Vario atgavimas vandeniliu. Metalų gavimas iš oksidų naudojant reduktorius: vandenilį, aliuminį, anglies monoksidą (II)

20.09.2019 -

Švarus, sausas mėgintuvėlis su nedideliu vario oksido CuO kiekiu uždedamas ant pasvirusio vandeniliui gaminti skirto prietaiso dujų išleidimo vamzdžio. Nuolydis turi būti toks, kad vario oksido milteliai neslystų vamzdžio šonais. Į prietaiso rezervuarą supiltą cinką pilamas rūgšties tirpalas (p. 59), tikrinamas vandenilio grynumas, o ant dujų išleidimo vamzdelio uždedamas mėgintuvėlis su iš anksto išpiltais vario oksido milteliais. Atsargiai kaitinant mėgintuvėlį alkoholio lempos liepsna (nepriartinkite liepsnos prie skylės: įsilies vandenilis ir tokiu atveju jį bus sunku užgesinti), vario oksidas CuO kaitinamas tam tikru atstumu nuo mėgintuvėlio dugnas. Kai tik prasideda nedidelis uždegimas, spiritinė lempa atidedama į šalį – pati egzoterminė reakcija baigiasi. Vandens lašeliai kondensuojasi ant mėgintuvėlio sienelių. Pasibaigus reakcijai, mėgintuvėlis vėl kaitinamas (nesustabdant vandenilio srauto), kad iš sienelių būtų pašalintas vanduo (atsargumo priemonė, žr. aukščiau), o susidaręs varis paliekamas atvėsti vandenilio, kitu atveju oro, sraute. pateks į mėgintuvėlį ir nespėjęs atvėsti metalas bus oksiduotas. Metalinio vario milteliai pilami ant priekalo ir kalami plaktuku, kol gaunamos mažos plonos plokštelės. Dalį miltelių galite sumalti švariame porceliano grūstuvėje. Susiformavo ant jo sienų plonas sluoksnis būdinga vario spalva. Jį nuo sienų lengva nuimti sudrėkinus azoto rūgštimi.

Eksperimentą galima atlikti bet kokiu įrenginiu, skirtu studentų laboratoriniams darbams su vandeniliu ir variu. Norėdami tai padaryti, jums tereikia pakeisti kištuką įprastu dujų išleidimo vamzdžiu su kištuku su pasvirusiu vamzdžiu. Jei dalis dujų vamzdis gumos, vietoj trumpo stiklinio antgalio prie jo pritvirtinamas ilgas (apie 20 cm) stiklinis vamzdelis, uždedamas paskutinis išgręžtas kamštis ir pritvirtinamas šiek tiek pasvirusioje padėtyje trikojo apkaboje. Dažniausiai taip kuriamas parodomasis eksperimentas, kuriam reikalingas galingesnis vandenilio šaltinis (Kipp aparatas ar kitas automatinis įrenginys). Naudojant automatinius įrenginius ir net jei įtaisas su piltuvu turi guminį dujų išleidimo vamzdelį, gana lengva užgesinti vandenilio liepsną, staiga įsiplieskusią ties mėgintuvėlio anga kaitinant, trumpam užsukant čiaupą arba užspaudžiant guminį vamzdelį. . Kartais demonstraciniam eksperimentui vietoj mėgintuvėlio imamas rutulinis vamzdelis, tačiau tai nėra ypač būtina.

b) Jei norima surinkti reakcijos metu susidariusį vandenį, eksperimentas atliekamas aparatu, parodytu 81 paveiksle. Reakcijos vamzdis, išlenktas ir ištrauktas, apie 18 cm ilgio, kurio išorinis skersmuo 1,5 cm, gali būti pagamintas iš tinkamo stiklo vamzdžio ant gero degiklio (t . I, p. 224) arba užsakyti (geriau)išugniai atsparus stiklas). Įdėta į vamzdelįzerplikas arba "viela" vario oksidas CuO kolonoje iki 5 cm tarp dviejų palaidų degintos asbesto vatos kamščių. Vandenilis iš Kipp aparato džiovinamas leidžiant jį per sieros rūgštį. Gautas vanduo kondensuojasi kolboje, įdėtoje į stiklinę. saltas vanduo. Jis turi išlenktą ventiliacijos vamzdelį, kad pašalintų vandenilio perteklių. Šio vamzdelio gale prieš pradedant kaitinti patikrinamas išeinančio vandenilio grynumas.

Jei nėra lenkto reakcijos vamzdelio, galite naudoti rutulinį arba tiesų (1,5 cm skersmens) vamzdelį su stačiu kampu išlenktu dujų išleidimo vamzdeliu, o vietoj kūgio naudoti vandeniu aušinamą mėgintuvėlį.

Vandenilio gebėjimas redukuoti metalus iš oksidų paprastai parodomas jo reakcija su vario(II) oksidu. Norėdami tai padaryti, vandenilis iš Kipp aparato (patikrinkite grynumą!) perleidžiamas per pašildytą vario oksidą (II). Mėgintuvėlis tvirtinamas trikojime, šiek tiek pasvirusiame žemyn su skylute, kad reakcijos metu susidaręs vanduo nutekėtų. Norint geriau aptikti raudonąjį varį, likučiai po eksperimento sumalami porcelianiniame skiedinyje, ant kurio galima pastebėti metalinio vario dangą. Reikia turėti omenyje, kad susidaręs varis turi būti aušinamas vandenilio srove, kitaip dalis redukuoto vario vėl oksiduosis. Jei vartojate daugiau vario (II) oksido, tada, praleidę vandenilį ir stiprų kaitinimą, galite kurį laiką atidėti šildymo įrenginį. Pastebimas savaiminis vario oksido (II) įkaitimas, nes jo redukcija vandeniliu yra egzoterminė reakcija. (Tą patį eksperimentą galima atlikti instaliacijoje (Pav.), kurią sudaro sauso stiklo vamzdelis (4), iš abiejų galų uždarytas kamščiais (6) su vamzdeliais. Į vamzdelį įpilkite šiek tiek vario oksido (II) (5). stiklinį vamzdelį (4) ir pritvirtinkite prie stovo (9) Į mėgintuvėlį (1), kuris uždarytas kamščiu su dujų išleidimo vamzdeliu (2) ir sujungtas guminiu adapteriu (3), įpilkite vandenilio. prie stiklinio vamzdelio (4).

vizualiniai stebėjimai ___

__________________________________________

Ryžiai. Vario (II) oksido atgavimas vandeniliu.

Reakcijos lygtis ______

_____________________

____________________________________________________________________

Patirtis 3. Palyginimas mažinančios savybės molekulinis ir atominis vandenilis

Norėdami ištirti molekulinio ir atominio vandenilio redukcines savybes, į pirmąjį mėgintuvėlį įpilkite praskiesto sieros rūgšties tirpalo, įlašinkite kelis lašus kalio permanganato tirpalo ir gabalėlį cinko, į antrąjį įpilkite praskiesto H 2 SO 4 tirpalo. mėgintuvėlį, įlašinkite kelis lašus KMnO 4 tirpalo ir iš Kip aparato išleiskite vandenilį.

vizualiniai stebėjimai _______________________________________________

____________________________________________________________________

Reakcijos lygtis ___________________________________________________

____________________________________________________________________

Kontroliniai klausimai laboratoriniai darbai"VANDENILIS".

1. Vandenilis. Atomo elektroninė struktūra. Izotopai.

2. Pagrindinės pramonės ir laboratoriniai metodai vandenilio gavimas.

3. Fizinės savybės vandenilis.

4. Cheminės savybės vandenilis.

5. Kuo panašus vandenilis ir halogenai, vandenilio ir šarminių metalų?

6. Švinas struktūrinė formulė vandenilio peroksido ir nurodyti cheminių jungčių pobūdį.

7. Parašykite vandenilio peroksido sąveikos su kalio jodidu, kalio nitritu, švino sulfidu ir sidabro oksidu reakcijų lygtis. Nurodykite, ar šiose reakcijose vandenilio peroksidas yra oksidatorius ar reduktorius.

8. Užbaikite lygtis cheminės reakcijos, pavadinkite gautas medžiagas ir nurodykite cheminės jungties tipą:

Na + H 2 \u003d H 2 + F 2 \u003d

9. Parašykite reakcijų lygtis, su kuriomis galite atlikti šias transformacijas:

NaOH → H 2 → H 2 O → NaOH → NaHCO 3 → Na 2 SO 4

10. Koks vandenilio tūris (n.o.) išsiskirs, kai aliuminis sveria 32,4 g 200 ml druskos rūgšties tirpalo (ρ = 1,11 g / cm 3), kurio masės dalis yra 25%?

11. 12 g natrio hidrido ištirpinama 50 g vandens. Gautame tirpale nustatoma natrio hidroksido masės dalis (procentais).

12. Nustatykite vandenilio ir azoto junginio, kuriame yra 12,5% vandenilio, formulę. Šios medžiagos garų tankis ore yra 1,104.

Pastabos ____________________________________________ _______________

__________________________________________________________________

LABORATORINIS DARBAS №2. HALOGENAI

Patirtis 1. Chloro ir chloro vandens gavimas.

Mangano (IV) oksidas supilamas į Wurtz kolbą su piltuvu (žr. pav.) ir lašas po lašo įpilama koncentruotos druskos rūgšties. Nuleiskite dujų išleidimo vamzdelį į chloro surinkimo butelį (arba butelį su distiliuotu vandeniu (kad gautumėte chloro vandenį) arba šarmo tirpalą).

2,5 tūrio chloro ištirpsta 1 tūryje vandens kambario temperatūroje. Chloro tirpalas vandenyje vadinamas chloro vandeniu. Chloriniam vandeniui paruošti stipri chloro srovė leidžiama per šaltą vandenį su skersvėju 5-8 minutes. Kai vanduo pasidaro geltonas, chloras praeina. Chlorinis vanduo laikomas tamsoje, šaltai, gerai uždarytame butelyje, geriausia su šlifuoto stiklo kamščiu ir šlifuotu dangteliu. Jei nėra skersvėjo, chloro vandens galima gauti paveikslėlyje parodytame įrenginyje. Į kolbą pilamas vanduo, chloro perteklius sugeriamas šarmo tirpalu.

Uždarykite chloro vandens butelį ir pasilikite jį būsimiems eksperimentams.

vizualiniai stebėjimai _______________________________________________

____________________________________________________________________

Reakcijos lygtis ___________________________________________________

____________________________________________________________________

Patirtis 2. Organinių dažų spalvos pašalinimas chloru

Į tris mėgintuvėlius supilkite apie 1 ml distiliuoto vandens. Į pirmąjį mėgintuvėlį įlašinkite 2–3 lašus lakmuso tirpalų, į antrąjį – indigo, o į trečią – metilo violetinės spalvos lašus. Tada į kiekvieną mėgintuvėlį įpilkite šviežiai paruošto chloro vandens.

vizualiniai stebėjimai _____________________________________________

__________________________________________________________________

____ ______________________________________________________________

Patirtis 3. Halogenų oksidacinių savybių lyginamoji charakteristika

Į mėgintuvėlį įlašinkite 3–5 lašus šviežiai paruošto natrio bromido, į kitus du – 3–5 lašus kalio jodido. Į visus mėgintuvėlius įlašinkite 4-5 lašus organinio tirpiklio (benzeno arba benzino). Į du mėgintuvėlius, kuriuose yra bromido ir jodido tirpalas, įlašinkite 2-4 lašus chloro vandens, į trečią mėgintuvėlį su jodido – bromo vandens tirpalu.

vizualiniai stebėjimai _____________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________

Reakcijos lygtis ___________________________________________________

____________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________

Patirtis 4. Kokybinės halogenidų jonų reakcijos

Į tris mėgintuvėlius įlašinkite 3–5 lašus šių druskų koncentruotų tirpalų: į pirmąjį mėgintuvėlį įlašinkite natrio chlorido, į antrąjį – į natrio bromidą, į trečiąjį – į kalio jodidą. Į kiekvieną mėgintuvėlį įlašinkite 1-2 lašus sidabro nitrato tirpalo.

vizualiniai stebėjimai _____________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________

Reakcijos lygtis ___________________________________________________

____________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________

Patirtis 5. Jodo sublimacija.

Jodą galima distiliuoti Skirtingi keliai

a) Sausame mėgintuvėlyje kaitinami 2-3 jodo kristalai. Tuo pačiu metu mėgintuvėlis užpildytas violetiniais jodo garais, kurie vėsdami nusėda ant šaltų jo sienelių blizgančių mažų kristalų pavidalu.

B) Stiklo apačioje dedami keli jodo kristalai, uždengiami porcelianiniu puodeliu su vandeniu ir uždedami ant asbesto tinklelio. Kruopščiai pakaitinus, iš apačios atsiranda violetinės spalvos garai, ant šaltų stiklo sienelių ir puodelio dugno kristalizuojasi jodas.

vizualiniai stebėjimai _____________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________

____________________________________________________________________

Reakcijos lygtis ___________________________________________________

____________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________

Vario(II) oksido redukcija vandeniliu

Sausą mėgintuvėlį su nedideliu kiekiu vario (II) oksido pritvirtinkite prie trikojo kojelės šiek tiek pasvirusioje padėtyje, kad jo dugnas būtų šiek tiek pakeltas (kodėl?).

Sumontuokite vandenilio gamybos įrenginį (5 pav.), susidedantį iš indelio su atskiestu sieros rūgšties tirpalu, mėgintuvėlio su skylute apačioje, įkišto į kamštelį, kuris uždaro stiklainį ( Apatinė dalis vamzdeliai užpildyti cinko gabalėliais), ventiliacijos vamzdelis (su spaustuku), skirtas pašalinti dujas iš mėgintuvėlio.

Panardinkite mėgintuvėlį su cinku į sieros rūgštį ir, nuėmę spaustuką, įsitikinkite, kad išsiskiriantis vandenilis yra grynas. Po to į mėgintuvėlį su vario (II) oksidu įpilkite vandenilio, pirmiausia kambario temperatūroje, o paskui kaitindami. Stebėkite pokyčius, atsirandančius vartojant vario (II) oksidą, ir ant mėgintuvėlio sienelių išsiskiriančius lašus. Kai visas vario(II) oksidas sureagavo, nustokite kaitinti ir leiskite vamzdelio turiniui atvėsti vandenilio srove. Paaiškinkite stebimus reiškinius ir parašykite reakcijos lygtį.

1. Kodėl prieš išjungiant vandenilio srautą reikia atvėsinti reakcijos vamzdelį iki kambario temperatūros?

2. Kaip nustatyti metalo oksido redukcijos pabaigą?

3. Kokius metalų oksidus gali redukuoti vandenilis (200-500°C temperatūroje)?

Ryžiai. 5. Vario (II) oksido redukcija vandeniliu

Kalio permanganato redukcija atominiu vandeniliu (izoliavimo metu)

Į atskiestą sieros rūgšties tirpalą įlašinkite kelis lašus kalio permanganato tirpalo ir supilkite mišinį į du mėgintuvėlius. Į vieną iš jų įmeskite gabalėlį cinko, į kitą – vandenilį iš Kipo aparato. Palyginkite tirpalo spalvos kitimo greitį mėgintuvėliuose. Paaiškinkite spalvos pasikeitimo greičio skirtumą. Parašykite reakcijos lygtį.

REIKALAVIMAI ATASKAITOS TURINIUI IR DIZAINUI

Ataskaita turi būti suformatuota pagal Bendrieji reikalavimaiį tekstinius dokumentus (STO 1.701-2010).

Kiekvienam eksperimentui būtina aprašyti stebimus reiškinius ir išvadoje pateikti teorinį paaiškinimą.

Reakcijų lygtys turi būti sudarytos molekuline ir jonine forma (koeficientus išdėstykite OVR lygtyse naudodami jonų ir elektronų balanso metodą).

SAVIKONTROLĖS KLAUSIMAI IR UŽDUOTYS

1. Kodėl sprogių dujų liepsnos temperatūra yra aukštesnė už ore degančios vandenilio liepsnos temperatūrą?

2. Pateikite pavyzdžių, rodančių skirtumą tarp molekulinio ir atominio vandenilio cheminio aktyvumo.

3. Kiek gramų vandens susidarys sprogus 6 litrams sprogstamųjų dujų (esant n.o.)?

4. Kokios dujos ir kokiu kiekiu (kiek gramų) visiškai nepateks į reakciją sprogstant mišiniui, susidedančiam iš 0,36 g vandenilio ir 3,26 g deguonies?

5. Ar gali egzistuoti H + jonas?

6. Laboratorinėje praktikoje kalcio hidridas naudojamas metalams atgauti iš oksidų. Parašykite aukštesnio niobio oksido redukcijos reakcijos lygtį.

7. Kiek litrų vandenilio išsiskirs, kai 17 °C ir 101,3 kPa temperatūros vanduo suskaidys 5,5 g kalcio hidrido?

8. Kiek kalcio hidrido turi reaguoti su vandeniu, kad su išleistu vandeniliu atkurtų 20 g vario (II) oksido?

LITERATŪRA

1. Achmetovas, N.S. Bendroji ir neorganinė chemija: vadovėlis universitetams / N. S. Akhmetovas. – 7-asis leidimas, vyr. – M.: baigti mokyklą, 2008. - 742 p.

2. Achmetovas, N.S. Laboratoriniai ir seminariniai bendrosios ir neorganinės chemijos užsiėmimai: Vadovėlis universitetų studentams, chemijos-technologijos ir pedagogikos universitetams / N. S. Akhmetov, M. K. Azizova, L. I. Badygin. – 5-asis leidimas, kun. - M.: Aukštoji mokykla, 2003 (2002). – 366 p.

3. Gelfmanas, M.I. Neorganinė chemija: Vadovėlis universitetams / M. I. Gelfman, V. P. Yustratovas. - 2 leidimas, Sr. - Sankt Peterburgas: Lan, 2009. - 527 p.

4. Neorganinės chemijos seminaras: Pamoka už stud. aukštesnė uch. institucijos / V.A. Alešinas, K.M. Dunajevas, A.I. Žirovas ir kiti; red. Yu.D. Tretjakovas. - M.: Leidybos centras "Akademija", 2004. - 384 p.

5. Neorganinė chemija: 3 tomuose / Red. Yu.D. Tretjakovas. T. 2: Intransityviųjų elementų chemija: Vadovėlis mokiniams. aukštesnė vadovėlis Institucijos / A.A. Drozdovas, V.P. Zlomanovas, G.N. Mazo, F.M. Spiridonovas. - M.: Leidybos centras "Akademija", 2004. - 388 p.

Metalams iš oksidų gauti naudojami įvairūs reduktoriai. Naudojimas vandenilis leidžia gauti aktyvių metalų, kurių neredukuoja anglies monoksidas (II). Šis metodas taip pat naudojamas metalams gauti su mažas turinys priemaišų, pavyzdžiui, chemijos laboratorijai. Šio metodo kaina yra gana didelė. Pavyzdys yra vario redukcijos reakcija iš vario (II) oksido, kai jis kaitinamas vandenilio srove:

CuO + H2 \u003d Cu + H2O

Nurodant elementų oksidacijos laipsnį:

Cu +2 O + H 2 0 \u003d Cu 0 + H 2 +1 O

Nors reakcija yra grįžtama, ją vykdant vandenilio srove ir dėl to pašalinus vandens garus iš reakcijos zonos, galima perkelti pusiausvyrą į dešinę ir pasiekti visiškas atsigavimas vario.

Geležis, patenkanti į mokyklos laboratoriją, dažnai ženklinama „redukuota vandeniliu“:

Fe 2 O 3 + 3H 2 \u003d 2Fe + 3H 2 O

Metalo atkūrimo metodas aliuminio vadinama „aliuminiotermija“ arba „aliuminiotermija“. Aliuminis yra dar aktyvesnė reduktorius. Chromas, manganas gaunamas tokiu būdu:

2Al + Cr 2 O 3 \u003d Al 2 O 3 + 2 Cr

Geležies oksidui (III) reaguojant su aliuminio milteliais (mišinį reikia padegti magnio juostele), išsiskiria daug šilumos:

2Al + Fe 2 O 3 \u003d Al 2 O 3 + 2 Fe

Aliuminiotermija gamina tam tikrą kalcio kiekį. Atkreipkite dėmesį, kad elektrocheminėje įtampų serijoje kalcis yra kairėje aliuminio pusėje, tačiau tai nepadaro šio metodo neįmanomo – neturėtume pamiršti, kad įtampų serija rodo tik reakcijų galimybę arba negalimumą. sprendimuose.

Anglies monoksidas (II) taikomas plačiausiai. Pavyzdžiui, kai geležis lydoma aukštakrosnėje, reduktorius yra koksas ir susidaręs anglies monoksidas (II). Bendra geležies gavimo iš raudonosios geležies rūdos lygtis:

Fe 2 O 3 + 3CO \u003d 2Fe + 3CO 2

Gryni metalai šiuolaikinėse technologijose naudojami retai. Elektros laidams gaminti naudojamas grynas varis ir aliuminis. Plieno gaminių paviršius padengiamas cinku, nikeliu, chromu, auksu, kad apsaugotų nuo korozijos ir suteiktų gražią išvaizdą.

Lydiniai turi didesnę jėgą. Lengvieji lydiniai aliuminio pagrindu, pavyzdžiui, duraliuminiai (turintys vario ir magnio) ypač plačiai naudojami orlaivių, automobilių ir greitaeigių laivų gamyboje.

Geležies lydiniai – ketus ir plienas – yra pagrindinės šiuolaikinių technologijų konstrukcinės medžiagos. Ketaus dėl mažesnės savikainos, atsparumo korozijai, gerų liejimo savybių plačiai naudojamas staklių, krosnių krosnelių, dekoratyvinių sodo grotelių ir kt.

Plienas yra gerai apdirbtas ir turi didelį stiprumą. Pridėjus legiruojančių priedų į plieną, galima suteikti jam ypatingų savybių: didelį kietumą, atsparumą korozijai (nerūdijantis plienas), rūgštis (atsparus rūgštims), aukšta temperatūra(atsparus karščiui) ir kt.

Vario lydiniai – žalvaris ir bronza – pasižymi geru šilumos laidumu, atsparumu korozijai (įskaitant jūros vandens), graži išvaizda. Jie naudojami radiatorių gamybai, laivų statyboje, dekoratyviniais tikslais.

Alavo ir švino lydiniai – lydmetaliai – turi žemesnę lydymosi temperatūrą nei alavo ir švino atskirai. Naudojamas litavimui.

Vario atgavimas vandeniliu. Metalų gavimas iš oksidų naudojant reduktorius: vandenilį, aliuminį, anglies monoksidą (II)

Vario(II) oksido redukcija vandeniliu

Naujausi įrašai