Условие задачи
Составьте уравнения реакций, раскрывающие следующие превращения: Cu ⟶ CuO ⟶ Cu(NO3)2 ⟶ Cu(OH)2 ⟶ CuO ⟶ CuSO4.
Решение
Ниже приводится подробное решение задачи по неорганической химии. Необходимо составить уравнения реакций, демонстрирующие последовательные превращения меди (Cu) в конечное соединение сульфат меди (CuSO₄) через промежуточные продукты.
Общая схема превращений:
Cu ⟶ CuO ⟶ Cu(NO₃)₂ ⟶ Cu(OH)₂ ⟶ CuO ⟶ CuSO₄
Разберём каждое превращение по отдельности.
1. Превращение меди в оксид меди (Cu ⟶ CuO)
Медь при нагревании в присутствии кислорода окисляется до оксида меди. Для удобства составим уравнение в виде реакции двух молекул меди с одной молекулой кислорода:
2 Cu + O₂ → 2 CuO
Это уравнение отражает процесс горения металла в кислороде.
2. Превращение оксида меди в нитрат меди (CuO ⟶ Cu(NO₃)₂)
Оксид меди является основным оксидом, который ведёт себя как база. При взаимодействии с кислотой (в данном случае с азотной кислотой) происходит реакция нейтрализации с образованием соли – нитрата меди – и воды. При использовании разбавленной азотной кислоты никаких дополнительных окислительно-восстановительных процессов не происходит, поэтому можно записать простое нейтрализационное уравнение:
CuO + 2 HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + H₂O
3. Превращение нитрата меди в гидроксид меди (Cu(NO₃)₂ ⟶ Cu(OH)₂)
При добавлении щёлочи (например, раствора гидроксида натрия) к раствору нитрата меди происходит протекающая в осадке реакция обмена. Получается нерастворимый в воде гидроксид меди и нитрат натрия. Запишем реакцию:
Cu(NO₃)₂ + 2 NaOH → Cu(OH)₂↓ + 2 NaNO₃
Здесь знак ↓ указывает на осаждение гидроксида меди.
4. Превращение гидроксида меди в оксид меди (Cu(OH)₂ ⟶ CuO)
Гидроксид меди при нагревании разлагается с образованием оксида меди и воды. Для данного процесса запишем реакцию разложения:
Cu(OH)₂ →[Δ] CuO + H₂O
Знак [Δ] означает, что реакция протекает с нагреванием.
5. Превращение оксида меди в сульфат меди (CuO ⟶ CuSO₄)
Оксид меди вступает в реакцию с серной кислотой – типичная реакция кислотного взаимодействия, в результате которой образуется сульфат меди и вода:
CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O
Таким образом, суммарное решение выглядит следующим образом:
1) 2 Cu + O₂ → 2 CuO
2) CuO + 2 HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + H₂O
3) Cu(NO₃)₂ + 2 NaOH → Cu(OH)₂↓ + 2 NaNO₃
4) Cu(OH)₂ →[Δ] CuO + H₂O
5) CuO + H₂SO₄ → CuSO₄ + H₂O
Каждый из приведённых этапов соответствует установленным правилам химических реакций: окисление, реакция нейтрализации, осадкообразование, термическое разложение и реакция с заменой кислотного остатка.