自制教具探索硫酸铜的制备 硫酸铜的制备实验报告
一、传统制备方法 依据相关资料查得，目前用铜制备硫酸铜的方法主要有以下几种： 1.浓硫酸溶解法 主要原料：铜、浓硫酸。 生产原理：利用浓硫酸的强氧化性将铜氧化生成硫酸铜，并产生相同物质的量的二氧化硫。
化学方程式：
Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O
优点：生产工艺简洁。
缺点：会产生SO2有害气体，且原料利用率低，污染环境。
2.高温焙烧氧化溶解法
主要原料：铜、稀硫酸。
生产原理：先将铜在焙烧炉中焙烧，生成氧化铜，再用稀硫酸溶解氧化铜，而制得硫酸铜。
化学方程式：
2Cu+O22CuO
CuO+H2SO4=CuSO4+H2O
优点：原料利用率高，污染小。
缺点：铜活泼性较弱，温度较低时氧化速率慢，反应不彻底。
3.浓硝酸溶解硫酸置换法
主要原料：浓硝酸、铜、浓硫酸。
生产原理：利用难挥发性酸制挥发性酸。
化学方程式：
Cu(NO3)2+H2SO4(浓)CuSO4+2HNO3↑
优点：反应速度快，反应条件要求低。
缺点：原料消耗高，污染严重。
4.电解法
主要原料：铜、稀硫酸、石墨。
生产原理：利用电解池的原理，以铜作阳极，石墨作阴极，硫酸作电解质，制取硫酸铜。
化学方程式：Cu+H2SO4CuSO4+H2↑
优点：生产工艺简洁，无污染。
缺点：消耗大量电能。
二、理论改进
用高温焙烧氧化溶解法制取硫酸铜的过程分两步进行，过程烦琐。经仔细研究发现，只要利用好高温焙烧氧化溶解法的原理，可以简化过程，节约资源。理论分析如下：
2Cu+O22CuO ①
CuO+H2SO4＝CuSO4+H2O ②
将②式乘以2与①式相加，就得到一个预先添加了氧气的化学反应方程式：
2Cu+O2+2H2SO4 2CuSO4+2H2O
这样从理论上就得到了一个过程简单、原料利用率高的方法。但实际是否可行还需通过试验来验证。
三、方法探索
1.实验一：参与反应的氧气由空气提供
(1)实验药品：铜(过量)、稀硫酸。
(2)实验仪器：三口圆底烧瓶、铁架台、酒精灯、石棉网、温度计、安全瓶、导管、二连球、托盘天平。
(3)实验过程：
①按图1所示组装仪器，并检查装置气密性。
图1
②先将铜片放入圆底烧瓶，再取6 mol/L的稀硫酸加入圆底烧瓶中，至淹没铜片。
③点燃酒精灯加热，挤压二连球，向圆底烧瓶中缓慢通入空气。
④待反应完全后，熄灭酒精灯，冷却，取出铜片，称量剩余铜片的质量。改用不同浓度的硫酸和温度，重复上述过程。
(4)数据处理(见表1)：
表1
(5)结论：铜、稀硫酸、氧气在加热条件下，不能生成硫酸铜。
2.实验二：利用双氧水分解提供氧气
(1)实验药品：铜、稀硫酸、双氧水(30％)。
(2)实验仪器：三口圆底烧瓶、铁架台、酒精灯、石棉网、温度计、导管、安全瓶、二连球、托盘天平。
(3)实验过程：
①安装好仪器，装置简图同实验一，并检查装置气密性。
②先将铜片放入圆底烧瓶，分别加入适量稀硫酸与少量30％的双氧水，然后进行加热。
③反应完成后，熄灭酒精灯，冷却，过滤，称量剩余铜片的质量。
(4)数据处理(见表2)：
表2
(5)结论：铜、稀硫酸、双氧水在加热条件下，也不能生成硫酸铜。
3.实验三：在浓硝酸作催化剂时，实现铜、氧气、硫酸转化为硫酸铜
(1)实验药品：铜、稀硫酸、硝酸、NaOH溶液。
(2)实验仪器：圆底烧瓶、铁架台、酒精灯、石棉网、温度计、安全瓶、导管、二连球、托盘天平。
(3)实验原理：
Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O ③
Cu(NO3)2+H2SO4(浓)=CuSO4+2HNO3↑ ④
③式加④式可得：
Cu+2HNO3+H2SO4=CuSO4+2NO2↑+2H2O ⑤
可知在加入催化剂硝酸后会生成NO2有害气体。
又因为：4NO2+2H2O+O2=4HNO3 ⑥将⑤式乘以2加⑥式可得：
2Cu+O2+2H2SO42CuSO4+2H2O
(4)实验过程：
①安装好仪器(如图2所示)，并检查装置气密性。
图2
②先将铜片放入圆底烧瓶，然后分别加入稀硫酸和硝酸。
③点燃酒精灯。
④反应完全后，熄灭酒精灯，冷却，过滤，称量剩余铜片的质量。
(5)数据处理(见表3)：
表3
(6)结论：
在浓硝酸作催化剂、加热的条件下，用铜、氧气、硫酸制取硫酸铜，原料利用率高，生产过程无污染。选择合适的温度、合适浓度的硫酸，并加入理想的载氧剂(本文选用双氧水)，就可以找到一条完美的制备途径。
参考文献
[1] 高灿柱,姜力夫,刘西德.硝酸催化法制取硫酸铜[J].化学世界,1995(3):125-126.
[2] 王之春.用废铜线制取硫酸铜[J].小作家选刊?教学交流,2011(10):215.
(本栏责任编辑/叶梅)