从铜制备二水合氯化铜

1、从铜制备二水合氯化铜鞠鹏程 化院 111130051摘要：通过以铜为原料，制备碱式碳酸铜为中间产物的方式，制备二水合氯化铜。文章通过讨论分析该实验过程中的现象，提出了部分改进措施。并通过与工业制法比较，分析了两者的优缺点。关键词：CuCl2H2O Cu 碱式碳酸铜 制备引言：CuCl2·2H2O 摩尔质量170.47，为淡蓝色结晶，单斜晶系。在潮湿空气中易潮解，在干燥空气中也易风化。易溶于水、氯化铵、丙酮、醇及醚中。从氯化铜水溶液生成结晶时，在299315K得二水盐，在288K以下得四水盐，在288298.7K得三水盐，在315K以上得一水盐。有毒，应密闭贮存。 该物质可用于制玻璃、

2、陶瓷、颜料、消毒剂、媒染剂、食品添加剂、催化剂(如烃的卤化以及许多有机氧化反应)。用于金属提炼、木材防腐、照相、氧化剂、净水等。一般工业生产方法：1盐酸法 用盐酸溶解氧化铜或碳酸铜，再经浓缩、结晶而得。 2合成法 将氧气在填料塔中与铜粒反应，经冷却结晶而得。将一定量的氧化铜逐渐加入盐酸中，边加边搅拌，发生下列反应 ：CuO + 2HCl CuCl2 + H2O当溶液pH为2，浓度3537°Be时，反应完毕，静置澄清，清液中加入次氯酸钠，使二价铁氧化成三价铁，水解过滤除去。母液浓缩至出现晶析为止，再经冷却结晶、离心分离，并于333343K下干燥16小时左右，即得成品。1.实验部分1.1

3、主要试剂及仪器试剂：6mol/L盐酸20ml，6mol/L HNO330ml，蒸馏水，5gCu片，100ml饱和Na2CO3溶液。仪器：250ml、100ml烧杯，干燥箱，加热装置，蒸发皿，表面皿。1.2实验方法硝酸铜的制备将在通风橱中，将5g铜片加入到250ml烧杯中，再向烧杯中加入30ml 6mol/LHNO3，待反应缓和后盖上表面皿，水浴加热，若反应20分钟后烧杯中仍有铜片剩余，可补加少量6mol/LHNO3硝酸，直至铜片完全溶解。3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO+4H2O 碱式碳酸铜的制备待溶液冷却，逐渐加入饱和Na2CO3溶液(10g/100ml)。至沉淀完全，将所得沉

4、淀抽滤得到浅蓝色碱式碳酸铜固体，并用蒸馏水洗涤6-7次。Cu(NO3)2+Na2CO3+ H2OxCuCO3·yCu(OH)2+NaNO3 氯化铜晶体的制备将得到的沉淀放入100ml烧杯中，加入20ml6mol/LHCl，溶解沉淀，水浴蒸发结晶。当有晶膜出现时，停止加热，冷却结晶，将晶体抽滤，微热干燥至浅蓝色。称重，将晶体保存在广口瓶中，贴标签。 xCuCO3·yCu(OH)2+HClCuCl2+CO2+H2O产物分析称取0.1000g样品，溶于水，加15mlNH3-NH4Cl缓冲溶液（PH10）及0.2g红紫酸铵混合指示剂，用0.02mol/L EDTA标准溶液滴定至溶液

5、呈紫蓝色。1.3实验结果制备结果（表1 实验产物统计表）产品原料（Cu）质量理论产量实际产量产率CuCl2·2H2O5g13.41g7.20g57.79%产率较为理想。分析结果（表2 产物纯度分析表）序号12产品质量（g）0.3628C(EDTA)（mol/L）0.02081V(初)（ml）0.000.12V(末)（ml）24.1224.27V（ml）24.1224.15(CuCl2·2H2O)94.34%94.46%(CuCl2·2H2O)94.40%相对相差1.27*10-3纯度有待提高。2.结果讨论2.1铜与硝酸的反应过程中，反应液为褐色原因可能是溶液中氧化

6、剂少了。反应过程中，由于还有未反应的铜存在，发生了下列反应 ：Cu + Cu2+ 2Cu+在Cu2+和Cu+的混合液中，形成了Cu()和Cu()混合价态的二聚或多聚配离子，如Cl-Cu-Cl-CuCl2(H2O), 一般具有混合价态的物质的颜色比单一氧化态的物质的颜色深而重，因此溶液呈褐色。此时加适量氧化剂后溶液变为绿色。2.2成本估算（表3 实验药品用量及价格统计表）药品纯度剂量单价用量(产量)价格CuAP500g40元5g0.4元CuCl2·2H2OAP500g43元7.20g0.62元Na2CO3CP500g9元10g0.18元HCl35%-38%500ml5.5元18ml0.

7、20元HNO365%-68%500ml7.5元20ml0.30元成本耗费：0.4+0.18+0.20+0.30=1.08元产品价格：0.62元利润：0.62-1.08=-0.46元由于操作的一些问题以及用量的浪费，造成不能盈利。2.3关于碱式碳酸铜的制备本实验的第二步，制备碱式碳酸铜是确保保留大量铜元素的关键步骤。若在此步骤中残留大量铜离子在溶液中，则势必造成最终产物CuCl2·2H2O的损失。在形成碱式碳酸铜沉淀时可通过多次分离沉淀加入饱和碳酸钠，促进Cu2+的沉淀（表4 PH值与液体中Cu2+浓度的关系 g/L）pH值4.04.55.05.56.06.57.07.5Cu2+19.

8、511.05.11.80.30.51.94.5表4数据表明，pH值对液体中Cu2+离子浓度有重要影响，pH值过小，残余的Cu2+多，沉淀不完全，铜的回收率低;pH值过大，生成的沉淀部分溶解，铜的回收率也低。pH值应控制在6.0-6.5范围内最适宜。但在具体操作时，由于加入饱和碳酸钠，无法达到该范围，因此可以在产生大量沉淀后先过滤，洗沉淀，再微微蒸发滤液，在滤液中再加饱和碳酸钠溶液，使Cu2+充分沉淀。2.4蒸发干燥时生成无水CuCl2在最后的干燥步骤中，由于部分溶液受热不均匀，结晶后易失水生成红褐色的无水CuCl2晶体，附着在蒸发皿的边缘，可在未结晶之前，用玻棒将无水CuCl2拨进溶液中，稍微

9、搅拌，使其溶解否则会造成最终产量的损失。如最终产物干燥后，失水过多，也可补加少量水，重新干燥。2.5与工业制法的比较工业上制备氯化铜时，是将浓盐酸用蒸气加热至80左右，慢慢加入粗制CuO粉（含有杂质FeO）用浓盐酸溶解，得到的氯化铜溶液中含有一定量的Fe2+。盐酸法生产流程如图1所示。2.5.1在工业生产中，CuO较碱式碳酸铜易制的，可直接利用空气做为氧化剂，而不需像本实验用较贵的硝酸作为氧化剂。由于，本实验中，所用的样品较为理想，相较而言，工业制法较为成熟，成本也更加低廉。2.5.2本实验方案生成的中间产物为较纯的碱式碳酸铜，有较高的经济价值，可用于制油漆颜料、烟火、杀虫剂、其他铜盐和固体荧

10、光粉激活剂等，也用于种子处理及作杀菌剂等，也用作颜料。因此改中间产物可直接作为企业产品。当产品销售市场出现波动时，可以调节碱式碳酸铜和二水合氯化铜的生产分配，来应对市场的供需改变。2.5.3本实验由于使用硝酸作为氧化剂，因此会产生污染物氮氧化物。相较而言，工业制法污染较轻。但是如果采取适当措施，也可避免污染产生，由于产生的氮氧化物易溶于水，可回收废气，用氧气氧化，重新生成硝酸，如此便可重复利用。也有效解决了污染问题。2.6关于产品纯度分析结果显示，产品纯度不到98%，为达到AP。分析其原因，有如下几点：由于碳酸钠溶液饱和且过量，碱式碳酸铜表面附着大量的碳酸钠晶体，由于碱式碳酸铜固体粘稠，较难洗

11、涤，虽经水洗多次，亦难洗净表面的碳酸钠。因而在最终的产物中可能混有部分的氯化钠晶体。由于CuCl2·2H2O在潮湿空气中易潮解，在干燥空气中也易风化。而从氯化铜水溶液生成结晶时，在299315K得二水盐，在288K以下得四水盐，在288298.7K得三水盐，在315K以上得一水盐。因为，实验条件限制，干燥时无法完全准确控制干燥温度，所以在二水合盐中，也肯定混有多水合盐或无水盐。3.结论经本次实验，可初步认为，将铜单质氧化制备碱式碳酸铜，再用来制备二水合氯化铜的方案基本可行。参考文献：【1】杭州大学化学系等合编. 分析化学手册. 第二分册，化学工业出版社，1979。【2】L.A.Dean. Lange's Handbook of chemistry, McGraw-Hill Book Compan