高考化学高分培养计划一轮全国创新版高分讲义第12讲铜及其重要化合物金属材料

第12讲铜及其重要化合物、金属材料一、铜及其化合物1．铜的性质(1)物理性质：铜是紫红色金属，具有良好的导电性、导热性和延展性。(2)化学性质写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：①2Cu＋O2＋CO2＋H2O=Cu2(OH)2CO3②2Cu＋Seq\o(=,\s\up17(高温))Cu2S2．氧化铜和氧化亚铜3．氢氧化铜(1)物理性质：蓝色不溶于水的固体。(2)化学性质及应用4．CuSO4·5H2OCuSO4·5H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾、胆矾。无水CuSO4为白色粉末，遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O)，可作为水的检验依据。无水CuSO4只能作为水的检验试剂，但不能作为水蒸气的吸收试剂而用于除杂。二、金属材料1．合金2．常见金属材料(1)黑色金属材料——钢铁。①钢是用量最大，用途最广的合金。(2)有色金属材料——铜和铝。①我国使用最早的合金是青铜，常见的铜合金有黄铜和白铜。②铝合金。3．金属矿物的开发利用(1)金属在自然界中的存在(2)金属冶炼的一般步骤(3)金属冶炼的实质金属的冶炼过程就是把金属从化合态还原为游离态的过程。即Mn＋＋ne－＝M。(4)金属冶炼的方法(用化学方程式表示)(5)铝热反应实验装置实验现象①镁带剧烈燃烧，放出一定的热，并发出耀眼的白光，氧化铁和铝粉在较高温度下发生剧烈的反应；②纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中实验结论高温下，铝与氧化铁发生反应，放出大量的热，反应的化学方程式为2Al＋Fe2O3eq\o(=,\s\up17(高温))2Fe＋Al2O3原理应用①制取熔点较高、活泼性弱于Al的金属铬、锰、钨等；②金属焊接，如野外焊接钢轨等①冶炼Al时只能电解Al2O3不能电解AlCl3(共价化合物，熔融时不导电)。加入冰晶石(Na3AlF6)的目的是降低Al2O3的熔化温度。②金属冶炼方法与金属活动性的关系：1．正误判断，正确的画“√”，错误的画“×”。(1)除去Cu粉中混有CuO的方法是加入稀硝酸溶解、过滤、洗涤、干燥。()(2)将铜粉加入1.0mol·L－1Fe2(SO4)3溶液中，现象是溶液变蓝，有黑色固体出现。()(3)1molCu和足量热浓硫酸反应可生成NA个SO3分子。()(4)中国古代利用明矾溶液的酸性消除铜镜表面的铜锈。()(5)铝合金的熔点比纯铝的高。()(6)合金材料中不可能含有非金属元素。()(7)地震灾区重建要使用大量钢材，钢材是合金。()答案(1)×(2)×(3)×(4)√(5)×(6)×(7)√2．下列常见金属的冶炼原理中不合理的是()选项金属冶炼原理AFeFe2O3＋3COeq\o(=,\s\up17(高温))2Fe＋3CO2BHg2HgOeq\o(=,\s\up17(△))2Hg＋O2↑CMg2MgO(熔融)eq\o(=,\s\up17(通电))2Mg＋O2↑DNa2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up17(通电))2Na＋Cl2↑答案C考点1铜及其化合物的性质典例1下表中，对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及其有无因果关系的判断都正确的是()选项陈述Ⅰ陈述Ⅱ判断A铜绿的主要成分是碱式碳酸铜可用稀盐酸除铜器表面的铜绿Ⅰ对；Ⅱ对；无B铜表面易形成致密的氧化膜铜制容器可以盛放浓硫酸Ⅰ对；Ⅱ对；有C向硫酸铜溶液中通入氨气，有深蓝色沉淀产生，过滤后灼烧滤渣，最后变成黑色固体把铜丝放在酒精灯火焰上灼烧，铜丝表面变黑Ⅰ对；Ⅱ对；有D蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末是物理变化硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂Ⅰ错；Ⅱ对；无解析稀盐酸可以与碱式碳酸铜(铜绿的主要成分)反应，而且稀盐酸不与Cu反应，所以可用稀盐酸除铜器表面的铜绿，Ⅰ、Ⅱ有因果关系，A错误；铜表面不能形成致密的氧化膜，铜与浓硫酸在一定温度下能发生反应，所以不能用铜制容器盛放浓硫酸，B错误；硫酸铜与氨水反应生成Cu(OH)2，Cu(OH)2受热分解生成黑色CuO，Ⅰ、Ⅱ均正确，但没有因果关系，C错误；蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末，属于化学变化，CuSO4可用作消毒剂，但与前者没有因果关系，D正确。答案D名师精讲1．熟记铜及其化合物的颜色物质颜色物质颜色Cu紫红色CuSO4白色CuO黑色CuSO4·5H2O蓝色Cu2O砖红色Cu2(OH)2CO3绿色Cu2S黑色Cu(OH)2蓝色2.铜及其化合物(1)Cu在加热条件下与O2非常容易反应，利用这一性质，可把Cu作为O2的吸收剂。若在实验题中看到加热的铜网或铜粉，应想到这一作用。(2)无水CuSO4常用作水的检验试剂；由于其吸水效率不是太高，一般不作干燥剂使用。(3)铜盐属于重金属盐，可使蛋白质变性，故铜盐有毒。农业上常用石灰乳和CuSO4混合作用，两者的混合液是被称为“波尔多液”的农药。(4)溶液中的Cu2＋常为蓝色(浓CuCl2溶液为绿色，稀CuCl2溶液为蓝色)，可作为Cu2＋的鉴别依据。如CuSO4溶液呈蓝色，在推断题中，“蓝色溶液”基本可作为Cu2＋的存在依据。(5)Cu2＋与碱反应生成蓝色沉淀[Cu(OH)2]，这也是鉴定Cu2＋的原理之一。3．铜的冶炼“两方法”(1)湿法炼铜：Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu。(2)高温炼铜：工业上用高温冶炼黄铜矿的方法获得铜(粗铜)：2CuFeS2＋4O2eq\o(=,\s\up17(800℃))Cu2S＋3SO2＋2FeO(炉渣)2Cu2S＋3O2eq\o(=,\s\up17(1200℃))2Cu2O＋2SO22Cu2O＋Cu2Seq\o(=,\s\up17(1200℃))6Cu＋SO2↑粗铜中铜的含量为99.5%～99.7%，主要含有Ag、Zn、Fe、Au等杂质，粗铜通过电解精炼可得到纯度达99.95%～99.98%的铜。电解精炼铜的原理是用粗铜作阳极，失电子变为Cu2＋，用纯铜棒作阴极即可得精铜。1．已知酸性条件下有如下反应：2Cu＋=Cu2＋＋Cu↓。由于反应温度不同，用氢气还原氧化铜时，可能产生Cu或Cu2O，两者都是红色固体。一同学对某次用氢气还原氧化铜实验所得的红色固体产物作了验证，实验操作和实验现象记录如下：加入试剂稀硫酸浓硫酸、加热稀硝酸浓硝酸实验现象有红色固体剩余和溶液变为蓝色产生无色气体产生无色气体和溶液变为蓝色产生红棕色气体和溶液变为绿色由此推出本次氢气还原氧化铜实验的产物()A．是CuB．是Cu2OC．一定有Cu，一定有Cu2OD．一定有Cu2O，可能有Cu答案D解析浓H2SO4(加热)、硝酸均能氧化Cu或Cu2O；而稀H2SO4与Cu不反应，与Cu2O反应。2．某研究小组通过实验探究Cu及其化合物的性质，操作正确且能达到实验目的的是()A．将铜丝插入浓硫酸中并加热，反应后再加入水，观察硫酸铜溶液的颜色B．常温下将铜丝伸入盛满氯气的集气瓶中，观察CuCl2的生成C．将CuCl2溶液在蒸发皿中加热蒸干，得到无水CuCl2固体D．将表面有铜绿[Cu2(OH)2CO3]的铜器放入盐酸中浸泡，除去铜绿答案D解析A项浓硫酸溶于水时放热，应该是把反应后的溶液倒入水中，故该项错误；B项需要先加热铜才能与氯气发生反应，故该项错误；C项氯化铜溶液中存在水解平衡，加热蒸干最终得到的是氢氧化铜，故该项错误；D项铜和盐酸不反应，只有铜绿[Cu2(OH)2CO3]与盐酸反应，故该项正确。考点2金属材料典例2冶炼金属一般有以下几种方法：①热分解法；②焦炭法；③水煤气法(CO或H2)；④活泼金属置换法；⑤电解法。这几种方法各有优缺点，它们在工业上均有应用。古代有：a.火烧孔雀石炼铜；b.湿法炼铜；现代有：c.铝热法炼铁；d.光卤石法炼镁。对它们的冶炼方法分析不正确的是()A．a用②B．b用③C．c用④D．d用⑤解析铁、铜、镁的冶炼方法，要根据它们的金属活动性来选择。火烧孔雀石炼铜是用焦炭作还原剂进行冶炼，A正确；湿法炼铜是在溶液中进行的，故不能用水煤气法，B不正确；铝热法炼铁属于活泼金属置换法，C正确；镁的活泼性较强，用电解法比较适宜，D正确。答案B名师精讲1．合金特性(1)构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属，也可以是金属与非金属，合金中一定含金属元素。(2)合金的性质不是各成分金属的性质之和。合金具有许多良好的物理、化学和机械性能，在许多方面不同于各成分金属，不是简单加合；但在化学性质上，一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质。(3)并非所有的金属都能形成合金。两种金属形成合金，其前提是两种金属在同一温度范围内都能熔化，若一种金属的熔点大于另一种金属的沸点，则二者不能形成合金。(4)合金一定是混合物。2．金属活动性顺序表中隐含的重要信息3．金属的冶炼(1)金属活泼性与冶炼方法的关系：(2)有些活动性很强的金属也可以用还原法来冶炼，如Na＋KCleq\o(=,\s\up17(850℃))K↑＋NaCl2RbCl＋Mgeq\o(=,\s\up17(700～800℃))MgCl2＋2Rb↑等，在此主要运用了化学平衡移动原理，利用K、Rb沸点低，气化离开反应体系，使化学反应得以向正反应方向进行。3．合金与纯金属制成的金属材料相比，优点是()①合金的硬度一般比它的各成分金属的大②一般地，合金的熔点比它的各成分金属的更低③改变原料的配比、改变生成合金的条件，得到有不同性能的合金④合金比纯金属的导电性更强⑤合金比纯金属的应用范围更广泛A．②③④ B．①②③⑤C．①②④ D．①②④⑤答案B4．金属材料在日常生活以及生产中有着广泛的应用。下列关于金属的一些说法不正确的是()A．合金的性质与其成分金属的性质不完全相同B．工业上金属Mg、Cu都是用热还原法制得的C．金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子D．越活泼的金属越难冶炼答案B解析合金的化学性质与成分金属的化学性质相似，物理性质略有不同，A正确；Mg在工业上用电解法冶炼，Cu用热还原法冶炼，B错误；金属冶炼的实质是Mn＋＋ne－=M，C正确；金属越活泼，则金属离子的氧化性越弱，越难被还原，D正确。(建议用时：40分钟)一、选择题(每题6分，共66分)1．铅的冶炼大致过程如下：①富集：将方铅矿(PbS)进行浮选；②焙烧：2PbS＋3O2eq\o(=,\s\up17(高温))2PbO＋2SO2；③制粗铅：PbO＋Ceq\o(=,\s\up17(高温))Pb＋CO↑；PbO＋COeq\o(=,\s\up17(高温))Pb＋CO2。下列说法正确的是()A．浮选法富集方铅矿的过程属于化学变化B．方铅矿焙烧反应中，PbS是还原剂，还原产物只有PbOC．整个冶炼过程中，制取1molPb共转移2mol电子D．将1molPbS完全冶炼成Pb理论上至少需要6g碳答案D解析富集方铅矿的过程属于物理变化，A错；B项中还原产物除PbO外还有SO2；整个冶炼过程中，制取1molPb共转移8mol电子，C错。2．硝酸铜是一种重要的工业产品，化学上有很多方法可以制取硝酸铜：①将铜溶于硝酸中；②先将铜与O2反应生成CuO，再溶于硝酸中；③将铜溶于N2O4的乙酸乙酯(溶剂，不参加反应)溶液中生成硝酸铜和一氧化氮。下列认识或判断错误的是()A．方法③是最经济和环保的B．方法①中，若从经济和环保的角度考虑，用稀硝酸比用浓硝酸好C．方法②需要消耗能源，对环境不产生污染D．方法③中N2O4既是氧化剂又是还原剂答案A解析①、③都生成污染性气体，②不生成污染性气体且HNO3全部转化为Cu(NO3)2。3．下列有关合金的说法正确的是()A．合金中至少含有两种金属B．合金的熔点比成分金属高C．合金的硬度比成分金属小D．青铜器所用材料属于合金答案D解析由一种金属和一种非金属熔合也可以形成合金，A项错误；合金的熔点一般比成分金属的低，B项错误；合金的硬度一般比成分金属的大，C项错误。4．下列有关Al、Fe、Cu的说法正确的是()A．三者对应的氧化物均为碱性氧化物B．三者的单质放置在空气中均只生成氧化物C．制备AlCl3、FeCl3、CuCl2均不能采用将溶液直接蒸干的方法D．电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液时阴极上依次析出Cu、Fe、Al答案C解析Al对应的氧化物为两性氧化物，A项错误。Cu放置在空气中可生成Cu2(OH)2CO3，B项错误。AlCl3、FeCl3、CuCl2溶液均发生水解反应生成挥发性酸，直接蒸干，得不到对应的物质，故不能采用直接蒸干的方法制备AlCl3、FeCl3、CuCl2，C项正确；电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液，由于放电能力：Cu2＋＞H＋＞Fe3＋＞Al3＋，在阴极上依次析出Cu、H2，D项错误。5．人们习惯上把金、银、铜、铁、锡五种金属统称为“五金”。在“五金”顺序中，把一种金属的位置向后移一位，正好符合某化学规律。这种金属和该化学规律是()A．铁、金属活动性顺序表 B．金、质量守恒定律C．银、元素周期律 D．铜、金属密度顺序表答案A解析将铁移到锡后，金、银、铜、锡、铁的金属活动性逐渐增强，A项正确。6．CuSO4是一种重要的化工原料，其有关制备途径及性质如图所示。下列说法不正确的是()A．将CuSO4溶液蒸发浓缩、冷却结晶可制得胆矾晶体B．相对于途径①、③，途径②更好地体现了“绿色化学”思想C．CuSO4在1100℃分解所得气体X可能是SO2和SO3的混合气体D．Y可能是葡萄糖答案C解析将CuSO4溶液蒸发浓缩、冷却结晶可制得胆矾晶体，A项正确；途径①有污染性气体产生，相对于途径③，途径②的优点是制取等质量CuSO4需要的硫酸少并且无污染性气体产生，途径②更好地体现了“绿色化学”思想，B项正确；由流程图知硫酸铜分解生成了Cu2O，若X是SO2和SO3的混合气体，则铜元素、硫元素化合价降低，无元素化合价升高，根据2CuSO4eq\o(=,\s\up17(1100℃))Cu2O＋SO2↑＋SO3↑＋O2↑知，X可能是O2、SO2和SO3的混合气体，C项错误；葡萄糖与氢氧化铜反应会生成Cu2O，所以Y可能是葡萄糖，D项正确。7．在稀硫酸中加入铜粉，铜粉不溶，再加入下列物质：①FeCl3②Fe2O3③Cu(NO3)2④KNO3铜粉溶解的是()A．只有①或② B．只有②或④C．只有①或②或③ D．上述四种物质中任意一种答案D解析Cu与Fe3＋作用：2Fe3＋＋Cu=2Fe2＋＋Cu2＋，Fe2O3与稀硫酸反应生成Fe3＋，故①、②能使铜粉溶解；H＋、NOeq\o\al(－,3)具有强氧化性，能使铜粉溶解。8．所谓合金，就是不同种金属(也包括一些非金属)在熔化状态下形成的一种熔合物，如表为四种金属的熔、沸点。NaCuAlFe熔点(℃)97.510836601535沸点(℃)883259522003000根据以上数据判断其中不能形成合金的是()A．Cu和Al B．Fe和CuC．Fe和Na D．Al和Na答案C解析由合金的形成可知，两种金属若能形成合金，则熔点高的金属的熔点不能大于熔点较低的金属的沸点，Fe的熔点高于Na的沸点，两种金属不能形成合金，故选C。9．C919大型飞机采用了大量新型材料铝锂合金。下列关于铝锂合金的说法不正确的是()A．铝锂合金是铝与锂形成的混合物B．铝锂合金的硬度比锂大C．铝锂合金的熔、沸点比铝低D．铝锂合金耐酸碱腐蚀答案D解析合金都是混合物，故A正确；合金的硬度比组成其的成分金属大，故B正确；合金的熔、沸点比组成其的成分金属低，故C正确；铝锂合金的铝能与酸碱反应，锂能与酸反应，故铝锂合金不能耐酸碱腐蚀，故D错误。10．下列说法中正确的是()A．Cu→CuO→Cu(OH)2每步转化均能通过一步反应实现B．铝合金是一种混合物，它比纯铝的熔点高C．金属铜放置在潮湿的空气中会被锈蚀，生成绿色的铜锈——碱式碳酸铜D．金属铝、铁、铜都有一定的抗腐蚀性能，其抗腐蚀的原因都是表面形成氧化物薄膜，阻止反应的进一步进行答案C解析A选项，CuO→Cu(OH)2不能通过一步实现，错误；B选项，铝合金比纯铝的熔点低，错误；D选项，铁、铜表面不能形成致密的氧化膜，错误。11．部分氧化的Fe­Cu合金样品(氧化产物为Fe2O3、CuO)共5.76g，经如下处理：下列说法正确的是()A．滤液A中的阳离子为Fe2＋、Fe3＋、H＋B．样品中Fe元素的质量为2.24gC．样品中CuO的质量为4.0gD．V＝896mL答案B解析根据题意，3.2g滤渣一定是铜，而铜与Fe3＋不共存，故A中无Fe3＋，则A项错误；最后的3.2g固体为Fe2O3，其中Fe元素的质量为2.24g，B项正确；样品中Cu元素和O元素共5.76g－2.24g＝3.52g，则C项错误；2.24gFe元素不可能全是单质，故标准状况下生成的H2的体积小于896mL，D项错误。二、非选择题(共34分)12．(10分)工业上由黄铜矿(主要成分CuFeS2)冶炼铜的主要流程如下：(1)气体A中的大气污染物可选用下列试剂中的________吸收。a．浓H2SO4b．稀HNO3c．NaOH溶液d．氨水(2)用稀H2SO4浸泡熔渣B，取少量所得溶液，滴加KSCN溶液后呈红色，说明溶液中存在________(填离子符号)，检验溶液中还存在Fe2＋的方法是________________________________________________________________________(注明试剂、现象)。(3)由泡铜冶炼粗铜的化学反应方程式为__________________。答案(1)cd(2)Fe3＋取少量溶液，滴加KMnO4溶液，KMnO4溶液褪色(3)3Cu2O＋2Aleq\o(=,\s\up17(高温))Al2O3＋6Cu解析(1)由转化关系可知A中含有SO2，故可利用碱性溶液吸收。稀HNO3虽然也能与SO2反应，但又会放出有毒气体NO，故不能选b。(2)Fe2＋具有强还原性，可利用KMnO4溶液来检验，若KMnO4溶液褪色，则说明溶液中含有Fe2＋。(3)由泡铜冶炼粗铜利用了铝的强还原性(铝热反应)。Cu2O中铜元素为＋1价，利用得失电子守恒配平反应方程式：3Cu2O＋2Aleq\o(=,\s\up17(高温))Al2O3＋6Cu。13．(12分)CuCl是有机合成的重要催化剂，并用于颜料、防腐等工业。工业上由废铜料(含Fe、Al及其化合物、SiO2杂质)生产CuCl的工艺流程如下：物质开始沉淀时的pH沉淀完全时的pHFe(OH)32.73.7Cu(OH)25.66.7Al(OH)33.84.7已知：CuCl溶于NaCl的浓溶液可生成CuCleq\o\al(－,2)，CuCleq\o\al(－,2)的溶液用水稀释后可生成CuCl沉淀。(1)煅烧的主要目的是_________________________________。(2)操作Ⅰ为调节溶液的pH，范围为________，加入的物质X可以是________。A．CuO B．Cu(OH)2C．NaOH溶液 D．CaCO3(3)滤渣Ⅱ的主要成分是________。(4)往滤液Ⅱ中加入食盐并通入SO2可生成CuCleq\o\al(－,2)，请写出反应的离子方程式：____________________________________________。答案(1)使铜转化为可溶于酸的氧化物(2)4.7≤pH＜5.6ABC(3)Fe(OH)3和Al(OH)3(4)2H2O＋2Cu2＋＋SO2＋4Cl－=2CuCleq\o\al(－,2)＋SOeq\o\al(2－,4)＋4H＋解析(1)铜在废铜料中主要以铜单质的形式存在，综观整个流程图可知，CuCl需从溶液中提取，故煅烧的目的是将铜转化为溶于酸的氧化物。(2)调节溶液中的pH时，应保证使Fe3＋和Al3＋完全沉淀，而Cu2＋不能沉淀，故溶液的pH应为4.7≤pH＜5.6，加入的物质能消耗H＋，但不能在含铜离子的溶液中引入新的杂质，再结合后面反应Ⅰ中需加入NaCl，符合要求的有ABC三项。(3)溶液的pH为4.7≤pH