硫酸铜的制取

一、 教学要求：1、 了解由不活泼金属与酸作用制备盐的方法；2、 学会由重结晶法提纯物质；3、 练习和掌握台天平、量筒、坩埚钳、表面皿和蒸发皿的使用；4、 练习和掌握固体试剂和液体试剂的取用；5、 练习和掌握固体的灼烧、直接加热、水浴加热、溶解和结晶操作；6、 练习和掌握溶液的蒸发、浓缩，以及倾淫法、减压过滤；二、 预习内容1、 常用玻璃（瓷质）仪器：烧杯、量筒、蒸发皿、坩埚钳等的使用方法；2、 实验室用的纯水；3、 加热与冷却；固、液分离；4、 查物质的溶解度数据表；溶剂对溶解度的影响5、 硝酸的性质；铜、硫酸铜的性质；三、 基本操作四、 实验原理铜是不活泼金属，不能直接和稀硫酸发生反应制备硫酸铜，必须加入氧化剂。在浓硝酸和稀硫酸的混合液中，浓硝酸将铜氧化成Cu2+，Cu2+与SO42-结合得到硫酸铜：Cu+2HNO3+H2SO4====CuSO4+2NO2+2H2O未反应的铜屑（不溶性杂质）用倾淫法除去。利用硝酸铜的溶解度在0〜100°C范围内均大于硫酸铜溶解度的性质，溶液经蒸发浓缩析出硫酸铜，经过滤与可溶性杂质硝酸铜分离，得到粗产品。硫酸铜的溶解度随温度升高而增大，可用重结晶法提纯。在粗产品硫酸铜中，加适量水，加热成饱和溶液，趁热过滤除去不溶性杂质。滤液冷却，析出硫酸铜，过滤，与可溶性杂质分离，得到纯的硫酸铜。T/K273293313333353373五水硫酸铜23.132.044.661.883.8114.0硝酸铜83.5125.0163.0182.0208.0247.0疏酸溶解度一温度曲线溶解度/Cg/ioog疏酸溶解度一温度曲线溶解度/Cg/ioog水）£0020 40 60 SO/ 100五、实验步骤1、进实验室；（思考题1）2、 称量1.5g铜屑，灼烧至表面呈现黑色，冷却；（思考题2）3、 加5.5mL3mol•L-1硫酸，2.5mL浓硝酸，反应平稳后水浴加热，补加2.5mL3mol•L-1硫酸，0.5mL浓硝酸；（思考题3思考题4思考题5思考题6思考题7）4、 铜近于完全溶解后，趁热倾淫法分离；（思考题8思考题9思考题10）5、 水浴加热，蒸发浓缩至结晶膜出现；（思考题11）6、 冷却、过滤；（思考题12）7、 粗产品以1.2mL水/g的比例，加热溶于水，趁热过滤；（思考题13思考题14思考题15思考题16思考题17）8、 滤液冷却、过滤、晾干，得到纯净的硫酸铜晶体。9、 称重，计算产率。思考题1：进入实验室后要做哪些工作？思考题2：判断下列说法是否正确？思考题3：什么时候补加稀硫酸、浓硝酸？思考题4：第一次加完酸后，为什么要等反应平稳后才水浴加热、而且要在蒸发皿上盖表面皿?思考题5：为什么要缓慢、分批的加浓硝酸？思考题6：为什么用3mol•L-1的硫酸？思考题7：为什么不用浓硫酸与铜反应制备五水硫酸铜？思考题8：为什么要趁热用倾淫法转移溶液？思考题9：为什么可用倾淫法转移溶液，此步骤的目的是什么？思考题10：如何判断铜屑已经近于反应完？思考题11：什么是晶体膜？思考题12：如何判断蒸发皿内的溶液已冷却？为什么要冷却后才能过滤，此操作的目的是什么？思考题13：重结晶的最高产率是多少，产率过高、过低的原因是什么？思考题14：什么情况下趁热过滤得到的滤液还要水浴蒸发，为什么会出现此情况？思考题15：说明硫酸铜重结晶中趁热过滤的操作要领，如何达到？思考题16：重结晶时用何种水：自来水还是纯水，对仪器的洗涤有何要求？思考题17：重结晶时，提纯物与溶剂之间的量的关系如何确定？六、存在的问题1、 灼烧时，蒸发皿裂了，直到水浴加热时水发蓝才发现；2、 加错酸或加的酸量不对；3、 水浴加热进行反应的过程中，硫酸铜析出了；4、 反应时间已经很长了，但蒸发皿内仍有未反应的铜（比较多的量）；5、 倾淫法转移溶液时，出现大量硫酸铜晶体；6、 粗产品过滤时，滤瓶中又有晶体析出；7、 重结晶趁热过滤时，滤纸上有硫酸铜晶体；8、 粗产品带绿色；桌面太乱。七、深入讨论1、 由铜制备硫酸铜的其他方法由铜制备硫酸铜时铜的价态升高了，因此各种制备方法的共同点是找一个氧化剂。氧化剂不同，制备上有差异，因此，每一种制备方法均有优缺点，请根据此思路考虑其他制备方法。同样由铜制备氯化铜、醋酸铜的关键也是找氧化剂，只是酸根不同而已。2、 蒸发浓缩溶液可以用直接加热也可以用水浴加热的方法，如何进行选择？首先由溶剂、溶质的性质决定。如加热由易燃、沸点在353K以下的有机溶剂组成的溶液时，用水浴加热方便安全。溶质的热稳定性、氧化还原稳定性也决定了加热的方式。如五水硫酸铜受热时分解（热稳定性）CuSO4-5H2O=CuSO4-3H2O+2H2O（375K）CuSO4-3H2O=CuSO4-H2O+2H2O（386K）CuSO4-H2O=CuSO4+H2O（531K）实验者对蒸发速度的要求是其次的考虑，当希望溶液平稳地蒸发，也用水浴加热，沸腾后溶液不会溅出，当然，蒸发速度相对要慢些。3、是否所有的物质都可以用重结晶方法提纯不是，适用于重结晶法提纯的物质应具备随温度变化溶解度变化较大的性质，如硝酸钾、五水硫酸铜等，这样提纯后的产率较大。还有一种重结晶法是提纯物质在不同温度下的溶解度差别不是很大时采用，可以稍多加一些水，加热溶解，趁热过滤后，再加热蒸发至表面出现晶体（刚达到饱和），随即冷却结晶。对在不同温度下溶解度差别不大的物质如氯化钠，则不能用重结晶法提纯，否则提纯产率太低。八、测试题测试题1：为保证产品纯度，实验所用化学试剂越纯越好，溶剂均用纯水（）A.正确；B.错误；测试题2：直接加热蒸发皿时，应先用小火预热以免蒸发皿破裂（）A.正确；B.错误；测试题3：坩埚钳可正放，也可反放在桌上（）A.正确；B.错误；测试题4：取用滴瓶中的试剂时，要用滴瓶中的滴管，滴管必须垂直，尖端不可接触承接容器的内壁（）A.正确；B.错误；测试题5：用量筒量取5.5mL3mol・L-硫酸，如还差0.1mL，可用自己的滴管到试剂瓶中取一些，滴加到量筒中直至5.5mL（）A.正确；B.错误；测试题6：试剂取多了，倒掉些就符合要求了（）A.正确；B.错误；测试题7：固体与溶液分离时，均可用倾淫法，此法又简单又快（）A.正确；B.错误；测试题8：水浴加热中，常用适当容积的烧杯代替水浴锅，加水至2/3就行（）A.正确；B.错误；测试题9：重结晶是提纯物质的方法之一，适用于溶解度随温度升高而增加的物质（）A.正确；B.错误；测试题10：重结晶时任何物质与溶剂水的比例都是1g:1.2mL水（）A.正确；B.错误；以下问题是特指 硫酸铜的制备实验测试题11：蒸发皿用作是（）A.灼烧固体；B.存放铜屑；C.蒸发溶液；D.反应容器；测试题12：加热的方法有（）A.直接加热；B.水浴加热；C.油浴加热；D.砂浴加热；测试题13:固、液分离的方法有（）A.常压过滤；B.倾淫法；C.离心分离；D.减压过滤；测试题14:冷却的方法有（）A.流水冷却；B.空气中冷却；C.自来水水浴冷却；D.冰水冷却；测试题15:反应时，蒸发皿上加盖表面皿的作用是（）A.防止灰尘落A；B.防止水分蒸发；C.防止气体逸出；D.防止水浴的水蒸气进入；测试题16:制备硫酸铜时，从哪一步开始仪器都要用纯水荡洗后方可使用？（）A.加酸反应开始；B.倾淫法后；C.重结晶；D.固体灼烧；测试题17：纯水荡洗仪器的原则是（）A.100mL纯水荡洗1次；B.多次荡洗每次10mL；C.少量（器壁洗到）多次（3次）D.充满容器洗1次；如何中这是什么时候样的东西，我想这是行不通的，大家皆知，公司上上下下的同仁们，个个可谓语精兵强将，可在战场上就是别人的刀下鬼了。这是为什么呀，你们可曾想过，我们的弱点是别人的强点溶液结晶。一般都认为溶液浓度达到过饱和时便会有溶质结晶析出，但是我将含7个结晶水以上的化合物的浓热液在静止的暗室中冷却达到过饱和时却没有结晶析出，即使有极大的过饱和度也不会结晶析出，只有在曝光以后，才迅速析出大量结晶，同时溶液发热。这说明要使含7个结晶水以上的化合物的过饱和溶液结晶析出，不但要有过饱度而且还要光线这个能量刺激才能析出晶本，同时还发现7水硫酸镍的过饱和溶液只需微微的光线刺激，便能结晶析出，在同样的光线下，12水的明矶过饱和溶液则不能结晶析出，只有待强烈的光线照射才能结晶析出明矶晶体，这说明含结晶水少的化合物的过饱和溶液可以一般的光线刺激，便能结晶析出，含结晶水多的化合物的过饱和溶液，则需较强烈的光线刺激才能结晶析出，化合物的结晶水越多所需刺激的能量也必须越大，反之则越小。可以想象，低于7个结晶水的化合物的过饱和溶液的结晶析出便不需要可见光这样大能量的射线刺激，而只需其能量低于可见光的某些射线刺激便可结晶析出，总之溶液结晶第一需要有一个过饱和溶液，第二便是外来的能量刺激，这两者缺一不可的。我根据7水以上化合物的上述性质，设计了在静止的没有光线的容器中进行溶液结晶的方法称暗室结晶法。二、暗室结晶法的应用1、 在化学反应后的溶液中，如出现两种化合物的混合溶液，其中一种是水以上化合物，另一种是6水以下化合物，便可以采用暗室结晶法进行分离。如用镍铜混合料通过酸化得到硫酸镍和硫酸铜的混合溶液，处理这种溶液现行方法，一般是用硫化钠处理，得到硫化铜沉淀，沉铜后的清液为硫酸镍溶液。但这种硫酸镍中含有硫酸钠，要通过碳酸镍再酸化成硫酸镍，这样做便得消耗大量的辅助原料，工艺流程很长，还得消耗镍原料，如采用暗室结晶法，则一次结晶便可得到硫酸铜、硫酸铜母液为硫酸镍，其中含铜离子很少，可用碳酸镍排除铜离子，得到硫酸镍溶液。采用暗室结晶法可以大幅度的降低生产成本。2、 利用暗室结晶可以改变化学反应的生成物，使化学反应朝着有利的方向发展，它可以将溶解度大的组分先行析出，溶解度小的组分后析出。如用硝酸铝和酸钾生成硝酸钾的反应，通过暗室结晶，使溶解度较大的硝酸钾先行析出，在分离硝酸钾后才是钾明矶的析出。2Al(N03)3+4K2SO4+24H2O一K2SO4・Al2(S04)324H2O+6KNO3I3、利用暗室结晶，可以设计使生成物在暗室中长时间的自然沉淀直至溶液完全澄清后才放出

清液得到所需产品。如用明矶石生产钾明矶，现在采用带坭结晶，即将分解明矶石得到的明矶混浊液注入大池一边冷却一边结晶，这样便会产生大量的带坭明矶，以后便是人工洗矶，劳动强度大，而且矶浆放出后对环境污染十分严重，如果采用暗室结晶法只需要结晶明矶的大池上加盖，混浊明矶液入池以后即加盖形成暗室，使只有矶浆沉淀，没有明矶析出，待全部矶液澄清以后，抽出清液，得到细晶明矶，矶浆全部沉在池底便于处理，这样做不仅可以提高明矶质量和产量，还可以没有矶浆排出，可以消除矶浆对环境的污染。4、 暗室结晶可以为湿法冶铜开辟新局面：我国适宜于湿法冶铜的矿源很多，特别是孔雀石生产硫酸铜，因孔雀石中含大量的铁、铝杂质，生产硫酸铜时会有大量的硫酸亚铁、硫酸铝和硫铜一起浸出，分离杂质十分困难，因此生产的硫酸铜质量都很差，如果改用暗室结晶，因硫酸亚铁是7水物，硫酸铝为18水化合物在暗室中都不会结晶析出。设想将孔雀石粉碎后，加硫酸酸化趁热转入暗室冷却结晶，便只有硫酸铜结晶析出，硫酸亚铁和硫本铝都不会结晶析出，暗室结晶可以得到纯硫酸铜。5、 可以用暗室结晶法处理明矶石，生产硝酸钾，我国有丰富的明矶石资源，温州市苍南县矶山镇有中国矶都之称，矶都明矶石贮藏量确实很大，但没有造福当地人民，直至现在只有单一的明矶产品，而且还沿用古老的工艺进行生产，矶山工人仍很贫困，矶矿开采的废水污染也很严重，这种局面再也不能延续下去了。要改革要闯出一条新路。如果采用暗室结晶法，充分利用钾资源生产硝酸钾，则经济效益是很明显的，其方法是：可以明矶石焙烧以后，用硝酸酸化，以后将酸化所得到的硝酸铝和硫酸钾转入暗室结晶，便可得到硝酸钾产品，还可以付产钾明矶。这种方法，即可以保持明矶生产，又可得到昂贵硝酸钾产品。三、溶液结