化学实验五彩斑斓的世界/变化中的科学

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铜是最早被人类利用的金属，这是因为它的化学 性质比较稳定，不容易 和其他物质发生化学反应。反过来说，铜的化合物比 较容易还原为金属的铜， 所以炼铜一般要比炼铁容易一些。 铜虽然不易氧化，但在空气中时间久了，仍能氧 化成一层铜的氧化物。 在潮湿而且含有二氧化碳或硫化氢的空气中，也会生 锈。铜锈的主要成分是 绿色的碱式碳酸铜或黑色的氧化铜、硫化铜等。 铜锈可以用机械摩擦的方 法来去除。古时候，铜镜变暗 了，经常要打磨，就是这个道 理。不过，摩擦太麻烦，而且 会损害铜器的表面。简易可行 的除锈办法，还是靠化学药剂 来实现。例如，盐酸、醋酸等 非氧化性的酸或氨水、铵盐的 水溶液，这些药剂都只与铜锈 反应，而不与铜发生反应，所 以在去锈的时候，能够完全不 伤害铜器。 取两块有锈的铜(如果铜片没有生锈，只要把它 放在火焰上灼烧，那么 在它的表面上就会生成一层铜的氧化物)，其中一块 用蘸有醋(或者在2毫 升的水中加入2～3滴盐酸)的棉花擦洗，另一块用蘸 有氨水(1体积浓氨水 用2体积水稀释)或硫酸铵溶液的棉花擦洗。不久，铜 锈都从铜器表面上被 除去了，而棉花却沾上了蓝色。 铜锈去除的原因是由于铜锈与醋酸(或盐酸)发生 反应，生成能溶于水 的蓝色铜盐(醋酸铜或氯化铜)，而和氨水或硫酸铵的 水溶液作用的时候， 生成的是能溶于水的铜氨化合物，如碳酸铜氨、硫酸 铜氨等。这些产物都被 棉花揩抹去了，因此铜器重新露出光亮的表面。 如果在氨或铵盐的水溶液中掺进一些白垩粉或浮 石粉，就可以提高氨或 铵盐的除锈能力。因为加人这些粉末能增加机械摩擦 的作用，有助于除去反 应所生成的铜盐，使铜锈的内部充分 暴露出来，保证了铜锈和氨水能完全 地起反应，生成铜氨化合物。另外， 粉末也有利于使铜器表面光滑明亮。 自然界的铜主要是以硫化铜和氧 化铜的形式存在。绝大多数铜矿含铜 量都在2％以下。由于铜矿含铜量低， 往往造成冶炼上的麻烦，冶炼费用也 必然相应增高。后来人们发现，铜的 化合物可以溶解在氨水里，而且铜矿 中的杂质主要是铁的硫化物和氧化 物，或者是硅、铝、钙等的氧化物，它们都是不溶于 氨水的。因此，只要把 铜矿粉浸在氨水中(为了防止氨变为气体逃逸，在氨 水里还溶有二氧化碳， 使一部分氨成为碳酸铵，减少氨水中的含氨量，使氨 不易挥发)，所得到的 澄清液就是比较纯净的铜氨化合物溶液。然后将这个 溶液送到蒸发锅去加热， 铜氨化合物重新分解，放出氨气和二氧化碳，留在锅 内的，便是纯度相当高 的氧化铜。这种氧化铜再用炭来还原，便可得到金属 铜。而分解出来的氨和 二氧化碳还可以重新溶在水里循环使用，不会有很大 损失。这种提炼方法， 非常适用于从贫矿中提炼铜，所以应用日渐广泛。 这种冶炼方法也可以这样进行：在地质条件和经 济条件合适的情况下， 只要钻一些深井直通铜矿，然后用一根管子把氨水灌 进去，使氨水和铜矿中 的铜发生反应，生成铜氨化合物的溶液，再从另一根 管子流出来。因为这种 方法不需要工人到地下采挖，能减轻劳动强度、改善 劳动条件、节省开采费 用，同时也有利于进行大规模的和连续的生产。 由于铜有较稳定的氧化性，因此我们可以通过铜 的这一特性来测量空气 中氧气的含量。P6-7