碱式碳酸铜的制备及质量鉴定.doc

碱式碳酸铜的制备及含量测定刘彪 李春阳武汉大学化学与分子科学学院 摘 要：利用CuSO45H2O和Na2CO3 制取碱式碳酸铜并对该方案进行探索，即用NaHCO3 代替Na2CO3进行制取，制得产品外观呈翠绿色，效果良好。在第一个方案中，通过对碱式碳酸铜制备实验的最佳反应条件的探索，得到了最佳实验方案，即反应物CuSO45H2O和Na2CO3的比例为1:1.2、温度为60时，得到产品的质量最好。 关键词：碱式碳酸铜 制备 含量测定前 言：碱式碳酸铜，化学式Cu2(OH)2CO3 英文名basic cupric carbonate，是名贵的矿物宝石孔雀石的主要成分，属于单斜晶系，外观呈草绿色的结晶纤维状团状物，或深绿色的粉状物。分子量为221.12、密度385gcm、相对密度3.8525、折光率1.655、1.875、1.909。它不溶于冷水和乙醇，但能溶于氰化物、氨水、铵盐和碱金属碳酸盐的水溶液中，形成二价铜的氨配合物，也能溶于酸，形成相应的铜盐。它具有热不稳定性，在加热至220时分解。同时，它对人体有毒，因为它能与人体胃液中的盐酸反应，生成的铜离子可引起重金属中毒，解毒的方法是饮用鲜牛乳或蛋清溶液。另外，碱式碳酸铜是铜表面上所生成的绿锈（俗称铜绿）的主要成分，在无机工业用于制造各种铜化合物，有机工业用作有机合成催化剂，电镀工业电镀铜锡合金作铜离子的添加剂。农业中用作黑穗病的防止剂，也可作杀虫剂（如波尔多液）。此外，利用铜离子特有的颜色，它还应用于烟火、信号弹、颜料生产等方面。在本实验第一个方案中，通过对碱式碳酸铜制备条件的探索和生成物颜色、状态的分析，研究反应物的合理配料比并确定制备反应合适的温度条件，具体操作是通过硫酸铜溶液与碳酸钠溶液在不同比例下混合反应获得一个合适的比例，再用最适比例溶液在不同温度下进行反应，获得一个最适温度。最后利用得到的最佳条件制备碱式碳酸铜，获得产物。关于第二个方案，因第一个方案中反应产物与温度、溶液的酸碱性等有关，因而同时可能有蓝色的2CuCO3Cu(OH)2、2CuCO33Cu(OH)2和2CuCO35Cu(OH)2等生成，使晶体带有蓝色，造成纯度的下降，用NaHCO3代替Na2CO3作为反应物，操作更为简单、反应快速、制得的产品外观良好、纯度高，且不用担心第一个方案中因温度控制不当造成产物变黑的问题，可应用于复杂实验，作为反应的中间产物，用它进行下面的实验，如制备甲酸铜。正文1 实验1.1 实验药品和试剂CuSO4、Na2CO3 和NaHCO3固体 、 Na2S2O3标准溶液、已知浓度的KI溶液、淀粉液 1.2 实验仪器恒温水浴箱、电子天平、烘箱、布式漏斗、抽滤瓶、量筒（10mL、100 mL）、胶头滴管、烧杯、试管、玻璃棒、研钵、电炉、滴定管、锥形瓶、铁架台。1.3 实验内容1.3.1利用Na2CO3溶液跟CuSO4溶液制备1.3.1.1探究浓度对反应的影响分别称取CuSO4和Na2CO3若干，配成一定浓度溶液，取八只小试管分成两组，其中4个试管各加入2mLCuSO4溶液，另外4个小试管分别加入1.6mL、2.0mL、2.4mL、2.8mLNa2CO3溶液，室温下依次将CuSO4溶液分别加入Na2CO3溶液的小试管中，轻轻摇荡，观察现象，实验结果记录在表1中。表1试剂 试管号 1 2 3 4CuSO4(mL) 2.0 2.0 2.0 2.0Na2CO3(mL) 1.6 2.0 2.4 2.8产物效果1.3.1.2探究温度对反应的影响在三个不同的恒温水浴箱中，各准备好两支试管，一支加CuSO4溶液，另一支加Na2CO3溶液，浸泡数分钟，使得试管内温度升至相应环境温度，此时将CuSO4溶液缓慢倒入Na2CO3溶液中（仍在水浴箱中进行操作），记录沉淀的颜色和体积变化在表2中。表2试剂 温度（） 室温 30 60 100CuSO4(mL) 2.0 2.0 2.0 2.0Na2CO3(mL) 2.4 2.4 2.4 2.4产物效果 1.3.1.3用最佳条件制取碱式碳酸铜分别称取12.5g CuSO4和5.3g Na2CO3溶解，准备简易水浴加热装置，用温度计控制温度在60，此时将两个小烧杯中的溶液快速混合，看到沉淀量不再增多后快速撤离热源，静置，待沉淀下沉后用倾笔法洗涤沉淀数次，抽滤，并用少量冷蒸馏水洗涤沉淀至无SO42-为止，抽干，置烘箱中烘干，称量，计算产率。1.3.2利用NaHCO3固体跟CuSO4固体制备称取4.2gNaHCO3，6.2gCuSO45H2O，先将固体研细，然后混合，投入100mL沸水中，搅拌，防止暴沸，反应完全后撤离热源，看到有草绿色沉淀生成。洗涤至不含硫酸根离子，抽滤至干，得到草绿色晶体该晶体的主要成分为CuCO3Cu(OH)2H2O1.3.3碱式硫酸铜的质量鉴定在实验中通常采用EDTA滴定法或碘量法对碱式碳酸铜进行质量鉴定，在这里我们主要讨论碘量法的具体操作过程。I-是中等强度的还原剂，可以用来测定的氧化态物质Cu2+的浓度，通过Cu2+的浓度可知样品中Cu的含量，进而得知样品的纯度，反应的方程式为：Cu2+ + 2e=Cu I2 + 2 S2O32-= 2 I- + S4O62- 。附：间接碘量法的反应条件和滴定条件： 酸度的影响 I2 与Na2S2O3应在中性、弱酸性溶液中进行反应。 （若在碱性溶液中：S2O32-+ 4I2 + 10 OH-= 2SO42-+ 8I- + 5H2O 、 3I2 + 6OH-=IO3-+ 5I- + 3H2O 若在酸性溶液中：S2O32-+ 2H+= 2SO2 + S+ H2O 、4I- + O2 (空气中) + 4H+= 2I2 + H2O ）防止 I2 挥发：加入过量KI（比理论值大23倍）与 I2 生成I3-，减少 I2挥发； 室温下进行； 滴定时不要剧烈摇动。 防止I- 被氧化 ： 避免光照日光有催化作用； 析出 I2后不要放置过久（一般暗处5 7min ）； 滴定速度适当快。具体操作过程如下： 在室温条件下，称取0.5g碱式碳酸铜样品，溶于20mL纯水，然后转移到锥形瓶中，然后加入2滴淀粉液作为待测液，用已知浓度的KI溶液滴定该反应直至反应终点，然后用 Na2S2O3标准溶液滴定析出的碘。通过硫代硫酸根离子的浓度与铜离子浓度之间的关系，可以间接求出Cu的含量，进而算出纯的碱式碳酸铜的理论值，与实际值比较，可以判断出碱式碳酸铜的质量。2 结果与讨论2.1利用Na2CO3溶液跟CuSO4溶液制备2.1 .1不同浓度比例对实验结果的影响实验结果如下：表1试剂 试管号1234CuSO4(mL) 2.0 2.0 2.0 2.0Na2CO3(mL) 1.6 2.0 2.4 2.8产物效果产物少一般良好差实验现象生成深蓝色的絮状沉淀生成蓝色絮状沉淀生成蓝色絮状沉淀深蓝色絮状沉淀 比较后可知当CuSO4和 Na2CO3的比例为2.0 mL：2.4 mL即1：1.2时效果最佳，制得的产品量多、色泽好、更接近绿色。经烘干后发现外部杂质较多，主要是CuCO3和Cu(OH)2，故颜色较深，呈蓝色，而内部则为美观的蓝绿色粉末状物质，证明该比例的确为最佳。 2.1.2 不同温度对实验结果的影响 实验结果见表2。 表2试剂 温度（） 室温 30 60 100CuSO4(mL) 2.0 2.0 2.0 2.0Na2CO3(mL) 2.4 2.4 2.4 2.4产物效果反应慢速度一般反应速度快产物有变黑现象可以看出当CuSO4和 Na2CO3的比例为2.0 mL：2.4 mL即1：1.2时效果最佳，速率适中，产物量多。2.2利用NaHCO3固体跟CuSO4固体制备在沸水的反应中可观察到剧烈的反应，产生大量气泡，且经过一段时间后沉淀发生颜色的改变，绿色变浅。总之，该方案反应快速、制得的产品外观良好、纯度高，呈现草绿色。3 结论第一个方案通过两组对比实验，对实验现象的观察，分别确定了制备碱式碳酸铜的最佳分配比以及最适温度，CuSO4溶液与Na2CO3溶液比例为1:2，实际中采用12.5gCuSO4、 5.3gNa2CO3且温度在60时，实验结果最佳。第二个方案，即应用NaHCO3和CuSO45H2O作为反应物，它操作简单、反应快速、制得的产品外观良好、纯度高，可应用