王秀琴

自制教具探索硫酸铜的制备

王秀琴

一、传统制备方法

依据相关资料查得，目前用铜制备硫酸铜的方法主要有以下几种：

1.浓硫酸溶解法

主要原料：铜、浓硫酸。

生产原理：利用浓硫酸的强氧化性将铜氧化生成硫酸铜，并产生相同物质的量的二氧化硫。

化学方程式：

优点：生产工艺简洁。

缺点：会产生SO2有害气体，且原料利用率低，污染环境。

2.高温焙烧氧化溶解法

主要原料：铜、稀硫酸。

生产原理：先将铜在焙烧炉中焙烧，生成氧化铜，再用稀硫酸溶解氧化铜，而制得硫酸铜。

化学方程式：

优点：原料利用率高，污染小。

缺点：铜活泼性较弱，温度较低时氧化速率慢，反应不彻底。

3.浓硝酸溶解硫酸置换法

主要原料：浓硝酸、铜、浓硫酸。

生产原理：利用难挥发性酸制挥发性酸。

化学方程式：

Cu(NO3)2+H2SO4(浓)CuSO4+2HNO3↑

优点：反应速度快，反应条件要求低。

缺点：原料消耗高，污染严重。

4.电解法

主要原料：铜、稀硫酸、石墨。

生产原理：利用电解池的原理，以铜作阳极，石墨作阴极，硫酸作电解质，制取硫酸铜。

优点：生产工艺简洁，无污染。

缺点：消耗大量电能。

将②式乘以2与①式相加，就得到一个预先添加了氧气的化学反应方程式：

二、理论改进

用高温焙烧氧化溶解法制取硫酸铜的过程分两步进行，过程烦琐。经仔细研究发现，只要利用好高温焙烧氧化溶解法的原理，可以简化过程，节约资源。理论分析如下：

这样从理论上就得到了一个过程简单、原料利用率高的方法。但实际是否可行还需通过试验来验证。

三、方法探索

1.实验一：参与反应的氧气由空气提供

(1)实验药品：铜(过量)、稀硫酸。

(2)实验仪器：三口圆底烧瓶、铁架台、酒精灯、石棉网、温度计、安全瓶、导管、二连球、托盘天平。

(3)实验过程：

①按图1所示组装仪器，并检查装置气密性。

图1

②先将铜片放入圆底烧瓶，再取6 mol/L的稀硫酸加入圆底烧瓶中，至淹没铜片。

③点燃酒精灯加热，挤压二连球，向圆底烧瓶中缓慢通入空气。

④待反应完全后，熄灭酒精灯，冷却，取出铜片，称量剩余铜片的质量。改用不同浓度的硫酸和温度，重复上述过程。

(4)数据处理(见表1)：

表1

(5)结论：铜、稀硫酸、氧气在加热条件下，不能生成硫酸铜。

2.实验二：利用双氧水分解提供氧气

(1)实验药品：铜、稀硫酸、双氧水(30%)。

(2)实验仪器：三口圆底烧瓶、铁架台、酒精灯、石棉网、温度计、导管、安全瓶、二连球、托盘天平。

(3)实验过程：

①安装好仪器，装置简图同实验一，并检查装置气密性。

②先将铜片放入圆底烧瓶，分别加入适量稀硫酸与少量30%的双氧水，然后进行加热。

③反应完成后，熄灭酒精灯，冷却，过滤，称量剩余铜片的质量。

(4)数据处理(见表2)：

表2

(5)结论：铜、稀硫酸、双氧水在加热条件下，也不能生成硫酸铜。

3.实验三：在浓硝酸作催化剂时，实现铜、氧气、硫酸转化为硫酸铜

(1)实验药品：铜、稀硫酸、硝酸、NaOH溶液。

(2)实验仪器：圆底烧瓶、铁架台、酒精灯、石棉网、温度计、安全瓶、导管、二连球、托盘天平。

(3)实验原理：

③式加④式可得：

可知在加入催化剂硝酸后会生成NO2有害气体。

将⑤式乘以2加⑥式可得：

(4)实验过程：

①安装好仪器(如图2所示)，并检查装置气密性。

图2

②先将铜片放入圆底烧瓶，然后分别加入稀硫酸和硝酸。

③点燃酒精灯。

④反应完全后，熄灭酒精灯，冷却，过滤，称量剩余铜片的质量。

(5)数据处理(见表3)：

表3

(6)结论：

在浓硝酸作催化剂、加热的条件下，用铜、氧气、硫酸制取硫酸铜，原料利用率高，生产过程无污染。选择合适的温度、合适浓度的硫酸，并加入理想的载氧剂(本文选用双氧水)，就可以找到一条完美的制备途径。

[1] 高灿柱,姜力夫,刘西德.硝酸催化法制取硫酸铜[J].化学世界,1995(3):125-126.

[2] 王之春.用废铜线制取硫酸铜[J].小作家选刊•教学交流,2011(10):215.

(本栏责任编辑/叶梅)

2012-02-29

王秀琴，本科，中教一级。

山东省淄博实验中学。