电解硫酸铜用以湿法炼铜或是制备稀硫酸,书本上的反应方程式倒是很简单,具体如下:
阴极:2Cu2+ + 4e- == 2Cu
阳极:2H2O - 4e- == 4H+ + O2
总方程式:2Cu2+ + 2H2O =通电= 2Cu + O2 + 4H+
或 2CuSO4 + 2H2O =通电= 2Cu + O2 + 2H2SO4
但是,当我真正上手去做,发现实际远比理论复杂!
1.石墨电极方案。
一开始,我看了西瓜视频上的案例,采用了石墨电极。石墨来自孩子学画后久置吃灰的B系列铅笔,在折断了一根后,我用铅笔刀慢慢的削,花了十余分钟,毁掉两根长铅笔,终于得到了两根石墨电极。
当我把电极插到硫酸铜溶液中,并接通稳压直流电源时,阳极开始冒泡,阴极开始积聚铜苔,反应确实是进行了。当时我欣喜若狂,以为加以时间,湿法冶铜就能完成。
随着反应的进行,我发现阳极有大量黑色气泡鼓出,把溶液都搞浑浊了,如图:
这浑浊的蓝水黑泡沫确实很不好看,而且石墨电极靠近水面的一端在缩小变细,估计超过两个小时就不堪使用了。这两个原因使我开始寻求下一方案。
2.铁丝阳极+铜阴极
阳极换上铁丝,阴极换上铜丝后,反应也能进行,但水表面有大量铜粉出现,请看图:
这种方法还有一种弊端,就是阴极铜苔聚多了之后,反应似乎停滞了,铁阳极上也被镀了一层铜,这时需要刮掉阴极铜,反应才能继续。反应再次开始的时候,铁阳极上的铜皮会逐渐脱落,而且和石墨电极一样,铁丝也是越用越细。
反复搽掉阴极铜苔和用卫生纸不断吸取水面的铜粉是个吃力且烦人的活,这又促使我寻求下一方案。
3.铅阳极和铜阴极
昨晚辛苦一番,感觉有点费力不讨好,于是开始在网上搜索。看到有人用铅板做阳极,反应还挺干净,时间也短,按他的说法基本一上午就成了。于是我也用捡到的铅板试了试,发现效果很好,反应能顺利进行,水也不脏,也不飘铜粉了,如图:
上图可以看出,阳极铅板上有小气泡冒出,阴极铜苔积累较厚了,溶液还是干净的,确实比之前两种方案顺心老多了。看来铅作阳极是对了,难怪汽车上用的电瓶是用的铅酸电池。
但是,湿法冶铜效率真的很低,三个小时过去,溶液还是蓝绿色的,要等铜离子全部析出真是遥遥无期。看来这个只是实验室方案,成本高效率低,不适合大量制备。
实验器材:
直流电源:从网上购买的学生电源,53元一个;
鳄鱼U夹:8.5元一对,黑红两色;
固定夹:用塑料衣夹代替,约0.2元;
反应皿:用薄壁玻璃鱼缸代替,约9元;
石墨电极:三支B系列铅笔约1.5元;
阳极铅:路上捡的,成本0;
阴极铜棍:也是捡到,成本0;
硫酸铜晶体:网上买的,约50元一瓶;
电费:约6毛一度;
萃取用烧杯:大小各一,约6元;
整体算下来,要近150元才能备齐实验材料。当然,消耗品主要是硫酸铜晶体和电,这个开销估计能控制在10元以内。
2023年10月3日
2023年10月3日20点46分补记 用铜作阳极的连接杆也消耗得很快,请见图: