銅及其化合物在高中化學中的重要作用

李夢然+吳國慶

金屬銅是日常生活中常見的一種金屬，在初中化學中就有所涉及，然而在高中化學中所體現(xiàn)出來的作用就更為明顯。在高中化學必修一的教材中，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，因而本文將詳細地論述銅在整個高中化學網(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中的轉(zhuǎn)換關(guān)系可用如下示意圖進行表示：

銅及其化合物作為無機化學中重要的一類物質(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)。值得注意的是當濃硫酸慢慢變稀到一定程度時，此反應(yīng)便不再進行，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中一直是一個難點。銅與濃硫酸、硝酸的反應(yīng)均體現(xiàn)了酸的強氧化性，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)考查了無機化學反應(yīng)的實質(zhì)，即銅與離子間的組合反應(yīng)。

在無機化學中，銅及其化合物在電化學中也有充分的應(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，從而形成天藍色的[Cu（H2O）4]2+和深藍色的[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。

金屬銅不僅在無機化學中占有一定的地位，在有機化學中也有著一席之地。在有機化學的含氧衍生物轉(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化學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）