無機化學實驗之堿式碳酸銅的制備-設計實驗

堿式碳酸銅的制備一設計實驗(2人一組)一、 實驗目的與要求：通過堿式碳酸銅制備條件的探求和生成物顏色，狀態(tài)的分析，研究反應物的合理配料比并確定制備反應合適的溫度條件。培養(yǎng)獨立設計實驗的能力。二、 教學重點與難點：通過堿式碳酸銅制備條件的探求，培養(yǎng)獨立設計實驗的能力。三、 教學方法與手段：講授法；演示法四、 教學課時:4課時六、教學內容：［堿式碳酸銅的性質］:、天然孔雀石的主要成分，呈暗綠色或淡藍色，相對密度4.0,、加熱至200°C即分解、在水中的溶解度很小，溶于稀酸、氨水或堿金屬的氧化物。、新制備的試樣在沸水中易分解：Cu2(OH)2CO3=CuO『H2O+CO2f［實驗原理］2CuSO+2NaCO+HO=Cu(OH)COl+2NaSO+COf4 2 3 2 2 2 3 2 4 2堿式碳酸銅Cu2(OH)2CO3為暗綠色或淡藍綠色晶體。將銅鹽和碳酸鹽混合后，由于Cu(OH)2和CuCO3二者溶解度相近，同時達到析出條件，同時析出。［正交實驗］:科研生產中如何使用正交實驗確定反應條件的優(yōu)化？先固定濃度0.5/0.5,然后0°C，20°C，50OC，70OC，100OC，確定最佳溫度，然后在最佳溫度下，反應物料的配比1：1，1/2，1/3，1/4。反應物是用CuCl2/Cu(NO3)2/CuSO4?【實驗步驟】：一、 反應物溶液的配制配制0.5mol.L-1的CuSO4溶液和0.5mol.L-1的Na2CO3各100ml.注意觀察CuSO4和Na2CO3有無結晶水?？梢杂脽致耘渲?，不需用容量瓶！二、 反應條件的探求：例如：①、合適配比；②、溫度；③、反應物種類；④、反應時間1、 CuSO4和Na2CO3溶液的合適配比在四支試管中分別加入2.0ml，0.5mol.L-1CuSO4溶液，再分別取0.5mol.L-1Na2CO3溶液1.6ml，2.0ml，2.4ml，2.8ml依次加入另四支配號試管。將8支試管放于75OC恒溫水浴中。幾分鐘后，將CuSO4分別倒入Na2CO3溶液中，振蕩試管，比較各試管中沉淀生成的速度，沉淀的數量及顏色，從中得出何種比例為佳。注意：(1)、試管需要編號；、恒溫水浴鍋用溫度計測量溫度，因為儀器本身指示溫度不準確。、CuSO4分別倒入Na2CO3溶液中，混合后，振蕩試管后，仍需要放置到水浴鍋中加熱反應一段時間才能觀察到有效沉淀(降)，否則膠狀不容易觀察。2、 反應溫度的探求在三支試管中，各加入2.0ml，0.5mol.L-1CuSO4溶液，另取三支試管，各加入由上述實驗得到的合適用量的0.5mol.L-1Na2CO3溶液。將這兩列試管中各取一支，將它們分別置于50。。，100。。的恒溫水浴中，數分鐘后將CuSO4倒入Na2CO3中振蕩并觀察現象。（1） 、100OC的樣品直接由75OC加熱而成。節(jié)約能源！（2） 、75OC的不需要再做了，上面在探討合適的配比時已經做過了。（3） 、嚴格來講，還需做其它的溫度和其它的配比？本次選擇65°C作為最佳溫度。（4） 、沉淀完全的標志：上面一層達到澄清。溫度太低，反應速率很慢；溫度很高，不利于結晶和顆粒度的形成，同時有可能會分解產生CuO的黑色沉淀。因此溫度T小于100OC。三、堿式碳酸銅的制備取60ml，0.5mol.L-iCuSO4溶液，根據反應物合適比例及適宜溫度制取堿式碳酸銅。待沉淀完全后，用蒸餾水洗滌沉淀數次，直到沉淀中不含SO42-為止，吸干，100OC烘干。計算產率。在水中分解溫度很低，但在干態(tài)100°C還不會分解，所以產品可以用烘箱100OC烘干！【產品介紹】：若得到的產品是藍色是Cu（OH）2,只有綠色/藍綠色的才是產物。［自己所做的一些探討］:一、關于反應比例以下實驗，均取2.0ml0.5mol/LCuSO4溶液。將CuSO4倒入Na2CO3溶液中。均有大量氣泡產生，反應劇烈。（1） 、NaCO3取1.0ml。第一次：淡綠色晶體，I很細小，產量也少。與其余相比較量最少。第二次：不生成凝膠，為淡綠色晶體（略帶盛），上層清液為藍色，量最少，與第一次相比較，I顏色基本相同，溶液是淡藍，但I比第一次多。（2） 、Na2CO3取1.6ml。第1次：淡藍白色I，產量較大。徑放置24h，由原來的淡藍白色較為藍綠色細小I，在（1）到（4）中產量最多。（1）與（2）的清液都顯淡藍色，（1）更藍一點。第2次：淡藍白色I，未振蕩時局部有一黑色斑點，振蕩后消失，I產量較大，徑放置，I降到底點為淡藍色細小拓放置24h再看，仍為淡藍色I，產量很大（最），清液略顯藍色，與第1次比較，此次主顯淡藍色，看不到綠色。但第一次做的主要顯綠色，產量也沒第二次多。（3） 、Na2CO3取2.0mlo第一次：剛開始時生成I的顏色與（2）中第一次相近，經放置一會，由藍色轉為綠色細小脂產量較大。第二次：剛加入就生成藍白I，下部有黑色I量較多（未振蕩前），振蕩后為灰藍色I，經放置轉為細小的綠色I，產量較多。放置24h，沒變化。三次相比較，I顏色及溶液顏色分不出區(qū)別，但第2次的產量大于其他。第三次：不同上面的是，一經加入即振蕩沒有生成黑色，I為淡藍白色。放置一會也不變色。放入水浴中加熱煮沸，很快由淡藍轉為綠色拓放置24h，無多大變化。（4） 、Na2CO3溶液取2.6ml第一次：剛加入CuSO4時即刻生成藍綠色膠體，中間夾有褐色點，徑振蕩放置，褐色點消失，I為綠色與（3）中第一次相同。但產量比（3）少。第二次：即生成凝膠，下部為黑色上部為藍色，經振蕩為灰藍色，產量較大，放置1h左右，逐漸轉為綠色，但帶有灰色。放置24h顯綠色，與（3）第一次相比較，略帶藍色，產量比（3）一大，幾乎與（2）一差不多。第三次：來不及振蕩即上部藍下部黑I,振蕩后為灰藍色，產量大。經水浴加熱煮沸，變?yōu)榛液谏⒊两?。放?4h，主要顯灰土色，但帶有一點綠色。三次相比較，第一次產量少，色較第二次沉淀綠，第二次I量大，但綠中顯藍；第三次量大，但顯灰土色。（5）、Na2CO3溶液取3.8ml剛加入。uSO4時即生成凝膠，上部顯藍色，下部主要為黑色，經放置振蕩，凝膠轉為I且全為黑色。二、 關于溫度的影響0.5mol/L（2mlCuSO4+2.1mlNa2CO3）1、 將（5）中產生的I洗滌3次：（1） 黑1+2mol.L1HC1—溶液顯淡藍色漬液，有較多的小氣泡溢出。（2） 黑1+2mo1.L1H2SO4—l立即溶解，淡藍色透明液，有大量小氣泡放出。（3） 將黑I烘干，外焰加熱一會，再加2MHC11溶解為淡色液，但沒有看到有氣泡溢出。2、 2ml0.5mol/LCuSO4+3mol2MNaOH沸水浴立即生成褐黑色凝膠，顏色比上述顏色深得多。（1） 褐黑膠狀1+2MHC1—1溶解，為淡藍色透明液，無小氣泡放出。（2） 褐黑膠狀1+2MH2SO4—現象同上，淡藍色。［結論］：黑色I應是CuO.Cu（OH）2和CuCO3對熱不穩(wěn)定，易受熱分解。三、 反應時間從學生實驗過程來看，將反應比及時間固定下來后制備堿式碳酸銅，幾乎全部學生得到的是藍色膠狀I，混合后也不再攪拌而是等待一會后抽濾，產品為深藍色不再轉變。我讓部分學生保持加熱條件下攪拌，大多得到淡綠色細小拓最特別的是：一個學生產品為暗藍色，我使之墊石棉網△，不到10mm，轉變?yōu)樯罹G色I并沉降至燒杯底部?？傊?，混合后必須加熱一段時間?！舅伎碱}】：反應溫度，配比對實驗的影響？答：反應溫度的高低，反應配比的大小會影響反應的速度以及生成沉淀的多少，并且在100°C以上時，新生成的沉淀容易分解。Na2CO3溶液倒入CuSO4溶液時，結果會有何不同？答：兩者可能發(fā)生的反應：a:2N^CO+CuSO+2HO=Cu（OHL；+N^SO+NaHCO.b:2N^CO+CuSO+3HO=CuCO3-N^CO/3HQI+N^SO.c:2N^CO+2CuSO+HO=Cu（OHkCOl+2Na°SO+COTd:12N^CO+7CuSO+10HO=2CuCO-5Cu（OHL；+7N^SO+10NaHCO.反應溫度在什么時候會出現褐色產物？這種物質是什么？答：褐色物質是新制的堿式碳酸銅分解出來的氧化銅，在溶液沸騰的時候會出現。應物的種類、反應進行的時間等因素是否會對產物的質量會有影響？答：有影響，因為反應進行的程度與反應時間直接有關，反應的種類直接影響生成物的組成。自行設計實驗，測定產物銅及碳酸根的含量，從而分析所制得堿式碳酸銅的質量。答：首先通過堿式碳酸銅的分解反應Cu/OHJCq=CuO+H2O+CO2可以知道生成的堿式碳酸銅的物質的量，其次通過測定氧化銅的還原反應可以知道生成銅的物質的量CuO+H2=Cu+H2O,通過這兩個實驗可以求出銅和碳酸根的含量。【補充資料——若干方法制備堿式碳酸銅】1、 由NaCO-10HO跟CuSO?5HO反應制備2 3 2 4 2、根據CuSO跟NaCO反應的化學方程式進行計算，稱取14gCuSO-5HO,16gNaCO-10HO(或4 2 3 4 2 2 3 26g無水NaCO)；、用研缽分別研細后再混合研磨，此時即發(fā)生反應，有產生氣泡的聲音，而且混合物吸濕很厲害，很快成為“粘膠狀”；、將混合物迅速投入200mL^水中，快速攪拌并撤離熱源，有藍綠色沉淀產生；、抽濾，用水洗滌沉淀，至濾液中不含SO2-為止，取出沉淀，風干，得到藍綠色晶體。該方法制得的晶體，主要成分是Cu(OH)CO，因反應產物與溫度、溶液的酸堿性等有關，因而同時可能有藍色的2CuCO-Cu(OH)、2CuCO?3Cu(OH)和2CuCO?5Cu(OH)等生成，使晶體帶有藍色。TOC\o"1-5"\h\z32 3 2 3 2如果把兩種反應物分別研細后再混合(不研磨)，采用同樣的操作方法，也可得到藍綠色晶體。2CuSO+2NaCO+HO=Cu(OH)COl+2NaSO+COf4 2 3 2 2 2 3 2 4 2250(含結晶水)286(含結晶水)22214 16 12.4g2、 由Na2CO3?10H2O跟CuSO4?5H2O反應制備根據CuSO4跟Na2CO3反應的化學方程式。2CuSO4+2Na2COa+H2O==Cu2(OH)2CO盤+2Na2SO4+CO崩進行計算，稱取14gCuSO4?5H2O，16gNa2CO3?10H2O,用研缽分別研細后再混合研磨，此時即發(fā)生反應，有磁磁”產生氣泡的聲音，而且混合物吸濕很厲害，很快成為“粘膠狀”.將混合物迅速投入200mL沸水中，快速攪拌并撤離熱源，有藍綠色沉淀產生.抽濾，用水洗滌沉淀，至濾液中不含SO42-為止，取出沉淀，風干，得到藍綠色晶體.該方法制得的晶體，它的主要成分是Cu2(OH)2CO3,因反應產物與溫度、溶液的酸堿性等有關，因而同時可能有藍色的2CuCO3-Cu(OH)2>2CuCO3-3Cu(OH)2和2CuCO3-5Cu(OH)2等生成，使晶體帶有藍色.如果把兩種反應物分別研細后再混合(不研磨)，采用同樣的操作方法，也可得到藍綠色晶體.3、 由Na2CO3溶液跟CuSO4溶液反應制備分別稱取12.5gCuSO4-5H20,14.3gNa2CO3-10H2O,各配成200mL溶液(溶液濃度為0.25mol?L-1).在室溫下，把Na2CO3溶液滴加到CuSO4溶液中，并攪拌，用紅色石蕊試紙檢驗溶液至變藍為止，得到藍色沉淀.抽濾，用水洗沉淀，至濾液中不含SO42-為止，取出沉淀，風干，得到藍色晶體.該晶體的主要成分為5CuO?2CO2.如果使沉淀與Na2CO3的飽和溶液接觸數日，沉淀將轉變?yōu)镃u(OH)2.如果先加熱Na2CO3溶液至沸騰，滴加CuSO4溶液時會立即產生黑色沉淀.如果加熱CuSO4溶液至沸騰時滴加Na2CO3溶液，產生藍綠色沉淀，并一直滴加Na2CO3溶液直至用紅色石蕊試紙檢驗變藍為止，但條件若控制不好的話，沉淀顏色會逐漸加深，最后變成黑色.如果先不加熱溶液，向CuSO4溶液中滴加Na2CO3溶液，并用紅色石蕊試紙檢驗至變藍為止，然后加熱，沉淀顏色也易逐漸加深，最后變成黑色.出現黑色沉淀的原因可能是由于產物分解成CuO的緣故.因此，當加熱含有沉淀的溶液時，一定要控制好加熱時間.4、 由NaHCO3跟CuSO4?5H2O反應制備稱取4.2gNaHCO3，6.2gCuSO4-5H2O,將固體混合(不研磨)后，投入100mL沸水中，攪拌，并撤離熱源，有草綠色沉淀生成.抽濾、洗滌、風干，得到草綠色晶體.該晶體的主要成分為CuCO3_Cu(OH)2-H2O.5、 由Cu(NO3)2跟Na2CO3反應制備將冷的Cu(NO3)2飽和溶液倒入Na2CO3的冰冷溶液(等體積等物質的量濃度)中，即有堿式碳酸銅生成，經抽濾、洗滌、風干后，得到藍色晶體，其成分為2CuCO3?Cu(OH)2.由上述幾種方法制得的晶體顏色各不相同.這是因為產物的組成與反應物組成、溶液酸堿度、溫度等有關，從而使晶體顏色發(fā)生變化.從加熱分解堿式碳酸銅實驗的結果看，由第一種方法制得的晶體分解最完全，產生的氣體量最大.6、 2CuSOl+4NaHCO=CuCO-Cu(OHk+2NaSO,+3CO+HO4 3 3 22422將125gCuSO4?5H2O與95gNaHCO3混合研細，將混合物分次少量地加入到工沸水中并不斷攪拌。此時有CO2放出。加料完畢后煮沸10?15min，吸濾I，用水洗至無硫酸根為止，于80?100°C干燥得產品，產量48—50g。用途：銅鹽制造，油漆顏料，煙火制造。用作殺蟲劑，固體熒光粉激活劑。避光密存。2CuSO4+4NaHCO CuCO-Cu(OH)2+2Na2SO4+3CO2+H2O24125/249.68=0.5mol 95/84.007=1.13mol實際物料比：CuSO4/NaHCO3=0.5/1.13=1/2.3<1/2(MCuSO4.5H2O=249-68 MNaHCO3=84.007)7、 (蘇)M.E，波任等著《無機鹽工藝學》上，416，化學工業(yè)出版社，19802CuSO+2N^CO+H°O==Cu(OHL-CuCO+2N^Sa+COfCuSO4與純堿作用可制得堿式碳酸銅。因溫度和其他沉淀條件不同，或是生成青色的2CuCO3?Cu(OH)2。或是生成綠色的CuCO3-Cu(OH)2o溶液混合時，最初析出青色的膠狀，然后變成組成為CuCO3?Cu(OH)2?XH2O的綠色結晶。為了制得這種組成的產品，應使?jié)舛瘸蔀?mol,L1的原料溶液，按Na2CO3：CuSO4==1.1：1的比例