синтез малахита. Курсовая работа неорганический синтез синтез малахита руководитель работы канд хим наук, доцент
 Скачать 124.92 Kb.
|
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (НИ ТГУ) Химический факультет КУРСОВАЯ РАБОТА НЕОРГАНИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ СИНТЕЗ МАЛАХИТА Руководитель работы канд. хим. наук, доцент ____________Л. А. Селюнина подпись «____» _____________ 2021 г. Автор работы студент группы № 082103 ____________ В. В. Камоцкий подпись «____» _____________ 2021 г. Томск – 2021 Содержание Введение 3 1. Литературный обзор 4 1.1. Характеристика вещества. 4 1.2 Физические свойства 5 1.3. Химические свойства 5 2. Способы получения вещества 6 2.1. Способы синтеза малахита: 6 2.2. Выбор способа синтеза 7 2.3. Техника безопасности при проведении синтеза 7 2.4. Возможные способы идентификации малахита 7 2.5. Условия хранения малахита 7 Выводы 8 Список использованной литературы. 8 Введение Химический синтез – это, в узком смысле, процесс создания сложных молекул из более простых. В широком же смысле - это искусственное выполнение химических и физических реакций для получения одного или нескольких продуктов. Неорганический синтез - раздел неорганической химии, изучающий способы и возможности получения различных неорганических соединений. Неорганический синтез проводится как в лабораторных, так и промышленных масштабах. Для синтеза в лаборатории принято использовать несложные установки и дешевые реагенты. Из-за этого наблюдается небольшой выход продукта, но вполне достаточный для лабораторных исследований. В промышленных же масштабах используются более сложные установки и дешевые способы получения продукта, благодаря чему выход продукта наблюдается в больших количествах. Масштабы синтеза велики, изучено огромное количество различных вариаций получения разных веществ, однако именно это и создает главную проблему. Из-за большого количества различной литературы невозможно оценить и систематизировать способы получения новых веществ. Для каждого отдельного способа синтеза какого-либо вещества нужно изучать физические и химические свойства веществ, также проводить термодинамические расчеты для определения возможности синтеза, после чего уже искать методы получения и очистки получаемого вещества. Химический синтез решает три важные задачи в неорганической химии: Получение известных веществ по разработанным методикам. Получение веществ с определенной, заданной морфологией. Получение раннее неизвестных веществ. Основными требованиями к неорганическому синтезу являются: Невысокая стоимость реагентов; Доступность очистки полученного вещества; Возможность анализа полученного вещества; Устойчивость реагентов и полученных веществ; Безопасность синтеза для здоровья человека. Исходя из этого, можем вывести цель синтеза: Цель: научиться синтезировать неорганические вещества на примере малахита, получить малахит методом осаждения нерастворимого вещества из растворимой соли Задачи: Изучить литературные данные. Провести предварительные термодинамические расчеты. Выбрать методику синтеза. 1. Литературный обзор 1.1. Характеристика вещества. Согласно номенклатуре IUPAC вещество имеет название дигидроксокарбонат меди(II), либо же тривиальное название «малахит» с стехиометрической формулой (CuOH)2CO3. Относится к классу основных солей.  Рисунок 1. Структура малахита Имеет ионные связи и ионную кристаллическую решетку. Кристаллическая структура моноклинная. 1.2 Физические свойства При стандартных условиях малахит является твердой зеленой массой натечной формы с радиально-волокнистым строением. Непрозрачен, в мелких кристаллах просвечивает. Порошковые агрегаты окрашены равномерным светлым зеленым цветом. Как правило, кристаллы малахита очень тонкие (от сотых до десятых долей миллиметра), а в длину около 10мм. Очень редко, в крайне благоприятных условиях, образовываются огромные многотонные натеки плотного вещества, состоящего из массы маленьких слипшихся кристалликов. Именно они и образуют ювелирный малахит. По твердости имеет оценку 3,5-4 по шкале Мооса, удельный вес 3,9-4г, плотность 3,75-3,95 г/см, излом раковистый, вещество хрупкое. Необработанный малахит имеет слабый стеклянный блеск, но на свезем изломе и в прожилках шелковистый. Показатель преломления – 1,656-1,909. Диамагнитен. Имеет сложный состав: на 72% состоит из оксида меди(II) CuO, на 20% из СО2 и на 8% из Н2О. Температура разложения 200 ºС 1.3. Химические свойства При стандартных условиях является твердым веществом, нерастворим в воде и других растворителях. Вступает в реакцию с практически любой кислотой и аммиаком. В первом случае выделяется углекислый газ, во втором – аммиак приобретает голубо-синий цвет. Данные реакции являются качественными для определения малахита. Cu2СO3(OH)2 + 4HCl(разб.) = 2CuCl2+ CO2^ + 3H2O Cu2СO3(OH)2+ 8(NH3•H2O) [кoнц.] = [Cu(NH3)4]CO3+ [Cu(NH3)4](OH)2 + 8H2O Малахит плохо переносит нагрев. Уже при относительно небольшом повышении температуры начинает разлагаться до оксида меди. Критический порог- 200 ºС. При достижении этой температуры камень на глазах чернеет и рассыпается в чистый порошок медного оксида. (CuOH)2CO3 → 2CuO + CO2 + H2O Реагирует с цианидом калия, солями аммония: (CuOH)2CO3 + 8KCN(конц)=2K2[Cu(CN)4] + K2CO3 + 2KOH (CuOH)2CO3 + 4NH4Cl (конц.) = 2CuCl+ CO2^ + 3H2O + 4NH3 C глубокой древности известен способ получения свободной меди из малахита: (СuOH)2CO3 + 2CO = 3CO2 + 2Cu + H2O 2. Способы получения вещества 2.1. Способы синтеза малахита: Было найдено два способа получения малахита: (1). Из суспензии Сu(OH)2 Получаем суспензию Сu(OH)2 СuCl2 + 2NaOH = 2NaCl + Cu(OH)2 Пропускаем через нее углекислый газ до прекращения осаждения зеленого осадка. Сu(OH)2 + СO2 = (CuOH)2CO3 + 4H2O Расчет масс реагирующих веществ на 3г малахита для способа №1
(2). Реакция сульфата меди с гидрокарбонатом натрия. Тщательно перемешиваем тонкоизмельченный сульфат меди и гидрокарбонат натрия (избыток 10%). Полученную смесь медленно, постоянно перемешивая, вносим в кипящую воду (2л на 1 моль сульфата.). После добавления кипятим 10-15 минут, после фильтруем и сушим. 2CuSO4 + 4NaHCO3 = (CuOH)2CO3 + 2NaSO4 + 3CO2 + H2O
Расчет масс реагирующих веществ на 3г малахита для способа №2 2.2. Выбор способа синтеза Для синтеза был выбран способ номер два. Для его проведения не требуется аппарат Киппа, также он более быстрый и экономный. 2.3. Техника безопасности при проведении синтеза Во время проведения синтеза необходимо соблюдение общих правил техники безопасности. Также нагревание смеси сульфата меди и гидрокарбоната натрия необходимо проводить в вытяжном шкафу 2.4. Возможные способы идентификации малахита Одним из способов идентификации малахита может быть его разложении при нагревании до 200. При этом он разлагается на оксид меди(II) и выделяется углекислый газ. 2.5. Условия хранения малахита Хранить в сухом месте. Выводы В ходе данной работы провели обзор литературных источников, описали основные характеристики, химические и физические свойства дигидроксокарбоната меди (II). Рассмотрели возможные способы синтеза дигидроксокарбоната меди (II), выбрали наиболее выгодный из них. Привели данные по технике безопасности, способу хранения и способу идентификации малахита. Список использованной литературы. Р.А. Лидин В.А. Молочко Л.Л. Андреева Химические свойства неорганических веществ Под редакцией проф. Р.А. Лидина Издание третье, исправленное. Стр. 22. 1.Степин Б.Д., Аликберова Л.Ю.Книга по химии для домашнего чтения.- М., Химия, 1994г.-89 с. В.В. Свиридов. Г.А. Попкович. Е.И. Васильевская. Неорганический синтез. 2-е издание, исправленное. 2000г. Стр. 160. Здорик Т.Б., Матиас В.В., Тимофеев И.Н. Минералы и горные породы СССР. – М.: Изд-во Мысль, 1970. – 136 с. Лидин Р.А., Молочко В.А., Андреева. Химические свойства неорганических веществ. – М.: Изд-во Химия, 1997. – 289 с. Лебединский В.И. В удивительном мире камня. – М.: Кругосвет, 1985. - 198 с. |