中考化学辅导资料：铜及其化合物的化学反应

一、氢气还原氧化铜

在化学实验中，氢气还原氧化铜是一个经典的反应，它不仅展示了氢气的还原性，还帮助我们理解了金属氧化物的还原过程。该反应的化学方程式为：

\[ \text{H}_2 + \text{CuO} \rightarrow \text{Cu} + \text{H}_2\text{O} \]

实验现象：当氢气通过加热的氧化铜时，我们可以观察到固体由黑色逐渐变成红色，同时试管壁上有水珠生成。这是因为氢气将氧化铜中的氧原子夺走，生成了金属铜和水。这个过程中，氧化铜中的铜离子从+2价被还原为0价，而氢气则被氧化为水。

反应原理：在这个反应中，氢气作为还原剂，将氧化铜中的铜离子还原为金属铜。氧化铜中的氧原子与氢气结合，生成水。这个反应是典型的氧化还原反应，其中氢气被氧化，氧化铜被还原。实验中，我们可以通过观察颜色的变化来判断反应是否完全进行。黑色的氧化铜逐渐变为红色的金属铜，表明反应已经发生。

实验注意事项：在进行这个实验时，必须确保氢气的纯度，因为不纯的氢气可能会引发爆炸。此外，实验应在通风良好的环境中进行，以防止氢气积聚。实验结束后，应关闭氢气源，并等待反应器冷却后再进行清理。

二、一氧化碳还原氧化铜

一氧化碳还原氧化铜也是一个重要的化学反应，常用于工业上制备金属铜。该反应的化学方程式为：

\[ \text{CuO} + \text{CO} \rightarrow \text{Cu} + \text{CO}_2 \]

实验现象：当一氧化碳通过加热的氧化铜时，固体由黑色逐渐变成红色，同时生成的二氧化碳气体会使澄清的石灰水变浑浊。这是因为一氧化碳将氧化铜中的氧原子夺走，生成了金属铜和二氧化碳。这个过程中，氧化铜中的铜离子从+2价被还原为0价，而一氧化碳则被氧化为二氧化碳。

反应原理：在这个反应中，一氧化碳作为还原剂，将氧化铜中的铜离子还原为金属铜。氧化铜中的氧原子与一氧化碳结合，生成二氧化碳。这个反应同样是典型的氧化还原反应，其中一氧化碳被氧化，氧化铜被还原。实验中，我们可以通过观察颜色的变化和澄清石灰水的浑浊程度来判断反应是否完全进行。

实验注意事项：一氧化碳是一种有毒气体，因此在进行这个实验时，必须确保实验室有良好的通风条件。实验应在密封的反应装置中进行，以防止一氧化碳泄漏。实验结束后，应关闭一氧化碳源，并等待反应器冷却后再进行清理。

三、碳还原氧化铜

碳还原氧化铜是另一个常见的化学反应，尤其在古代冶金中广泛应用。该反应的化学方程式为：

\[ 2\text{CuO} + \text{C} \rightarrow 2\text{Cu} + \text{CO}_2 \uparrow \]

实验现象：当碳粉与氧化铜混合并在高温下加热时，生成的二氧化碳气体会使澄清的石灰水变浑浊。这是因为碳将氧化铜中的氧原子夺走，生成了金属铜和二氧化碳。这个过程中，氧化铜中的铜离子从+2价被还原为0价，而碳则被氧化为二氧化碳。

反应原理：在这个反应中，碳作为还原剂，将氧化铜中的铜离子还原为金属铜。氧化铜中的氧原子与碳结合，生成二氧化碳。这个反应同样是典型的氧化还原反应，其中碳被氧化，氧化铜被还原。实验中，我们可以通过观察澄清石灰水的浑浊程度来判断反应是否完全进行。

实验注意事项：碳还原氧化铜的反应需要在高温下进行，因此实验设备必须能够承受高温。实验应在通风良好的环境中进行，以防止二氧化碳积聚。实验结束后，应关闭加热源，并等待反应器冷却后再进行清理。

四、五水硫酸铜加热分解

五水硫酸铜（CuSO·5HO）是一种常见的蓝色晶体，广泛用于化学实验和工业生产。当五水硫酸铜受热时，会发生分解反应，生成无水硫酸铜和水蒸气。该反应的化学方程式为：

\[ \text{CuSO}_4 \cdot 5\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{CuSO}_4 + 5\text{H}_2\text{O} \uparrow \]

实验现象：当五水硫酸铜受热时，蓝色的晶体逐渐变为白色的无水硫酸铜，同时有水蒸气生成。这是因为五水硫酸铜中的结晶水被加热蒸发，生成了无水硫酸铜。这个过程中，五水硫酸铜的颜色变化非常明显，从蓝色变为白色，表明反应已经发生。

反应原理：在这个反应中，五水硫酸铜中的结晶水被加热蒸发，生成了无水硫酸铜。这个反应属于脱水反应，五水硫酸铜中的结晶水被去除，生成了无水硫酸铜。实验中，我们可以通过观察颜色的变化来判断反应是否完全进行。

实验注意事项：五水硫酸铜加热分解的反应需要在较低温度下进行，通常在100°C左右即可完成。实验应在通风良好的环境中进行，以防止水蒸气积聚。实验结束后，应关闭加热源，并等待反应器冷却后再进行清理。

五、碱式碳酸铜加热分解

碱式碳酸铜（Cu(OH)CO）是一种绿色的固体，广泛用于化学实验和工业生产。当碱式碳酸铜受热时，会发生分解反应，生成氧化铜、水和二氧化碳。该反应的化学方程式为：

\[ \text{Cu}_2(\text{OH})_2\text{CO}_3 \rightarrow 2\text{CuO} + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2 \uparrow \]

实验现象：当碱式碳酸铜受热时，绿色的固体逐渐变为黑色的氧化铜，同时生成的二氧化碳气体会使澄清的石灰水变浑浊。这是因为碱式碳酸铜中的碳酸根和氢氧根分解生成了氧化铜、水和二氧化碳。这个过程中，碱式碳酸铜的颜色变化非常明显，从绿色变为黑色，表明反应已经发生。

反应原理：在这个反应中，碱式碳酸铜中的碳酸根和氢氧根分解生成了氧化铜、水和二氧化碳。这个反应属于分解反应，碱式碳酸铜中的成分被分解为更简单的物质。实验中，我们可以通过观察颜色的变化和澄清石灰水的浑浊程度来判断反应是否完全进行。

实验注意事项：碱式碳酸铜加热分解的反应需要在较高温度下进行，通常在200°C左右即可完成。实验应在通风良好的环境中进行，以防止二氧化碳积聚。实验结束后，应关闭加热源，并等待反应器冷却后再进行清理。

六、铜在空气中加热

铜是一种具有良好导电性和导热性的金属，在空气中加热时会发生氧化反应，生成氧化铜。该反应的化学方程式为：

\[ 2\text{Cu} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{CuO} \]

实验现象：当铜片在空气中加热时，红色的铜片表面逐渐变黑。这是因为铜与空气中的氧气反应，生成了黑色的氧化铜。这个过程中，铜的颜色变化非常明显，从红色变为黑色，表明反应已经发生。

反应原理：在这个反应中，铜与空气中的氧气反应，生成了氧化铜。这个反应属于氧化反应，铜被氧化为氧化铜。实验中，我们可以通过观察颜色的变化来判断反应是否完全进行。

实验注意事项：铜在空气中加热的反应需要在较高温度下进行，通常在300°C左右即可完成。实验应在通风良好的环境中进行，以防止氧气积聚。实验结束后，应关闭加热源，并等待反应器冷却后再进行清理。

七、铜与硝酸银发生置换反应

铜与硝酸银溶液发生置换反应，生成硝酸铜和银。该反应的化学方程式为：

\[ \text{Cu} + 2\text{AgNO}_3 \rightarrow \text{Cu(NO}_3)_2 + 2\text{Ag} \]

实验现象：当铜片放入硝酸银溶液中时，铜表面慢慢生成了银白色金属。这是因为铜与硝酸银溶液中的银离子发生置换反应，生成了硝酸铜和银。这个过程中，铜的颜色变化非常明显，从红色变为银白色，表明反应已经发生。

反应原理：在这个反应中，铜与硝酸银溶液中的银离子发生置换反应，生成了硝酸铜和银。这个反应属于置换反应，铜被氧化为硝酸铜，银离子被还原为银。实验中，我们可以通过观察颜色的变化来判断反应是否完全进行。

实验注意事项：铜与硝酸银溶液发生置换反应的速度较慢，因此实验时间可能较长。实验应在通风良好的环境中进行，以防止硝酸银溶液挥发。实验结束后，应关闭加热源，并等待反应器冷却后再进行清理。

八、铁与硫酸铜溶液发生置换反应

铁与硫酸铜溶液发生置换反应，生成硫酸亚铁和铜。该反应的化学方程式为：

\[ \text{Fe} + \text{CuSO}_4 \rightarrow \text{FeSO}_4 + \text{Cu} \]

实验现象：当铁片放入硫酸铜溶液中时，铁片逐渐消失，并有红色金属生成。这是因为铁与硫酸铜溶液中的铜离子发生置换反应，生成了硫酸亚铁和铜。这个过程中，铁的颜色变化非常明显，从灰色变为红色，表明反应已经发生。

反应原理：在这个反应中，铁与硫酸铜溶液中的铜离子发生置换反应，生成了硫酸亚铁和铜。这个反应属于置换反应，铁被氧化为硫酸亚铁，铜离子被还原为铜。实验中，我们可以通过观察颜色的变化来判断反应是否完全进行。

实验注意事项：铁与硫酸铜溶液发生置换反应的速度较快，因此实验时间较短。实验应在通风良好的环境中进行，以防止硫酸铜溶液挥发。实验结束后，应关闭加热源，并等待反应器冷却后再进行清理。

九、氧化铜与硫酸（盐酸）反应

氧化铜与硫酸或盐酸反应，生成硫酸铜（氯化铜）和水。该反应的化学方程式为：

\[ \text{CuO} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{CuSO}_4 + \text{H}_2\text{O} \]

\[ \text{CuO} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{CuCl}_2 + \text{H}_2\text{O} \]

实验现象：当氧化铜与硫酸或盐酸反应时，黑色固体溶解，生成蓝色溶液。这是因为氧化铜与酸反应生成了硫酸铜或氯化铜，这两种物质在水中呈蓝色。这个过程中，氧化铜的颜色变化非常明显，从黑色变为蓝色，表明反应已经发生。

反应原理：在这个反应中，氧化铜与酸反应生成了硫酸铜或氯化铜。这个反应属于酸碱中和反应，氧化铜中的铜离子与酸中的氢离子结合，生成了水和相应的铜盐。实验中，我们可以通过观察颜色的变化来判断反应是否完全进行。

实验注意事项：氧化铜与酸反应的速度较快，因此实验时间较短。实验应在通风良好的环境中进行，以防止酸雾挥发。实验结束后，应关闭加热源，并等待反应器冷却后再进行清理。

十、氢氧化铜与硫酸（盐酸）反应

氢氧化铜与硫酸或盐酸反应，生成硫酸铜（氯化铜）和水。该反应的化学方程式为：

\[ \text{Cu(OH)}_2 + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{CuSO}_4 + 2\text{H}_2\text{O} \]

\[ \text{Cu(OH)}_2 + 2\text{HCl} \rightarrow \text{CuCl}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \]

实验现象：当氢氧化铜与硫酸或盐酸反应时，蓝色固体溶解，生成蓝色溶液。这是因为氢氧化铜与酸反应生成了硫酸铜或氯化铜，这两种物质在水中呈蓝色。这个过程中，氢氧化铜的颜色变化非常明显，从蓝色变为蓝色溶液，表明反应已经发生。

反应原理：在这个反应中，氢氧化铜与酸反应生成了硫酸铜或氯化铜。这个反应属于酸碱中和反应，氢氧化铜中的氢氧根与酸中的氢离子结合，生成了水和相应的铜盐。实验中，我们可以通过观察颜色的变化来判断反应是否完全进行。

实验注意事项：氢氧化铜与酸反应的速度较快，因此实验时间较短。实验应在通风良好的环境中进行，以防止酸雾挥发。实验结束后，应关闭加热源，并等待反应器冷却后再进行清理。

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通过对这些铜及其化合物的化学反应的学习，我们可以更好地理解铜在不同条件下的化学性质，掌握其在实际应用中的重要性。这些反应不仅在实验室中有重要意义，还在工业生产和日常生活中有着广泛的应用。希望同学们通过学习这些反应，能够加深对化学知识的理解，提高实验操作能力。