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氧化铜为黑色，化学式为CuO，铜锈为碱式碳酸铜[Cu2 (OH) 2CO3]。通常，铜在潮湿环境中与水和二氧化碳反应，形成绿色碱式碳酸铜。一般硫酸可以加速这个反应。
2Cu H2O O2 CO2===Cu2(OH)2CO3
作业帮助用户
2017-10-30
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在人们的印象中，金属铜是紫红色的，所以金属铜叫紫铜、红铜、红铜。化学手册和教科书对铜的颜色描述如下：红色、紫色、玫瑰色和棕色。这些描述都大同小异，都描述了铜红色最基本的颜色。但是也有书认为铜也可以黄。最近，盖勒罗等人在美国专利《化学教育杂志》(以下简称加文)中写道，铜是黄色的，铜的红色是由空气中容易产生的氧化亚铜引起的。原因有三：磷青铜为黄色；从氧化亚铜基体的特殊显微照片上可以看到铜的黄色针状晶体；预热至红色的铜带在甲醇或丙酮蒸汽中可呈现亮黄色。从这个角度来看，铜的颜色仍然是一个有争议的问题，有必要澄清一下。作者打算通过分析加文来谈谈他对这个问题的看法。加文的作者认为磷青铜的黄色是由金属铜的原始颜色与金属锡和铝的白色混合而成的中间颜色。显然，这种合金的形成简单地被认为是黄色颜料和白色颜料的混合，是不合适的。事实上，即使两种金属结构相同，可以以各种比例相互溶解，它们的合金也很少出现中间色。在大多数合金体系中，由于可能出现新的晶体结构，合金的颜色往往会发生意想不到的变化。比如在Au中加入一些白色金属，形成的合金颜色会因金属不同而不同：加入Fe会是蓝色；加上Al，就是紫红色。在某些情况下，即使加入适量的白色金属也会使合金呈现出完全不同的颜色：在Au中加入少量Ag，合金仍呈黄色；加入25%的Ag使合金变绿。再比如黄铜，一种铜锌合金，是黄色的，但是在Au中加入铜锌之后，合金是白色的。由此可见，从合金的颜色推断成分金属的颜色是不可靠的。一般来说，我们说的金属的颜色是指在自然光下肉眼直接观察到的颜色。加文的作者看到的彩色照片，无论是怎么制作出来的，是不是临摹出来的，毕竟是经过处理的彩色图像，不能作为Cu是黄色的结论的有力证据。为了验证加文的第三个依据，作者用三个光滑的铜片(厚度：0.5，1.5，3.0mm，宽度：2cm，长度：4.5cm)，一个150mL的烧杯代替结晶皿，一个酒精燃烧器作为热源，重复了加文的实验。以下是实验的详细过程。将表面呈深紫红色而不去除氧化膜(Cu2O)的铜片放在灯焰上，加热至红热，离开火焰(铜片表面为黑色)，迅速挂入盛有少量甲醇的烧杯中(液层厚度约3mm)。这时，你可以闻到甲醛的刺鼻气味。重复这个五次。前四次操作(热铜片每次在杯中停留20s左右)后，杯中的甲醇已经升温，甲醇蒸汽浓度较高。当红色铜片第五次挂在杯中时，红色铜片表面在浓度较高的甲醇蒸汽作用下呈现淡紫色，这是由于以下反应：CH3OH CuO=HCHO H2O Cu。因为反应是放热的，所以铜片会保留很短的时间。随后，铜片的温度逐渐降低，部分表面慢慢出现棕红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、紫色等颜色，而大部分表面呈现红棕色。当冷却到室温时，所有颜色保持不变。在上述实验中，用乙醇代替甲醇也可以得到类似的结果。丙酮不是。由此可见，加文的实验结果并不真实。
作者发现，将烧红的铜片浸入甲醇或乙醇中，使铜片表面的CuO还原成淡紫红色的Cu，然后放在灯焰上加热。当铜片表面刚刚出现金黄色时，立即离开灯焰，挂在盛有甲醇或乙醇的烧杯中，铜片表面出现一大片美丽的彩虹般的颜色，与上述实验中的相同。黄色的量与加热强度有关，温度越高，黄色出现越少。进一步的测试表明，这种颜色的形成与热铜板是否处于还原气氛无关，在电炉中加热也可以获得相同的结果。关键是去除铜片表面的氧化膜。将带有彩色表面的铜片浸入冷稀硫酸(100%)中，彩色表层迅速溶解，露出铜的浅紫色。鉴于CuO除了黑色以外还能呈现不同的颜色，Cu2O在不同的晶粒尺寸下也能呈现不同的颜色，笔者初步认为这种颜色物质可能是铜片新鲜表面与O2在低温下反应形成的Cu2O。除了上述用甲醇或乙醇(气态或液态)还原红热CuO的实验外，我们还可以在用氢气还原CuO、用硫酸铜溶液浸泡铁钉或锌片代替Cu等教学实验中看到Cu的紫红色。如果这些实验中看到的紫红色是Cu2O的颜色，那么接下来的实验中铜的颜色应该说是毋庸置疑的。用锋利的木工凿子刮去铜块表面，新鲜的铜块刮面依然是紫色。由此我们想到用小刀切金属钠或钾的情况：钠和钾虽然都是非常活泼的金属，但它们的表面会被空气中的O2迅速氧化，但我们还是有时间在它们新鲜的断面上看清它们的本来面目。与钠和钾相比，铜是一种非常稳定的金属。在常温下，其在空气中对紫色氧化亚铜的氧化速率远远小于钠和钾生成Na2O和K2O的速率。所以铜块新鲜刮面的紫色是肯定的Cu的本色，不是Cu2O的颜色。 综上所述，笔者认为，盖文关于“Cu是黄色的，Cu的淡红色是在空气中很易生成的Cu2O所致”的结论是错误的，块状金属铜及其在常温下被空气的O2氧化所生成的Cu2O膜都是紫红色的，不过后者的颜色更深更暗些。粉未状金属铜的颜色则与Cu2O的极为相似，两者很难区别。
