硫酸四氨合铜(II)的制备及组成分析

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-1

ω(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。

（b）以Cu2+ 溶液体积为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线。

2+

（c）在标准曲线上求Cu 含量，进而计算样品中铜的含量。 2. 氨含量的测定

（a）根据加入标准HCl溶液的体积及浓度和消耗的标准NaOH溶液体积及浓度计算氨的百分含量。

（b）根据所称取的样品质量计算吸收氨所需标准HCl的理论量。若要求回滴时消耗标准NaOH溶液为20 mL左右，则可计算实际应取标准HCl溶液的体积（单位mL）。 4. 将测得Cu2+、NH3含量与理论值比较，分析误差产生的原因。 六、注意事项：

1. 要制得比较纯的[Cu(NH3)4]SO4·H2O晶体，必须注意操作顺序，CuSO4要尽量研细，且应充分搅拌，否则可能局部生成Cu2(OH)2SO4，影响产品质量(反应后溶液应无沉淀，透明)。 2. [Cu(NH3)4]SO4·H2O生成时放热，在加入乙醇前必须充分冷却，并静置足够时间。如能放置过夜，则能制得较大颗粒的晶体。 3. 废液和固体废弃物倒入指定容器中。 七、思考题

1. 查阅相关资料，了解硫酸根离子除重量法外，还有哪些方法可以测定硫酸根离子的量。 2. 硫酸四氨合铜中Cu2+，NH3还可以用哪些方法测定？