堿式碳酸銅的制備實驗探究*

侴曉玉

(呼倫貝爾學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021008)

1 實驗部分

1.1 儀器和藥品

電子天平、電熱恒溫水浴鍋、循環(huán)水式多用真空泵、數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱等儀器；硫酸銅、碳酸鈉、硝酸銅、碳酸氫鈉等分析純試劑。

1.2 試劑的配制

準確稱取一定質(zhì)量的硫酸銅、碳酸鈉、硝酸銅、碳酸氫鈉藥品，配制成0.5 mol/L的溶液，備用。

1.3 產(chǎn)率的計算

式中：K為堿式碳酸銅的產(chǎn)率；m1為在實驗中通過反應(yīng)實際得到的產(chǎn)量；m2為以上方案的理論產(chǎn)量。

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)物加料順序?qū)χ苽鋲A式碳酸銅實驗的影響

分別以正滴法(投料將A(碳酸鈉或碳酸氫鈉溶液)加入B(硫酸銅或硝酸銅溶液))和反滴法(投料將B溶液加入A溶液)實驗取A溶液10.0 mL和B溶液10.0 mL于試管中，分別采用正滴法和反滴法進行試驗。在室溫下震蕩試管，控制反應(yīng)時間，待其反應(yīng)充分后，將析出沉淀抽濾，并用蒸餾水洗滌，把所得沉淀于105 ℃的烘箱中烘干至恒重，取出稱重，將所得數(shù)據(jù)記錄見表1。

表1 正滴法與反滴法產(chǎn)率對比

由表1數(shù)據(jù)可知，無論選用何種試劑制備堿式碳酸銅，采用反滴法所得產(chǎn)率均高于采用正滴法所得產(chǎn)率，故以下實驗均采用返滴法進行實驗探究。

2.2 反應(yīng)物量比對堿式碳酸銅產(chǎn)率的影響

于五支試管內(nèi)分別加入10.0 mL 0.5 mol/L的B(硫酸銅或硝酸銅)溶液，以物質(zhì)的量比分別為1:0.6，1:0.8，1:1.0，1:1.2，1:1.4，在室溫下與碳酸鈉溶液反應(yīng)一定時間后，進行抽濾、并用蒸餾水洗滌、將所得沉淀于105 ℃的烘箱中烘干至恒重后，稱重并計算產(chǎn)率，如表2所示當加入碳酸氫鈉溶液12.0 mL時產(chǎn)率最高，即硫酸銅、硝酸銅與碳酸鈉的物質(zhì)的量之比為1:1.2時，堿式碳酸銅產(chǎn)率均達到最高，分別為73.3%和74.3%。

表2 碳酸鈉和B的物量比對堿式碳酸銅產(chǎn)率的影響

同理，于五支試管內(nèi)分別加入10.0 mL 0.5 mol/L的B溶液，以物質(zhì)的量比分別為1:1.2，1:1.6，1:2.0，1:2.4，1:2.8，在室溫下與碳酸氫鈉溶液反應(yīng)一定時間后，將所得堿式碳酸銅稱重并計算產(chǎn)率，如表3所示，當加入碳酸氫鈉溶液24.0 mL時產(chǎn)率最高，即硫酸銅、硝酸銅與碳酸氫鈉的物質(zhì)的量之比為1:2.4時產(chǎn)率均達到最高，分別為61.2%和63.2%。

表3 碳酸氫鈉和B的物量比對堿式碳酸銅產(chǎn)率的影響

2.3 反應(yīng)溫度對堿式碳酸銅產(chǎn)率的影響

在上述最佳反應(yīng)物料配比條件下，取10.0 mL 0.5 mol/L的B溶液和適量A溶液，分別置于不同溫度的恒溫水浴中，持續(xù)加熱3 min，依次將B溶液倒入A溶液中，震蕩試管，使之反應(yīng)相同時間后，分別進行抽濾、洗滌、烘干并稱重，結(jié)果如表4所示，當溫度為50 ℃時，碳酸氫鈉與硫酸銅、硝酸銅反應(yīng)產(chǎn)率均達到最高，分別為72.3%和73.7%；當溫度為60 ℃時，碳酸鈉與硫酸銅反應(yīng)產(chǎn)率達到最高為90.5%；當溫度為70 ℃時，碳酸鈉與硝酸銅反應(yīng)產(chǎn)率達到最高，可為95.2%。以碳酸氫鈉為原料制備堿式碳酸銅產(chǎn)率明顯低于以碳酸鈉制備堿式碳酸銅，這可能是由于溶液本身的酸度影響所致。

表4 A和B溶液的反應(yīng)溫度對堿式碳酸銅產(chǎn)率的影響

2.4 反應(yīng)時間對堿式碳酸銅產(chǎn)率的影響

在上述最佳反應(yīng)物料配比條件下，取用0.5 mol/L的B溶液10.0 mL 與適量的A溶液，在最適宜反應(yīng)溫度條件下反應(yīng)，考察反應(yīng)時間對堿式碳酸銅產(chǎn)率的影響，反應(yīng)結(jié)果見表5。在最佳反應(yīng)條件下，硫酸銅、硝酸銅與碳酸鈉均反應(yīng)4.0 min時，產(chǎn)率達到最高，分別為90.4%和96.3%；而硫酸銅、硝酸銅與碳酸氫鈉均反應(yīng)3.0 min時，產(chǎn)率達到最高，分別為73.9%和75.1%。碳酸氫鈉溶液參與的反應(yīng)比碳酸鈉參與的反應(yīng)達到最大值時間快，說明溶液的酸度大，反應(yīng)速率快。

表5 B與A溶液反應(yīng)時間對堿式碳酸銅產(chǎn)率的影響

綜上所述，以上設(shè)計的四組制備堿式碳酸銅的方案均可制得堿式碳酸銅，其最優(yōu)化條件如表6所示。

表6 不同原料制備堿式碳酸銅最佳反應(yīng)條件

3 結(jié) 論

筆者在教學(xué)中強化了條件探索意識，加大了實驗梯度，增加實驗的梯度可以使實驗現(xiàn)象對比更加明顯，學(xué)生更容易做出正確的選擇，有利于學(xué)生獨立設(shè)計實驗的培養(yǎng)。在四組制備反應(yīng)中以硝酸銅與碳酸鈉制備反應(yīng)的產(chǎn)率最高，產(chǎn)率最高可達96.3%；硫酸銅與碳酸鈉的產(chǎn)率次之，產(chǎn)率最高為90.4%；硝酸銅與碳酸氫鈉產(chǎn)率再次之，產(chǎn)率最高為75.1%；硫酸銅與碳酸氫鈉的產(chǎn)率最低，產(chǎn)率最高僅為73.9%。