铜元素

引入

铜是人类较早使用的金属之一，原因不是铜最常见，而是铜的活泼性不算强，比较容易从矿物中得到，也容易加工。

它在生活中经常以两种形态出现：一种是导线、电路板里的金属铜，另一种是长期接触水、氧气、二氧化碳后形成的铜锈。

电路板腐蚀

电路板制作中会利用化学腐蚀去除多余铜层，这说明铜虽然不和稀盐酸这类非氧化性酸明显反应，但可以被氧化剂氧化成铜离子。

铜锈

浴室中的铜花洒，可以看到铜绿

铜为什么不像铁那样快速生锈？铜绿又为什么常呈蓝绿色？

正文

定义

铜是一种红色金属元素，化学符号为 $\mathrm{Cu}$，常见氧化态为 +1 和 +2，具有良好的导电性、导热性和延展性。

物质名称	性质	类别	颜色	物态	密度	熔点	沸点	常见氧化态
铜 $\mathrm{Cu}$	导电导热性好，有延展性	金属	紫红色	固体	$8.96g/c{\mathrm{m}}^3$	$1084.6{}^{\circ }\mathrm{C}$	$2562{}^{\circ }\mathrm{C}$	+1、+2

物理性质

铜最容易被记住的不是“金属光泽”，而是颜色和导电性。大多数金属呈银白色，铜却呈紫红色；同时铜的导电性很好，所以常用于电线、电路板和电器部件。

名称	性质（化学）	类别	气味	颜色	物态	说明
氧化铜 $\mathrm{CuO}$	碱性氧化物	氧化物	无味	黑色	固体	可被氢气、碳、一氧化碳还原
氧化亚铜 $\mathrm{Cu}{}_2\mathrm{O}$	可被氧化	氧化物	无味	砖红色	固体	常见于部分还原反应产物
氢氧化铜 $\mathrm{Cu}(\mathrm{OH}){}_2$	弱碱，受热分解	难溶碱	无味	蓝色	固体	可用于检验部分有机物
碱式碳酸铜 $\mathrm{Cu}{}_2(\mathrm{OH}){}_2\mathrm{CO}{}_3$	受热分解	碱式盐	无味	绿色	固体	铜绿主要成分
硫酸铜 $\mathrm{CuSO}{}_4$	可形成蓝色晶体	盐	无味	白色或蓝色	固体	无水硫酸铜遇水变蓝

化学性质

铜的活动性比铁弱，所以在空气中不容易迅速腐蚀。但它不是完全稳定，遇到氧气、酸、二氧化碳、水或氧化性物质时，可以逐步转化为铜的化合物。

名称	反应类型	反应式	现象	应用
铜在氧气中加热	氧化还原反应	$2\mathrm{Cu}+\mathrm{O}{}_2\stackrel{\mathrm{\Delta }}{=}2\mathrm{CuO}$	红色铜表面变黑	制备氧化铜，说明铜可被氧化
氧化铜与盐酸反应	复分解反应	$\mathrm{CuO}+2\mathrm{HCl}=\mathrm{CuCl}{}_2+\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}$	黑色固体溶解，溶液呈蓝绿色	说明 $\mathrm{CuO}$ 是碱性氧化物
铜绿受热分解	分解反应	$\mathrm{Cu}{}_2(\mathrm{OH}){}_2\mathrm{CO}{}_3\stackrel{\mathrm{\Delta }}{=}2\mathrm{CuO}+\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}+\mathrm{CO}{}_2\uparrow$	绿色固体变黑，生成气体	解释铜锈受热变化
铁置换铜	置换反应	$\mathrm{Fe}+\mathrm{CuSO}{}_4=\mathrm{FeSO}{}_4+\mathrm{Cu}$	铁表面析出红色固体，溶液由蓝色变浅绿色	比较金属活动性
铜与氯气反应	氧化还原反应	$\mathrm{Cu}+\mathrm{Cl}{}_2\stackrel{\mathrm{\Delta }}{=}\mathrm{CuCl}{}_2$	产生棕黄色烟	说明铜可被强氧化剂氧化

铜锈

铜锈通常可以近似看作碱式碳酸铜 $\mathrm{Cu}{}_2(\mathrm{OH}){}_2\mathrm{CO}{}_3$。它的形成需要铜、水、氧气和二氧化碳共同参与。

铁锈疏松，容易让里面的铁继续被腐蚀；铜锈相对更致密，能在一定程度上减缓内部铜继续腐蚀。所以铜锈不是单纯的“脏”，它也可以成为保护层。

引出

电路板腐蚀常用的氧化剂是什么？为什么能把铜变成铜离子？

青铜和黄铜分别是什么合金？它们为什么比纯铜更适合制作器物？