硫酸铜

(无水硫酸铜)

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同义词 无水硫酸铜一般指硫酸铜(无水硫酸铜)
硫酸铜(化学式:CuSO4,式量159.608)又叫无水硫酸铜,为白色或灰白色粉末,极易吸水变成蓝色。溶液呈酸性,粉尘刺鼻性很强。溶于水及稀的乙醇中而不溶于无水乙醇。在潮湿空气中易潮解,在高温中形成黑色氧化铜
中文名
硫酸铜
英文名
Copper sulfate
别 称
无水硫酸铜
化学式
CuSO4
分子量
159.608
CAS登录号
7758-98-7
EINECS登录号
231-847-6;215-568-7
熔 点
560℃
沸 点
不确定
水溶性
易溶于水
密 度
3.603g/cm3
外 观
白色或灰白色粉末
闪 点
不确定
应 用
制备波尔多液、检验化学反应生成水
安全性描述
S22 S60 S61
危险性符号
有害、危害环境
危险性描述
R22 R36/38 R50/53
危险品运输编号
UN 3077

简史 编辑

硫酸铜很早就为人所知。 在古代人们将胆矾矿石加热蒸发五个结晶水获得硫酸铜.
战国中期以及秦汉以后中国的炼丹家使用胆矾,即CuSO4·5H2O炼丹。
早在西汉时期,刘安在《淮南万毕术》中写道“ 曾青得铁则为铜”,这里的曾青就是硫酸铜溶液。在宋朝利用这一反应冶铜的生产具有一定的规模。[1]
在西汉末年的《神农本草经》中记载了,“石胆(一作胆水)能化铁为铜;成金银”。这里的石胆即为硫酸铜。[1]
1882年的秋天,法国人米拉德氏在波尔多城发现了硫酸铜溶液的重要作用——杀菌。
现如今硫酸铜在农业、工业、医药等方面都有重要的作用。

性质 编辑

物理性质

密度:3.603克/立方厘米
溶解度:25℃时在水中为23.05g/100gH2O,不溶于乙醇和乙醚
熔点:560°C
外观:白色或灰白色粉末。

化学性质

化学式CuSO4,是强酸弱碱盐,由于水解溶液呈弱酸性。吸水性很强,吸水后反应生成蓝色的五水合硫酸铜(俗称胆矾或蓝矾)。(CuSO4+5H2O=CuSO4·5H2O)水溶液呈蓝色。将硫酸铜溶液浓缩结晶,可得到五水硫酸铜蓝色晶体,俗称胆矾、铜矾或蓝矾(相对密度2.28 ,相对分子质量为249.8,蓝色三斜晶体,在干燥空气中易风化)。加热至190℃时失去四分子结晶水变为CuSO4·H2O(相对分子质量为177.62,淡绿色粉末)。至258摄氏度变成无水盐常利用这 一特性来检验某些液态有机物中是否含有微量水分。将胆矾加热至650℃高温,可分解为黑色氧化铜、二氧化硫及氧气 。三者都有毒,溶于水,不溶于乙醇。在空气的作用下铜与浓硫酸反应或将氧化铜溶于稀硫酸后,经蒸发,结晶而得。用作定氨催化剂,棉丝媒染剂,木材防腐剂,农用杀虫剂,水质杀菌剂,医用呕吐剂:作为电镀,染料和皮革工业的原料,无水硫酸铜用作脱水剂和气体干燥剂。
硫酸铜属于重金属盐,有毒,成人致死剂量0.9g/kg。若误食,应立即大量食用牛奶、鸡蛋清等富含蛋白质食品,或者使用EDTA钙钠盐解毒。[2]
元素价态:硫酸根:-2 价 (硫:+6价 氧:-2价)
铜:+2价

应用 编辑

制备波尔多液

CuSO?+Ca(OH)?=CaSO?+Cu(OH)?↓
Ca(OH)?+2CuSO?=CaSO?+Cu?(OH)?SO4
离子反应方程式Cu2++ SO42-+Ca2++ 2(OH)-=Cu(OH)2↓+CaSO4
生成Cu(OH)?就没有了铜离子,失去了杀菌效果。
:Cu(OH)?是不可溶于水的弱碱,多以沉淀形式表现在水中。CaSO4微溶于水。
防治对象:防治苹果早期落叶病、炭疽病轮纹病,可于苹果落花后开始喷石灰倍量式波尔多液200~240倍液,半月喷l次,并和其他杀菌剂交替使用,共喷3~4次。防治苹果烂果病(轮纹病、炭疽病),可在往年出现病果前10~15天喷石灰倍量式或多量式波尔多液200倍液,每15~20天喷1次,连喷3~4次,采果前25天停用。防治苹果霉心病,应在苹果显蕾期开始喷石灰倍量式波尔多液200倍液。防治苹果、梨锈病,可在苹果园周围的桧柏上,喷洒石灰等量式波尔多液160倍液。防治葡萄黑疽病、炭疽病、霜霉病,可喷石灰少量式波尔多液160倍液,每12~15天喷1次,共喷2~4次。进入雨季之后,使用波尔多液防治葡萄病害效果好。

双缩脲检验蛋白质

双缩脲试剂A的成分是氢氧化钠的质量分数为0.1 g/mL的水溶液; 双缩脲试剂B的成分是硫酸铜的质量分数为
双缩脲反应 双缩脲反应
0.01 g/mL的水溶液。 双缩脲试剂可以验证蛋白质的存在。
具体方法是: 先将双缩脲试剂A加入组织样液,摇荡均匀(必须营造碱性环境),在加入双缩脲试剂B,摇荡均匀。如果组织里含有蛋白质,那么会看到溶液变成紫色。具有两个或两个以上肽键的化合物皆可与双缩脲试剂产生紫色反应。蛋白质的肽键在碱性溶液中能与Cu2+络合成紫红色的化合物。颜色深浅与蛋白质浓度成正比。
红河谷良家征文

检验化学反应生成水

无水硫酸铜有极强的吸水性,无水硫酸铜固体遇水由白色变蓝色,生成五水硫酸铜(CuSO4·5H2O),可检验化学反应水的存在或生成,并吸收水蒸汽。
:CuSO4与CuSO4·5H2O都是纯净物。
化学方程式:CuSO4红河谷良家征文+5H2O==CuSO4·5H2O

用于铜的电解精炼

铜的电解精炼是将火法精炼铜铸成阳极板,以电解产出的薄铜片(始极片)作为阴极,二者相间地装入盛有
电解槽安装示意图红河谷良家征文 电解槽安装示意图
电解液(硫酸铜与硫酸的水溶液)的电解槽中,在直流电的作用下,阳极铜进行电化学溶解,阴极上进行纯铜的沉积。
铜电解精炼的原理如下:

  阳极反应:Cu-2e- ==Cu ECu/Cu=0. 34V

  Me -2e -==Me2- EMe/Me<0. 34V

  H2O-2e==2H++1/2O2 EH2O/O2=1.229V
红河谷良家征文工艺流程图 工艺流程图

  SO42-―2e- ==SO3+1/2O2 ESO42-/O2=2.42V

  式中Me代表Fe、Ni、Pb、As、Sb等比Cu更负电性的金属,它们从阳极上溶解进入溶液。H2O和SO42-失去电子的反应由于其电位比铜正,故在正常情况下不会发生。贵金属的电位更正,不溶解,而进入阳极泥。

  阴极反应
Cu2++2e- ==Cu ECu/Cu<0. 34V
2H++2e-==H2 EH+/H2=0. 0V
Me2++2e- ==Me ESO42-/O2>0. 34V
在这些反应中,具有标准电位比铜正、浓度高的金属离子才可能在阴极上被还原,但它们在阳极不溶解,因此只有铜离子还原是阴极的主要反应[3]

其它应用

1.有机工业用作合成香料和染料中间体的催化剂,甲基丙烯酸甲酚的阻聚剂口涂料工业用作生产船底防污漆的杀菌剂
2.硫酸铜为一种无机化合物,在家畜缺铜时可作为治疗用药,也用作牛羊驱绦虫药和猪、犬的催吐药。
3.分析试剂,例如可用于生物学中配置鉴定还原糖的斐林试剂和鉴定蛋白质的双缩脲试剂的B液,但通常是现配现用。
4.可作食品级螯合剂和澄清剂,用于皮蛋和葡萄酒生产工艺中。
5.可作原料,用于制造其他饲盐如氯化亚铜、氯化铜、焦磷酸铜、氧化亚铜、醋酸铜、碳酸铜,铜单偶氮染料如活性艳蓝、活性紫等。
6.用作杀菌剂,电镀工业用作全光亮酸性镀铜主盐和铜离子添加剂。
7.养殖业也用作饲料添加剂微量元素铜的主要原料。
8.醇类和有机化合物的脱水剂 ,气体干燥剂,铜的着色。
9.印染工业用作媒染剂和精染布的助氧剂。
10.有机工业用作合成香料和染料中间体的催化剂,甲基丙烯酸甲酯的阻聚剂。[4]
11.水处理中用于放藻类生长

生产方法 编辑

以废铜为原料生产硫酸铜的工艺

废铜包括金属铜废屑及杂铜废屑,杂铜则是铜含量不到90%的铜合金。
1.1废铜原料与浓硫酸作用生产硫酸铜
Cu+2H2SO4=CuSO4+SO2↑+2H2O
但此反应很少应用,因为伴有有害气体二氧化硫产生,污染环境,且母液不能循环使用,原料消耗高。
1.2废铜焙烧稀硫酸浸出生产硫酸铜
2Cu + O2 =△= 2CuO
CuO+H2SO4==CuSO4+H2O
如以纯铜废屑为原料,那么生成的硫酸铜溶液可直接浓缩,结晶产出硫酸铜产品;如以废铜为原料,那么浸出液需经一定的净化工序后才可结晶产出硫酸铜产品,但此工艺能耗高,设备投资大,劳动成本也高。
1.3在催化剂作用下直接与浓硫酸反应。
将废铜投入20%左右近沸的硫酸中,并加入有强氧化作用的催化剂,使铜先生成氧化亚铜,再溶于稀硫酸,并氧化成硫酸铜:
Cu2O+H2SO4=CuSO4+2H2O
2H2SO4+2CuSO4=4CuSO4+2H2O
1.4低温空气氧化溶解法生产硫酸铜
湖庆福等采用的方法可以作为这方面的代表,他们将含铜98%以上的废铜放入由水,硫酸和载氧剂三者配成的溶解液中。以3.0L/min的速度通入空气,在85℃和载氧剂量为0.54%,酸过量10%的条件下反应,便可生成硫酸铜,当其生成量在溶液中达到饱和时,冷却结晶产出硫酸铜。
1.5焙烧——酸溶——置换——焙烧——酸溶法
具体方法为:将杂质废铜焙烧,用硫酸浸取。使铜及合金元素进入溶液,然后置换沉淀出铜分离杂质,焙烧成氧化铜后用硫酸溶解生产硫酸铜。

以铜矿石为原料生产硫酸铜

相当长时间内,由废铜及废杂铜生产硫酸铜一直是工业上的重要方法。以铜矿石生产硫酸铜已在工业上得到广泛应用。
可用于生产硫酸铜的铜矿石有氧化铜矿,硫化铜矿以及它们的混合矿。由于这些铜矿的性质有较大的差别,因此生产硫酸铜的工艺有各自的适应性和特点。
氧化铜有赤铜矿,孔雀石,黑铜矿,蓝铜矿,硅孔雀石等;硫化铜有黄铜矿,方黄铜矿,砷黝铜矿,砷硫铜矿等;次生硫化铜矿有辉铜矿,斑铜矿,铜蓝等。
2.1.1酸浸
一般而言,生产硫酸铜时,氧化铜矿要细磨至通过150μm筛,然后用含100~120g/L H2SO4的溶液在搅拌下反应。最为常见的孔雀石为代表,其反应如下:
CuCO3.Cu(OH)2+2H2SO4=2CuSO4+CO2↑+3H2O
浸出液过滤除去未反应物,根据杂质情况以不同方法除杂后,浓缩,结晶,得到硫酸铜。
用硫酸铜浸出氧化铜矿时,许多杂质也与铜一起进入浸出液 ,要生产符合质量要求的硫酸铜产品,除杂工序很重要。除杂又可分置换出铜分离除杂,或将铁杂质氧化后沉淀除去,铜与铁,铝分离后,再将其水解成碱式硫酸铜而与镁等杂质分离,碱式硫酸铜再溶于硫酸,浓缩,结晶产出硫酸铜。例如对酸浸液用H2O2氧Fe2+为Fe3+,,用新配制的 碱式碳酸铜调节PH至3.5便可将Fe3+沉淀除去,避免了使用含锰氧化剂导致的硫酸铜溶液玷污。在生产饲料级硫酸铜时,必须除去铅和砷。可将已结晶的硫酸铜溶于水过滤除去硫酸铅;而As3+可通过加入氧化剂氧化成As5+并中和至PH<4利用溶液中的Fe3+将AsO43-沉淀为FeAsO4除去砷。
2.1.2氨浸
氧化铜矿中Cu2+与氨可形成稳定的络离子溶解从而与Fe,Al及其他金属氧化物或碱土金属碳酸盐等杂质分离,选择性较好。分离未反应物后,蒸氨将铜络离子转化为CuO,再经硫酸溶解制取硫酸铜。高新勤等以安徽产含Cu 20.5%~37.5%,Fe2O31.43%~3.7%,Al2O3 0.41%~0.68%,酸不溶物45.58%的孔雀石为原料,矿石细度0.25mm,在温度60℃,Cu:NH3=1:6,助浸剂:NH3=1:4,固:液=1:5的条件下氨浸150min,可使90%以上的Cu进入氨浸液,其反应为:
CuCO3+Cu(OH)2+8NH3==2[Cu(NH3)]2++CO32-+2OH-
将他们所得的浸出液蒸氨,焙烧,酸溶,即可生产硫酸铜。
2.2以硫化铜为原料生产硫酸铜
孙家寿等在这方面做了广泛深入的研究,并研制了关键的溶铜沉铁试剂,较好地解决了这类矿石生产硫酸铜的难题。他们在处理含Cu 3.85%~6.25%,TFe 39.09%,S 3.08%,SiO232.86%的低品味铜铁矿时,磨矿至74μm83.5%,用硫酸二段浸出,加入溶铜沉铁剂,室温浸出60min,一段铜浸出率62%~66%,二段20%~22%,一段浸出液含铜高。直接浓缩结晶硫酸铜;二段浸出液含铜低,可置换海绵铜做副产品,或焙烧酸溶液后生成硫酸铜。

用含铜废弃物生产硫酸铜

含铜废弃物是指含较低的废弃物。章伟光等从铜矿选矿和雨水浸泡铜矿石排出
的含铜废水中生产硫酸铜,其工艺为:在含铜废水中加入泡花铁,置换出Cu 20%~50%,Fe10%~30%的粗海绵铜,此种海绵铜因活性大,烘干时极易生成CuO。将氧化铜用氨浸出液浸出3h,铜氨浸液在400~600℃焙烧,S随后用硫酸溶解生产硫酸铜。[5]

运输及储存 编辑

1.运输注意事项:起运时包装要完整,装载应稳妥。运输过程中要确保容器不泄漏、不倒塌、不坠落、不损坏。严禁与酸类、碱类、食用化学品等混装混运。运输途中应防曝晒、雨淋,防高温。车辆运输完毕应进行彻底清扫;
2.储存注意事项:储存于阴凉、干燥、通风良好的库房。远离火种、热源。保持容器密封。应与酸类、碱类、食用化学品分开存放,切忌混储。储区应备有合适的材料收容泄漏物。[4]
参考资料
  • 1. 《中国古代化学的成就》 作者: 潘吉星 来源:中国科技史料 发表时间:1982-08-29
  • 2. 硫酸铜 .化工辞典[引用日期2014-11-17]
  • 3. 铜的电解精炼 .中国选矿技术网[引用日期2014-11-26]
  • 4. 硫酸铜 .化工空间[引用日期2014-11-17]
  • 5. 矿产保护与利用 1998年4月 第二期 硫酸铜的生产 作者:车国生
词条标签:
铜盐 硫酸盐 无水盐 无机物 化学