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硫酸铜

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硫酸铜
无水硫酸铜
五水合硫酸铜
五水硫酸铜晶胞
五水硫酸铜空间填充模型
IUPAC名
Copper(II) sulfate
硫酸铜
别名 蓝矾,胆矾,曾青,石胆
识别
CAS号 7758-98-7(无水物)  checkY[1]
16448-28-5(三水合物)  ☒N
7758-99-8(五水合物)  checkY[2]
19086-18-1(七水合物)  ☒N
PubChem 24462
ChemSpider 22870
SMILES
 
  • [O-]S(=O)(=O)[O-].[Cu+2]
InChI
 
  • 1/Cu.H2O4S/c;1-5(2,3)4/h;(H2,1,2,3,4)/q+2;/p-2
InChIKey ARUVKPQLZAKDPS-NUQVWONBAI
EINECS 231-847-6
ChEBI 23414
RTECS GL8800000
KEGG C18713
性质
化学式 CuSO4·5H2O(五水)
CuSO4(无水)
摩尔质量 (五水)249.684 g/mol
(无水)159.608 g·mol⁻¹
外观 蓝色结晶固体(五水)
灰白色粉末(无水)
密度 3.60 g/cm3 (无水)
2.286 g/cm3 (五水)
熔点 110 °C (− 4H2O)
200 °C (473 K) (− 5H2O)
分解温度560 °C
溶解性 31.6 g/100 ml (0 °C)
结构
晶体结构 三斜晶系
配位几何 八面体
热力学
ΔfHm298K -769.98 kJ/mol
S298K 109.05 J.K−1.mol−1
危险性
警示术语 R:R22, R50/53
安全术语 S:S2, S22, S46, S60, S61
欧盟分类 有害(Xn)
对环境有害(N)
NFPA 704
0
2
0
 
闪点 不可燃
致死量或浓度:
LD50中位剂量
300 mg/kg (大鼠,口服)
87 mg/kg (小鼠,口服)
470 mg/kg (哺乳动物,口服)
相关物质
其他阴离子 硒酸铜
硫酸亚铜
其他阳离子 硫酸银
相关化学品 硫酸亚铜
五水合硫酸铜
若非注明,所有数据均出自标准状态(25 ℃,100 kPa)下。

硫酸铜,化学式CuSO4[3][4],无水为白色粉末,或因不纯而呈淡灰绿色,是可溶性。硫酸铜常见的形态为其结晶体,一水合硫酸四水合铜([Cu(H2O)4]SO4·H2O,即五水合硫酸铜),为蓝色固体,故俗名为蓝矾、胆矾。其水溶液因水合铜离子的缘故而呈现出蓝色,故在实验室里无水硫酸铜常被用于检验水的存在。在现实生产生活中,硫酸铜常用于炼制精铜,与熟石灰混合可制农药波尔多液。硫酸铜属于重金属盐,味酸,略有苦味,有毒,成人致死剂量0.9g/kg。若误食,应立即大量食用或饮用牛奶、鸡蛋清、牛肉等富含蛋白质食品,或者使用EDTA钙钠盐解毒。

制备

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用铜电极电解硫酸制备硫酸铜

硫酸铜可以用硫酸氧化铜反应制得。

CuO + H2SO4 CuSO4 + H2O

碳酸铜跟硫酸反应都可以制备硫酸铜:

亦可用铜电极电解硫酸制得。也可以用浓硫酸和铜共热制取:

也可用碱式碳酸铜加酸分解来制备硫酸铜。

化学性质

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置换反应

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金属活动性位于铜之前的金属可以将硫酸铜溶液中的铜置换出来,如:

Sn + CuSO4SnSO4 + Cu[5]
Fe + CuSO4FeSO4 + Cu

明朝本草纲目》记载硫酸铜(胆矾)“能化铁为铜”,说明古代人们已经明白有这种置换反应

配体取代反应

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硫酸铜和适量氨水反应,生成氢氧化铜沉淀,当氨水过量时,沉淀溶解,形成深蓝色的硫酸四氨合铜溶液,结晶可得到晶体:[6]

CuSO4 + 2 NH3·H2O → Cu(OH)2↓ + (NH4)2SO4
CuSO4 + 4 NH3·H2O → [Cu(NH3)4]SO4 + 4 H2O

热分解

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白色无水硫酸铜粉末滴入水后呈蓝色

硫酸铜五水合物在56.5 °C可以分解为浅蓝色的三水合物,在70.5 °C生成一水合物。[7]也有文献指出根据反应条件的不同,分解温度也不同,如95.6 °C五水合物分解为三水合物,液相以饱和溶液的形式存在,或103 °C时的硫酸铜饱和溶液析出三水合物。[8]另外,在较高温度下无水硫酸铜可以分解形成[来源请求]、氧化铜、三氧化硫,古人曾用此方法制备硫酸。

用途

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硫酸铜可以用于杀灭真菌。与石灰水混合后生成波尔多液,用于控制柠檬葡萄等作物上的真菌。[9] 稀溶液用于水族馆中灭菌[10] 以及除去蜗牛。由于铜离子对鱼有毒,用量必须严格控制。大多数真菌只需非常低浓度的硫酸铜就可被杀灭。此外,硫酸铜也可用来控制大肠杆菌。 硫酸铜也可用于除藻,其机制为铜离子穿透细胞壁取代叶绿素中的镁离子,使叶绿体无法行光合作用,进而灭亡。

化学用途

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菇农业

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室内种菇可能用来作为农药,如果菇表面有蓝色即是代表被污染和不能食用。

分析试剂

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几种化学分析都需用到硫酸铜。它用于斐林试剂班氏试剂中检验还原糖。在反应中,二价铜离子被还原成一价的不溶红色沉淀氧化亚铜。硫酸铜还可用于双缩脲试剂中用来检测蛋白质,其原理是铜与蛋白质会形成紫色的络合物。

硫酸铜可用于检验贫血。将血样滴入硫酸铜溶液中,若血样中含足够血红蛋白,血样会快速下沉;若血红蛋白含量不够,血样会悬浮在溶液中。[11]

焰色反应中硫酸铜显蓝绿色,比离子的颜色蓝得多。

有机合成

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硫酸铜可以用于有机合成。[12] 无水盐用于催化缩醛反应[13] 五水盐与高锰酸钾反应生成一种氧化剂,用于伯醇的转换。[14]

化学教育

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硫酸铜通常被包含在儿童的化学实验试剂中,用于晶体的生成试验和电镀实验。因为它的毒性,不建议幼儿使用。硫酸铜常用于演示放热反应,演示时将镁条插入硫酸铜溶液中。硫酸铜还可以用来演示晶体失水风化和得到结晶水的过程。[15]

在初中化学中,利用硫酸铜与发生的置换反应验证质量守恒定律,以及研碎硫酸铜晶体来区分物理变化化学变化[16]

药用

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硫酸铜亦可以用作催吐剂[17],现在则认为这样用毒性太大[18]。但其仍是世界卫生组织ATC代码 (V03)列出的一种解毒剂[19]

硫酸铜配成溶液后可以和白磷反应,在白磷烧伤和白磷中毒上有应用。[20]

注释

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  1. ^ Common Chemistry - Substance Details - 7758-98-7 : Sulfuric acid copper(2+) salt (1:1). www.commonchemistry.org. [2018-06-28]. (原始内容存档于2018-06-29). 
  2. ^ Common Chemistry - Substance Details - 7758-99-8 : Sulfuric acid copper(2+) salt (1:1), pentahydrate. www.commonchemistry.org. [2018-06-28]. (原始内容存档于2018-06-29). 
  3. ^ Copper(II) sulfate MSDS. 牛津大学. [2007-12-31]. (原始内容存档于2007-10-11). 
  4. ^ 硫酸铜字典-Guidechem.com页面存档备份,存于互联网档案馆(英文)
  5. ^ 陈日耀, 程蔚, 郑曦,等. 置换法生产硫酸亚锡的新工艺流程研究[J]. 化学工程与装备, 2000(4):21-23.
  6. ^ 陈玲. 硫酸四氨合铜的制备及成分测定[J]. 广东化工, 2011, 38(11):124-125.
  7. ^ Wee-Lam Ng, Chee-Cheong Ho, Sow-Kuan Ng. Isothermal dehydration of copper sulfate pentahydrate and trihydrate. Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry. 1978-01, 40 (3): 459–462 [2019-06-10]. doi:10.1016/0022-1902(78)80423-0. (原始内容存档于2019-08-22) (英语). 
  8. ^ J. Paulik, F. Paulik, M. Arnold. Dependence of the thermal decomposition of CuSO4·5H2O on the experimental conditions. Journal of Thermal Analysis. 1988-09, 34 (5-6): 1455–1466 [2019-06-10]. ISSN 0368-4466. doi:10.1007/BF01914370 (英语). 
  9. ^ Uses of Copper Compounds: Copper Sulfate's Role in Agriculture. Copper.org. [2007-12-31]. (原始内容存档于2013-09-07). 
  10. ^ All About Copper Sulfate. National Fish Pharmaceuticals. [2007-12-31]. (原始内容存档于2019-04-14). 
  11. ^ Barbara H. Estridge, Anna P. Reynolds, Norma J. Walters. Basic Medical Laboratory Techniques. Thomson Delmar Learning. 2000: 166. ISBN 0766812065. 
  12. ^ Hoffman, R. V. "Copper(II) Sulfate" Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis, 2001 John Wiley & Sons. DOI: 10.1002/047084289X.rc247
  13. ^ Hulce, M. Mallomo, J. P.; Frye, L. L.; Kogan, T. P.; Posner, G. H. (1990). "(S)-( + )-2-(p-Toluenesulfinyl)-2-Cyclopentanone: Precursor for Enantioselective Synthesis of 3-Substituted Cyclopentanones". Org. Synth.; Coll. Vol. 7: 495. 
  14. ^ Jefford, C. W.; Li, Y.; Wang, Y.. "A Selective, Heterogeneous Oxidation using a Mixture of Potassium Permanganate and Cupric Sulfate: (3aS,7aR)-Hexahydro-(3S,6R)-Dimethyl-2(3H)-Benzofuranone". Org. Synth.; Coll. Vol. 9: 462. 
  15. ^ 存档副本. [2019-04-29]. (原始内容存档于2019-02-25). 
  16. ^ 义务教育教科书九年级上册化学. 人民教育出版社. 2012年6月第1版,2015年6月第4次印刷: 7. ISBN 9787107245015. 
  17. ^ Holtzmann NA, Haslam RH. Elevation of serum copper following copper sulfate as an emetic. Pediatrics. July 1968, 42 (1): 189–93 [2012-09-27]. PMID 4385403. (原始内容存档于2010-06-16). 
  18. ^ Olson, Kent C. Poisoning & drug overdose. New York: Lange Medical Mooks/McGraw-Hill. 2004: 175. ISBN 0-8385-8172-2. 
  19. ^ V03AB20
  20. ^ 张石革, 袁伟晋. 黄磷烧伤创面解毒剂硫酸铜混悬液的制备[J]. 中国药学杂志, 1984, 19(6):7-7.