自制教具探索硫酸銅的制備

王秀琴

自制教具探索硫酸銅的制備

王秀琴

一、傳統(tǒng)制備方法

依據(jù)相關(guān)資料查得，目前用銅制備硫酸銅的方法主要有以下幾種：

1.濃硫酸溶解法

主要原料：銅、濃硫酸。

生產(chǎn)原理：利用濃硫酸的強氧化性將銅氧化生成硫酸銅，并產(chǎn)生相同物質(zhì)的量的二氧化硫。

化學(xué)方程式：

優(yōu)點：生產(chǎn)工藝簡潔。

缺點：會產(chǎn)生SO2有害氣體，且原料利用率低，污染環(huán)境。

2.高溫焙燒氧化溶解法

主要原料：銅、稀硫酸。

生產(chǎn)原理：先將銅在焙燒爐中焙燒，生成氧化銅，再用稀硫酸溶解氧化銅，而制得硫酸銅。

化學(xué)方程式：

優(yōu)點：原料利用率高，污染小。

缺點：銅活潑性較弱，溫度較低時氧化速率慢，反應(yīng)不徹底。

3.濃硝酸溶解硫酸置換法

主要原料：濃硝酸、銅、濃硫酸。

生產(chǎn)原理：利用難揮發(fā)性酸制揮發(fā)性酸。

化學(xué)方程式：

Cu(NO3)2+H2SO4(濃)CuSO4+2HNO3↑

優(yōu)點：反應(yīng)速度快，反應(yīng)條件要求低。

缺點：原料消耗高，污染嚴(yán)重。

4.電解法

主要原料：銅、稀硫酸、石墨。

生產(chǎn)原理：利用電解池的原理，以銅作陽極，石墨作陰極，硫酸作電解質(zhì)，制取硫酸銅。

優(yōu)點：生產(chǎn)工藝簡潔，無污染。

缺點：消耗大量電能。

將②式乘以2與①式相加，就得到一個預(yù)先添加了氧氣的化學(xué)反應(yīng)方程式：

二、理論改進(jìn)

用高溫焙燒氧化溶解法制取硫酸銅的過程分兩步進(jìn)行，過程煩瑣。經(jīng)仔細(xì)研究發(fā)現(xiàn)，只要利用好高溫焙燒氧化溶解法的原理，可以簡化過程，節(jié)約資源。理論分析如下：

這樣從理論上就得到了一個過程簡單、原料利用率高的方法。但實際是否可行還需通過試驗來驗證。

三、方法探索

1.實驗一：參與反應(yīng)的氧氣由空氣提供

(1)實驗藥品：銅(過量)、稀硫酸。

(2)實驗儀器：三口圓底燒瓶、鐵架臺、酒精燈、石棉網(wǎng)、溫度計、安全瓶、導(dǎo)管、二連球、托盤天平。

(3)實驗過程：

①按圖1所示組裝儀器，并檢查裝置氣密性。

圖1

②先將銅片放入圓底燒瓶，再取6 mol/L的稀硫酸加入圓底燒瓶中，至淹沒銅片。

③點燃酒精燈加熱，擠壓二連球，向圓底燒瓶中緩慢通入空氣。

④待反應(yīng)完全后，熄滅酒精燈，冷卻，取出銅片，稱量剩余銅片的質(zhì)量。改用不同濃度的硫酸和溫度，重復(fù)上述過程。

(4)數(shù)據(jù)處理(見表1)：

表1

(5)結(jié)論：銅、稀硫酸、氧氣在加熱條件下，不能生成硫酸銅。

2.實驗二：利用雙氧水分解提供氧氣

(1)實驗藥品：銅、稀硫酸、雙氧水(30%)。

(2)實驗儀器：三口圓底燒瓶、鐵架臺、酒精燈、石棉網(wǎng)、溫度計、導(dǎo)管、安全瓶、二連球、托盤天平。

(3)實驗過程：

①安裝好儀器，裝置簡圖同實驗一，并檢查裝置氣密性。

②先將銅片放入圓底燒瓶，分別加入適量稀硫酸與少量30%的雙氧水，然后進(jìn)行加熱。

③反應(yīng)完成后，熄滅酒精燈，冷卻，過濾，稱量剩余銅片的質(zhì)量。

(4)數(shù)據(jù)處理(見表2)：

表2

(5)結(jié)論：銅、稀硫酸、雙氧水在加熱條件下，也不能生成硫酸銅。

3.實驗三：在濃硝酸作催化劑時，實現(xiàn)銅、氧氣、硫酸轉(zhuǎn)化為硫酸銅

(1)實驗藥品：銅、稀硫酸、硝酸、NaOH溶液。

(2)實驗儀器：圓底燒瓶、鐵架臺、酒精燈、石棉網(wǎng)、溫度計、安全瓶、導(dǎo)管、二連球、托盤天平。

(3)實驗原理：

③式加④式可得：

可知在加入催化劑硝酸后會生成NO2有害氣體。

將⑤式乘以2加⑥式可得：

(4)實驗過程：

①安裝好儀器(如圖2所示)，并檢查裝置氣密性。

圖2

②先將銅片放入圓底燒瓶，然后分別加入稀硫酸和硝酸。

③點燃酒精燈。

④反應(yīng)完全后，熄滅酒精燈，冷卻，過濾，稱量剩余銅片的質(zhì)量。

(5)數(shù)據(jù)處理(見表3)：

表3

(6)結(jié)論：

在濃硝酸作催化劑、加熱的條件下，用銅、氧氣、硫酸制取硫酸銅，原料利用率高，生產(chǎn)過程無污染。選擇合適的溫度、合適濃度的硫酸，并加入理想的載氧劑(本文選用雙氧水)，就可以找到一條完美的制備途徑。

[1] 高燦柱,姜力夫,劉西德.硝酸催化法制取硫酸銅[J].化學(xué)世界,1995(3):125-126.

[2] 王之春.用廢銅線制取硫酸銅[J].小作家選刊?教學(xué)交流,2011(10):215.

(本欄責(zé)任編輯/葉梅)

2012-02-29

王秀琴，本科，中教一級。

山東省淄博實驗中學(xué)。