Как составить химическую формулу сульфата меди

Задача аналогична предыдущей, но с тремя элементами.

m (Cu) : m (S) : m (O) = x * Ar (Cu) : y * Ar (S) * z Ar (O) = 2 : 1 : 2

Ar (Cu) = 64 а. е. м.; Ar (S) = 32 а. е. м.; Ar (O) = 16 а. е. м.

64x : 32y : 16z = 2 : 1 : 2

Или,

64x : 32 : 16z = 2 : 1 : 2

Или,

2x : 1 : 0,5z = 2 : 1 : 2

Откуда: x = 1, y = 1, z = 4.

Ответ: формула сульфата меди CuSO₄

1. Вычислите относительную молекулярную массу сульфата меди CuSO₄.

2. Вычислите массовые отношения элементов в угольной кислоте, химическая формула которой H₂CO₃.

3. Вычислите массовые доли элементов в процентах по формулам соединений: а) CuSO₄ — сульфат меди; б) Fe₂O₃ — оксид железа; в) HNO₃ — азотная кислота.

4. Во сколько раз массовая доля химического элемента серы в оксиде серы SO₃ меньше, чем в оксиде серы SO₂?

5. Водород соединяется с серой в массовых отношениях 1 : 16. Используя данные об относительных атомных массах этих элементов, выведите химическую формулу сероводорода.

7. Выведите простейшую формулу соединения, в котором массовая доля натрия равна 32,4%, серы — 22,5%, кислорода — 45,1%.

8. Смешали 14 г порошкообразного железа с 14 г порошкообразной серы. Смесь нагрели. Найдите массу сульфида железа, если известно, что Fe и S в данном случае соединяются в массовых отношениях 7 : 4.

Тестовые задания.

Источник

Сульфат меди(II)


Общие
Систематическое наименование	Сульфат меди(II)
Традиционные названия	пентагидрат: «медный купорос»
Хим. формула	CuSO₄
Рац. формула	CuSO₄
Физические свойства
Состояние	кристаллическое
Молярная масса	159,609 (сульфат) 249.685 (пентагидрат) г/моль
Плотность	3,64 г/см³
Твёрдость	2,5^[1]
Термические свойства
Температура
• разложения	выше 650 °C
Химические свойства
Константа диссоциации кислоты ${displaystyle pK_{a}}$	5⋅10⁻³
Структура
Координационная геометрия	Октаэдрическая
Кристаллическая структура	безв. — ромбическая пентагидрат — триклинная пинакоидальная тригидрат — моноклинная
Классификация
Рег. номер CAS	7758-98-7
PubChem	24462
Рег. номер EINECS	231-847-6
SMILES	[O-]S(=O)(=O)[O-].[Cu+2]
InChI	InChI=1S/Cu.H2O4S/c;1-5(2,3)4/h;(H2,1,2,3,4)/q+2;/p-2 ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L
RTECS	GL8800000
ChEBI	23414
ChemSpider	22870
Безопасность
Предельная концентрация	в воздухе: мр 0,009, сс 0,004; в воде: 0,001
ЛД₅₀	крысы, орально^[2]^[3]: 300 мг/кг мыши, орально: 87 мг/кг
Токсичность	Умеренно токсичен, ирритант, опасен для окружающей среды
Пиктограммы ECB
NFPA 704	0 2 1
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

Сульфат меди(II) моногидрат

Сульфа́т меди(II) (медь(II) серноки́слая, традиционное название кристаллогидрата — ме́дный купоро́с) — неорганическое соединение, медная соль серной кислоты с формулой CuSO₄.

Нелетучее вещество, не имеет запаха. В безводном виде — белый порошок, очень гигроскопичное. В виде кристаллогидратов — прозрачные негигроскопичные кристаллы различных оттенков синего. На воздухе постепенно выветриваются (теряют кристаллизационную воду). Имеет горьковато-металлический вяжущий вкус.

Сульфат меди(II) хорошо растворим в воде. Из водных растворов кристаллизуется в виде голубого пентагидрата CuSO₄·5H₂O (медный купоро́с). Токсичность медного купороса для теплокровных животных относительно невысока, в то же время он высокотоксичен для рыб.

Обладает дезинфицирующими, антисептическими, вяжущими свойствами. Применяется в медицине, в растениеводстве как антисептик, фунгицид или медно-серное удобрение.

Нахождение в природе[править | править код]

В природе встречается в виде минералов халькантита (CuSO₄·5H₂O), халькокианита (CuSO₄), бонаттита (CuSO₄·3H₂O), бутита (CuSO₄·7H₂O) и в составе некоторых других минералов^[4].

Получение[править | править код]

В промышленности[править | править код]

В промышленности загрязнённый сульфат меди(II) получают растворением меди и медных отходов в разбавленной серной кислоте H₂SO₄ при продувании раствора воздухом:

${displaystyle {mathsf {2Cu+O_{2}+2H_{2}SO_{4}rightarrow 2CuSO_{4}+2H_{2}O}},}$

растворением оксида меди(II) CuO в H₂SO₄:

${displaystyle {mathsf {CuO+H_{2}SO_{4}rightarrow CuSO_{4}+H_{2}O}},}$

сульфатизирующим обжигом сульфидов меди и как побочный продукт электролитического рафинирования меди.

В лабораторных условиях[править | править код]

В лаборатории CuSO₄ можно получить действием концентрированной серной кислоты на медь при нагревании:

${displaystyle {mathsf {Cu+2H_{2}SO_{4}rightarrow CuSO_{4}+SO_{2}uparrow +2H_{2}O}},}$

температура не должна превышать 60 °С, при большей температуре в значительных количествах образуется побочный продукт — сульфид меди(I):

${displaystyle {mathsf {5Cu+4H_{2}SO_{4}rightarrow 3CuSO_{4}+Cu_{2}Sdownarrow +4H_{2}O}}.}$

Также в лабораторных условиях сульфат меди (II) может быть получен реакцией нейтрализации гидроксида меди(II) серной кислотой, для получения сульфата меди высокой чистоты используют соответственно чистые реактивы:

${displaystyle {mathsf {Cu(OH)_{2}+H_{2}SO_{4}rightarrow CuSO_{4}+2H_{2}O}}.}$

Чистый сульфат меди может быть получен следующим образом. В фарфоровую чашку наливают 120 мл дистиллированной воды, прибавляют 46 мл химически чистой серной кислоты плотностью 1,8 г/см³ и помещают в смесь 40 г чистой меди (например, электролитической). Затем нагревают до 70—80 °С и при этой температуре в течение часа постепенно, порциями по 1 мл, прибавляют 11 мл концентрированной азотной кислоты. Если медь покроется кристаллами, прибавить 10—20 мл воды. Когда реакция закончится (прекратится выделение пузырьков газа), остатки меди вынимают, а раствор упаривают до появления на поверхности плёнки кристаллов и дают остыть. Выпавшие кристаллы следует 2—3 раза перекристаллизовать из дистиллированной воды и высушить^[5].

Очистка[править | править код]

Очистить загрязнённый или технический сульфат меди можно перекристаллизацией — вещество растворяется в кипящей дистиллированной воде до насыщения раствора, после чего охлаждается до приблизительно +5 °С. Полученный осадок кристаллов отфильтровывается. Однако даже многократная перекристаллизация не позволяет избавиться от примеси соединений железа, которые являются наиболее распространённой примесью в сульфате меди.

Для полной очистки медный купорос кипятят с диоксидом свинца PbO₂ или пероксидом бария BaO₂, пока отфильтрованная проба раствора не покажет отсутствия железа. Затем раствор фильтруют и упаривают до появления на поверхности плёнки кристаллов, после чего охлаждают для кристаллизации^[5].

По Н. Шоорлю очистить сульфат меди можно так: к горячему раствору CuSO₄ прибавить небольшие количества пероксида водорода H₂O₂ и гидроксида натрия NaOH, прокипятить и отфильтровать осадок. Выпавшие из фильтрата кристаллы дважды подвергаются перекристаллизации. Полученное вещество имеет чистоту не ниже квалификации «ХЧ»^[5].

Глубокая очистка[править | править код]

Существует более сложный способ очистки, позволяющий получить сульфат меди особой чистоты, с содержанием примесей около 2·10^-4 %.

Для этого готовится водный, насыщенный при 20°С раствор сульфата меди (вода используются только бидистиллированная).
В него добавляют перекись водорода в количестве 2—3 мл 30 % раствора на 1 литр, перемешивают, вносят свежеосаждённый основной карбонат меди в количестве 3—5 граммов, нагревают и кипятят 10 минут для разложения H₂O₂.

Затем раствор охлаждают до 30—35 °С, фильтруют и приливают 15 мл 3-х процентного раствора диэтилдитиокарбамата натрия и выдерживают в мешалке три-четыре часа не понижая температуры. Далее раствор быстро процеживают от крупных хлопьев комплексов и вносят активированный уголь БАУ-А на полчаса при перемешивании. Затем раствор следует отфильтровать вакуумным методом.

Дальше в раствор CuSO₄ приливают на 1 л около 200 мл насыщенного раствора NaCl квалификации «Ч» и вносят чистый алюминий в проволоке или обрезках до полного прохождения реакции, выделения меди и просветления раствора (при этом выделяется водород). Выделенную медь отделяют от алюминия взбалтыванием, осадок промывают декантацией сперва водой затем заливают горячим 5—10 % раствором соляной кислоты ХЧ при взбалтывании в течение часа и постоянным подогревом до 70—80 °С, затем промывают водой и заливают 10—15%-ной серной кислотой (ОСЧ 20-4) на час с подогревом при том же интервале температур. От степени и тщательности промывания кислотами, а также квалификации применяемых далее реактивов зависит чистота дальнейших продуктов.

После промывки кислотами медь снова моют водой и растворяют в 15—20%-ной серной кислоте (ОСЧ 20-4) без её большого избытка с добавлением перекиси водорода (ОСЧ 15-3). После прохождения реакции полученный кислый раствор сульфата меди кипятят для разложения избытка перекиси и нейтрализуют до полного растворения вначале выпавшего осадка перегнанным 25%-ным раствором аммиака (ОСЧ 25-5) или приливают раствор карбоната аммония, очищенного комплексно-адсорбционным методом до особо чистого.

После выстаивания в течение суток раствор медленно фильтруют. В фильтрат добавляют серную кислоту (ОСЧ) до полного выпадения голубовато-зелёного осадка и выдерживают до укрупнения и перехода в зелёный основной сульфат меди. Зелёный осадок выстаивают до компактности и тщательно промывают водой до полного удаления растворимых примесей. Затем осадок растворяют в серной кислоте, фильтруют, устанавливают рН=2,5—3,0 и перекристаллизовывают два раза при быстром охлаждении, причем при охлаждении раствор каждый раз перемешивают для получения более мелких кристаллов сульфата меди. Выпавшие кристаллы переносят на воронку Бюхнера и удаляют остатки маточного раствора с помощью водоструйного насоса. Третья кристаллизация проводится без подкисления раствора с получением чуть более крупных и оформленных кристаллов^[6].

Физические свойства[править | править код]

Растворимость

в воде при разных температурах^[7]

Температура, °С	Растворимость

%	%	в г на 100 г воды
0	12,9	20,2	23,3
15	16,2	25,3	30,2
25	18,7	29,2	34,9
30	20,3	31,6	39,9
40	22,8	35,5	46,2
50	25,1	39,2	52,6
60	28,1	43,8	61,1
70	31,4	49,0	71,6
80	34,9	54,4	83,8
90	38,9	60,0	98,2
100	42,4	66,0	115,0

Пентагидрат сульфата меди(II) (медный купорос) — синие прозрачные кристаллы триклинной сингонии. Плотность 2,284 г/см³. При температуре 110 °С отщепляется 4 молекулы воды, при 150 °С происходит полное обезвоживание^[8].

Растворимость в воде[править | править код]

Растворимость сульфата меди(II) в воде при разных температурах приведена в таблице.

Строение кристаллогидрата[править | править код]

Структура медного купороса приведена на рисунке. Как видно, вокруг иона меди координированы два аниона SO₄²⁻ по осям и четыре молекулы воды (в плоскости), а пятая молекула воды играет роль мостиков, которые при помощи водородных связей объединяют молекулы воды из плоскости и сульфатную группу.

Термическое воздействие[править | править код]

При нагревании пентагидрат последовательно отщепляет две молекулы воды, переходя в тригидрат CuSO₄·3H₂O (этот процесс, выветривание, медленно идёт и при более низких температурах [в том числе при 20—25 °С]), затем в моногидрат (при 110 °С) CuSO₄·H₂O, и выше 258 °C образуется безводная соль.

Выше 650 °C становится интенсивным пиролиз безводного сульфата по реакции:

${displaystyle {mathsf {2CuSO_{4}{xrightarrow[{}]{^{o}t}}2CuO+2SO_{2}+O_{2}}}.}$

Реакция гидратации безводного сульфата меди(II) экзотермическая и проходит со значительным выделением тепла (79 кДж/моль).

Химические свойства[править | править код]

Электролитическая диссоциация[править | править код]

Как и все соли, образованные ионами слабого основания и сильной кислоты, сульфат меди(II) гидролизуется (степень гидролиза в 0,01 М растворе при 15 °C составляет 0,05 %) и даёт кислую среду (pH указанного раствора 4,2). Константа диссоциации составляет 5⋅10⁻³.

CuSO₄ — хорошо растворимая в воде соль и сильный электролит, в растворах сульфат меди(II) диссоциирует в одну стадию:

${displaystyle {mathsf {CuSO_{4}rightarrow Cu^{2+}+SO_{4}^{2-}}}.}$

Реакция замещения[править | править код]

Реакция замещения возможна в водных растворах сульфата меди с использованием металлов активнее меди, стоящих левее меди в электрохимическом ряду напряжения металлов:

${displaystyle {mathsf {CuSO_{4}+Znrightarrow Cudownarrow +ZnSO_{4}}}.}$

Реакция с растворимыми основаниями (щелочами)[править | править код]

Сульфат меди(II) реагирует с щелочами с образованием осадка гидроксида меди(II) голубого цвета^[9]:

${displaystyle {mathsf {CuSO_{4}+2KOHrightarrow Cu(OH)_{2}downarrow +K_{2}SO_{4}}},}$

${displaystyle {mathsf {CuSO_{4}+2LiOHrightarrow Cu(OH)_{2}downarrow +Li_{2}SO_{4}}},}$

${displaystyle {mathsf {CuSO_{4}+2NaOHrightarrow Cu(OH)_{2}downarrow +Na_{2}SO_{4}}}.}$

Сокращённое ионное уравнение (Правило Бертолле)[править | править код]

${mathsf {Cu^{{2+}}+2OH^{-}rightarrow Cu(OH)_{2}downarrow }}$

Реакция обмена с другими солями[править | править код]

Сульфат меди вступает также в обменные реакции по ионам Cu²⁺ и SO₄^2-:

${displaystyle {mathsf {CuSO_{4}+BaCl_{2}rightarrow CuCl_{2}+BaSO_{4}downarrow }},}$

${displaystyle {mathsf {CuSO_{4}+K_{2}Srightarrow CuSdownarrow +K_{2}SO_{4}}}.}$

Окислительные свойства[править | править код]

Сульфат меди окисляет HI, йодиды и при нагревании HBr и бромиды до свободных галогенов. Восстанавливается йодоводородом и йодидами до металлической меди при освещении, так как образующийся йодид меди (I) разлагается на свету. Смесь сухих сульфата меди и бромида натрия из-за образования бромида меди (II), который в сухом состоянии разлагается при температуре выше +500°C, а в присутствии влаги снижается его температура разложения до 115-140°C:

${displaystyle {mathsf {2CuSO_{4}+ 2KIlongrightarrow Cu_{2}SO_{4}+K_{2}SO_{4}+I_{2}downarrow }}}$

${displaystyle {mathsf {2CuSO_{4}+ 2HIlongrightarrow Cu_{2}SO_{4}+H_{2}SO_{4}+I_{2}downarrow }}}$

${displaystyle {mathsf {CuSO_{4}+ 2KI xrightarrow {hnu } Cudownarrow +I_{2}downarrow +K_{2}SO_{4}}}}$

${displaystyle {mathsf {CuSO_{4}+ 2HI xrightarrow {hnu } Cudownarrow +I_{2}downarrow +H_{2}SO_{4}}}}$

${displaystyle {mathsf {2CuSO_{4}+ 2NaBr xrightarrow {>500^{o}C} Cu_{2}SO_{4}+Na_{2}SO_{4}+Br_{2}uparrow }}}$

${displaystyle {mathsf {2CuSO_{4}+ 2HBr xrightarrow {>500^{o}C} Cu_{2}SO_{4}+H_{2}SO_{4}uparrow +Br_{2}uparrow }}}$ ${displaystyle {mathsf {2CuSO_{4}*5H_{2}O+ 2NaBr xrightarrow {115-140^{o}C} Cu_{2}SO_{4}+Na_{2}SO_{4}+Br_{2}uparrow +10H_{2}Ouparrow }}}$

${displaystyle {mathsf {2CuSO_{4}+ 2HBr xrightarrow {H_{2}O,115-140^{o}C} Cu_{2}SO_{4}+H_{2}SO_{4}+Br_{2}uparrow }}}$

Прочее[править | править код]

С сульфатами щелочных металлов и аммония образует комплексные соли, например: Na₂[Cu(SO₄)₂]·6H₂O.

Ион Cu²⁺ окрашивает пламя в зелёный цвет.

Производство и применение[править | править код]

Кристаллы пентагидрата сульфата меди(II) CuSO₄ · 5H₂O

Сульфат меди(II) — одна из важнейших солей меди. Часто служит исходным сырьём для получения других соединений меди.

Безводный сульфат меди — хороший влагопоглотитель и может быть использован для обезвоживания (абсолютирования) этанола, осушения газов (в том числе воздуха) и как индикатор влажности.

Лёгкость выращивания кристаллов пентагидрата сульфата меди и их резкое различие с безводной формой используются в школьном образовании.

В машиностроении используется для окраски металлических деталей перед их ручной разметкой.

В строительстве водный раствор сульфата меди применяется для нейтрализации последствий протечек, ликвидации пятен ржавчины, а также для удаления выделений солей («высолов») с кирпичных, бетонных и оштукатуренных поверхностей, а также как антисептическое и фунгицидное средство для предотвращения гниения древесины.

В сельском хозяйстве медный купорос применяется как антисептик, фунгицид и медно-серное удобрение. Для обеззараживания ран деревьев используется 1 %-ный раствор (100 г на 10 л), который втирается в предварительно зачищенные повреждённые участки. Против фитофтороза томатов и картофеля производятся опрыскивания посадок 0,2 % раствором (20 г на 10 л) при первых признаках заболевания, а также для профилактики при угрозе возникновения болезни (например, в сырую влажную погоду). Раствором сульфата меди поливается почва для обеззараживания и восполнения недостатка серы и меди (5 г на 10 л). Однако чаще медный купорос применяется в составе бордо́ской жидкости — основного сульфата меди CuSO₄·3Cu(OH)₂ против грибковых заболеваний и виноградной филлоксеры. Для этих целей сульфат меди(II) имеется в розничной торговле.

Для борьбы с цветением воды в водохранилищах также используется химическая обработка медным купоросом^[10].

Также он применяется для изготовления минеральных красок, в медицине, как один из компонентов электролитических ванн для меднения и т. п. и в составе прядильных растворов в производстве ацетатного волокна.

В пищевой промышленности зарегистрирован в качестве пищевой добавки E519. Используется как фиксатор окраски и консервант.

В быту применяют для выведения пятен ржавчины на потолке после затоплений.

В пунктах скупки лома цветных металлов раствор медного купороса применяется для выявления цинка, марганца и магния в алюминиевых сплавах и нержавейке. При выявлении этих металлов появляются красные пятна.

Безопасность[править | править код]

Вещество малотоксично. ПДК 500 мг/л^[11]^[12]. Смертельная доза медного купороса составляет от 45 до 125 граммов для взрослого человека перорально (при проглатывании), в зависимости от массы, состояния здоровья, иммунитета к избытку меди и от других факторов. Признаки отравления становятся заметными при разовом потреблении более 0,5 г соединения внутрь (т. н. токсическая доза). LD₅₀ для крыс 300 мг/кг^[2]. Картина отравления при вдыхании аэрозолей медного купороса более сложна.

Правила обращения с веществом[править | править код]

Попадание на кожу сухого вещества считается безопасным, но его необходимо смыть. Аналогично при попадании растворов и увлажнённого твердого вещества. При попадании в глаза необходимо обильно промыть их проточной водой (слабой струёй). При попадании в желудочно-кишечный тракт твердого вещества или концентрированных растворов необходимо промыть желудок пострадавшего 0,1 % раствором марганцовки, дать выпить пострадавшему солевое слабительное — сульфат магния 1—2 ложки, вызвать рвоту, дать мочегонное. Кроме того, попадание в рот и желудок безводного вещества может вызвать термические ожоги.

Слабые растворы сульфата меди при приёме внутрь действуют как сильное рвотное средство и иногда применяются для провоцирования рвоты.

При работе с порошками и пылью сульфата меди, следует соблюдать осторожность и не допускать их пыления, необходимо использовать маску или респиратор, а после работы вымыть лицо. Острая токсическая доза при вдыхании аэрозоля — 11 мг/кг^[13]. При попадании сульфата меди через дыхательные пути в виде аэрозоля нужно вывести пострадавшего на свежий воздух, прополоскать рот водой и промыть крылья носа.

Хранить вещество следует в сухом прохладном месте, в плотно закрытой жёсткой пластиковой или стеклянной упаковке, отдельно от лекарств, пищевых продуктов и кормов для животных, в недоступном для детей и животных месте.

Гигиенические нормативы[править | править код]

ПДК в рабочей зоне — 1 мг/л (1г/м³) (по ионам двухвалентной меди).

Примечания[править | править код]

↑ Медный купорос. kristallov.net. Дата обращения: 26 апреля 2017. Архивировано 9 мая 2017 года.
↑ ¹ ²
Ершов Ю. А., Плетнева Т. В. Механизмы токсического действия неорганических соединений. — М.: Медицина, 1989. — С. 142.
↑ Cupric sulfate Архивная копия от 12 августа 2014 на Wayback Machine. US National Institutes of Health
↑ Меди сульфат // Химическая энциклопедия / Гл. ред. И. Л. Кнунянц, Н. С. Зефиров. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 3. — ISBN 5-85270-008-8.
↑ ¹ ² ³ Карякин Ю. В. Чистые химические реактивы. Руководство по лабораторному приготовлению неорганических препаратов. — 2-е изд. — М.—Л.: ГХИ, 1947. — С. 343. — 577 с.
↑ Полянский Н. А., Кожевник С. Н. Очистка соединений меди от примесей. Приготовление сульфата меди высокой чистоты // Сборник лабораторных работ. — Норильск, 1998.
↑ Вассерман И. М. Производство минеральных солей. — Издание 2-е изд., перераб. и доп.. — Ленинград: Госхимиздат. Ленингр. отд-ние, 1962. — 439 с.: ил. с. Архивная копия от 26 июля 2020 на Wayback Machine
↑ Справочник химика. — 2-е изд., перераб. и доп. — Л.—М.: Химия, 1963. — Т. 2. — С. 124—125, 265. — 1168 с. — 20 000 экз. Архивная копия от 16 октября 2012 на Wayback Machine
↑ Получение нерастворимых оснований. Единая коллекция ЦОР. Дата обращения: 26 апреля 2017. Архивировано 26 апреля 2017 года.
↑ Сельскохозяйственное водоснабжение и обводнение. — Колос. — М., 1984.
↑ name=https://docs.cntd.ru_ГОСТ (недоступная ссылка) 19347-2014 Купорос медный. Технические условия (Издание с поправкой)
↑ name=https://www.safework.ru Архивная копия от 8 марта 2022 на Wayback Machine
↑ Copper Sulfate (англ.). Pesticide Management Education Program (PMEP). Cornell University (декабрь 1993). Дата обращения: 26 апреля 2017. Архивировано 5 июля 2019 года.

Источник

ГДЗ (готовое домашние задание из решебника) на Вопрос №6, § 15 по учебнику Химия. 8 класс: учебник для общеобразовательных учреждений / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. 4 издание. Просвещение, 2016-2021г.

Условие

6 Применяя сведения об относительных атомных массах химических элементов, составьте химическую формулу сульфата меди, если массовые отношения в нём меди, серы и кислорода соответственно равны 2:1:2.

Решение 1

Подробное решение

Рекомендовано

Белый фонпереписывать в тетрадь

Цветной фонтеория и пояснения

Нахождение в природе[править | править код]