碱式碳酸铜制备

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实验二十一碱式碳酸铜的制备

2009-04-10 20:49

实验二十一碱式碳酸铜的制备

[实验目的]

通过碱式碳酸铜制备条件的探求和生成物颜色、状态的分析，研究反应物的合理配料比并确定制备反应适合的温度条件，以培养独立设计实验的能力。

碱式碳酸铜为天然孔雀石的主要成分，呈暗绿色或淡蓝绿色，加热至200o C 即分解，在水中的溶解度度很小，新制备的试样在沸水中很易分解。

思考题：

1. 哪些铜盐适合制取碱式碳酸铜？写出硫酸铜溶液和碳酸钠溶液反应的化学方程式。

2. 估计反应的条件，如反应的温度、反应物浓度及反应物配料比对反应产物是否有影响。

[实验药品]

由学生自行列出所需仪器、药品、材料之清单，经指导老师的同意，即可进行实验。

[实验内容]

一、反应物溶液配制

配制0.5mol·L-1的CuSO4溶液和0.5mol·L-1的Na2CO3溶液各100mL。

二、制备反应条件的探求

1．CuSO4和Na2CO3溶液的合适配比

置于四支试管内均加入2.0 mL 0·5 mol.L-1 CuSO4溶液，再分别取0.5 mol·L-1 Na2CO3溶液1.6 mL、2.0 mL、2.4 mL及2.8 mL依次加入另外四支编号的试管中。将八支试管放在75o C水浴中。几分钟后，依次将CuSO4溶液分别倒入中，振荡试管，比较各试管中沉淀生成的速度、沉淀的数量及颜色，从中得出两种反应物溶液以何种比例混合为最佳。

思考题

1）各试管中沉淀的颜色为何会有差别？估计何种颜色产物的碱式碳酸含量最高？

2）若将Na2CO3溶液倒入CuSO4溶液，其结果是否会有所影响？

2．反应温度的探求

在三支试管中，各加入2.0mL0.5mol·ml-1CuSO4溶液，另取三支试管，各加入由上述实验得到的合适用量的0.5mol·L-1Na2CO3溶液。从这两列试管中各取一支，将它们分别置于室温，50o C，100o C的恒温水浴中，数分钟后将CuSO4溶液倒入Na2CO3溶液中，振荡并观察现象，由实验结果确定制备反应的合适温度。

思考题：

1）反应温度对本实验有何影响？

2）反应在何种温度下进行会出现褐色产物？这种褐色物质是什么？

三、碱式碳酸铜的准备

取60mL0.5moL·L-1CuSO4溶液，根据上面实验确定的反应物合适比例及适宜温度制取碱式碳酸铜。待沉淀完全后，用蒸馏水洗涤沉淀数次，直到沉淀中不含SO42-为止，吸干。

将所得产品在烘箱中于100o C烘干，待冷至室温后称量，并计算产物。

[实验习题]

制备碱式碳酸铜的几种方法

（1）由Na2CO3·10H2O跟CuSO4·5H2O反应制备

根据CuSO4跟Na2CO3反应的化学方程式

2CuSO4+2Na2CO3+H2O==Cu2(OH)2CO3↓+2Na2SO4+CO2↑进行计算，称取14gCuSO4·5H2O，16gNa2CO3·10H2O，用研钵分别研细后再混合研磨，此时即发生反应，有“磁磁”产生气泡的声音，而且混合物吸湿很厉害，很快成为“粘胶状”。将混合物迅速投入200mL沸水中，快速搅拌并撤离热源，有蓝绿色沉淀产生。抽滤，用水洗涤沉淀，至滤液中不含SO42-为止，取出沉淀，风干，得到蓝绿色晶体。该方法制得的晶体，它的主要成分是

Cu2(OH)2CO3，因反应产物与温度、溶液的酸碱性等有关，因而同时可能有蓝色的2CuCO3·Cu(OH)2、2CuCO3·3Cu(OH)2和2CuCO3·5Cu(OH)2等生成，使晶体带有蓝色。

如果把两种反应物分别研细后再混合（不研磨），采用同样的操作方法，也可得到蓝绿色晶体。

（2）由Na2CO3溶液跟CuSO4溶液反应制备

分别称取12.5gCuSO4·5H2O，14.3gNa2CO3·10H2O，各配成200mL溶液（溶液浓度为0.25mol·L-1）。在室温下，把Na2CO3溶液滴加到CuSO4溶液中，并搅拌，用红色石蕊试纸检验溶液至变蓝为止，得到蓝色沉淀。抽滤，用水洗沉淀，至滤液中不含SO42-为止，取出沉淀，风干，得到蓝色晶体。该晶体的主要成分为

5CuO·2CO2。如果使沉淀与Na2CO3的饱和溶液接触数日，沉淀将转变为Cu(OH)2。

如果先加热Na2CO3溶液至沸腾，滴加CuSO4溶液时会立即产生黑色沉淀。如果加热CuSO4溶液至沸腾时滴加Na2CO3溶液，产生蓝绿色沉淀，并一直滴加Na2CO3溶液直至用红色石蕊试纸检验变蓝为止，但条件若控制不好的话，沉淀颜色会逐渐加深，最后变成黑色。如果先不加热溶液，向CuSO4溶液中滴加Na2CO3溶液，并用红色石蕊试纸检验至变蓝为止，然后加热，沉淀颜色也易逐渐加深，最后变成黑色。出现黑色沉淀的原因可能是由于产物分解成CuO的缘故。因此，当加热含有沉淀的溶液时，一定要控制好加热时间。

（3）由NaHCO3跟CuSO4·5H2O反应制备

称取4.2gNaHCO3，6.2gCuSO4·5H2O，将固体混合（不研磨）后，投入100mL 沸水中，搅拌，并撤离热源，有草绿色沉淀生成。抽滤、洗涤、风干，得到草绿色晶体。该晶体的主要成分为CuCO3·Cu(OH)2·H2O。

（4）由Cu(NO3)2跟Na2CO3反应制备

将冷的Cu(NO3)2饱和溶液倒入Na2CO3的冰冷溶液（等体积等物质的量浓度）中，即有碱式碳酸铜生成，经抽滤、洗涤、风干后，得到蓝色晶体，其成分为2CuCO3·Cu(OH)2。

由上述几种方法制得的晶体颜色各不相同。这是因为产物的组成与反应物组成、溶液酸碱度、温度等有关，从而使晶体颜色发生变化。从加热分解碱式碳酸铜实验的结果看，由第一种方法制得的晶体分解最完全，产生的气体量最大。