劉鐸 王鑫 周文淑 董會杰 沈如夢 宋陽陽 黃娜 王水婷 毛海榮

摘要：我們研究并確定了使用回收銅片制備CuCl實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象及反應(yīng)的最佳條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：使用回收銅片進(jìn)行CuCl的生成和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，能夠觀察到與銅粉作為反應(yīng)物相一致的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，且使用銅片更加經(jīng)濟(jì)。此外我們對產(chǎn)品進(jìn)行了X-射線粉末衍射表征，結(jié)果表明產(chǎn)品具有很好的純度。

關(guān)鍵詞：氯化亞銅;制備;實(shí)驗(yàn)改進(jìn);粉末衍射

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）39-0275-04

過渡金屬的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)有豐富的現(xiàn)象，在無機(jī)化學(xué)元素部分實(shí)驗(yàn)教學(xué)中占有重要的位置[1-7]。確定實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象變化對于實(shí)驗(yàn)教學(xué)至關(guān)重要。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的變化不僅對學(xué)生具有引領(lǐng)、啟發(fā)和示范的作用，而且對學(xué)生各個(gè)方面能力也有很大提高。

銅作為一種典型的過渡金屬，其化合物的性質(zhì)及制備實(shí)驗(yàn)中呈現(xiàn)出多種多樣的現(xiàn)象。按照高等教育出版社出版的《無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)（第四版）》179頁（氯化亞銅的生成和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)）的要求，使用銅粉作為銅源，最終能夠“直至溶液近無色”[6-8]，在實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程中，我們使用了更加易得的銅片作為銅源，按照教材條件并未觀察到教材所描述的現(xiàn)象。而是與高等教育出版社出版的《無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)（第三版）》中對于該實(shí)驗(yàn)的描述“加熱沸騰至其中液體呈深棕色（綠色完全消失）”相符。那么使用銅片做銅源是否能夠符合教材所描述的“溶液近無色”的現(xiàn)象？銅片是否可以代替銅粉作為銅源？

一、實(shí)驗(yàn)部分

二、結(jié)果與討論

1.對產(chǎn)物的表征。對反應(yīng)所得產(chǎn)物，我們進(jìn)行了形貌觀察及表征。其中反應(yīng)使用的銅片及反應(yīng)后剩余銅片我們使用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行了表面觀察，對制備實(shí)驗(yàn)得到的產(chǎn)物進(jìn)行了X-射線粉末衍射表征。（1）對銅片的形貌觀察。對反應(yīng)前銅片（新鮮銅片）、參與一次反應(yīng)后的銅片（一次銅片）、參與兩次反應(yīng)后的銅片（二次銅片），我們使用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行了觀察，結(jié)果如圖1所示。在圖中我們可以看到，未反應(yīng)銅片呈現(xiàn)出光潔表面，如圖1（a）所示。一次銅片及二次銅片如圖1（b）、（c）所示。與未反應(yīng)的新鮮銅片相比，一次銅片表面出現(xiàn)了細(xì)小孔洞，應(yīng)為銅片與HCl發(fā)生氧化還原反應(yīng)的位點(diǎn)。而二次銅片表面呈現(xiàn)出比一次銅片表面更加嚴(yán)重的腐蝕狀態(tài)，與一次銅片相比，二次銅片表面出現(xiàn)了更多孔洞及大面積凹陷，具有比一次銅片更大的比表面積。（2）產(chǎn)物的粉末衍射表征。我們對制備得到的CuC使用日本理學(xué)Ultima-4型X-射線粉末衍射儀進(jìn)行表征。實(shí)驗(yàn)所得樣品和CuCl標(biāo)準(zhǔn)樣品的粉末衍射圖如圖2所示，掃描范圍為10°—80°。結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)制備所得樣品與標(biāo)準(zhǔn)譜圖（ICSD Collection Code：73255）出峰位置對應(yīng)，且沒有雜峰，表明我們制備得到CuCl樣品具有很高的純度。

3.使用回收銅片合成CuCl的效率計(jì)算。（1）銅粉/銅片購置成本比較。我們選取常用試劑購置平臺，查詢銅粉及銅片價(jià)格，如表1所示。從查詢結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，銅粉與銅片兩者差價(jià)最大的為上海阿拉丁生化科技股份有限公司，達(dá)164元/500g。差價(jià)最小的為國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，為48元/500g。各主要藥品供應(yīng)商所報(bào)價(jià)格都呈現(xiàn)了銅粉低于銅片的結(jié)果。（2）實(shí)驗(yàn)效率分析。從銅片和銅粉的購置成本看，銅粉的成本要低于銅片的成本，是否使用銅粉來制備CuCl的成本就低于銅片呢？我們對不同形態(tài)的銅單質(zhì)（銅粉、新鮮銅片、一次銅片）做反應(yīng)物制備CuCl進(jìn)行了大量平行試驗(yàn)，最終統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖5所示。我們發(fā)現(xiàn)使用相同質(zhì)量的銅單質(zhì)，一次銅片的制備效率比新鮮銅片高。原因可能是一次銅片表面形成的孔洞增大了銅片與HCl的接觸面積，使反應(yīng)速率更快，最終使產(chǎn)量更高。此外，如圖5所示，一次銅片和銅粉制備CuCl的效率幾乎相同，都為0.3g（CuCl）/0.5g（Cu）。因此，可以使用一次銅片替代銅粉進(jìn)行制備。并且，不同于銅粉，一次銅片可以回收，進(jìn)一步降低了反應(yīng)成本。由于反應(yīng)都要加入過量的銅，反應(yīng)后需將溶液與過量銅進(jìn)行分離。銅粉會附著在濾紙上很難回收，銅片則沒有這個(gè)問題。因此，使用銅粉每次消耗量為0.50g，而由于銅片易于回收，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，每次銅片消耗為0.22g。若換算成價(jià)格，以麥克林價(jià)格為參考，使用銅粉每次消耗0.12元，而使用一次銅片，每次消耗0.12元，兩者相當(dāng)，并且，一次銅片使用后也可回收，能夠進(jìn)一步降低反應(yīng)成本。若以國藥價(jià)格為參考，使用銅粉每次消耗0.11元，而使用一次銅片，每次消耗僅為0.07元，見表2?？梢?，使用一次銅片制備CuCl能夠有效降低實(shí)驗(yàn)成本。

三、總結(jié)

我們通過改變實(shí)驗(yàn)中的條件，如反應(yīng)物用量、反應(yīng)的時(shí)間等，找到了使用銅片制備CuCl樣品的最優(yōu)條件。

結(jié)果表明：使用銅片進(jìn)行CuCl的制備實(shí)驗(yàn)，能夠觀察到與教材描述相一致的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。最佳的反應(yīng)條件如下：取1.0mol·L■CuCl2溶液和6mol·L■HCl各3mL于試管中，加入氯化鈉固體1g，混合均勻后再加入0.5g銅片，用酒精燈加熱沸騰后，保持繼續(xù)沸騰6min，溶液變?yōu)闊o色。

與教材相比，我們在制備CuCl實(shí)驗(yàn)中Cu單質(zhì)沒有使用銅粉，使用的是銅片。與前者相比，銅片具有更好的經(jīng)濟(jì)性。也就是說，CuCl制備實(shí)驗(yàn)，我們找到了一種更經(jīng)濟(jì)的反應(yīng)方法。

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