МЕДЬ

11 класс

Вот уже несколько лет, преподавая химию в 10–11-х классах средней школы, я провожу в качестве закрепления и повторения материала серию уроков о металлах. Урок о меди–один из них.

Цели. Продолжить изучение свойств элементов побочных подгрупп на примере меди; познакомить со строением атома, нахождением меди в природе, получением, физическими и химическими свойствами, применением и биологическим воздействием на организм.

Методы. Беседа, рассказ, лекция.

Оборудование и реактивы. Пробирки, зажим, спиртовка, белый экран; кусочек меди, растворы HNO₃, NH₄OH, CuCl₂, HCl.

ХОД УРОКА

II. Проверка домашнего задания

1. Что вы знаете о металлах побочных подгрупп? (Ученики отвечают.)

2. З а д а ч а. Вычислите количество вещества и массу образовавшейся меди при взаимодействии 60 г железа с 300 г 20%-го раствора сульфата меди.

(Ответ. 24 г, или 0,375 моль Cu.)

III. Изучение нового материала

Учитель. В повседневной жизни нам все время приходится иметь дело с медью и ее сплавами: включаем лампу и телевизор–ток идет по медным проводам, идем в магазин–пользуемся металлическими деньгами, как желтые, так и белые изготовлены из сплавов меди. Наши дома украшают изделия из бронзы, мы используем мельхиоровую посуду. Медь везде вокруг нас.

А где расположена медь в периодической системе? Какова ее электронная формула?

Ученик рассказывает о местоположении меди в периодической системе, записывает на доске электронную формулу атома.

Учитель. Где встречается медь в природе?

Ученик (рассказ из учебника о распространении меди и ее соединений в природе).

Медь–не самый распространенный элемент; содержание меди в земной коре составляет около 0,005%, она занимает 27-е место среди всех элементов по распространенности. Несмотря на это именно медь явилась тем металлом, который стал использовать человек в древности за тысячелетия до нашей эры.

Медь встречается в природе в основном в связанном виде–входит в состав минералов: медный блеск (халькозин) (Cu₂S), куприт (Cu₂O), медный колчедан (халькопирит) (CuFeS₂), малахит (Cu₂CO₃(OH)₂).

Учитель. Какие физические свойства у меди?

Ученик. Медь–тяжелый, розовато-красный металл, мягкий и ковкий, плавится при температуре 1083 °С, очень хорошо проводит электрический ток–электропроводность меди в 1,7 раза выше, чем у алюминия, в 6 раз выше, чем у железа.

Учитель. Как же получают медь из природных минералов? Напишите уравнения соответствующих реакций.

Ученик. Руду, например, халькозин, Cu₂S, обжигают:

2Cu₂S + 3O₂ = 2Cu₂O + 2SO₂,

затем снова добавляют Cu₂S, и получается медь (содержащая примеси):

Cu₂S + 2Cu₂O = 6Cu + SO₂.

Более чистый продукт получают электролизом.

Учитель. Какие химические свойства характерны для меди?

Ученик. Медь относится к малоактивным металлам–в электрохимическом ряду напряжений она находится правее водорода. Медь не взаимодействует ни с водой, ни со щелочами, ни с соляной кислотой, ни с разбавленным раствором H₂SO₄.

Однако в азотной кислоте медь растворяется:

3Cu + 8HNO₃ (разб.) = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O,

Cu + 4HNO₃ (конц.) = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O,

Растворяется медь также и в концентрированной серной кислоте:

Cu + 2H₂SO₄ (конц.) = CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O,

Учитель. Медь достаточно устойчива к коррозии, но в среде, содержащей влагу и СО₂, медь покрывается зеленоватым налетом основного карбоната меди:

2Cu + CO₂ + H₂O + O₂ = Cu(OH)₂•CuCO₃.

Медь проявляет степени окисления +1, +2.

Известны соединения меди со степенью окисления +3, но они крайне неустойчивы. Наиболее устойчивые соединения со степенью окисления +2. Гидроксид меди(II) Cu(OH)₂ амфотерен:

Cu(OH)₂ + 2HCl = CuCl₂ + 2H₂O,

Cu(OH)₂ + 2NaOH (конц.) = Na₂[Cu(OH)₄].

Ион Cu²⁺–хороший комплексообразователь:

CuCl₂ + 4KCN = K₂[Cu(CN)₄] + 2KCl.

Характерная реакция на ион Cu²⁺:

А теперь подтвердим эти уравнения реакций лабораторными опытами.

А как медь реагирует с простыми веществами?

Ученик пишет на доске уравнения реакций:

2Cu + O₂ = 2CuO,

Cu + S = CuS.

Учитель. Мы говорили о применении меди в быту, а как используют медь в промышленности?

Царь-пушка. Бронза

Ученик. Очень важная часть применения меди–производство медных сплавов. Со многими металлами медь образует так называемые твердые растворы, которые похожи на обычные растворы тем, что в них атомы одного компонента равномерно распределены среди атомов другого. Сплав меди, известный с древних времен,–бронза–содержит 8–10% олова. До наших дней сохранились изделия из бронзы мастеров разных стран мира. Из бронзы отливали в средние века орудия и делали многие другие изделия.

Знаменитые Царь-пушка и Царь-колокол в Московском Кремле также отлиты из бронзы. В настоящее время в бронзах часть олова заменяют другими металлами, что приводит к изменению свойств. Алюминиевые бронзы содержат 5–10% алюминия, обладают повышенной прочностью. Из таких бронз чеканят монеты. Очень прочные, твердые и одновременно упругие бериллиевые бронзы содержат 2% бериллия. Пружины, изготовленные из бериллиевой бронзы, практически «вечные». Широкое применение нашли бронзы, приготовленные с добавлением свинца, марганца, сурьмы, железа, никеля и кремния.

Сплавы меди с цинком (содержание цинка до 50%) носят название «латуни». Это дешевые сплавы, обладающие хорошими механическими свойствами. Их применяют в машиностроении, химической отрасли промышленности, в производстве бытовых товаров. Дня придания латуням особых свойств к ним часто добавляют алюминий, кремний, никель, марганец.

В технике применяют процессы меднения–покрытие стальных изделий тонким слоем меди. Стальные детали и изделия часто покрывают защитно-декоративными хромовыми и никелевыми покрытиями. Такие покрытия не прочны, они растрескиваются и отпадают. Если же сталь покрыть тонким слоем меди, а затем уже хромом или никелем, то получается изделие высокого качества.

Учитель. Как действует медь на живые организмы?

Ученик. Соединения меди обладают высокой биологической активностью. Они содержатся и в животных, и в растительных организмах. В растениях медь участвует в процессах синтеза хлорофилла, поэтому она входит в качестве одного из компонентов в состав минеральных удобрений. Медь входит в состав многих продуктов, которые человек использует в пищу: много меди в молоке. Недостаточное употребление меди может привести к различным заболеваниям, в частности ухудшается состав крови. Однако избыток соединений меди также вреден, он может привести к тяжелым отравлениям. Вот почему не рекомендуется пользоваться при приготовлении пищи медной посудой: при кипячении в раствор может перейти избыточное количество меди. Можно использовать медную посуду, покрытую изнутри слоем олова.

IV. Закрепление материала

Учитель.

• Перечислите кратко основные физические и химические свойства меди.

• Каковы области применения меди?

• Как влияет медь на живые организмы?

V. Задание на дом

Допишите возможные уравнения реакций:

Cu + Ag₂SO₄ = ……………………. ,

Fe + ZnCl₂ = ……………………. ,

Ag + AuCl₂ = ……………………. ,

Cu + HCl = ……………………. ,

Cu + Hg(NO₃)₂ = ……………………. ,

Zn + Pb(NO₃)₂ = ……………………. .

Л и т е р а т у р а

Крицман В.А. Книга для чтения по неорганической химии. М.: Просвещение, 1984; Чернышова В.Н., Егорова А.С. Химия. Пособие-репетитор для поступающих в вузы. Ростов-на-Дону: Феникс, 1997.

Н.И.ТКАЧЕНКО,
учитель химии
средней школы № 1
(г. Усть-Джегута,
Карачаево-Черкесская Респ.)