Fremstilling af kobber | Kemi C

Side 1

Rødkilde Gymnasium [navn fjernet] Dato: 24/4 2009

Kemi 2e

1

Kemi øvelse – Fremstilling

Formål

Formålet er at fremstille og finde oplysninger om kobber.

Teori

Kobber(II)oxid er et fast sort stof som er tungt opløselig i vand. Kobber(II)oxid kan reagere med Carbon under dannelse af kobber og carbonmonoxid. Overskud af kobber(II)oxid kan opløses af svovlsyre.

Udførelse.

Kobber er det 29. Grundstof i det periodiske system. Dets smeltepunkt er 1083 °C og kogepunkt er

2350 °C. Vægtfylden af kobber er 8,96

• Oprindelse: navnet ”kobber” stammer fra det latinske ord ”cuprum” som var det romerske STX 2.g

• Opdagelse: kobber har været kendt siden forhistorisk tid. Bronzealderen er opkaldt efter en blanding af kobber og tin.

• Forekomst: Kobber findes i naturen dels som rent metal, dels i kemiske forbindelser med andre stoffer. Størstedelen af verdensproduktionen af kobberholdige malme kommer fra Chile, USA, Indonesien, Australien, Peru, Rusland, Canada, Kina, Polen, Kasakhstan og Mexico.

• Historie: er sammen med guld og sølv et af de 3 møntmetaller.

• Anvendelse: Kobber anvendes til talrige formål, i samleskinner, ledninger, kabler, viklinger i elektromotorer m.m. Kobber er en god leder for elektricitet og dets vigtigste anvendelse er i elektrisk udstyr, såsom ledninger og motorer. Kobberforbindelser såsom kobbersulfat anvendes som landbrugs giftstoffer.

Forsøgsudførelse

Jeg bruger i forsøget 2g kobber(II)oxid som blandes omhyggeligt med 1g Carbon (aktivt kul) i en morter. Blandingen hældes i en porcelænsdigel, som forsynes med låg og anbringes i en trådtrekant på en trefod. Med en bunsenbrænder opvarmes det så kraftigt i mindst 5 min., at digelens bund bliver rødglødende.

Opskriv de 2 reaktionsskemaer:

Kobberoxid går i forbindelse med aktivt kul

1. 𝐶𝑢𝑂 ( 𝑠) + 𝐶 → 𝐶𝑢 ( 𝑠) + 𝐶𝑂(𝑔)

Den tilbageværende kobberoxid går i forbindelse med svovlsyre

2. 𝐶𝑢𝑂 ( 𝑠) + 𝐻_{2} 𝑆𝑂_{4} ( 𝑎𝑞) → 𝐻_{2} 𝑂 ( 𝑙) + 𝐶𝑢𝑆𝑂_{4} (𝑎𝑞)

Side 2

Rødkilde Gymnasium [navn fjernet] Dato: 24/4 2009

Kemi 2e

2

Efter afkøling hældes indholdet ned i et 250mL bægerglas fyldt med ca. 200mL vand. Overskuddet af aktivt kul svømmer ovenpå. Der røres kraftigt rundt og efter bundfældning af kobber, hældes forsigtigt vandet og det aktive kul i vasken. Det vaskes med vand en gang og vandet hældes igen i vasken.

Rester af kobber(II)oxid fjernes ved at hælde 20mL 2M svovlsyre over bundfaldet i bægerglasset.

Bægerglasset opvarmes til kogning på en trefod med trådnet.

Efter afkøling og flere gange vask med vand, ligger der små stykker rent kobber på bunden af glasset. Dette har jeg hældet ud på et stykke filter papir så det vil komme til at tørre.

Denne reaktion som forløber her kaldes en reduktion fordi at kobber(II)oxiden bliver reduceret til kobber og man slutter med mindre stof en man begyndte med.

Den blanding man så får er en blanding mellem kobber, ureageret kobber(II)oxid og lidt overskydende Carbon.

Det overskydende kulpulver fjernes ved flotation. Dvs. at man tager sin blanding og blander det man vand. De tunge stoffer kobber og kobber(II)oxid vil ligge sig i bunden af glasset imens at kulpulveret vil blive hvirvlet op pga. kulpulverets lave massefylde og kulpulveret kan dekanteres væk. Nu har man så en blanding mellem kobber og kobber(II)oxid. Siden at vi kun er interesseret i at have fat i kobberet,. Så derfor opløser vi vores blanding i fortyndet svovlsyre.

Forsøgsopstilling:

Resultater – Efterbehandling

Efter tørring i et døgn eller mere vejes kobberet:

Papiret + indhold(kobber) = vejer 1,09 gram

Papiret vejer 0,53 gram

Dvs. at det teoretiske udbytte for kobberet er 0,56 gram

Side 3

Rødkilde Gymnasium [navn fjernet] Dato: 24/4 2009

Kemi 2e

3

• Vis ved udregning at der er overskud af Carbon.

C Cu CuO CO

Masse 1 gram 2 gram -

Molare Masse 12,01 g/mol 63,55 g/mol 79, 55 g/mol 28,01 g/mol

Stofmængde 0,0833 mol 0,0833 0,02514 mol -

For at vise, at der er overskud af Carbon tager man udgangspunkt i stofmængden som er sammenlignelige. Som det ses på tabellen ovenfor er stofmængden for Carbon og Kobberoxid forskellige:

       𝑚
𝑛    =   ⟺       = 0,025 𝑚𝑜𝑙
               𝑔
 𝐶𝑢𝑂
       𝑀   79,5
              𝑚𝑜𝑙

2𝑔

     𝑚
𝑛  =   ⟺         = 0,0833 𝑚𝑜𝑙
               𝑔
 𝐶
     𝑀    12,01
              𝑚𝑜𝑙

1𝑔

Hermed er det vist at der er overskud af Carbon på 0,058 mol

• Beregn teoretisk udbytte af kobber og udbytte %.

For det første udregner jeg den molare masse for kobber:

Formlen for at beregne den teoretiske udbytte er: 𝑚 = 𝑛 ∙ 𝑀. For at finde den

𝑡𝑒𝑜𝑟𝑒𝑡𝑖𝑠𝑘 𝑢𝑑𝑏𝑦𝑡𝑡𝑒 teoretiske udbytte beregner jeg for det første den molare masse of derefter stofmængden af kobber

             𝑚
𝑛          =   ⟺       = 0,025 𝑚𝑜𝑙
                     𝑔
             𝑀   79,5
                    𝑚𝑜𝑙

𝐶𝑢𝑂

2𝑔

𝑀𝑜𝑙𝑎𝑟𝑒 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑒_{𝐶𝑢} = 63,55_{𝑚𝑜𝑙}^{𝑔}

𝑻𝒆𝒐𝒓𝒆𝒕𝒊𝒔𝒌 𝒖𝒅𝒃𝒚𝒕𝒕𝒆_{𝑪𝒖} = 𝑛 ∙ 𝑀 = 0,02514 𝑚𝑜𝑙 ∙ 63,55_{𝑚𝑜𝑙}^{𝑔} = 1,6 𝑔𝑟𝑎𝑚

                       𝑚
                                             0,56 𝑔𝑟𝑎𝑚
𝑼𝒅𝒃𝒚𝒕𝒕𝒆𝒑𝒓𝒐𝒄𝒆𝒏𝒕𝒆𝒏    =               ∙ 100 % =        ∙ 100 % = 35 %
                  𝑪𝒖
                       𝑚                     1,6 𝑔𝑟𝑎𝑚

𝑝𝑟𝑎𝑘𝑡𝑖𝑠𝑘𝑒 𝑢𝑑𝑏𝑦𝑡𝑡𝑒 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑒𝑡𝑖𝑠𝑘𝑒 𝑢𝑑𝑏𝑦𝑡𝑡𝑒

• Forklar farven ved sidste opvarmning

Skifter væsken farve efter udførelserne?

Ja, væsken skifter farve fra sort til rød (kobberfarve)

Side 4

Rødkilde Gymnasium [navn fjernet] Dato: 24/4 2009

Kemi 2e

4

Farven som vi startede med var sort. Under opvarmning ændres farven til mørkerød(orangeagtigt) som er kobber-farve, dette skyldes at det tilbageværende kobberoxid reagerer med oxoniumionerne fra svovlsyren, og danner Carbon-ioner.

Konklusion:

Det teoretiske beregnede udbytte ligger på 1,6 gram, mens jeg fik det praktiske udbytte på 0,56 gram. Altså, der er tale om en udbytteprocent på 35 %. Da der kan opstå flere fejlkilder og måleusikkerheder er det et ganske udmærket udbytte.

Fejlkilder:

• Hvis kobber er uren får man et lille udbytte, og hvis reaktionen ikke er 100 % god vil der også opstå nogle problemer.

• Bemærk diglen skal være ren inden brug. Dvs. at man ”udgløder” den før brug. (Dette gjorde vi ikke af tidsmæssige årsager).

• Hvis C og CuO ikke blev opvarmet i tilstrækkelig lang tid, så er reaktionen måske ikke forløbet fuldstændig, dette vil betyde at vi ikke får dannet al det kobber, som vi kunne.

• Spild af kobber, da vi hældte trækulspulveret fra, ligeledes da kobberet skulle ud af måleglasset igen.