Синтез купрум хлориду. CuCl2

Автор: Гончар Вадим

Іван Колесник

Мета роботи:

• Отримання кристалічного хлориду міді (CuCl₂) лабораторним методом.
• Забезпечення високої чистоти продукту шляхом правильного проведення перекристалізації.

Основні завдання:

• Провести реакцію купрум(II) оксиду з хлоридною кислотою.
• Відфільтрувати нерозчинені залишки осаду.
• Розчинити залишки осаду в концентрованій хлоридній кислоті.
• Випарити воду для утворення насиченого розчину.
• Створити умови для повільного охолодження розчину.
• Ініціювати перекристалізацію за допомогою центру кристалізації.
• Оцінити вихід продукту та його якість

​

2

Іван Колесник

Хлорид міді (CuCl₂) можна отримати реакцією купрум(II) оксиду (CuO) із хлоридною кислотою (HCl):

CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O

При недостатньому розчиненні утворюється залишковий осад, який може містити CuO або CuOHCl.�Для повного розчинення використовується концентрована хлоридна кислота.�Отриманий розчин випарюють для досягнення перенасичення та формування кристалів.�Центр кристалізації необхідний для правильного росту великих чистих кристалів.

​

3

Іван Колесник

У даній роботі було проведено синтез кристалічного хлориду міді (CuCl₂) шляхом реакції купрум(II) оксиду (CuO) з розведеною та концентрованою хлоридною кислотою.

�Основною метою синтезу є отримання чистої кристалічної сполуки для подальшого вивчення її властивостей.�Дослідження охоплює етапи розчинення, фільтрації, випарювання та перекристалізації продукту.

�Процес супроводжується контролем умов для досягнення максимальної чистоти та виходу продукту.

4

CuO

HCl

1:3

Іван Колесник

Реактиви таобладнання

5

Рекативи:

​

— Купрум(II) оксид (CuO)

�— Розведена та концентрована хлоридна кислота (HCl)

�— Дистильована вода

​

Обладнання:

�— Фільтрувальний папір

�— Сушильна шафа

�— Електроплитка

�— Лабораторний посуд (хімічні стакани, воронки, скляні палички

Іван Колесник

Опис методики (частина 1)

6

1. Зважено 5 г CuO.

​

�2. Додано розведену HCl до повного або часткового розчинення.

�

3. Проведено нагрівання суміші для розчинення.

​

​

​

�

4. Фільтрація суміші для відділення нерозчиненого осаду

Іван Колесник

Опис методики(частина 2)

7

5. Нерозчинений осад оброблений концентрованою HCl для повного розчинення.

​

​

�6. Об'єднання всіх рідин у один розчин.

​

​

​

​

​

�7. Початок випаровування розчину до утворення насиченого стану

Іван Колесник

Етап випарювання�

8

Розчин поступово випарювався на електроплитці при помірному нагріванні.�Мета: досягти перенасиченого стану розчину без підгоряння!

Обов’язково потрібно перевірити чи готовий розчин до кристалізації

Іван Колесник

Кристалізація

9

«Охолодження розчину без різких змін температури.�Кристали починають формуватися .

Іван Колесник

Технологічна схема

10

CuO

HCl(30%)

CuOCL

HCl(1:1)

нагрівання

нагрівання

фліртування

Процес кристалізації

фільтрування

Іван Колесник

Витрати елктро енергії

11

Енергія=Потужність (кВт)×Час (год)

🔸 Електроплитка:

1.5 кВт×4.5 год=6.75 кВт\год

​

​

​

​

🔸 Сушильна шафа:

1.2 кВт×0.67 год≈0.804 кВт\год

Підсумок споживання:

• Загальне споживання: 7.55 кВт· год
• Тариф: 4.32 грн/кВт· год

7.55×4.32=32.616 ​

Загальне споживання

6.75+0.804=7.55кВт\год

Іван Колесник

Вихід продукту

12

Вхідні дані:

1. CuO (мідний оксид) — 5 г (перший етап), з них 3,5 г не розчинилися одразу, тому були повторно розчинені.
2. HCl (хлоридна кислота) — 11 мл (1-й етап) + 8 мл (2-й етап) = 19 мл загалом.

Концентрація HCl у концентрованій кислоті ≈ 12 М (молей/л).

З рівняння:�1 моль CuO → 1 моль CuCl₂→ 0.0629 моль CuO → 0.0629 моль CuCl₂

�mтеор.(CuCl₂)=0.0629×134.45≈8.46г

mпрак.(CuCl₂)=7.02г

Отже вихід =83%

n(CuO)=79.555​≈0.0629 моль

M(CuCl₂)=134,45г/моль

Іван Колесник

Атомна Еффективність

13

Це показник, який показує, яка частина атомів реагентів перейшла в корисний продукт (а не пішла у відходи). Це як ефективність використання кожного атома.

Іван Колесник

Е-фактор

14

Це кількість відходів, що утворюються на одиницю продукту.

Іван Колесник

Екологічний аспект синтезу

15

Атомна ефективність (AE):

88.2%�Більшість атомів реагентів увійшли до складу кінцевого продукту (CuCl₂), що свідчить про раціональне використання сировини.

E-фактор:

0.90�Менше 1 г відходів на 1 г продукту. Це низький рівень утворення відходів, характерний для екологічно дружніх процесів.

Висновок:

Синтез має високу атомну ефективність, помірні енергозатрати та незначні відходи, що робить його прикладом екологічно доцільного лабораторного процесу.

Іван Колесник

16

CuO

Бункер з речовиною

Нагрівальний апарат для змішування

HCl

Резервуар для залишків які не повністю прореагували

Фільтр

Вакуум-випарна установка

Кристалізатор

Готовий продукт

CuOCL

Іван Колесник

Застосування

17

🔹 Лабораторне застосування хлориду міді (II)

• Реагент для якісного визначення хлорид-іонів.�• Вивчення процесів кристалізації.�• Каталізатор у дослідженнях окисно-відновних реакцій.�• Приклад для демонстрації кольорових змін у хімії комплексів.

🔹 Промислове застосування хлориду міді (II)

• Гальванічне покриття металів міддю.�• Виробництво текстильних фарбників.�• Компонент у складі засобів для захисту деревини.�• Використання в піротехніці для створення синього полум'я.

Іван Колесник

Проблеми при синтезуванні та їх шляхи вирішення

18

⚠️ Можливі проблеми при синтезуванні

1. Неповне розчинення CuO
2. Недостатня кількість кислоти.
3. Втрати під час фільтрування
4. Нестабільність розчину CuCl₂
5. Нерівномірне випаровування води
6. Проблеми з утворенням центрів кристалізації
7. Контакт з повітрям (волога, CO₂)

Іван Колесник

Висновки

19

• Синтез кристалів CuCl₂ є доступним і ефективним лабораторним процесом, який можна реалізувати з простих неорганічних реагентів (CuO та HCl).
• Досягнутий реальний вихід — 83%, що підтверджує практичну доцільність методу при дотриманні базових умов (достатній об’єм кислоти, контроль температури, час кристалізації).
• Атомна ефективність склала 88.2%, а E-фактор — 0.90, що вказує на низький рівень відходів та екологічність методу.
• Загальні витрати електроенергії — 7.55 кВт·год (≈32.62 грн) — це помірний рівень енергоспоживання для лабораторного синтезу.
• Було виявлено кілька можливих проблем під час синтезу: неповне розчинення, втрати на фільтруванні, проблеми з кристалізацією. Їх можна уникнути за допомогою ретельної підготовки та контролю умов.

Іван Колесник

20

Іван Колесник