Получение металлов - Cu, Ag и Cd

В лабораторных условиях медь, серебро и кадмий легко получить вытеснением их из солей более активным металлом. В отдельные пробирки наливают 2-3 мл растворов солей Cu²⁺, Ag⁺ и Cd²⁺ и опускают в первую и третью пробирки одну-две гранулы цинка, а во вторую - зачищенную медную проволоку. Через несколько минут наблюдают выделение кристалликов свободных металлов - меди, серебра и кадмия. Промывают их проточной водой и хранят для опыта 2.

Опыт 2. Исследование взаимодействия меди, серебра и кадмия с кислотами и щелочами (опыт можно выполняь бригадами по 2-3 человека, результаты всех исследований заносятся на доску).

В отдельные пробирки помещают небольшие количества металлов (можно использовать металлы, полученные в опыте 1 и исследуют отношение их к разбавленным и концентрированным кислотам (HCl, HNO₃, H₂SO₄, CH₃COOH) и щелочам. Составляют соответствующие уравнения реакций в молекулярном и ионном виде.

В заключении укажите:

Какая активность металлов и их коррозионная стойкость в различных средах?

Опыт 3. Получение гидроксидов и изучение их свойств

К 2-3 мл растворов солей меди, цинка и кадмия добавляют по каплям раствор щелочи до образования устойчивых осадков, разделяют полученные осадки гидроксидов на две части. В первую часть добавляют избыток соляной кислоты, а во вторую - избыток щелочи. Во всех ли случаях растворяются осадки? Записывают уравнения реакций.

В заключении укажите:

Какой характер кислотно-основных свойств данных гидроксидов?

Опыт 4. Окислительно-восстановительные свойства соединений меди и серебра

а) в пробирку наливают 1-2 мл раствора СuСl₂, добавляют равный объем концентрированной соляной кислоты и помещают несколько кусочков металлической меди. Раствор нагревают до кипения и продолжают нагревать до исчезновения зеленого цвета и образования непрочного комплексного соединения Н[СuСl₂]. Разбавляют полученный раствор водой в 3-4 раза и наблюдают выпадение белого осадка Сu₂Cl₂. Составляют уравнения всех реакций;

б) в чистую сухую пробирку наливают раствор щелочи (2-3 мл) и нагревают до кипения для обезжиривания пробирки. Выливают раствор щелочи и в этой же пробирке готовят раствор гидроксида диаминсеребра. Для этого наливают 2-3 мл раствора АgNО₃, добавляют раствор щелочи; выпавший темный осадок оксида серебра растворяют, приливая по каплям концентрированный раствор NH₃. К полученному аммиачному раствору оксида серебра добавляют равный объем 2% -ного раствора глюкозы и пробирку помещают в стакан с горячей водой. Наблюдают образование на внутренних стенках серебряного зеркала.

В заключении укажите:

На какие свойства иона серебра указывает эта реакция?

Опыт 5. Комплексные соединения металлов

а) получают гидроксиды меди, серебра, цинка и кадмия, как указано в опыте 3. В осадков, образовавшихся добавляют по каплям концентрированный раствор NH₃ до полного их растворения. Отмечают цвет растворов, находят по таблицам константы неустойчивости полученных аммиакатов и делают вывод об их относительной устойчивости;

б) в три сухих пробирки отбирают небольшие количества обезвоженной соли CuCl₂ и добавляют по 2-3 мл воды, спирта и ацетона соответственно. Отмечают цвет растворов, полученных сольватокомплексы;

в) получают осадок гидроксида меди (см.пункт а), разделяют его на три части и добавляют несколько капель глицерина, моноэтаноламина и гликокола соответственно. Подогревают при необходимости реакционную смесь до растворения осадков и образования растворов хелатов (комплексных соединений) меди (2+). Записывают уравнения реакций.

Опыт 6. Очистка меди электролизом (электролитическое рафинирование меди). Электрохимическое меднение (элементы НИРС)

а) для очистки черновой меди (в промышленности черновая медь содержит около 96% меди) ее подвергают анодному растворению и выделяют восстановлением на катоде в той же электролитической ванне. Собирают установку, как показано на рисунке 4.

Черновую медь предварительно обезжиривают ацетоном или спиртом, взвешивают на аналитических весах и подключают к положительному полюсу (аноду) источника постоянного тока. Катод (чистую медную пластинку) также обезжиривают, выдерживают в 20% растворе азотной кислоты, промывают дистиллированной водой и вытирают фильтровальной бумагой насухо. Взвешивают катод и подключают к отрицательному полюсу. Включают электролизер и проводят электролиз в течение 1 - 1,5 ч. Промывают электроды водой, высушивают и взвешивают. Определяют массу меди, выделившейся на катоде, и уменьшение массы анода.

б) Стальную пластинку (катод) опускают на 1 минуту в 20%-ный раствор азотной кислоты, а затем тщательно промывают водой. Наливают в электролизер раствор электролита (200 г CuSO₄·5H₂O и 27 мл концентрированной H₂SO₄ на 1 л воды), опускают в него электроды (анод медный) и присоединяют прибор к источнику постоянного тока, амперметру, вольтметру и ключу. Включают реостат и замыкают ток в цепи, включая одновременно секундомер. Передвигают движок реостата так, чтобы катодная плотность тока составляла 1-2 А/дм². Через 15 минут выключают ток и рассматривают осадок, отложившийся на катоде. Измеряют площадь покрытой медью поверхности в дм². Зная силу тока, время электролиза, массу пластинки на катоде до и после выделения меди, рассчитывают толщину покрытия, если плотность меди 8,92 г/см³.

Определяют выход целевого продукта по току.