用自制教具探索硫酸铜的制备——硫酸铜制备实验报告
化学方程式:
Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2 =+2H2O
优点:生产工艺简单。
缺点:会产生有害的SO2气体，原料利用率低，污染环境。
2.高温焙烧氧化溶解法
主要原料:铜和稀硫酸。
生产原理:首先将铜在焙烧炉中焙烧生成氧化铜，然后用稀硫酸溶解氧化铜制得硫酸铜。
化学方程式:
2Cu+O22CuO
氧化铜+硫酸=硫酸铜+H2O
优点:原料利用率高，污染小。
缺点:铜的活性弱，低温下氧化速度慢，反应不完全。
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:挥发酸由难挥发酸制成。
化学方程式:
Cu(NO3)2+H2SO4(浓)CuSO4+2HNO3↑ =
优点:反应速度快，对反应条件要求低。
缺点:原材料消耗大，污染严重。
4.电解
主要原料:铜、稀硫酸和石墨。
生产原理:利用电解池原理，以铜为阳极，石墨为阴极，硫酸为电解液制备硫酸铜。
化学方程式:铜+硫酸硫酸铜+H2 =
优点:生产工艺简单，无污染。
缺点:耗电多。
第二，理论上的改进
高温焙烧氧化溶解制备硫酸铜的工艺分为两步，工艺复杂。经过仔细研究发现，只要利用好高温焙烧氧化溶解法的原理，就可以简化工艺，节约资源。理论分析如下:
2Cu+O22CuO ①
CuO+H2SO4=CuSO4+H2O ②
将公式②乘以2，加上公式①，得到一个提前加氧的化学反应方程式:
2Cu+O2+2H2SO4 2CuSO4+2H2O
这样从理论上得到了一种工艺简单、原料利用率高的方法。但是否实用还需要实验来验证。
第三，方法探索
1.实验一:参与反应的氧气由空气提供。
(1)实验药物:过量的铜和稀硫酸。
(2)实验仪器:三口圆底烧瓶、铁架、酒精灯、石棉网、温度计、安全瓶、导管、两个球和托盘天平。
(3)实验过程:
①如图1所示组装仪器，并检查装置的气密性。
图1
(2)先将铜片放入圆底烧瓶中，然后向圆底烧瓶中加入6 mol/L的稀硫酸，直至铜片被淹没。
(3)点燃酒精灯加热，挤压小球，向圆底烧瓶内慢慢通入空气。
(4)反应完成后，熄灭酒精灯，冷却，取出铜片，称取剩余的铜片。使用不同浓度和温度的硫酸，重复上述过程。
(4)数据处理(见表1):
表1
(5)结论:铜、稀硫酸和氧气在加热条件下不能生成硫酸铜。
2.实验二:用过氧化氢分解提供氧气。
(1)实验药物:铜、稀硫酸、双氧水(30%)。
(2)实验仪器:三口圆底烧瓶、铁架、酒精灯、石棉网、温度计、导管、安全瓶、两个球、托盘天平。
(3)实验过程:
①安装仪器，装置原理图与实验一相同，检查装置气密性。
(2)先将铜片放入圆底烧瓶中，分别加入适量稀硫酸和少量30%过氧化氢，然后加热。
(3)反应完成后，熄灭酒精灯，冷却，过滤，称取剩余铜片。
(4)数据处理(见表2):
表2
(5)结论:铜、稀硫酸和过氧化氢在加热条件下不能生成硫酸铜。
3.实验三:以浓硝酸为催化剂时，铜、氧气和硫酸转化为硫酸铜。
(1)实验药物:铜、稀硫酸、硝酸、NaOH溶液。
(2)实验仪器:圆底烧瓶、铁架、酒精灯、石棉网、温度计、安全瓶、导尿管、双球、托盘天平。
(3)实验原理:
Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O ③
硝酸铜+硫酸(浓)=硫酸铜+硝酸= ④
③公式加④公式可得:
Cu+2 HNO 3+h2so 4 = cuso 4+2 NO2 ↑+ 2H2O⑤
已知加入催化剂硝酸后会产生有害气体NO2。
又因为:4NO2+2H2O+O2 = 4NO3 ⑤将⑤乘以2和⑤得到:
2Cu+O2+2H2SO42CuSO4+2H2O
(4)实验过程:
①安装仪器(如图2所示)并检查装置的气密性。
图2
(2)先将铜片放入圆底烧瓶中，然后分别加入稀硫酸和硝酸。
③点亮酒精灯。
(4)反应完全后，熄灭酒精灯，冷却，过滤，称取剩余铜片。
(5)数据处理(见表3):
表3
(6)结论:
以浓硝酸为催化剂，加热，由铜、氧气和硫酸制备硫酸铜。原料利用率高，生产过程无污染。通过选择合适的温度和硫酸浓度，加入理想的载氧体(本文选用过氧化氢)，可以找到一种完美的制备方法。
参考
[1]高，蒋力夫，刘喜德。硝酸催化制备硫酸铜[J].化学世界，1995(三):125-126。
[2]王之春。利用废铜丝制取硫酸铜[J].小作家作品选刊？教学交流，2011(10):215。
(本栏目责任编辑/叶眉)