硫酸銅(銅 Sulfate)是一種金屬硫酸鹽化合物,又稱無水硫酸銅,化學式為CuSO?,銅元素在其中顯正二價。無水硫酸銅為白色粉末,溶解性為易溶于水,不溶于乙醇和乙醚。有較強的吸水性,吸水后由于水合銅離子而呈藍色結晶顆粒,化學式為,稱為五水硫酸銅,易溶于水而不溶于大多數有機溶劑。若乙醇、乙醚這類有機化合物含有微量水分,則可通過這一性質來檢驗;同時由于吸水性也可用作干燥劑,來除去有機物中少量水分。 CuSO?屬于強酸弱堿鹽,在水溶液中水解以后會顯弱酸性,可以與堿溶液反應。由于銅是變價金屬,銅在硫酸銅中顯正二價,因此與銅單質反應是歸中反應。
CuSO4可以與堿發生反應,也可以與部分金屬發生反應。由于吸水性很強,所以會以藍色的五水硫酸銅的形式存在,會在650℃下分解。斐林試劑是二價銅離子的酒石酸鉀鈉配合物,需要使用硫酸銅進行配制。
硫酸銅可與石灰乳等混合,用于配制成具有殺菌作用的波爾多液,作為農藥來消滅植物病蟲害;并且由于具備的殺菌作用,可以用于蓄水池,游泳池來防止藻類生長。
理化性質
物理性質
顏色及狀態:白色固體
氣味:無味
密度:3.6g/cm3
熔點:590 °C
沸點:650℃(分解為,和)
可燃性:不易燃
溶解性:易溶于水(20℃時,316g/L)且極易溶于熱水,可溶于冷水
吸水性:較強。在低于30℃的潮濕空氣中會轉為五水化合物。
五水硫酸銅
顏色及狀態:藍色結晶顆粒或粉末,脫水時呈白色(即為無水硫酸銅)。五水硫酸銅脫水生成硫酸銅過程中,隨著溫度的變化,結晶水也會流失,存在CuSO4·3H2O,CuSO4·H2O等水合物。
熔點:110°C
可燃性:不可燃
溶解性:溶于水(在21℃時溶解度≥100mg/mL)
幾乎不溶于大多數有機溶劑
化學性質
1、五水硫酸銅脫水后生成硫酸銅
硫酸銅的水合物由于溫度的升高導致逐漸失去結晶水,在102℃下失去兩個結晶水,隨著溫度的上升,到113℃后繼續失去兩個結晶水,最后直到溫度上升到258℃后變為硫酸銅。
2、硫酸銅可以發生高溫分解反應
硫酸銅在高溫下可以發生分解反應,且根據溫度不同,得到不同的產物。
3、硫酸銅的電解反應
4、根據金屬活動順序表進行的置換反應。活動性位于金屬Cu以前的金屬(M)可以參與硫酸銅的置換反應。
5、硫酸銅與堿的反應
在硫酸銅溶液中加入強堿(如氫氧化鈉),會得到淺藍綠色的氫氧化銅沉淀。
有銨離子的存在下氫氧化銅溶于氨水可形成銅氨配離子,形成深藍色溶液:
在不同的反應條件下,硫酸銅與堿反應生成的產物也不同。由于氫氧化銅的熱穩定性在堿金屬氫氧化物中算是比較差的,在一定溫度下會分解,加熱到80℃后,反應得到的氫氧化鈉會脫水轉變為氧化銅:
6、歸中反應
由于銅是變價金屬,硫酸銅還可以參與發生歸中反應。硫酸銅與銅屑混合氯化鈉加熱,可得到一價銅的沉淀。
7、斐林試劑是二價銅離子的酒石酸鉀鈉配位化合物,需要使用硫酸銅進行配制,以下是與斐林試劑相關反應。
斐林試劑與甲醛反應
斐林試劑是新配制的氫氧化銅,甲醛可以還原其中的二價銅離子,從而得到磚紅色的氧化亞銅沉淀。因此斐林試劑可以鑒別甲醛。
斐林試劑與葡萄糖反應
斐林試劑可與可溶性的還原糖在加熱的條件下反應(還原糖包括葡萄糖,果糖,麥芽糖等),生成磚紅色的氧化亞銅沉淀。所以斐林試劑用于鑒定還原糖的存在。
制備方法
工業生產方法
硫酸銅常通過銅礦石及工業廢棄物,如硫化銅礦和氧化銅礦,銅制品行業中的廢渣等。用于制備硫酸銅的礦石有硫化銅礦以及氧化銅礦,這些銅礦一般會進行礦石的預處理,然后通過浸出法制備CuSO4·5H2O然后結晶得到硫酸銅。
氧化銅礦
氧化銅礦中Cu的主要以CuO等氧化物的形式存在。
一般存在兩種方法進行制取。
浸出法
一般使用硫酸浸出銅礦,利用金屬活動性順序將銅離子轉化成單質銅形式或不溶銅鹽的形式存在,進而轉化得到CuO,最后通過酸溶結晶得到最終產品。反應原理如下:
或者利用氨與生成穩定的配位化合物進入溶液,
酸浸和氨浸的區別在于,酸浸的流程可以得到純度較高的產品,但是需要較長的工藝,金屬含量多,即對環境的影響較大。氨浸則是氨水的成本較低,但是需要在密閉的環境中循環,耗能高。
含銅廢料
很多工業部門如電線廠存在廢銅泥,切割存在的銅屑,電器零件的廢導線,化工中的含銅廢催化劑等等。
電路板經蝕刻后產生的蝕刻液中,含有大量的銅具有高回收價值。可以利用含銅的酸性廢液與堿性廢液發生中和反應,從而進行硫酸銅的生產,且可以進一步用水合進行再生處理,得到新的蝕刻廢液,達到循環工藝的目的。
金屬資源是可以回收利用,所以含銅廢料用作原料來生產硫酸是一個不錯的選擇。
含銅廢料制備硫酸銅的方法常見的有以下四種工藝,高溫焙燒氧化溶解工藝,氧化劑氧化溶解法,催化氧化溶解工藝,以及氨液浸出工藝。
需要注意的是,涉及酸堿反應的工藝中,溶液的pH選擇是工藝關鍵因素,包括酸的濃度的選擇等,都需要注意。
實驗室制備
大學無機實驗中主要采取濃硝酸氧化法來制取硫酸銅,用硝酸和硫酸溶解銅。反應原理如下:
但這種方法存在制備過程中會產生大量的有毒害氣體NO2、NO,對環境造成影響。所以改用H2O2來配合制備硫酸銅。其反應原理為:
影響實驗最終產率的因素有:濃硫酸用量的取舍,溫度的影響等。
應用領域
飼料添加劑
微量元素是動物生存必需的營養元素,對于機體正常代謝和免疫力有著重要的影響,比如維持內環境的穩定性等功能。銅是對蝦屬必需的一種微量元素,對于青年豬也有促生長作用之后。所以常在飼料中添加動物生長所需相關的微量元素。
微量元素氨基酸合物是接近于動物體內天然形態的微量元素補充劑,且具有良好的化學穩定性,較高的生物學效價,溶解性好、易被消化吸收、抗干擾、無刺激、無毒害作用等特性,所以在飼料中添加一定量的CuSO4 并研究高效有機銅飼料添加劑以達到飼養目的。
殺菌劑
波爾多液是一種無機化合物殺菌劑,由硫酸銅生石灰和水配制而成,有效成分為堿式硫酸銅CuSO4·3Cu(OH)2 。
將波爾多液噴灑在植物體產生病菌的地方,表面會形成一層藥膜,在二氧化碳、氨等作用下,銅鹽溶解后釋放出的銅離子產生作用,使得病菌細胞原生質蛋白質在銅鹽的作用下蛋白質凝固變性從而達到殺菌目的。波爾多液具有藥效范圍廣,作用持久,成本低的優點,可有效地阻止病菌孢子發芽,提高抗病能力。在農業上用來防治果樹病害。
但長期高劑量噴波爾多液會導致銅金屬的積累,導致土壤中營養元素不平衡。
除藻劑
由于銅對藻細胞壁表面的含硫基團有很強的親合力,對于藻類有一定毒性,可以干擾藻類新陳代謝和生化反應過程,破壞葉綠體等胞內物質,從而對藻類的生長產生抑制作用。因此常用硫酸銅作為除藻劑。
但是由于銅具有銅毒性,Cu2+一旦進入生物體內,生物體內的?—NH2、—NH等與之結合就會形成不溶于水的鹽從而失去活性,生物體的酶系統因此被破壞,新陳代謝和生化反應被阻斷導致生物體中毒。特別是除藻劑的使用地點,水源中如果存在生物,如魚類,除藻劑的使用會導致魚類的中毒。
且除藻劑的對生物體的毒性的影響還有其他因素的影響:首先是水生生物不同的特性(種類、大小及對銅的耐受力等),在同種水生生物的條件下,水環境的水溫、pH、 Do值也會影響。
安全事宜
健康危害
硫酸銅會刺激皮膚、眼睛和呼吸道,是一種強烈的刺激物。生物體攝入銅后可能導致嚴重的胃腸不適(嘔吐、胃腸疼痛、局部腐蝕和出血)、虛脫、無尿、血尿、貧血、白細胞增多、黃疸、昏迷、呼吸困難和循環衰竭,還會導致中毒。一旦銅的攝入劑量過高,根據動物研究中結果表明還會干擾胚胎發育。
急救措施
一旦攝入硫酸銅后,需要催吐和洗胃。如果在一定條件下可以使用鹽水瀉藥、液體療法或者輸血。同時可以使用一定量的乙二胺四乙酸鈣二鈉,已經被證實有一定的效果。皮膚和眼睛用以下物質清洗受影響的組織水。
如果是吸入硫酸銅,需要在有新鮮空氣的條件下休息。
防護措施
在硫酸銅大量存在的環境下可以使用過濾面罩,穿戴合適的化學防護手套,靴子和護目鏡進行自我保護。
如果是在實驗室中接觸硫酸銅的話,在實驗室中需要注意不要喝水,抽煙,吃東西,并在實驗結束后進行洗手。
泄露處理
一旦硫酸銅泄露,首先需要隔離和疏散。盡量不要讓這種化學物質進入環境。然后使用農用石灰、碎石灰石或碳酸氫鈉,進行中和處理。將pH值調節至中性(pH=7)。使用機械挖泥機或升降機清除固定的大量污染物和沉淀物。
參考資料 >
Cupric Sulfate | CuSO4 - PubChem.PubChem.2023-02-13
Copper sulfate pentahydrate | CuSO4.5H2O - PubChem.PubChem.2023-02-10