制备铜氨配合物晶体实验探讨

制备铜氨配合物晶体实验探讨 制备铜氨配合物晶体实验探讨 实验园地 制备铜氨配合物晶体实验探讨 吴孙富,李永平 (当阳市第二高级中学,湖北当阳444100) 摘要:从实验和理论两个方面进行探讨,说明了制备铜氨配合物晶体的试剂浓度和试剂用量的关系,用硫酸铜溶液所制备的铜 氨配合物晶体的成分不单只是【Cu(NH,)4]s0?H0,而是【Cu(NH)41so?H:0与[Cu(NH,)4](0H)?nH0的混合物. 关键词:铜氨配合物;实验教学;[Cu(NH3)]so?H0;[Cu(NH,)I(OH)?nH:o 文章编号:1005—6629(2011)10—0047—02中图分类号:G633.8文献标识码:B 1问题的提出 人教版《化学(选修3)?物质结构与性质》?中所 述的铜氨络合物晶体制备实验如下: 向盛有硫酸铜水溶液的试管里加入氨水,首先形 成蓝色沉淀,继续加入氨水,沉淀溶解,得到深蓝色的 透明溶液;若加入极性较小的溶剂(如乙醇),将析出 深蓝色的晶体. 教材上就此实验给出的两个离子方程式如下: Cu"+2NH3.H2O=Cu(OH)2+2NH4………'? Cu(OH)2+4NH3=[Cu(NH3)4]"+20H一………? 教材上说"实验中得到的深蓝色晶体是 [Cu(NH3)4]so4.H20". 此实验有两个问题需要探讨:一是教材上没有 说明试剂的浓度和用量,实际实验时有点盲目,需要 探讨试剂的浓度和用量.二是深蓝色晶体不一定是 [Cu(NH,MSO?H0,在深蓝色的水溶液中含有sO一和 OH一两种阴离子,加入乙醇后得到的深蓝色晶体还可 能是[Cu(NH)】(OH):?nH0或[Cu(NH,)]so?H0与 【Cu(NH,)](OH)2?nH:0的混合物. 为了正确解答这两个问题,笔者从实验和理论两 个方面进行了探讨. 2实验 关于实验内容的两点说明:(1)实验时的室温是 l2?.(2)由于Cu(OH),【Cu(NH,)]等都有颜色,本 文实验在测定pH时,是用玻璃棒蘸取待测液点在pH 试纸上,观察的是溶液在试纸上浸润部分的颜色. 【实验1]用小烧杯取10mL饱和CuSO溶液,向 饱和CuSO溶液中逐滴加入标签浓度为含NH25-28 %的浓氨水,边滴加边搅拌,当生成较大量的cu(0H) 沉淀时(Cu.未完全沉淀),测得溶液的pH为5.继续 化学教学2011年第10期 滴加浓氨水,边滴加边搅拌,当部分Cu(OH):溶解时, 测得溶液的pH为9.继续滴加浓氨水,边滴加边搅拌, 当Cu(OH):恰好完全溶解时,溶液呈深蓝色,测得溶液 的pH为13. [实验2]向实验1所得小烧杯内的深蓝色溶液中 逐滴加入无水乙醇,边滴加边搅拌,约加入到3.5mL 时,溶液中开始出现蓝色晶体,随着乙醇的不断加人, 溶液中的蓝色晶体逐渐增多,当所加乙醇体积达到10 mL时,溶液中产生大量的晶体.将小烧杯静置一会儿 后过滤,得到深蓝色的晶体和浅蓝色溶液.用pH试纸 测得浅蓝色溶液(不含洗涤液)的pH为10,用乙醇洗 涤(洗涤3,4次)深蓝色晶体至洗涤液呈无色透明(另 用小烧杯接收洗涤液). 【实验3】将实验2中制得的深蓝色晶体移入小烧 杯,加入15mL蒸馏水用玻璃棒搅拌,蓝色晶体难以完 全溶解,静置后可见小烧杯底部有浅蓝色的Cu(OH),, 经测定,该溶液pH为12.用试管取小烧杯中的溶液少 量,用盐酸酸化后滴加0.1mol?L的BaC1溶液,试管 底部有白色的BaSO沉淀生成. [实验41用试管取实验2中所得的滤液少量,用 盐酸酸化后滴加0.1mol?L的BaCI溶液,试管底部 有大量白色的BaSO沉淀生成.将剩余的滤液倒人蒸 发mtlJn热蒸发至干,待蒸发皿冷却后再滴入浓NaOH 溶液,逸出有浓烈氨味的气体. [实验5】用小试管取2mL饱和CuSO溶液,向 试管中逐滴加入浓氨水,边滴加边振荡,直至生成的 Cu(OH):恰好完全溶解,得深蓝色的溶液.向深蓝色的 溶液中加入2mL无水乙醇,振荡,静置,试管内生成 大量的蓝色晶体. 3实验 实验园地 3.1两种试剂浓度的选择 选择饱和的CuSO溶液和浓氨水来制备含 [Cu(NH)】的溶液,是为了确保加入乙醇后溶液中有 足够浓度的[Cu(NH,)】参与形成晶体向含[Cu(NH,)] 的溶液中加入无水乙醇,是为了快速提高溶液中的乙 醇浓度,从而较好的形成含[Cu(NH,)】的晶体.实验 5中的微量实验能达到十分理想的实验效果,说明这种 思路是正确的. 3.2实验分析 由实验1可见,cu.未完全生成Cu(OH),时,溶 液会因剩余的cu和生成的NH的水解而显酸性. Cu(OH)部分溶解时,溶液显较弱的碱性;Cu(OH):完全 溶解时,溶液显强碱性,溶液中含有较大量的OH一.当 溶液中含有较大量的OH一时,加入乙醇形成蓝色晶体 时,是完全可以形成【Cu(NH3)】(0H)2?nH0的. 由实验3,实验4和实验5可见,蓝色晶体是 [Cu(NH3)lso?H0与[Cu(NH,)](OH):?nH2O的混合物. 蓝色晶体含【Cu(NH)4]sO?H0的实验依据是在晶体 中检测出了SO2..蓝色晶体含【Cu(NH)](OH)?nH20 的实验依据有三点:一是实验测得的滤液碱性明显比 未加乙醇结晶前的深蓝色溶液碱性弱,这说明原深蓝色 溶液中大量的OH一并不存在于结晶后的滤液中,而是 结晶到蓝色晶体中去了.二是用乙醇洗涤干净的蓝色晶 体溶于水后的溶液显示出比滤液还强的碱性,这说明 蓝色晶体中含有碱性化合物.三是滤液中含有NH和 SO2-,SO一以(NH)S0的形式进入了滤液,必定有与 S042一含相等电荷的OH一与[Cu(NH,)]一同结晶. 此外,还有几个实验问题需要简要说明如_1 实验2中的滤液呈浅蓝色,说明按照实验1的比 例实验时,大量的[Cu(NH,)】都参与形成了晶体,只有 少量的【Cu(NH,)】存在于溶液中. 实验3中的蓝色晶体难以完全溶解,主要是因为 洗涤后的晶体未干燥,含有较多的乙醇.实验3中的蓝 色晶体溶于水后,小烧杯底部出现浅蓝色的Cu(OH), 是由于促使Cu(OH)完全溶解的过量氨水进入了滤 液.笔者曾用【Cu(NH,)]的稳定常数和Cu(OH):的溶 度积对此现象进行过专门的分析,得出的结论是:含 [Cu(NH,)】的蓝色晶体溶于水时生成Cu(0H)是正常 的实验现象. 在实验4中将滤液蒸干后测定NH,是为了排除 溶液中过量氨水的干扰. 4结论 (1)制备含[Cu(NH)】的晶体时,宜用饱和的 CuSO溶液,浓氨水和无水乙醇. (2)制得的蓝色晶体不是纯净的[Cu(NH)】 SO4H20,是[Cu(NH3)4]so4'H20与[Cu(NH3)4】(0H)2'nH20 的混合物. 5教材上表述不准确的原因分析 教材上为什么要说"实验中得到的深蓝色晶体是 [Cu(NH,)]so?H0"呢?笔者分析后认为,教材上表述 不准的原因大致如下0 反应?生成的NH和反应?生成的OH一可发生 如下反应?,生成NH(或NH?H,0). NH4++OH一=NH3+H2O…………………? 反应?生成的NH又可与Cu(OH)发生反应?, 这样循环反应到Cu(OH):恰好完全溶解,综合考虑反应 ?,?,?,可得总反应?如下0 Cu+4NH3=[Cu(NH3)4卜……………一 据此反应理论,可得出"深蓝色晶体是【Cu(NH)] SO?H20"的结论. 事实上,NH?H:0和Cu(OH)都是弱电解质, [Cu(NH,)】也存在配合平衡.这就使得本文涉及到的 几个化学反应都难以按照化学方程式中的计量系数 比反应完全,Cu(OH)完全溶解时需要过量的氨水, Cu(OH):完全溶解时溶液中存在大量的OH一.向水溶 液中加入乙醇时,得到的蓝色晶体就成了【Cu(NH)】 sO?H0与【Cu(NH,)](OH)?nH0的混合物. 6待研究解决的问题 (1)本文实验所制得的蓝色晶体是[Cu(NH,)】 s0?H20与[Cu(NH,)4](OH)2?nH0的混合物,二者的 组成比例是多少?这是需要进行定量分析才能解决的 问题. (2)[Cu(NH,)](OH):?nH0中的结晶水数目n需 要设计实验制备纯净的[Cu(NH)】(OH)?nH:0进行定 量测定.笔者曾想参考[Cu(NH,)]so?H:0中的结晶水 数目将[Cu(NH)](OH):?nHO写成[Cu(NH)】(OH)?H:0, 考虑到两个OH一对于晶体结构的影响毕竟与一个 SO一对于晶体结构的影响有很大的不同,所以就未将 n妄定为1. 参考文献: ?人民教育出版社,课程教材研究所,化学课程教材研究开发中 心编着.普通高中课程实验教科书?化学(选修3)?物质结构与 性质【MJ.北京:人民教育出版社,2009:42. 化学教学2011年第10期