硫酸銅的提純及產(chǎn)品質(zhì)量和性能的分析

1、.,硫酸銅的提純及產(chǎn)品質(zhì)量和性能的分析,.,（一）硫酸銅的提純,.,實驗?zāi)康?1、學(xué)習(xí)化學(xué)實驗室的基本操作：溶解、攪拌、加熱、過濾、蒸發(fā)、結(jié)晶、抽濾等； 2、復(fù)習(xí)臺秤、煤氣燈和研缽的操作； 3、掌握可溶性物質(zhì)的重結(jié)晶提純方法。,.,實驗原理,利用不同物質(zhì)在同一種溶劑中的溶解度不同的性質(zhì)，可將含有不溶性雜質(zhì)和可溶性雜質(zhì)的物質(zhì)提純。粗硫酸銅（膽礬CuSO45H2O）中含有不溶性雜質(zhì)和可溶性雜質(zhì)，其中可溶性雜質(zhì)中以Fe3+ 、Fe2+對(如FeSO4,Fe2(SO4)3)硫酸銅的品質(zhì)的影響較大，并且含量也較高。 提純操作中，先將粗CuSO45H2O溶于熱水中，用氧化劑H2O2將Fe2+ 氧化成Fe3

2、+后，調(diào)節(jié)溶液的PH值至4，使Fe3+水解為Fe(OH)3沉淀，趁熱過濾，以除去不溶性雜質(zhì)。然后，蒸發(fā)濃縮所得的溶液，使CuSO45H2O結(jié)晶出來。其它微量可溶性雜質(zhì)在硫酸銅結(jié)晶時，因為量比較少，尚處于飽和狀態(tài)，故留在母液中，當(dāng)將其抽濾時，就可以得到較純的硫酸銅晶體。,.,上面這種物質(zhì)的提純方法叫重結(jié)晶法，此法適合提純在某一溶劑 中不同溫度下溶解度變化較大的物質(zhì)。欲得更純的晶體可以多次重結(jié)晶。 本實驗采用沉淀分離法和重結(jié)晶法結(jié)合，將硫酸銅提純。有關(guān)分離部分的反應(yīng)式為： 2FeSO4+H2O2+H2SO4 Fe2（SO4）3+H2O Fe3+H2O Fe（OH）3 +H+ 控制PH值約為4的原因

3、如下：由于溶液中的Fe3+ 、 Fe2+ 、Cu2+ 水解時均可生成氫氧化物沉淀，但這些氫氧化物 (Fe(OH)2 ， Fe（OH）3 ,Cu(OH)2) 的沉淀條件是不同的。根據(jù)沉淀理論，它們 產(chǎn)生沉淀和完全淀所需要的OH-1濃度（即PH值）是不同的。當(dāng)PH=4時， Fe2+ 、 Cu2+均不發(fā)生沉淀，而Fe3+已完全沉淀。為了使 Fe2+也除去，可以將其氧化成 Fe3+ 。,.,操作要點,1、稱量和溶解 將粗硫酸銅用研缽研細(xì)，用臺秤稱取4g已研細(xì)的粗硫酸銅，放 入已洗滌清潔的100ml燒杯中。用量筒量取10ml去離子水，將 水加入上述燒杯中，然后把燒杯放在石棉網(wǎng)上小火加熱，并用 玻璃棒攪拌

4、。當(dāng)硫酸銅完全溶解時，立即停止加熱。 2、沉淀 往溶液中加入幾滴稀硫酸酸化，再加入2ml左右3% H2O2 溶液，微微加熱，使其充分反應(yīng)。然后逐滴加入1mol/L NaOH 溶液，開始時可以快加，快到PH值等于4時，應(yīng)邊加邊檢驗PH值，直到 PH=4 。（用PH試紙檢驗。在用PH試紙檢驗溶液的酸堿性時，應(yīng)將小塊試紙放在干燥的清潔表面皿上，用玻璃棒蘸取檢驗溶液，滴在試紙上，切不可將試紙投入溶液中檢驗）。,.,3、過濾 可用常壓和減壓兩種方法之一進行過濾。 常壓過濾 將折好的濾紙放入漏斗中，用滴管滴加少 量的去離子水潤濕濾紙，使之緊貼在漏斗壁上。將漏斗放在 漏斗架上，將步驟2中調(diào)好PH值的硫酸銅溶

5、液加熱并趁熱過 濾。濾液承接在清潔的蒸發(fā)皿中，用滴管以少量的去離子水 淋洗燒杯和玻璃棒，洗滌水也必須全部濾入蒸發(fā)皿中。 減壓過濾 將布氏漏斗和抽濾瓶都用水洗凈，并用去 離子水淋洗23遍，剪好濾紙放入布氏漏斗中，用少量去離 子水潤濕濾紙，抽氣使濾紙緊貼布氏漏斗。加入步驟2中調(diào) 好PH值的硫酸銅溶液并趁熱過濾，濾完后以少量水洗滌沉 淀，將濾液移至蒸發(fā)皿中備用。,.,4、蒸發(fā)和結(jié)晶 在濾液中加12滴稀硫酸使溶液酸化，然后在石棉網(wǎng)上加 熱，蒸發(fā)、濃縮（勿加熱過猛，以免液體飛濺損失）至溶 液表面剛出現(xiàn)薄層結(jié)晶時，立即停止加熱（注意不可蒸 干！為什么？）；將蒸發(fā)皿冷卻至室溫或稍冷卻片刻后將 蒸發(fā)皿放在裝有

6、冷水的燒杯上冷卻，使CuSO45H2O晶體 大量析出。 5、抽濾分離 將蒸發(fā)皿內(nèi)CuSO45H2O晶體和母液全部轉(zhuǎn)移布氏漏斗中， 抽氣過濾，盡量抽干，并用干凈的玻璃棒輕壓布氏漏內(nèi)的 晶體，以盡可能除去晶體間夾帶的母液，停止抽氣過濾， 取出晶體，把它攤在兩張濾紙之間，輕壓濾及干產(chǎn)品，將 產(chǎn)品包好，留待質(zhì)量檢驗用。 母液倒入公用臺上母液收瓶。用臺秤稱量產(chǎn)品，計算產(chǎn)率。,.,6、產(chǎn)品純度檢定 （1）稱取1g提純后的CuSO45H2O晶體放入100ml小燒杯中， 用100ml去離子水溶解。加入1ml稀硫酸酸化，再加入3 H2O2 2ml 煮沸片刻使Fe2+氧化成 Fe3+ 。 （2）將溶液冷卻后在攪拌

7、下逐滴加入6mol/L氨水（約8ml） 直到最初生成的沉淀完全溶解且溶液呈深藍(lán)色為止。此時 Fe3+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀。而 Cu2+ 轉(zhuǎn)化為Cu(NH3)42+； Fe3+3NH3+3H2O Fe(OH)3 +3NH4+ 2CuSO4+2NH3+2H2O Cu2(OH)2SO4 （藍(lán)） + (NH4)2SO4 Cu2(OH)2SO4 +(NH4)2SO4 + 6NH3 2Cu(NH3)4SO4 +2H2O,.,（3）用普通漏斗過濾，并用滴管將 2mol/L 氨水滴到濾 紙上，直到藍(lán)色洗去為止，棄去濾液，此時Fe(OH)3棕黃色沉 淀留在濾紙上。 （4）有滴管把3ml熱的 2mol/L H

8、CL 滴到濾紙上以溶解 Fe(OH)3 沉淀。如果一次不能完全溶解，可將濾液加熱，再 滴到濾紙上，濾液可流入25mL 比色管中。 （5）在濾液中滴入2mol/L KCNS，觀察血紅色溶液產(chǎn)生。 Fe3+ + nCNS- Fe(CNS)n3-n Fe3+越多，血紅色越深，因此可以根據(jù)血紅色的深淺，比較 Fe3+ 的多少，將血紅色溶液與標(biāo)準(zhǔn)系列溶液比較，確定產(chǎn)品 相當(dāng)試劑幾級。,.,注意事項,1、本實驗過程中兩次減壓過濾所除去和保留部分必須弄清 楚。第一次除去濾紙上的不溶性雜質(zhì)，保留抽濾瓶中的溶 液。第二次是保留濾紙上的晶體，除去抽濾中的母液。 2、結(jié)晶抽濾在布氏漏斗中的硫酸銅晶體，絕對不能用水去

9、沖 洗，以保證收主率。轉(zhuǎn)移晶體時，可以用小塊濾紙將殘留 在蒸發(fā)皿中的晶體刮下來，不能呢能用水沖。 3、蒸發(fā)結(jié)晶，必須掌握合適的停止加熱的時機，即小火加 熱，保持溶液微微沸騰的狀態(tài)下，溶液表面出現(xiàn)了晶體薄 層（晶膜）。,.,思考題,1、在除去 Fe3+雜質(zhì)時，為什么要控制 PH=4 ？ 2、能否加熱時調(diào)節(jié)PH值？為什么？ 3、蒸發(fā)濃縮時，過早或過晚?；鸶饔惺裁床焕?4、如果產(chǎn)率過高，可能原因是什么？ 5、抽氣（減壓）過濾操作應(yīng)注意什么？ 6、整個操作過程中哪些因素將導(dǎo)致產(chǎn)質(zhì)量下降？應(yīng)如何避免？,.,碘量法測定CuSO45H2O中Cu2的含量,.,實驗?zāi)康?1 掌握Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制方

10、法； 2 了解K2Cr2O7標(biāo)定Na2S2O3溶液的原理和方法； 3 掌握碘量法測銅的基本原理和操作條件； 4 了解碘量法的誤差來源。,.,實驗原理,間接碘量法使用的滴定劑是Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液，而Na2S2O3固體試劑都含有少量雜質(zhì)，而且Na2S2O35H2O易風(fēng)化、潮解，因此不能直接配制其標(biāo)準(zhǔn)溶液，只能先配制成接近需要濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，然后再進一步標(biāo)定出其準(zhǔn)確濃度。 標(biāo)定Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液的基準(zhǔn)物有K2Cr2O7、KIO3和KBrO3等，這些基準(zhǔn)物在酸性溶液中均能和KI作用析出碘，如K2Cr2O7與KI的反應(yīng)： Cr2O72-6I-+14H+=2Cr3+3I2+7H2O 析出的I2可用

11、Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定： I22S2O32-2I-S4O62-,.,操作要點及注意事項,標(biāo)定時應(yīng)注意控制的條件是： 1 開始滴定的酸度以0.8 1.0molL-1 HCl為宜，酸度高可提高反應(yīng)速度，但太高I-離子易被空氣氧化，造成較大的標(biāo)定誤差。 2 由于K2Cr2O7與KI的反應(yīng)速度較慢，故應(yīng)在暗處放置一定時間，再用Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。若以KIO3為基準(zhǔn)物標(biāo)定Na2S2O3溶液則不必。 標(biāo)定時以淀粉溶液作指示劑，但加入不宜過早，應(yīng)先用Na2S2O3溶液滴定至溶液呈淡黃色時，再加入淀粉溶液，用Na2S2O3溶液繼續(xù)滴定到藍(lán)色恰好消失，即為終點。 淀粉指示劑加入不要太早，大量的I2與

12、淀粉結(jié)合成藍(lán)色物質(zhì)，這部分碘不易與Na2S2O3反應(yīng)。,.,在弱酸溶液中， Cu2+與過量KI作用，釋出等量的碘，用Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定釋出的碘，即可求出銅的含量。反應(yīng)式為： 2Cu2+4I-= CuI+I2 I2 + 2S2O32-=2I- + S4O62- 加入過量KI，Cu2+的還原趨于完全。由于CuI沉淀強烈地吸附I2，使測定結(jié)果偏低，故在滴定接近終點時，加入適量KCNS，使CuI（KSP=1.110-12）轉(zhuǎn)化為更小的CuSCN（KSP=4.810-15），釋放出被吸附的I2，反應(yīng)生成I-又可利用，可以使用較少的KI而使反應(yīng)進行更完全。 CuI+SCN-=CuSCN + I-

13、SCN-只能在近終點時加入，否則有可能直接還原二價銅離子，使結(jié)果偏低： 6Cu2+7SCN-+4H2O=6CuSCN+ SO42-+HCN+7H+ 也可避免有少量的I2被CNS-還原。,.,溶液的pH應(yīng)控制在3.34.0范圍內(nèi)，若pH高于4，二價銅離子發(fā)生水解，使反應(yīng)不完全，結(jié)果偏低，而且反應(yīng)速度慢，終點拖長；酸度過高，則I-被空氣中的氧氧化為I2（Cu2+催化此反應(yīng)），使結(jié)果偏高。,.,實驗步驟,1 0.1mol/L Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制 稱取10克Na2S2O35H2O溶于400mL 新煮沸而冷卻的無離子水中，待溶解后，加入0.1克Na2CO3，攪勻，存于棕色有塞瓶中，放置8 14

14、天后，標(biāo)定其濃度。 2 Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)定 準(zhǔn)確稱取已烘干的重鉻酸鉀 克于250mL碘量瓶中，用約20mL水溶解，加入20%KI溶液10mL，6mol/LHCl5mL，混勻后，蓋好磨口玻璃塞并向瓶塞周圍吹入少量無離子水以密封，放于暗處5分鐘，然后用50mL水稀釋，用0.1 mol/L Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，當(dāng)溶液由棕色轉(zhuǎn)變?yōu)辄S綠色時，加入0.5%淀粉溶液3mL，繼續(xù)滴定至溶液藍(lán)紫色退去呈Cr3+的綠色為止。,.,3. 產(chǎn)品百分含量的測定 (1) 配制CuSO4 5H2O樣品的待測溶液 稱取樣品約1.2g（精確至0.0001g），用1ml 2molL-1 H2SO4溶解后，加入少

15、量水，定量轉(zhuǎn)移至50ml容量瓶中定容， 搖勻。 (2) 測定待測溶液中Cu2+的濃度 用吸量管移取5.00ml待測液，于250ml 碘量瓶中，振蕩 后，加入2ml 1molL-1 KI，振蕩，塞好瓶塞，置暗處10min后，加水10ml搖勻，以0.1molL-1的Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至溶液呈黃色，然后加入1ml 0.2% 的淀粉溶液，再加入2ml 10% KSCN 溶液，繼續(xù)滴定至藍(lán)色恰好消失為終點。平行測定三次。,.,(3) 計算試樣中Cu2+濃度和產(chǎn)品中CuSO4 5H2O的百分含量。 稱取樣品約1.2g（精確至0.0001g），用1ml 32molL-1 H2SO4溶解 后，加入少量

16、水，定量轉(zhuǎn)移至50 ml容量瓶中定容，搖勻。,.,思考題,1 與KI反應(yīng)為什么要在暗處放置5分鐘？放置時間過長或過短有什么不好？ 2 為什么必須滴定至溶液呈淡黃色才能加入淀粉指示劑？開始滴定就加入有什么不好？ 3 為什么開始滴定的速度要適當(dāng)快些，而不要劇烈搖動? 4 碘量法測銅含量往試液中加入KI為什么過量？KI在反應(yīng)中引起有什么作用。 5 滴定到近終點時加入KSCN溶液的作用是什么？若加入KSCN溶液過早有什么不好？ 6 測銅時為什么要控制溶液的酸度？溶液的酸度過低或過高有什么害處？,.,分光光度法測定 CuSO45H2O 中的鐵含量,.,實驗?zāi)康?1 初步學(xué)會722型分光光度計的使用； 2

17、 學(xué)會用工作曲線法進行試樣中鐵雜質(zhì)含量測定的方法； 3 掌握容量瓶和移液管的正確使用方法； 4 測定CuSO45H2O中雜質(zhì)的含量。,.,實驗原理,在稀酸性溶液中，F(xiàn)e3+ 與CNS- 生成紅色配合物溶液： Fe3+ + n CNS- Fe(CNS)n3-n Fe3+ 越多，紅色越深。 當(dāng)一束波長一定的單色光通過有色溶液時，被吸收的分光和溶液的濃度，溶液的厚度及入射光的強度等因素有關(guān)。 設(shè) c為溶液的濃度； b為溶液的厚度； I0為入射光的強度； I為透過溶液后光的強度。 根據(jù)實驗證明：有色溶液對光的吸收程度與溶液中有色物質(zhì)的深度和液層厚度和乘積成反比。這就是朗伯比爾定律， 其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

18、Ig(I0/I)=bc （1）,.,式中：Ig(I0/I) 表示光線通過溶液時被吸收的程度，稱為 “吸光度”，也叫“光密度”，或“消光度”，是一個常 量，稱為吸光系數(shù)。職將Ig(I0/I)用 A表示，則（1）式可以 寫成: A=bc （2） 入射光 單一波長 透過光強度I 含各種波長 光強度I0 經(jīng)光電轉(zhuǎn)換 穩(wěn)壓器 單色器 比色器 圖1 分光光度法測定試樣過程示意圖,穩(wěn)定光源,選定單一波長 本實驗 入480nm,試樣,吸光度 A讀數(shù),.,因此，當(dāng) b一定時，吸光度A 和溶液濃度c成直線關(guān)系。 根據(jù)這種關(guān)系，用分光光度計來定量測定CuSO45H2O中雜質(zhì)Fe3+的量。 分光光度計是一種用于測量試

19、樣（有色物質(zhì)）單一波長入射光的吸收率的儀器，上圖為本實驗用分光光度計測定試樣的過 程示意圖（見圖1）。 從穩(wěn)定光源產(chǎn)生的含有不同波長的混合光，它具有穩(wěn)定的光強度，經(jīng)過單色器選定一種單色光，經(jīng)強度I0射入裝有試樣 的比色皿，比色皿的厚度為b（即光程），在這里發(fā)生了光的吸 收，透射出的光強度為I(II0),透過的光經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后，在檢流計指示出光的吸收度。,.,下面介紹一種測定試樣中某成份含量的方法：配制系列標(biāo)準(zhǔn)溶 液， 其濃度分別為：C1；C2；C3；C4；C5；C6； 則測得的相應(yīng)的系列吸光度為：A1；A2；A3；A4；A5；A6； 以溶液濃度c為橫坐標(biāo)，吸光度A為縱坐標(biāo)，繪制工作曲線（圖2 所

20、示） 若測得試樣的吸光度為Ax ，就可通過工作曲線在橫坐標(biāo)上找到對應(yīng)的值（即待測樣品中的濃度cx ） 一般配制的標(biāo)準(zhǔn)溶液1毫升中含1毫克或0.1毫克的待測物質(zhì)， 因而濃度 可用標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積毫升數(shù)來代表。 A,0.80 0.60 0.40 0.20 0,C1 C2 Cx C3 C4 C5,圖2 工作曲線,.,四、 實驗步驟,1 鐵標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的配制： 取100ml容量瓶7個，洗凈并編號。 在1#容量瓶中，用吸量管移入2.00 ml 1:1 HNO3；5.00ml 20 KCNS，然后用滴管將容量瓶口內(nèi)側(cè)沖洗一下（注意不要流出）， 此容量瓶中的鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液為0.00 ml，用去離子水稀釋 至刻度，

21、充分搖勻，放置10min，即可使用。,.,按同方法 ，在2#6 #容量瓶中加入2.00ml 1:1 HNO3；5.00ml 20 KCNS并按上表加入鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液。 工作曲線的繪制： 因鐵與硫氰酸根形成的配合物對光的最大吸收值在波長 480nm處，用1cm比色皿裝放鐵標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，1#作為參 比溶液，定其吸光度A0（參比“零線”）。然后逐個測定 2#6#標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的光密度，記錄于下表：,.,以標(biāo)準(zhǔn)鐵溶液的毫升數(shù)為橫坐標(biāo)，以吸光度為縱坐標(biāo)，在坐標(biāo) 紙上繪制出工作曲線圖。 在圖的右下角注明標(biāo)準(zhǔn)鐵溶液的濃度，比色皿厚度，和繪圖日 期。 3. 產(chǎn)品CuSO45H2O中鐵的測定 因Cu2+在水溶液中會影

22、響鐵的測定，所以測定之前應(yīng)先將分離 出。 用臺秤稱取提純 CuSO45H2O1.00g，放入100ml燒杯中，用 20ml去離子水溶解，加1ml 2 mol/L H2SO4 酸化，再加3 H2O2 煮沸片刻，待溶液冷卻后，滴加 6mol/L氨水，直到最初生成的 沉淀完全溶解且呈深藍(lán)色溶液為止；過濾（做出水柱，可加快過 濾速度），并用2mol/L 氨水均勻沖洗濾紙上的蘭色部分，直到 蘭色基本沖凈為止，最后再用去離子水沖洗，棄去溶液。,.,用滴管將2mol/L HNO3(約3ml)滴在濾紙上，盡量使Fe(OH)3 沉淀全部溶解，濾液直接流入潔凈的100ml容量瓶中，編號為 7#，在7#容量瓶中，用

23、吸量管加入2.00ml 1:1 HNO3,5.00ml20%KCNS，用去離子水稀釋至刻度，充分搖勻， 放置10min，即可使用。測定其吸光度。利用工作曲線計算 CuSO45H2O中含鐵量。 Fe% = 100%,相當(dāng)鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液的毫升數(shù)鐵溶液的濃度,CuSO45H2O毫克數(shù),.,CuSO45H2O的差熱分析,.,實驗?zāi)康?1、用差熱分析儀對SuSO4H2O進行分析 2、掌握差熱分析的原理，學(xué)會差熱圖譜的定性、定量處理的基本方法 3、了解差熱分析儀的構(gòu)造，學(xué)會基本操作技術(shù),.,實驗原理,1、CuSO45H2O的熱分解變化的全過程為：,CuSO45H2O,48C,CuSO43H2O,99C,CuSO4H2O,CuSO4,218C,658C,CuOSO4,758C,CuO,1000C,Cu2O,.,在測量樣品的分解溫度時，以基線的延長線與初峰拐點處的切線的交點作為起始點,伴隨熱分解過程，每步分解反應(yīng)都有熱效應(yīng)，在差熱圖譜上表現(xiàn)出相對應(yīng)的變化,由于雙筆記錄儀中，兩筆間有一定間距（相差值為蘭綠線間距，約5mm），溫度線在前，所以綠線處的溫度數(shù)據(jù)是蘭線與溫度