銅及其化合物在高中化學(xué)中的重要作用

李夢然+吳國慶

金屬銅是日常生活中常見的一種金屬，在初中化學(xué)中就有所涉及，然而在高中化學(xué)中所體現(xiàn)出來的作用就更為明顯。在高中化學(xué)必修一的教材中，只涉及了金屬鈉、鋁和鐵及它們的化合物的相關(guān)性質(zhì)，并沒有對金屬銅及其化合物作系統(tǒng)性的概述。但是，銅及其化合物在整個高中化學(xué)中的地位是不容忽視的，從某種程度上說其重要性甚至超過了上述三種金屬，因而本文將詳細(xì)地論述銅在整個高中化學(xué)網(wǎng)中的橋梁作用。

首先，從銅原子的微觀結(jié)構(gòu)來看，它的核外電子排布為[Ar]3d104s1，為3d軌道全充滿模型，較為穩(wěn)定。從它的晶體結(jié)構(gòu)來看，它屬于金屬晶體中的面心立方最密堆積，與它的堆積方式相同的有銀和金等，配位數(shù)為12，而空間利用率則高達(dá)74%。銅在化合物中的常顯價態(tài)為+1價和+2價，其中+2價的銅較為穩(wěn)定，而+1價的銅在一定條件下易被氧化，某些環(huán)境下（如酸性環(huán)境）易發(fā)生歧化反應(yīng)。銅及其化合物在高中化學(xué)中的轉(zhuǎn)換關(guān)系可用如下示意圖進(jìn)行表示：

銅及其化合物作為無機(jī)化學(xué)中重要的一類物質(zhì)，它們和其他的金屬以及化合物一樣，有著一些很常規(guī)的轉(zhuǎn)換。如CuO、CuCl2、Cu（OH）2和CuSO4，這些物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)換大多是常規(guī)的復(fù)分解反應(yīng)，這些在初中化學(xué)中都有提到，它們的轉(zhuǎn)換并不難。然而銅單質(zhì)作為一種并不活潑的金屬，它的很多轉(zhuǎn)變便顯得較為復(fù)雜，比如銅與氧化性較強(qiáng)的氧氣可以生成+2價的氧化銅，但與氧化性較弱的S只能生成+1價的Cu2S。銅與酸溶液間的反應(yīng)也顯得尤為特別，如與濃硫酸在加熱條件下可生成SO2，在常溫下不反應(yīng)。值得注意的是當(dāng)濃硫酸慢慢變稀到一定程度時，此反應(yīng)便不再進(jìn)行，所以關(guān)于這一塊的考題是很多的。銅與HNO3的反應(yīng)也很復(fù)雜，與HNO3在常溫下即可反應(yīng)，教材中重點(diǎn)介紹了與濃硝酸反應(yīng)生成二氧化氮，與稀硝酸反應(yīng)生成一氧化氮，實際上銅與硝酸的反應(yīng)會因硝酸濃度的不同產(chǎn)生各種產(chǎn)物，如與極稀的硝酸反應(yīng)可以生成硝酸銨，所以關(guān)于銅與硝酸反應(yīng)產(chǎn)物多樣化的混合計算在高中化學(xué)中一直是一個難點(diǎn)。銅與濃硫酸、硝酸的反應(yīng)均體現(xiàn)了酸的強(qiáng)氧化性，從某種程度上說，銅可在酸性環(huán)境下與氧化性離子發(fā)生反應(yīng)，如銅和酸性的過氧化氫溶液可反應(yīng)生成銅離子和水，銅與稀硫酸雖不反應(yīng)，但是向其中加入硝酸鈉銅片會溶解，此類反應(yīng)考查了無機(jī)化學(xué)反應(yīng)的實質(zhì)，即銅與離子間的組合反應(yīng)。

在無機(jī)化學(xué)中，銅及其化合物在電化學(xué)中也有充分的應(yīng)用，如在原電池和電解池中，銅通常會被用作電極之一，而銅的化合物，如氯化銅、硫酸銅的溶液經(jīng)常被用作電解質(zhì)溶液。在電解池中銅的應(yīng)用更為廣泛，如電解氯化銅溶液和電解硫酸銅溶液就屬于兩種類型，前者屬電解電解質(zhì)型，后者屬放氧生酸型。在金屬的精煉過程中，銅的精煉較重要的內(nèi)容，純銅作陰極，粗銅作陽極，并且用含銅離子的溶液作為電解質(zhì)溶液，是粗銅精煉的重要模型，這一模型有助于中學(xué)生掌握電解法冶煉金屬的原理。與電解法冶煉金屬相提并論的是電鍍，而在電鍍中鍍銅是很重要的一個部分。通常情況下，由于銅的活潑性較差，故很多情況下在其他活潑金屬的表面鍍上一層銅會增強(qiáng)該金屬的防腐蝕性能，因而電鍍銅在實際生活中的應(yīng)用也非常廣泛，其原型就是待鍍金屬作陰極，鍍層金屬（如銅）作陽極，含鍍層金屬離子的電解質(zhì)溶液作為電鍍液即為電鍍模型。

銅在高中配合物化學(xué)中也有著較廣泛的應(yīng)用，如銅離子易接受水分子或氨分子提供的孤電子對，從而形成天藍(lán)色的[Cu（H2O）4]2+和深藍(lán)色的[Cu（NH3）4]2+，這類配合物的品種超過百萬，是一個龐大的化合物家族。

金屬銅不僅在無機(jī)化學(xué)中占有一定的地位，在有機(jī)化學(xué)中也有著一席之地。在有機(jī)化學(xué)的含氧衍生物轉(zhuǎn)變過程中，伯醇催化氧化生成醛，醛催化氧化生成酸，都可以用銅作為催化劑，可見位于過渡族的銅在有機(jī)化學(xué)中有著重要的催化作用。此外，含醛基類的物質(zhì)與新制氫氧化銅懸濁液可以產(chǎn)生磚紅色沉淀這一現(xiàn)象可以鑒定含醛基類的物質(zhì)，如醛類、甲酸、甲酸某酯以及葡萄糖等物質(zhì)。

（作者單位：安徽省宏圖大地中學(xué)）