粗硫酸铜的提纯

实验6 粗硫酸铜的提纯
一、实验目的:
1. 学习用化学方法提纯硫酸铜的实验原理和技术。

2. 练习常压过滤、减压过滤以及称量、溶解、加热、蒸发、结晶等基本操作。

3. 了解产品纯度检验的方法。

二、实验原理
粗硫酸铜中含有不溶性杂质和可溶性杂质离子Fe2+、Fe3+等，不溶性杂质可通过溶解过滤法除去；可溶性杂质则采取形成氢氧化物沉淀，然后再过滤除去。

由于Fe2+离子形成氢氧化物沉淀的pH值较高，当有Fe(OH)2沉淀时，Cu2+也以Cu(OH)2沉淀析出。

为此，要采用氧化剂H2O2或Br2将Fe2+氧化成Fe3+，然后调节溶液的pH值为3.5～4.0 (即Fe(OH)3沉淀完全的pH值)，使Fe3+水解成为Fe(OH)3沉淀而除去。

其反应如下：
2Fe2+ + H2O2 +2H+ === 2Fe3+ + 2H2O
Fe3+ + 3H2O === Fe(OH)3↓+ 3H+
除去铁离子后的滤液经蒸发、浓缩，即可制得五水硫酸铜结晶。

其它微量可溶性杂质在硫酸铜结晶时，仍留在母液中，过滤时可与硫酸铜分离。

三、实验用品
仪器与材料：台秤、普通漏斗、漏斗架、布氏漏斗、吸滤瓶、循环水泵、蒸发皿、烧杯、量筒、比色管（10 mL）、酒精灯、火柴、三脚铁架、石棉网、洗瓶、玻璃棒、滤纸、广泛pH
试纸、硫酸铜回收瓶（公用）。

固体药品：粗CuSO4
酸碱溶液：H2SO4 (1 moI·L－1)、NaOH(0.5 moI·L－1)、NH3·H2O (6 moI·L－1)、HCl(2 moI·L－1)。

其它溶液：KSCN (0.1 moI·L－1)、H2O2 (3％)。

四、实验步骤
1．粗CuSO4的提纯
称取10.0 g由实验室提供的粗CuSO4固体放入100 mL小烧杯中，加入35 mL蒸馏水，搅拌，加热至70－80℃，促使其溶解。

再滴加约2 mL 3％的H2O2，继续将溶液加热，使Fe2+氧化成Fe3+。

用pH试纸检验溶液pH值是否为4，若低于4，则在不断搅拌下，逐滴加入0.5 mol·L－1NaOH溶液，直到pH≈4（也可用CuO粉末代替NaOH溶液来调节溶液的pH），再加热片刻，静置使水解生成的Fe(OH)3沉淀沉降，常压过滤，滤液过滤到洁净的蒸发皿中。

在精制后的硫酸铜滤液中滴加l mol·L－1 H2SO4酸化，调节溶液pH至l～2，然后在石棉网上加热蒸发，浓缩至液面出现一层晶膜时，即停止加热，冷却至室温，减压过滤（可用干净的药勺轻轻挤压布氏漏斗上的晶体，尽可能除去晶体间夹带的母液），取出晶体，用滤纸将硫酸铜晶体表面的水分吸干，吸滤瓶中的母液倒入回收瓶。

在台秤上称出产品质量，计算产量百分率。

2. 硫酸铜纯度的检验
称取提纯的硫酸铜1.0g，置于50 mL小烧杯中，加10 mL蒸馏水加热溶解，加入1 mLl mol·L-1 H2SO4溶液酸化，再加入2 mL 3％的H2O2溶液，加热煮沸，使产品中可能存在的Fe2+氧化成Fe3+。

待溶液冷却后，在搅拌下，逐滴加入6 mol ·L -1氨水，直至最初生成的浅蓝色沉淀全部溶解，溶液呈深蓝色为止，此时Fe 3+成为Fe(OH)3沉淀，而Cu 2+则成为铜氨配离子[Cu(NH 3)4]2+溶液。

Fe 3+ + 3NH 3 + 3H 2O === Fe(OH)3↓+ 3NH 4+
2CuSO 4 + 2NH 3 + 2H 2O === Cu 2(OH)2SO 4↓+ (NH 4)2SO 4
Cu 2(OH)2SO 4 + (NH 4)2SO 4 + 6NH 3 === 2[Cu(NH 3)4]2+ + SO 42- + 2H 2O
常压过滤，用滴管取6 mol ·L -1氨水溶液洗涤滤纸至蓝色消失，弃去滤液，滤纸上留下黄色的Fe(OH)3沉淀。

用滴管取3 mL 2 mol ·L －
1HCl 溶液逐滴加在滤纸上（用10 mL 比色管接收滤液），以溶解Fe(OH)3沉淀。

若一次不能完全溶解，可将滤下的滤液再滴到滤纸上，如此反复操作，直至Fe(OH)3全部溶解。

在比色管中加入2滴0.1 mol ·L －
1KSCN 溶液，加水稀释至10 mL 。

观察红色的深浅。

取1.0g 粗硫酸铜进行上述同样操作。

对比两者颜色的差异，检验提纯效果（也可用目视比色法与Fe 3+标准溶液对比，判断产品纯度）。

五、预习内容
1. 硫酸铜提纯的实验原理。

2. 固液分离的方法与过滤操作。

六、思考题
1．除去粗硫酸铜中杂质Fe 2+时，为什么要先加H 2O 2氧化为Fe 3+后再除去？而除去Fe 3+时，为什么要调节溶液的pH 值为4左右？pH 值太大或太小有什么影响？
2．精制后的硫酸铜溶液为什么要滴几滴l mol ·L -1 H 2SO 4酸化，然后再加热蒸发?
3. 减压过滤时，怎样将蒸发皿中剩余少量的硫酸铜晶体转移到漏斗中？能否用蒸馏水冲洗？
4. 如果粗硫酸铜中含有Pb 2+等杂质，它们会在哪一步中被除去？
七、附注
1. 固体与溶液的分离
固体与液体分离的方法有3种：倾析法、过滤法、离心分离法。

（1）倾析法
当沉淀的比重较大或结晶的颗粒较大，静置后沉降至容器底部后，小心地将上层清液沿玻棒倾入另一容器中 (图2-55)，然后往盛有沉淀的容器内加入少量洗涤液 (如蒸馏水)，充分搅拌后，静置、沉降，倾去洗涤液，如此重复操作几次即可。

（2）过滤法
图2-55倾析法
图2-56 滤纸的折叠
图2-57 常压过滤
常用的过滤方法有：
① 常压过滤：按图2-56将滤纸折叠好放在漏斗中，按照一贴（滤纸紧贴漏斗内壁）、二低（滤纸边缘比漏斗口稍低，液面比滤纸边缘稍低）、三靠（玻璃棒靠在有三层滤纸的一边，烧杯靠在玻璃棒上，漏斗的下端靠在烧杯内壁上）进行过滤（见图2-57）。

常压过滤时需注意：①过滤时，先用清液润湿滤纸，然后将沉淀转移到滤纸上，溶液及沉淀顺棒流入漏斗；②如果需要洗涤沉淀，等溶液转移完后，往盛沉淀的容器中加入少量洗涤剂，充分搅拌，静置，待沉淀下沉后，再把上层清液倾入漏斗中。

洗涤时，先冲洗滤纸上方，然后螺旋向下移动， “遵照少量多次原则”，以提高洗涤效率。

② 减压过滤：又称吸滤法过滤（或称抽吸过滤，简称抽滤），减压过滤用的仪器装置如图2-58。

减压过滤所用的滤纸应比布氏漏斗的内径略小，以将瓷孔全部盖没为准，用少量蒸馏水润湿滤纸，将漏斗装在吸滤瓶上，使漏斗颈部的斜口对着吸滤瓶支管，开启水泵（图2-59），减压，使滤纸贴紧，再将溶液沿着玻棒流入漏斗中，加入溶液的量不要超过容积的2/3，等溶液全部流完后，将沉淀转移至漏斗中，洗涤方法与常压过滤相同。

过滤完毕后，先拔掉连接吸滤瓶的橡皮管，后关水泵。

取下布氏漏斗倒扣在表面皿上，轻轻拍打漏斗，以取下滤纸和沉淀。

③ 热过滤
如果溶液中的溶质在冷却后易析出结晶，而实验要求溶质在过滤时保留在溶液中，要采用热过滤的方法。

若过滤能很快完成（时间短），过滤过程中溶液温度变化不大，则采用趁热过滤而不需使用热过滤装置。

若过滤需时间较长，过滤过程中溶液温度变化较大，则要使用热过滤装置（见图2-60）。

（3）离心分离法
溶液和沉淀都很少时，可采用离心分离。

离心分离方法简单、方便，元素性质等试管实验中经常采用这种方法把沉淀和溶液分离。

离心分离法常与电动离心机配套使用， 如图2-61。

使用方法是：将盛有沉淀和溶液的离心试管放入电动离心机的塑料套管内，为保持平衡，几个试管要放在对称的位置，如果只有一个试样，可在对称位置放一支装等量水的试管。

盖好盖子，开始时，应将变速旋钮调到最低档，以后逐渐加速。

受到离心作用，试管中的沉淀
聚集在底部，实现固液分离。

几分钟后，将旋钮反时针旋到停止位置，任离心机自动停止（不可用外力强制它停止图2-59 水泵
1－布氏漏斗；2－抽滤瓶；3－减压瓶；4－接水泵 图2-58 减压过滤装置
图2-60 热过滤装置
图2-61 电动离心机
运动）。

取出离心试管，可用倾析法分离溶液和沉淀。

如果要得到纯净的沉淀，必须经过洗涤。

此时可往盛沉淀的离心管中加入适量的蒸馏水或其它洗涤液，用细搅拌棒充分搅拌后，再进行离心沉降，如此重复操作直至洗净。

2. 结晶和重结晶
溶液经蒸发、浓缩成浓溶液后，冷却则析出晶体，冷却速度慢有利于长成大晶体。

蒸发浓缩根据需要一般采用水浴加热或直接加热的方法，若溶质易被氧化或水解，最好采用水浴加热的方法。

如果晶体中含有其它杂质，可用重结晶的方法除去。

先将晶体加入到一定量的水中，加热至完全溶解为饱和溶液，过滤除去不溶性杂质；滤液冷却后析出被提纯物的晶体，再次过滤，得到较纯的晶体，而可溶性杂质大部分在滤液中。

根据被提纯物质的纯度要求，可进行多次重结晶操作。

3. pH试纸的使用
（1）检查溶液的酸碱性将pH试纸剪成小块，放置于洁净干燥的白瓷板或表面皿上，用玻璃棒蘸取待测溶液滴入pH试纸中心，与标准比色卡对比确定pH值。

（2）检查气体的酸碱性将pH试纸用蒸馏水润湿，贴在表面皿或玻璃棒上置于试管口（不能与试管接触），根据pH试纸变色确定逸出气体的酸碱性，这种方法不能用来测pH值。

（3） Pb(Ac)2试纸的使用用蒸馏水将试纸润湿，置试纸于待检物的试管口。

如试纸变黑表示有H2S气体逸出。