第6期
2006年12月湖南人文科技学院学报
JournalofHunanInstituteofHumanities,ScienceandTechnologyNo.6
Dec.,2006
氯化亚铜实验室制备的绿色化研究
颜智殊,侯素兰
(湖南人文科技学院化学系,湖南 娄底 417000)
摘 要:根据绿色化学理念,对实验室制备氯化亚铜进行较全面的研究与探索,找到了制备氯化亚铜的最佳条件与
途径,并使实验基本达到了绿色化学实验的要求。实验结果表明,改进后的实验不仅大大减少了药品的用量和废物排放量,而且实验操作更简单,实验现象更明显。
关键词:绿色化学;绿色化学实验;氯化亚铜
中图分类号:O614.121 文献标识码:A 文章编号:1673-0712(2006)06-0034-03
StudyontheGreeningofPreparationofCuClinLaboratory
YANZhi-shu,HOUSu-lan
(ChemistryDepartment,HunanInstituteofHumanities,ScienceandTechnology,Loud,i417000,China)
Abstract:Withthegreenchemistryprinciple,preparingCuClatlaboratorywerestudied.Thebestconditionandmethod
werefound.Theresultsshowthatnotonlythedrugsdosageandthediscardofexhaustquantityarereducedgreatly,theresourceissaved,butalsotheexperimentaloperationissimple,experimentalphenomenonisobviousaftertheexperimentwasimproved.
Keywords:greenchemistry;greeningexperiment;CuCl
绿色化学[1](GreenChemistry)又称环境无害化学(En-vironmentalBenignChemistry)。是指在制造和应用化学品时应有效利用(最好是可再生)原料,消除废弃物和避免使用有毒的和危险的试剂和溶剂。它要求在整个化学反应和工艺过程中实现全程控制、清洁生产。绿色化学追求的目标是:无害、友好、洁净[2]。因此,绿色化学是进入成熟期的更高层次的化学。
绿色化学实验,则是充分体现绿色化学理念,使用绿色化学技术,追求绿色化学目标的化学实验。
现行大学5无机化学实验6的各种教材,大都缺乏绿色化学理念,因而在实验内容的选取、实验过程的设计、实验药品的使用等方面与绿色化学实验要求相去甚远,既造成大量资源浪费,又严重污染环境。本文选取大学5无机化学实验6[3](97-98)中氯化亚铜的制备实验进行绿色化研究与探索,找到了制备氯化亚铜的最佳条件和方法,减少了实验药品的用量,节约了资源,降低了环境污染,同时也简化了实验过程,使实验操作更简便,实验现象更明显,成功率大大提高。
1 实验部分
1.1 实验原理
氯化铜溶液和铜粉、浓盐酸反应生成H[CuCl2],反应式为:
CuCl2+Cu+2HCl(浓)
稀释
2H[CuCl2]
(1)
H[CuCl2]加水稀释生成白色氯化亚铜沉淀。H[CuCl2]
CuCl|(白色)+HCl+HCl
4CuCl+2H2O2
(2)(3)(4)
反应过程中可能存在的副反应有:CuCl+H2O4CuCl+4HCl+O21.2 实验仪器与药品
仪器分析天平(湖南湘仪);电热恒温水浴锅(上海浦东物理光学仪器厂);101-2AB型电热鼓风干燥箱(天津市泰斯特仪器有限公司);具塞试管;250mL容量瓶;5mL移液管;漏斗;烧杯等。
药品无水乙醇(分析纯);浓盐酸(分析纯);氯化铜(分析纯);铜粉(分析纯);氯化钠(分析纯)。
1.3 实验内容
收稿日期:2006-11-06.
作者简介:颜智殊(1957- ),男,湖南涟源人,湖南人文科技学院化学系副教授,从事无机化学教学研究。
总第93期颜智殊,侯素兰:氯化亚铜实验室制备的绿色化研究
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1.3.1 0.5mo.lL-1CuCl2溶液的配制
用分析天平准确称取CuCl2#2H2O固体21.31g,置于250mL烧杯中,加入约100mL蒸馏水,搅拌溶解。将此溶液转移至250mL容量瓶中,用少量蒸馏水洗涤烧杯和玻璃棒后将洗涤液全部转移到容量瓶中,最后用滴管慢慢滴加蒸馏水使液面最低处于250mL刻度线上,塞紧瓶塞,充分振荡容量瓶使其混合均匀后置于药品柜中以备用。
1.5.2 氯化亚铜沉淀的制备
用5mL移液管准确移取3mL0.5mol/LCuCl2溶液于具塞试管中,用10mL量筒准确量取1mL浓盐酸加入CuCl2溶液中,混合均匀后,再加入一定量的固体NaCl和铜粉,塞紧试管,在密闭条件下振荡试管近1分钟,充分反应后静置,待剩余铜粉全部沉降后,把上层清液迅速倾入盛有100mL蒸馏水的烧杯中,立即得到白色CuCl沉淀;用无水乙醇洗涤数次(三次为宜)后过滤,将沉淀放入70e恒温干燥箱中烘干,称重。
液试管上的橡皮塞取下,仔细观察溶液表面,可看到在无色溶液与空气的界面上,不断形成棕色物质,此物质即为[CuCl2]-离子接触空气后被空气中的氧所氧化而生成的物质,它是Cu+和Cu2+与Cl-一起生成的二聚或多聚配合物。将此配合物加热后又可变成无色的[CuCl2]-溶液。由此可见,H[CuCl2]制备反应的终点颜色,为接近无色或无色。铜粉的最佳用量为0.3g。
2.2.2 Cl-浓度对实验结果的影响
由反应式(1)CuCl2+Cu+2HCl(浓)═2H[CuCl2]可知,当增大Cl-的浓度时,有利于生成H[CuCl2],从而提高CuCl沉淀的产率。但当Cl-浓度过高时,CuCl+Cl-═[CuCl2]2-,会使CuCl沉淀溶解而降低产率。本文在室温下,以0.3g铜粉与3mL0.5mol/LCuCl溶液和1mL浓盐酸2反应体系为基础,加入一定量的NaCl固体以增大反应体系中Cl-浓度。实验结果见表2。由表2可知,NaCl固体的最佳用量为0.5g。
表2 NaCl固体最佳用量实验
mNaCl(s)(g)反应速度反应后溶液颜色生成沉淀的现象mCuCl(g)
0.30.40.50.60.7
快快快快快
无色无色无色无色无色
明显明显明显明显明显
0.20930.20930.21430.19450.1901
2 结果与讨论
2.1 反应终点颜色的判断
原实验教材中将反应终点颜色定为/深棕色0。这是因为在开放的反应系统中,反应生成的[CuCl]-接触空气2后,被空气中氧气氧化生成了复杂配合物(Cu+和Cu2+与Cl-生成的二聚或多聚配合物[4])所致,将此/深棕色0溶液加热,可以变为/接近无色0或/无色0溶液。即加热使反应产物转化为了H[CuCl2]溶液,H[CuCl2]溶液是无色的。本文实验结果也证明了反应的终点颜色为接近无色或无色。
2.2 实验原材料及其用量对实验结果的影响2.2.1 铜粉最佳用量的实验研究
原实验采用铜屑与CuCl2溶液、浓盐酸反应,必须加热至沸腾反应才能快速进行。本文中用铜粉代替铜屑与CuCl2溶液、浓盐酸反应,无需加热。表1为不同铜粉用量分别与3mL0.5moL/LCuCl2溶液和1mL浓盐酸反应得到CuCl沉淀的实验结果。实验结果表明,在此条件下,铜粉的最佳用量为0.3g。
表1 铜粉最佳用量实验
mCu(g)反应速度反应后溶液颜色0.10.20.30.40.5
较快较快较快较快较快
黄棕色浅黄色近无色无色无色
生成沉淀的现象
较明显较明显较明显较明显较明显
mCuCl(g)0.03470.03480.03970.03770.0386
2.3 酸度对实验结果的影响
用NaCl(s)代替浓盐酸做此实验[5~8]。结果发现反应后溶液颜色由绿色y棕色y浅黄色,最终形成不透明(浑浊)溶液。试管壁上粘附有黄色的固体物质。这是因为在中性或碱性条件下,反应生成物CuCl容易水解,生成黄色的CuOH,即:
CuCl+H2O
CuOH(黄色)+HCl
因其水解过程为可逆反应,当往上述浑浊溶液中逐滴加入浓盐酸时,使上述反应平衡向生成CuCl沉淀方向移动,从而有效地抑制了CuCl的水解。因此本实验应在酸性条件下进行。且由于铜粉参加反应,浓盐酸不能被其他氯化物所取代。
2.4 温度对实验结果的影响
0.3g铜粉与3mL0.5moL/LCuCl溶液和1mL浓盐酸2
在加入0.5gNaCl固体条件下于不同温度反应。其结果见表3。
实验结果表明,温度对本实验结果影响不明显,本实验在常温下进行是可行的。
2.5 绿色化实验研究
2.5.1 改开放式实验为封闭实验
本文将开放式实验改为封闭实验,控制了浓盐酸中Hl,从表1中可以看出,在反应后溶液颜色为/近无色0或/无色0的实验中,氯化亚铜的生成量均比/黄棕色0和/浅0,
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免了实验目标物被空气氧化,提高了产品产率。
表3 温度对实验结果的影响
温度t(e)反应速度反应后溶液颜色20以下2025303540沸腾
快快快快快快快
无色无色无色无色无色无色无色
湖南人文科技学院学报总第93期
3 结论
1)本实验反应终点不是深棕色,而是接近无色或无色。
2)本实验最佳实验方案组合:在室温和封闭体系下,将3mL0.5mol/LCuCl2溶液和1mL浓盐酸混合均匀后,先后加入0.5gNaCl固体和0.3g铜粉,振荡试管近1分钟,使其充分反应,静置沉降,待剩余铜粉全部沉降后,将上层无色透明溶液立即倾入100mL蒸馏水中,迅速生成大量白色CuCl沉淀,CuCl沉淀用无水乙醇洗涤沉淀数次后,过滤,置于70e的恒温干燥箱中烘干,称重。
0.21040.22070.21720.22350.20970.21840.1765
生成沉淀的现象mCuCl(g)
明显明显明显明显明显明显明显
2.5.2 减少药品用量,节约资源,友好环境
遵循绿色化学药品用量的/五R0原则[9],尽可能减少化学药品的用量。本文实验与原实验相比,药品用量减少了三倍。既节约了资源,又大大减少了废弃物的排放,友好了环境。
2.5.3 实验趋于微型化
实验微型化是绿色化学的要求,它可以大幅度降低实验成本,同时废弃物的排放可以追求少排放或/零0排放。本文实验装置,已趋于微型化,实验成本大为降低,废弃物排放量也很少。而实验却更简便了,实验现象也更明显了。
2.5.4 用无水乙醇代替蒸馏水洗涤CuCl沉淀CuCl沉淀不溶于无水乙醇,用无水乙醇做洗涤剂,可减少产品损失;无水乙醇能与CuCl被氧化后生成的CuCl2反应生成CuC,l能使产品纯度更高,产率更高;无水乙醇的沸点比水低,在烘干产品时,只需在70e的恒温下即可,既可缩短烘干时间,又可降低能耗。
参考文献:
[1]玉峰.高校开展绿色化学教育的探讨[J].河北科技大学学报
社会科学版,2004,4(2):74-77.
[2]胡天友,刘德汞,常丽娟.绿色化学)21世纪化学的新理念
[J].信阳农业高等专科学校学报,2003,13(2):86-87.
[3]邹京主编.无机化学实验[M].北京:北京师范大学出版社,
1991.
[4]陈艳丽.氯化亚铜制备实验的研究[J].济南大学学报,1996,
6(2):76-78.
[5]张桂珍,张燕明.绿色化学理念改进沉淀反应实验[J].天津化工,2004,18(4):59-60.[6]GONGRu,iCHENYuan-tao,LIUWei-shengetc.Agreen
routetopreparationofCuClmicrocrystallites[J].JournalofYu-nanUniversity,2005,27(3A):184-186.
[7]黄宗明.硝酸催化氧化法制备氯化亚铜的研究[J].化学世界,2002,(5):404-405.
[8]李维芬.制取氯化亚铜方法的改进[J].承德民族师专学报,
1997,(2):52.
[9]倪哲明,章晨.绿色化学21世纪化学发展的方向[J].浙江树人大学学报,2002,2(5):66-70.