硫酸铜重结晶实验

一. 实验目的1. 了解重结晶法提纯物质的原理及方法；

2. 掌握加热、溶解、蒸发、过滤及结晶等基本操作；

3. 掌握水解反应及抑制水解进行的条件；

4. 了解产品纯度检验的原理及方法。

二. 实验原理

1. 机械杂质分离

机械杂质可以通过倾斜法中除去。

2. Fe²⁺、Fe³⁺分离

工业粗硫酸铜中含有不溶性杂质和可溶性杂质FeSO4和Fe2(SO4)3等物质。可用氧化剂H2O2或Br2将杂质Fe2+氧化为Fe3+，然后在溶液pH≈4的条件下，使Fe3+离子水解形成Fe(OH)3沉淀而除去。该过程可用下列反应表示：2Fe2++H2O2+2H+===2Fe3++2H2O Fe3++3H2O===Fe(OH)3↓+3H+

除去铁离子之后的滤液，用检验KNCS没有Fe3＋存在，

在 0.01mol/L 的、溶液中和分别于 pH=7.5 、 2.3 时开始沉淀，在 pH=9.7 、 4.1 式沉淀完全（残留离子浓度 < mol/L ）。

3. 结晶或重结晶纯化

可溶性晶体物质中的杂质可以通过重结晶法除去。重结晶的原理是基于物质的溶解度一般随着温度的降低而减小，当热的饱和溶液冷却时，待提取物质首先以结晶析出，而少量杂质由于还没有达到饱和，仍然留在母液当中，通过过滤即可获得纯物质。

式中，为铜的百分含量，ms为硫酸铜晶体的质量，Ar(Cu)为铜的摩尔原子质量

三. 仪器、试剂

1. 仪器分析天平，普通漏斗，布氏漏斗，吸滤瓶，蒸发皿，真空泵，台秤、烧杯(100rnl) 、量筒、石棉网、玻棒、酒精灯、漏斗架、表面皿、铁三脚、洗瓶、油滤装置、硫酸铜回收瓶。

2. 试剂 2 mol·L-1 HCl，1 mol·L-1 H2SO4，3.0% H2O2，6 mol·L-1、2 mol·L-1 NH3·H2O，2 mol·L-1 NaOH，0.1 mol·L-1 KSCN，粗硫酸铜（研细的粉末），NaOH(0.5 mol?L－1)。

3. 材料滤纸，火柴，称量纸，角勺，pH试纸

四. 实验内容

1．粗硫酸铜的提纯

(1)称量和溶解

用天平称取工业粗硫酸铜晶体8 g，在研钵中研细后，再重新称量6g，放入100 mL烧杯中，加入30 mL蒸馏水。将烧杯放在石棉网上加热，用玻璃棒搅拌使晶体溶解。溶解时加入2～3滴1 mol·L^-1的H₂SO₄溶液以加速溶解。

(2)沉淀和过滤

向溶液中逐滴加入2 mL 3.0％的H₂O₂溶液，加热，边搅拌边逐滴加入2 mol·L^-1 的NaOH溶液到pH≈4(用pH试纸检验)。再加热片刻，静置，使红棕色Fe(OH)₃沉降。趁热用倾析法在普通漏斗上过滤，滤液收在洁净的蒸发皿中，用蒸馏水洗涤烧杯及玻璃棒，洗涤液也全部转入蒸发皿中。

(三)蒸发和结晶
    在滤液中滴入2滴1mol?L－1H2SO4溶液，调节pH=1~2，使溶液酸化，然后放在石棉网上加热，蒸发浓缩（切勿加热过猛以免液体溅失）。当溶液表面刚出现一层极薄的晶膜时，停止加热。静置冷却至室温，使CuSO4?5H2O充分结晶析出。
(四)减压过滤
    将蒸发皿中CuSO4?5H2O晶体用玻棒全部转移到布氏漏斗中，抽气减压过滤，尽量抽干，并用干净的玻棒轻轻挤压布氏漏斗上的晶体，尽可能除去晶体间夹的母液。停止抽气过滤，将晶体转到已备好的干净滤纸上，再用滤纸尽量吸干母液，然后将晶体用台秤称量，计算产率。晶体倒入硫酸铜回收瓶中。
    五、结果记录
粗硫酸铜的重量W1 ＝       g          精制硫酸铜的重量W2 ＝       g。

（六）称重、计算产率

用天平称量产品质量，计算产率。

2. 纯度检定

称1 g已研细的粗硫酸铜和1 g提纯后的硫酸铜晶体分别按照以下操作步骤进行：

（1）把晶体倒入小烧杯加10 mL蒸馏水溶解，再加入1 mL 1 mol·L^-1H₂SO₄酸化（可用试纸检验），逐滴加入2 mL 3.0% H₂O₂，煮沸片刻，使Fe²⁺氧化为Fe³⁺。

（2）溶液冷却后在搅拌条件下分别逐滴加入6 mol·L^-1氨水，直至生成的蓝色沉淀完全溶解，溶液呈深蓝色为止，其反应为：

Fe³⁺+3NH₃+3H₂O=Fe(OH)₃↓+3NH₄⁺

2CuSO₄+2NH₃+2H₂O=Cu₂(OH)₂SO₄+(NH₄)₂SO₄

Cu₂(OH)₂SO₄+(NH₄)₂SO₄+6NH₃=2[Cu(NH₃)₄]SO₄+2H₂O

（3）用普通漏斗过滤后，向滤纸上滴加2 mol·L^-1氨水，直至滤纸上的蓝色褪去为止，弃去滤液。

（4）用滴管滴加3 mL 2 mol·L^-1HCl至滤纸上，溶解Fe(OH)₃沉淀，溶液收集于一干净的试管中（如果一次不能完全溶解，可用滤液再次溶解，反复操作，直到Fe(OH)₃完全溶解）。

（5）向溶液中加入1滴0.1 mol·L^-1KSCN，溶液变成血红色。Fe³⁺浓度越大，红色越深，可根据颜色深浅比较溶液含Fe³⁺的多少，评价工业粗硫酸铜晶体的提纯效果。

提问思考题
　　1、粗硫酸铜溶液中杂质Fe2+为什么要氧化为Fe3＋除去？

因为氢氧化亚铁比氢氧化铜先沉淀，氢氧化铜比氢氧化铁先沉淀。
如果不氧化，无法分离铜离子和亚铁离子。
二价铁离子只有在PH值为7.6－9.6的时候才会沉淀
二价铜离子只有在PH值为4.4－6.4的时候才会沉淀
三价铁离子只有在PH值为2.7－3.7的时候才会沉淀
如果不先把二价铁离子氧化为三价铁离子，直接加入碱，则会造成二价铁离子与二价铜离子一起沉淀，这样就达不到除杂的目的了

2、除Fe3＋时，为什么要调节到pH≈4左右？pH值太小或太大有什么影响？

如果PH太高的话,铜离子则会生成沉淀,如果太低的话则不利于Fe3+的沉淀形成.
　　3、怎样鉴定提纯后的硫酸铜纯度？

1,为什么用双氧水而不用高锰酸钾或者重铬酸钾氧化Fe2+?

因为用后两种会产生新的杂质,且会污染环境，二者本身又有颜色，会干扰试验。双氧水足可氧化Fe2+，还原产物为水，避免带来新的杂质

2,精制后的硫酸铜溶液为什么要滴几滴稀硫酸调节PH至1-2，然后再加热蒸发？

调节PH值，抑制硫酸铜水解。因为硫酸铜是强酸弱碱盐，加热的时候，回出现水解现象，有氢氧化铜胶体，CuSO4 + 2H2O = Cu(OH)2 + H2SO4 ,此反应是可逆的。加入硫酸后,反应向左移动,抑制硫酸铜的水解

2.实验中如何控制得合格的硫酸铜五水合物？

控制加热的温度.
3.要提高产品的纯度应注意什么问题？

注意温度不要过高,防止结晶水被去掉.

注意事项
　　1、注意各步的pH值控制。
　　2、蒸发浓缩时，要小火加热。
　　3、注意滤纸的使用。
　　4、注意减压过滤操作。
　　5、提存过的粗品和硫酸铜同时进行鉴定和比较。

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