化学论文——.doc

用精炼铜废液合成CuCl的工艺路线如下：电解铜废液中主要含有金属离子，例如铁元素、镍元素、铜元素等等。这一系列的反应，就是利用废液中的铜元素来制备CuCl。这个工艺在化学化工上应用很广，对于CuCl的合成过程，包含很多化学原理，化学知识，以下便是我的分析。首先，工艺的背景知识，这个铜族元素有什么性质呢？为什么会用于化学化工生产？在自然界中铜的分布很广泛，蕴藏量居第22位。到目前为止已发现160多种铜矿石，它们以三种形式存在于自然界：单质（极少）、含氧化合物、如赤铜矿（）、黑铜矿(CuO)、孔雀石()等；第三种是含硫化合物，如辉铜矿、铜蓝、黄铜矿。其中黄铜矿占地球全部铜矿蕴藏量的50%，是铜的主要来源。铜族元素的电子层结构与IA主族的外层的电子数相同，都是，而次外层的电子数不同，IA族为8电子结构。铜族的电负性、第一电离能均比碱金属大，铜族的电荷多，原子半径和离子半径小，核对外层电子的吸引力大。接下来看第一步反应过程，。这一步主要化学原理是氧化还原反应，铁屑作为还原剂，将铜离子从游离态转化成单质，反应的条件较温和，反应式为、，铁屑的表面积较小，可惜增大物质反应接触面积，从而加快反应速率，而不是用铁块。第二步。，常温下，铜在干燥空气中较稳定，仅在表面生成一层厚度约为0.10.3um，但不影响铜特征紫红光光泽的氧化亚铜薄膜，加热温度在1000以下，铜与空气中的氧气反应生成黑色CuO。其反应式。焙烧的温度控制在1273K左右，而且可以利用空气中的氧气，当然这种反应对于反应容器的耐温性能要求很高，不过对于化学上的技术要求，现在完全不成问题。当然目前工业上也采用铜粉氧化法制备CuO.将铜灰加入焙烧炉，加热氧化，除去铜灰中水分和有机杂质。经冷却、粉碎后在氧化炉内进行二次氧化，得到粗制的CuO。此过程也有。若想得到精制CuO，将粗品CuO及1:1的加入反应器，加热，且不断搅拌，反应至液体的密度增加一倍，PH达23时反应完成，得到液体。放置澄清，清夜输入置换器中，加入铁刨花，在加热及搅拌下置换出铜粉，反应如下：。将Cu粉过60，目筛，且用热水洗涤至无和铁质。经离心分离、干燥，得到纯Cu粉，纯Cu粉置焙烧炉内，在723K下焙烧8h。冷却后粉碎至100目，在氧化炉中再氧化，可得精制CuO成品。在置换和洗涤Cu粉时，会产生大量低浓度的酸性气体和硫酸亚铁废液，要回收利用。铜粉氧化法制备CuO的流程如图所示。第三步，。该反应是复分解反应，在浓盐酸的作用下，使氧化铜固体溶解并使在溶液中与结合，产物是。卤化铜随阴离子变形性的增大，颜色由白、棕、黑逐渐加深。无水为棕黄色固体，二水合是绿色晶体，能溶于水、乙醇、乙醚等溶剂。很浓的呈黄色，很稀的水溶液呈蓝色，而的浓溶液一般为绿色，这是由于在水溶液中存在如下平衡：稀溶液中是以蓝色的为主，很浓的浓溶液中是以黄色的配离子为主，而浓溶液中则和两种离子并存，所以呈现绿色。加热无水氯化铜可分解：第四步，。该反应是氧化还原反应，又可称做归中反应。这一步反应也是该工艺的核心步骤，最后产物的产率取决于这一步反应的反应程度。铜粉有还原性，在此作还原剂，饱和NaCl溶液是增大了的浓度。因此可促使。与的相互转化可以进一步解释，在水溶液中，简单的离子不稳定，易发生歧化反应。在水溶液中，由于离子的水合热为-2121，离子的水合热为，因此，在水溶液中离子不如离子稳定，易发生歧化反应。如将溶于中，生成的会立即歧化为和Cu，这也可由酸性介质中铜的元素电位图加以分析： 由于，因此，离子歧化为和Cu，在298K时，此反应的标准平衡常数为： 即 由于值很大，所以达到平衡时，反应进行完全。充分证明在水溶液中离子不能稳定存在，而却能稳定存在。另外，根据关系，可进一步算出水溶液中与的关系。有两种情况：当水溶液中离子浓度较大时，上述平衡会向生成离子方向移动，离子就发生歧化，促使溶液中浓度增大；当水溶液中降低时，上述平衡会向生成离子方向移动，促使溶液中下降，而离子相对可稳定存在。上述原理论述应用于此反应，也就是将溶液、浓盐酸和铜屑共煮，可得到配离子： 在此配合物的水溶液里，假设时，则：根据铜的元素电位图及，可得到下面电位图中有关电极电势值： 由于,故配离子不发生歧化，能稳定存在水溶液中。第五步，根据上述反应所得溶液，加入水后，使溶液稀释，离子浓度降低，搅拌后析出不溶的沉淀： K=17。产物CuCl，白色立方结晶或白色粉末（见右图）。相对密度4.14。熔点430。沸点1490。微溶于水，水溶性：0.06 g/L (25)，溶于氨水生成络合物，溶于浓盐酸生成，亦可溶于硫代硫酸钠溶液，NaCl溶液和KCl溶液生成相应配合物，不溶于乙醇。露置于空气中易被氧化为绿色的高价铜盐，见光则分解，变成褐色。在干燥空气中稳定，受潮则易变蓝到棕色。熔融时呈铁灰色，露置空气中迅速氧化成碱式盐，呈绿色。遇光变成褐色。在热水中迅速水解生成氧化亚铜水合物而呈红色，与强酸缓慢反应。CuCl的盐酸溶液能吸收一氧化碳而生成复合物氯化羰基亚铜（有毒！），加热时又可将一氧化碳放出，若有过量的存在，该溶液对CO的吸收几乎是定量的，所以此反应在气体分析中可用于测定混合气体中CO的量。CuCl是共价化合物，其熔体导电性差。测定其蒸气的相对分子质量，证实它的分子式应是，通常将其化学式写成CuCl。我认为，由于该反应在前几步的反应过程中有铁杂质的引入，吸附在氯化亚铜上，用盐酸可以防止带入铁杂质，而且从上面分析知和会相互水解，所以盐酸还可以减少CuCl的溶解损失。在干燥的步骤里，也能从上面分析中知道，为防止CuCl的受热时会发生歧化反应产生Cu和CuO,所以通过保护下来加热干燥。而且影响氯化亚铜产率的影响因素上面已经分析了一部分，其实还有关键部分就是和的反应物是否定量反应完全。这个化工反应全过程是通过一系列小的反应组合，包含大大小小的反应原理，容纳的知识需要从基础开始，所以想要弄清楚最终反应产率，必须知道整个过程的关键地方，没有哪一步反应不需要详细编排，都是需要提前周密计划和搭配，然后采取正确的处理方法，最后才能为成果的展现出力。这个化工对生产生活有着巨大的作用，