《铜及其化合物知识点思维导图》

I. 铜 (Cu)

A. 物理性质

1. 颜色: 紫红色金属
2. 状态: 固体
3. 熔点: 1083.4 °C
4. 沸点: 2562 °C
5. 密度: 8.96 g/cm³
6. 导电性: 极佳 (仅次于银)
7. 导热性: 良好
8. 延展性: 良好
9. 其他: 具有金属光泽

B. 化学性质

1. 稳定性: 相对稳定
   • 在干燥空气中稳定，不易被氧化。
   • 在潮湿空气中缓慢氧化生成氧化铜 (CuO)。
2. 与非金属反应:
   • 与氧气反应:
     • 加热条件下: 2Cu + O₂ → 2CuO (黑色)
     • 潮湿空气中: 缓慢氧化生成 CuO 和 Cu₂(OH)₂ (铜绿)
   • 与硫反应: Cu + S → Cu₂S (黑色)
   • 与氯气反应: Cu + Cl₂ → CuCl₂ (棕黄色)
3. 与酸反应:
   • 与稀盐酸、稀硫酸不反应 (氢后金属)。
   • 与浓硫酸反应:
     • 加热条件下: Cu + 2H₂SO₄(浓) → CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O
   • 与硝酸反应:
     • 稀硝酸: 3Cu + 8HNO₃(稀) → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O
     • 浓硝酸: Cu + 4HNO₃(浓) → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O
4. 与盐溶液反应:
   • 可以置换出活动性比铜弱的金属。
   • 例如: Cu + 2AgNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2Ag

C. 应用

1. 电线电缆: 利用其优良的导电性。
2. 制造电器元件: 例如电机绕组、变压器线圈。
3. 制造铜合金: 例如黄铜、青铜。
4. 制造管道: 利用其耐腐蚀性。
5. 制造艺术品: 利用其延展性和金属光泽。

D. 制备

1. 火法冶金: Cu₂S + O₂ → 2Cu + SO₂ (适合高品位硫化铜矿)
2. 湿法冶金: 利用铁置换铜离子 (适合低品位氧化铜矿)
   • 例如: CuSO₄ + Fe → FeSO₄ + Cu
3. 电解精炼: 将粗铜（含少量杂质）作为阳极，纯铜作为阴极，硫酸铜溶液作为电解液。
   • 阳极反应: Cu - 2e⁻ → Cu²⁺, 其他活泼金属也溶解。
   • 阴极反应: Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu, 杂质金属离子不放电。
   • 阳极泥: 含有金、银等贵重金属。

II. 铜的氧化物

A. 氧化亚铜 (Cu₂O)

1. 颜色: 红色
2. 制备:
   • 加热条件下，铜与少量氧气反应。
   • 碱性条件下，葡萄糖还原新制氢氧化铜。
3. 性质:
   • 不稳定，易被氧化成 CuO。
   • 与酸反应: Cu₂O + 2H⁺ → Cu + Cu²⁺ + H₂O (生成铜单质和铜离子)。
4. 用途：制造船底防污漆。

B. 氧化铜 (CuO)

1. 颜色: 黑色
2. 制备:
   • 加热条件下，铜与氧气反应。
   • 氢氧化铜受热分解。
3. 性质:
   • 不溶于水。
   • 与酸反应: CuO + 2H⁺ → Cu²⁺ + H₂O (生成铜离子)。
   • 可被氢气、一氧化碳、碳还原成铜单质。
4. 用途:
   • 用作颜料。
   • 用作催化剂。
   • 用作制备其他铜化合物的原料。

III. 铜的氢氧化物

A. 氢氧化铜 (Cu(OH)₂)

1. 颜色: 蓝色沉淀
2. 制备: 铜离子与碱反应: Cu²⁺ + 2OH⁻ → Cu(OH)₂↓
3. 性质:
   • 不溶于水。
   • 受热分解: Cu(OH)₂ → CuO + H₂O
   • 与酸反应: Cu(OH)₂ + 2H⁺ → Cu²⁺ + 2H₂O
   • 可溶于氨水，形成深蓝色溶液 (形成配离子)。
   • 能与葡萄糖反应，被还原成氧化亚铜 (斐林试剂的原理)。
4. 用途:
   • 用作农药。
   • 用作分析试剂 (斐林试剂)。

IV. 铜盐

A. 硫酸铜 (CuSO₄)

1. 常见的为五水硫酸铜: CuSO₄·5H₂O (蓝矾、胆矾)
2. 颜色: 蓝色晶体
3. 性质:
   • 易溶于水。
   • 受热失去结晶水，颜色逐渐变浅，最后变为白色粉末。
   • 铜离子具有氧化性，可以与铁等金属发生置换反应。
4. 用途:
   • 用作杀虫剂、杀菌剂。
   • 用作电镀液。
   • 用作制备其他铜化合物的原料。
   • 农业上用于波尔多液的配制 (硫酸铜和石灰乳的混合物)。

B. 其他铜盐

1. 氯化铜 (CuCl₂): 棕黄色固体，易溶于水。
2. 硝酸铜 (Cu(NO₃)₂): 蓝色晶体，易溶于水。

V. 铜的合金

A. 黄铜

1. 组成: 铜和锌的合金
2. 颜色: 金黄色
3. 特性: 比纯铜硬度高，耐磨性好。
4. 用途: 制造阀门、水龙头、乐器等。

B. 青铜

1. 组成: 铜和锡的合金
2. 颜色: 接近铜的颜色
3. 特性: 比纯铜硬度高，熔点低，铸造性能好，耐腐蚀。
4. 用途: 制造青铜器、轴承、齿轮等。

C. 白铜

1. 组成: 铜和镍的合金
2. 颜色: 银白色
3. 特性: 耐腐蚀，强度高。
4. 用途: 制造硬币、化工设备等。

VI. 铜的离子

A. 亚铜离子 (Cu⁺)

1. 性质: 不稳定，易被氧化成 Cu²⁺
2. 存在: 主要存在于不溶性化合物中，例如 CuCl, Cu₂O。

B. 铜离子 (Cu²⁺)

1. 颜色: 水溶液呈蓝色
2. 性质:
   • 具有氧化性，可以与活泼金属反应。
   • 可以与碱反应生成氢氧化铜沉淀。
   • 可以与氨水反应生成配离子，使溶液呈深蓝色。

VII. 注意事项

• 铜及其化合物具有毒性，操作时应注意安全。
• 废弃的铜及其化合物应妥善处理，避免污染环境。
• 铜是人体必需的微量元素，但过量摄入也会对健康造成危害。

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