1. Медь: получение, физические и химические свойства, применение простого вещества и его соединений. 2. Расчет объемной доли выхода продукта реакции в процентах от теоретически возможного.

Решение:

Это экзаменационный билет, который содержит два вопроса по химии.

1. Медь: получение, физические и химические свойства, применение простого вещества и его соединений.

Медь (Cu) – это химический элемент и простое вещество, относящееся к металлам.

Получение меди:

• В природе: встречается в самородном виде, а также в виде сульфидных (CuFeS₂), оксидных (Cu₂O, CuO) и карбонатных (Cu₃(CO₃)₂(OH)₂) руд.
• Промышленное получение: из руд путем обогащения, обжига, плавления и последующего рафинирования (очистки). Например, из медного колчедана (CuFeS₂) получают черновую медь, которую затем рафинируют электролизом.
• Лабораторное получение: восстановлением оксида меди(II) водородом или активными металлами: \( \text{CuO} + \text{H}_2 \rightarrow \text{Cu} + \text{H}_2\text{O} \).

Физические свойства меди:

• Цвет: красновато-жёлтый.
• Температура плавления: 1085 °C.
• Очень пластична и ковкая.
• Хороший проводник электричества и тепла (уступает только серебру).
• Плотность: 8,96 г/см³.

Химические свойства меди:

• Взаимодействие с кислородом: При нагревании на воздухе медь окисляется, образуя оксид меди(II): \( 2\text{Cu} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{CuO} \).
• Взаимодействие с галогенами: Легко реагирует с галогенами (например, хлором): \( 2\text{Cu} + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{CuCl}_2 \).
• Взаимодействие с кислотами: Медь не реагирует с неукисляющими кислотами (например, HCl, H₂SO₄) из-за своего положения в ряду стандартных электродных потенциалов. Однако она реагирует с окисляющими кислотами:
  • С азотной кислотой (разбавленной): \( 3\text{Cu} + 8\text{HNO}_3 \text{(разб.)} \rightarrow 3\text{Cu(NO}_3)_2 + 2\text{NO} \uparrow + 4\text{H}_2\text{O} \).
  • С азотной кислотой (концентрированной): \( \text{Cu} + 4\text{HNO}_3 \text{(конц.)} \rightarrow \text{Cu(NO}_3)_2 + 2\text{NO}_2 \uparrow + 2\text{H}_2\text{O} \).
  • С серной кислотой (горячей концентрированной): \( \text{Cu} + 2\text{H}_2\text{SO}_4 \text{(конц., гор.)} \rightarrow \text{CuSO}_4 + \text{SO}_2 \uparrow + 2\text{H}_2\text{O} \).
• Взаимодействие с солями: Взаимодействует с растворами солей, где находится менее активный металл: \( \text{Cu} + 2\text{AgNO}_3 \rightarrow \text{Cu(NO}_3)_2 + 2\text{Ag} \downarrow \).

Применение меди:

• Электротехника: Из-за высокой электропроводности используется для изготовления проводов, кабелей, обмоток электродвигателей и генераторов.
• Проводники тепла: Применяется в производстве теплообменников, радиаторов, кухонной посуды.
• Легкая промышленность: Используется для производства сплавов (бронза, латунь), монет, фурнитуры, украшений.
• Медицина: Соединения меди используются в медицине (например, медный купорос как антисептик).

Соединения меди:

• Оксид меди(II) (CuO): Чёрный порошок, основание. Реагирует с кислотами: \( \text{CuO} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{CuCl}_2 + \text{H}_2\text{O} \).
• Гидроксид меди(II) (Cu(OH)₂): Голубой аморфный осадок. Нерастворимое основание, разлагается при нагревании: \( \text{Cu(OH)}_2 \xrightarrow{\Delta} \text{CuO} + \text{H}_2\text{O} \).
• Сульфат меди(II) (CuSO₄): Бесцветное кристаллическое вещество, в водном растворе имеет голубой цвет (из-за гидратации). Реагирует с щелочами: \( \text{CuSO}_4 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Cu(OH)}_2 \downarrow + \text{Na}_2\text{SO}_4 \). Пятиводный сульфат меди(II) (CuSO₄·5H₂O) – известный «медный купорос».
• Хлорид меди(II) (CuCl₂): Используется как катализатор во многих органических реакциях.

2. Расчет объемной доли выхода продукта реакции в процентах от теоретически возможного.

Объемная доля выхода продукта реакции (или выход продукта) показывает, какая часть от теоретически возможного количества вещества (или объема) была получена в результате химической реакции. Он выражается в процентах.

Формула расчета:

\( \eta = \frac{V_{\text{практ}}}{V_{\text{теор}}} \times 100\% \)

где:

• \( \eta \) (эта) – объемная доля выхода продукта (%);
• \( V_{\text{практ}} \) – фактически полученный объем продукта (или масса, количество вещества);
• \( V_{\text{теор}} \) – теоретически возможный объем продукта (или масса, количество вещества), который можно рассчитать по стехиометрии реакции.

Порядок расчета:

1. Записать уравнение реакции: Убедиться, что уравнение сбалансировано.
2. Определить лимитирующий реагент (если необходимо): Если в реакции участвуют два или более реагента, определить, какой из них закончится раньше, так как от него зависит теоретический выход продукта.
3. Рассчитать теоретический выход продукта: Используя стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции и известное количество (массу, объем) одного из реагентов, рассчитать максимальное количество (массу, объем) продукта, которое могло бы образоваться.
4. Найти фактически полученный выход продукта: Это значение обычно дается в условии задачи.
5. Рассчитать объемную долю выхода: Подставить значения фактического и теоретического выхода в формулу \( \eta = \frac{V_{\text{практ}}}{V_{\text{теор}}} \times 100\% \).

Примечание: Чаще всего в задачах используется расчет массовой доли выхода \( \eta = \frac{m_{\text{практ}}}{m_{\text{теор}}} \times 100\% \) или мольной доли выхода \( \eta = \frac{n_{\text{практ}}}{n_{\text{теор}}} \times 100\% \). Суть расчета остается той же – сравнение полученного результата с максимально возможным.

Ответ: Экзаменационный билет содержит два вопроса по химии, первый из которых посвящен меди (получение, свойства, применение), а второй – расчету объемной доли выхода продукта реакции.