物质简介

碱式碳酸铜,俗称铜锈,是一种绿色的无定形固体,其化学式为:

Cux(OH)y(CO3)znH2OCu_x(OH)_y(CO_3)_z\sdot nH_2O

其常用作绿色颜料,在古代绘画中被使用,此处制取的碱式碳酸铜主要是:

Cu2(OH)2CO3nH2OCu_2(OH)_2CO_3\sdot nH_2O

此处的制取使用硫酸铜溶液和碳酸氢钠溶液,反应原理可以简述为:

CuSO4+4NaHCO3=Cu2(OH)2CO3+3CO2+2Na2SO4+H2OCuSO_4 + 4NaHCO_3\xlongequal[\quad\quad]{}Cu_2(OH)_2CO_3\downarrow + 3CO_2\uparrow + 2Na_2SO_4 + H_2O

但这个反应其实很复杂,不会直接制取到我们想要的绿色碱式碳酸铜,而是偏蓝色的沉淀,我们只需要在大量水中久置(也许应该要控制恰当的pH,该点未经严谨试验)或者80℃加热就可以将其转换为绿色的碱式碳酸铜。

制取过程

1.准备阶段

实验药品:硫酸铜晶体、碳酸氢钠、蒸馏水

用取25g硫酸铜晶体和55g碳酸氢钠(微过量)均用水配成溶液,保证全部溶解即可。注意尽量不要使用开水配置溶液,因为碳酸氢钠遇热分解,会生成氢氧化钠和二氧化碳,会与硫酸铜生成氢氧化铜,但是只要产生的二氧化碳足够多,也可以将氢氧化铜转换为碱式碳酸铜的,但是尽可能避免。

2.混合两溶液

建议向碳酸氢钠溶液中加入硫酸铜溶液,因为反应过程中会产生二氧化碳气体,直接加入会喷溅,造成损失,过程中可以使用玻璃棒搅拌悬浊液。

3.加热或久置

80摄氏度左右加热(温度不宜过热,建议水浴加热,否则产物会分解为氧化铜)悬浊液至固体全部变绿且体积急剧变小或者倾去反应后上层澄清液,加入足够多的水沉淀久置知道固体全部变绿且体积急剧缩小,相比之下久置可以是制取的碱式碳酸铜颗粒更大(未经验证,单次实验发现,可能有偶然性)。

4.过滤并烘干

过滤悬浊液,烘干滤渣,注意烘干温度,防止碱式碳酸铜受热分解为氧化铜、水和二氧化碳。或者此处也可以使用无水乙醇来洗涤后自然干燥。

5.完成制取

性质探究

1.碱式碳酸铜与氨水反应

现象:绿色固体溶解,溶液呈深蓝色。

原理:碱式碳酸铜与氨水反应,其中的铜元素进入溶液变成铜离子,因为氨水具有络合性,生成了四氨合铜络离子,其颜色为深蓝色。

2.酒精灯加热碱式碳酸铜

现象:绿色固体变黑色,有无色液体生成

进一步实验:将生成气体通入澄清石灰水,有白色沉淀;将无色液体滴入无水硫酸铜中,白色粉末变蓝色;将黑色固体投入稀盐酸中,黑色固体消失,溶液呈蓝色。

结论:碱式碳酸铜受热分解为氧化铜、水和二氧化碳。

3.碱式碳酸铜与酸的反应

(以盐酸为例)

现象:固体溶于酸,产生无色气体,溶液变蓝色,将气体通入澄清石灰水中产生白色沉淀。

结论:碱式碳酸铜与盐酸反应生成氯化铜和二氧化碳,反应也会生成水,但无法定性地分析其生成,以为氢氧根和酸中的氢元素会生成水。