实验原理

CuSO4·5H2O易溶于水,难溶于无水乙醇。加热时失水。

CuSO4·5H2O的生产方法有多种，如电解液法、氧化铜法。本实验选择以废铜和工业硫酸为主要原料制备CuSO4·5H2O的方法，先将铜粉灼烧成氧化铜，然后再将氧化铜溶于适当浓度的硫酸中。反应如下：

2Cu + H2O ???? 2CuO (黑色)

CuO + H2SO4→ CuSO4 + H2O

由于废铜及工业硫酸不纯，制得的溶液中除生成硫酸铜外，还含有其他一些可溶性或不溶性的杂质。

2+3+2+3+

不溶性杂质在过滤时可除去，可溶性杂质Fe和Fe，一般需用氧化剂（如H2O2）将Fe氧化为Fe，然后调节pH，并控制至3左右(注意不要使溶液的pH≥4，若pH过大,会析出碱式硫酸铜的沉淀)，再加热煮沸，

3+

使Fe水解成为Fe(OH)3沉淀而除去。反应如下：

2++3+

2Fe + 2H + H2O2→ 2 Fe + 2 H2O

Fe + 3 H2O???? Fe(OH)3↓+ 3H

将除去杂质的CuSO4溶液进行蒸发,冷却结晶，减压过滤后得到蓝色CuSO4·5H2O。 仪器和药品

仪器:托盘天平、煤气灯、瓷坩埚、坩埚钳、泥三角、铁架台、布氏漏斗、循环水泵、吸滤瓶、烧杯、

点滴板、玻璃棒、量筒、蒸发皿、滤纸、剪刀。

-1-1

药品: Cu粉、H2SO4(3mol·L)、H2O2 (3%)、K3[Fe(CN)6] (0.1 mol·L)、CuCO3 (C.P. )、pH试纸。 实验步骤

1.氧化铜的制备

把洗净的瓷坩埚经充分灼烧干燥并冷却后，在托盘天平上称取3.0 g废Cu粉放人其内。将坩埚置于泥三角上,用煤气灯氧化焰小火微热,使坩埚均匀受热，待Cu粉干燥后，加大火焰用高温灼烧,并不断搅拌,搅拌时必须用坩埚钳夹住坩埚,以免打翻坩埚或使坩埚从泥三角上掉落。灼烧至Cu粉完全转化为黑色CuO (约20 min),停止加热并冷却至室温。

2.粗CuSO4溶液的制备

-1

将冷却后的CuO倒人l00 ml小烧杯中，加入18 ml 3 mol·L H2SO4(工业纯),微热使之溶解。 3. CuSO4溶液的精制

2+2+

在粗CuSO4溶液中,滴加2 ml 3% H2O2，将溶液加热,检验溶液中是否还存在Fe(如何检验)。当Fe完全氧化后,慢慢加入CuCO3粉未,同时不断搅拌直到溶液pH = 3，在此过程中,要不断地用pH试纸测试溶液的pH,控制溶液pH = 3，再加热至沸(为什么?) 趁热减压过滤,将滤液转移至洁净的烧杯中。

4. CuSO4·5H2O晶体的制备

-1

在精制后的CuSO4溶液中,滴加3 mol·L H2SO4酸化,调节溶液至pH = 1后,转移至洁净的蒸发皿中,水浴加热蒸发至液面出现晶膜时停止。在室温下冷却至晶体析出。然后减压过滤,晶体用滤纸吸干后,称重。计算产率。

3+

灼烧pH?3,?+

实 验 指 导

预习要求

1.设计硫酸铜制备的流程图。

2.在制备硫酸铜的过程中,如何除可溶性杂质Fe和Fe？

2+

3+

基本操作

掌握灼烧、水浴加热、减压过滤和结晶等基本操作。 注意事项

1.难溶性杂质可用过滤的方法除去。

2.可溶性杂质Fe和Fe需用氧化剂将Fe氧化为Fe然后调节pH,再加热煮沸,使Fe变成Fe(OH)3沉淀除去。 报告格式

1.目的

2.原理(反应式表示) 3.制备流程图

4.产量及产率的计算 思考题

1、在粗CuSO4溶液中Fe杂质为什么要氧化为Fe后再除去?为什么要调节溶液的pH = 3? pH太大或太小有何影响?

2、为什么要在精制后的CuSO4溶液中调节pH = 1使溶液呈强酸性。

3、蒸发、结晶制备CuSO4·5H2O时,为什么刚出现晶膜即停止加热而不能将溶液蒸干? 4、如何清洗坩埚中的残余物Cu和CuO等?

2+

3+

2+

3+

2+

3+

3+

实验七高锰酸钾制备（设计性实验）

实验目的

1．了解碱熔法分解矿石以及制备高锰酸钾的原理和方法； 2．掌握浸取、减压过滤、蒸发结晶、重结晶等基本操作； 3．学习气体钢瓶的使用操作或启普发生器的使用操作。 实验原理

高锰酸钾的制备方法有多种,方法之一是以软锰矿(主要成分为MnO2)为原料制备高锰酸钾。制备过程一般分为两步,首先氧化制高锰酸钾,然后再将锰酸钾转化为高锰酸钾。根据Mn的电势图可知:

-EA/V MnO4

?

0.5640.564?MnO242.2350.605MnO2 MnO2

-/V MnO4EA?MnO42?MnO4不稳定,在酸性介质中极易发生歧化反应,而在碱性介质歧化反应趋势小，并且反应速度也慢，所以只适宜存在于碱性介质之中；因此将矿石转化为锰酸盐首选碱熔的方法。即将软锰矿在较强氧化剂氯

酸钾存在下与碱共熔，先氧化为锰酸钾：

2??3K2MnO4 + KCl + 3H2O MnO2 + KClO3 + 6KOH???然后再将锰酸钾转化为高锰酸钾，一般可利用歧化反应或氧化的方法。如利用歧化反应，可加酸或通

CO2气体，使反应顺利进行，如CO2法:

2?3 MnO4 + 2 CO2→ 2 MnO4- + MnO2 + 2 CO3

熔融2?反应后,过滤除去MnO2，再蒸发浓缩即可析出高锰酸钾的晶体。此方法操作简便，基本无污染,但锰酸钾的转化率仅为2/3，其余1/3则转变为MnO2。

通过重结晶可获得精制的高锰酸钾 (溶解度为:60℃ 22.1 g/100 g水；20℃ 6.34 g/100 g水；0℃ 2.83g/100 g水)。

实验要求

1．用上述方法设计高锰酸钾的制备方法。明确所用仪器，并用流程图表示制备过程。 2．方案经教师修改后，完成制备实验，并将产品重结晶。 3．计算产率。

4．完成实验报告(实验原理、实验过程、结果与讨论)。

实验八配位化合物、银铵配离子稳定常数测定

实验目的：

1．通过实验了解配位化合物的形成条件。

2．通过实验了解配位化合物的主要特征及一些实际应用。 实验原理：

一、配位平衡原理

大多数金属离子大多都能与配位剂作用，生成配离子（或中性配合物）。金属离子和所生成的配离子之间存在着平衡，这类平衡称为配位平衡。如：

Cu2+ + 4NH3=[Cu(NH3)4]2+

根据平衡移动原理，增加金属离子或配位体的浓度，有利于配离子的生成；若减少金属离子或配位体的浓度则能促使配离子解离。

在一个配合物的溶液中，加入一种可与中心离子结合，生成难溶物的沉淀剂，就会导致溶液中未配合的金属离子的浓度进一步降低，促进配离子的离解。如：

－

[Cu(NH3)4]2+ + S2 = CuS↓（棕）+ 4NH3

反之，在难溶盐中加足够浓的配位剂，可与金属离子结合生成稳定的易溶的配离子，使难溶盐溶解。如：

－

AgCl + 2NH3 = [Ag(NH3)2]+ + Cl

若事先加入配位剂而后加入沉淀剂，可以阻止沉淀的生成。沉淀剂与配位剂对于金属离子的作用结果取决于相应的难溶物的溶度积与相应的配离子的稳定常数k稳的大小，如：硝酸银水溶液中加入过量的氨水，即生成稳定的银氨配离子[Ag(NH3)2]+，往溶液中加入KI溶液，能够形成AgI沉淀，若加KCl溶液则不形成AgCl沉淀。

－－－－－

AgX + 2NH3 = [Ag(NH3)2]+ + X (X= Cl、Br、 I)

－

K = [Ag(NH3)2]+〔X〕/〔NH3〕2 =k稳·Ksp

平衡进行的方向由Ksp和β稳而定，若Ksp较大，则平衡向右进行，Ksp较小则向左进行。如：AgCl

－

的Ksp=1.8×10-10；AgI的Ksp=8.5×10-17。因此AgCl，溶于氨水，而在[Ag(NH3)2]+ 中I加则生成AgI沉

－

淀。又如[Ag(NH3)2]+ 稳定常数lgk稳=7.05；[Ag(CN)2]稳定常数lgk稳=21.1，因此AgI沉淀可以溶于KCN溶液中。

－－

若配离子的配体是碱(如NH3)或者是一个弱酸根(如CN、C2O42、S2O32-+、乙二胺四乙酸根等)，则加入强酸会使配离子离解，

[Cu(NH3)4]2+ + 4H+ = Cu2+ + 4NH4+

中心离子的性质也影响配离子的稳定性，如Fe(SCN)3在碱性溶液中不稳定，促使配合物解离，因为Fe(OH)3难溶，

－－

Fe(SCN)3 + 3OH = Fe(OH)3 ↓ + 3SCN

在配离子中，由于配位体的影响，能够改变中心离子原来的电子结构，因而改变原有氧化还原性质，例如[Co(CN)6]4- 的还原性要比Co2+的还原性强得多。

在同一金属离子的溶液中，同时存在两种配合剂，则此金属离子首先与它软硬度相近、浓度较大的配

－

合剂结合。例如在含有Fe3+离子的溶液中有大量的F离子存在时，再加入

－－－

SCN离子则不能生成血红色的[Fe(SCN)6]3离子，而主要生成FeF63配离子。

二、银铵配离子配位数测定原理

＋

在硝酸银溶液中加入过量的氨水, 即生成稳定的银氨配离子[Ag(NH3)n]。再往溶液中加入溴化钾溶液直到刚刚开始有AgBr沉淀(混浊)出现为止。这时混合溶液中同时存在着配位平衡和沉淀平衡。

+ Ag+ nNH3配位平衡：

[Ag(NH3)n]+[Ag(NH)?n]Kf?[Ag?][NH3]n+ －沉淀平衡：Ag+ BrAgBr(s)

①

Ksp?[Ag?][Br?]②

?[Ag(NH)?n][Br]①×②得?KfKsp?K③ n[NH3]K[NH3]n④ [Br]?[Ag(NH)?]n?[Br]、[NH3]、[Ag(NH3)n+]皆指平衡时的浓度, 它们可以近似地如下计算。

－

设每份混合溶液最初取用的AgNO3溶液的体积为VAg?(各份相同), 浓度为[Ag+]0，每份加人的氨水(大量过量)和溴化钾溶液的体积分别为VNH3和VBr?，其浓度为[NH3]0和[Br]0，混合溶液总体积为Vt, 则混合后并达到平衡时：

－

[Br]?[Br]0?－－VBr?Vt?⑤

[Ag(NH)]?[Ag]0?[NH3]?[NH3]0?VNH3Vt?3nVAg?Vt⑦

⑥

将⑤、⑥、⑦三式代入④式并整理后得：

nVBr??VNH3[NH3]0n?K?()Vtn?[Br?]0[Ag]0VAg?()?VtVt⑧

因为上式等号右边除VNH3外，其他皆为常数，故⑧式可写为

n'⑨ VBr??VNH?K3