Cu – Copper
Tên cũ: đồng · Còn gọi là: đồng đỏ; cuprum (tên Latinh)
- Kim loại kém hoạt động
- Rắn, đỏ
- Không tan trong nước
- A = 64
Copper (Cu, tên cũ: đồng; còn gọi: đồng đỏ) là đơn chất, chất rắn màu đỏ, không tan trong nước; nguyên tử khối 64. Kim loại kém hoạt động (đứng sau H trong dãy hoạt động).
Cấu tạo của Cu
- Cu
- electron tự do
- Sơ đồ mạng tinh thể kim loại — không theo tỉ lệ thật
- 1 · Nguyên tử kim loại xếp thành mạng tinh thể
- 2 · Electron hoá trị tách ra thành electron tự do
- 3 · Ion dương và e tự do hút nhau → liên kết kim loại
Thông số vật lý của Cu
| Đại lượng | Giá trị | Ghi chú |
|---|---|---|
| Nguyên tử khối | 64 | tính theo nguyên tử khối làm tròn trong SGK (Cu 64) |
| Khối lượng mol chính xác | 63,546 g/mol | theo nguyên tử khối IUPAC (Cu 63,546) |
| Trạng thái, màu | rắn, đỏ | |
| Nhiệt độ nóng chảy | 1 085 °C | NIST: 1 357,95 K |
| Nhiệt độ sôi | 2 562 °C | |
| Khối lượng riêng | 8,935 g/cm³ | ở 20 °C; nặng hơn Fe (7,87 g/cm³) |
| Điện trở suất | 16,78 nΩ·m | ở 20 °C; chỉ kém Ag (15,87 nΩ·m), tốt hơn Al (26,5) và Fe (96,1) |
| Độ dẫn nhiệt | 401 W/(m·K) | cao thứ hai sau Ag (429 W/(m·K)) |
| Độ cứng Mohs | 3,0 | mềm, rất dẻo: kéo được thành dây mảnh, dát mỏng |
| Màu | đỏ cam ánh kim | bề mặt để lâu xỉn nâu đen (oxide), ngoài trời ẩm phủ lớp gỉ xanh |
| Cấu hình electron | [Ar]3d¹⁰4s¹ | số oxi hoá thường gặp +2 (bền nhất trong dung dịch) và +1 |
| Mạng tinh thể | lập phương tâm diện | không có từ tính (nghịch từ) |
Số liệu làm tròn cho phổ thông; nguồn ghi ở mục Tài liệu tham khảo.
Thành phần nguyên tố của Cu
| Nguyên tố | NTKNguyên tử khối | Số ng.tửSố nguyên tử | KLKhối lượng | % khối lượng |
|---|---|---|---|---|
| Cu copper | 64 | 1 | 64 | 100,00 % |
| TổngNguyên tử khối Cu | 1 | 64 | 100 % |
NTK = nguyên tử khối (làm tròn như trong bài tập phổ thông), KL = khối lượng. Ví dụ: %Cu = 64 ÷ 64 × 100 % = 100,0 %.
Tính nhanh: mol – khối lượng – nồng độ
- Khối lượng
- m = n × M = 0,25 × 64
- 16 g
- Số phân tử
- N = n × NA = 0,25 × 6,022 × 10²³
- 1,506 × 10²³
- Nồng độ mol
- CM = n / V = 0,25 / 0,25
- 1 M
M = phân tử khối (g/mol); NA = 6,022 × 10²³ là số Avogadro — số phân tử có trong 1 mol của bất kỳ chất nào; V là thể tích dung dịch tính bằng lít.
Điều chế Cu
Nhiệt luyện quặng chalcopyrite (CuFeS₂) hoặc điện phân dung dịch CuSO₄.
Tính chất hoá học của Cu
Kim loại kém hoạt động (đứng sau H trong dãy hoạt động).
- Không tác dụng với HCl, H₂SO₄ loãng.
- Tác dụng với acid có tính oxi hoá mạnh: HNO₃, H₂SO₄ đặc nóng.
- Tác dụng với O₂ khi nung: 2Cu + O₂ → 2CuO.
- Tác dụng với Cl₂: Cu + Cl₂ → CuCl₂.
- Đẩy kim loại yếu hơn khỏi muối: Cu + 2AgNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2Ag.
Lỗi thường gặp với Cu
- Cho Cu tan trong HCl, H₂SO₄ loãng. Cu đứng sau H trong dãy hoạt động nên không đẩy được H⁺; chỉ acid có tính oxi hoá mạnh (HNO₃, H₂SO₄ đặc nóng) mới hoà tan Cu, và sản phẩm là NO₂/NO hoặc SO₂, không phải H₂.
- Viết Cu + HNO₃ đặc sinh khí NO. HNO₃ đặc cho NO₂ nâu đỏ: Cu + 4HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O; HNO₃ loãng mới cho NO không màu, hoá nâu ngoài không khí: 3Cu + 8HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O.
- Nhầm màu của các hợp chất đồng. Cu kim loại màu đỏ; CuO đen; Cu₂O đỏ gạch; CuSO₄ khan trắng, CuSO₄·5H₂O và dung dịch Cu²⁺ xanh lam; Cu(OH)₂ xanh lơ. Đề nhận biết hay hỏi đúng những màu này.
- Cho Fe đẩy Cu khỏi mọi dung dịch muối đồng nhưng quên ngược lại. Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu đúng; nhưng Cu lại khử được Fe³⁺: Cu + 2FeCl₃ → CuCl₂ + 2FeCl₂ — vì thế Cu tan trong dung dịch FeCl₃.
- Coi Cu "không bao giờ bị ăn mòn". Cu bền trong không khí khô, nhưng ngoài trời ẩm có CO₂ tạo dần lớp gỉ xanh (carbonate base của đồng); nồi đồng bị acid trong thức ăn hoà tan một phần, nên nồi đồng cần tráng thiếc.
Ứng dụng của Cu
| Ứng dụng | Dựa trên tính chất nào |
|---|---|
| Dây điện, cuộn dây động cơ, mạch in | Điện trở suất 16,78 nΩ·m, chỉ kém Ag; dẻo nên kéo sợi dễ, rẻ hơn Ag rất nhiều |
| Ống dẫn nước, tản nhiệt máy tính, nồi, đáy chảo | Dẫn nhiệt 401 W/(m·K) và bền với nước: Cu không tác dụng với nước, không gỉ như sắt |
| Hợp kim: đồng thau (Cu–Zn), đồng thanh (Cu–Sn), đồng bạch (Cu–Ni) | Cu mềm; thêm Zn, Sn, Ni cho hợp kim cứng hơn, đúc tốt, màu đẹp — dùng làm khoá, vòi nước, tượng, tiền xu, chân vịt tàu |
| Điện phân tinh luyện đồng, mạ đồng | Cu²⁺ dễ bị khử ở cathode: đồng thô làm anode tan ra, đồng tinh khiết bám lên cathode, tạp chất lắng xuống thành bùn |
| Thuốc trừ nấm (dung dịch Bordeaux), diệt tảo | Ion Cu²⁺ độc với nấm, tảo và sinh vật thuỷ sinh — cũng là lí do bột Cu được xếp rất độc cho môi trường nước |
| Tay nắm cửa, bề mặt kháng khuẩn trong bệnh viện | Ion Cu²⁺ giải phóng từ bề mặt tiêu diệt vi khuẩn |
Nhận biết Cu
Kim loại màu đỏ; tan trong HNO₃ cho dung dịch màu xanh.
An toàn và bảo quản Cu
Nguy hại cho môi trường (GHS09) — H400: rất độc với sinh vật thuỷ sinh; H410: rất độc với sinh vật thuỷ sinh, gây hậu quả lâu dài
Phân loại trên là phân loại hài hoà của ECHA cho bột đồng (diện tích bề mặt riêng > 0,67 mm²/mg); đồng dạng khối, dây, lá không xếp loại nguy hiểm. Trong phòng thí nghiệm, nguy hiểm nằm ở phản ứng: Cu với HNO₃ sinh NO₂ nâu đỏ rất độc, với H₂SO₄ đặc nóng sinh SO₂ gây ngạt. Dung dịch muối Cu²⁺ độc khi nuốt và độc với cá, tôm.
Thí nghiệm Cu + HNO₃, Cu + H₂SO₄ đặc chỉ làm trong tủ hút hoặc dùng lượng nhỏ, có bông tẩm NaOH đậy miệng ống. Hít phải khí: ra nơi thoáng ngay. Không đổ dung dịch muối đồng xuống cống; gom lại, thêm Fe hoặc kiềm để thu hồi kết tủa rồi xử lí như chất thải.
Bảo quản: Cu kim loại để nơi khô là đủ; lá, dây đồng dùng cho thí nghiệm nên lau sạch lớp oxide bằng giấy nhám trước khi dùng. Bột đồng đựng lọ kín, ghi nhãn "độc với môi trường nước". Muối đồng để xa thức ăn, xa tầm tay trẻ em.
Phản ứng tiêu biểu của Cu (21)
- Cu tác dụng với HNO₃ loãng3Cu + 8HNO3 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
- Cu tác dụng với HNO₃ đặcCu + 4HNO3 Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
- Fe tác dụng với dung dịch CuSO₄Fe + CuSO4 FeSO4 + Cu
- Cu tác dụng với H₂SO₄ đặcCu + 2H2SO4 CuSO4 + SO2 + 2H2O
- Cu tác dụng với dung dịch AgNO₃Cu + 2AgNO3 Cu(NO3)2 + 2Ag
- CuO bị H₂ khử khi đun nóngCuO + H2 Cu + H2O
- Đồng tác dụng với oxygen2Cu + O2 2CuO
- Zn tác dụng với dung dịch CuSO₄Zn + CuSO4 ZnSO4 + Cu
- Đồng cháy trong khí chlorineCu + Cl2 CuCl2
- Đồng tác dụng với lưu huỳnhCu + S CuS
Tự luyện về Cu
Gom từ bài tập của các phản ứng có copper và câu hỏi riêng cho chất.
1. Trong phản ứng Cu + HNO₃ (loãng) → Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O, chất khử là
A. HNO₃B. CuC. NOD. H₂O
Đáp án B. Cu tăng số oxi hoá từ 0 lên +2 (nhường electron) nên là chất khử.
2. Khí thoát ra khi cho Cu vào HNO₃ đặc có màu
A. không màuB. vàng lụcC. nâu đỏD. xanh
Đáp án C. Sản phẩm khử là NO₂, khí màu nâu đỏ.
3. Hiện tượng khi ngâm đinh sắt sạch trong dung dịch CuSO₄ là
A. đinh sắt tan hết, dung dịch mất màuB. có lớp kim loại màu đỏ bám vào đinh sắt, màu xanh của dung dịch nhạt dầnC. sủi bọt khí không màuD. xuất hiện kết tủa màu xanh
Đáp án B. Fe đẩy Cu ra khỏi muối: Cu (đỏ) bám lên đinh sắt, Cu²⁺ (xanh) giảm dần, thay bằng Fe²⁺ (lục nhạt).
4. Cho mảnh Cu vào các dung dịch: HCl, H₂SO₄ loãng, HNO₃ loãng, FeCl₃, AgNO₃. Số dung dịch hoà tan được Cu là
A. 1B. 2C. 3D. 5
Đáp án C. HNO₃ loãng (acid oxi hoá mạnh), FeCl₃ (Cu + 2FeCl₃ → CuCl₂ + 2FeCl₂) và AgNO₃ (Cu + 2AgNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2Ag) đều hoà tan Cu. HCl và H₂SO₄ loãng không phản ứng vì Cu đứng sau H.
5. Tính chất nào của đồng KHÔNG đúng?
A. Dẫn điện chỉ kém bạcB. Bị nam châm hútC. Tan trong HNO₃ cho dung dịch màu xanhD. Kéo được thành dây rất mảnh
Đáp án B. Cu không có từ tính (nghịch từ), khác với Fe. Ba tính chất còn lại đều đúng: điện trở suất 16,78 nΩ·m chỉ kém Ag; tan trong HNO₃ tạo Cu²⁺ xanh lam; rất dẻo.
6. Ngâm một lá Fe trong dung dịch CuSO₄ một thời gian rồi lấy ra. Khối lượng lá Fe
A. giảm, vì Fe tan raB. tăng, vì Cu bám vào nặng hơn Fe tan raC. không đổiD. tăng, vì Fe hút nước
Đáp án B. Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu: cứ 1 mol Fe (56 g) tan ra thì 1 mol Cu (64 g) bám lên lá, nên mỗi mol phản ứng làm lá nặng thêm 64 − 56 = 8 g.
Câu hỏi thường gặp về Cu
Đồng có tác dụng với HCl không?
Không. Cu đứng sau H trong dãy hoạt động hoá học nên không đẩy được H⁺ trong HCl, H₂SO₄ loãng. Cu chỉ tan trong acid có tính oxi hoá mạnh: HNO₃ (loãng và đặc) và H₂SO₄ đặc nóng, khi đó dung dịch chuyển xanh lam và có khí NO, NO₂ hoặc SO₂ thoát ra, không phải H₂.
Cu + HNO₃ có hiện tượng gì?
Mảnh đồng đỏ tan dần, dung dịch chuyển xanh lam (Cu²⁺). Với HNO₃ đặc: khí nâu đỏ NO₂ bốc lên ngay. Với HNO₃ loãng: khí không màu NO thoát ra rồi hoá nâu khi gặp không khí (2NO + O₂ → 2NO₂). Cả hai khí đều độc, phải làm trong tủ hút.
Vì sao đồng để lâu chuyển màu xanh?
Ngoài không khí ẩm có CO₂, bề mặt đồng bị oxi hoá chậm thành lớp gỉ xanh, thành phần chính là carbonate base của đồng (thường ghi Cu₂(OH)₂CO₃). Lớp này bám khá chắc nên bảo vệ phần đồng bên trong. Dung dịch muối đồng có màu xanh lam thì lại do ion Cu²⁺ ngậm nước.
Đồng có độc không?
Đồng kim loại dạng khối, dây không được xếp loại nguy hiểm và cơ thể cần một lượng đồng rất nhỏ. Nhưng ion Cu²⁺ (muối đồng, bột đồng tan ra) độc: nuốt gây nôn, đau bụng, và rất độc với cá, tôm, tảo (H400, H410). Vì vậy nồi đồng nấu thức ăn chua phải tráng thiếc, và không đổ dung dịch CuSO₄ ra ao hồ.
Đồng dẫn điện tốt hơn nhôm, vì sao dây tải điện lại làm bằng nhôm?
Cu dẫn điện tốt hơn (điện trở suất 16,78 so với 26,5 nΩ·m) nên dây trong nhà, cuộn dây động cơ dùng Cu. Nhưng Al nhẹ hơn ba lần (2,70 so với 8,94 g/cm³) và rẻ hơn, nên đường dây cao thế treo trên cột dùng Al có lõi thép chịu lực: cùng khối lượng, dây Al dẫn điện tốt hơn dây Cu.
Đồng thau, đồng thanh là gì?
Đều là hợp kim của đồng. Đồng thau (brass) là Cu–Zn, màu vàng, dùng làm khoá, vòi nước, vỏ đạn, nhạc cụ. Đồng thanh (bronze, "đồng điếu") là Cu–Sn, cứng, đúc tốt, dùng đúc tượng, chuông, chân vịt tàu. Đồng bạch là Cu–Ni màu trắng bạc, dùng đúc tiền xu.
Cu và Fe
| Cu | Fe | |
|---|---|---|
| Vị trí trong dãy hoạt động | sau H — không tan trong HCl, H₂SO₄ loãng | trước H — tan, giải phóng H₂ |
| Khối lượng riêng (20 °C) | 8,94 g/cm³ | 7,87 g/cm³ |
| Nhiệt độ nóng chảy | 1 085 °C | 1 538 °C |
| Điện trở suất (20 °C) | 16,78 nΩ·m | 96,1 nΩ·m |
| Từ tính | không | sắt từ, bị nam châm hút |
| Số oxi hoá thường gặp | +2 (và +1) | +2, +3 |
| Màu kim loại / màu ion trong nước | đỏ / Cu²⁺ xanh lam | trắng xám / Fe²⁺ lục nhạt, Fe³⁺ vàng nâu |
| Ăn mòn ngoài không khí ẩm | chậm, lớp gỉ xanh bảo vệ | nhanh, gỉ xốp không bảo vệ |
Tài liệu tham khảo
- Bộ GD&ĐT, Khoa học tự nhiên 9 (Kết nối tri thức), NXB Giáo dục Việt Nam, 2024 — bài 18 Tính chất chung của kim loại, bài 19 Dãy hoạt động hoá học (Cu đứng sau H).
- Bộ GD&ĐT, Hoá học 12 (Kết nối tri thức), NXB Giáo dục Việt Nam, 2024 — bài 21 Hợp kim (đồng thau, đồng thanh), bài 27 Đại cương về kim loại chuyển tiếp dãy thứ nhất (cấu hình electron, màu của ion Cu²⁺).
- NIST Chemistry WebBook, "Copper", Phase change data, webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C7440508 — nhiệt độ nóng chảy 1 357,95 K.
- Wikipedia, "Copper" (infobox; khối lượng riêng dẫn Arblaster 2018), en.wikipedia.org — nhiệt độ sôi, khối lượng riêng, điện trở suất, độ dẫn nhiệt, độ cứng Mohs, mạng tinh thể, cấu hình electron, từ tính; mục Corrosion (lớp gỉ xanh).
- Wikipedia, "Silver", "Aluminium", "Iron" (infobox), en.wikipedia.org — điện trở suất và độ dẫn nhiệt của Ag; khối lượng riêng, điện trở suất của Al và Fe (ghi chú, FAQ, bảng so sánh).
- ECHA CHEM, C&L Inventory: copper, EC 231-159-6, chỉ số 029-026-00-0, chem.echa.europa.eu — phân loại hài hoà cho bột đồng (diện tích bề mặt riêng > 0,67 mm²/mg): Aquatic Acute 1 (H400), Aquatic Chronic 1 (H410); đồng dạng khối không xếp loại.
Cùng nhóm đơn chất
Xem tất cả hợp chất →Cập nhật: