Номер 2, страница 371 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 8. Металлы. Параграф 51. Металлы 1Б-группы: медь и серебро - номер 2, страница 371.

Условие.

2. Охарактеризуйте медь и серебро по следующему плану: нахождение в природе, способы получения, физические и химические свойства простого вещества, области применения, свойства и применение соединений.

Решение.

Решение 2.

Медь (Cu)

Нахождение в природе

Медь встречается в природе как в самородном виде, так и, что гораздо чаще, в виде соединений. Важнейшими минералами меди являются:

• халькопирит (медный колчедан) $CuFeS_2$
• халькозин (медный блеск) $Cu_2S$
• малахит $(CuOH)_2CO_3$
• азурит $Cu_3(CO_3)_2(OH)_2$
• куприт $Cu_2O$

Ответ: Медь в природе встречается в самородном виде и в составе минералов, таких как халькопирит, халькозин, малахит, куприт.

Способы получения

Основные способы получения меди — пирометаллургия и гидрометаллургия.

Пирометаллургический способ. Используется для переработки сульфидных руд. Процесс включает обжиг руды для получения оксида меди, который затем восстанавливают. Полученную черновую медь очищают электролитическим рафинированием. Основные реакции:

Обжиг: $2Cu_2S + 3O_2 \xrightarrow{t} 2Cu_2O + 2SO_2$

Восстановление: $Cu_2O + C \xrightarrow{t} 2Cu + CO$

Гидрометаллургический способ. Применяется для бедных или оксидных руд. Руду обрабатывают раствором серной кислоты, а затем медь вытесняют из раствора солей железом. Основные реакции:

Выщелачивание: $CuO + H_2SO_4 \rightarrow CuSO_4 + H_2O$

Цементация: $CuSO_4 + Fe \rightarrow FeSO_4 + Cu$

Ответ: Медь получают пирометаллургическим (обжиг и восстановление сульфидных руд) и гидрометаллургическим (выщелачивание и последующее вытеснение из раствора) способами с финальной электролитической очисткой.

Физические и химические свойства простого вещества

Физические свойства: Медь — это пластичный металл розовато-красного цвета с высокой тепло- и электропроводностью (второе место после серебра). Температура плавления — $1083$ °C, плотность — $8.96$ г/см³.

Химические свойства: Медь — малоактивный металл, стоящий в ряду активности после водорода.

• На воздухе медленно окисляется, образуя оксидную пленку. При нагревании реакция идет быстрее:

  $2Cu + O_2 \xrightarrow{t} 2CuO$

• При длительном нахождении во влажном воздухе покрывается патиной — зеленым налетом гидроксокарбоната меди(II):

  $2Cu + H_2O + CO_2 + O_2 \rightarrow (CuOH)_2CO_3$

• Не реагирует с водой и разбавленными кислотами, не являющимися окислителями (например, $HCl$).
• Реагирует с концентрированными серной и азотной кислотами:

  $Cu + 4HNO_3(конц.) \rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2 \uparrow + 2H_2O$

  $Cu + 2H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t} CuSO_4 + SO_2 \uparrow + 2H_2O$

Ответ: Медь — пластичный красноватый металл с высокой электро- и теплопроводностью. Это малоактивный металл, который реагирует с кислородом при нагревании и кислотами-окислителями.

Области применения

Благодаря своим свойствам медь находит широкое применение:

• Электротехника: производство проводов, кабелей, контактов.
• Теплотехника: изготовление теплообменников, радиаторов отопления, труб для воды и газа.
• Машиностроение: производство сплавов — латуни (с цинком) и бронзы (с оловом и другими металлами).
• Строительство: в качестве кровельного материала.

Ответ: Медь применяется в электротехнике, теплотехнике, для создания сплавов (латунь, бронза), в строительстве.

Свойства и применение соединений

Наиболее важными соединениями меди являются:

• Сульфат меди(II) ($CuSO_4 \cdot 5H_2O$, медный купорос): кристаллы синего цвета. Применяется в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями (в составе бордоской жидкости), для протравливания семян, в гальванотехнике для меднения.
• Оксид меди(II) ($CuO$): черный порошок. Используется для окрашивания стекла и керамики в синие и зеленые тона, а также как катализатор.
• Гидроксид меди(II) ($Cu(OH)_2$): голубой осадок. Используется в лаборатории как реактив для определения многоатомных спиртов и альдегидов.

Ответ: Соединения меди, такие как сульфат меди(II) (медный купорос) и оксид меди(II), применяются в сельском хозяйстве, гальванотехнике, производстве стекла и в качестве катализаторов.

Серебро (Ag)

Нахождение в природе

Серебро — редкий элемент. Встречается в самородном виде, но основная его масса находится в составе минералов. Главные минералы серебра:

• аргентит (серебряный блеск) $Ag_2S$
• кераргирит (роговое серебро) $AgCl$

Значительная часть серебра добывается попутно при переработке руд других металлов: свинца, цинка и меди.

Ответ: Серебро в природе встречается в самородном виде и в виде минералов (аргентит, кераргирит), а также как примесь в полиметаллических рудах.

Способы получения

Основным промышленным способом получения серебра является цианирование. Измельченную руду обрабатывают раствором цианида натрия ($NaCN$) при доступе воздуха. Серебро переходит в раствор в виде комплексной соли:

$4Ag + 8NaCN + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4Na[Ag(CN)_2] + 4NaOH$

Затем серебро осаждают из раствора более активным металлом, например, цинком:

$2Na[Ag(CN)_2] + Zn \rightarrow Na_2[Zn(CN)_4] + 2Ag \downarrow$

Ответ: Основной способ получения серебра — цианирование, включающее растворение серебра из руды в растворе цианида натрия и последующее вытеснение его цинком.

Физические и химические свойства простого вещества

Физические свойства: Серебро — блестящий белый, очень пластичный и ковкий металл. Обладает самой высокой электро- и теплопроводностью среди всех металлов. Температура плавления — $962$ °C, плотность — $10.49$ г/см³.

Химические свойства: Серебро — благородный, химически малоактивный металл.

• Не окисляется кислородом воздуха при обычных условиях.
• Темнеет при контакте с сероводородом, образуя на поверхности черный налет сульфида серебра:

  $4Ag + 2H_2S + O_2 \rightarrow 2Ag_2S + 2H_2O$

• Не реагирует с разбавленными кислотами, не являющимися окислителями.
• Растворяется в кислотах-окислителях:

  $3Ag + 4HNO_3(разб.) \rightarrow 3AgNO_3 + NO \uparrow + 2H_2O$

  $2Ag + 2H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t} Ag_2SO_4 + SO_2 \uparrow + 2H_2O$

Ответ: Серебро — блестящий белый пластичный металл с наивысшей электро- и теплопроводностью. Это благородный металл, который темнеет от сероводорода и растворяется в кислотах-окислителях.

Области применения

Серебро широко используется в различных областях:

• Ювелирное дело: изготовление украшений, обычно в сплаве с медью (стерлинговое серебро).
• Фотография: галогениды серебра являются основой светочувствительных материалов.
• Электроника и электротехника: для изготовления контактов высокой надежности, покрытий.
• Медицина: благодаря бактерицидным свойствам используется для изготовления инструментов, в составе некоторых препаратов (коллоидное серебро).
• Химическая промышленность: в качестве катализатора.

Ответ: Серебро применяется в ювелирном деле, фотографии, электронике, медицине и в качестве катализатора.

Свойства и применение соединений

Важнейшие соединения серебра:

• Нитрат серебра ($AgNO_3$, ляпис): бесцветные кристаллы, растворимые в воде. Применяется в медицине как прижигающее и антисептическое средство, в химическом анализе для обнаружения галогенидов, а также для серебрения зеркал (реакция «серебряного зеркала»).
• Галогениды серебра ($AgCl$, $AgBr$, $AgI$): нерастворимые в воде вещества, чувствительные к свету. Разлагаются под действием света с выделением металлического серебра. Это свойство лежит в основе классической фотографии.
• Оксид серебра(I) ($Ag_2O$): используется в производстве серебряно-цинковых аккумуляторов и батареек.

Ответ: Соединения серебра, такие как нитрат серебра (ляпис) и галогениды, находят применение в медицине, химическом анализе, фотографии и производстве элементов питания.