基本介紹
- 中文名：氧化銅
- 英文名：cupric oxide
- 別稱：絲狀氧化銅、線狀氧化銅
- 化學式：CuO
- 分子量：79.545
- CAS登錄號：1317-38-0
- EINECS登錄號：215-269-1
- 熔點：1026℃
- 水溶性：不溶於水
- 密度：6.3～6.9 g/cm3
- 外觀：無定形或結晶性粉末
- 危險品運輸編號：UN 3077 9 / PGIII
- 顏色：黑色或棕黑色
- 性狀：稍有吸濕性
- 摩爾質量：79.5454 g·mol^-1
- 禁配物：強還原劑、鋁、鹼金屬
- 避免接觸環境：高溫，酸性環境
- 分解產物：氧化亞銅、氧氣
- 管制問題：不管制
- 套用：催化劑，電極活化材料
理化特性,物理性質,化學性質,主要用途,製取方法,實驗室製法,工業製法,危險與防控,危險性,防控,注意事項,儲存,運輸,操作,處理方法,常見謠言,安全信息,計算化學數據,
理化特性
物理性質
外觀與性狀：黑褐色粉末
熔點（℃）：1026℃（分解。即不可成氣態）
相對密度（水=1）：6.32（粉末）
化學性質
還原反應
還原反應為氧化銅還原成銅的過程
原理：氧化銅（灼熱）可以和氫氣（H2）、碳（C）、一氧化碳（CO）等具有還原性物質反應，生成銅+X（氧化物）。
一、碳還原
用品：試管、單孔塞、酒精燈、鐵架台、木炭、氧化銅、石灰水。
操作方法及原理：把經過烘乾的木炭粉末和氧化銅粉末混合均勻，小心地鋪放進試管，並將試管固定在碳還原氧化銅鐵架台上。試管口裝有通入澄清石灰水的導管（如圖所示），用酒精燈（可加網罩以使火焰集中並提高溫度）加熱混合物幾分鐘。然後先撤出導氣管，待試管冷卻後再把試管里的粉末倒在紙上。觀察現象並分析。在這個反應里，氧化銅失去氧而變成單質銅。這種含氧化合物里的氧被奪去的反應，叫做還原反應。其中碳是還原劑。木炭是使氧化銅還原為銅的物質，它具有還原性。單質碳的還原性可用於冶金工業。
現象：黑色粉末逐漸變成光亮的紅色，生成氣體通入澄清的石灰水後，使澄清石灰水變渾濁，若持續通入，變渾濁的石灰水又會變清。
化學方程式：2CuO+C=2Cu+CO2↑（高溫）
用品：試管、單孔塞、酒精燈、鐵架台、木炭、氧化銅、石灰水。
操作方法及原理：把經過烘乾的木炭粉末和氧化銅粉末混合均勻，小心地鋪放進試管，並將試管固定在碳還原氧化銅鐵架台上。試管口裝有通入澄清石灰水的導管（如圖所示），用酒精燈（可加網罩以使火焰集中並提高溫度）加熱混合物幾分鐘。然後先撤出導氣管，待試管冷卻後再把試管里的粉末倒在紙上。觀察現象並分析。在這個反應里，氧化銅失去氧而變成單質銅。這種含氧化合物里的氧被奪去的反應，叫做還原反應。其中碳是還原劑。木炭是使氧化銅還原為銅的物質，它具有還原性。單質碳的還原性可用於冶金工業。
現象：黑色粉末逐漸變成光亮的紅色，生成氣體通入澄清的石灰水後，使澄清石灰水變渾濁，若持續通入，變渾濁的石灰水又會變清。
化學方程式：2CuO+C=2Cu+CO2↑（高溫）
二、一氧化碳還原
用品：鐵架台、酒精燈、試管、導管、一氧化碳氣體
操作方法：①先通入CO一會兒 ②加熱 ③停止加熱 ④繼續通入CO到玻璃管冷卻為止
註：①先通入CO一會兒，是為了防止玻璃管內的空氣沒有排盡加熱時發生爆炸. ②繼續通入CO到玻璃管冷卻為止，是為了防止生成的銅重新被氧化為氧化銅. 總之：“CO早出晚歸酒精燈遲到早退”，也說“先通後點防爆炸，先熄後停防氧化。” ③用酒精燈點燃是進行尾氣處理：防止一氧化碳污染空氣 ④此試驗 應在通風櫥中進行：防止沒除淨的CO使人中毒
現象：①黑色固體變成紅色 ②澄清石灰水變渾濁
化學方程式：CuO+CO=Cu+CO2（加熱/△）
實驗製法
用品：鐵架台、酒精燈、試管、導管、一氧化碳氣體
操作方法：①先通入CO一會兒 ②加熱 ③停止加熱 ④繼續通入CO到玻璃管冷卻為止
註：①先通入CO一會兒，是為了防止玻璃管內的空氣沒有排盡加熱時發生爆炸. ②繼續通入CO到玻璃管冷卻為止，是為了防止生成的銅重新被氧化為氧化銅. 總之：“CO早出晚歸酒精燈遲到早退”，也說“先通後點防爆炸，先熄後停防氧化。” ③用酒精燈點燃是進行尾氣處理：防止一氧化碳污染空氣 ④此試驗 應在通風櫥中進行：防止沒除淨的CO使人中毒
現象：①黑色固體變成紅色 ②澄清石灰水變渾濁
化學方程式：CuO+CO=Cu+CO2（加熱/△）
實驗製法三、氫氣還原
實驗用品錐形瓶、粗銅絲、酒精燈、啟普發生器、鋅粒、稀硫酸（1:4）。
實驗步驟：
（ 1） 在鐵架台的立柱上，把粗銅絲繞成如圖28所示的螺旋形，置於酒精燈外焰上，高溫加熱呈紅熱狀態，使銅絲的螺旋部位有足夠量的黑色氧化銅生成。
（2） 用錐形瓶（或集氣瓶）集滿一瓶氫氣。把赤熱的銅絲從酒精火焰上取出稍冷，讓學生觀察銅絲外表的黑色氧化銅後，緩慢伸進集滿氫氣的錐形瓶口，可見銅絲很快變成紫紅色；隨即取出，銅絲又氧化變黑，再伸進錐形瓶，銅絲又變紅，可以如此反覆若干次。
現象：①黑色固體表面有紅色物質生成；②有小水珠生成
化學方程式：CuO+H2=Cu+H2O (加熱/△）
實驗用品錐形瓶、粗銅絲、酒精燈、啟普發生器、鋅粒、稀硫酸（1:4）。
實驗步驟：
（ 1） 在鐵架台的立柱上，把粗銅絲繞成如圖28所示的螺旋形，置於酒精燈外焰上，高溫加熱呈紅熱狀態，使銅絲的螺旋部位有足夠量的黑色氧化銅生成。
（2） 用錐形瓶（或集氣瓶）集滿一瓶氫氣。把赤熱的銅絲從酒精火焰上取出稍冷，讓學生觀察銅絲外表的黑色氧化銅後，緩慢伸進集滿氫氣的錐形瓶口，可見銅絲很快變成紫紅色；隨即取出，銅絲又氧化變黑，再伸進錐形瓶，銅絲又變紅，可以如此反覆若干次。
現象：①黑色固體表面有紅色物質生成；②有小水珠生成
化學方程式：CuO+H2=Cu+H2O (加熱/△）
與酸反應
氧化銅在與稀硫酸或鹽酸反應時，會生成鹽和水
化學方程式：CuO+H2SO4=CuSO4+H2O
主要用途
化學方面：作氧化劑；氣體分析中測定碳；作為有機反應催化劑，製造人造絲和其它銅化合物。
工業方面：
用作玻璃、搪瓷、陶瓷工業的著色劑，油漆的防皺劑，光學玻璃的磨光劑。
用於人造絲製造工業及油脂的脫硫劑。
用作其他銅鹽製造的原料，也是制人造寶石的原料。
在磁性材料生產中用作鎳鋅鐵氧體及熱敏元件的原料。
其他：製造煙火、觸媒、及電鍍行業。
製取方法
實驗室製法
1、利用銅鹽如CuSO4與鹼(NaOH)反應生成Cu(OH)2 ，再將 Cu(OH)2 加熱分解以製得CuO。
CuSO4+2NaOH==Cu(OH)2↓+Na2SO4
Cu(OH)2=△=CuO+H2O
2、加熱銅（Cu），使銅與氧氣（O2）反應生成氧化銅（CuO）。
2Cu+O2==2CuO
工業製法
1、銅粉氧化法
以銅灰、銅渣為原料經焙燒，用煤氣加熱進行初步氧化，以除去原料中的水分和有機雜質。生成的初級氧化物自然冷卻，粉碎後，進行二次氧化，得到粗品氧化銅。粗品氧化銅加入預先裝好1：1硫酸的反應器中，在加熱攪拌下反應至液體相對密度為原來的1倍，pH值為2～3時即為反應終點，生成硫酸銅溶液，靜置澄清後，在加熱及攪拌的條件下，加入鐵刨花，置換出銅，然後用熱水洗滌至無硫酸根和鐵質。經離心分離、乾燥，在450℃下氧化焙燒8h，冷卻後，粉碎至100目，再在氧化爐中氧化，製得氧化銅粉末。
銅粉氧化法2、硝酸銅熱分解法
將電解銅用稀硝酸溶解後在水浴上蒸乾，然後在乾燥器里要非常緩慢地從90℃加熱到120℃。當生成鬆軟的鹼式鹽時，放入水中煮沸、過濾、乾燥；然後將其慢慢加熱到400℃，使大部分硝酸除去；接著粉碎後加熱到850℃，保持1h，使其分解為氧化銅。為使反應更加完全，可將產品再次粉碎，在約700℃的條件下，加熱1h後，放入乾燥器中冷卻。
3.碳酸銅熱分解法
將銅粉或銅線在通風櫥內用儘可能少的6mol/L硝酸使其完全溶解，如果溶液不透明，則需過濾。另將碳酸鈉配成溶液與上述硝酸銅溶液混合、煮沸生成黑色的鹼式鹽沉澱。當固體沉降後捨去上層清液，用傾析法充分洗滌、過濾、乾燥。將其放於蒸發皿上，在充分攪拌下用小火加熱，使其分解為氧化銅。
4.銅絲或銅粉硝化
當不再有二氧化碳生成，表明分解完全。
5．電導水溶解法
用電導水溶解高純硝酸銅，過濾，在清液中加入過量高純NH3·H2O，濾去雜質沉澱，濾液用高純硝酸中和至氫氧化銅析出。過濾，用電導水洗滌一次，再加硝酸溶解沉澱，加高純碳酸銨析出碳酸銅，再洗滌，甩乾，在200℃烘箱內烘乾後，於450～550℃灼燒3～4h，得光譜純氧化銅：
電導水溶解法
電導水溶解法化學口訣
三分之一適研缽，先慢後快圓周磨。
火鹼宜用飽和液，全部變黑方停做。
相關解釋
2、先慢後快圓周磨：意思是說研磨時杵頭要壓在研缽體上，始終作圓周運動，開始時速度要慢，隨著藥品的破碎程度增大，可以適當加快研磨速度。
3、火鹼宜用飽和液：意思是說，為了減少溶液的體積，最好用飽和的NaOH溶液。
4、全部變黑方停做：意思是說，直到全部變成了黑色固體時才停止加熱
危險與防控
危險性
健康危害：誤服或吸入大量氧化銅粉塵可能引起金屬煙熱，出現寒顫、體溫升高，同時可伴有呼吸道刺激症狀。長期接觸，可能引起呼吸道及眼結膜刺激、鼻衄、鼻黏膜出血點或潰瘍，甚至鼻中隔穿孔以及皮炎（以上病理反應未經證實）。
燃爆危險：該品不燃，屬於無氣味呈黑褐色穩定性物質。
防控
工程控制：密閉操作，局部排風。
呼吸系統防護：空氣中粉塵濃度超標時，必須佩戴自吸過濾式防塵口罩。緊急事態搶救或撤離時，應該佩戴空氣呼吸器。
眼睛防護：戴化學安全防護眼鏡。
身體防護：穿防滲透工作服。
手防護：戴橡膠手套。
其他防護：及時換洗工作服。注意個人清潔衛生。
注意事項
儲存
儲存於陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。應與還原劑 、鹼金屬 、食用化學品分開存放，切忌混儲。儲區應備有合適的材料收容泄漏物。
運輸
起運時包裝要完整，裝載應穩妥。運輸過程中要確保容器不泄漏、不倒塌、不墜落、不損壞。嚴禁與還原劑、鹼金屬、食用化學品等混裝混運。運輸途中應防曝曬、雨淋，防高溫。車輛運輸完畢應進行徹底清掃。
操作
密閉操作，局部排風。操作人員必須經過專門培訓，嚴格遵守操作規程。建議操作人員佩戴自吸過濾式防塵口罩，戴化學安全防護眼鏡，穿防毒物滲透工作服，戴橡膠手套。避免產生粉塵。避免與還原劑、鹼金屬接觸。搬運時輕裝輕卸，防止包裝破損。配備泄漏應急處理設備。倒空的容器可能殘留有害物。
處理方法
- 皮膚接觸：脫去污染的衣著，用流動清水沖洗。
- 眼睛接觸：提起眼瞼，用流動清水或生理鹽水沖洗。就醫。
- 吸 入：脫離現場至空氣新鮮處。如呼吸困難，給輸氧。就醫。
- 食 入：飲足量溫水，催吐。喝雞蛋清或牛奶，使金屬沉澱。就醫。
- 危險特性：未有特殊的燃燒爆炸特性。
- 有害燃燒產物：不燃，必須與還原劑才能燃燒。
- 滅火方法：消防人員必須穿全身防火防毒服，在上風向滅火。滅火時儘可能將容器從火場移至空曠處。
泄漏處理隔離泄漏污染區，限制出入。建議應急處理人員戴防塵面具（全面罩），穿防毒服。避免揚塵，小心掃起，置於袋中轉移至安全場所。若大量泄漏，用塑膠布、帆布覆蓋。收集回收或運至廢物處理場所處置。
常見謠言
C，H2 ，CO還原氧化銅吸熱
謠言實例：C+ 2CuO = 高溫= 2Cu + CO2↑吸熱反應
闢謠：判斷反應熱效應的兩個標準是實驗實測以及通過熱力學進行計算
計算過程：
反應1：CuO（s）+H2（g）=Cu（cr）+H2O(g)
反應2：CuO（s）+CO（g）=Cu（cr）+CO2(g)
反應3：CuO（s）+1/2C（石墨）=Cu（cr）+1/2CO2(g)
計算化學反應熱效應可以直接使用ΔH（例題見高等教育出版社《無機化學》上冊216頁），此處忽略溫度對ΔH的影響。
相應物質標準生成焓：（單位：kJ/mol）（數據出自高等教育出版社《無機化學》上冊427頁起的附表）
分子式 | 標準生成焓 |
H2O（g） | -241.82 |
C（石墨） | 0.00 |
H2（g） | 0.00 |
CO（g） | -110.53 |
CO2（g） | -393.51 |
Cu（s） | 0.00 |
CuO（cr） | -157.30 |
數據代入計算可知：
ΔH1=0+（-241.818）-（-157.3）-（0）=-84.518<0，即反應放熱
ΔH2=0+（-393.509）-（-110.525）-（-157.3）=-125.684<0，即反應放熱
ΔH3=0.5×（-393.509）+0-（-157.3）-0=-39.455<0，即反應放熱
綜上可證這三個反應都是放熱反應，即網路上流傳的所謂“C,H2,CO還原氧化銅（吸熱）”實質系謠言
安全信息
危險運輸編碼：UN 3077 9 / PGIII
危險品標誌：有害
安全標識：S22S27
危險標識：R22
計算化學數據
1、疏水參數計算參考值（XlogP）：無
2、氫鍵供體數量：0
3、氫鍵受體數量：1
4、可旋轉化學鍵數量：0
5、互變異構體數量：無
6、拓撲分子極性表面積：17.1
7、重原子數量：2
8、表面電荷：0
9、複雜度：2
10、同位素原子數量：0
11、確定原子立構中心數量：0
12、不確定原子立構中心數量：0
13、確定化學鍵立構中心數量：0
14、不確定化學鍵立構中心數量：0
15、共價鍵單元數量：1
