Гидролиз хлорида меди (II). Гидролиз хлорида меди (II) меди хлорид: поведение в окружающей среде
Общие сведения о гидролизе хлорида меди (II)
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Хлорид меди (II) – средняя соль, образованная слабым основанием – гидроксидом меди (II) (Cu(OH) 2) и сильной кислотой – соляной (хлороводородной) (HCl). Формула — CuCl 2 .
Представляет кристаллы желто-бурого (темно-коричневого) цвета; в виде кристаллогидратов — зеленого. Молярная масса – 134 г/моль.
Рис. 1. Хлорид меди (II). Внешний вид.
Гидролиз хлорида меди (II)
Гидролизуется по катиону. Характер среды – кислый. Теоретически возможна вторая ступень. Уравнение гидролиза имеет следующий вид:
Первая ступень:
CuCl 2 ↔ Cu 2+ + 2Cl — (диссоциация соли);
Cu 2+ + HOH ↔ CuOH + + H + (гидролиз по катиону);
Cu 2+ + 2Cl — + HOH ↔ CuOH + + 2Cl — + H + (ионное уравнение);
CuCl 2 + H 2 O ↔ Cu(OH)Cl +HCl (молекулярное уравнение).
Вторая ступень:
Cu(OH)Cl ↔ CuOH + + Cl — (диссоциация соли);
CuOH + + HOH ↔ Cu(OH) 2 ↓ + H + (гидролиз по катиону);
CuOH + + Cl — + HOH ↔ Cu(OH) 2 ↓ + Cl — + H + (ионное уравнение);
Cu(OH)Cl + H 2 O ↔ Cu(OH) 2 ↓ + HCl (молекулярное уравнение).
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
ПРИМЕР 2
| Задание | Запишите уравнение электролиза раствора хлорида меди (II). Какая масса вещества на катоде выделится, если электролизу подвергнут 5 г хлорида меди (II)? |
| Решение | Запишем уравнение диссоциации хлорида меди (II) в водном растворе:
CuCl 2 ↔ Cu 2+ +2Cl — . Условно запишем схему электролиза: (-) Катод: Cu 2+ , H 2 O. (+) Анод: Cl — , H 2 O. Cu 2+ +2e → Cu o ; 2Cl — -2e → Cl 2 . Тогда, уравнение электролиза водного раствора хлорида меди (II) будет выглядеть следующим образом: CuCl 2 = Cu + Cl 2 . Рассчитаем количество вещества хлорида меди (II), используя данные, указанные в условии задачи (молярная масса – 134г/моль): υ(CuCl 2) = m(CuCl 2)/M(CuCl 2) = 5/134 = 0,04 моль. Согласно уравнению реакции υ(CuCl 2) = υ(Cu) =0,04 моль. Тогда рассчитаем массу выделившейся на катоде меди (молярная масса – 64 г/моль): m(Cu)= υ(Cu)×M(Cu)= 0,04 ×64 = 2,56г. |
| Ответ | Масса выделившейся на катоде меди равна 2,56 г. |
Основные сведения:
| Защитный, запрещая грибковым спорам и болезнетворным микроорганизмам ввод ведущих тканей |
| Желтое тело короны (безводное) к синим-зеленым кристаллам (дигидрат) |
Выпуск:
меди хлорид: поведение в окружающей среде
| Показатель | Значение | Пояснение | ||
| Растворимость в воде при 20 o C (мг/л) | 757000 Q4 Высокий||||
| Растворимость в органических растворителях при 20 o C (мг/л) | 680000 Q4 - Метанол -||||
| Температура плавления (o C) | - - -||||
| Температура кипения (o C) | - - -||||
| Температура разложения (o C) | - - -||||
| Температура вспышки (o C) | - - -||||
| Коэффициент распределения в системе октанол/вода при pH 7, 20 o C | P: - - -||||
| Удельная плотность (г/мл) / Удельный вес | 3.39 Q3 -||||
| Константа диссоциации (pKa) при 25 o C | - - -||||
| Примечание: | ||||
| Давление паров при 25 o C (МПа) | 1.00 X 10 -10 Q1 Не летуч||||
| Константа закона Генри при 25 o C (Па*м 3 /моль) | - - -||||
| Константа закона Генри при 20 o C (безразмерная) | 7.29 X 10 -21 Рассчитывается Не летуч||||
| Период распада в почве (дни) | ДТ50 (типичный) - - -||||
| - | ||||
| Водный фотолиз ДТ50 (дни) при pH 7 | Значение: - - -||||
| - | ||||
| Водный гидролиз ДТ50 (дни) при 20 o C и pH 7 | Значение: - - -||||
| - | ||||
| Водное осаждение ДТ50 (дни) | - - -||||
| Только водная фаза ДТ50 (дни) | - - -||||
| Индекс потенциального вымывания GUS | - - -||||
| Индекс роста концентрации в грунтовых водах SCI (мкг/л) при дозе внесения 1 кг/га (л/га) | Значение: - - -||||
| - | ||||
| Potential for particle bound transport index | - - -||||
| Koc - коэффициент распределения органического углерода (мл/г) | - - -||||
| pH устойчивость: | ||||
| Примечание: | ||||
| Изотерма адсорбции Фрейндлиха | Kf: -- | -|||
| - | ||||
| Максимальное УФ-поглощение (л/(моль*см)) | - - -||||
меди хлорид: экотоксичность
| Показатель | Значение | Источник / Качественные показатели / Другая информация | Пояснение | |
| Коэффициент биоконцентрации | BCF: -- | -|||
| Потенциал биоаккумуляции | - - -||||
| ЛД50 (мг/кг) | 140 V3 Крыса Умеренно||||
| Млекопитающие - Короткопериодный пищевой NOEL | (мг/кг): -- | -|||
| Птицы - Острая ЛД50 (мг/кг) | - - -||||
| Птицы - Острая токсичность (СК50 / ЛД50) | - - -||||
| Рыбы - Острая 96 часовая СК50 (мг/л) | 0.24 F4 Радужная форель Умеренно||||
| Рыбы - Хроническая 21 дневная NOEC (мг/л) | - - -||||
| Водные беспозвоночные - Острая 48 часовая ЭК50 (мг/л) | - - -||||
| Водные беспозвоночные - Хроническая 21 дневная NOEC (мг/л) | - - -||||
| Водные ракообразные - Острая 96 часовая СК50 (мг/л) | 0.134 F3 Креветка-мизида Умеренно||||
| Донные микроорганизмы - Острая 96 часовая СК50 (мг/л) | 0.043 F4 Комар-хирономус Высокий||||
| NOEC , static, Вода (мг/л) | - - -||||
| Донные микроорганизмы - Хроническая 28 дневная NOEC , Осадочная порода (мг/кг) | - - -||||
| Водные растения - Острая 7 дневная ЭК50 , биомасса (мг/л) | - - -||||
| Водоросли - Острая 72 часовая ЭК50 , рост (мг/л) | 0.55 H1 Не известные виды Умеренно||||
| Водоросли - Хроническая 96 часовая NOEC , рост (мг/л) | - - -||||
| Пчелы - Острая 48 часовая ЛД50 (мкг/особь) | - - -||||
| Почвенные черви - Острая 14-дневная СК50 (мг/кг) | - - -||||
| Почвенные черви - Хроническая 14-дневная максимально недействующая концентрация вещества, размножение (мг/кг) | 15 A4 Дождевой червь , as Cu, 8 week Умеренно||||
| Другие Членистоногие (1) | LR50 (г/га): - - -||||
| Другие Членистоногие (2) | LR50 (г/га): - - -||||
| Почвенные микроорганизмы | - - -||||
| Имеющиеся данные по мезомиру (мезокосму) | NOEAEC мг/л: - - -||||
меди хлорид: здоровье человека
Основные показатели:
| Показатель | Значение | Источник / Качественные показатели / Другая информация | Пояснение | |
| Млекопитающие - Острая оральная ЛД50 (мг/кг) | 140 V3 Крыса Умеренно||||
| Млекопитающие - Кожная ЛД50 (мг/кг массы тела) | - - -||||
| Млекопитающие - Ингаляционная | ||||
§1. Химические свойства простого вещества (ст. ок. = 0).
а) Отношение к кислороду .
В отличие от своих соседей по подгруппе – серебра и золота, - медь непосредственно реагирует с кислородом. Медь проявляет к кислороду незначительную активность, но во влажном воздухе постепенно окисляется и покрывается пленкой зеленоватого цвета, состоящей из основных карбонатов меди:
В сухом воздухе окисление идет очень медленно, на поверхности меди образуется тончайший слой оксида меди:
Внешне медь при этом не меняется, так как оксид меди (I) как и сама медь, розового цвета. К тому же слой оксида настолько тонок, что пропускает свет, т.е. просвечивает. По-иному медь окисляется при нагревании, например, при 600-800 0 C. В первые секунды окисление идет до оксида меди (I), которая с поверхности переходит в оксид меди (II) черного цвета. Образуется двухслойное окисное покрытие.
Q образования (Cu 2 O) = 84935 кДж.
Рисунок 2. Строение оксидной пленки меди.
б) Взаимодействие с водой .
Металлы подгруппы меди стоят в конце электрохимического ряда напряжений, после иона водорода. Следовательно, эти металлы не могут вытеснять водород из воды. В то же время водород и другие металлы могут вытеснять металлы подгруппы меди из растворов их солей, например:
Эта реакция окислительно-восстановительная, так как происходит переход электронов:
Молекулярный водород вытесняет металлы подгруппы меди с большим трудом. Объясняется это тем, что связь между атомами водорода прочная и на ее разрыв затрачивается много энергии. Реакция же идет только с атомами водорода.
Медь при отсутствии кислорода с водой практически не взаимодействует. В присутствии кислорода медь медленно взаимодействует с водой и покрывается зеленой пленкой гидроксида меди и основного карбоната:
в) Взаимодействие с кислотами .
Находясь в ряду напряжений после водорода, медь не вытесняет его из кислот. Поэтому соляная и разбавленная серная кислота на медь не действуют.
Однако в присутствии кислорода медь растворяется в этих кислотах с образованием соответствующих солей:
Исключение составляет только иодоводородная кислота, которая вступает в реакцию с медью с выделением водорода и образованием очень устойчивого комплекса меди (I):
2 Cu + 3 HI → 2 H [ CuI 2 ] + H 2
Медь так же реагирует с кислотами – окислителями, например, с азотной:
Cu + 4HNO 3( конц .) → Cu(NO 3 ) 2 +2NO 2 +2H 2 O
3Cu + 8HNO 3( разбав .) → 3Cu(NO 3 ) 2 +2NO+4H 2 O
А так же с концентрированной холодной серной кислотой:
Cu + H 2 SO 4(конц.) → CuO + SO 2 + H 2 O
C горячей концентрированной серной кислотой:
Cu + 2H 2 SO 4( конц ., горячая ) → CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O
C безводной серной кислотой при температуре 200 0 С образуется сульфат меди (I):
2Cu + 2H 2 SO 4( безводн .) 200 °C → Cu 2 SO 4 ↓ + SO 2 + 2H 2 O
г) Отношение к галогенам и некоторым другим неметаллам .
Q образования (CuCl) = 134300 кДж
Q образования (CuCl 2) = 111700 кДж
Медь хорошо реагирует с галогенами, дает два вида галогенидов: CuX и CuX 2 .. При действии галогенов при комнатной температуре видимых изменений не происходит, но на поверхности вначале образуется слой адсорбированных молекул, а затем и тончайший слой галогенидов. При нагревании реакция с медью происходит очень бурно. Нагреем медную проволочку или фольги и опустим ее в горячем виде в банку с хлором – около меди появятся бурые пары, состоящие из хлорида меди (II) CuCl 2 с примесью хлорида меди (I) CuCl. Реакция происходит самопроизвольно за счет выделяющейся теплоты. Одновалентные галогениды меди получают при взаимодействии металлической меди с раствором галогенида двухвалентной меди, например:
При этом монохлорид выпадает из раствора в виде белого осадка на поверхности меди.
Медь так же достаточно легко ступает в реакции с серой и селеном при нагревании (300-400 °C):
2Cu +S→Cu 2 S
2Cu +Se→Cu 2 Se
А вот с водородом, углеродом и азотом медь не реагирует даже при высоких температурах.
д) Взаимодействие с оксидами неметаллов
Медь при нагревании может вытеснять из некоторых оксидов неметаллов (например, оксид серы (IV) и оксиды азота (II, IV)) простые вещества, образуя при этом термодинамически более устойчивый оксид меди (II):
4Cu+SO 2 600-800°C →2CuO + Cu 2 S
4Cu+2NO 2 500-600°C →4CuO + N 2
2 Cu +2 NO 500-600° C →2 CuO + N 2
§2. Химические свойства одновалентной меди (ст.ок. = +1)
В водных растворах ион Cu + очень неустойчив и диспропорционирует:
Cu + ↔ Cu 0 + Cu 2+
Однако медь в степени окисления (+1) может стабилизироваться в соединениях с очень низкой растворимостью или за счет комплексообразовния .
а) Оксид меди (I ) Cu 2 O
Амфотерный оксид. Кристаллическое вещество коричнево-красного цвета. В природе встречается в виде минерала куприта. Исскуственно может быть получен нагреванием раствора соли меди (II) с щелочью и каким-нибудь сильным восстановителем, например, формалином или глюкозой . Оксид меди(I) не реагирует с водой. Оксид меди(I) переводится в раствор концентрированной соляной кислотой с образованием хлоридного комплекса:
Cu 2 O +4 HCl →2 H [ CuCl 2]+ H 2 O
Так же растворим в концентрированном растворе аммиака и солей аммония:
Cu 2 O+2NH 4 + →2 +
В разбавленной серной кислоте диспропорционирует на двухвалентную медь и металлическую медь:
Cu 2 O+H 2 SO 4(разбав.) →CuSO 4 +Cu 0 ↓+H 2 O
Также оксид меди(I) вступает в водных растворах в следующие реакции:
1. Медленно окисляется кислородом до гидроксида меди(II):
2 Cu 2 O +4 H 2 O + O 2 →4 Cu (OH ) 2 ↓
2. Реагирует с разбавленными галогенводородными кислотами с образованием соответствующих галогенидов меди(I):
Cu 2 O +2 H Г→2 Cu Г↓ + H 2 O (Г= Cl , Br , J )
3.Восстанавливается до металлической меди типичными восстановителями, например, гидросульфитом натрия в концентрированном растворе:
2 Cu 2 O +2 NaSO 3 →4 Cu ↓+ Na 2 SO 4 + H 2 SO 4
Оксид меди(I) восстанавливается до металлической меди в следующих реакциях:
1. При нагревании до 1800 °C (разложение):
2 Cu 2 O - 1800 ° C →2 Cu + O 2
2. При нагревании в токе водорода, монооксида углерода, с алюминиеми прочими типичными восстановителями:
Cu 2 O + H 2 - >250°C →2Cu +H 2 O
Cu 2 O + CO - 250-300°C →2Cu +CO 2
3 Cu 2 O + 2 Al - 1000° C →6 Cu + Al 2 O 3
Также, при высоких температурах оксид меди(I) реагирует:
1. C аммиаком (образуется нитрид меди(I))
3 Cu 2 O + 2 NH 3 - 250° C →2 Cu 3 N + 3 H 2 O
2. С оксидами щелочных металлов:
Cu 2 O+M 2 O- 600-800°C →2 М CuO (M= Li, Na, K)
При этом образуются купраты меди (I).
Оксид меди (I) заметно реагирует с щелочами :
Cu 2 O +2 NaOH (конц.) + H 2 O ↔2 Na [ Cu (OH ) 2 ]
б) Гидроксид меди (I ) CuOH
Гидроксид меди(I) образует жёлтое вещество, не растворяется в воде.
Легко разлагается при нагревании или кипячении:
2 CuOH → Cu 2 O + H 2 O
в) Галогениды CuF , Cu С l , CuBr и CuJ
Все эти соединения – белые кристаллические вещества, плохо растворимые в воде, но хорошо растворимые в избытке NH 3 , цианидных ионов, тиосульфатных ионов и иных сильных комплексообразователей. Иод образует только соединение Cu +1 J. В газообразном состоянии образуются циклы типа (CuГ) 3 . Обратимо растворимы в соответствующих галогенводородных кислотах:
Cu Г + HГ ↔ H [ Cu Г 2 ] (Г= Cl , Br , J )
Хлорид и бромид меди (I) неустойчивы во влажном воздухе и постепенно превращаются в основные соли меди (II):
4 Cu Г +2 H 2 O + O 2 →4 Cu (OH )Г (Г=Cl, Br)
г) Прочие соединения меди (I )
1. Ацетат меди (I) (СН 3 СООСu) - соединение меди, имеет вид бесцветных кристаллов. В воде медленно гидролизуется до Сu 2 О, на воздухе окисляется до ацетата двухвалентной меди; Получают СН 3 СООСu восстановлением (СН 3 СОО) 2 Сu водородом или медью, сублимацией (СН 3 СОО) 2 Сu в вакууме или взаимодействием (NH 3 OH)SO 4 с (СН 3 СОО) 2 Сu в р-ре в присутствии Н 3 СООNH 3 . Вещество токсично.
2. Ацетиленид меди(I) - красно-коричневые, иногда черные кристаллы. В сухом виде кристаллы детонируют при ударе или нагреве. Устойчивы во влажном состоянии. При детонации в отсутствие кислорода не образуется газообразных веществ. Под действием кислот разлагается. Образуется в виде осадка при пропускании ацетилена в аммиачные растворы солей меди(I):
С 2 H 2 +2[ Cu (NH 3 ) 2 ](OH ) → Cu 2 C 2 ↓ +2 H 2 O +2 NH 3
Данная реакция используется для качественного обнаружения ацетилена.
3. Нитрид меди - неорганическое соединение с формулой Cu 3 N, тёмно-зелёные кристаллы.
Разлагается при нагревании:
2 Cu 3 N - 300° C →6 Cu + N 2
Бурно реагирует с кислотами:
2 Cu 3 N +6 HCl - 300° C →3 Cu ↓ +3 CuCl 2 +2 NH 3
§3. Химические свойства двухвалентной меди (ст.ок. = +2)
Наиболее устойчивая степень окисления у меди и самая характерная для нее.
а) Оксид меди (II ) CuO
CuO - основный оксид двухвалентной меди. Кристаллы чёрного цвета, в обычных условиях довольно устойчивые, практически нерастворимые в воде. В природе встречается в виде минерала тенорита (мелаконита) чёрного цвета. Оксид меди(II) реагирует с кислотами с образованием соответствующих солей меди(II) и воды:
CuO + 2 HNO 3 → Cu (NO 3 ) 2 + H 2 O
При сплавлении CuO со щелочами образуются купраты меди (II):
CuO +2 KOH - t ° → K 2 CuO 2 + H 2 O
При нагревании до 1100 °C разлагается :
4CuO- t ° →2 Cu 2 O + O 2
б) Гидроксид меди (II) Cu (OH ) 2
Гидроксид меди(II) - голубое аморфное или кристаллическое вещество, практически не растворимое в воде. При нагревании до 70-90 °C порошка Cu(ОН) 2 или его водных суспензий разлагается до CuО и Н 2 О:
Cu (OH ) 2 → CuO + H 2 O
Является амфотерным гидроксидом. Реагирует с кислотами с образованием воды и соответствующей соли меди:
С разбавленными растворами щелочей не реагирует, в концентрированных растворяется, образуя ярко-синие тетрагидроксокупраты (II):
Гидроксид меди(II) со слабыми кислотами образует основные соли . Очень легко растворяется в избытке аммиака с образованием аммиаката меди:
Cu(OH) 2 +4NH 4 OH→(OH) 2 +4H 2 O
Аммиакат меди имеет интенсивный сине-фиолетовый цвет, поэтому его используют в аналитической химии для определения малых количеств ионов Cu 2+ в растворе.
в) Соли меди (II )
Простые соли меди (II) известны для большинства анионов, кроме цианида и иодида, которые при взаимодействии с катионом Cu 2+ образуют ковалентные соединения меди (I), нерастворимые в воде.
Соли меди (+2), в основном, растворимы в воде. Голубой цвет их растворов связан с образованием иона 2+ . Они часто кристаллизуются в виде гидратов. Так, из водного раствора хлорида меди (II) ниже 15 0 С кристаллизуется тетрагидрат, при 15-26 0 С – тригидрат, свыше 26 0 С – дигидрат. В водных растворах соли меди (II) в небольшой степени подвержены гидролизу, и из них часто осаждаются основные соли .
1. Пентагидрат сульфата меди (II) (медный купорос)
Наибольшее практическое значение имеет CuSO 4 *5H 2 O, называемый медным купоросом. Сухая соль имеет голубую окраску, однако при несильном нагревании (200 0 С) она теряет кристаллизационную воду. Безводная соль белого цвета. При дальнейшем нагревании до 700 0 С она превращается в оксид меди, теряя триоксид серы:
CuSO 4 -- t ° → CuO + SO 3
Готовят медный купорос растворением меди в концентрированной серной кислоте. Эта реакция описана в разделе «Химические свойства простого вещества». Медный купорос применяют при электролитическом получении меди, в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями и болезнями растений, для получения других соединений меди .
2. Дигидрат хлорида меди (II).
Это темно-зеленые кристаллы, легкорастворимые в воде. Концентрированные растворы хлорида меди имеют зеленый цвет, а разбавленные – голубой. Это объясняется образованием хлоридного комплекса зеленого цвета:
Cu 2+ +4 Cl - →[ CuCl 4 ] 2-
И его дальнейшим разрушением и образованием голубого аквакомплекса.
3. Тригидрат нитрата меди (II).
Кристаллическое вещество синего цвета. Получается при растворении меди в азотной кислоте. При нагревании кристаллы сначала теряют воду, затем разлагаются с выделением кислорода и диоксида азота, переходя в оксид меди (II):
2Cu(NO 3 ) 2 -- t° →2CuO+4NO 2 +O 2
4. Карбонат гидроксомеди (II).
Карбонаты меди малоустойчивы и в практике почти не применяются. Некоторое значение для получения меди имеет лишь основной карбонат меди Cu 2 (OH) 2 CO 3 , который встречается в природе в виде минерала малахита. При нагревании легко разлагается с выделением воды, оксида углерода (IV) и оксида меди (II):
Cu 2 (OH) 2 CO 3 -- t° →2CuO+H 2 O+CO 2
§4. Химические свойства трехвалентной меди (ст.ок. = +3)
Эта степень окисления является наименее стабильной для меди, и поэтому соединения меди (III) являются скорее исключениями, чем «правилами». Тем не менее, некоторые соединения трехвалентной меди существуют.
а) Оксид меди (III) Cu 2 O 3
Это кристаллическое вещество, темно-гранатового цвета. Не растворяется в воде.
Получается окислением гидроксида меди(II) пероксодисульфатом калия в щелочной среде при отрицательных температурах:
2Cu(OH) 2 +K 2 S 2 O 8 +2KOH -- -20°C →Cu 2 O 3 ↓+2K 2 SO 4 +3H 2 O
Это вещество разлагается при температуре 400 0 С:
Cu 2 O 3 -- t ° →2 CuO + O 2
Окисид меди (III) – сильный окислитель. При взаимодействии с хлороводородом хлор восстанавливается до свободного хлора :
Cu 2 O 3 +6 HCl -- t ° →2 CuCl 2 + Cl 2 +3 H 2 O
б) Купраты меди (Ш)
Это черные или синие вещества, в воде не устойчивы, диамагнитны, анион – ленты квадратов (dsp 2). Образуются при взаимодействии гидроксида меди(II) и гипохлорита щелочного металла в щелочной среде :
2 Cu (OH ) 2 + М ClO + 2 NaOH →2М CuO 3 + NaCl +3 H 2 O (M = Na - Cs )
в) Калия гексафторкупрат(III)
Зеленое вещество, парамагнитно. Октаэдрическое строение sp 3 d 2 . Комплекс фторида меди CuF 3 , который в свободном состоянии разлагается при -60 0 С. Образуется нагреванием смеси хлоридов калия и меди в атмосфере фтора:
3KCl + CuCl + 3F 2 → K 3 + 2Cl 2
Разлагает воду с образованием свободного фтора.
§5. Соединения меди в степени окисления (+4)
Пока науке известно лишь одно вещество, где медь в степени окисления +4, это гексафторкупрат(IV) цезия – Cs 2 Cu +4 F 6 - оранжевое кристаллическое вещество, стабильное в стеклянных ампулах при 0 0 С. Бурно реагирует с водой. Получается фторированием при высоком давлении и температуре смеси хлоридов цезия и меди :
CuCl 2 +2CsCl +3F 2 -- t ° р → Cs 2 CuF 6 +2Cl 2
Загрузка...