高氯酸铜的制备研究

杨吉明 陈蕾

摘 要 铜盐在烟花的制作配方中起到蓝色发光剂的作用，铜盐的选择直接影响蓝色光的效果。本文选取高氯酸铜为研究对象，根据高氯酸铜的性质，对高氯酸铜的制备实验进行研究，为高氯酸铜在烟火配方中的蓝色效果研究打下基础。

关键词 高氯酸 碱式碳酸铜 制备 高氯酸铜 蓝色发光剂

中图分类号：O655 文献標识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2015.03.017

Preparation of Copper Perchlorate

YANG Jiming， CHEN Lei

（Department of Fireworks Engineering， Hu'nan Vocational Institute

of Safety Technology， Changsha， Hu'nan 410151）

Abstract Copper plays in fireworks production recipe blue light-emitting agent role， copper choices directly affect the effect of blue light. Copper perchlorate paper selected for the study， according to the nature of copper perchlorate， for the preparation of the experimental study of copper perchlorate， and lay the foundation for the study of the effect of the blue copper perchlorate pyrotechnic formulations.

Key words perchloric acid; basic copper carbonate; preparation; copper perchlorate; blue light-emitting agent

0 引言

烟花之所以能绽放出五颜六色的绚烂色彩，是因为不同的发光剂在起作用。发光剂属于烟火剂的一种。烟火剂的种类很多，按其作用可分为九种：一是有色发光剂（红光剂、绿光剂、蓝光剂、黄光剂、白光剂），二是啸声剂，三是烟雾剂，四是钝感剂，五是引燃剂，六是爆炸音响剂，七是穗花，八是延期药，九是照明闪光剂。烟火剂是一种具有燃烧和爆炸性质的药物，其热感度和机械感度都很高。对生产烟花爆竹的企业来讲，绝大多数都是带有药物工序，都具有危险性，而烟火剂的制配工序又是更为危险。烟火剂是机械混合物，其组分主要是安全氧化剂、可燃物、粘合剂。

本文主要讲述的是烟花的发光剂。这些发光剂主要是无机盐类，一般钠盐作黄色发光剂、锶盐作红色发光剂、钡盐作绿色发光剂、铜盐作蓝色发光剂等。烟火配方中用到的铜盐主要有巴黎绿、碱式碳酸铜、碳酸铜、无水硫酸铜、氧化铜等。因此我们就试用高氯酸铜，既作氧化剂又作蓝色发光剂，在烟火配方中发挥作用。

1 高氯酸铜的基本性质

高氯酸铜又称过氯酸铜，分子式为Cu（ClO4）2，分子量262.45，浅绿色单斜系晶体，易潮解。易溶于水，溶于乙醇和乙醚，不溶于丙酮，120℃分解。相对密度2.225，熔点82.3℃，在空气中稳定。

一般市售的高氯酸铜为高氯酸铜（II）六水合物，而在烟火配方中对水分含量有较高的要求，因此含有结晶水的高氯酸铜不能直接用于烟花的制作，我们需要制备不含结晶水的高氯酸铜。又因高氯酸铜很容易吸水潮解，所以为防止其潮解，自制出的高氯酸铜应放入恒温干燥箱中保存，或现制现用。

2 高氯酸铜的特性及用途

高氯酸铜属于氧化剂的一种，大约每一百毫升的水就能溶解146g/30度。在常规情况下高氯酸铜可与还原剂、可燃物混合造成燃烧爆炸的现象。而且高氯酸铜是一种助燃的物体，在发生火灾时这种物体可释放有毒含铜和氯化物辛辣刺激味的烟雾，对人体健康会造成威胁。

在日常生活中，人们在储存运输高氯酸铜时要注意保持库房的低温、通风、干燥的常态。并且要注意与食品原料分开存放，与还原剂和有机物分开存放，以免发生火灾。

3 高氯酸铜的制备

3.1 制备原理

Cu2（OH）2CO3·H2O + 4HClO4 ═ 2Cu（ClO4）2·6H2O + H2O + CO2↑

3.2 试剂与仪器

试剂：HClO4（A.R），CuCO3·Cu（OH）2·H2O

仪器：烧杯、玻璃棒、电炉、圆底烧瓶、旋转蒸发仪、砂芯漏斗、蒸发皿、研钵。

3.3 制造步骤

3.3.1 合成

称取10g HClO4于100mL的小烧杯中，用药匙取CuCO3·Cu（OH）2·H2O蓝色粉末缓慢加入到烧杯中，边加入边不断搅拌，见图1。有大量的气泡产生，为提高反应速率，可适当给溶液加热。理论上10g HClO4需要6g CuCO3·Cu（OH）2·H2O恰好反应完全，为了使得HClO4能够完全反应，故CuCO3·Cu （OH）2·H2O应稍微过量。如溶液太稠无法充分搅拌，可在反应过程中向烧杯中加入少量蒸馏水，使两者能够充分混合并反应。反应完全后，得到澄清的蓝色Cu（ClO4）2溶液，见图2。

3.3.2 蒸发

将澄清的蓝色Cu（ClO4）2溶液转移到250mL圆底烧瓶中，见图3。在旋转蒸发仪上将溶液中的水分蒸发出来。调节旋转蒸发仪的水浴锅的温度为75℃，用真空泵进行抽真空蒸发，见图4。

3.3.3 结晶

当旋转蒸发仪的冷凝管上无水滴滴下时，停止操作，将圆底烧瓶取下，将烧瓶中的蓝色溶液倒入蒸发皿中，见图5。把蒸发皿放入干燥箱中，在70℃下进行干燥结晶，见图6。

3.3.4 去結晶水

待大部分Cu（ClO4）2·6H2O晶体析出，见图7，将晶体用砂芯漏斗进行过滤，滤去未结晶的溶液，并用少量蒸馏水洗涤Cu（ClO4）2·6H2O晶体，将晶体抽干转移到蒸发皿中，继续在干燥箱中进行干燥，将Cu（ClO4）2·6H2O晶体表面以及结晶水蒸发掉。将干燥好的Cu（ClO4）2晶体用研钵进行研磨粉碎，见图8，放入干燥箱待用。

4 高氯酸铜的其它制备方法

除了以上的方法外，再向大家介绍一种以硫酸铜制备高氯酸铜的方法。

4.1 试验原理

2CuSO4 + 2Na2CO3 + H2O --→ Cu2（OH）2CO3 + CO2 + 2Na2SO4

Cu2（OH）2CO3 + 4HClO4 --→ 2Cu（ClO4）2· 6H2O + CO2

4.2 试验步骤

（1）称取7.0 g CuSO4·5H2O 和 8.0 g Na2CO3·10H2O ，用研钵分别研细，然后混合研磨，迅速投入100 ml 沸水中，快速搅拌并撤离电炉。溶液变为蓝棕色，静置后烧杯底部出现棕色细致沉淀，洗涤沉淀，直到用HCl-BaCl2 检测不到硫酸根离子。

（2）向洗涤干净的碱式碳酸铜滴加HClO4并小心搅拌（经多次实验发现，碱式碳酸铜与高氯酸反应较缓慢，高氯酸极易过量，适度加热可以提高高氯酸反应的程度，不致使酸过量）。用砂芯漏斗反复过滤，除去少量不溶物，得到蓝色高氯酸铜溶液。在通风橱中加热蒸发，产生大量白雾，证明含有过量HClO4 （在后来的实验中改进了操作，白雾产生很少）。

（3）继续加热蒸发，至出现晶膜为止，自然冷却，溶液迅速变成固体，坚硬粘连在蒸发皿底部，再用少量蒸馏水溶解，重新蒸发，保留较多水分，得到湿润蓝色晶体，置于烘箱60℃加热两小时，得Cu（ClO4）2·6H2O 晶体。

（4）称重得8.39 g。

（5）理论产量9.27 g，产率90.5%。

5 小结

通过上述方法制备的高氯酸铜中含有少量的碱式碳酸铜，但是不影响烟火实验的效果。但是由于高氯酸铜的吸水性太强，易潮解。无法常态保存，必须制备好就尽快用。

基金：湖南省教育厅、财政厅立项，由杨吉明主持的湖南省高校科研项目课题《高氯酸铜在烟火药剂中的应用研究》（项目编号：12C0984）阶段性研究成果

参考文献

[1] 申泮文，王积涛.化合物词典（第1版）.上海：上海辞书出版社，2002.

[2] 劳允亮，黄浩川.起爆药学（第1版）.北京：国防工业出版社，1980.

[3] 《化学工程手册》编辑委员会.化学工程手册（第1版）北京：化学工业出版社，1984.