Aplicaţie WORD Lazăr Dorina Mihaela

Aspecte din chimia cuprului

1.Introducere

Anul descoperirii: 1751A fost descoperit de: Alex Cronstedt

Denumirea de cupru a fost dată după numele Insulei Cipru (Cyberiu) unde în antichitate exista o mare industrie de obiecte de cupru.

Cuprul (numit și aramă) este un element din tabelul periodic având simbolul Cu și numărul atomic 29.

Cuprul este un metal de culoare roșcată, foarte bun conducător de electricitate și căldură. Cuprul a fost folosit de oameni din cele mai vechi timpuri, arheologii descoperind obiecte din acest metal datând din 8700 î.Hr. A fost unul din primele metale folosite, deoarece cantități mici din el apar în unele locuri în stare liberă.

2. Proprietăţi generale

Proprietăți generale

Nume, Simbol Număr atomic

Cupru, Cu, 29

Serie chimică Metal tranzițional

Grupă, Perioadă, Bloc IB(11) ,4 ,d

Densitate, Duritate 8920 kg/m3,3,0

Aspect cupru, metalic

1

Aplicaţie WORD Lazăr Dorina Mihaela

Proprietăți atomice

Masă atomică 63,536 uam

Rază atomică(calc.) 135 (145) pm

Rază covalentă 138 pm

Rază van der Vaals 140 pm

Configurație electronică [Ar]3d104s1

e-pe nivel de energie 2, 8, 18, 1

Număr de oxidare(Oxid) 2,1 (caracter bazic moderat)

Structură cristalină Cubică, cu fețe centrate

3. Stare naturală

Principalele minereuri ale cuprului sunt: calcozina (sulfura de cupru), calcopirita sau criscolul (ferosulfura de cupru), cupritul (oxidul cupros) și malachitul si azuritul (ambele forme ale carbonatului basic de cupru). Metoda folosită pentru extracția de cupru depinde natura minereului.

Cuprul se găsește şi în stare liberă.

2

calcozina calcopirita

cupritul malachitul

Aplicaţie WORD Lazăr Dorina Mihaela

4. Metode de obţinere a cuprului

Daca cuprul se găsește în stare liberă, el poate fi separat prin sfărâmarea minereului în bucăți mici și amestecarea sa cu apa. Cuprul, fiind relativ greu, se depune pe fund. Cuprul metalic pur se obţine din minereurile sale .Pentru extragerea cuprului, concentratele minereurilor sale se prelucrează prin procese piro- sau hidrometalurgice.Prin prăjirea sulfurilor de cupru rezultă monoxid de cupru care prin reducere cu carbon şi oxid de fier cu valenta 3 se obtine cupru brut.

8CuO+2Fe2O3+5C=8Cu+4 FeO+5CO2↑

După obţinerea cuprului brut acesta este afânat şi rafinat, în final obţinându-se Cu de puritate 93-98,5%.

5. Proprietăţile cuprului

Proprietăţi fiziceStare de agregare solid (_roşcat_)

Punct de topire 1357,6 K (1084,6 °C

Punct de fierbere 2840 K (4653 °F)

Volum molar 7,11 x10-6 m 3 /mol

Energie de vaporizare 300,3 kJ/mol

Energie de combinare 13,05 kJ/mol

Presiunea vaporilor 0,0505 Pa la 1358 K

Viteza sunetului 3570 m/s la 293

3

azuritul

Aplicaţie WORD Lazăr Dorina Mihaela

Proprietăţi chimice

Utilizările cuprului• Conform statisticilor, industria electronică şi

electrotehnică sunt industriile cele mai importante prin prizma cantităţilor de cupru prelucrat, folosind aprope 60% din cantitatea totală de cupru prelucrat în UE. Aceste ramuri ale industriei utilizează cuprul în calitate de conductor electric.

• A doua ramură este industria construcţiilor. Industria construcţiilor utilizează 25% din cantitatea necesară totală în UE. Această industrie utilizează o scară foarte largă a produselor din cupru, din aramă şi din toate celelalte aliaje ale cuprului (alama, bronzul), cu preponderenţă pe următoarele arii:

• Instalaţii pentru construcţii (apă, gaz, ţevi pentru încălzire, instalaţii de climatizare, sisteme solare...)

• Arhitectură (acoperişuri, faţade, burlane, jgheaburi)

Concluzii• Pe plan mondial, după oţel şi aluminiu, cuprul este

metalul cel mai folosit. Chile, Statele Unite ale Americii şi Indonezia sunt cei mai mari producători de cupru (prin extracţie). Filmul este în limba franceză, cu subtitrare în engleză.

• http://www.cupru.com/node/226

4

Cuprul formează o varietate rară de compuşi cu starea de oxidare +1 și +2, care sunt de obicei numiți cupros sau cupric. Acesta nu reacționează cu apa, dar reacționează încet cu aerul atmosferic; în urma acestei reacţii, pe suprafaţa cuprului se formează un strat de cupru oxidat maro-negru. În contrast cu oxidarea fierului la aer umed, acest strat de oxid se opreşte din coroziune; un strat de cocleală verde (carbonat de cupru) pot fi observate pe construcţiile vechi din cupru, cum ar fi Statuia

Aplicaţie WORD Lazăr Dorina Mihaela

6. Teste de evaluare pentru unitatea de învăţare “Cuprul”

Test 1. B. 7. Cuprul Nivel 11. Citiți afirmațiile de mai jos și încercuiește litera A dacă afirmația este adevărată și litera F dacă afirmația este falsă.

Cuprul este un metal solid de culoare cenușie. A/F

După argint, cuprul este cel mai bun conductor de căldură și electricitate .A/F

În aer uscat, la temperatură obișnuită cuprul este stabil, dar în aer umed se acoperă cu o peliculă verde, toxică de carbonat bazic de cupru (cocleală).

A/F

Dintre metalele uzuale, cuprul este cel mai puțin electopozitiv. A/F

2. Cunoscând proprietățile generale ale metalelor, precum și faptul că sunt stabile combinațiile cuprului divalent, scrieți ecuațiile reacțiilor chimice cu substanțele:

a) clor

b) oxigen

c) sulf

3.Un mol de sulfat de cupru(piatra vânătă - CuSO4) reprezintă:

a. 16 grame; b. 1,6 grame; c. 160 grame.

4. Trasați prin săgeți corespondența dintre reactanți și produșii de reacție:

5

Aplicaţie WORD Lazăr Dorina Mihaela

REACTANŢI PRODUŞI DE REACŢIE

Cu + 2 AgNO3 CuO + SO2 ↑ +H2O

Cu +S Cu(NO3)2 + 2 Ag ↓

Cu + H2SO4 CuS

1. Denumiți substanțele ale căror formule sunt scrise mai jos:

CuSO4 ------------------------- ; Cu2O -------------------- ; CuO -----------------------; CuCO3. --------------------

Ce elemente intră în compoziția lor ?

2. Este posilbilă următoarea reacție chimică ?

Cu + Fe2O3 → CuO + Fe ↓

1 Ştiați că? …

…Violetele pot avea și alte culori, decât culoarea … violetă!

…Violetele roșii se obțin tratând florile naturale cu o soluție de acid clorhidric.

…Violetele verzi se obțin supunând florile acțiunii amoniacului.

…Pentru a decolora violetele, le umezim întâi în apă, apoi le supunem acțiunii dioxidului de sulf, obținut prin arderea sulfului (pucioasei).

1

6

Aplicaţie WORD Lazăr Dorina Mihaela

Test 1. B. 9. Cuprul Nivel 21. Completaţi tabelul :

Metal-Caracteristici Aluminiu Fer Cupru

Stare de agregare

Culoare

Conductibilitate termică şi electrică

Reactivitate chimică

Solubilitate

Aliaje

Comportamentul în aer umed

Structura atomului elementului

Valenţa

Alte proprietăţi caracteristice

1.Se dă schema generală :

substanţe simple : Cl2 , O2 , S

M + .

substanţe compuse : H2O , HCl , H2SO4 , HNO3 , săruri (2 exemple la alegere )

Particularizaţi schema de mai sus pentru cupru.

2. Un cui de fier de 2,4 grame a fost introdus într-o soluţie de CuSO4. La un moment dat a fost scos , spălat , uscat şi cântărit. S-a determinat astfel că avea masa 2,65 grame. Calculaţi cantitatea de cupru care s-a depus pe cuiul de fier.

7

Aplicaţie WORD Lazăr Dorina Mihaela

3. 20 grame amestec Cu – Zn cu 3% impurităţi se introduc în 122,5 grame soluţie H2SO4 de concentraţie 80%, degajându-se 0,2 moli gaz. Se cere :

a) compoziţia procentuală a amestecului ; b) b. raportul molar Cu: Zn ; c) c. concentraţia H2SO4 din soluţia finală.

3. O cantitate de 30 grame aliaj Al – Cu este tratată la rece cu HCl . Ştiind că rezultă 12,046x 10 23atomi de hidrogen , determinaţi compoziţia procentuală a aliajului.

Test 1. B. 8. Cuprul (Arama) Nivel 3

1. Elementul cupru (Z = 29 şi A= 64). Ionul de cupru, Cu 1+ este izoelectronic cu:

a. Ionul de zinc, Zn 2+ , Z = 30;b. Ionul dec sulf, S 2 -, Z = 16;c. Atomul de argon, Z = 18.

2. Următoarele propoziţii sunt adevărate ?a.Cuprul are caracter slab electropozitiv, iar din punct de vedere chimic este metal; A/Fb.Cuprul este bun conducător de căldură şi electricitate, pe locul al doilea după Argint; A/Fc. Densitatea cuprului este cu 6,2 mai mare decât densitatea aluminiului.

A/F

3. În „Seria activităţii metalelor” sunt aranjate metalele în funcţie de reactivitatea lor.

Cs K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb . . . H Cu Hg Ag Pt Au

Scrieţi ecuaţiile reacţiilor chimice posibile!

a. Cupru şi soluţie de acid clorhidric;b. Soluţie de sulfat de cupru şi un cui din fier;c. Cupru la cald se oxidează, formând oxid de cupru(negru)d. Soluţie de sodă caustică şi soluţie de piatră vânătă.

8

Aplicaţie WORD Lazăr Dorina Mihaela

4. Aliajul Dewarda are compoziţia procentuală: [50% Cu – 45% Al – 5% Zn]. Să se calculeze:

a. Ce cantitate din fiecare metal este necesară obţinerii a 200 grame aliaj;b. raportul molar Cu :Al : Zn;c. volumul de gaz măsurat în condiţii normale, rezultat în urma reacţiei totale dintre aliaj şi

acid clorhidric – HCl este : 115,44 litri; 125,44 litri; 120,44 litri ; Alege răspunsul corect!

(Informaţie: Pentru calcularea volumului de gaz, cunoaştem că un mol din orice gaz măsurat în condiţii normale, ocupă 22,4 litri, iar pentru scrierea corectă a ecuaţiilor reacţiilor chimice, veţ ţine seama de seria activităţii metalelor).

5. Ştiind că un mol de sulfat de cupru hidratat cu n molecule de apă reprezintă 250 grame, n din cristalohidrat - CuSO4 n H2O, semnifică:

a. 5 molecule de apă;b. 5 moli de apă;c. n = 10.

6. Precizează cinci utilizări ale aramei, cunoscând proprietăţile fizico – mecanice şi chimice ale aramei!a. -----------------b. -----------------c. -----------------d. ------------------e. -------------------f.

7.Activitate practică

TEMA: IDENTIFICAREA CATIONILOR: Al 3 +, Fe 3 +, Fe 2 +, Cu 2 +, Cu 1 +

- Reacţia flăcării -

1. Materiale necesare a. Substanţe chimice

- Hidroxid de natriu – NaOH- Clorură de fier III - FeCl3

- Clorură de fier II - FeCl2

9

Aplicaţie WORD Lazăr Dorina Mihaela

- Sulfură de fier II - FeS- Sulfat de cupru - CuSO4

- Clorură de aluminiu - AlCl3

- apă

b. Aparate şi ustensile de laborator- stativ cu eprubete- trei mine de creion- cleşte de fier- spirtieră / bec de gaz- chibrituri- pahar Erlenmeyer, hârtie de filtru, pâlnie pentru filtrare, pahar Berzelius

2. Modul de lucru Se obţin hidroxizii insolubili de fier II, fier III şi de cupru în reacţia dintre soda

caustică şi sarea metalului respectiv; se scriu ecuaţiile reacţiilor chimice care au avut loc;

Se filtrează şi se spală precipitatul; Cu ajutorul minei de creion se ia din combinaţia metalului şi se ţine în flacăra

incoloră a becului de gaz sau a spirtierei;Se consultă tabelul de mai jos .

Cationul Al 3 +Fe 3 +

pe cale umedă Fe 2 + Cu 2 +

Culoarea flăcării nu colorează flacăra Brun-roşcat verzui Albastru – verzui

3. Observaţii şi concluzii.a. Observaţi cu atenţie culoarea flocării la introducerea metalelor folosite în experimente;b. Norme de protecţia muncii respectate în desfăşurarea experienţelor;c. Ecuaţiile reacţiilor chimice pentru obţinerea hidroxidului de cupru II, hidroxidul de fier III şi

hidroxidul de fier II;

4. Tabel cu rezultatele obţinute:

Combinaţia metalului Proprietăţi fizice Ionul metalului Culoarea flăcării1234

10

Aplicaţie WORD Lazăr Dorina Mihaela

Cuprins1.Introducere...............................................................................................................................................1

2. Proprietăţi generale.................................................................................................................................1

3. Stare naturală..........................................................................................................................................2

4. Metode de obținere a cuprului................................................................................................................3

5. Proprietăţile cuprului...............................................................................................................................3

Proprietăţi fizice......................................................................................................................................3

Proprietăţi chimice..................................................................................................................................4

Utilizările cuprului.......................................................................................................................................4

Concluzii......................................................................................................................................................4

6. Teste de evaluare pentru unitatea de învăţare “Cuprul”.........................................................................5

Test 1. B. 7. Cuprul Nivel 1.......................................................................................................................5

Test 1. B. 9. Cuprul Nivel 2.......................................................................................................................7

Test 1. B. 8. Cuprul (Arama) Nivel 3........................................................................................................8

7.Activitate practică.....................................................................................................................................9

11