应用化学综合实验实验报告

题目Ⅰ利用粗铜粉制备硫酸四氨合铜
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。

3.掌握和巩固倾洗法、减压过滤、蒸发浓缩和冷却结晶等试验基本操作。

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
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。

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℃）
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，马弗炉、干燥器、温度计、瓷坩埚，泥三角，研钵、酒精灯，烧杯（50mL），电炉，布氏漏斗，吸滤瓶，精密pH试纸，蒸发皿，表面皿，水浴锅，量筒（10mL）。

2.试剂：
废铜粉,无水乙醇，H2SO4(2mol·L－1), H2O2(6%), K3[Fe(CN)6](0.1mol·L－1), NaOH(2mol·L－1)，氨水（1:1）。

四、实验步骤：
1. CuSO4·5H2O的制备
①粗硫酸铜溶液的制备：
称取4.8gCuO转入50mL小烧杯中，加入17mL2mol·L－1 H2SO4（按CuO转化率80%估算），微热使之溶解（注意保持液面一定高度）。

如10min后，CuO未完全溶解（烧杯底部有黑色粉末），表明CuO转化率高，可补加适量H2SO4继续溶解。

如果CuO很快溶解，剩余大量红色铜粉，表明转化率低，剩余酸量过多。

②粗硫酸铜的提纯：
在粗CuSO4溶液中，滴加6% H2O2溶液25滴，加热搅拌，并检验溶液中有无Fe2+ 离子（用K3[Fe(CN)6]溶液，若产生蓝色沉淀，表明有Fe2+）。

待Fe2+ 离子完全氧化后，用
2mol·L－1 NaOH调节溶液的pH≈4.0（精密pH试纸）加热至沸数分钟后，趁热减压过滤，将滤液转入蒸发皿中，滴加2mol·L－1 H2SO4，调节溶液的pH≈2，然后水浴加热，蒸发浓缩至液面出现晶膜为止。

让其自然冷却至室温有晶体析出（如无晶体，再继续蒸发浓缩），减压过滤，用3mL无水乙醇淋洗，抽干。

产品转至表面皿上，用滤纸吸干后称重。

计算产率，母液回收。

2．硫酸铜结晶水的测定
①在台秤上称取1.2~1.5g磨细的CuSO4·5H2O，置于一干净并灼烧恒重的坩埚（准至1mg）中，然后在分析天平上称量此坩埚与样品的质量，由此计算出坩埚中样品的准确质量m1（准至1mg）。

②将装有CuSO4·5H2O的坩埚放置在马弗炉里，在543~573K下灼烧40min，取出后放在干燥器内冷却至室温，在天平上称量装有硫酸铜的坩埚的质量。

③将称过质量的上面的坩埚，再次放入马弗炉中灼烧（温度与（2）相同）15min，取出后放入干燥器内冷却至室温，然后在分析天平上称其质量。

反复加热，称其质量，直到两次称量结果之差不大于5mg为止。

并计算出无水硫酸铜的质量m2及水合硫酸铜所含结晶水的质量，从而计算出硫酸铜结晶水的数目n。

（去接近的正整数）
3、硫酸四氨合铜的制备：
在小烧杯中加入NH3.H2O(1:1)15mL，在不断搅拌下慢慢加入精制CuSO4.5H2O 5.0g，继续搅拌，使其完全溶解成深蓝色溶液。

待溶液冷却后，缓慢加入8mL乙醇(95％)，即有深蓝色晶体析出。

盖上表面皿，静置约15min，抽滤，并用1:1 NH3.H2O－乙醇混合液(1:1氨水与乙醇等体积混合)淋洗晶体两次，每次用量约2~3mL，将其在60℃左右烘干，称量。

按CuSO4.5H2O的量计算[Cu(NH3)4]SO4.H2O的产率。

评价产品的质和量，并分析原因。

五、注意事项：
1.在粗硫酸铜的提纯中，浓缩液要自然冷却至室温析出晶体。

否则，其它盐类如Na2SO4也会析出。

2.已灼烧恒重的坩埚，在马弗炉中灼烧及称量过程中，避免粘上灰尘。

3.要制得比较纯的[Cu(NH3)4]SO
4.H2O晶体，必须注意操作顺序，CuSO4要尽量研细，且应充分搅拌，否则可能局部生成Cu2(OH)2SO4,影响产品质量(反应后溶液应无沉淀，透明)。

4. [Cu(NH3)4]SO4.H2O生成时放热，在加入乙醇前必须充分冷却，并静置足够时间。

如能放置过夜，则能制得较大颗粒的晶体。

六、实验数据的处理：
1、粗CuSO4·5H2O的产率的计算：
CuSO4·5H2O的理论产率为15g，实际产率为8.9735g，故产率为8.9735/15*100%=59.82 %
2、硫酸四氨合铜的产率的计算：
硫酸四氨合铜的理论产率为 4.92g，实际产率为 5.4457g，故产率为5.4457/4.92*100%=110.68% >100 %。

误差分析：硫酸四氨合铜粗品未干燥完全，含水量太大，导致产率过高。

七、思考题：
1．除去CuSO4溶液中Fe2+ 杂质时，为什么须先加H2O2氧化，并且调节溶液的pH ≈4.0，太大或太小有何影响？
答：Fe2+不易水解，加H2O2氧化为易水解的Fe3+，在pH≈4.0就会水解完全。

pH太
大，会析出Cu（OH）2；pH太小，Fe3+水解不完全。

2．制备[Cu(NH3)4]SO4.H2O能否用加热浓缩的方法获得晶体？
答：析出晶体不用蒸发浓缩方法的原因是[Cu（NH3）4]SO4•H2O在高温下分解成硫酸铵，氧化铜和水。

3. 制备硫酸四氨合铜用氨水乙醇混合液淋洗晶体的原因。

答：氨水淋洗目的是为了保证氨水过量，形成四氨合铜络离子，铜氨络合物较稳定，不与稀碱反应。

用乙醇淋洗是利用它在乙醇溶液中溶解度很小的特点来获得硫酸四氨合铜晶体。

4.制备[Cu(NH3)4]SO4.H2O应以怎样的原料配比？
先硫酸铜加氨水（1:1），生成碱式硫酸铜沉淀，之后继续加氨水，看到沉淀恰好完全溶解，溶液呈深蓝色时即停止，生成[Cu(NH3)4]SO4，之后结晶，温度控制好得[Cu(NH3)4]SO4.H2O。

题目Ⅱ碘酸铜溶度积的测定
一．实验目的与要求:
1．进一步掌握无机化合物沉淀（难溶盐）制备、洗涤以及过滤等操作方法。

2．测定碘酸铜的溶度积，加深对溶度积概念的理解。

3．了解用光电比色法测定碘酸铜溶度积的原理和方法。

4．熟悉分光光度计的使用，吸收曲线和工作曲线的绘制。

二．实验原理
将硫酸铜溶液和碘酸钾溶液在一定温度下混合，反应后得碘酸铜沉淀，其反应方程式如下：
Cu2+ ＋2 IO3- ＝Cu (IO3) 2↓
在碘酸铜饱和溶液中，存在以下溶解平衡：
Cu(IO3)2—→Cu2＋(aq) ＋2 IO3-(aq)
开始0 0
沉淀溶解平衡 a mol/L 2a mol/L
在一定温度下，难溶性强电解质碘酸铜的饱和溶液中，有关离子的浓度(确切地说应是活度)的乘积是一个常数。

Ksp ＝[Cu2＋][IO3-]2
Ksp被称为溶度积常数，[Cu2＋]和[IO3-]分别为溶解—沉淀平衡时Cu2＋和IO3-的浓度(mol·L-1)。

温度恒定时，Ksp的数值与Cu2＋和IO3-的浓度无关。

取少量新制备的Cu (IO3) 2固体，将它溶于一定体积的水中，达到平衡后，分离去沉淀，测定溶液中Cu2＋和IO3-的浓度，就可以算出实验温度时的Ksp值。

本实验采取分光光度法测定Cu2＋的浓度。

测定出Cu2＋的浓度后，即可求出碘酸铜的Ksp。

用分光光度法时，可先绘制工作曲线然后得出Cu2＋浓度，或者利用具有数据处理功能的分光光度计，直接得出Cu2＋的浓度值。

三、实验仪器和试剂：
吸量管(20cm3、2cm3)，容量瓶(50cm3)，托盘天平，定量滤纸，温度计(273～373K)，72型分光光度计。

CuSO4(s，0.100mol·dm-3)，KI03(s)，NH3·H20 50％V
四、实验内容
1、碘酸铜的制备
用用量筒量取50.0mL 0.25mol/L CuSO4·5H2O)置于烧杯中，搅拌加入50.0mL 0. 5mol/L 碘酸钾(KIO3)，加热混合液并不断搅拌（70℃左右），约30min后停止加热。

静置至室温后弃去上层清液，用倾析法将所得碘酸铜洗净，以洗涤液中检查不到SO42－为标志(大约需洗5～6次，每次可用蒸馏水10mL)。

记录产品的外形、颜色及观察到的现象，最后进行减压过滤，将碘酸铜沉淀抽干后烘干，计算产率。

2、碘酸铜饱和溶液的配置：
取3个干燥的小烧杯并编好号，均加入少量(1.330g、1.3458g、1.3708g)自制的碘酸铜放入150mL的锥形瓶，分别加入100.0mL蒸馏水，加热至近沸（70 ~ 80℃），不断地搅拌上述混合液约15min，以保证配得碘酸铜饱和溶液。

静置2h，待溶液澄清后，用致密定量滤纸、干燥漏斗常压过滤(滤纸不要用水润湿)，滤液（要澄清）用编号的干燥小烧杯收集，也可直接取用上上清液与后续测量。

3、工作曲线的绘制：
分别吸取0、1.00、2.50、5.00、7.50mL 0.100 mol/L Cu(IO3)2溶液于5个5 0mL容量瓶中，备加入50％(V)的氨水6mL，摇匀，用蒸馏水稀释至刻度，再摇匀。

①绘制[Cu(NH3)4]2+的吸收曲线，确定最大吸收波长（λmax）
以蒸馏水作参比液（1号标准溶液），选用1cm比色皿，用4（或5）号溶液作为吸收液，用1cm比色皿在光波长480~600nm范围内做，[Cu(NH3)4]2+的吸收曲线，确定最大吸收波长（λmax）。

②绘制工作曲线：
以蒸馏水作参比液（1号标准溶液），选用1cm比色皿，选择入射光波长为最大吸收波长λmax=610nm, 用分光光度计分别测定各号溶液的吸光度。

以吸光度么为纵坐标，相应Cu2+浓度为横坐标，绘制工作曲线。

4、饱和溶液中Cu2+浓度的测定
三份饱和溶液各吸取2份（25mL/份）Cu(IO3)2饱和溶液于50 mL容量瓶(编号)中，加入50％(V) 氨水6mL，摇匀，用水稀释至刻度，再摇匀。

按上述测工作曲线同样条件测定6份溶液的吸光度。

根据工作曲线求出饱和溶液中的[Cu2+]。

将以上溶液所测吸光度在[Cu(NH3)4]2+的工作曲线图中，用标准曲线法得到各溶液的浓，并填入上表。

5、Cu(IO3)2 Ksp的测定
根据溶液中的Cu2+浓度，计算K sp的数值。

五、数据记录与处理：
1、碘酸铜的制备中计算碘酸铜产率：
Cu(IO3)2的理论产量5.157g，实际产量3.7495g，故产率为5.157/3.7495*100%=72.454 %
2、[Cu(NH3)4]2+离子的工作曲线的绘制：
①绘制[Cu(NH3)4]2+的吸收曲线，确定最大吸收波长（λmax）
经过测量得出最大吸收波长λmax=610或620 nm
由以上数据可得到如下工作曲线
将实验步骤4中配制溶液所测吸光度在[Cu(NH3)4]2+的工作曲线图中，用标准曲线法得到各溶液的浓度，并填入上表。

4、Cu(IO 3)2 Ksp 的测定：根据溶液中的Cu 2+浓度，计算K sp 的数值。

取第三组数据进行计算，
2[Cu ]0.00363mol L +-=⋅0.005164 mol/L ；则23sp 4[Cu ]40.00363 1.9110K +-
==⨯=⨯4×[0.005164]^3=5.50727×10^(-7)。

五、思考题：
1． 为什么要将所制得的碘酸铜洗净?
答：因为如果有硫酸根存在，溶液就是酸性的，会生成，而碘酸是弱酸，也不稳定。

2．如果配制的碘酸铜溶液不饱和或普滤时碘酸铜透过滤纸，对实验结果有何影响?
答:如果碘酸铜不饱和测出来的溶度积Ksp比标准值小。

3．配制含不同浓度Cu2＋的碘酸铜饱和溶液时，为什么要使用干烧杯并要知道溶液准确体积?
答：因为干烧杯可以保证碘酸铜溶液的饱和性。

4．普滤碘酸铜饱和溶液时，所使用的漏斗、滤纸、烧杯等是否均要干燥的?
答：需要，因为本实验对碘酸铜饱和溶液的饱和要求程度高
5．为什么用含不同Cu2＋浓度的溶液测定碘酸铜的Ksp?
答：温度恒定时，Ksp为常数，它不随Cu离子浓度或碘酸根离子浓度的变化而改变。

如果在一定温度下将碘酸铜饱和溶液中的铜离子浓度测定出来。

6．如何判断硫酸铜与碘酸钾的反应是否基本完全?
答：过滤滤渣，取少量滤液进行PH测定，过于偏酸性的话，便是未反应完全
7．为什么配制[Cu(NH3)4]2＋溶液时，所加氨水的浓度要相同?
答：实验最后需要测量吸光度，测量吸光度的要求是除待测离子以外，其他环境及溶液因素都应是相同的。

Ⅲ、附：试验照片。