从铜制备二水合氯化铜说课材料Word格式.docx
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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35~37°
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333~343K下干燥16小时左右,即得成品。
1.实验部分
1.1主要试剂及仪器
试剂:
6mol/L盐酸20ml,6mol/LHNO330ml,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
1.2.1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30ml6mol/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
1.2.2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+H2O→xCuCO3·
yCu(OH)2+NaNO3
1.2.3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+HCl→CuCl2+CO2+H2O
1.2.4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/LEDTA标准溶液滴定至溶液呈紫蓝色。
1.3实验结果
1.3.1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
2H2O
5g
13.41g
7.20g
57.79%
产率较为理想。
1.3.2分析结果
(表2产物纯度分析表)
序号
1
2
产品质量(g)
0.3628
C(EDTA)(mol/L)
0.02081
V(初)(ml)
0.00
0.12
V(末)(ml)
24.12
24.27
△V(ml)
24.15
(CuCl2·
2H2O)
94.34%
94.46%
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(Ⅰ)和Cu(Ⅱ)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
Cu
AP
500g
40元
0.4元
43元
0.62元
Na2CO3
CP
9元
10g
0.18元
HCl
35%-38%
500ml
5.5元
18ml
0.20元
HNO3
65%-68%
7.5元
20ml
0.30元
成本耗费:
0.4+0.18+0.20+0.30=1.08元
产品价格:
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4PH值与液体中Cu2+浓度的关系g/L)
pH值
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
7.5
Cu2+
19.5
11.0
5.1
1.8
0.3
0.5
1.9
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:
2.6.1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。
2.6.2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299~315K得二水盐,在288K以下得四水盐,在288~298.7K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。
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【5】傅献彩主编.大学化学.下册,高等教育出版社,1999。
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