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高中化学铜元素的100个核心知识点

更新时间:作者:小小条

高中化学中关于铜元素的100个核心知识点。涵盖了铜的单质、化合物、性质、实验、应用等各个方面,是高考复*的精华汇总。

一、 铜的单质

高中化学铜元素的100个核心知识点

元素符号:Cu,原子序数29,位于元素周期表第四周期第IB族(副族元素,属于过渡金属)。原子结构:原子结构示意图为 (29) 2 8 18 1,价电子排布式为 3d¹⁰4s¹。晶体结构:面心立方堆积。物理性质:紫红色金属,有金属光泽,密度较大(8.92 g/cm³),熔点较高(1083℃),沸点2567℃。导电导热性:导电性和导热性仅次于银,广泛应用于电线、电缆和热交换器。延展性:具有良好的延展性,可拉成细丝(铜丝),压成薄片(铜箔)。化学性质:化学性质较不活泼,在干燥空气中稳定。与氧气反应:在加热条件下生成黑色的氧化铜:2Cu + O₂ ==Δ== 2CuO。与硫反应:加热时生成黑色的硫化亚铜:2Cu + S ==Δ== Cu₂S。与卤素反应:能与氯气剧烈反应生成氯化铜:Cu + Cl₂ ==点燃== CuCl₂。在潮湿空气中生锈:生成碱式碳酸铜(铜绿),反应为:2Cu + O₂ + H₂O + CO₂ = Cu₂(OH)₂CO₃。不与稀盐酸、稀硫酸反应:因在金属活动性顺序表中位于氢之后。与氧化性酸反应: 与浓硫酸加热反应:Cu + 2H₂SO₄(浓) ==Δ== CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O。 与稀硝酸反应:3Cu + 8HNO₃(稀) = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O。 与浓硝酸反应:Cu + 4HNO₃(浓) = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O。与浓盐酸反应:在加热和有氧气存在下可反应。与氯化铁溶液反应:用于制作印刷电路板:Cu + 2FeCl₃ = CuCl₂ + 2FeCl₂。与银盐的置换反应:Cu + 2Ag⁺ = 2Ag + Cu²⁺,证明金属活动性Cu > Ag。冶炼方法:主要从黄铜矿(CuFeS₂)等矿石中提炼,方法有火法炼铜和湿法炼铜。

二、 铜的氧化物

氧化铜 (CuO):黑色粉末,不溶于水。氧化亚铜 (Cu₂O):红色或砖红色粉末,不溶于水。热稳定性:CuO高温下可分解:4CuO ==高温== 2Cu₂O + O₂↑。CuO的碱性:碱性氧化物,可与酸反应:CuO + 2H⁺ = Cu²⁺ + H₂O。CuO的氧化性: 被H₂、CO、C等还原:CuO + H₂ ==Δ== Cu + H₂O。 被氨气还原:3CuO + 2NH₃ ==Δ== 3Cu + N₂ + 3H₂O。Cu₂O的生成:葡萄糖与新制Cu(OH)₂反应生成Cu₂O砖红色沉淀,用于检验醛基。Cu₂O与酸反应:发生歧化反应:Cu₂O + 2H⁺ = Cu + Cu²⁺ + H₂O。Cu₂O的氧化性:可被酸性高锰酸钾等氧化。

三、 铜的氢氧化物

氢氧化铜 [Cu(OH)₂]:蓝色絮状沉淀,是弱碱。制备:可溶性铜盐与强碱反应:Cu²⁺ + 2OH⁻ = Cu(OH)₂↓。热不稳定性:受热分解:Cu(OH)₂ ==Δ== CuO + H₂O。与酸反应:Cu(OH)₂ + 2H⁺ = Cu²⁺ + 2H₂O。溶于氨水:生成深蓝色的铜氨络离子,用于鉴别Cu²⁺:Cu(OH)₂ + 4NH₃ = [Cu(NH₃)₄]²⁺ + 2OH⁻。与醛基反应:与新制Cu(OH)₂悬浊液加热生成砖红色Cu₂O沉淀。

四、 铜盐

硫酸铜 (CuSO₄):白色粉末,吸水后变为蓝色五水合硫酸铜(CuSO₄·5H₂O),俗称胆矾或蓝矾。CuSO₄·5H₂O的结构:四个水分子与Cu²⁺配位,一个水分子以氢键与SO₄²⁻和配位水结合,受热可逐步脱水。硫酸铜的检验:遇水变蓝,可用于检验酒精中是否含水。硫酸铜的杀菌性:配制波尔多液(与石灰乳混合)。电解精炼铜:用CuSO₄溶液作电解液。氯化铜 (CuCl₂):棕色固体,易潮解,水溶液呈绿色(由于[CuCl₄]²⁻和[Cu(H₂O)₄]²⁺共存)。氯化铜浓溶液:呈黄绿色,稀释时变为蓝色。氯化铜与铜反应:CuCl₂ + Cu = 2CuCl(氯化亚铜,白色难溶物)。硝酸铜 [Cu(NO₃)₂]:蓝色晶体,易潮解,受热分解生成氧化铜、二氧化氮和氧气。碱式碳酸铜 [Cu₂(OH)₂CO₃]:铜绿,绿色固体。硫化铜 (CuS):黑色沉淀,不溶于稀酸,可溶于热硝酸。硫化亚铜 (Cu₂S):黑色沉淀。碘化亚铜 (CuI):白色沉淀,在Cu²⁺与I⁻的反应中生成。

五、 铜的配合物

铜氨配合物:[Cu(NH₃)₄]²⁺,深蓝色,可用于纤维素的溶解(铜氨纤维)。四氯合铜(II)酸离子:[CuCl₄]²⁻,黄色。水合铜离子:[Cu(H₂O)₄]²⁺,蓝色。

六、 铜离子的检验

Cu²⁺的颜色:水溶液中呈蓝色。与强碱反应:生成蓝色Cu(OH)₂沉淀。与氨水反应:先产生蓝色沉淀,氨水过量后沉淀溶解生成深蓝色溶液。与H₂S反应:生成黑色CuS沉淀。焰色反应:铜的焰色为绿色。

七、 重要反应与实验

铜的电解精炼:粗铜作阳极,纯铜作阴极,CuSO₄溶液作电解液。铜与浓硫酸反应:需加热,生成的SO₂能使品红溶液褪色。铜与硝酸反应:体现硝酸的强氧化性和酸性,注意浓、稀硝酸的还原产物不同。铜在氯气中燃烧:产生棕黄色的烟(CuCl₂颗粒)。铜的催化氧化:铜丝加热后表面变黑(生成CuO),插入乙醇中又变红(被乙醇还原为Cu),证明乙醇的还原性。新制氢氧化铜悬浊液的制备:必须保证碱过量。斐林试剂:由CuSO₄溶液(斐林A)和酒石酸钾钠的NaOH溶液(斐林B)现用现配,用于检验醛基。银镜反应与斐林反应:银镜反应适用于所有醛,斐林反应主要用于脂肪醛。

八、 铜的合金

青铜:铜锡合金,强度高、耐腐蚀。黄铜:铜锌合金,强度高、可塑性好。白铜:铜镍合金,耐腐蚀,有金属光泽。

九、 铜的冶炼原理

火法炼铜:焙烧→冰铜冶炼→粗铜吹炼→电解精炼。湿法炼铜:Fe + Cu²⁺ = Fe²⁺ + Cu(置换反应)。生物炼铜:利用细菌浸出铜矿。

十、 综合与应用

铜的存放:应密封保存,防止与潮湿空气接触生成铜绿。铜的回收利用:废铜是重要的可再生资源。铜的生理功能:是人体必需的微量元素,参与多种酶的构成。铜的毒性:过量摄入会引起中毒。

知识深化与辨析(71-100)

Cu⁺(亚铜离子)在水溶液中不稳定,易发生歧化反应:2Cu⁺ = Cu + Cu²⁺。因此,在溶液中通常不存在简单的Cu⁺离子,而是以沉淀(如CuCl)或配合物形式存在。Cu₂O可溶于稀硫酸,但得到的是Cu和CuSO₄的混合物,不是CuSO₄溶液。铜与硫反应生成Cu₂S,而不是CuS,体现铜的+1价稳定性在高温固体中。无水CuSO₄的吸水性是物理变化,但常用于检验水的存在(化学实验中作为定性检验)。Cu(OH)₂能溶于过量浓的NaOH溶液吗?不能,这与两性氢氧化物Al(OH)³不同。铜与氧气反应,在温度较低时(如酒精灯加热)生成CuO,在极高温度下生成Cu₂O。铜与氯化铁溶液的反应中,Fe³⁺的氧化性大于Cu²⁺。配制CuSO₄溶液时,常加入少量稀硫酸防止Cu²⁺水解。铜氨配合物能被葡萄糖等还原剂还原生成Cu₂O。鉴别Fe³⁺和Cu²⁺:可用KSCN溶液(Fe³⁺变红),也可观察溶液颜色(Cu²⁺蓝,Fe³⁺黄)。除去Cu粉中混有的Fe粉:用磁铁吸引或加入稀盐酸/稀硫酸后过滤。除去Cu粉中混有的CuO:加入稀酸(如稀H₂SO₄)溶解过滤。除去CuO中混有的Cu:在空气中加热。CuSO₄·5H₂O晶体受热脱水是化学变化(旧键断裂新键生成)。铜作原电池的电极时,通常作正极,因为其金属活动性较弱。铜锌原电池(伏打电池)中,铜电极发生还原反应(2H⁺ + 2e⁻ = H₂↑)。印刷电路板腐蚀反应中,FeCl₃溶液是氧化剂。“铜树”实验:将铁丝放入CuSO₄溶液中,铁丝表面覆盖红色物质。铜不能从酸中置换出氢气,但能从某些不活泼金属的盐溶液中置换出该金属。铜与氧气、硫等非金属反应时,表现还原性。铜与浓硫酸、硝酸反应时,既表现还原性,酸也表现氧化性。铜的化合物常作为催化剂,如CuO是CO氧化为CO₂的催化剂。铜的焰色反应需用盐酸清洗铂丝,将铜的化合物转化为易挥发的CuCl₂。铜离子对蛋白质有凝固作用,故有杀菌能力。铜器不能盛放氨水,因会形成铜氨配合物而溶解。铜在空气中加热后质量增加(结合了氧元素)。铜与浓硫酸反应后,溶液显蓝色,但冷却后可能会析出白色CuSO₄晶体。铜的电解精炼中,阳极泥中含有Ag、Au等贵金属,是提取贵金属的途径。掌握铜及其化合物的转化关系图(铜三角:Cu ←→ CuO ←→ CuSO₄ ←→ Cu(OH)₂等)是核心。

学*建议:将这100个知识点与教材中的化学方程式、实验装置图、物质转化关系图结合起来理解和记忆,并通过练*题目进行巩固,才能形成完整的知识网络,轻松应对各类考试。









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