Опыты по химии. Сера и её соединения

Нахождение в природе

Сульфид меди(I) в природе встречается в виде минерала халькозина (устаревшие названия: халькоцит, редрутит, медный блеск). Также, по составу данному соединению близок минерал джюрлеит, иногда называют джарлеит (подробнее см. Сульфиды меди). Основные свойства представлены в таблице.

«Загадочная медь» (стр. 2 )

В избытке концентрированного раствора сильной щелочи гидроксид меди(II) растворим вследствие образования синих купритов (NaHCuO2 , NaCuO2 и т. п.). Однако последние весьма неустойчивы и при разбавлении раствора разлагаются с выделением Cu(OH)2 .

Применяется в качестве пигмента под названием «бремовой сини».

Хлорид меди (II) CuCl2.

2H2O
. Образует темно-зеленые кристаллы, легко растворимые в воде. Очень концентрированные растворы хлорида меди (II) имеют зеленый цвет, разбавленные — сине-голубой, т. к. при этом происходит образование аквакомплексов [Cu(H2O)6]2+.
Растворяется в воде, аммиаке, пиридине, эфире, спирте. Известны кристаллогидраты CuCl2.

nН2О (n=1, 2, 3, 4). Получают действием хлора на медь, реакцией оксида или гидроксида меди(II) с хлороводородной кислотой.

Бромид меди (II) CuBr2

. Черные кристаллы. Растворяется в воде и спирте, пиридине, ацетоне. Известен кристаллогидрат CuBr2
.
2Н2О. Получают действием жидкого брома на медь, реакцией оксида или гидроксида меди (II) с бромоводородной кислотой.

Фторид меди (II) CuF2

. Белые мелкие кристаллы. Растворяется в аммиаке, фтороводородной, хлороводородной и азотной кислотах, пиридине, этилацетате. Восстанавливается до меди водородом. Разлагается парами воды. Получают нагреванием меди с фтором.

Нитрат меди(II) Cu(NO3)2.

В твердом виде представляет синие кристаллы Cu(NO3)2
.
H2O. При нагревании кристаллы нитрата меди(II) сначала теряют воду, а затем легко разлагаются с выделением кислорода и бурого диоксида азота, переходя в оксид меди(II). Получается при растворении меди в азотной кислоте.

Сульфат меди(II) CuSO4

В безводном состоянии представляет собой белый порошок, который при поглощении воды синеет. Поэтому он применяется для обнаружения следов влаги в органических жидкостях. Водный раствор сульфата меди имеет характерный сине-голубой цвет. Эта окраска свойственна гидратированным ионам [Cu(H2O)4]2+ или [Cu(H2O)6]2+, поэтому такую же окраску имеют все разбавленные растворы солей меди(II), если только они не содержат каких-либо окрашенных анионов. Из водных растворов сульфат меди кристаллизуется с пятью молекулами воды, образуя прозрачные синие кристаллы медного купороса. Получают дегидратацией кристаллогидратов, обработкой меди концентрированной серной кислотой. Медный купорос применяется для электролитического покрытия металлов медью, для приготовления минеральных красок, а также в качестве исходного вещества при получении других соединений меди. В сельском хозяйстве разбавленный раствор медного купороса применяется для опрыскивания растений и протравливания зерна перед посевом, чтобы уничтожить споры вредных грибков. В природе встречается в виде минерала халькантита (CuSO4
.
5Н2О).

Гидроксокарбонат меди(II) (CuOH)2CO3

. Встречается в природе в виде минерала малахита, имеющего красивый изумрудно-зеленый цвет. Искусственно получается действием Na2CO3 на растворы солей меди(II).

2CuSO4 + 2Na2CO3 + H2O = (CuOH)2CO3 + 2Na2SO4 + CO2↑

Применяется для получения хлорида меди(II), для приготовления синих и зеленых минеральных красок, а также в пиротехнике.

Ацетат меди(II) Cu(CH3COO)2.

H2O
. Получается обработкой гидроксида или оксида меди (II) уксусной кислотой. Обычно представляет собой смесь основных солей различного состава и цвета (зеленого и сине-зеленого). Под названием ярь-медянка применяется для приготовления масляной краски.
Большинство солей двухвалентной меди растворимы в воде, а растворы часто имеют кислую реакцию. Со слабыми кислотами медь образует основные соли.

Летучие соединения меди окрашивают несветящееся пламя газовой горелки в сине-зелёный цвет.

В разбавленных растворах цвет солей двухвалентной меди с бесцветными анионами сине-голубой (цвет иона Cu2+) . Напротив, окраска твердых солей различна. В частности, наиболее практически важная из них – медный купорос (CuSO4 .

5Н2О) – имеет синий цвет.

Комплексообразование для двухвалентной меди весьма характерно. Это видно уже из того, что почти все соли Cu2+ выделяются из растворов в виде кристаллогидратов. С соответствующими солями щелочных металлов соли Cu2+ дают двойные соединения, содержащие медь в составе комплексных анионов (например, [CuCl4]2-).Однако большинство последних неустойчиво и в растворе распадается на составные части. Значительно устойчивее очень характерный для двухвалентной меди темно-синий комплексный катион [Cu(NH3)4] 2+, образующийся при прибавлении избытка аммиака к растворам Cu2+ по реакции, например:

CuSO4 + 4NH 3.

H2О = [Cu(NH3)4]SO4 + 4H2O

В связи с интенсивной окраской этого комплекса, аммиаком можно пользоваться как реактивом на медь.

Для одновалентной меди также свойственны амминокоплексы [Cu(NH3)2]+. Поэтому соединения Сu(I) в присутствии аммиака могут растворяться:

CuClт + 2NH3.

H2Oж = [Cu(NH3)2]Clр

С помощью солей меди получают разноообразные по цвету минеральные краски: зелёные, синие, коричневые, фиолетовые и чёрные.

Все соли меди ядовиты. Например, смешанный ацетат-арсенит меди(II) — Cu(CH3COO)2•3Cu(AsO2)2 — применяется под названием «парижская зелень» для уничтожения вредителей растений.

В быту, чтобы избежать образования ядовитых медных солей, медную посуду покрывают изнутри слоем олова (лудят).

После анализа всей полученной информации, мы обнаружили, что наши представления о свойствах меди и ее соединений отличались от реальных. Эти различия приведены в таблице 1.

Таблица 1

Для проверки новой информации о меди и ее соединениях в экспериментальной части работы были выполнены следующие опыты:

· Растворение меди в растворе аммиака.

· Взаимодействие меди с концентрированной соляной и

разбавленной серной кислотами.

· Растворение меди в растворе хлорида железа(III.)

· Взаимодействие меди с бромоводородной кислотой.

· Изучение амфотерных свойств оксида меди(I). Растворение в соляной

кислоте, растворах аммиака и гидроксида аммония.

· Изучение амфотерных свойств оксида меди(II). Растворение в соляной

кислоте, растворах аммиака и гидроксида аммония.

· Изучение амфотерных свойств гидроксида меди(II). Растворение в

соляной кислоте, растворах аммиака и гидроксида аммония.

В опытах использовали свежеосажденную медь, оксид меди(I), оксид меди(II), гидроксид меди(II) и бромоводородную кислоту, которые получали непосредственно перед проведением опытов.

В фарфоровую или стеклянную чашку наливали насыщенный раствор сульфата меди(II) и внесли гранулы цинка. Выделяющаяся медь осаждалась на цинке в виде рыхлой массы.

CuSO4 + Zn = ZnSO4 + Cu

При перемешивании раствора осадок скапливался на дне чашки

(рис. 1). Осадок промывали, удаляли гранулы непрореагировавшего цинка; полученную медь, не высушивая, использовали для опытов.

Рис.1. Получение свежеосажденной меди

В пробирку наливали 5 мл десятипроцентного раствора сульфата меди (II) и затем немного больший объем гидроксида калия. К образовавшемуся голубому осадку гидроксида меди(II) добавляли избыток

глюкозы и перемешивали (рис 2, ярко – синий раствор). Смесь нагревали водой с температурой ~100 оС. Наблюдали образование желтого осадка меди(I), оранжевого цвета смеси осадков гидроксида и оксида меди(I). После завершения реакции в пробирке образовался красный осадок оксида меди(I) (рис. 2).

Рис. 2. Получение оксида меди(I).

2C6H12O6 + 2Cu(OH)2 → 2C6H12O7 + 2CuOH + H2O

2CuOH → Cu2O + H2O

Поместили в пробирку раствор гидроксида натрия и нагрели. К горячему раствору приливали раствор сульфата меди (II) до выпадения осадка. Полученную смесь нагревали. В результате получали осадок оксида меди(II) черного цвета.

CuSO4 + 2NaOH = Na2SO4 + Cu(OH)2

t

Cu(OH)2 = CuO + H2O

В пробирку наливали 5 мл десятипроцентного раствора сульфата меди(II) и затем раствор гидроксида натрия до образования голубого студенистого осадка гидроксида меди(II).

CuSO4 + 2NaOH = Na2SO4 + Cu(OH)2

А. Взаимодействием разбавленной серной кислоты с бромидами

.

При действии на бромид калия раствором, полученным из трех объемов концентрированной серной кислоты (ρ = 1,84 г/см3) и одного объема воды [6, 7], выделялся бромоводород (рис. 3-1, 4-1):

Физические свойства

Сульфид меди (I) — твердое вещество темно-серого цвета, нерастворимое в воде и этаноле.

Cu2S существует в трёх кристаллических модификациях:

• α-Cu2S, ромбическая сингония, пространственная группа Ab
  2m, параметры ячейки
  a
  = 1,1190 нм,
  b
  = 2,728 нм,
  c
  = 1,341 нм,
  Z
  = 96,
  d
  = 5,81 г/см3;
• β-Cu2S, гексагональная сингония, пространственная группа P
  63/mmc, параметры ячейки
  a
  = 0,389 нм,
  c
  = 0,668 нм,
  Z
  = 2,
  d
  = 5,78 г/см3;
• γ-Cu2S, кубическая сингония, пространственная группа F
  m3m, параметры ячейки
  a
  = 0,5735 нм,
  Z
  = 4,
  d
  = 5,60 г/см3.

Температуры фазовых переходов: α → β 103 °C, β → γ 437 °C.

Сульфид меди (I) склонен к образованию нестехиометрических соединений, свойства которых могут сильно отличаться от стехиометрических.

Опыты по химии. Сера и её соединения

Чтобы поделиться, нажимайте

Взаимодействие серы с медью

Медь — неактивный металл. Но при повышенных температурах она активно взаимодействует с серой. Нагреем серу в пробирке до кипения. Сера плавится и постепенно закипает. Пробирка наполняется бурыми парами серы. Опустим медную проволоку в пробирку. В парах серы медь загорается. Продукт взаимодействия – черный сульфид меди.

Cu + S = CuS

Оборудование: штатив, пробирка, горелка, тигельные щипцы.

Техника безопасности. Опыт следует проводить под тягой. Соблюдать правила работы с горючими веществами и нагревательными приборами.

Постановка опыта и текст – к.п.н. Павел Беспалов.

Взаимодействие серы с натрием

Натрий — активный щелочной металл. Во избежание окисления и взаимодействия с парами воды натрий хранят в керосине. Небольшой кусочек натрия помещает в ступку с порошком серы. Осторожно растираем натрий. Он активно взаимодействует с серой. Продукт реакции – сульфид натрия.

Na + S = Na2S

Оборудование: ступка фарфоровая с пестиком, шпатель, скальпель, пинцет, фильтровальная бумага.

Техника безопасности. Опыт следует проводить под тягой. Соблюдать правила работы со щелочными металлами. Во избежании химических ожогов обернуть руку полотенцем.

Постановка опыта и текст – к.п.н. Павел Беспалов.

Взаимодействие серы с цинком

Цинк менее активен по сравнению с натрием. Для протекания реакции с серой необходимо нагревание. Смесь порошков серы и цинка поджигаем. Смесь энергично сгорает с образованием сульфида цинка.

Zn + S = ZnS

Оборудование: шпатель, огнезащитная прокладка, горелка, лучина.

Техника безопасности. Соблюдать правила работы с нагревательными приборами. Опыт проводить под тягой.

Постановка опыта и текст – к.п.н. Павел Беспалов.

Получение пластической серы

Сера – кристаллическое вещество. В кристаллах молекулы всегда расположены в строгом порядке. Сера, измельченная в порошок, сохраняет кристаллическую структуру. Нагреем порошок серы. Сера плавится при температуре 120 градусов и становится легко подвижной желтой жидкостью. При дальнейшем повышении температуры сера начинает темнеть, превращается в темно-бурую, вязкую жидкость – пластическую серу. При быстром охлаждении в воде сера сохраняет пластические свойства. Пластическая сера с течением времени кристаллизуется и твердеет.

Оборудование: пробирка, штатив для пробирок, шпатель, химический стакан, спиртовка, держатель для пробирок.

Техника безопасности. Соблюдать правила обращения с нагревательными приборами. Не допускать попадания расплавленной серы на поверхность стола. При возгорании серы тушить пламя речным песком.

Постановка опыта – Елена Махиненко, текст – к.п.н. Павел Беспалов.

Получение сероводорода и изучение его свойств

Сероводород – токсичный бесцветный газ с запахом тухлых яиц. Сероводород (H2S) в лаборатории можно получить нагреванием смеси парафина с серой. В пробирку помещаем кусочек парафина и желтый порошок серы, закрываем пробкой с газоотводной трубкой и нагреваем на пламени спиртовки. Выделяющийся сероводород можно обнаружить с помощью влажной универсальной индикаторной бумаги: под действием сероводорода она краснеет. Раствор сероводорода в воде – очень слабая кислота. Пропускаем сероводород через холодную дистиллированную воду. Сероводород частично растворяется, образуется сероводородная вода. Лакмус краснеет в сероводородной воде, это действительно слабая кислота. Качественная реакция на сульфид ион – реакция с ионами свинца, мы проведем похожую ‑ реакцию с ионами меди. При добавлении сульфата меди к сероводородной воде выпадает черный осадок сульфида меди.

CuSO4 + H2S = CuS ↓+ H2SO4

Так же выглядит осадок сульфида свинца. По черному осадку сульфида свинца можно обнаружить сульфид-ион.

Оборудование: пробирки, газоотводная трубка, штатив, штатив для пробирок, шпатель, щипцы, фарфоровые тигли, спиртовка, держатель для пробирок.

Техника безопасности. Следует соблюдать правила обращения с ядовитыми газами. Опыт необходимо проводить в вытяжном шкафу. Соблюдать правила обращения с нагревательными приборами.

Постановка опыта – Елена Махиненко, текст – к.п.н. Павел Беспалов.

Получение сернистой кислоты

Сернистую кислоту можно получить растворением сернистого газа в воде. Для получения сернистого газа понадобится концентрированная серная кислота и медь: в пробирку с концентрированной серной кислотой поместим кусочек меди и нагреем раствор.

Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2↑ + H2O

Направим ток сернистого газа в пробирку с водой. При растворении сернистого газа частично происходит реакция с водой, и образуется слабая сернистая кислота.

SO2 + H2O = H2SO3

Пропуская сернистый газ через воду, мы получили сернистую кислоту. Сернистый газ в огромных количествах выделяется из недр Земли у действующих вулканов. Сернистый газ раздражает слизистые оболочки дыхательных путей, вызывает их воспаление, потерю аппетита, в больших концентрациях ‑ потерю сознания. Поэтому обращаться с сернистым газом нужно, соблюдая все меры предосторожности.

Оборудование: пробирки, газоотводная трубка, штатив, штатив для пробирок, пинцет, спиртовка.

Техника безопасности. Опыт необходимо проводить под тягой. Соблюдать правила обращения с нагревательными приборами. Необходима особая осторожность при работе с концентрированной серной кислотой. Следует соблюдать правила работы с концентрированными кислотами.

Недопустимо вдыхание выделяющегося сернистого газа.

Постановка опыта – Елена Махиненко, текст – к.п.н. Павел Беспалов.

Свойства сернистой кислоты

Раствор сернистой кислоты H2SO3 обладает восстановительными свойствами. Сернистая кислота взаимодействует с раствором йода, обесцвечивая его. При этом образуются йодоводородная и серная кислоты.

H2SO3 + I2 + H2O = H2SO4 + 2НI

Как и все кислоты, сернистая кислота меняет цвет растворов индикаторов. Метиловый оранжевый в растворе кислоты становится красным. В старину дамские соломенные шляпки отбеливали сернистой кислотой. Раствор сернистой кислоты отбеливает ткани из растительного материала, шерсти, шелка.

Оборудование: пробирки, газоотводная трубка, штатив, штатив для пробирок, пинцет, спиртовка.

Техника безопасности. Опыт необходимо проводить под тягой. Соблюдать правила обращения с нагревательными приборами. Недопустимо вдыхание выделяющегося сернистого газа.

Постановка опыта – Елена Махиненко, текст – к.п.н. Павел Беспалов .