硫酸铜的提纯及产品质量和性能的分析

1. 硫酸铜的提纯及产品质量和性能的分析

2. （一）硫酸铜的提纯

3. 实验目的 1、学习化学实验室的基本操作：溶解、搅拌、加热、过滤、蒸发、结晶、抽滤等； 2、复习台秤、煤气灯和研钵的操作； 3、掌握可溶性物质的重结晶提纯方法。

4. 实验原理 • 利用不同物质在同一种溶剂中的溶解度不同的性质，可将含有不溶性杂质和可溶性杂质的物质提纯。粗硫酸铜（胆矾CuSO4·5H2O）中含有不溶性杂质和可溶性杂质，其中可溶性杂质中以Fe3+、Fe2+对(如FeSO4,Fe2(SO4)3)硫酸铜的品质的影响较大，并且含量也较高。 提纯操作中，先将粗CuSO4·5H2O溶于热水中，用氧化剂H2O2将Fe2+氧化成Fe3+后，调节溶液的PH值至4，使Fe3+水解为Fe(OH)3沉淀，趁热过滤，以除去不溶性杂质。然后，蒸发浓缩所得的溶液，使CuSO4·5H2O结晶出来。其它微量可溶性杂质在硫酸铜结晶时，因为量比较少，尚处于饱和状态，故留在母液中，当将其抽滤时，就可以得到较纯的硫酸铜晶体。

5. 上面这种物质的提纯方法叫重结晶法，此法适合提纯在某一溶剂上面这种物质的提纯方法叫重结晶法，此法适合提纯在某一溶剂 中不同温度下溶解度变化较大的物质。欲得更纯的晶体可以多次重结晶。 本实验采用沉淀分离法和重结晶法结合，将硫酸铜提纯。有关分离部分的反应式为： 2FeSO4+H2O2+H2SO4 Fe2（SO4）3+H2O Fe3++H2O Fe（OH）3 +H+ 控制PH值约为4的原因如下：由于溶液中的Fe3+、 Fe2+、Cu2+ 水解时均可生成氢氧化物沉淀，但这些氢氧化物 (Fe(OH)2 ， Fe（OH）3 ,Cu(OH)2) 的沉淀条件是不同的。根据沉淀理论，它们 产生沉淀和完全淀所需要的OH-1浓度（即PH值）是不同的。当PH=4时， Fe2+、 Cu2+均不发生沉淀，而Fe3+已完全沉淀。为了使 Fe2+也除去，可以将其氧化成 Fe3+。

6. 操作要点 1、称量和溶解 • 将粗硫酸铜用研钵研细，用台秤称取4g已研细的粗硫酸铜，放 入已洗涤清洁的100ml烧杯中。用量筒量取10ml去离子水，将 水加入上述烧杯中，然后把烧杯放在石棉网上小火加热，并用 玻璃棒搅拌。当硫酸铜完全溶解时，立即停止加热。 2、沉淀 • 往溶液中加入几滴稀硫酸酸化，再加入2ml左右3% H2O2溶液，微微加热，使其充分反应。然后逐滴加入1mol/L NaOH 溶液，开始时可以快加，快到PH值等于4时，应边加边检验PH值，直到 PH=4 。（用PH试纸检验。在用PH试纸检验溶液的酸碱性时，应将小块试纸放在干燥的清洁表面皿上，用玻璃棒蘸取检验溶液，滴在试纸上，切不可将试纸投入溶液中检验）。

7. 3、过滤 • 可用常压和减压两种方法之一进行过滤。 常压过滤 将折好的滤纸放入漏斗中，用滴管滴加少 量的去离子水润湿滤纸，使之紧贴在漏斗壁上。将漏斗放在 漏斗架上，将步骤2中调好PH值的硫酸铜溶液加热并趁热过 滤。滤液承接在清洁的蒸发皿中，用滴管以少量的去离子水 淋洗烧杯和玻璃棒，洗涤水也必须全部滤入蒸发皿中。 减压过滤 将布氏漏斗和抽滤瓶都用水洗净，并用去 离子水淋洗2—3遍，剪好滤纸放入布氏漏斗中，用少量去离 子水润湿滤纸，抽气使滤纸紧贴布氏漏斗。加入步骤2中调 好PH值的硫酸铜溶液并趁热过滤，滤完后以少量水洗涤沉 淀，将滤液移至蒸发皿中备用。

8. 4、蒸发和结晶 • 在滤液中加1—2滴稀硫酸使溶液酸化，然后在石棉网上加 热，蒸发、浓缩（勿加热过猛，以免液体飞溅损失）至溶 液表面刚出现薄层结晶时，立即停止加热（注意不可蒸 干！为什么？）；将蒸发皿冷却至室温或稍冷却片刻后将 蒸发皿放在装有冷水的烧杯上冷却，使CuSO4·5H2O晶体 大量析出。 5、抽滤分离 • 将蒸发皿内CuSO4·5H2O晶体和母液全部转移布氏漏斗中， 抽气过滤，尽量抽干，并用干净的玻璃棒轻压布氏漏内的 晶体，以尽可能除去晶体间夹带的母液，停止抽气过滤， 取出晶体，把它摊在两张滤纸之间，轻压滤及干产品，将 产品包好，留待质量检验用。 母液倒入公用台上母液收瓶。用台秤称量产品，计算产率。

9. 6、产品纯度检定 （1）称取1g提纯后的CuSO4·5H2O晶体放入100ml小烧杯中， 用100ml去离子水溶解。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）将溶液冷却后在搅拌下逐滴加入6mol/L氨水（约8ml） 直到最初生成的沉淀完全溶解且溶液呈深蓝色为止。此时 Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀。而 Cu2+转化为[Cu(NH3)4]2+； Fe3++3NH3+3H2O Fe(OH)3 +3NH4+ 2CuSO4+2NH3+2H2O Cu2(OH)2SO4 （蓝）+ (NH4)2SO4 • Cu2(OH)2SO4 +(NH4)2SO4 + 6NH3 2[Cu(NH3)4]SO4 +2H2O

10. （3）用普通漏斗过滤，并用滴管将 2mol/L 氨水滴到滤 • 纸上，直到蓝色洗去为止，弃去滤液，此时Fe(OH)3棕黄色沉 淀留在滤纸上。 （4）有滴管把3ml热的 2mol/L HCL 滴到滤纸上以溶解 Fe(OH)3沉淀。如果一次不能完全溶解，可将滤液加热，再 滴到滤纸上，滤液可流入25mL 比色管中。 （5）在滤液中滴入2mol/L KCNS，观察血红色溶液产生。 Fe3+ + nCNS- [Fe(CNS)n]3-n Fe3+越多，血红色越深，因此可以根据血红色的深浅，比较 Fe3+ 的多少，将血红色溶液与标准系列溶液比较，确定产品 相当试剂几级。

11. 注意事项 • 1、本实验过程中两次减压过滤所除去和保留部分必须弄清 楚。第一次除去滤纸上的不溶性杂质，保留抽滤瓶中的溶 液。第二次是保留滤纸上的晶体，除去抽滤中的母液。 • 2、结晶抽滤在布氏漏斗中的硫酸铜晶体，绝对不能用水去冲 洗，以保证收主率。转移晶体时，可以用小块滤纸将残留 在蒸发皿中的晶体刮下来，不能呢能用水冲。 3、蒸发结晶，必须掌握合适的停止加热的时机，即小火加 热，保持溶液微微沸腾的状态下，溶液表面出现了晶体薄 层（晶膜）。

12. 思考题 1、在除去 Fe3+杂质时，为什么要控制 PH=4 ？ 2、能否加热时调节PH值？为什么？ 3、蒸发浓缩时，过早或过晚停火各有什么不利？ 4、如果产率过高，可能原因是什么？ 5、抽气（减压）过滤操作应注意什么？ 6、整个操作过程中哪些因素将导致产质量下降？应如何避免？

13. 碘量法测定CuSO4•5H2O中Cu2＋的含量

14. 实验目的 • 1 掌握Na2S2O3标准溶液的配制方法； • 2 了解K2Cr2O7标定Na2S2O3溶液的原理和方法； • 3 掌握碘量法测铜的基本原理和操作条件； • 4 了解碘量法的误差来源。

15. 实验原理 • 间接碘量法使用的滴定剂是Na2S2O3标准溶液，而Na2S2O3固体试剂都含有少量杂质，而且Na2S2O3·5H2O易风化、潮解，因此不能直接配制其标准溶液，只能先配制成接近需要浓度的标准溶液，然后再进一步标定出其准确浓度。 • 标定Na2S2O3标准溶液的基准物有K2Cr2O7、KIO3和KBrO3等，这些基准物在酸性溶液中均能和KI作用析出碘，如K2Cr2O7与KI的反应： Cr2O72-＋6I-+14H+=2Cr3+＋3I2+7H2O 析出的I2可用Na2S2O3标准溶液滴定： • I2＋2S2O32-＝2I-＋S4O62-

16. 操作要点及注意事项 • 标定时应注意控制的条件是： • 1 开始滴定的酸度以0.8 ～1.0mol·L-1 HCl为宜，酸度高可提高反应速度，但太高I-离子易被空气氧化，造成较大的标定误差。 • 2 由于K2Cr2O7与KI的反应速度较慢，故应在暗处放置一定时间，再用Na2S2O3标准溶液滴定。若以KIO3为基准物标定Na2S2O3溶液则不必。 • 标定时以淀粉溶液作指示剂，但加入不宜过早，应先用Na2S2O3溶液滴定至溶液呈淡黄色时，再加入淀粉溶液，用Na2S2O3溶液继续滴定到蓝色恰好消失，即为终点。 • 淀粉指示剂加入不要太早，大量的I2与淀粉结合成蓝色物质，这部分碘不易与Na2S2O3反应。

17. 在弱酸溶液中， Cu2+与过量KI作用，释出等量的碘，用Na2S2O3标准溶液滴定释出的碘，即可求出铜的含量。反应式为： 2Cu2++4I-=CuI↓+I2 I2 + 2S2O32-=2I- + S4O62- 加入过量KI，Cu2+的还原趋于完全。由于CuI沉淀强烈地吸附I2，使测定结果偏低，故在滴定接近终点时，加入适量KCNS，使CuI（KSP=1.1×10-12）转化为更小的CuSCN（KSP=4.8×10-15），释放出被吸附的I2，反应生成I-又可利用，可以使用较少的KI而使反应进行更完全。 CuI+SCN-=CuSCN ↓+ I- SCN-只能在近终点时加入，否则有可能直接还原二价铜离子，使结果偏低： 6Cu2++7SCN-+4H2O=6CuSCN↓+ SO42-+HCN+7H+ 也可避免有少量的I2被CNS-还原。

18. 溶液的pH应控制在3.3～4.0范围内，若pH高于4，二价铜离子发生水解，使反应不完全，结果偏低，而且反应速度慢，终点拖长；酸度过高，则I-被空气中的氧氧化为I2（Cu2+催化此反应），使结果偏高。溶液的pH应控制在3.3～4.0范围内，若pH高于4，二价铜离子发生水解，使反应不完全，结果偏低，而且反应速度慢，终点拖长；酸度过高，则I-被空气中的氧氧化为I2（Cu2+催化此反应），使结果偏高。

19. 实验步骤 • 1 0.1mol/L Na2S2O3标准溶液的配制 • 称取10克Na2S2O3•5H2O溶于400mL 新煮沸而冷却的无离子水中，待溶解后，加入0.1克Na2CO3，搅匀，存于棕色有塞瓶中，放置8 ～ 14天后，标定其浓度。 • 2 Na2S2O3标准溶液的标定 • 准确称取已烘干的重铬酸钾克于250mL碘量瓶中，用约20mL水溶解，加入20%KI溶液10mL，6mol/LHCl5mL，混匀后，盖好磨口玻璃塞并向瓶塞周围吹入少量无离子水以密封，放于暗处5分钟，然后用50mL水稀释，用0.1 mol/L Na2S2O3标准溶液滴定，当溶液由棕色转变为黄绿色时，加入0.5%淀粉溶液3mL，继续滴定至溶液蓝紫色退去呈Cr3+的绿色为止。

20. 3. 产品百分含量的测定 (1) 配制CuSO4·5H2O样品的待测溶液 称取样品约1.2g（精确至0.0001g），用1ml 2mol·L-1 H2SO4溶解后，加入少量水，定量转移至50ml容量瓶中定容， 摇匀。 (2) 测定待测溶液中Cu2+的浓度 用吸量管移取5.00ml待测液，于250ml 碘量瓶中，振荡 后，加入2ml 1mol·L-1 KI，振荡，塞好瓶塞，置暗处10min后，加水10ml摇匀，以0.1mol·L-1的Na2S2O3标准溶液滴定至溶液呈黄色，然后加入1ml 0.2% 的淀粉溶液，再加入2ml 10% KSCN 溶液，继续滴定至蓝色恰好消失为终点。平行测定三次。

21. (3) 计算试样中Cu2+浓度和产品中CuSO4·5H2O的百分含量。 称取样品约1.2g（精确至0.0001g），用1ml 32mol·L-1 H2SO4溶解 后，加入少量水，定量转移至50 ml容量瓶中定容，摇匀。

22. 思考题 • 1 与KI反应为什么要在暗处放置5分钟？放置时间过长或过短有什么不好？ • 2 为什么必须滴定至溶液呈淡黄色才能加入淀粉指示剂？开始滴定就加入有什么不好？ • 3 为什么开始滴定的速度要适当快些，而不要剧烈摇动? • 4 碘量法测铜含量往试液中加入KI为什么过量？KI在反应中引起有什么作用。 • 5 滴定到近终点时加入KSCN溶液的作用是什么？若加入KSCN溶液过早有什么不好？ • 6 测铜时为什么要控制溶液的酸度？溶液的酸度过低或过高有什么害处？

23. 分光光度法测定 CuSO4·5H2O 中的铁含量

24. 实验目的 • 1 初步学会722型分光光度计的使用； 2 学会用工作曲线法进行试样中铁杂质含量测定的方法； 3 掌握容量瓶和移液管的正确使用方法； 4 测定CuSO4·5H2O中杂质的含量。

25. 实验原理 • 在稀酸性溶液中，Fe3+ 与CNS- 生成红色配合物溶液： Fe3+ + n CNS-[Fe(CNS)]n3-n Fe3+越多，红色越深。 当一束波长一定的单色光通过有色溶液时，被吸收的分光和溶液的浓度，溶液的厚度及入射光的强度等因素有关。 设 c为溶液的浓度； b为溶液的厚度； I0为入射光的强度； I为透过溶液后光的强度。 根据实验证明：有色溶液对光的吸收程度与溶液中有色物质的深度和液层厚度和乘积成反比。这就是朗伯—比尔定律， 其数学表达式为： Ig(I0/I)=εbc （1）

26. 式中：Ig(I0/I) 表示光线通过溶液时被吸收的程度，称为 “吸光度”，也叫“光密度”，或“消光度”，ε是一个常 量，称为吸光系数。职将Ig(I0/I)用 A表示，则（1）式可以 写成: A=εbc （2） 入射光单一波长 透过光强度I 含各种波长 光强度I0 经光电转换 稳压器 单色器 比色器 图1 分光光度法测定试样过程示意图 吸光度 A读数 选定单一波长 本实验 入＝480nm 稳定光源 试样

27. 因此，当 b一定时，吸光度A 和溶液浓度c成直线关系。 根据这种关系，用分光光度计来定量测定CuSO4·5H2O中杂质Fe3+的量。 • 分光光度计是一种用于测量试样（有色物质）单一波长入射光的吸收率的仪器，上图为本实验用分光光度计测定试样的过 程示意图（见图1）。 • 从稳定光源产生的含有不同波长λ的混合光，它具有稳定的光强度，经过单色器选定一种单色光，经强度I0射入装有试样 的比色皿，比色皿的厚度为b（即光程），在这里发生了光的吸 收，透射出的光强度为I(I<I0),透过的光经光电转换后，在检流计指示出光的吸收度。

28. 下面介绍一种测定试样中某成份含量的方法：配制系列标准溶下面介绍一种测定试样中某成份含量的方法：配制系列标准溶 液， 其浓度分别为：C1；C2；C3；C4；C5；C6； 则测得的相应的系列吸光度为：A1；A2；A3；A4；A5；A6； 以溶液浓度c为横坐标，吸光度A为纵坐标，绘制工作曲线（图2 所示） 若测得试样的吸光度为Ax，就可通过工作曲线在横坐标上找到对应的值（即待测样品中的浓度cx） • 一般配制的标准溶液1毫升中含1毫克或0.1毫克的待测物质， 因而浓度 可用标准溶液的体积毫升数来代表。 A 0.80 0.60 0.40 0.20 0 C1 C2 Cx C3 C4 C5 图2 工作曲线

29. 四、 实验步骤 1 铁标准系列溶液的配制： 取100ml容量瓶7个，洗净并编号。 在1#容量瓶中，用吸量管移入2.00 ml 1:1 HNO3；5.00ml 20％ KCNS，然后用滴管将容量瓶口内侧冲洗一下（注意不要流出）， 此容量瓶中的铁标准溶液为0.00 ml，用去离子水稀释 至刻度，充分摇匀，放置10min，即可使用。

30. 按同方法 ，在2#—6 #容量瓶中加入2.00ml 1:1 HNO3；5.00ml 20％ KCNS并按上表加入铁标准溶液。 工作曲线的绘制： 因铁与硫氰酸根形成的配合物对光的最大吸收值在波长 λ＝480nm处，用1cm比色皿装放铁标准系列溶液，1#作为参 比溶液，定其吸光度A＝0（参比“零线”）。然后逐个测定 2#—6#标准系列溶液的光密度，记录于下表：

31. 以标准铁溶液的毫升数为横坐标，以吸光度为纵坐标，在坐标以标准铁溶液的毫升数为横坐标，以吸光度为纵坐标，在坐标 纸上绘制出工作曲线图。 在图的右下角注明标准铁溶液的浓度，比色皿厚度，和绘图日 期。 3. 产品CuSO4·5H2O中铁的测定 • 因Cu2+在水溶液中会影响铁的测定，所以测定之前应先将分离 出。 • 用台秤称取提纯 CuSO4·5H2O1.00g，放入100ml烧杯中，用 20ml去离子水溶解，加1ml 2 mol/L H2SO4酸化，再加3％ H2O2 煮沸片刻，待溶液冷却后，滴加 6mol/L氨水，直到最初生成的 沉淀完全溶解且呈深蓝色溶液为止；过滤（做出水柱，可加快过 滤速度），并用2mol/L 氨水均匀冲洗滤纸上的兰色部分，直到 兰色基本冲净为止，最后再用去离子水冲洗，弃去溶液。

32. 用滴管将2mol/L HNO3(约3ml)滴在滤纸上，尽量使Fe(OH)3 沉淀全部溶解，滤液直接流入洁净的100ml容量瓶中，编号为 7#，在7#容量瓶中，用吸量管加入2.00ml 1:1 HNO3,5.00ml20%KCNS，用去离子水稀释至刻度，充分摇匀， 放置10min，即可使用。测定其吸光度。利用工作曲线计算 CuSO4·5H2O中含铁量。 • Fe% = ×100% 相当铁标准溶液的毫升数×铁溶液的浓度 CuSO4·5H2O毫克数

33. CuSO4·5H2O的差热分析

34. 实验目的 • 1、用差热分析仪对SuSO4·H2O进行分析 • 2、掌握差热分析的原理，学会差热图谱的定性、定量处理的基本方法 • 3、了解差热分析仪的构造，学会基本操作技术

35. 实验原理 • 1、CuSO4·5H2O的热分解变化的全过程为： 99°C 48°C CuSO4·5H2O CuSO4·3H2O 658°C 218°C CuOSO4 CuSO4 CuSO4·H2O ~758°C ~1000°C CuO Cu2O

36. 伴随热分解过程，每步分解反应都有热效应，在差热图谱上表现出相对应的变化伴随热分解过程，每步分解反应都有热效应，在差热图谱上表现出相对应的变化 • 在测量样品的分解温度时，以基线的延长线与初峰拐点处的切线的交点作为起始点 由于双笔记录仪中，两笔间有一定间距（相差值为兰绿线间距，约5mm），温度线在前，所以绿线处的温度数据是兰线与温度曲线红线的相交点温度读数（如图）。

37. 操作要点 1、判断试样热电偶与参比热电偶： 升起炉子，充分暴露样品座，用点状热源试验任一热偶板，以记录仪笔的移动方向判断热电偶的属性。 2、装样品 当参比样品为粉末状Al2O3时，试样也应粉碎至相近的粒度， 样品在坩埚中的容积不超过总容积的2/3。坩埚有铝、陶瓷、 铂三种，可根据试样的性质、测试温度等情况进行选择。 将装好试样的坩埚放在各自的热偶板上

38. 3、选择差热量程 根据样品的吸放热情况选择适当的差热量程 • 4、选择升温速率 根据样品的反应温度差别和输出信号情况选择升温速率。升温速率慢，基线漂移小，输出信号弱，试验时间长，可分辨靠得较近的峰。升温速率快，基线漂移大，输出信号强，试验时间短。本实验选择5ºC~10ºC的升温速率。

39. 5、选择记录仪参数 （1）开机；（2）设定差热、温度基线；（3）设定量程；（4）选择走纸速度；（5）启动走纸开关。 • 6、接通冷却水 由于热电偶测温时需要稳定的环境温度，所以在热分析仪测量时，要接通冷却水，防止基线漂移。

40. 7、启动仪器程序升温 • 仪器的最快程序升温速率应小于全功率加热时的升温速率，最快降温速率不大于自然降温速率。 • 8、结束试验 • 抬起记录笔，关记录仪； • 按下程序功能O键，关加热开关； • 关电源开关； • 升起炉子，取出样品； • 切断电源，关闭水源。

41. 五、结果与讨论 • 1、指明CuSO4·5H2O在加热过程中变化的次数及相对应的热分解反应，找出各峰的起始温度，写出相应的热分解反应方程式。 • 2、在处理热分解温度时，要注意记录仪的笔距差。

42. 思考题 • 1、影响差热分析的主要因素是什么？ • 2、测温点在样品内或在其它参考点上，所绘出的升温曲线是否相同？为什么？ • 3、试验坩埚中的样品填充不紧密，对实验结果将产生怎样的影响？ • 4、当参比样品与试样的比热容相差较大，实验结果会受到什么影响？