实验类型： 综合   要求：必修   学时：8

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 ＋ SO₄^2- ＝ [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⁺ 、SO₄^2-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 ＝kcb

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)30mL，在不断搅拌下慢慢加入精制CuSO₄^.5H₂O10g，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35mL乙醇(95％)，即有深蓝色晶体析出。盖上表面皿，静置约15min，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2~3mL，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0mL，2.0mL，4.0mL，分别注入三个50mL容量瓶中，加入10.00mL2mol^.L^-1NH₃^.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2cm比色皿，用分光光度计分别测定500~680nm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0mL、1.00mL、2.0mL、3.0mL、4.00mL、5.0mL，注入六个50mL容量瓶中，加入10mL2.0 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2cm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Cu^2＋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0.2~0.3g于小烧杯中，加5mL水溶解后，滴加6mol^.L^-1H₂SO₄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10.00mL置于50mL容量瓶中，加10.00mL2.0 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2cm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0.25~0.30g样品置于锥形瓶中，加入80mL水溶解，然后加入10.00mL10％NaOH溶液。在另一锥形瓶中准确加入30~35mL0.5 mol^.L^-1HCl溶液。按图按装装置，漏斗下端固定于一小试管，试管中注入3~5mL10％NaOH溶液，使漏斗柄插入液面下2~3cm，整个操作过程中漏斗下端不能露出液面。小试管的橡皮塞要切去一个缺口，使试管内与锥形瓶相通。加热样品溶液，开始时用大火加热，溶液开始沸腾时改为小火，保持微沸状态。蒸出的氨通过导管被标准HCl溶液吸收。约1h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：

按下式计算NH₃含量：

4. SO₄^2-的测定  用重量法分析SO₄^2-含量。

准确称取在100～200℃干燥过的试样0.3g左右两份，分别置于400mL烧杯中，用水50mL溶解，加入2mol∙L^-1盐酸6mL，加水稀释到约200mL，盖上表面皿加热近沸。

另取10%氯化钡溶液10mL两份，分别置于100mL烧杯中，加水40mL，加热至沸。在不断搅拌下，趁热用滴管吸取稀氯化钡溶液，逐滴加入试液中，沉淀作用完毕后，静置2min，待硫酸钡下沉，于上层清液中加1～2滴氯化钡溶液，仔细观察有无浑浊出现，以检验沉淀是否完全，盖上表面皿微沸10min，在室温下陈化12小时，以使试液上面悬浮微小晶粒完全沉下，溶液澄清。

过滤：取中速定量滤纸两张，按漏斗的大小折好滤纸使其与漏斗很好地贴合，以去离子水润湿，并使漏斗颈内留有水柱，将漏斗置于漏斗架上，漏斗下面各放一只清洁的烧杯，利用倾泻法小心地把上层清液沿玻璃棒慢慢倾入已准备好的漏斗中，尽可能不让沉淀倒入漏斗滤纸上，以免防碍过滤和洗涤。当烧杯中清液已经倾注完后，用热水洗沉淀4次（倾泻法），然后将沉淀定量转移到滤纸上，再用热水洗涤7～8次，用硝酸银检验不显浑浊（表示无氯离子）为止。沉淀洗净后，将盛有沉淀的滤纸折叠成小包，移入已在800℃灼烧至恒重的瓷坩埚中烘干，灰化后再置于800℃的马弗炉中灼烧1小时，取出，置于干燥器内冷却至室温、称量。根据所得硫酸钡量，计算试样中w(SO₄^2-)。

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λ_max

λ/nm	500	520	540	560	580
A(2.00mL)
A(4.00mL)
λ/nm	500	520	540	560	580
A(2.00mL)
A(4.00mL)

 

　　（b）以Cu²⁺溶液体积为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线。

V/mL	0.0	1.0	2.0	3.0	4.0	5.0	样品
A

（c）在标准曲线上求Cu²⁺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20mL左右，则可计算实际应取标准HCl溶液的体积（单位mL）。例如，样品的质量为0.1500g，则应取标准HCl溶液45.0mL。

3. SO₄^2-含量的测定

 

 

4. 将测得Cu²⁺、SO₄^2-、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.试拟出测定硫酸四氨合铜中SO₄^2-含量的实验步骤。

2. 硫酸四氨合铜中Cu²⁺，NH₃和SO₄^2-喊可以用哪些方法测定？