17、1、2、铜及其化合物
1.铜
铜在自然界有游离的单质存在,但游离铜的矿很少,主要以硫化物矿的形式存在。
在常温下,铜在干燥的空气中稳定,只有在加热的条件下才与氧反应生成黑色的氧化铜。
但在潮湿的空气中其表面易生成一层铜绿(碱式碳酸铜)。
2Cu O2 H2O CO2 →Cu(OH)2 •CuCO3
铜绿可防止金属进一步腐蚀,其组成是可变的。
铜在常温下能和卤素发生反应,在高温下也不与氢、氮、碳反应。不溶于稀盐酸,但可溶于硝酸和热的浓硫酸。
Cu 4HNO3(浓) →Cu(NO3)2 2NO2↑ 2H2O
3Cu 8HNO3(稀) →3Cu(NO3)2 2NO↑ 4H2O
Cu 2H2SO4(浓) →CuSO4 SO2↑ 2H2O
浓盐酸在加热时也能与铜反应,这是因为C1-和Cu 形成配离子[CuCl4]3-,
2Cu 8HCl(浓) →2H3[CuCl4] H2
铜能溶于浓的氰化钠溶液,放出氢气。
2Cu 2H20 8CN—→2[Cu(CN)4]3- 20H—十H2↑
人体中有30多种蛋白质和酶含有铜。现已知铜最重要生理功能是人血清中的铜蓝蛋白,有协同铁的功能。人体内缺铜时,易患白癜风、关节炎等病;人体内铜过多时,易患肌梗塞、肝硬化,低蛋白血怔、骨癌等、据研究发现,癌症患者血清中Zn、Cu比值明显底于正常人。
2.铜的化合物
铜通常有 1, 2两种氧化数的化合物,以Cu(Ⅱ)常见。
从价电子构型看Cu 比Cu2 稳定,所以在固态时,Cu(Ⅰ)的化合物稳定。自然界存在的辉铜矿(Cu2S)、赤铜矿(Cu2O)都是Cu(Ⅰ)化合物。但Cu2 能形成稳定的[Cu(H2O)4]2=配离子,所以在水溶液中,Cu2 反而比Cu 稳定,这一点也可用元素电势图来说明。
在溶液中,Cu 易发生歧化反应,所以溶液中Cu2 最稳定。因此,制得的亚铜化合物必须迅速从溶液中滤出并立即干燥,密闭包装。
(1)铜的氧化物
①氧化亚铜 氧化亚铜(Cu20)为暗红色不溶于水的固体,是制造玻璃和搪瓷的红色颜料。有毒,不溶于水,对热稳定,但在潮湿空气中缓慢被氧化成CuO。具有半导体性质,可作整流器材料。此外,在农业上可作杀菌剂。
氧化亚铜能溶于氨水和氢卤酸,分别形成稳定的无色配合物[Cu(NH3)2]2 ,[CuX2]—。[Cu(NH3)4]2 易被空气中的氧氧化成深蓝色的[Cu(NH3)4]2 ,利用此反应可除去气体中的氧。
氧化亚铜能溶于稀酸,但立即歧化分解。
Cu20 2HCI→CuCl2 Cu H20
Cu2O H2SO4 =CuSO4 Cu H2O
②氧化铜 氧化铜(CuO)为黑色不溶于水的粉末。氧化铜对热稳定,加热到1 000℃时
开始分解生成氧化亚铜,放出氧气。
将铜粉和氧化铜的混合物在密闭容器内煅烧即得氧化亚铜。
Cu CuO→Cu2O
CuO和Cu20都是碱性氧化物,溶于稀酸。
(2)氢氧化铜 氢氧化铜为浅蓝色不溶于水的粉末,对热不稳定。Cu(OH)2微显两性,碱性强于酸性。易溶于酸,只能溶于浓的强碱,生成蓝色四羟基合铜(Ⅱ)离子。
Cu(OH)2 20H—→[Cu(OH)4]2-
Cu(OH)2溶于氨水生成碱性的铜氨溶液,显深蓝色。它是纤维素的很好溶剂,可用于人造丝的生产。
Cu(OH)2 4NH3→[Cu(NH3)4]2 20H—
向可溶性铜盐溶液中加入适量的强碱,有浅蓝色的Cu(OH)2沉淀生成。
CuCl2十2NaOH→Cu(OH)2↓ 2NaCl
但新生成的氢氧化铜极不稳定,稍受热(30℃)就会分解生成氧化铜。
Cu(OH)2→CuO H20 加热
(3)铜(Ⅱ)盐
①氯化铜 除碘化铜不存在外,其他卤化铜都可以利用氧化铜与氢卤酸反应制得。
CuCl2•2H20为绿色结晶,在潮湿空气中容易潮解,在干燥空气中容易风化。无水CuCl2为棕黄色固体,是共价化合物,结构为链状:
CuCl2可溶于水。在其溶液中,CuCl2可形成[CuCl4]2-和[Cu(H2O)4]2 两种配离子,[CuCI4)2-显黄色,[Cu(H20)4]2 显蓝色,CuCl2溶液的颜色取决于其浓度,浓度由大到小依次显黄绿色、绿色到蓝色。
[CuCl4]2- 4H20≒[Cu(H:O)4]2 4C1—
②硫酸铜 CuS04•5H2O为蓝色结晶,俗称胆矾或蓝矾,在空气中易风化。加热胆矾,随温度升高逐步脱水,最后生成白色粉末状无水硫酸铜。无水硫酸铜不溶于乙醇和乙醚,其吸水性很强,吸水后显出特征的蓝色。可利用这一性质来检验乙醇、乙醚等有机溶剂中的微量水分。也可以用无水硫酸铜从这些有机物中除去少且水分(作干燥剂)。
无水硫酸铜极易吸水,遇水又会变成蓝色的水合物,据此可检验有机物中的微量水分,也可作干燥剂。
硫酸铜溶液有较强的杀菌能力,能抑制藻类生长,控制水体富营养化。在农业上同石灰乳混合配成“波尔多”液作杀虫剂。
用热的浓硫酸溶解Cu屑,在O2存在时用稀热硫酸与Cu屑反应可制得CuSO4•5H2O
Cu 2H2SO4(浓)→CuSO4 SO2 2H2O
2Cu 2H2SO4(稀) O2→2CuSO4 2H2O
CuO与H2SO4(稀)反应,也可制得CuSO4•5H2O。
硫酸铜是制备其它含铜化合物的重要原料,在工业上用于镀铜和制颜料。在农业上同石灰乳混合得到波尔多液,用于杀灭树木上,尤其在果园中是最常用的杀菌剂。在医药上可用于治疗沙眼、磷中毒,还可用于作催吐剂等。