Trả lời nhanh
Trong hóa học, Cu là kí hiệu của nguyên tố đồng (tên Latinh: cuprum), số hiệu nguyên tử 29, thuộc ô 29, chu kì 4, nhóm IB. Đồng là kim loại màu đỏ, dẻo, dẫn điện và dẫn nhiệt tốt (chỉ kém bạc). Đồng đứng sau hiđro trong dãy hoạt động hóa học nên là kim loại kém hoạt động, có tính khử yếu.
Cu là gì? Vị trí và cấu tạo nguyên tử
Khi đọc đề hóa học, thấy “Cu” nghĩa là đang nói đến đơn chất kim loại đồng. Còn “Cu2+” là ion đồng(II), có trong các dung dịch muối màu xanh.
- Số hiệu nguyên tử Z = 29; nguyên tử khối trung bình khoảng 64 (làm tròn khi tính toán).
- Cấu hình electron: 1s22s22p63s23p63d104s1, viết gọn [Ar]3d104s1.
- Vị trí: ô 29, chu kì 4, nhóm IB (kim loại chuyển tiếp).
- Số oxi hóa thường gặp: +2 (phổ biến nhất) và +1.
Lưu ý: cấu hình của Cu là ngoại lệ. Đúng ra phải là 3d94s2, nhưng một electron 4s chuyển sang 3d để đạt phân lớp d bão hòa (3d10) bền hơn. Cr (3d54s1) cũng có kiểu “bất thường” tương tự. Đây là chỗ học sinh hay viết sai.
Tính chất vật lí và cách nhận biết
| Đặc điểm | Nội dung |
|---|---|
| Màu sắc, trạng thái | Kim loại màu đỏ, rắn ở điều kiện thường |
| Cơ tính | Dẻo, dễ kéo sợi, dát mỏng |
| Dẫn điện, dẫn nhiệt | Rất tốt, chỉ kém bạc |
| Khối lượng riêng | Khoảng 8,96 g/cm3 (kim loại nặng) |
| Nhiệt độ nóng chảy | Khoảng 1085 °C |
Nhận biết: đơn chất Cu có màu đỏ; muối Cu(II) tan trong nước tạo dung dịch xanh lam. Cho Cu vào dung dịch HNO3 loãng thấy dung dịch chuyển xanh và có khí không màu hóa nâu đỏ trong không khí (NO bị oxi hóa thành NO2).
Tính chất hóa học của đồng
Cu có tính khử yếu: Cu → Cu2+ + 2e (thế điện cực chuẩn E°(Cu2+/Cu) = +0,34 V, dương nên Cu không đẩy được H2 khỏi axit).
1. Tác dụng với phi kim
- Với oxi, đun nóng: 2Cu + O2 → 2CuO (chất rắn màu đen, t° ≈ 400 °C trở lên). Ở 800–1000 °C tạo Cu2O màu đỏ: 4Cu + O2 → 2Cu2O.
- Với clo, đun nóng: Cu + Cl2 → CuCl2 (khói màu nâu vàng, tan vào nước cho dung dịch xanh).
- Trong không khí ẩm lâu ngày, Cu bị phủ lớp gỉ xanh (patin): 2Cu + O2 + CO2 + H2O → Cu2(OH)2CO3.
2. Tác dụng với axit
- Không tác dụng với HCl và H2SO4 loãng. Chỉ khi có mặt oxi: 2Cu + 4HCl + O2 → 2CuCl2 + 2H2O.
- H2SO4 đặc, nóng: Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2↑ + 2H2O.
- HNO3 đặc: Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O (khí nâu đỏ).
- HNO3 loãng: 3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O (khí không màu, hóa nâu trong không khí).
3. Tác dụng với dung dịch muối
- Cu + 2AgNO3 → Cu(NO3)2 + 2Ag↓ (bạc bám vào thanh đồng, dung dịch dần chuyển xanh).
- Cu + 2FeCl3 → CuCl2 + 2FeCl2 (Cu2+/Cu đứng sau Fe2+/Fe nên Cu không đẩy được Fe khỏi muối Fe(II), nhưng khử được Fe3+ về Fe2+).
Mẹo nhớ: Cu “kém hoạt động” nên chỉ tan khi gặp chất oxi hóa mạnh: HNO3, H2SO4 đặc nóng, O2 (kèm axit), ion Ag+, Fe3+.
Trạng thái tự nhiên và điều chế
Đồng có trong tự nhiên chủ yếu ở dạng quặng: chancopirit (CuFeS2), chancozin (Cu2S), malachit (CuCO3·Cu(OH)2). Đồng tự nhiên dạng đơn chất có nhưng hiếm.
- Thủy luyện (quặng nghèo, oxit): hòa tan bằng axit rồi dùng kim loại mạnh hơn đẩy. CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O; CuSO4 + Fe → FeSO4 + Cu.
- Nhiệt luyện: CuO + H2 → Cu + H2O (t°); CuO + CO → Cu + CO2 (t°).
- Luyện từ quặng sunfua: làm giàu quặng, nung trong không khí rồi thu đồng thô, ví dụ Cu2S + O2 → 2Cu + SO2 (t°).
- Điện phân dung dịch muối: 2CuSO4 + 2H2O → 2Cu + O2 + 2H2SO4. Điện phân với anot đồng thô dùng để tinh chế đồng đạt độ tinh khiết cao cho ngành điện.
Ứng dụng của đồng và hợp kim
- Làm dây dẫn điện, cuộn dây động cơ, thiết bị điện tử nhờ dẫn điện tốt.
- Làm ống dẫn nước, dụng cụ nấu ăn, thiết bị trao đổi nhiệt nhờ dẫn nhiệt tốt và bền.
- Đồng thau (Cu–Zn): cứng và bền hơn Cu, chế tạo chi tiết máy, vòi nước, nhạc cụ.
- Đồng thanh (Cu–Sn): làm máy móc, thiết bị, tượng, chuông.
- Đồng bạch (Cu–Ni): bền, đẹp, chống ăn mòn trong nước biển, dùng trong đóng tàu.
Một số hợp chất quan trọng của đồng
| Hợp chất | Đặc điểm nổi bật |
|---|---|
| CuO | Chất rắn màu đen, oxit bazơ, bị H2, CO khử thành Cu khi đun nóng |
| Cu(OH)2 | Kết tủa xanh lam; tan trong NH3 dư tạo phức xanh thẫm; hòa tan trong glixerol (ancol đa chức có các nhóm –OH kề nhau) cho dung dịch xanh lam đặc trưng |
| CuSO4 | Khan màu trắng, gặp nước chuyển thành CuSO4·5H2O màu xanh, dùng nhận biết nước |
Xem chi tiết từng chất: Đồng oxit CuO, Đồng hiđroxit Cu(OH)2, Đồng sunfat CuSO4. Để so sánh với kim loại khác, mời xem Sắt (Fe) và Bạc (Ag).
Lỗi sai thường gặp
- Viết Cu tan trong HCl loãng giải phóng H2 – sai, vì Cu đứng sau H.
- Viết cấu hình electron Cu kết thúc ở 3d94s2.
- Quên rằng Cu + HNO3 loãng cho NO, còn HNO3 đặc cho NO2.
- Cho Cu đẩy Fe khỏi dung dịch FeSO4 – không xảy ra.
Bài luyện tập
Bài 1. Hòa tan hoàn toàn 6,4 g Cu trong dung dịch HNO3 loãng dư. Tính thể tích khí NO (đkc, 24,79 L/mol).
Giải: n(Cu) = 6,4 : 64 = 0,1 mol. Theo phương trình 3Cu → 2NO nên n(NO) = 0,1 × 2/3 ≈ 0,0667 mol. V = 0,0667 × 24,79 ≈ 1,65 L.
Bài 2. Nhúng thanh Cu nặng 10 g vào dung dịch AgNO3. Sau một thời gian lấy ra, sấy khô, thanh nặng 10,76 g. Tính khối lượng Ag bám vào.
Giải: Cu + 2AgNO3 → Cu(NO3)2 + 2Ag. Mỗi mol Cu tan (64 g) kéo theo 2 mol Ag (216 g) bám vào, khối lượng thanh tăng 152 g. Tăng 0,76 g nên n(Cu) phản ứng = 0,76 : 152 = 0,005 mol, n(Ag) = 0,01 mol, m(Ag) = 1,08 g.
Bài 3. Vì sao có thể dùng dung dịch FeCl3 để khắc mạch đồng trên bảng mạch in?
Đáp án: Fe3+ oxi hóa Cu thành Cu2+ theo phản ứng Cu + 2FeCl3 → CuCl2 + 2FeCl2, nên phần đồng không được che phủ bị hòa tan.
Ôn tập thêm: Tính chất hóa học của kim loại và Cách nhận biết các chất hóa học thường gặp.
Câu hỏi thường gặp
Cu là gì trong hóa học?
Cu là kí hiệu hóa học của nguyên tố đồng, số hiệu nguyên tử 29, ở chu kì 4, nhóm IB. Cu cũng dùng để chỉ đơn chất kim loại đồng màu đỏ.
Vì sao Cu không tan trong dung dịch HCl loãng?
Vì Cu đứng sau hiđro trong dãy hoạt động hóa học (E° Cu²⁺/Cu = +0,34 V), nên ion H⁺ của HCl loãng không oxi hóa được Cu. Cu chỉ tan khi có thêm chất oxi hóa như O₂.
Cấu hình electron của Cu là gì?
Cu (Z = 29) có cấu hình [Ar]3d¹⁰4s¹. Một electron ở 4s chuyển sang 3d để phân lớp d bão hòa, bền hơn so với 3d⁹4s².
Cu tác dụng với HNO₃ loãng và HNO₃ đặc cho sản phẩm khí nào?
Với HNO₃ loãng, Cu tạo khí NO không màu, hóa nâu trong không khí. Với HNO₃ đặc, Cu tạo khí NO₂ màu nâu đỏ.