Номер 8, страница 294 - гдз по химии 11 класс учебник Мычко, Прохоревич

8. На основании известных вам реакций с участием металлов предложите метод извлечения меди из отработанного раствора гальванического меднения, содержащего сульфат меди.

Дано:

Отработанный раствор гальванического меднения, содержащий сульфат меди ($CuSO_4$).

Найти:

Метод извлечения металлической меди ($Cu$) из данного раствора.

Решение:

Для извлечения меди из раствора ее соли (сульфата меди) можно использовать метод, основанный на вытеснении одного металла другим, более активным. Этот процесс также называют цементацией. Положение металлов в электрохимическом ряду напряжений определяет их относительную химическую активность. Металлы, стоящие в этом ряду левее (до) меди, являются более активными и способны вытеснять ее из растворов ее солей.

Электрохимический ряд напряжений (фрагмент):

... $Mg$ ... $Al$ ... $Zn$ ... $Fe$ ... $H_2$ ... $Cu$ ... $Ag$ ...

Из ряда видно, что такие металлы, как железо ($Fe$), цинк ($Zn$) или алюминий ($Al$), активнее меди ($Cu$). Наиболее экономически целесообразно использовать железные стружки или лом, так как железо является дешевым и доступным металлом.

Процедура извлечения меди будет следующей:

В отработанный раствор сульфата меди, имеющий характерный голубой цвет из-за присутствия ионов $Cu^{2+}$, помещают избыток железных стружек или гвоздей.

Происходит реакция замещения. Более активное железо растворяется, переходя в раствор в виде ионов $Fe^{2+}$, а менее активная медь восстанавливается до металлического состояния и выпадает в осадок в виде красно-коричневого порошка.

За ходом реакции можно наблюдать по изменению цвета раствора (голубая окраска постепенно исчезает, сменяясь на бледно-зеленую, характерную для солей железа(II)) и по образованию осадка меди на поверхности железа.

Уравнение химической реакции в молекулярном виде:

$Fe(тв) + CuSO_4(р-р) \rightarrow FeSO_4(р-р) + Cu(тв)\downarrow$

После завершения реакции, когда весь сульфат меди прореагирует (раствор перестанет быть голубым), полученную смесь фильтруют. Осадок на фильтре, состоящий из меди и остатков непрореагировавшего железа, промывают водой для удаления остатков раствора сульфата железа. При необходимости, для очистки меди от избытка железа, осадок можно обработать разбавленной соляной или серной кислотой (железо будет реагировать с кислотой, а медь — нет). После этого чистую медь промывают водой и высушивают.

Таким образом, с помощью простой химической реакции можно эффективно извлечь медь из отработанного гальванического раствора.

Ответ: Для извлечения меди из отработанного раствора сульфата меди можно использовать метод цементации, добавив в раствор более активный металл, например, железные стружки. Железо вытеснит медь из раствора соли в соответствии с реакцией $Fe + CuSO_4 \rightarrow FeSO_4 + Cu\downarrow$. Выпавшую в осадок металлическую медь затем отделяют фильтрованием, промывают и высушивают.