从铜制备二水合氯化铜

鞠鹏程 化院 111130051

摘要：通过以铜为原料，制备碱式碳酸铜为中间产物的方式，制备二水合氯化铜。文章

通过讨论分析该实验过程中的现象，提出了部分改进措施。并通过与工业制法比较，分析了两者的优缺点。

关键词：CuCl2•H2O Cu 碱式碳酸铜 制备

引言：CuCl2•2H2O 摩尔质量170.47，为淡蓝色结晶，单斜晶系。在潮湿空气中易潮

解，在干燥空气中也易风化。易溶于水、氯化铵、丙酮、醇及醚中。从氯化铜水溶液生成结晶时，在299～315K得二水盐，在288K以下得四水盐，在288～298.7K得三水盐，在315K以上得一水盐。有毒，应密闭贮存。

该物质可用于制玻璃、陶瓷、颜料、消毒剂、媒染剂、食品添加剂、催化剂(如烃的卤化以及许多有机氧化反应)。用于金属提炼、木材防腐、照相、氧化剂、净水等。 一般工业生产方法：

1．盐酸法 用盐酸溶解氧化铜或碳酸铜，再经浓缩、结晶而得。

2．合成法 将氧气在填料塔中与铜粒反应，经冷却结晶而得。将一定量的氧化铜逐渐加入盐酸中，边加边搅拌，发生下列反应 ：CuO + 2HCl → CuCl2 + H2O当溶液pH为2，浓度35～37°Be′时，反应完毕，静置澄清，清液中加入次氯酸钠，使二价铁氧化成三价铁，水解过滤除去。母液浓缩至出现晶析为止，再经冷却结晶、离心分离，并于333～343K下干燥16小时左右，即得成品。

1.实验部分

1.1主要试剂及仪器

试剂：6mol/L盐酸20ml，6mol/L HNO330ml，蒸馏水，5gCu片，100ml饱和Na2CO3溶液。

仪器：250ml、100ml烧杯，干燥箱，加热装置，蒸发皿，表面皿。

1.2实验方法

1.2.1硝酸铜的制备

将在通风橱中，将5g铜片加入到250ml烧杯中，再向烧杯中加入30ml 6mol/LHNO3，待反应缓和后盖上表面皿，水浴加热，若反应20分钟后烧杯中仍有铜片剩余，可补加少量6mol/LHNO3硝酸，直至铜片完全溶解。

3Cu+8HNO3=3Cu(NO3)2+2NO+4H2O

1.2.2碱式碳酸铜的制备

待溶液冷却，逐渐加入饱和Na2CO3溶液(10g/100ml)。至沉淀完全，将所得沉淀抽滤得到浅蓝色碱式碳酸铜固体，并用蒸馏水洗涤6-7次。

Cu(NO3)2+Na2CO3+ H2O→xCuCO3•yCu(OH)2+NaNO3

1.2.3氯化铜晶体的制备

将得到的沉淀放入100ml烧杯中，加入20ml6mol/LHCl，溶解沉淀，水浴蒸发结晶。当有晶膜出现时，停止加热，冷却结晶，将晶体抽滤，微热干燥至浅蓝色。称重，将晶体保存在广口瓶中，贴标签。

xCuCO3•yCu(OH)2+HCl→CuCl2+CO2+H2O

1.2.4产物分析

称取0.1000g样品，溶于水，加15mlNH3-NH4Cl缓冲溶液（PH10）及0.2g红紫酸铵混合指示剂，用0.02mol/L EDTA标准溶液滴定至溶液呈紫蓝色。

1.3实验结果

1.3.1制备结果

（表1 实验产物统计表）

产品 原料（Cu）质量 CuCl2•2H2O

产率较为理想。

1.3.2分析结果

（表2 产物纯度分析表）

序号 产品质量（g） C(EDTA)（mol/L） V(初)（ml） V(末)（ml） △V（ml） 0.00 24.12 24.12 94.34% 1 0.3628 0.02081 0.12 24.27 24.15 94.46% 2 5g 13.41g 7.20g 57.79% 理论产量 实际产量 产率

(CuCl2•2H2O) (CuCl2•2H2O) 相对相差 纯度有待提高。

94.40% 1.27*10^-3 2.结果讨论

2.1铜与硝酸的反应过程中，反应液为褐色

原因可能是溶液中氧化剂少了。反应过程中，由于还有未反应的铜存在，发生了下列反应 ：

Cu + Cu2+ → 2Cu+

在Cu2+和Cu+的混合液中，形成了Cu(Ⅰ)和Cu(Ⅱ)混合价态的二聚或多聚配离子，如Cl-Cu-Cl-CuCl2(H2O), 一般具有混合价态的物质的颜色比单一氧化态的物质的颜色深而重，因此溶液呈褐色。此时加适量氧化剂后溶液变为绿色。

2.2成本估算

（表3 实验药品用量及价格统计表） 药品 Cu CuCl2•2H2O Na2CO3 HCl HNO3 纯度 AP AP CP 35%-38% 65%-68% 剂量 500g 500g 500g 500ml 500ml 单价 40元 43元 9元 5.5元 7.5元 用量(产量) 5g 7.20g 10g 18ml 20ml 价格 0.4元 0.62元 0.18元 0.20元 0.30元 成本耗费：0.4+0.18+0.20+0.30=1.08元 产品价格：0.62元

利润：0.62-1.08=-0.46元

由于操作的一些问题以及用量的浪费，造成不能盈利。

2.3关于碱式碳酸铜的制备

本实验的第二步，制备碱式碳酸铜是确保保留大量铜元素的关键步骤。若在此步骤中残留大量铜离子在溶液中，则势必造成最终产物CuCl2•2H2O的损失。在形成碱式碳酸铜沉淀时可通过多次分离沉淀加入饱和碳酸钠，促进Cu2+的沉淀 （表4 PH值与液体中Cu2+浓度的关系 g/L） pH值 Cu2+ 19.5 11.0 5.1 1.8 0.3 0.5 1.9 4.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 表4数据表明，pH值对液体中Cu2+离子浓度有重要影响，pH值过小，残余的Cu2+多，沉淀不完全，铜的回收率低;pH值过大，生成的沉淀部分溶解，铜的回收率也低。pH值应控制在6.0-6.5范围内最适宜。但在具体操作时，由于加入饱和碳酸钠，无法达到该范围，因此可以在产生大量沉淀后先过滤，洗沉淀，再微微蒸发滤液，在滤液中再加饱和碳酸钠溶液，使Cu2+充分沉淀。

2.4蒸发干燥时生成无水CuCl2

在最后的干燥步骤中，由于部分溶液受热不均匀，结晶后易失水生成红褐色的无水CuCl2-晶体，附着在蒸发皿的边缘，可在未结晶之前，用玻棒将无水CuCl2拨进溶液中，稍微搅拌，使其溶解否则会造成最终产量的损失。如最终产物干燥后，失水过多，也可补加少量水，重新干燥。

2.5与工业制法的比较

工业上制备氯化铜时，是将浓盐酸用蒸气加热至80℃左右，慢慢加入粗制CuO粉（含有杂质FeO）用浓盐酸溶解，得到的氯化铜溶液中含有一定量的Fe2+。 盐酸法生产流程如图1所示。

2.5.1在工业生产中，CuO较碱式碳酸铜易制的，可直接利用空气做为氧化剂，而不需像本实验用较贵的硝酸作为氧化剂。由于，本实验中，所用的样品较为理想，相较而言，工业制法较为成熟，成本也更加低廉。

2.5.2本实验方案生成的中间产物为较纯的碱式碳酸铜，有较高的经济价值，可用于制油漆颜料、烟火、杀虫剂、其他铜盐和固体荧光粉激活剂等，也用于种子处理及作杀菌剂等，也用作颜料。因此改中间产物可直接作为企业产品。当产品销售市场出现波动时，可以调节碱式碳酸铜和二水合氯化铜的生产分配，来应对市场的供需改变。 2.5.3本实验由于使用硝酸作为氧化剂，因此会产生污染物氮氧化物。相较而言，工业制法污染较轻。但是如果采取适当措施，也可避免污染产生，由于产生的氮氧化物易溶于水，可回收废气，用氧气氧化，重新生成硝酸，如此便可重复利用。也有效解决了污染问题。

2.6关于产品纯度

分析结果显示，产品纯度不到98%，为达到AP。分析其原因，有如下几点：

2.6.1由于碳酸钠溶液饱和且过量，碱式碳酸铜表面附着大量的碳酸钠晶体，由于碱式碳酸铜固体粘稠，较难洗涤，虽经水洗多次，亦难洗净表面的碳酸钠。因而在最终的产物中

可能混有部分的氯化钠晶体。

2.6.2由于CuCl2•2H2O在潮湿空气中易潮解，在干燥空气中也易风化。而从氯化铜水溶液生成结晶时，在299～315K得二水盐，在288K以下得四水盐，在288～298.7K得三水盐，在315K以上得一水盐。因为，实验条件限制，干燥时无法完全准确控制干燥温度，所以在二水合盐中，也肯定混有多水合盐或无水盐。

3.结论

经本次实验，可初步认为，将铜单质氧化制备碱式碳酸铜，再用来制备二水合氯化铜的方案基本可行。

参考文献：

【1】杭州大学化学系等合编. 分析化学手册. 第二分册，化学工业出版社，1979。 【2】L.A.Dean. Lange's Handbook of chemistry, McGraw-Hill Book Company出版, 1999。

【3】顾庆超等编. 新编化学用表. 江苏科技出版社，1998。

【4】中国工业出版社组织编写. 中国化工产品大全. 上卷， 化学工业出版社，1994。 【5】傅献彩主编. 大学化学. 下册，高等教育出版社，1999。

【6】武汉大学，吉林大学等编. 无机化学. 第3版.下册，高等教育出版社，1994。