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  • 氧化铜

    氧化铜(cupric oxide),化学式CuO。是一种铜的黑色氧化物,略显两性,稍有吸湿性。相对分子质量为79.545,密度为6.3~6.9 g/cm,熔点1026℃。 不溶于水和乙醇,溶于酸、氯化铵及氰化钾溶液,氨溶液中缓慢溶解,能与强碱反应。氧化铜主要用于制人造丝、陶瓷、釉及搪瓷、电池、石油脱硫剂、杀虫剂,也供制氢、催化剂、绿色玻璃等用。

    编辑摘要

    基本信息 编辑信息模块

    中文名称: 氧化铜 外文名: Copper(II) oxide
    别名: C.I.颜料黑15; 氧化铜; 丝状氧化铜; 线状氧化铜; 纳米氧化铜; 电镀级氧化铜; 氧化铜(II) 化学式: CuO
    CAS号: 1317-38-0;1344-70-3 摩尔质量: 79.5454
    外观: 黑色单斜晶系结晶或黑到棕黑色无定形结晶性粉末 密度: 6.3~6.49
    熔点: 1326 溶解度(水): 不溶

    目录

    理化特性/氧化铜 编辑

    物理性质

    外观与性状 黑褐色粉末

    熔点 (℃):1026℃(分解。即不可成气态)

    相对密度(水=1):6.32(粉末)

    溶解性 不溶于水,溶于稀酸,氯化铵和氰化钾。不溶于乙醇。

    化学性质

    还原反应

    还原反应为氧化铜还原成铜的过程

    原理:氧化铜(灼热)可以和氢气(H₂)、碳(C)、一氧化碳(CO)等具有还原性物质反应,生成铜+X(氧化物)。

    一、碳还原
      用品:试管、单孔塞、酒精灯、铁架台、木炭、氧化铜、石灰水。
      操作方法及原理:把经过烘干的木炭粉末和氧化铜粉末混合均匀,小心地铺放进试管,并将试管固定在碳还原氧化铜铁架台上。试管口装有通入澄清石灰水的导管(如图所示),用酒精灯(可加网罩以使火焰集中并提高温度)加热混合物几分钟。然后先撤出导气管,待试管冷却后再把试管里的粉末倒在纸上。观察现象并分析。在这个反应里,氧化铜失去氧而变成单质铜。这种含氧化合物里的氧被夺去的反应,叫做还原反应。其中碳是还原剂。木炭是使氧化铜还原为铜的物质,它具有还原性。单质碳的还原性可用于冶金工业。
      现象:黑色粉末逐渐变成光亮的红色,生成气体通入澄清的石灰水后,使澄清石灰水变浑浊,若持续通入,变浑浊的石灰水又会变清。
      化学方程式:2CuO+C=2Cu+CO₂↑(高温)

    实验制法 实验制法

    二、一氧化碳还原


      用品:铁架台、酒精灯、试管、导管、一氧化碳气体
      操作方法:①先通入CO一会儿 ②加热 ③停止加热 ④继续通入CO到玻璃管冷却为止
      注:①先通入CO一会儿,是为了防止玻璃管内的空气没有排尽加热时发生爆炸.  ②继续通入CO到玻璃管冷却为止,是为了防止生成的铜重新被氧化为氧化铜.  总之:“CO早出晚归酒精灯迟到早退”,也说“先通后点防爆炸,先熄后停防氧化。” ③用酒精灯点燃是进行尾气处理:防止一氧化碳污染空气  ④此试验 应在通风橱中进行:防止没除净的CO使人中毒
      现象:①黑色固体变成红色 ②澄清石灰水变浑浊
      化学方程式:CuO+CO=Cu+CO₂(加热/△)

    三、氢气还原
      实验用品锥形瓶、粗铜丝、酒精灯、启普发生器、锌粒、稀硫酸(1:4)。
      实验步骤:
      ( 1) 在铁架台的立柱上,把粗铜丝绕成如图28所示的螺旋形,置于酒精灯外焰上,高温加热呈红热状态,使铜丝的螺旋部位有足够量的黑色氧化铜生成。
      (2) 用锥形瓶(或集气瓶)集满一瓶氢气。把赤热的铜丝从酒精火焰上取出稍冷,让学生观察铜丝外表的黑色氧化铜后,缓慢伸进集满氢气的锥形瓶口,可见铜丝很快变成紫红色;随即取出,铜丝又氧化变黑,再伸进锥形瓶,铜丝又变红,可以如此反复若干次。
      现象:①黑色固体表面有红色物质生成;②有小水珠生成
      化学方程式:CuO+H₂=Cu+H₂O (加热/△)

    与酸反应

    氧化铜在与稀硫酸或盐酸反应时,会生成盐和水

    化学方程式:CuO+HSO=CuSO+HO  

    主要用途/氧化铜 编辑

    化学方面:作氧化剂;气体分析中测定碳;作为有机反应催化剂,制造人造丝和其它铜化合物。

    工业方面:

    用作玻璃、搪瓷、陶瓷工业的着色剂,油漆的防皱剂,光学玻璃的磨光剂。

    用于人造丝制造工业及油脂的脱硫剂。

    用作其他铜盐制造的原料,也是制人造宝石的原料。

    在磁性材料生产中用作镍锌铁氧体及热敏元件的原料。

    其他:制造烟火、触媒、及电镀行业。

    制取方法/氧化铜 编辑

    实验室制法

    1、利用铜盐如CuSO与碱(NaOH)反应生成Cu(OH) ,再将 Cu(OH) 加热分解以制得CuO。

    CuSO+2NaOH==Cu(OH)↓+NaSO

    Cu(OH)=△=CuO+HO

    2、加热铜(Cu),使铜与氧气(O)反应生成氧化铜(CuO)。

    2Cu+O==2CuO

    3、氧化铜可由金属铜在空气中加热,或者加热分解氢氧化铜、硝酸铜、碱式碳酸铜 等而制得。

    工业制法

    1、铜粉氧化法

    以铜灰、铜渣为原料经焙烧,用煤气加热进行初步氧化,以除去原料中的水分和有机杂质。生成的初级氧化物自然冷却,粉碎后,进行二次氧化,得到粗品氧化铜。粗品氧化铜加入预先装好1:1硫酸的反应器中,在加热搅拌下反应至液体相对密度为原来的1倍,pH值为2~3时即为反应终点,生成硫酸铜溶液,静置澄清后,在加热及搅拌的条件下,加入铁刨花,置换出铜,然后用热水洗涤至无硫酸根和铁质。经离心分离、干燥,在450℃下氧化焙烧8h,冷却后,粉碎至100目,再在氧化炉中氧化,制得氧化铜粉末。

    铜粉氧化法 铜粉氧化法

    2、硝酸铜热分解法

    将电解铜用稀硝酸溶解后在水浴上蒸干,然后在干燥器里要非常缓慢地从90℃加热到120℃。当生成松软的碱式盐时,放入水中煮沸、过滤、干燥;然后将其慢慢加热到400℃,使大部分硝酸除去;接着粉碎后加热到850℃,保持1h,使其分解为氧化铜。为使反应更加完全,可将产品再次粉碎,在约700℃的条件下,加热1h后,放入干燥器中冷却。

    3.碳酸铜热分解法

    将铜粉或铜线在通风橱内用尽可能少的6mol/L硝酸使其完全溶解,如果溶液不透明,则需过滤。另将碳酸钠配成溶液与上述硝酸铜溶液混合、煮沸生成黑色的碱式盐沉淀。当固体沉降后舍去上层清液,用倾析法充分洗涤、过滤、干燥。将其放于蒸发皿上,在充分搅拌下用小火加热,使其分解为氧化铜。

    4.铜丝或铜粉硝化

    将铜丝或铜粉溶于6mol/L硝酸中保持铜稍过量,加热至溶液pH值3~4,以除去氢氧化铁沉淀,然后与10%( 质量)的碳酸钠溶液混合,加热沸腾,有碱式盐析出,弃去上层清液,用水充分洗涤、过滤、干燥。将干燥的碱式碳酸铜在充分搅拌下于小火加热分解为黑色氧化铜粉末:CuCO·Cu(OH)=2CuO+CO↑+HO

    当不再有二氧化碳生成,表明分解完全。

    5. 电导水 溶解法

    电导水溶解法 电导水溶解法

    用电导水溶解高纯硝酸铜,过滤,在清液中加入过量高纯NH·HO,滤去杂质沉淀,滤液用高纯硝酸中和至氢氧化铜析出。过滤,用电导水洗涤一次,再加硝酸溶解沉淀,加高纯碳酸铵析出碳酸铜,再洗涤,甩干,在200℃烘箱内烘干后,于450~550℃灼烧3~4h,得光谱纯氧化铜:

    化学口诀

    三分之一适研钵,先慢后快圆周磨。

    火碱宜用饱和液,全部变黑方停做。

    相关解释

    1、三分之一适研钵:意思是说每次研磨时所装药品不能超过研钵容积的1/3(装多了不仅研磨时洒出来,而且降低研磨细度和速率)

    2、先慢后快圆周磨:意思是说研磨时杵头要压在研钵体上,始终作圆周运动,开始时速度要慢,随着药品的破碎程度增大,可以适当加快研磨速度。

    3、火碱宜用饱和液:意思是说,为了减少溶液的体积,最好用饱和的NaOH溶液。

    4、全部变黑方停做:意思是说,直到全部变成了黑色固体时才停止加热

    危险与防控/氧化铜 编辑

    危险性

    健康危害:误服或吸入大量氧化铜粉尘可能引起金属烟热,出现寒颤、体温升高,同时可伴有呼吸道刺激症状。长期接触,可能引起呼吸道及眼结膜刺激、鼻衄、鼻粘膜出血点或溃疡,甚至鼻中隔穿孔以及皮炎(以上病理反应未经证实)。

    燃爆危险:该品不燃,属于无气味呈黑褐色稳定性物质。

    防控


      工程控制:密闭操作,局部排风。

    呼吸系统防护:空气中粉尘浓度超标时,必须佩戴自吸过滤式防尘口罩。紧急事态抢救或撤离时,应该佩戴空气呼吸器。

    眼睛防护:戴化学安全防护眼镜。

    身体防护:穿防渗透工作服。

    手防护:戴橡胶手套。

    其他防护:及时换洗工作服。注意个人清洁卫生。

    注意事项/氧化铜 编辑

    储存

    储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。应与还原剂 、碱金属 、食用化学品分开存放,切忌混储。储区应备有合适的材料收容泄漏物。

    运输

    起运时包装要完整,装载应稳妥。运输过程中要确保容器不泄漏、不倒塌、不坠落、不损坏。严禁与还原剂、碱金属、食用化学品等混装混运。运输途中应防曝晒、雨淋,防高温。车辆运输完毕应进行彻底清扫。

    操作

    密闭操作,局部排风。操作人员必须经过专门培训,严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴自吸过滤式防尘口罩,戴化学安全防护眼镜,穿防毒物渗透工作服,戴橡胶手套。避免产生粉尘。避免与还原剂、碱金属接触。搬运时轻装轻卸,防止包装破损。配备泄漏应急处理设备。倒空的容器可能残留有害物。

    处理方法

    • 皮肤接触:脱去污染的衣着,用流动清水冲洗。

    • 眼睛接触:提起眼睑,用流动清水或生理盐水冲洗。就医。

    • 吸 入:脱离现场至空气新鲜处。如呼吸困难,给输氧。就医。

    • 食 入:饮足量温水,催吐。喝鸡蛋清或牛奶,使金属沉淀。就医。

    • 危险特性:未有特殊的燃烧爆炸特性。

    • 有害燃烧产物:不燃,必须与还原剂才能燃烧。

    • 灭火方法:消防人员必须穿全身防火防毒服,在上风向灭火。灭火时尽可能将容器从火场移至空旷处。

    泄漏处理隔离泄漏污染区,限制出入。建议应急处理人员戴防尘面具(全面罩),穿防毒服。避免扬尘,小心扫起,置于袋中转移至安全场所。若大量泄漏,用塑料布、帆布覆盖。收集回收或运至废物处理场所处置。

    常见谣言/氧化铜 编辑

    C,H ,CO还原氧化铜吸热

    谣言实例:C+ 2CuO = 高温= 2Cu + CO↑吸热反应

    辟谣:判断反应热效应的两个标准是实验实测以及通过热力学进行计算

    计算过程:

    反应1:CuO(s)+H(g)=Cu(cr)+HO(g)

    反应2:CuO(s)+CO(g)=Cu(cr)+CO(g)

    反应3:CuO(s)+1/2C(石墨)=Cu(cr)+1/2CO(g)

    计算化学反应热效应可以直接使用ΔH(例题见高等教育出版社《无机化学》上册216页   ),此处忽略温度对ΔH的影响。

    相应物质标准生成焓:(单位:kJ/mol)(数据出自高等教育出版社《无机化学》上册427页起的附表)

    数据代入计算可知:

    ΔH=0+(-241.818)-(-157.3)-(0)=-84.518<0,即反应放热

    ΔH=0+(-393.509)-(-110.525)-(-157.3)=-125.684<0,即反应放热

    ΔH=0.5×(-393.509)+0-(-157.3)-0=-39.455<0,即反应放热

    综上可证这三个反应都是放热反应,即 网络上流传的所谓“C,H,CO还原氧化铜(吸热)”实质系谣言

    安全信息/氧化铜 编辑

    危险运输编码:UN 3077 9 / PGIII

    危险品标志:有害

    安全标识:S22S27

    危险标识:R22


      

    计算化学数据/氧化铜 编辑

    1、疏水参数计算参考值(XlogP):无

    2、氢键供体数量:0

    3、氢键受体数量:1

    4、可旋转化学键数量:0

    5、互变异构体数量:无

    6、拓扑分子极性表面积:17.1

    7、重原子数量:2

    8、表面电荷:0

    9、复杂度:2

    10、同位素原子数量:0

    11、确定原子立构中心数量:0

    12、不确定原子立构中心数量:0

    13、确定化学键立构中心数量:0

    14、不确定化学键立构中心数量:0

    15、共价键单元数量:1


      

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