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      化學自習室


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      不可忽略的銅

      作者:化學自習室 點擊:【視力保護色 杏仁黃 秋葉褐 胭脂紅 芥末綠 天藍 雪青(默認色) 灰 銀河白 字體: 所屬專題: 銅及其化合物
      銅及其化合物的知識盡管在教材中沒有單獨成節進行系統講述,但在高考中還是經常涉及,下面對其性質略作歸納,供同學們復習時參考: 一、銅 亮紅色重金屬,易導電,具有良好的延展性,易加工,我國早在商代就開始使用青銅器,其用途極為廣泛。 (1)與非金屬反應 2Cu + O

      銅及其化合物的知識盡管在教材中沒有單獨成節進行系統講述,但在高考中還是經常涉及,下面對其性質略作歸納,供同學們復習時參考:

      一、銅

      亮紅色重金屬,易導電,具有良好的延展性,易加工,我國早在商代就開始使用青銅器,其用途極為廣泛。

      (1)與非金屬反應

      2Cu + O22CuO(黑色)(可利用該反應除去氧氣) 2Cu + SCu2S

      (2)和金屬陽離子反應

      Cu + 2Ag===Cu2++ 2Ag

      Cu + 2Fe3+===Cu2++ 2Fe2+(在無線電工業上,常利用溶液來腐蝕銅,以制造印刷線路板)。

      (3)和強氧化性酸反應(銅不能與稀鹽酸或稀硫酸反應放出氫氣)

      3Cu + 8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2+2NO↑+ 4H2O

      Cu + 4HNO3(濃)===Cu(NO3)2+2NO2↑+ 2H2O

      Cu + 2H2SO4(濃)===3CuSO4+2SO2↑+ 2H2O

      (4)在潮濕的空氣中銹蝕,生成堿式碳酸銅。俗稱銅綠

      2Cu + CO2+H2O + O2===Cu2(OH)2CO3

      二、氧化銅

      黑色難容固體,可溶于酸。對熱很穩定,只有在超過1273K時,才會分解放出氧氣,并生成Cu2O。

      (1)和酸反應

      CuO + 2H===H2O + Cu2+(藍色溶液)

      (2)和還原劑反應

      CuO + COCu + CO2

      3CuO + 2NH33Cu + N2+3H2O(該反應式經常出現考試題中)

      CH3CH2OH + CuOCH3CHO + Cu+ H2O

      三、Cu2+及銅鹽

      銅鹽溶液呈藍色,無水硫酸銅為白色粉末,溶于水或形成藍礬晶體呈藍色。

      (1)和堿反應

      Cu2++ 2OH===Cu(OH)2↓(藍色絮狀沉淀)

      Cu2++ 2NH3·H2O===Cu(OH)2↓+ 2NH4(氨水少量時)

      Cu(OH)2+4NH3=== 2OH+ [Cu(NH3)4]2+(深藍色溶液)(氨水足量時)

      (2)和H2S、HS、S2-反應

      雖然Cu2+具有一定的氧化性,但和H2S、HS、S2-發生離子反應生成沉淀,而不是發生氧化還原反應,Cu2++ H2S===CuS↓+ 2H

      (3)和具有還原性的金屬反應

      Cu2++ Fe=== Cu+Fe2+

      四、氫氧化銅

      藍色固體,不溶于水,能溶于氨水形成絡合物,Cu(OH)2的熱穩定性比堿金屬氫氧化物差的多,受熱脫水分解生成黑色的氧化銅(CuO)。

      新制的堿性氫氧化銅懸濁液,可以與含有醛基的醛類、甲酸、甲酸某酯類、甲酸鹽以及葡萄糖等發生反應,如:

      CH3CHO + 2Cu(OH)2CH3COOH + Cu2O↓+ 2H2O

      五、銅鹽的電解

      2CuSO4+2H2O2Cu + O2↑+ 2H2SO4 

      CuCl2Cu + Cl2

      六、銅的精煉

      以粗銅為陽極、純銅為陰極、CuSO4溶液為電解液進行電解,可將粗銅提純。

      【例題1】銅是生命必需元素,也是人類最早使用的金屬之一,銅的生產和使用對國計民生各個方面產生了深遠的影響,在化學反應中,銅元素可表現為0、+1、+2。

      (1)在西漢古籍中曾有記載:曾青得鐵則化為銅[即曾青(CuSO4)跟鐵反應就生成銅]。試寫出該反應的化學方程式:________。

      (2)銅器表面有時會生成銅綠,請寫出生成銅綠的化學方程式:_______________。這層銅綠可以用化學方法除去,試寫出除去銅綠而不損傷器物的化學方程式:____________。試寫出保護銅制品的方法:__________________。

      (3)銅錢在歷史上曾經是一種廣泛流通的貨幣。是從物理性質和化學性質的角度分析為什么銅常用于制造貨幣。(銅的熔點是1183.4℃,鐵的熔點是1534.8℃)。

      解析:(1)曾青(CuSO4)跟鐵反應的化學方程式:CuSO4+Fe===Cu+FeSO4,對應的離子方程式為:Cu2++ Fe===Cu+Fe2+;(2)2Cu + CO2+H2O + O2===Cu2(OH)2CO3除去銅綠而不損傷器物不能選擇強氧化性酸,只能選擇鹽酸、稀硫酸、醋酸等,有關的方程式為:Cu2(OH)2CO3+4HCl=== 2CuCl2+CO2↑+ 3H2O,根據銅生成銅綠的條件,應將銅制品放在干燥的空氣中保存。(3)根據題給信息以及做貨幣的實際,選擇銅做貨幣是因為銅的熔點比較低,容易冶煉鑄造成型;銅的化學性質比較穩定,不易被腐蝕等。

      答案:見解析(略)。

      【例題2】某化學興趣活動小組為探究銅跟濃H2SO4的反應,用如圖所示裝置進行有關實驗。實驗中甲同學將a g Cu片12 mL 8 mol·L-1的濃H2SO4放入圓底燒瓶中加熱,直到反應完畢,最后發現燒瓶中還有一定量的H2SO4和Cu片剩余。

      請回答下列問題:

      (1)寫出Cu與濃H2SO4反應的化學方程式:____________________。

      (2)裝置D內盛品紅溶液,當C中氣體集滿后,D中有可能觀察到的現象是____________。實驗裝置D有可能造成環境污染,試用最簡單的方法加以解決(實驗用品自選)_______________。

      (3)裝置B的作用是貯存多余的氣體。當D處有明顯現象后,關閉旋塞K,移去酒精燈,但由于余熱的作用,A處仍有氣體產生。此時b裝置中的現象是_______________。

      (4)F中應放置的液體是________(填字母)。

      A.飽和Na2SO3溶液 B.酸性KMnO4溶液 C.濃溴水 D.飽和NaHSO3溶液

      (5)為什么有一定量的余酸但未能使Cu完全溶解,你認為原因是____________。

      (6)下列足量藥品能夠用來證明反應結束后的燒瓶中確有余酸的是_____(填序號)。

      A. Fe粉 B. BaCl2溶液 C. Ag D. Na2CO3溶液

      (7)甲同學向A中反應后的溶液中通入一種氣體單質,使銅片全部溶解且僅生成硫酸銅溶液,請問該氣體單質是_____(填名稱),反應方程式是____________。

      解析:本題考查Cu與濃H2SO4反應的相關知識,Cu與濃H2SO4反應的產生的SO2可以使品紅溶液褪色,SO2可以用NaOH溶液吸收。B裝置的作用是貯存多余的氣體,所以F中應盛放飽和NaHSO3溶液,以減小SO2的溶解。隨著反應的進行,濃H2SO4的濃度不斷減小,Cu與稀H2SO4不反應,所以雖然有一定量的余酸但未能使Cu完全溶解。要使Cu完全溶解,應該加入氧化劑,通入的單質氣體應為O2,不引入新的雜質。

      答案:(1)Cu + 2H2SO4(濃)CuSO4+SO2↑+ 2H2O(2)品紅溶液褪色用浸有NaOH溶液的棉花團塞在試管口(3)F中液面下降,長頸漏斗中液面上升(4)D(5)隨著反應進行,濃H2SO4的濃度不斷減小,Cu與稀H2SO4不反應(6)A D(7)氧氣

      2Cu + 2H2SO4+O2===2CuSO4+2H2O

      點撥:有關Cu與濃H2SO4的反應一直是歷年高考的熱點,考查對濃硫酸及性質等基礎知識的應用和遷移。從最熟悉的物質、反應出發,進一步探究它們的性質是最常見的考查形式。硫和氮族元素在教材中是以化工產品和環境定位的,因此在考查這兩種元素時。常結合資源開發和環境保護等進行命題,如本題在D的試管口塞一團浸有NaOH溶液的的棉花來吸收SO2,就體現了環保意識。濃H2SO4與金屬反應時應注意三種情況:

      (1)濃H2SO4常溫下使Fe、Al發生鈍化,體現了濃H2SO4的強氧化性。

      (2)濃H2SO4與Zn反應先生成SO2,隨著反應進行,濃H2SO4變稀,稀H2SO4與過量的Zn反應生成H2,計算時要注意電子守恒的應用。

      (3)濃H2SO4與Cu反應之生成SO2,隨著反應進行,濃H2SO4變稀,Cu與稀H2SO4不反應,因此足量的Cu與濃H2SO4反應,產生的SO2的物質的量要小于濃H2SO4的一半。

      【例題3】(2011年海南高考)銅(Cu)是重要金屬,Cu的化合物在科學研究和工業生產中具有許多用途,如CuSO4溶液常用作電解液、電鍍液等。請回答以下問題:

      (1)CuSO4可由金屬銅與濃硫酸反應制備,該反應的化學方程式為_______;

      (2)CuSO4粉末常用來檢驗一些有機物中的微量水分,其原因是_______;

      (3)SO42的立體構型是________,其中S原子的雜化軌道類型是_______;

      (4)元素金(Au)處于周期表中的第六周期,與Cu同族,Au原子最外層電子排布式為______;一種銅合金晶體具有立方最密堆積的結構,在晶胞中Cu原子處于面心,Au原子處于頂點位置,則該合金中Cu原子與Au原子數量之比為_____;該晶體中,原子之間的作用力是_____;

      (5)上述晶體具有儲氫功能,氫原子可進入到由Cu原子與Au原子構成的四面體空隙中。若將Cu原子與Au原子等同看待,該晶體儲氫后的晶胞結構為CaF2的結構相似,該晶體儲氫后的化學式應為______。

      解析:本題各小題內容考查點相互的聯系不大,仍屬于“拼盤”式題。(3)硫酸根中心原子的價層電子對為:孤對電子數6-2×4+2=0,成鍵電子對數4,所以為正四面體結構,中心原子為sp3雜化;(4)Au電子排布或類比Cu,只是電子層多兩層,由于是面心立方,晶胞n(Cu)=6×1/2=3n(Au)=8×1/8=1;(5)CaF2結構如下圖所示,所以氫原子在晶胞內有4個,可得儲氫后的化學式為H8AuCu3

                        

      答案:(1)Cu+2 H2SO4(濃)CuSO4+SO2↑+ 2H2O;

      (2)白色無水硫酸銅可與水結合生成藍色的CuSO4·5 H2O,顯示水合銅離子特征藍色;

      (3)正四面體,sp3;(4)6s1;(5)3:1;(4)金屬鍵;(5)H8AuCu3

      點撥:由于《物質結構與性質》模塊近年才在在高考中出現,不可能出很難的題,且結構與性質之間的關系的緊密聯系也不能體現過深,因而目前的高考來看,試題只能是拼盤式的。學習過程中有一定的難度,幾個考點除配位外,基本在本題中都考到,與近幾年的考題變化不大。

      (責任編輯:化學自習室)
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