d-элементы I-ой группы и их соединения

Оглавление d-элементы I-ой группы и их соединения 1. Природные ресурсы 2. Простые вещества Cu, Ag, Au - 3. Соединения - 6 аСоединения меди - 6 бСоединения серебра - 11 вСоединения золота - 13 Экспериментальная часть - 15 Список использованной литературы - 1.Природные ресурсы.

Содержание в земной коре составляет Cu 4,710 3 , Ag 7-10 6, Au 8. Медь в основном находится в земной коре в виде сульфидных руд. Главные минералы, содержащие медь халькопирит CuFeS2, халькозин медный блеск Cu2S, ковеллин CuS, малахит Сu2ОН2СO3. Встречается но редко самородная медь. Наиболее крупные медные самородки имеют массу в сотни килограммов.

Самородное серебро также встречается редко. Главным образом, природное серебро находится в виде сульфидных минералов аргентит серебряный блеск Ag2S и др которые обычно содержатся как примесь в полиметаллических рудах спутники Сu, Ni, Pb. 3олото, наоборот, встречается преимущественно в самородном состоянии в виде вкраплений в кварц. Иногда редко встречаются золотые самородки массой до десятка килограммов. Продуктом разрушения таких пород является золотоносный песок.

3олото, так же как и серебро, может быть примесью в полиметаллических рудах, но содержание в них Аu меньше, чем Ag. 2. Простые вещества Cu, Ag, Au Медь, серебро и золото мягкие блестящие металлы медь имеет красноватую окраску, золото желтую. Эти металлы могут быть получены в виде тончайшей проволоки или фольги. Обладают высокой электро- и теплопроводностью. Серебро наиболее электропроводный из металлов. Некоторые свойства

Сu, Ag и Au указаны в табл. Строение внешней и предвнешней электронных оболочек атомаCuAgAu3s2p6d104s14s2p6d105s15s2p6d1 06s1Радиус атома, пм128144144Энергия ионизации Э , эВ ,737,579,23Радиус иона , пм98113137Стандартная энтальпия атомизации металла при 250C, кДж на 1 моль атомов339286354Плотность, гсм38,9610,519,3Температура плавления, C1083960,51063Температура кипения, C254321672880Стандартный электродный потенциал процесса 0,5200,7991,691 Строение внешних электронных оболочек атомов Сu 3d104s1,

Ag 4d105s1, Au 4f145d106sl. В атомах элементов Сu, Ag, Au происходит провал s-электрона, приводящий к полному заполнению электронами d-орбиталей. Благодаря наличию одного s-электрона во внешнем слое для этих элементов характерна степень окисления 1. В образовании химических связей могут принимать участие также электроны с d-оболочки, поэтому медь проявляет устойчивую степень окисления 2, а золото 3. Химическая активность металлов

Сu, Ag, Au сравнительно невелика. С кислородом реагирует только медь, благородные металлы Ag и Au не окисляются кислородом даже при нагревании. При комнатной температуре медь практически не взаимодействует со фтором вследствие образования прочной защитной пленки фторида. При нагревании Сu и Ag реагируют с серой, образуя сульфиды Cu2S и Ag2S. Хлориды CuCl2, AgCl, AuCl3 также образуются в результате взаимодействия элементных веществ

при нагревании. Cu, Ag, Аu не вытесняют водород из растворов кислот, так как находятся в ряду напряжений после водорода. Исключение представляет взаимодействие меди с очень конц. НCl, так как в результате комплексообразования потенциал меди значительно сдвигается в область отрицательных значений 2Сu 4НCl 2НCuCl2 H2 Аналогичный окислительно-восстановительный процесс, обусловленный комплексообразованием, протекает в растворах цианидов 2Сu 4KCN 2H2O 2KCuCN2 2КОН

Н2 Медь и серебро легко окисляются азотной кислотой 3Сu 8НNO3разб. 3CuNO32 2NO 4H2O Ag 2HNO3конц. AgNO3 NO2 H2O 3олото реагирует с селеновой кислотой 2Au 6H2SeO4 Au2SeO43 3H2SeO3 3H2O В азотной кислоте золото не растворяется, но быстро взаимодействует с царской водкой Для элементов подгруппы 1Б, как и других побочных подгрупп, наблюдается стабилизация высших степеней окисления с увеличением их порядкового номера. Ионы

Au в водных растворах диспропорционируют на Au0 и Au3 в водной среде Au существует только в виде прочных комплексов, например AuCN2 . Для Сu, Ag, Au весьма характерно комплексообразование, причем связи металл-лиганд в комплексных соединениях этих металлов в значительной степени ковалентны. Доля ковалентной связи велика также в галогенидах этих металлов, поэтому они более легкоплавки и летучи,

чем галогениды элементов подгруппы IA. Медь и серебро обладают высокой каталитической активностью, в частности, высокодисперсное серебро эффективный катализатор окисления многих органических веществ. 3. Соединения. Соединения элементов подгруппы IБ значительно различаются различия большие, чем в предшествующих побочных подгруппах, поэтому рассмотрим их отдельно для каждого элемента. Соединения меди. С водородом медь непосредственно не взаимодействует.

Легко разлагающийся гидрид меди I получают, действуя алюмогидридом лития на CuI в эфирном растворе 4CuI LiAlH4 СuНLiH АlI3 Менее чистый содержащий воду гидрид меди СuН получают при восстановлении сульфата меди фосфорноватистой кислотой H3PO2 в водном растворе. Гидрид меди красно-бурый порошок, легко окисляющийся на воздухе. С кислородом медь образует два оксида черный СuО и красный

Сu2O. Оксид меди II СuО получается при нагревании меди до 400-500 С в присутствии кислорода, выше 1100С СuО разлагается на Сu2O и O2, поэтому при высокотемпературном окислении меди образуется Сu2O. Оксид СuО удобно получать термическим разложением основного карбоната меди Сu2ОН2СO3 2СuО H2O СO2 Оксид меди II легко восстанавливается водородом

СuО Н2 Сu H2O Оксид меди I Сu2O готовят, добавляя к раствору CuSO4 щелочь и восстановитель глюкозу, гидразин или гидроксиламин при нагревании. Сначала выпадает желтый осадок высокодисперсного Сu2O, который довольно быстро превращается в красный Сu2O, состоящий из более крупных частиц. Оба оксида меди Сu2O и СuО не взаимодействуют с водой. С кислотами реагируют с образованием солей

Сu и Сu2. Легко растворяются в водном растворе NH3 с образованием комплексных соединений Сu2O 4NH3 H2O 2CuNH32OH бесцветный CuO 4NH3 H2O CuNH34OH2 темно-синий Вторая реакция используется для очистки газов от примеси кислорода газ подают в сосуд с медными стружками, залитыми раствором NH3, кислород окисляет медь, образовавшийся СuО сразу растворяется и поверхность меди остается чистой, способной далее реагировать с

O2. При сплавлении СuО со щелочами образуются темно-синие кугфаты II M2CuO2. При действии щелочей на растворы солей Сu осаждается синий гидроксид СuОН2. Это слабое основание, обладающее в небольшой степени амфотерными свойствами оно растворяется в концентрированных растворах щелочей с образованием ярко-синих растворов гидроксокупратов III М2СuОН4 и в разбавленных кислотах с образованием аквакомплексов

СuH2O62. Гидроксид меди II легко разлагается при нагревании на СuО и H2O. Этот процесс происходит и при кипячении раствора с осадком СuОН2. Медь образует два хлорида белый, мало растворимый в воде CuCl и темно-коричневый в растворе голубой, хорошо растворимый в воде CuCl2. Для получения хлорида меди I нагревают смесь

CuCl2, конц. НCl и порошкообразной меди Сu CuCl2 2НCl 2HСuСl2 Малоустойчивый комплекс HСuСl2 при сильном разбавлении водой раствора диссоциирует на НCl и CuCl, последний выпадает в осадок. С хлоридами щелочных металлов CuCl образует хлорокупраты I, например KСuСl2 с аммиаком бесцветные аммиакаты, в частности СuNH33Cl. При добавлении к раствору CuSO4 иодида калия выделяются иод и белый осадок иодида медиI 2CuSO4 4KI 2CuI

I2 2K2SO4 Эта реакция обусловлена неустойчивостью Cuh, который сразу разлагается. Нестоек также цианид медиII CuCN2, поэтому при действии цианидов на растворы солей Сu2 образуется CuCN осадок и дициан C2N2. Осадок CuI растворяется при действии Na2S2O3 CuI 2Na2S2O3 Na3СuS2O32 NaI Не все соли Сu устойчивы в водном растворе. Так, получаемый действием 100-ной H2SO4 на Сu2O бесцветный сульфат медиI

Cu2SO4 при внесении в воду сразу диспропорционирует на Сu0 и CuSO4. Такая реакция не происходит с СuNH322SO4 комплексообразование обычно стабилизирует неустойчивую степень окисления. Хлорид меди II получают действием НCl на СuО, СuОН2 или Сu2ОН2СO3. При упаривании раствора можно выделить сине-зеленые кристаллы CuCl22H2O. Безводную соль получают нагреванием кристаллогидрата в токе хлороводорода обезвоживание на

воздухе дает продукт, загрязненный в результате гидролиза основными солями. С хлоридами щелочных металлов CuCl2 образует хлорокупраты II, напримерK2CuCl4. По cтруктуре CuCl2 неорганический полимер, в его паре находятся цепные молекулы В кристаллической решетке эти цепи расположены друг над другом так, что каждый атом Сu окружает 6 атомов Cl, образующих искаженный октаэдр.

Известно много других солей Сu2. На практике часто применяется синий CuSO45H2O медный купорос. В кристаллической решетке этого соединения ион Сu2 окружен 4 молекулами H2O, центры которых образуют квадрат, одна молекула H2O является мостиковой и она связана водородными связями с ионом SO42 и одной из молекул H2O, находящихся около иона

Сu2. При нагревании медный купорос обезвоживается. Безводный сульфат CuSO4 бесцветен. Нитрат меди II образует кристаллогидрат CuNO326H2O синего цвета. Нагреванием этого соединения нельзя получить безводный нитрат, так как происходит разложение 2CuNO32 2CuO 4NO2 O2 Безводный нитрат меди II сине-зеленая окраска получают взаимодействием меди с жидким

N2O4. При действии на растворы, содержащие Cu2, карбонатов щелочных металлов образуется основной карбонат меди зеленовато-голубой осадок 2CuSO4 2Na2CO3 H2O Сu2ОН2СO3 2Na2SO4 СO2 Ионы S2 дают с Сu2 черный осадок сульфида меди II CuS. Черный сульфид меди I Cu2S получают взаимодействием меди с серой при нагревании. Это нестехиометрическое соединение, приведенная формула приблизительно отражает его состав.

Известно много комплексов, содержащих Сu2. Так, при действии избытка водного аммиака на растворы, содержащие ионы Сu2 образуются комплексы CuNH34H2O22. Сульфат тетраамминмеди II CuNH34SO4H2O темно-синие кристаллы выделяется при добавлении к раствору, содержащему CuSO4 и NH3, этилового спирта, в котором данный комплекс мало растворим. Известно несколько соединений меди III, в частности, оксид

Сu2O3 красная окраска 2СuОН2 2КОН K2S2O8 Сu2O3 2K2SO4 3H2O Сu2O3 очень сильный окислитель. Достижения последних лет открытие в 1986-87 гг. керамических высокотемпературных сверхпроводников, содержащих медь в степени окисления больше 2. Эти вещества сравнительно просто получают спеканием соответствующих оксидов. Одно из наиболее употребимых соединений этого типа приближенной формулы

YВа2Сu3O7 переходит в сверхпроводящее состояние при 90К, имеет решетку типа перовскита см. рис. 3.78, в которую включены слои атомов меди. Аналогичную структуру имеют и другие подобные сверхпроводники содержат вместо Сu таллий или висмут. Пока нет теории, показывающей связь свойств этих веществ с их химической природой. Соединения серебра . Для серебра наиболее распространены соединения Ag. При действии щелочей на растворы, содержащие ионы

Ag, выпадает оксид Ag2O бурый осадок 2AgNO3 2КОН Ag2O 2KNO3 H2O Образование этого оксида обусловлено тем, что гидроксид серебра AgOH существует только в очень разбавленном растворе, при выделении он разлагается. Оксид Ag2O немного растворим в воде 0,01 г в 1 л H2O при 20 С раствор имеет щелочную реакцию, так как AgOH сильное основание.

Поэтому соли Ag не подвергаются гидролизу. Оксид серебра I разлагается при 300 С на Ag и O2. Наиболее широко применяемым соединением серебра является нитрат AgNO3, получаемый растворением металлического серебра в конц. HNO3. Растворимость галогенидов AgГ уменьшается при переходе от AgF к AgI. Фторид серебра AgF белый хорошо растворим в воде, a

AgCl белый, AgBr желтоватый, AgI желтый выпадают в осадок при взаимодействии с водном растворе Ag с F . Хлорид серебра растворяетется в водном аммиаке с образованием амминкомплекса AgCl 2NH3 AgNH32Cl Аналогичная реакция происходит с AgBr, но не идет с AgI так как эта соль очень мало растворима ПР 8,510 17 Все галогениды серебра растворяются в растворе

Na2S2O3 AgГ 2Na2S2O3 Na3AgS2O32 NaГ Одно из наиболее прочных соединений серебра сульфид Ag2S черный. Он образуется при взаимодействии Agp и S2 р, а также при действии на серебро H2S и других сернистых соединений в присутствии кислорода. Этим процессом объясняется постепенное почернение изделий из серебра. Своеобразными свойствами обладает перхлорат серебра

AgClO4. Эта соль хорошо растворима в воде и в органических жидкостях, причем в отличие от большинства солей растворяется также в неполярных растворителях в частнoсти, в бензоле. Соединения серебра легко восстанавливаются до Ag0. В определенных условиях серебро выделяется в виде блестящего осадка, прочно закрепляющегося на поверхности реакционного сосуда. На этом основано серебрение стекла.

В качестве восстановителей используют различные органические соединения, в частности, формальдегид 2AgNH32Cl СH2O H2О 2Ag HCOONH4 2NH4Cl NH3 При внесении гранул цинка в залитый водой осадок AgCl происходит вытеснение серебра из очень разбавленного раствора вследствие малой растворимости AgCl. В этих условиях образуется высокодисперсный осадок Аg, называемый молекулярным серебром. Известно довольно много соединений

Ag2, но они не получили пока значительного применения. Фторид AgF2 получается при действии фтора на молекулярное серебро. Оксид AgO получают окислением серебра с помощью O3 или действием K2S2O8 на Ag2O в щелочной среде при 90 С. Известен ряд комплексов Ag2 . Соединения золота Из соединений золота наиболее используются тетрахлороаурат

III водорода, или тетрахлорозолотая кислота HAuCl44H2O желтые игольчатые кристаллы, получаемая растворением золота в царской водке, и хлорид золота AuCl3 красные игольчатые кристаллы, образующийся при действии хлора на золото. При растворении AuCl3 в воде образуется гидроксотри-хлороауратIII водорода AuCl3 H2O HAuOHCl3 При действии щелочей на растворы AuCl3 или HAuCl4 осаждается бурый гидроксид золота

III AuОН3. При его высушивании образуется метагидроксид AuООН, а при осторожном нагревании до 140-150,С получается оксид Au2O3, который при нагревании выше 160,С разлагается на Au и O2. Гидроксид золота III амфотерное соединение, при его взаимодействии со щелочами образуются гидроксоауратыIII, например желтый КAuOH4H2O зеленый ВаAuОН425H2O мало растворим в воде.

Известно много комплексов Au3. Получен ряд соединений Au. Так, AuCl образуется при нагревании AuCl3 до 185С, а AuI получается аналогично CuI при диспропорционировании иодида золота AuI3, образующегося при взаимодействии Au3 и I в водном растворе. Соединения золота являются окислителями и восстановливаются легче, чем соединения серебра.

Например, в водном растворе быстро происходит реакция с сульфатом железа НAuCl4 3FeSO4 Au Fe2SO43 FeCl3 HCl Эту реакцию используют в химическом анализе для отделения золота от других элементов. Соединения золота V, VII. Взаимодействие золота и фторида криптона II получен пентафторид золота AuF- кристаллическое вещество красно-коричневого цвета 2Au 5KrF 2AuF 5Kr Пентафторид AuF проявляет кислотные свойства, с основными фторидами образует фтороаураты

V, например NaF AuF NaAuF Известны также соединения типа Соединения Сu, Ag, Au ядовиты, особенно соединения меди. Экспериментальная часть Методики 1 РеактивыCuSO4H2O, концентрированный раствор NH4OH, спирт, эфир. Сульфат тетрааммин меди II CuNH34SO4 - темно синие крупные, ромбические кристаллы, растворимые в воде, не растворимые в спирте при нагревании до 120C теряют воду и часть аммиака, при 260C

теряет весь аммиак. При хранении не воздухе соль разлагается. Ход работы Измельченный в тонкий порошок медный купорос CuSO45H2O в количестве 10 г растворяют в смеси 15 мл концентрированного раствора аммиака и 10 мл воды. К раствору прибавляют около 15-20 мл спирта и раствором аммиака, затем смесью спирта с эфиром и высушивают при 50-60C. методика В.Н. Табунченкр, Л.Г. Голубовская 2

Реактивы CuSO45H2O, аммиак, 10 -ый по массе раствор, этиловый спирт. Ход работы В стакане растворяют 20 гCuSO45H2O в 70 мл аммиака. В цилиндр вместимостью 200 мл наливают 70 мл спирта, через капельную воронку вводят 10 мл воды, а под слой вводят аммиачный раствор сульфата меди II CuSO4 4NH3H2O CuNH34SO4H2O 3H2O Через некоторое время образуются крупные темно-синие кристаллы.

Если аммиачный раствор меди налить непосредственно в спирт, то получаются мелкие кристаллы. Кристаллы извлекают из цилиндра, отжимают между листами фильтровальной бумаги, высушивают при 30-40C и хранят в плотно закрывающейся склянке. 3 CuSO4 4NH3H2O CuNH34SO4 4H2O Медный купорос измельчают в тонкий порошок и 10 г его растворяют в смеси 15 мл концентрированного раствора аммиака и 10 мл воды. К раствору прибавляют около 15-20 мл спирта и смесь охлаждают.

Кристаллы отфильтровывают, промывают смесью спирта с раствором аммиака и высушивают при 50-60C. Комплекс кристаллический порошок голубого цвета ромбической структуры. 4 Отвесить на технохимических весах 8,75 г пентагидрата сульфата меди и поместить в химический стакан. Рассчитать количество 25 раствора аммиака, необходимое для образования комплексного соединения отмерить мензуркой удвоенный объем для увеличения выхода продукта, т.к. растворимость комплексного соединения

уменьшается при добавлении аммиака. Растворить в стакане взвешенную соль в отмеренном количестве аммиака и тщательно перемешать стеклянной палочкой до полного растворения соли. К полученному раствору добавить 10 мл этилового спирта растворимость комплексного соединения в спирте меньше, чем в воде и оставить кристаллизоваться не 2025 минут. Отфильтровать выпавшие кристаллы на воронке Бюхнера и отсоединить колбу с воронкой от насоса.

Затем промыть кристаллы на фильтре 2 раза смесью равных объемов спирта и 25 раствора NH3 . Для этого налить в воронку смесь спирта с аммиаком, дать смеси пропитать осадок и снова присоединить колбу к насосу. Если не отключать насос, то спирт слишком быстро проходит через осадок и промывание получается недостаточным. Взвесить на технохимических весах бюкс, перенести в него кристаллы с фильтра и поместить в сушильный шкаф при t50-60C на 20 мин.

Затем охладить и снова взвесить бюкс. Рассчитать выход комплексного соединения по отношению к взятому пентагидрату меди II. Обоснование выбора методики Более выгодно и удобно использовать методику 4, т.к. она наиболее подробно рассказывает нам сущность нашего опыта, а, следовательно, будет проще и понятней выполнять наш синтез. Также, что немаловажно, нам будет легче защищать нашу курсовую работу. Оборудование Весы техно химические Воронка Бюхнера

Фарфоровая ступка Водоструйный насос Стакан вместимостью 100 мл Медный цилиндр вместимостью 100 мл Реактивы Пентагидрат меди II 8,75 г Этанол 10 мл Раствор аммиака 25 43 мл Расчеты CuSO4 4NH3H2O CuNH34SO4 4H2O необходимо получить 8 г CuNH34SO4 решение М комплекса 228 гмоль n комплекса mМ 8228 0,035 моль n комплекса n

CuSO4 n CuSO45H2O n CuSO4 0,035 моль М CuSO4 160 г m CuSO4 n М 0,035160 5,6 г М CuSO45H2O250 гмоль n CuSO45H2O 0,035 моль составим пропорцию m CuSO4 М CuSO4 m CuSO45H2O М CuSO45H2O 5, x x8,75 г m CuSO45H2O8,75г NH325 n NH34 n комплекса40,0350,14 моль М NH3 H2O 35 гмоль m NH3 H2O0,14354,9 г mр-ра NH34,90,2519,6 г р-ра

NH30,9190,9132 0,917 гмл Vр-ра NH319,60,91721,37 мл Необходимо взять удвоенный раствор V р-ра NH3, т.к. растворимость комплекса уменьшается при добавлении NH NH3 43 мл. Выход продукта реакции составляет 7,575894,68 Список использованной литературы 1. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. 3-е изд. М. Высш. шк 1998 2. Карапетьянц М.Х Дракин

С.И. Общая и неорганическая химия. М. Химия, 2001. 3. Угай Я.А. Общая и неорганическая химия. М. Высш. шк 2001.