硫酸铜中铜含量的测定

【摘 要】本实验利用碘量法测定了硫酸铜中铜的含量。最终，得到铜的含量为24.88% ±0.03%，实验的相对标准偏差为0.09% 。

【关键词】碘量法 ；硫酸铜 ；铜

1 引言

硫酸铜的分析方法有国家标准[1]，该方法是在样品中加入碘化钾，样品中的二价铜离子在微酸性溶液中能被碘化钾还原，而生成难溶于稀酸的碘化亚铜沉淀。以淀粉为指示剂用硫代硫酸钠标准溶液滴定，化学反应为：

2Cu2+ + 4I- = 2CuI ?+ I2

I2 + 2S2O = S4O + 2I2-

32-6-

-矿石和合金中的铜也可以用碘量法测定。但必须设法防止其他能氧化I的物质（如

3+3+-、Fe等）的干扰。防止的方法是加入掩蔽剂以掩蔽干扰离子（比如使Fe生成FeI3-NO36配离子而被掩蔽）或在测定前将它们分离除去。若有As（Ⅴ）、Sb（Ⅴ）存在，则应将pH调至4，以免它们氧化I。

间接碘量法以硫代硫酸钠作滴定剂，硫代硫酸钠（Na2S2O3·5H2O）一般含有少量杂质，比如S、Na2SO3、Na2SO4、Na2CO3及NaCl等，同时还容易风化和潮解，不能直接配制准确浓度的溶液，故配好标准溶液后还应标定其浓度。

本实验就是利用此方法测定CuSO4中铜的含量，以得到CuSO4试剂的纯度。 -2 实验部分

2.1 试剂与仪器

Na2S2O3·5H2O；Na2CO3（固体）；纯铜（99.9%以上）；6 mol·L-1HNO3溶液；100 g·L-1KI溶液；1+1和1 mol·L-1H2SO4溶液；100 g·L-1KSCN溶液；10 g·L-1淀粉溶液 电子天平；碱式滴定管；碘量瓶

2.2

2.2.1 实验方法 0.05 mol·L-1Na2S2O3溶液的配制：称取12.5 g Na2S2O3·5H2O于烧杯中，加入约300 mL 新煮沸后冷却的蒸馏水溶解，加入约0.2 g Na2CO3固体，然后用新煮沸且冷却的蒸馏水稀释至1 L，贮于棕色试剂瓶中，在暗处放置1~2周后再标定。

2.2.2

0.05 mol·L-1Cu2+标准溶液的配制：准确称取0.8 g左右的铜片，置于250 mL烧杯

中。（以下分解操作在通风橱内进行）加入约3 mL 6 mol·L-1HNO3，盖上表面皿，放在酒精灯上微热。待铜完全分解后，慢慢升温蒸发至干。冷却后再加入H2SO4（1+1）2 mL蒸发至冒白烟、近干（切忌蒸干），冷却，定量转入250 mL容量瓶中，加水稀释至刻度，摇匀，从而制得Cu2+标准溶液。 2.2.3

Na2S2O3溶液的标定：准确称取25.00 mLCu2+标准溶液于250 mL碘量瓶中，加水25

mL，混匀，溶液酸度应为pH=3~4。加入2 mLNaF溶液、7 mL100 g·L-1KI溶液，立即用待标定的Na2S2O3溶液滴定至呈淡黄色。然后加入2~3 mL10 g·L-1淀粉溶液，继续滴定至浅蓝色。再加入5 mL100 g·L-1KSCN溶液，摇匀后溶液蓝色转深，再继续滴定至蓝色恰好消失为终点（此时溶液为米色CuSCN悬浮液）。平行滴定数次，所得数据如表1。

表1 Na2S2O3溶液的标定实验

记录项目

Ⅰ 23.91

Ⅱ 23.81

Ⅲ 23.88

Ⅳ 23.94

Ⅴ 23.86

Ⅵ 23.85

VNa2S2O3/mL

2.2.4

滴定：精确称取CuSO4·5H2O试样0.25~0.375 g于250 mL碘量瓶中，加入3 mL1

mol·L-1H2SO4溶液和30 mL水，溶解试样。加入2 mLNaF溶液、7 mL100 g·L-1KI溶液，立即用待标定的Na2S2O3溶液滴定至呈淡黄色。然后加入2~3 mL10 g·L-1淀粉溶液，继续滴定至浅蓝色。再加入5 mL100 g·L-1KSCN溶液，摇匀后溶液蓝色转深，再继续滴定至蓝色恰好消失为终点（此时溶液为米色CuSCN悬浮液）。平行滴定数次，所得数据如表2。

表2 测定CuSO4·5H2O试样中Cu含量

记录项目

Ⅰ 0.3486 25.19

Ⅱ 0.2736 19.73

Ⅲ 0.2916 21.06

Ⅳ 0.3255 23.51

mCuSO4?5H2O/g VNa2S2O3/mL

3 结果与讨论

3.1

实验原理

Cu2+与I-的反应是可逆的，为了使反应趋于完全，必须加入过量的KI。但是由于CuI沉淀强烈地吸附I3离子，会使测定结果偏低。如果加入KSCN，使CuI（Ksp=5.06×10-12）转化为溶解度更小的CuSCN（Ksp=4.8×10-15）：

CuI + SCN- = CuSCN↓+ I-

-

-这样不但可释放出被吸附的I3离子，而且反应时再生的I-离子可与未反应的Cu2+发生作用。

但是，KSCN只能在接近终点时加入，否则较多的I2会明显地为KSCN所还原而使结果偏低：

2-SCN-+ 4I2+ 4H2O = SO4+ 7I- + ICN + 8H+

同时，为了防止铜盐水解，反应必须在酸性溶液中进行。酸度过低，铜盐水解而使Cu2+氧化I-进行完全，造成结果偏低，而且反应速度慢，终点拖长；酸度过高，则I-被空气氧化为I2的反应被Cu2+催化，使结果偏高。

大量Cl-能与Cu2+配合，I-不易从Cu（Ⅱ）离子的氯配合物中将Cu2+定量地还原，因此最好使用硫酸而不用盐酸（少量盐酸不干扰）。

3.2 环境的影响

Na2S2O3溶液易受微生物、空气中的氧以及溶解在水中的CO2的影响而分解：

细菌Na2S2O3 ???? Na2SO3+S ?

2---S2O3 + CO2 + H2O ??? HSO3 + HCO3 + S ?

2-2-2S2O3 + O2??? 2SO4 + 2S ?

为了减少上述副反应的发生，配制Na2S2O3溶液时用新煮沸后冷却的蒸馏水，并加入少量Na2CO3（约0.02%）使溶液呈微碱性，或加入少量HgI2（10 mg·L-1）作杀菌剂。配制好的Na2S2O3溶液放置1~2周，待其浓度稳定后再标定。溶液应避光和热，存放在棕色试剂瓶中，置暗处。

3.3 标定Na2S2O3溶液的实验

用电子天平称取了铜片为0.8227 g，按步骤2.2.2配得Cu2+标准溶液的浓度为0.05179 mol·L-1。根据表1的数据算得Na2S2O3溶液的浓度及平均浓度，如表3。根据格鲁布斯法、

表3 Na2S2O3溶液的标定实验结果

记录项目

L-1 cNa2S2O3/mol·

L-1 cNa2S2O3/mol·Ⅰ 0.05414 Ⅱ 0.05437 Ⅲ 0.05421 Ⅳ 0.05408 Ⅴ 0.05426 Ⅵ 0.05428 0.05422

Q检验法得知，算得标准偏差s=1.037×10-4、sr=0.19%，cNa2S2O3的结果中没有可疑值应该舍去。

实验结果在误差允许范围内。

3.4 测定CuSO4·5H2O中Cu含量

根据表2的数据得到Cu的含量，结果如表4。最终Cu含量表示为wCu=24.88%±0.03%，其中α=0.05。本次测定的s=2.160×10-4，sr=0.09% 。

表4 CuSO4·5H2O中Cu的含量

记录项目 Ⅰ

24.90% Ⅱ 24.85%

24.88% Ⅲ 24.88% Ⅳ 24.89% wCu wCu 参考文献

[1] 詹益民.不纯硫酸铜中铜含量的测定[J].黄山学院学报，20xx年第6期：68—69

《分析化学实验（第三版）》，四川大学化工学院、浙江大学化学系编，高等教育出版社 《无机及分析化学实验》，王仁国主编，中国农业出版社

 

第二篇：利用铜渣生产硫酸铜的实验报告

利用铜渣生产硫酸铜的实验报告

王健 李小平 徐超秀

（巴彦淖尔紫金有色金属有限公司技术部）

摘要 研究了利用铜渣生产硫酸铜的过程中反应温度、硫酸用量、硫酸浓度、以及反应时间对反应效率的影响。通过实验考察，确定了适于利用本公司铜渣生产硫酸铜的实验参数和工艺流程。 0 前言

巴彦淖尔紫金有色金属有限公司设计生产能力为10万吨锌锭，生产工艺为：锌精矿氧化熔烧—热酸浸出—低污染黄甲铁矾除铁。公司处理的原料属于高铁闪锌矿，含钴较高，净液过程中采用锌渣、锑盐硫酸铜、硫酸铅综合除钴工艺。因此长期的净化过程需要大量硫酸铜作为辅料被消耗掉。因此，从20xx年年末开始，为了响应“学金山，降成本”的口号，积极参与“小改小革”促效益、降成本活动，技术部专门成立项目小组，对利用铜渣生产硫酸铜实验进行了全面、系统的研究。

1 试验药品和仪器

铜渣;浓硫酸（98%）；1 台抽滤泵;1 台搅拌器;1台电炉;2000 mL 和4000mL 烧杯各1只;1只1000mL 量桶;微型鼓气盒子一个； 2 实验

2.1 实验原料

试验原料为我公司镉工段所产铜渣，铜渣各主要元素含量见表1。

表1 铜渣中各主要元素的含量（%）

元素 含量 2.2 实验原理

Zn 5.63

Cu 58.92

Cd 2.04

Fe 0.21

2Cu + 1/2 O2 ==Cu2O (1) Cu2O + H2SO4 == Cu2SO4 + H2O (2) Cu2SO4 + H2SO4 + 1/2O2==2CuSO4 + H2O (3) 总反应式:

Cu + O2 + H2SO4 ==CuSO4 + H2O (4) 2.3 实验方法

本实验采用“单因素分析”法，依次对硫酸铜用量、硫酸浓度、反应温度、反应时间进行分析。试验具体操作为：配制一定浓度的硫酸溶液，鼓入空气、搅拌、加热至一定温度时一次性加入所需铜渣，反应一定时间后停止加热、搅拌，对混液进行过滤，对所得滤渣和滤液进行元素分析。 3 结果与讨论

3. 1 反应温度的确定

在其它条件均不变的条件下,通过改变温度,获得在相同时间内,转化率随温度变化的关系,实验结果见表2。

表2 反应温度与转化率的关系

温度/ ℃ 转化率/ %

常温 15

50 18.2

60 22.5

70 39. 0

80 90

48. 0 51.2

反应条件:铜渣:工业硫酸= 1 :1(质量) ;稀硫酸的浓度: 10 %;反应时间:6h。

从表2 可以看出,当反应温度在60 ℃以下时,转化率较低而且随

温度的升高变化不大,只有当温度超过60 ℃以后,转化率才迅速上升。当温度超过80 ℃以后,转化率增加也并不像在60～70 ℃之间那么显著。之所以这样是因为在温度低时,整个反应速度受化学反应速度控制,温度低,反应活性较低,反应速度缓慢;而在温度较高时,特别是接近于水的沸腾温度,整个反应速度受空气在水中的溶解度和物理扩散速度控制,所以温度升的过高,虽然化学反应活性较大,但空气在酸液中的扩散阻力较大,所以空气的溶解度迅速下降,导致转化率并没有明显地增加。综上所述,反应温度确定为80℃之间。

3. 2 反应时间的确定

测定氧化时间,主要是在相同的初始反应条件下,测定时间与转化率之间的关系（见表3）。

表3 反应时间与转化率之间的关系

反应时间/ h

转化率/ % 1 5 3 8 5 41 7 52 9 56 反应条件:铜渣:工业硫酸= 1 :1(质量) ;稀硫酸的浓度:10 %;反应温度:80 ℃

从表3 可以看出,当反应时间达到7h 以后,转化率已达50 %以上。7h 转化率虽有增加,但并不显著。另外,长时间的鼓泡反应水分蒸发较迅速,当反应到达6h左右时,反应液的体积减少到不足初始溶液体积二分之一。虽然延长时间转化率有所提高,但是由于溶液体积少、浓度大,铜渣悬浮较为困难,而且有可能出现硫酸铜结晶的情况,给未反应的铜渣与母液的分离带来了一定的困难。在反应过程中,水分蒸发的速度不仅与反应温度和反应时间有关,而且还与反应器的形状有关。同样的原料配比和反应液的体积分别盛入2000mL和4000mL

的烧杯中,同样经过7h左右 的反应,2000mL烧杯中的反应液在整个反应过程中不需要补充水量,而4000mL 在反应过程中最少需要补充100mL的水。所以综合考虑,反应时间以6h 为宜,反应器宜选用在相同容积的情况下,其深度与平面比较大的容器。

3.3 硫酸的用量和稀硫酸浓度对反应的影响。

3.3.1 硫酸用量对反应的影响

铜渣与硫酸的原料配比对反应结果的影响见表4。

表4 硫酸的用量对铜渣转化率的影响

Cu :H2SO4

(w) 1 :1. 1 1 :1. 3 1 :1. 6 1 :1. 8 1 :2 1 :2. 7 1 :3.0

55 55 转化率/ % 38. 25 43. 75 49. 5 50. 3 51. 3

反应条件:反应温度:80 ℃,反应时间:6h ,铜渣均为200g ,反应容器:2000mL 和4000mL 烧杯,酸的浓度为10 %。

从表4 可以看出,在相同的反应温度和相同的酸的浓度下,经历相同的反应时间,其铜渣的转化量近似相同。表4 中Cu :H2SO4 = 1 :1. 反应6 小时,铜渣转化量偏低,原因是反应在开始阶段温度偏低造成的。铜渣空气氧化生产硫酸铜是在一定浓度的稀硫酸溶液中进行的。这是一个气、液、固三相反应,空气必须在稀硫酸中充分的鼓泡,让铜渣悬浮起来。悬浮起来的铜渣在稀硫酸中被溶解的空气只能氧化生成氧化亚铜而不能生成氧化铜,氧化亚铜又与稀硫酸发生反应生成硫酸亚铜,硫酸亚铜再与稀硫酸发生反应生成硫酸铜,反应式如下:

2Cu + 1/2 O2 ==Cu2O (1)

Cu2O + H2SO4 == Cu2SO4 + H2O (2)

Cu2SO4 + H2SO4 + 1/2O2==2CuSO4 + H2O (3)

总反应式:

Cu + O2 + H2SO4 ==CuSO4 + H2O (4)

所以当有硫酸铜生成或在反应开始时投入少量的硫酸铜,硫酸铜吸附铜渣生成硫酸亚铜,即:

Cu + CuSO4==Cu2SO4 (5)

然后,反应再继续按反应(3) 进行。所以当反应进行到一定程度时,原料Cu 同时按两种不同的机理进行反应。从反应机理可以看出,铜渣在稀硫酸中直接空气氧化生成硫酸铜的过程,铜渣只是间接地与硫酸 按照摩尔比1 :1 发生作用。硫酸过量对铜渣的转化影响并不大,反而会造成反应母液中酸浓度过高,使硫酸铜呈深蓝色的三水合晶体,影响产品的质量。铜渣过量,使反应母液中酸浓度降低,使硫酸铜呈艳 蓝色或浅蓝色的五水合晶体,提高了产品的质量,所以一般采用铜渣过量。

3.3.2 稀硫酸的浓度对反应的影响

稀硫酸的浓度对反应效果的影响见表5。

表5 稀硫酸浓度与铜渣转化率的关系

稀硫酸的浓度/ %

转化率/ % 5 48 8 51 10 50. 1 12 45 14 31 16 25

反应条件: 反应温度80 ℃,反应时间: 6h ,铜渣均为200g ,工业硫酸24mL ,反应容器:1000mL 和4000mL 烧杯。

从表5可以看出，实验过程中反应液随着酸的浓度增加,铜渣的转化率不仅没有增加,反而有下降的趋势。根据反应机理分析可知:当酸的浓度增加时,溶液的密度增大,粘度增加,而且在酸的总用量不增加

的情况下,随着酸的浓度的增加,反应液的体积势必减少,所以，最终造成铜渣悬浮的困难。由于铜渣不能充分地悬浮起来,减少了气、液、固接触的机会,所以铜渣的转化率有下降的趋势。

4 结论

综上所述，该实验的最佳实验参数为：反应时间：6h；反应温度：70～90℃；铜渣：铜渣:工业硫酸= 1 :1(质量)；稀硫酸浓度：10%； 5 后记

实验方案确定之后，在公司领导的高度重视下，该实验已经应用到生产实践，生产正常。所产的硫酸铜溶液完全能够替代外购硫酸铜（晶体）满足公司内部所需。

撰写：李小平

20xx年5月9日