探究硫酸铜溶液浓度对锌置换铜产率的影响2

探究硫酸铜溶液浓度对锌置换铜产率的影响

化基一班杨平2012301040010

摘要：为了更好地了解铜循环实验中实验产率过高的原因，实验中通过控制硫酸铜溶液的浓度来探究不同浓度硫酸铜溶液对锌置换出铜的产率的影响。并针对实验现象得出实验结论，并做出进一步分析。关键词：硫酸铜溶液，锌粉，不同浓度，置换反应，控制变量法。

1、问题的提出

通过上次的铜循环实验，得到的产率达到了144%，远超过100%，同一实验室的同学几乎所有人的产率都超过了100%，

有的甚至达到了200%。同学都反应一个问题：进行锌置换铜时，很难将锌反应完全，造成产率偏高。我认为不同浓度的硫酸铜

溶液可能通过影响实验反应过程的速率影响了反应后得到的产

率大小，所以我对这一过程进行探究。

2、实验探究原理

为了更好的探究这一硫酸铜溶液浓度对实验反应的影响，本实验通过配制新制硫酸铜溶液，然后通过控制加入蒸馏水的

量来达到控制硫酸铜溶液浓度的方法进行实验。铜在不同浓度

溶液中的沉降速率不同，会导致生成的铜颗粒大小不同，从而

使得铜颗粒中包裹的锌含量不同。实验过程中通过运用控制变

量法来达到探究的目的。

该实验涉及到的主要化学方程式有：

CuSO4xH2O = CuSO4 + xH2O

CuSO4 + Zn = Cu + ZnSO4

2Cu + O2 = 2CuO

3、实验用品

锌粉，五水硫酸铜晶体，去离子水，6mol/L的HCl溶液，乙醇，250ml烧杯3个，100ml量筒一个，10ml量筒一个，表面皿3个，滴管，50ml容量瓶，玻璃棒，药匙。

4、实验探究过程

⑴称取2.50g的五水硫酸铜于50ml的烧杯中，加入30ml去离子水并不断搅拌使其完全溶解，用容量瓶配制0.2mol/L的硫酸铜溶液。

⑵量取3份10.0ml0.2mol/L的CuSO4溶液于250ml的烧杯中，给烧杯分别编号为A、B、C。A中不加去离子水，B中加入40.0ml去离子水，C中加入90.0ml去离子水。

⑶在不断搅拌下，向A、B、C烧杯中分别加入1.00g锌粉，待烧杯中蓝色完全褪去后，向A、B、C中各加入10.0ml 6mol/L的盐酸溶液[1]至微热。(现象：3个烧杯都出现了不同程度上的黑色颗粒，区别

于锌粉的银白色和铜单质的红棕色。可能在烧杯中部分区域由于温度过高发生如下副反应：CuSO4＝CuO + SO2[2]

⑷一段时间后，待3个烧杯中均无气泡产生时，用倾滗法除去上层清液，并将生成的铜用去离子水洗涤两次，再用乙醇洗涤，置于表面皿上，在70℃条件下的烘箱中烘相同时间，烘干后称重。实验结果记录于下表：

从上表可以看出：3个不同的组别得到的粗产品性状略有差异，可能是因为在烘干过程中部分氧化成了黑色的氧化铜，加热铜可能生成氧化铜[I]和氧化铜[II]的混合物【3】。由产率可以看出这3组在误差允许范围内大致相同。

5、实验分析与结论

从实验得到的数据可以看出，随着硫酸铜溶液浓度的变化，铜的产率变化不大。可能是因为虽然随着硫酸铜溶液浓度的减

小，该置换反应的速率变小，铜生成的速率减慢，从而使生成

的铜颗粒较分散，即导致铜颗粒中包裹的锌粉较少。但是，由

于该反应过程中产生的铜颗粒之间的空隙较大[4]，且锌的化学

物理性质较活泼[5][6]，导致其中存留的锌粉也会被HCL反应，致

使3组反应的产率相差不大。

而产率仍然过大的原因有：①在烘干过程中，有部分铜单质被氧化为黑色的氧化铜，致使产率增加，粗产品性状部分改变。②在烘干过程中虽然有部分单质铜已经氧化，但是处于表面皿中心部位的铜还未完全烘干。③即使没有气泡产生后，仍然会有极少部分锌未反应存留在于铜单质中。

参考文献

[1]张青莲主编《无机化学丛书》第六卷，北京；科学出版社1991；381。

[2]北京师范大学等三校无机化学教研室编《无机化学》下，第四版，北京；高等教育出版社2010；709。

[3] 张青莲主编《无机化学丛书》第六卷，北京；科学出版社1991；374。

[4] 张青莲主编《无机化学丛书》第六卷，北京；科学出版社1991；307。

[5] 北京师范大学等三校无机化学教研室编《无机化学》下，第四版，北京；高等教育出版社2010；721。

[6] 张青莲主编《无机化学丛书》第六卷，北京；科学出版社1991；547。