应用化学综合实验实验报告5

无

机

综

合

实

验

报

告

理学院

题目Ⅰ利用粗铜粉制备硫酸四氨合铜（Ⅱ）

一、实验目的：

1.掌握利用铜粉制备硫酸铜的方法。

2.用精制的硫酸铜通过配位取代反应制备硫酸四氨合铜（Ⅱ）。

3.掌握和巩固倾析法、减压过滤、蒸发浓缩和重结晶等基本实验操作。

4.掌握固体的灼烧、直接加热、水浴加热和溶解等操作。

二、实验原理

1.利用废铜粉灼烧氧化法制备CuSO4·5H2O：

先将铜粉在空气中灼烧氧化成氧化铜，然后将其溶于硫酸而制得：

2Cu + O2 === 2CuO（黑色）

CuO + H2SO4 === CuSO4 + H2O

由于废铜粉不纯，所得CuSO4溶液中常含有不溶性杂质和可溶性杂质FeSO4、Fe2(SO4)3及其他重金属盐等。Fe2+离子需用氧化剂H2O2溶液氧化为Fe3+ 离子，然后调节溶液pH≈4.0，并加热煮沸，使Fe3+离子水解为Fe(OH)3沉淀滤去。其反应式为

2Fe2+ + 2H+ + H2O2 === 2Fe3+ + 2H2O

Fe3+ + 3H2O === Fe(OH)3↓+ 3H+

CuSO4·5H2O在水中的溶解度，随温度的升高而明显增大，因此粗硫酸铜中的其他杂质，可通过重结晶法使杂质在母液中，从而得到较纯的蓝色水合硫酸铜晶体。

硫酸铜晶体的化学式可写为[Cu(H2O)4]SO4·H2O，习惯上简写为CuSO4·5H2O，其中5个水分子结合的方式有所不同，Cu2+有空轨道，每个Cu2+可以跟4个水分子形成配位键，离子还可与1个水分子里的H原子形成氢键。

水合硫酸铜在不同的温度下可以逐步脱水，其反应式为

CuSO4·5H2O === CuSO4·3H2O + 2H2O（48℃）

CuSO4·3H2O === CuSO4·H2O + 2H2O（99℃）

CuSO4·H2O === CuSO4 + H2O（218℃）

2.硫酸四氨合铜（Ⅱ）（[Cu(NH3)4]SO4·H2O）的制备

硫酸四氨合铜（Ⅱ）（[Cu(NH3)4]SO4·H2O）为蓝色正交晶体，在工业上用途广泛，主要用于印染，电镀，纤维，杀虫剂的制备和制备某些含铜的化合物。本实验通过将过量氨水加入硫酸铜溶液中反应得硫酸四氨合铜。离子反应式为：

[Cu(H2O)6]2+ +4NH3 +SO42- ====[Cu(NH3)4]SO4·H2O+5H2O 硫酸四氨合铜溶于水但不溶于乙醇，因此在硫酸四氨合铜溶液中加入乙醇，即可析出深蓝色的[Cu(NH3)4]SO4·H2O晶体。

三、实验仪器及试剂

1.仪器：

托盘天平、恒温烘箱、干燥器、温度计（300℃）、瓷坩埚、研钵、烧杯（50mL）、电炉、布氏漏斗、抽滤瓶、精密pH试纸、蒸发皿、表面皿，水浴锅、量筒（10mL）。

2.试剂：

铜粉、无水乙醇、H2SO4(2mol·L－1)、H2O2(3%)、K3[Fe(CN)6](0.1mol·L－1)、NaOH(2mol·L－1)、氨水NH3·H2O（1:1）。

四、实验步骤

1. CuSO4·5H2O的制备

9：10 称取6.1638g CuO粉末转入50mL小烧杯中，加入34mL 2mol·L－1 H2SO4。

9：11 搅拌下微热使之溶解。

9：21 观察到烧杯底部有黑色粉末，CuO未完全溶解，补加2mol·L－1H2SO4 6mL，充分搅拌使之溶解。

9：30 CuO溶解，在粗CuSO4溶液中，滴加3% H2O2溶液25滴，加热搅拌。

9：33 取上述溶液少量滴加K3[Fe(CN)6]溶液，观察到有蓝色沉淀，有Fe2+存在。

9：35 再次滴加少量3% H2O2并检验还有无Fe2+存在，观察到无蓝色沉淀，无Fe2+存在。

9：38 滴加2mol·L－1 NaOH调节溶液的pH≈4.0并加热至沸。

9：56 停止加热。

9：58 趁热减压过滤并将滤液转入蒸发皿中。

10：07 滴加2mol·L－1 H2SO4，调节溶液的pH≈2

10：11 水浴加热，蒸发浓缩

13：28 液面出现晶膜，取出让其自然冷却。

14：02 大量晶体析出

14：05 减压过滤，用5mL无水乙醇淋洗，抽干。产品转至表面皿上，用滤纸吸干。

14：20 称量得产物重量为14.2971g。

2.硫酸铜结晶水的测定

9：15 将洗涤干净的坩埚放入300℃恒温烘箱直至恒重（准至1mg），称得坩埚重21.8496g。

10：16 称取1.3096g磨细的CuSO4·5H2O，置于上述干净并灼烧恒重的坩埚中。

10：18 称量此坩埚与样品的总质量m1=23.1304g，由此计算出坩埚中样品的准确质量为1.2808g。

10：20 将装有CuSO4·5H2O的坩埚放入300℃烘箱中。

11：00 将坩埚取出放入干燥器内冷却至室温。

11：15 称量装有硫酸铜的坩埚的质量m2=22.6848g。

11：17 将称过质量的上述坩埚，再次放入300℃烘箱内。

11：32 取出放入干燥器内冷却至室温。

11：40 称得总质量m3=22.6811g m2-m3= 0.4483g<0.005g

3.硫酸四氨合铜的制备

11：23 称取CuSO4.5H2O 4.9964g。

在不断搅拌下慢慢加入到盛有NH3·H2O(1:1)15mL的小烧杯中。

继续搅拌，使其完全溶解成深蓝色溶液，冷却。

11：29 缓慢加入8mL乙醇(95％)（有深蓝色晶体析出）

盖上表面皿，静置。

11：45 抽滤，并用1:1 NH3·H2O－乙醇混合液淋洗晶体两次，每次用量约3mL。

11：50 将其放入60℃烘箱中。

12：27 称得产物质量为3.8764g。