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硫酸銅

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硫酸銅
無水硫酸銅
五水合硫酸銅
五水硫酸銅晶胞
五水硫酸銅空間填充模型
IUPAC名
Copper(II) sulfate
硫酸銅
別名 藍礬,膽礬,曾青,石膽
識別
CAS號 7758-98-7(無水物)  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
性質
化學式 CuSO4·5H2O(五水)
CuSO4(無水)
摩爾質量 (五水)249.684 g/mol
(無水)159.608 g·mol⁻¹
外觀 藍色結晶固體(五水)
灰白色粉末(無水)
密度 3.60 g/cm3 (無水)
2.286 g/cm3 (五水)
熔點 110 °C (− 4H2O)
200 °C (473 K) (− 5H2O)
分解溫度560 °C
溶解性 31.6 g/100 ml (0 °C)
結構
晶體結構 三斜晶系
配位幾何 八面體
熱力學
ΔfHm298K -769.98 kJ/mol
S298K 109.05 J.K−1.mol−1
危險性
警示術語 R:R22, R50/53
安全術語 S:S2, S22, S46, S60, S61
歐盟分類 有害(Xn)
對環境有害(N)
NFPA 704
0
2
0
 
閃點 不可燃
致死量或濃度:
LD50中位劑量
300 mg/kg (大鼠,口服)
87 mg/kg (小鼠,口服)
470 mg/kg (哺乳動物,口服)
相關物質
其他陰離子 硒酸銅
硫酸亞銅
其他陽離子 硫酸銀
相關化學品 硫酸亞銅
五水合硫酸銅
若非註明,所有數據均出自標準狀態(25 ℃,100 kPa)下。

硫酸銅,化學式CuSO4[3][4],無水為白色粉末,或因不純而呈淡灰綠色,是可溶性。硫酸銅常見的形態為其結晶體,一水合硫酸四水合銅([Cu(H2O)4]SO4·H2O,即五水合硫酸銅),為藍色固體,故俗名為藍礬、膽礬。其水溶液因水合銅離子的緣故而呈現出藍色,故在實驗室里無水硫酸銅常被用於檢驗水的存在。在現實生產生活中,硫酸銅常用於煉製精銅,與熟石灰混合可製農藥波爾多液。硫酸銅屬於重金屬鹽,味酸,略有苦味,有毒,成人致死劑量0.9g/kg。若誤食,應立即大量食用或飲用牛奶、雞蛋清、牛肉等富含蛋白質食品,或者使用EDTA鈣鈉鹽解毒。

製備

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用銅電極電解硫酸製備硫酸銅

硫酸銅可以用硫酸氧化銅反應製得。

CuO + H2SO4 CuSO4 + H2O

碳酸銅跟硫酸反應都可以製備硫酸銅:

亦可用銅電極電解硫酸製得。也可以用濃硫酸和銅共熱製取:

也可用鹼式碳酸銅加酸分解來製備硫酸銅。

化學性質

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置換反應

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金屬活動性位於銅之前的金屬可以將硫酸銅溶液中的銅置換出來,如:

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

明朝本草綱目》記載硫酸銅(膽礬)「能化鐵為銅」,說明古代人們已經明白有這種置換反應

配體取代反應

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硫酸銅和適量氨水反應,生成氫氧化銅沉澱,當氨水過量時,沉澱溶解,形成深藍色的硫酸四氨合銅溶液,結晶可得到晶體:[6]

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

熱分解

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白色無水硫酸銅粉末滴入水後呈藍色

硫酸銅五水合物在56.5 °C可以分解為淺藍色的三水合物,在70.5 °C生成一水合物。[7]也有文獻指出根據反應條件的不同,分解溫度也不同,如95.6 °C五水合物分解為三水合物,液相以飽和溶液的形式存在,或103 °C時的硫酸銅飽和溶液析出三水合物。[8]另外,在較高溫度下無水硫酸銅可以分解形成[來源請求]、氧化銅、三氧化硫,古人曾用此方法製備硫酸。

用途

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硫酸銅可以用於殺滅真菌。與石灰水混合後生成波爾多液,用於控制檸檬葡萄等作物上的真菌。[9] 稀溶液用於水族館中滅菌[10] 以及除去蝸牛。由於銅離子對魚有毒,用量必須嚴格控制。大多數真菌只需非常低濃度的硫酸銅就可被殺滅。此外,硫酸銅也可用來控制大腸桿菌。 硫酸銅也可用於除藻,其機制為銅離子穿透細胞壁取代葉綠素中的鎂離子,使葉綠體無法行光合作用,進而滅亡。

化學用途

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菇農業

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室內種菇可能用來作為農藥,如果菇表面有藍色即是代表被污染和不能食用。

分析試劑

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幾種化學分析都需用到硫酸銅。它用於斐林試劑班氏試劑中檢驗還原糖。在反應中,二價銅離子被還原成一價的不溶紅色沉澱氧化亞銅。硫酸銅還可用於雙縮脲試劑中用來檢測蛋白質,其原理是銅與蛋白質會形成紫色的絡合物。

硫酸銅可用於檢驗貧血。將血樣滴入硫酸銅溶液中,若血樣中含足夠血紅蛋白,血樣會快速下沉;若血紅蛋白含量不夠,血樣會懸浮在溶液中。[11]

焰色反應中硫酸銅顯藍綠色,比離子的顏色藍得多。

有機合成

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硫酸銅可以用於有機合成。[12] 無水鹽用於催化縮醛反應[13] 五水鹽與高錳酸鉀反應生成一種氧化劑,用於伯醇的轉換。[14]

化學教育

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硫酸銅通常被包含在兒童的化學實驗試劑中,用於晶體的生成試驗和電鍍實驗。因為它的毒性,不建議幼兒使用。硫酸銅常用於演示放熱反應,演示時將鎂條插入硫酸銅溶液中。硫酸銅還可以用來演示晶體失水風化和得到結晶水的過程。[15]

在初中化學中,利用硫酸銅與發生的置換反應驗證質量守恆定律,以及研碎硫酸銅晶體來區分物理變化化學變化[16]

藥用

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硫酸銅亦可以用作催吐劑[17],現在則認為這樣用毒性太大[18]。但其仍是世界衛生組織ATC代碼 (V03)列出的一種解毒劑[19]

硫酸銅配成溶液後可以和白磷反應,在白磷燒傷和白磷中毒上有應用。[20]

註釋

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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]. (原始內容存檔於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]. (原始內容存檔於2018-06-29). 
  3. ^ Copper(II) sulfate MSDS. 牛津大學. [2007-12-31]. (原始內容存檔於2007-10-11). 
  4. ^ 硫酸銅字典-Guidechem.com頁面存檔備份,存於互聯網檔案館(英文)
  5. ^ 陳日耀, 程蔚, 鄭曦,等. 置換法生產硫酸亞錫的新工藝流程研究[J]. 化學工程與裝備, 2000(4):21-23.
  6. ^ 陳玲. 硫酸四氨合銅的製備及成分測定[J]. 廣東化工, 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. (原始內容存檔於2019-08-22) (英語). 
  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 (英語). 
  9. ^ Uses of Copper Compounds: Copper Sulfate's Role in Agriculture. Copper.org. [2007-12-31]. (原始內容存檔於2013-09-07). 
  10. ^ All About Copper Sulfate. National Fish Pharmaceuticals. [2007-12-31]. (原始內容存檔於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]. (原始內容存檔於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. (原始內容存檔於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. ^ 張石革, 袁偉晉. 黃磷燒傷創面解毒劑硫酸銅混懸液的製備[J]. 中國藥學雜誌, 1984, 19(6):7-7.