实验一 硫酸四氨合铜(II)的制备及组成分析
一、实验目的
1. 了解硫酸四氨合铜(Ⅱ)的制备步骤并掌握其组成的测定方法。 2. 掌握蒸馏法测定氨的技术。
二、实验原理
硫酸四氨合铜(Ⅱ)( [Cu(NH3)4]SO4·H2O)为深蓝色晶体,主要用于印染、纤维、杀虫剂及制备某些含铜的化合物。本实验以硫酸铜为原料与过量的NH3·H2O反应来制备:
[Cu(H2O)5]2+ + 4NH3 + SO42- = [Cu(NH3)4]SO4·H2O + 5H2O
硫酸四氨合铜溶于水,不溶于乙醇,因此在[Cu(NH3)4]SO4溶液中加入乙醇,即可析出[Cu(NH3)4]SO4·H2O晶体。
[Cu(NH3)4]SO4·H2O中的Cu2+ 、SO42-及NH3含量可以用吸光光度法、重量分析法、酸碱滴定法分别测定。
[Cu(NH3)4]SO4·H2O在酸性介质中被破坏为Cu2+及NH4+,加入过量NH3可以形成稳定的深蓝色配离子[Cu(NH3)4]2+。根据朗伯-比尔定律:
A = kbc
式中:A为吸光度;k为有色溶液的摩尔吸收系数;c为试液中有色物质的浓度;b为液层的厚度。
配制一系列已知铜浓度的标准溶液,在一定波长下用分光光度计测定[Cu(NH3)4]2+溶液的吸光度,绘制标准曲线。由标准曲线法求出Cu2+离子的浓度,从而可以计算出样品中的铜含量。
[Cu(NH3)4]SO4·H2O在碱性介质中被破坏为Cu(OH)2和NH3。在加热条件下把氨蒸入过量的标准溶液中,再用标准碱溶液进行滴定,从而准确测定样品中的氨含量。
三、主要仪器和试剂
1. 仪器:台秤、研钵、布氏漏斗、抽滤瓶、电子天平(0.1mg)、722分光光度计、吸量管(5mL、10mL)、容量瓶(50 mL、100 mL)、比色皿(2cm)、滴定管(酸式、碱式 25mL)、 锥形瓶(100mL)。
2. 试剂:碱:NH3·H2O(1:1)、CuSO4·5H2O固体、H2SO4(3 mol·L-1) HCl标准溶液(0.1 mol·L-1)、NaOH(10% 0.1 mol·L-1)、NH3·H2O(2 mol·L-1)、标准铜溶液(0.0500 mol·L-1)、乙醇(95%)、酚酞(0.2%)
四、实验步骤
1. 硫酸四氨合铜(Ⅱ)的制备
在小烧杯中加入NH3·H2O (1:1) 20 mL,在不断搅拌下慢慢加入精制CuSO4·5H2O 5 g,继续搅拌,使其完全溶解成深蓝色溶液。待溶液冷却后,缓慢加入20 mL乙醇(95%),即有深蓝色晶体析出。盖上表面皿,静置约15 min,抽滤,并用1:1 NH3·H2O-乙醇混合液(1:1氨水与乙醇等体积混合)淋洗晶体两次,每次用量约2~3 mL,将其在60 ℃左右烘干,称量。 按CuSO4·5H2O的量计算[Cu(NH3)4]SO4·H2O的产率。评价产品的质和量,并分析原因。 2. 硫酸四氨合铜(Ⅱ)的组成测定 1). 铜含量测定
(1)[Cu(NH3)4]2+的吸收曲线的绘制
用吸量管吸取0.0500 mol·L-1标准铜溶液0 mL,2.0 mL,4.0 mL,分别注入三个50 mL容量瓶中,加入10.00 mL 2 mol·L-1 NH3·H2O,用蒸馏水稀释至刻度,摇匀。以试剂空白溶液(即不加标准铜溶液)为参比溶液,用2 cm比色皿,用分光光度计分别测定500~680 nm时的吸光度。以吸光度为纵坐标、波长为横坐标,绘制吸收曲线,求出[Cu(NH3)4]2+的最大吸收波长(λmax)。 (2)标准曲线的绘制
用吸量管分别吸取0.0500 mol·L-1标准铜溶液0 mL、1.00 mL、2.0 mL、3.0 mL、4.00 mL、5.0 mL,注入六个50 mL容量瓶中,加入10 mL2.0 mol·L-1 NH3·H2O溶液后,用蒸馏水稀释至刻度,摇匀。以试剂空白溶液为参比溶液,用2 cm比色皿,在[Cu(NH3)4]2+的最大吸收波长(λmax)下,分别测定它们的吸光度。以吸光度为纵坐标,相应的Cu2含量为横坐标,
+
绘制标准曲线。
(3)样品中Cu2+含量的测定
准确称取样品0.2~0.3 g于小烧杯中,加5 mL水溶解后,滴加6 mol·L-1 H2SO4至溶液从深蓝色变至蓝色(表示络合物已解离),将溶液定量转移至100mL容量瓶中,加入蒸馏水稀释至刻度,摇匀。准确吸取样品10.00 mL置于50 mL容量瓶中,加10.00 mL 2.0 mol·L-1 NH3·H2O,用蒸馏水稀释至刻度,摇匀。以试剂空白溶液为参比溶液,用2 cm比色皿,在[Cu(NH3)4]2+ 最大吸收波长(λmax)下测定其吸光度。从标准曲线上求出Cu2+含量,并计算
样品中铜的含量。 3. 氨含量的测定
氨含量的测定在简易的定氮装置中进行,如图所示。测定时先准确称取0.25~0.30 g样品置于锥形瓶中,加入80 mL水溶解,然后加入10.00 mL 10% NaOH溶液。在另一锥形瓶中准确加入20 mL 0.2189 mol·L-1 HCl溶液。使用蒸氨装置将NH3蒸出。蒸出的氨通过导管被标准HCl溶液吸收。约20分钟左右可将氨全部蒸除。取出并拔掉插入HCl溶液中的导管,用少量水将导管内外可能沾附的溶液洗入锥形瓶内。用标准NaOH溶液滴定过量的HCl(以甲基红为指示剂)。根据加入的HCl溶液体积及浓度和滴定所用NaOH溶液体积及浓度,计算样品中氨的含量。
图:测定氮的装置
此过程中反应方程式:
Cu(NH3)4SO4 + 2 NaOH ? CuO? + 4 NH3? + Na2SO4 + H2O
按下式计算NH3含量:
(c1V1-c2V2)?17.04 g?mol-1ω(NH3)=?100%ms五、数据记录与处理
1. 铜含量的测定
(a)以波长λ为横坐标,吸光度(A)为纵坐标,绘制[Cu(NH3)4]2+ 的吸收曲线,求最大吸收波长λmax。
λ/nm A(2.00mL) 500 520 540 560 580
硫酸四氨合铜(II)的制备及组成分析
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