Ecuación química:
Cu 2H2SO4 (concentrado) CuSO4 SO2 = 2H2O
Ventajas: El proceso de producción es sencillo.
Desventajas: Se produce gas SO2 nocivo, la utilización de materia prima es baja y el medio ambiente está contaminado.
2. Método de disolución de oxidación por tostado a alta temperatura
Materias primas principales: cobre y ácido sulfúrico diluido.
Principio de producción: primero, el cobre se tuesta en un horno de tostación para producir óxido de cobre, y luego se usa ácido sulfúrico diluido para disolver el óxido de cobre y producir sulfato de cobre.
Ecuación química:
2Cu O22CuO
Óxido de cobre ácido sulfúrico = sulfato de cobre H2O
Ventajas: alto aprovechamiento de materia prima, baja contaminación .
Desventajas: El cobre tiene una actividad débil, una oxidación lenta a bajas temperaturas y una reacción incompleta.
3. Método de disolución del ácido nítrico concentrado y sustitución del ácido sulfúrico
Principales materias primas: ácido nítrico concentrado, cobre, ácido sulfúrico concentrado.
Principio de producción: El ácido volátil se elabora a partir de ácido difícil de volátil.
Ecuación química:
Cu(NO3)2 H2SO4 (concentrado)CuSO4 2HNO3 ↑ =
Ventajas: velocidad de reacción rápida y bajos requisitos en las condiciones de reacción.
Desventajas: alto consumo de materias primas y grave contaminación.
4. Electrólisis
Principales materias primas: cobre, ácido sulfúrico diluido y grafito.
Principio de producción: Utilizando el principio de la celda electrolítica, el sulfato de cobre se prepara con cobre como ánodo, grafito como cátodo y ácido sulfúrico como electrolito.
Ecuación química: Sulfato de cobre sulfato de cobre H2 =
Ventajas: El proceso de producción es sencillo y libre de contaminación.
Desventajas: Consume mucha energía.
En segundo lugar, mejora teórica
El proceso de preparación de sulfato de cobre mediante tostación, oxidación y disolución a alta temperatura se divide en dos pasos y el proceso es complicado. Después de un estudio cuidadoso, se descubrió que siempre que se utilice bien el principio del método de tostado, oxidación y disolución a alta temperatura, el proceso se puede simplificar y se pueden ahorrar recursos. El análisis teórico es el siguiente:
2Cu O22CuO ①
CuO H2SO4=CuSO4 H2O ②
Multiplica la fórmula ② por 2 y suma la fórmula ① para obtener un avance Además La ecuación de reacción química del oxígeno:
2Cu O2 2H2SO4 2CuSO4 2H2O
De esta forma se obtiene teóricamente un método con proceso simple y alta tasa de utilización de materia prima. Pero todavía es necesario realizar experimentos para verificar si es práctico.
Tercero, exploración del método
1. Experimento 1: El oxígeno involucrado en la reacción lo proporciona el aire.
(1) Fármacos experimentales: exceso de cobre y ácido sulfúrico diluido.
(2) Equipo experimental: matraz de fondo redondo de tres bocas, soporte de hierro, lámpara de alcohol, red de amianto, termómetro, frasco de seguridad, catéter, dos bolas y balanza de bandeja.
(3) Proceso experimental:
① Ensamble el instrumento como se muestra en la Figura 1 y verifique la estanqueidad del dispositivo.
Figura 1
(2) Primero coloque la pieza de cobre en el matraz de fondo redondo, luego agregue 6 mol/L de ácido sulfúrico diluido en el matraz de fondo redondo hasta que la pieza de cobre esté sumergida. .
(3) Enciende la lámpara de alcohol para calentar, aprieta la bola e introduce lentamente aire en el matraz.
(4) Una vez completada la reacción, apague la lámpara de alcohol, enfríe, saque los trozos de cobre y pese los trozos de cobre restantes. Repita el proceso anterior usando diferentes concentraciones y temperaturas de ácido sulfúrico.
(4) Procesamiento de datos (ver Tabla 1):
Tabla 1
(5) Conclusión: El cobre, el ácido sulfúrico diluido y el oxígeno no se pueden calentar bajo condiciones de calentamiento Se produce sulfato de cobre.
2. Experimento 2: Utiliza peróxido de hidrógeno para descomponerlo y proporcionar oxígeno.
(1) Fármacos experimentales: cobre, ácido sulfúrico diluido, peróxido de hidrógeno (30).
(2) Equipo experimental: matraz de fondo redondo de tres bocas, soporte de hierro, lámpara de alcohol, red de amianto, termómetro, catéter, frasco de seguridad, dos bolas, balanza de bandeja.
(3) Proceso experimental:
① Instale el instrumento. El diagrama esquemático del dispositivo es el mismo que el del Experimento 1. Verifique la estanqueidad del dispositivo.
(2) Primero coloque la pieza de cobre en el matraz de fondo redondo, agregue una cantidad adecuada de ácido sulfúrico diluido y una pequeña cantidad de peróxido de hidrógeno al 30% y luego caliente.
(3) Una vez completada la reacción, apagar la lámpara de alcohol, enfriar, filtrar y pesar los trozos de cobre restantes.
(4) Procesamiento de datos (ver Tabla 2):
Tabla 2
(5) Conclusión: Cobre, ácido sulfúrico diluido y peróxido de hidrógeno en condiciones de calentamiento En estas condiciones no se puede producir sulfato de cobre.
3. Experimento 3: Cuando se utiliza ácido nítrico concentrado como catalizador, el cobre, el oxígeno y el ácido sulfúrico se convierten en sulfato de cobre.
(1) Fármacos experimentales: cobre, ácido sulfúrico diluido, ácido nítrico, solución de NaOH.
(2) Instrumentos experimentales: matraz de fondo redondo, soporte de hierro, lámpara de alcohol, red de amianto, termómetro, botella de seguridad, catéter urinario, doble bola, balanza de bandeja.
(3) Principio experimental:
Cu 4HNO3 (concentrado) = Cu(NO3)2 2NO2 ↑ 2H2O ③
Nitrato de cobre ácido sulfúrico (concentrado) = ácido sulfúrico Ácido nítrico y cobre = ④
Suma ③ fórmula a ④ fórmula para obtener:
Cu 2 HNO 3 h2so 4 = cuso 4 2 NO2 ↑ 2H2O⑤
Se sabe que agregar un catalizador de ácido nítrico producirá el gas nocivo NO2.
Y porque: 4NO2 2H2O O2 = 4NO3 ⑤ Multiplica ⑤ por 2 y ⑤ para obtener:
2Cu O2 2H2SO42CuSO4 2H2O
(4) Proceso experimental:
① Instale el instrumento (como se muestra en la Figura 2) y verifique la estanqueidad del dispositivo.
Figura 2
(2) Primero coloque el trozo de cobre en el matraz de fondo redondo, luego agregue ácido sulfúrico diluido y ácido nítrico respectivamente.
③Enciende la lámpara de alcohol.
(4) Una vez completada la reacción, apagar la lámpara de alcohol, enfriar, filtrar y pesar los trozos de cobre restantes.
(5) Procesamiento de datos (ver Tabla 3):
Tabla 3
(6) Conclusión:
Utilizar ácido nítrico concentrado Como catalizador, calentado, produce sulfato de cobre a partir de cobre, oxígeno y ácido sulfúrico. La tasa de utilización de materia prima es alta y el proceso de producción está libre de contaminación. Al elegir la temperatura y la concentración de ácido sulfúrico adecuadas y agregar el portador de oxígeno ideal (en este artículo se utiliza peróxido de hidrógeno), se puede encontrar un método de preparación perfecto.
Referencia
[1] Gao, Jiang Lifu, Liu Xide. Preparación de sulfato de cobre catalizado por ácido nítrico [J]. Chemistry World, 1995 (3): 125-126.
[2]Wang Zhichun. ¿Preparar sulfato de cobre a partir de residuos de alambre de cobre[J]. ¿Obras seleccionadas de escritores jóvenes? Comunicación Docente, 2011(10):215.
(Editor a cargo de esta columna/Ye Mei)