구리순환

[홍광기]

1 . 구리 순환(화학demo자료)



1B족 원소인 구리는 붉은 색을 띄는 전이원소이다. 구리는 수소보다 반응성은 약한 원소로서 공기 중에 노출시키면 피막을 만들어 화학적으로 안정화되며 전기 전도율이 높아서 각종 전선 및 코일의 제조에 쓰이는 유일한 금속이다.

주의
강산을 다루기 때문에 얼굴 보호물(보안경) 과 장갑을 사용한다.

준비물
기구 : 비커(300 mL) 3 개, 삼발이, 알콜 램프, 유리판
재료 : 구리줄, 종이타월, 6 M-HNO3, 6 M-HCl, 6 M-NaOH

과정
1. 300 mL 의 비커에 순도 높은 구리선 약 1.5 g 을 설치한다.
2. 6 M-HNO3 수용액 20 mL 를 가한후 물에 젖은 종이 타월을 덮고, 다시 유리판으로 덮는다.
3. 갈색 기체의 발생과 용액의 색이 푸른색으로 변하는 것을 관찰한다.
4. 발생한 갈색 기체인 NO2 는 젖은 종이타월에 녹는다.
5. 첫번째 반응이 완결되면 천천히 6 M의 NaOH 20 mL 를 가한다.
6. 5의 반응이 끝난 후 남색 침전물과 열의 발생을 관찰한다.
7. 침전물이 검은 산화구리로 변화될 때까지 비이커를 가열한다.
8. 그 용액의 약간을 다른 그릇에 옮겨 따른다.
9. 검은 색의 산화구리에 6 M HCl 수용액 20 mL 정도를 가하여 다시 푸른색 염화구리수용액으로 변하는 것을 관찰한다.

반응
1. 구리줄은 Cu2+ 로 산화되며 수용액의 색은 푸른색이고 적갈색 기체 NO2 가 발생한다.
Cu(s) + 2HNO3(aq) → Cu2+(aq) + 2NO3-(aq) + 2NO2(g) + 2H2O(l)
2. 구리 이온은 푸른색 침전의 Cu(OH)2 를 생성한다.
Cu2+(aq) + 2OH-(aq) → Cu(OH)2(s)
3. 수산화구리는 검은 색의 산화구리와 물로 분해된다.
Cu(OH)2(s) → CuO(s) + H2O(l)
4. 산화구리(Ⅱ)는 염산과 반응하여 푸른색의 염화구리(Ⅱ)와 물을 형성한다.
CuO(s) + 2HCl(aq) → Cu2+(aq) + 2Cl-(aq) + H2O(l)
5. 고체 구리는 염화 구리 용액과 알루미늄의 반응에서 형성된다.
3Cu2+(aq) + 2Al(s) → 3Cu(s) + 2Al3+(aq)
6. 알루미늄은 또한 염산과 반응하여 염소 기체를 형성한다.
2Al(s) + 6HCl(aq) → 3H2(g) + 2Al3+(aq) + 6Cl-(aq)


물음
1. 구리 화합물의 예를 들고 그 물질의 색깔을 말하라.
2. 구리와 진한 질산과의 반응을 화학 반응식으로 표시하라.

풀이
1. Cu - 붉은색 , Cu(OH)2 - 연한 푸른색 , CuSO4 - 청색 결정 , Cu2O - 붉은색 , CuO - 검은색
2. Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

도움말
1. 용액 만들기
(1) 6 M 질산; 진한 HNO3 1 부피에 물 1.25 부피를 섞음.
(2) 6 M 염산; 진한 HCl 1 부피에 물 1 부피를 섞음.
(3) 6 M 수산화나트륨; NaOH 24 g에 증류수를 가하여 100 mL로 만든다.

2. Cu2+이 있는 동안에 암모니아수를 가하면 처음에 연한 푸른색 침전[Cu(OH)2]이 생기나, 계속 암모니아수를 가하면 진한 청색[Cu(NH3)42+]이 되면서 녹는다.

3. 기타
(1) 첫 반응에서의 이산화질소 기체는 유독하다. 학생들이 그 기체를 볼 때 비커는 그 기체가 방안에서 빠져나가도록 하기 위해 1∼2 분간 덮개를 덮어둔다.
(2) 용액의 색이 없어진다면 구리는 마지막 단계에서 모두 반응했다고 볼 수 있다.
(3) 구리는 5000 년동안 널리 사용되어 왔다.

참고문헌
L.R. Summerlin, C.L. Borgford, and J.B. Ealy (1988) Chemical Demonstrations, Vol. 2, p. 8, American Chemical Society.










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