CuS的綠色溶解方法

摘要:根據化學平衡移動原理及溶度積規則，用過氧化氫和飽和食鹽水溶解CuS，探索出溶解CuS的一種綠色方法。

關鍵詞:CuS;溶解

文章編號:1005-6629(2010)09-0009-02 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:C

在中學和大學化學教材中，硫化銅都是用濃硝酸溶解的[1-6]， 以方程式3CuS+2NO3-+8H+=3Cu2++2NO↑+3S↓+4H2O表述。在溶解過程中，釋放出氮氧化合物。而氮氧化物都具有不同程度的毒性，會刺激肺部，尤其是對于兒童，氮氧化物可能會造成兒童肺部發育受損。同時氮氧化物也是形成光化學煙霧和酸雨的一個重要因素。眾所周知，要使不溶解于水的金屬硫化物溶解，關鍵在于降低其溶液中金屬離子和硫離子的濃度，使其離子積小于溶度積。本法根據化學平衡移動原理和溶度積規則，用不產生污染的過氧化氫氧化S2-，降低硫離子濃度;用飽和食鹽水提供大量的Cl-，與Cu2+形成配合物，從而降低銅離子的濃度。用這樣的方法溶解，相對于傳統的溶解方法，無氮氧化合物產生，不會污染環境，是一種綠色溶解方法。

1實驗部分

(1)CuS制備(所用試劑均為分析純):將20 mL 1 mol·dm-3 CuSO4溶液緩慢加入到盛有20 mL 1 mol·dm-3 Na2S溶液的燒杯中，產生黑色CuS沉淀，濾出CuS沉淀，用蒸餾水反復清洗，直到檢測無硫酸根離子為止。將CuS沉淀烘干備用。

(2)CuS的溶解。取0.5克CuS固體于燒杯中，加入10 mL飽和食鹽水。將上述燒杯置于電爐上加熱，直到溶液沸騰。向沸騰的溶液中滴加30 %過氧化氫溶液，并不斷攪拌，直到黑色固體消失。

(3)剛制備出未經烘干的CuS沉淀的溶解。按照(2)所述操作，將黑色CuS固體溶解，得到淡綠色濁液;靜置后，燒杯底部有一定量的淡綠色沉淀，溶液為淡綠色溶液。取少量的溶液置于試管中，加入BaCl2溶液，有少量白色沉淀產生，加酸不溶解，說明檢測液中含有少量SO42-。將淡綠色沉淀離心分離，用蒸餾水洗滌3次，得到淡黃色固體，該淡黃色固體可以燃燒，有刺激性氣體產生。我們判斷該淡黃色固體是硫單質，在加熱條件下，被氧化為SO2。

(4)烘干的CuS溶解。按照(2)所述操作，CuS卻不溶解，向溶液加入6 mol·dm-3的硫酸溶液，控制溶液的pH為1左右，再向上述溶液中滴加過氧化氫溶液，并不斷攪拌。可以看到，黑色沉淀迅速消失，溶液呈黃綠色，靜置片刻后為黃綠色偏綠，同時溶液中產生黑色有彈性的物質。該黑色有彈性的物質可以燃燒，并產生有刺激性氣體，可以判斷該黑色的物質中主要為彈性硫。

2結果與討論

由以上的現象可以看出用飽和食鹽水以及過氧化氫溶液可以將CuS固體溶解。在溶解的過程中，S2-氧化為單質硫和SO42-，其中大部分氧化為單質硫，有少部分氧化為SO42-。

剛制備的CuS固體可以溶解于過氧化氫溶液與飽和食鹽水的混合液中，但經烘干后的CuS固體，卻很難溶解在上述溶液中。原因可能是剛制備出來的CuS固體，其內部結合不緊密，活性較大，因而易被溶解。而烘干并放置一段時間后，內部結構結合的緊密，導致其活性降低，因而使其難以被溶解。

對于烘干后的CuS固體，可以通過向其中滴加酸液，使其溶于過氧化氫溶液與飽和食鹽水的混合液中。

過氧化氫與氫離子有如下反應:

H2O2+2e-+2H+→2H2O

E(H2O2/H2O)=EH2O2/H2O+0.5×0.0592 lg[H2O2][H+]2/[H2O]2

=E(H2O2/H2O)+0.5×0.0592 lg[H2O2][H+]2

由此可見，H+的濃度越大，過氧化氫的氧化能力越強，可以使硫化銅中 S2- 氧化為單質S，降低體系中的S2+的濃度; 飽和食鹽水能提供大量的Cl-，與Cu2+離子形成[CuCl4]2-，降低金屬離子Cu2+的濃度，這樣可以降低CuS的離子積，從而使溶液中硫化銅的離子積J

3 結論

將CuS固體放入飽和食鹽水中，加入過氧化氫溶液可以使其溶解。在溶解的過程中，S2-被氧化為單質硫和SO42-，其中大部分被氧化為單質硫，有少部分為SO42-。有如下反應:

2H++CuS+H2O2+4Cl-=[CuCl4]2-+S↓+2H2O(主反應)

CuS+4H2O2+4Cl-=[CuCl4]2-+SO42-+4H2O(副反應)

相對于傳統的溶解方法，用這樣的方法溶解CuS，無氮氧化合物放出，不會污染環境，是一種綠色的溶解方法。

參考文獻:

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