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