutseb sel juhul protsessi korraldajana, parandab ja täiendab õpilaste poolt antud infot.
Materjali kollektiivse õppimise õppetunnid koosnevad järgmistest etappidest:
1. etapp – installatsioon, milles õpetaja selgitab tunni eesmärgid ja tööprogrammi (kuni 7 minutit);
2. etapp – õpilaste iseseisev töö vastavalt juhendile (kuni 15 minutit);
3. etapp – infovahetus ja tunni kokkuvõtte tegemine (võtab kogu järelejäänud aja).
Tund “Vask ja selle ühendid” on mõeldud keemia süvaõppega klassidele (4 tundi keemiat nädalas), viiakse läbi kahe akadeemilise tunni jooksul, tunnis värskendatakse õpilaste teadmisi järgmistel teemadel: “Vask ja selle ühendid metallid”, “Suhtumine metallidesse kontsentreeritud väävelhappega” hape, lämmastikhape”, “Kvalitatiivsed reaktsioonid aldehüüdidele ja mitmehüdroksüülsetele alkoholidele”, “Küllastunud ühehüdroksüülsete alkoholide oksüdeerimine vask(II)oksiidiga”, “Keerulised ühendid”.
Enne tundi saavad õpilased kodutööd: korrake loetletud teemasid. Õpetaja esialgne ettevalmistus tunniks seisneb õpilastele juhendikaartide koostamises ja laborikatseteks komplektide valmistamises.

TUNNIDE AJAL

Paigaldamise etapp

Õpetaja poseerib õpilastele tunni eesmärk: tuginedes olemasolevatele teadmistele ainete omaduste kohta, ennustada, praktiliselt kinnitada, koondada teavet vase ja selle ühendite kohta.
Õpilased koostavad vase aatomi elektroonikavalemi, saavad teada, milliseid oksüdatsiooniastmeid võib vasel ühendites avaldada, millised omadused (redoks-, happe-aluselised) vaseühendid saavad olema.
Õpilaste vihikutesse ilmub tabel.

Vase ja selle ühendite omadused

Metallist	Cu 2 O – aluseline oksiid	CuO – aluseline oksiid
Redutseeriv aine	CuOH on ebastabiilne alus	Cu(OH) 2 – lahustumatu alus
	CuCl – lahustumatu sool	CuSO 4 – lahustuv sool
	Omab redoksduaalsust	Oksüdeerivad ained

Iseseisev tööetapp

Eelduste kinnitamiseks ja täiendamiseks teevad õpilased vastavalt juhendile laboratoorsed katsed ja panevad kirja läbiviidud reaktsioonide võrrandid.

Juhised iseseisvaks tööks paaris

1. Kuumutage vasktraati leegis. Pange tähele, kuidas selle värv on muutunud. Asetage kuum kaltsineeritud vasktraat etüülalkoholi. Pange tähele selle värvi muutust. Korrake neid manipuleerimisi 2-3 korda. Kontrollige, kas etanooli lõhn on muutunud.
Kirjutage üles kaks reaktsioonivõrrandit, mis vastavad teostatud teisendustele. Milliseid vase ja selle oksiidi omadusi need reaktsioonid kinnitavad?

2. Lisage vask(I)oksiidile vesinikkloriidhape.
Mida sa jälgid? Kirjutage üles reaktsioonivõrrandid, võttes arvesse, et vask(I)kloriid on lahustumatu ühend. Milliseid vase(I) omadusi need reaktsioonid kinnitavad?

3. a) Asetage tsingigraanul vask(II)sulfaadi lahusesse. Kui reaktsioon ei kulge, soojendage lahust. b) Lisage vask(II)oksiidile 1 ml väävelhapet ja kuumutage.
Mida sa jälgid? Kirjutage üles reaktsioonivõrrandid. Milliseid vaseühendite omadusi need reaktsioonid kinnitavad?

4. Asetage universaalindikaatori riba vask(II)sulfaadi lahusesse.
Selgitage tulemust. Kirjutage ioonvõrrand hüdrolüüsi jaoks etapis I.
Lisage naatriumkarbonaadi lahusele mee(II)sulfaadi lahus.
Mida sa jälgid? Kirjutage üles liigese hüdrolüüsireaktsiooni võrrand molekulaarses ja ioonilises vormis.

5.
Mida sa jälgid?
Lisage saadud sademele ammoniaagilahus.
Millised muutused on toimunud? Kirjutage üles reaktsioonivõrrandid. Milliseid vaseühendite omadusi need reaktsioonid tõestavad?

6. Lisage vask(II)sulfaadile kaaliumjodiidi lahus.
Mida sa jälgid? Kirjutage reaktsiooni võrrand. Millist vase(II) omadust see reaktsioon tõestab?

7. Asetage väike tükk vasktraati katseklaasi koos 1 ml kontsentreeritud lämmastikhappega. Sulgege katseklaas korgiga.
Mida sa jälgid? (Võtke katseklaas veojõu alla.) Kirjutage üles reaktsioonivõrrand.
Valage vesinikkloriidhape teise katseklaasi ja asetage sellesse väike tükk vasktraati.
Mida sa jälgid? Selgitage oma tähelepanekuid. Milliseid vase omadusi need reaktsioonid kinnitavad?

8. Lisage vask(II)sulfaadile liigne naatriumhüdroksiid.
Mida sa jälgid? Kuumutage saadud sade. Mis juhtus? Kirjutage üles reaktsioonivõrrandid. Milliseid vaseühendite omadusi need reaktsioonid kinnitavad?

9. Lisage vask(II)sulfaadile liigne naatriumhüdroksiid.
Mida sa jälgid?
Lisage saadud sademele glütseriini lahus.
Millised muutused on toimunud? Kirjutage üles reaktsioonivõrrandid. Milliseid vaseühendite omadusi need reaktsioonid tõestavad?

10. Lisage vask(II)sulfaadile liigne naatriumhüdroksiid.
Mida sa jälgid?
Lisage saadud sademele glükoosilahus ja kuumutage.
Mis juhtus? Kirjutage üles reaktsioonivõrrand, kasutades glükoosi tähistamiseks aldehüüdide üldvalemit

Millist vaseühendi omadust see reaktsioon tõestab?

11. Lisage vask(II)sulfaadile: a) ammoniaagilahus; b) naatriumfosfaadi lahus.
Mida sa jälgid? Kirjutage üles reaktsioonivõrrandid. Milliseid vaseühendite omadusi need reaktsioonid tõestavad?

Infovahetuse ja kokkuvõtete tegemise etapp

Õpetaja esitab küsimuse konkreetse aine omaduste kohta. Õpilased, kes tegid vastavaid katseid, annavad tehtud katsest aru ja kirjutavad reaktsioonivõrrandid tahvlile. Seejärel lisavad õpetaja ja õpilased infot aine keemiliste omaduste kohta, mida koolilaboris toimunud reaktsioonidega kinnitada ei õnnestunud.

Vaseühendite keemiliste omaduste käsitlemise protseduur

1. Kuidas reageerib vask hapetega, milliste ainetega võib vask veel reageerida?

Vase reaktsioonivõrrandid on kirjutatud järgmiselt:

Kontsentreeritud ja lahjendatud lämmastikhape:

Cu + 4HNO 3 (konts.) = Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O,
3Cu + 8HNO3 (lahjendatud) = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O;

Kontsentreeritud väävelhape:

Cu + 2H2S04 (konts.) = CuSO4 + SO2 + 2H20;

Hapnik:

2Cu + O2 = 2CuO;

Cu + Cl2 = CuCl2;

Vesinikkloriidhape hapniku juuresolekul:

2Cu + 4HCl + O2 = 2CuCl2 + 2H20;

Raud(III)kloriid:

2FeCl 3 + Cu = CuCl 2 + 2FeCl 2.

2. Millised omadused on vask(I)oksiidil ja -kloriidil?

Tähelepanu juhitakse põhiomadustele, komplekside moodustamise võimele ja redoksduaalsusele.Vask(I)oksiidi reaktsioonide võrrandid on kirjas:

Vesinikkloriidhape kuni CuCl moodustumiseni:

Cu20 + 2HCl = 2CuCl + H20;

Liigne HCl:

CuCl + HCl = H;

Cu 2 O redutseerimis- ja oksüdatsioonireaktsioonid:

Cu 2 O + H 2 = 2 Cu + H 2 O,

2Cu2O + O2 = 4CuO;

Disproportsionaalsus kuumutamisel:

Cu 2 O = Cu + CuO,
2CuCl = Cu + CuCl2.

3. Millised omadused on vask(II)oksiidil?

Tähelepanu juhitakse põhilistele ja oksüdatiivsetele omadustele Vask(II)oksiidi reaktsioonide võrrandid on kirjutatud:

Hape:

CuO + 2H+ = Cu2+ + H20;

Etanool:

C2H5OH + CuO = CH3CHO + Cu + H2O;

Vesinik:

CuO + H2 = Cu + H2O;

Alumiinium:

3CuO + 2Al = 3Cu + Al2O3.

4. Millised omadused on vask(II)hüdroksiidil?

Tähelepanu juhitakse oksüdatiivsetele, aluselistele omadustele, võimele moodustada komplekse orgaaniliste ja anorgaaniliste ühenditega.Reaktsioonivõrrandid on kirjutatud:

Aldehüüd:

RCHO + 2Cu(OH)2 = RCOOH + Cu2O + 2H2O;

Hape:

Cu(OH)2 + 2H+ = Cu2+ + 2H20;

Ammoniaak:

Cu(OH)2 + 4NH3 = (OH)2;

Glütseriin:

Lagunemisreaktsiooni võrrand:

Cu(OH)2 = CuO + H2O.

5. Millised omadused on vase(II) sooladel?

Tähelepanu juhitakse ioonivahetuse, hüdrolüüsi, oksüdatiivsete omaduste ja kompleksi moodustumise reaktsioonidele. Vasksulfaadi reaktsioonide võrrandid:

Naatriumhüdroksiid:

Cu 2+ + 2OH – = Cu(OH) 2 ;

Naatriumfosfaat:

3Cu2+ + 2= Cu3(PO4)2;

Cu 2+ + Zn = Cu + Zn 2+;

Kaaliumjodiid:

2CuS04 + 4KI = 2CuI + I2 + 2K2S04;

Ammoniaak:

Cu 2+ + 4NH3 = 2+;

ja reaktsioonivõrrandid:

Hüdrolüüs:

Cu 2+ + HOH = CuOH + + H +;

Kaashüdrolüüs naatriumkarbonaadiga malahhiidi moodustamiseks:

2Cu 2+ + 2 + H2O = (CuOH) 2CO 3 + CO 2.

Lisaks saate õpilastele rääkida vask(II)oksiidi ja hüdroksiidi koostoimest leelistega, mis tõestab nende amfoteerset olemust:

Cu(OH)2 + 2NaOH (konts.) = Na2,

Cu + Cl 2 = CuCl 2,

Cu + HgCl 2 = CuCl 2 + Hg,

2Cu + 4HCl + O2 = 2CuCl2 + 2H2O,

CuO + 2HCl = CuCl2 + H2O,

Cu(OH)2 + 2HCl = CuCl2 + 2H2O,

CuBr 2 + Cl 2 = CuCl 2 + Br 2,

(CuOH) 2 CO 3 + 4HCl = 2CuCl 2 + 3H 2 O + CO 2,

2CuCl + Cl2 = 2CuCl2,

2CuCl = CuCl 2 + Cu,

CuSO 4 + BaCl 2 = CuCl 2 + BaSO 4.)

3. harjutus. Tehke järgmistele skeemidele vastavad teisendusahelad ja viige need läbi:

Ülesanne 1. Vase ja alumiiniumi sulamit töödeldi esmalt leelise ja seejärel lahjendatud lämmastikhappe liiaga. Arvutage metallide massiosad sulamis, kui on teada, et mõlemas reaktsioonis (samades tingimustes) eralduvate gaaside mahud on võrdsed
.

(Vastus . Vase massiosa – 84%.)

2. ülesanne. Kui kaltsineeriti 6,05 g vask(II)nitraadi kristalset hüdraati, saadi 2 g jääki. Määrake algse soola valem.

(Vastus. Cu(NO3)23H2O.)

3. ülesanne. 13,2 g kaaluv vaskplaat kasteti 300 g raud(III)nitraadi lahusesse, mille soola massifraktsioon oli 0,112. Välja võttes selgus, et raud(III)nitraadi massiosa võrdus moodustunud vask(II)soola massiosaga. Pärast lahusest eemaldamist määrake plaadi mass.

(Vastus. 10 aastat)

Kodutöö.Õppige vihikusse kirjutatud materjali. Tehke vaseühendite jaoks transformatsioonide ahel, mis sisaldab vähemalt kümmet reaktsiooni, ja viige see läbi.

KIRJANDUS

1. Puzakov S.A., Popkov V.A. Keemia käsiraamat ülikoolidesse kandideerijatele. Programmid. Küsimused, harjutused, ülesanded. Eksamitööde näidised. M.: Kõrgkool, 1999, 575 lk.
2. Kuzmenko N.E., Eremin V.V. 2000 ülesannet ja harjutust keemias. Koolilastele ja taotlejatele. M.: 1st Federative Book Trading Company, 1998, 512 lk.