2024高考化学一轮复习第3章金属及其化合物第4节用途广泛的金属材料铜及其化合物教学案新人教版

PAGEPAGE1第四节用途广泛的金属材料铜及其化合物考纲定位要点网络1.了解合金的概念及其重要应用；了解化学与金属材料的关系。2.驾驭金属铜及其重要化合物的主要性质及应用。3.了解铜及其重要化合物的制备方法。4.了解常见金属的活动性依次和常见金属的冶炼方法。合金与金属矿物的开发利用1．合金(1)概念：合金是指两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质，属于混合物。(2)性能：合金具有不同于各成分金属的物理、化学性能或机械性能。①熔点：一般比它的各成分金属的低；②硬度和强度：一般比它的各成分金属的大。留意：并非全部的金属都能形成合金，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。如Cu与Na，Fe与Na等不能形成合金。2．常见的金属材料(1)金属材料的工业分类黑色金属材料有色金属材料铁、铬、锰以及它们的合金除黑色金属以外的其他金属及其合金(2)常见合金材料③eq\a\al(铝,及,铝,合,金)eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(铝\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(性能：良好的延展性和导电性,用途：制导线)),铝合金\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(性能：密度小、强度高、塑性好、易于,成型、制造工艺简洁、成本低廉,用途：主要用于建筑业、容器和包装,业、交通运输业、电子行业等))))3．金属矿物的开发利用(1)金属在自然界中的存在形态①在自然界中绝大多数金属以化合态的形式存在。②少数化学性质不活泼的金属存在游离态。(2)金属冶炼的实质使金属化合物中的金属离子得电子被还原为金属单质的过程：Mn＋＋ne－=M。(3)金属冶炼的一般步骤(4)常见冶炼方法(对于金属活动依次表中金属)①电解法——K～AlNa：2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up10(电解))2Na＋Cl2↑；Mg：MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up10(电解))Mg＋Cl2↑；Al：2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up10(电解),\s\do10(冰晶石))4Al＋3O2↑。②热还原法——Zn～Cu高炉炼铁：3CO＋Fe2O3eq\o(=,\s\up10(△))2Fe＋3CO2；铝热反应制铬：2Al＋Cr2O3eq\o(=,\s\up10(高温))2Cr＋Al2O3；焦炭还原铜：C＋2CuOeq\o(=,\s\up10(高温))2Cu＋CO2↑。③热分解法——Hg、AgHg：2HgOeq\o(=,\s\up10(△))2Hg＋O2↑；Ag：2Ag2Oeq\o(=,\s\up10(△))4Ag＋O2↑。[补短板](1)绝大部分金属在常温是固体，但汞为液体。(2)常温下，多数合金是固体，但钠钾合金是液体。(3)成分金属与合金的物理性质相比有所变更，但合金中各成分金属的化学性质仍旧不变。(4)金属越活泼，一般发觉或运用的越晚。(5)金属只有正价，反应时只表现还原性。(6)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\up10(850℃))K↑＋NaCl、2RbCl＋Mgeq\o(=,\s\up10(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，汽化离开反应体系，使化学反应得以向正反应方向进行。(7)活泼金属用电解法冶炼时，不能用其化合物的水溶液进行电解。eq\a\vs4\al([学问应用])1．工业上冶炼铝为什么用电解熔融Al2O3而不用电解熔融AlCl3？冶炼镁为什么用电解熔融MgCl2而不用电解熔融MgO?[答案]AlCl3为共价化合物，熔融时不导电，故不能用电解AlCl3的方法冶炼铝。尽管MgO属于离子化合物，但其熔点高，熔融时耗费更多能源，增加生产成本，而MgCl2的熔点较低，更易熔融，故工业冶炼镁运用电解熔融MgCl2的方法。2．铝是地壳中含量最高的金属元素，为什么人类对铝的运用比铁、铜晚得多？[答案]铝的金属活动性比铁、铜强，难于冶炼，古代人们的技术条件达不到，不能冶炼铝，故铝的发觉和大量运用比铁、铜晚得多。3．热还原法用到的还原剂有焦炭、CO和H2，试从所得产物纯度及对环境污染的角度考虑哪种还原剂更好？[答案]最好的还原剂是H2；缘由是焦炭会使产品的纯度降低，CO会污染环境。命题点1金属材料的性能及其应用1．下列说法中正确的是()A．铁是人类在生产、生活中最早运用的金属材料B．金、银、铜是应用最广泛的金属材料C．钛被誉为“21世纪的金属”，应用前景很广袤D．铜是导电性、导热性最好的有色金属[答案]C2．镁铝合金质优体轻，又不易锈蚀，被大量用于航空工业、造船工业、日用化工等领域。下列关于镁铝合金性质的叙述中，正确的是()A．此合金的熔点比镁和铝的熔点都高B．此合金能全部溶解于稀盐酸中C．此合金能全部溶解于氢氧化钠溶液中D．此合金的硬度比镁和铝的硬度都小B[镁和铝都可以与盐酸反应，故镁铝合金能全部溶解于稀盐酸中。]3．金属、金属材料的性质在很大程度上确定了它们的用途。下列相关说法中不正确的是()A．钛合金与人体具有很好的“相容性”，可以用来制造人造骨骼B．铁具有良好的导热性，可以用于制造炊具C．不锈钢的抗腐蚀性好，常用于制造医疗器械D．钛及其合金熔点高，可用作保险丝D[熔点低可以作保险丝，熔点高不行作保险丝。]命题点2金属矿物的开发利用4．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\up10(高温))2PbO＋2SO2；③制粗铅：PbO＋Ceq\o(=,\s\up10(高温))Pb＋CO↑；PbO＋COeq\o(=,\s\up10(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更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理论上至少须要6g碳D[A项，浮选法富集方铅矿为物理变更；B项，O2被还原为PbO和SO2，二者均为还原产物；C项，制取1molPb共转移8mole－。]5．氧化还原反应广泛应用于金属冶炼，下列说法不正确的是()A．电解熔融氯化钠制取金属钠的反应中，Na＋被还原B．冶炼镁、铝采纳电解法C．用磁铁矿炼铁的反应中，1molFe3O4被CO还原成Fe，转移9mol电子D．铝热法还原铁的反应中，放出的热量能使铁熔化C[1molFe3O4被还原成Fe，转移电子1×3×(eq\f(8,3)－0)＝8mol。]6．由黄铜矿(CuFeS2)制取铜的简洁流程如图：下列说法正确的是()A．由CuFeS2生成Cu2S、SO2和铁的氧化物反应中硫元素被还原B．熔炼过程中的主要反应为Cu2S＋O2eq\o(=,\s\up10(高温))2Cu＋SO2C．铜的电解精炼过程中纯铜作阳极D．上述冶炼过程产生大量SO2，通常用饱和NaHSO3溶液汲取B[A项，由CuFeS2生成Cu2S、SO2和铁的氧化物，反应中硫元素的化合价由－2价变成＋4价，被氧化，错误；B项，依据流程图，熔炼过程中的主要反应为Cu2S＋O2eq\o(=,\s\up10(高温))2Cu＋SO2，正确；C项，铜的电解精炼过程中纯铜作阴极，粗铜作阳极，错误；D项，SO2与饱和NaHSO3溶液不反应，应当选用Na2SO3溶液，错误。]铜及其化合物1．铜的主要性质写出图中有关反应的化学方程式或离子方程式：①化学方程式：2Cu＋O2＋H2O＋CO2=Cu2(OH)2CO3。②化学方程式：2Cu＋Seq\o(=,\s\up10(△))Cu2S。③与氧化性酸反应a．与浓硫酸共热的化学方程式：Cu＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up10(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O；b．与稀硝酸反应的离子方程式：3Cu＋8H＋＋2NOeq\o\al(－,3)=3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O；c．与浓硝酸反应的离子方程式：Cu＋4H＋＋2NOeq\o\al(－,3)=Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O。④与某些盐溶液反应a．与硝酸银溶液反应的离子方程式：Cu＋2Ag＋=2Ag＋Cu2＋；b．与FeCl3溶液反应的离子方程式：Cu＋2Fe3＋=2Fe2＋＋Cu2＋。2．铜的重要化合物的性质及应用(1)氧化物eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(CuO：黑色难溶于水的固体，可以与酸反应，可以,用H2、CO、Al还原出Cu。,Cu2O：砖红色难溶于水的固体，与一般酸反,应为Cu2O＋2H＋=Cu＋Cu2＋＋H2O，,遇到HNO3发生氧化反应生成Cu2＋。,转化：4CuO\o(=,\s\up10(高温))2Cu2O＋O2↑，高温条件,Cu2O稳定。))(2)氢氧化铜——蓝色难溶物，是一种弱碱。(3)铜盐①Cu2(OH)2CO3Cu2(OH)2CO3的名称为碱式碳酸铜，呈绿色，是铜锈的主要成分，受热易分解的方程式为Cu2(OH)2CO3eq\o(=,\s\up10(△))2CuO＋H2O＋CO2↑。②CuSO4a．CuSO4·5H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾或胆矾。受热或遇浓硫酸，蓝色晶体变为白色粉末。b．无水CuSO4遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O)，可作为水或水蒸气的检验试剂。③铜盐的毒性铜盐溶液有毒，主要是因为铜离子能与蛋白质作用，使蛋白质变性失去生理活性，因此人们利用这一性质用胆矾、熟石灰、水配成了波尔多液，用来杀灭植物的病菌。[补短板](1)Cu与稀H2SO4不反应，但在通入O2的条件下，Cu可在稀H2SO4中渐渐溶解：2Cu＋O2＋2H2SO4=2CuSO4＋2H2O。(2)无水CuSO4只能作为检验水的试剂，不能作为水蒸气的汲取试剂而用于除杂。(3)＋1价铜在酸性条件下能发生歧化反应生成Cu和Cu2＋，利用这一原理可区分Cu和Cu2O。向红色物质中加入稀硫酸(但留意不能用硝酸检验)，若溶液由无色变成蓝色，则该红色物质为Cu2O，否则为Cu。反应的化学方程式为Cu2O＋H2SO4=CuSO4＋Cu＋H2O。(4)含醛基(—CHO)有机物与新制的Cu(OH)2悬浊液共热可生成砖红色Cu2O沉淀。eq\a\vs4\al([学问应用])某探讨小组用废铜粉制取胆矾，设计了如下几个试验方案：(1)Cueq\o(→,\s\up10(浓硫酸),\s\do10(加热))CuSO4eq\o(→,\s\up10(加水),\s\do10(稀释))硫酸铜溶液eq\o(→,\s\up10(蒸发浓缩),\s\do10(冷却结晶))CuSO4·5H2O(2)Cueq\o(→,\s\up10(O2),\s\do10(灼烧))CuOeq\o(→,\s\up10(稀H2SO4))硫酸铜溶液eq\o(→,\s\up10(蒸发浓缩),\s\do10(冷却结晶))CuSO4·5H2O(3)对三个方案进行评价，你认为最好的是哪个方案？为什么？[答案]方案(1)：产生污染性气体，且消耗硫酸较多。方案(2)：消耗能量较多，且步骤困难。方案(3)：不产生污染性气体，原料利用率高，节约能源。因此方案(3)更经济合理。命题点1铜及其化合物的性质及试验探究1．下列关于铜的化合物的说法正确的是()A．蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末是化学变更B．肯定条件下，新制的Cu(OH)2悬浊液能与葡萄糖反应但不能与乙酸反应C．用稀盐酸除去铜锈的离子方程式为CuO＋2H＋=Cu2＋＋H2OD．将用H2还原CuO所得的红色固体投入稀硫酸中充分反应后有红色固体剩余且溶液呈蓝色，可说明原红色固体中肯定含有Cu和Cu2OA[B项，Cu(OH)2与乙酸发生中和反应；C项，铜锈的成分不是CuO而是Cu2(OH)2CO3；D项，试验结论不能说明肯定含Cu。]2．下表中，对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及其有无因果关系的推断都正确的是()选项陈述Ⅰ陈述Ⅱ推断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，有蓝色沉淀产生，过滤后灼烧滤渣，最终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更硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂Ⅰ错；Ⅱ对；无D[A项，Ⅰ、Ⅱ有因果关系，错误；B项，Ⅰ错，Ⅰ、Ⅱ无因果关系，错误；C项，Ⅰ、Ⅱ无因果关系，错误；D项，陈述Ⅰ涉及的变更为化学变更，Ⅰ、Ⅱ无因果关系，正确。]3．向Cu2O、CuO中加入足量稀硫酸得到的溶液呈蓝色，且有红色物质生成，请写诞生成红色物质的离子方程式为__________________________________________________________________________________________________。将溶液中红色物质反应掉，最终得到胆矾。则加入的试剂最好是________(填字母序号)。A．适量的NaNO3 B．适量的HNO3C．适量的H2O2[解析]Cu2O在酸性条件下生成Cu2＋(蓝色)和单质铜(红色)，反应的离子方程式为Cu2O＋2H＋=Cu2＋＋Cu＋H2O。Cu在酸性条件下，NOeq\o\al(－,3)被还原为有毒气体的NO气体，污染环境。[答案]Cu2O＋2H＋=Cu2＋＋Cu＋H2OC命题点2涉及铜及其化合物的基本化工流程4．(2024·唐山模拟)某探讨小组在试验室以含铁的铜屑为原料制备Cu(NO3)2·3H2O，并进一步探究用SOCl2制备少量无水Cu(NO3)2，设计的试验流程如下：eq\x(铜屑含Fe)eq\o(→,\s\up10(足量HNO3),\s\do10(①))eq\o(→,\s\up10(调pH),\s\do10(②))eq\x(CuNO32溶液)eq\o(→,\s\up10(),\s\do10(③))eq\x(CuNO32·3H2O)eq\o(→,\s\up10(SOCl2),\s\do10(④))eq\x(无水CuNO32)已知：SOCl2熔点－105℃、沸点78℃，遇水猛烈水解生成两种酸性气体。请依据试验流程图回答下列问题：(1)第②步适合调pH的物质是________(填一种物质的化学式)。(2)第③步包括________、冷却结晶、抽滤等步骤，为得到较大颗粒的Cu(NO3)2·3H2O，可采纳的方法是_________________________________________________________________________________________________(填一种)。(3)第④步中发生反应的化学方程式是__________________________________________________________________________________________________________________________________________________。若不用SOCl2，而干脆加热Cu(NO3)2·3H2O脱水，能否得到纯净的无水Cu(NO3)2？________(填“能”或“否”)。(4)某同学将制得的无水Cu(NO3)2固体放在试管中加热，发觉试管中生成黑色粉末并产生红棕色气体，写出对应的化学方程式___________________________________________________________________________________________。该同学将带火星的木条伸入试管中，发觉木条燃烧，他得出的结论是红棕色气体支持木条燃烧，你认为他的结论是否正确？________(填“是”或“否”)。[解析](1)第②步调整pH的目的是促进铁离子转化成Fe(OH)3沉淀，为了不引入新杂质，可选用CuO或Cu(OH)2或CuCO3或Cu2(OH)2CO3等来调整溶液的pH。(2)为得到Cu(NO3)2·3H2O，可实行蒸发浓缩、冷却结晶的方法，为得到较大颗粒晶体，可减慢冷却结晶的速度。(3)第④步中Cu(NO3)2·3H2O和SOCl2发生反应生成硝酸铜、二氧化硫和氯化氢，其化学方程式为Cu(NO3)2·3H2O＋3SOCl2eq\o(=,\s\up10(△))Cu(NO3)2＋3SO2↑＋6HCl↑。若干脆加热Cu(NO3)2·3H2O脱水，Cu2＋发生水解反应且HNO3易挥发，会生成Cu(OH)2，不能得到纯净的无水Cu(NO3)2。(4)由题意知Cu(NO3)2受热分解，生成物中含氧化铜和二氧化氮气体，其化学方程式为2Cu(NO3)2eq\o(=,\s\up10(△))2CuO＋4NO2↑＋O2↑。纯氧能使带火星的木条复燃，但空气中含有大量不能助燃的N2，氧气含量较少，所以空气不能使带火星的木条复燃，产物中NO2与O2的体积比与空气中N2、O2体积比均为4∶1，将带火星的木条放入Cu(NO3)2受热分解得到的混合气体中，木条复燃，若NO2不能助燃，则混合气体同样会因为O2含量少而不能使木条复燃，所以NO2能助燃。[答案](1)CuO或Cu(OH)2或CuCO3或Cu2(OH)2CO3(2)加热(蒸发)浓缩减慢冷却结晶的速度(其他合理答案亦可)(3)Cu(NO3)2·3H2O＋3SOCl2eq\o(=,\s\up10(△))Cu(NO3)2＋3SO2↑＋6HCl↑否(4)2Cu(NO3)2eq\o(=,\s\up10(△))2CuO＋4NO2↑＋O2↑是5．工业上以废铜为原料经一系列化学反应可生产氯化亚铜(CuCl)，其工艺流程如图所示：试依据如图转化回答下列问题：(1)还原过程中的产物为Na[CuCl2]，试写出该反应的化学方程式：______________________________________________________________________________________________________________________________________。制备中当氯化过程完成后必需经还原过程再制得CuCl，为什么不用一步法制得CuCl？(已知Cu2＋＋Cu＋2Cl－=2CuCl↓)______________________________。(2)还原过程中加入少量盐酸的作用是________________________________________________________________________________________________，加入NaCl且过量的缘由是______________________________________________________________________________________________________________。(3)合成结束后所得产品用酒精淋洗的目的是__________________________________________________________________________________________。(4)试验室中在CuCl2热溶液中通入SO2气体也可制备白色的CuCl沉淀，试写出该反应的离子方程式：______________________________________________________________________________________________________________。[答案](1)CuCl2＋2NaCl＋Cu=2Na[CuCl2]CuCl沉淀沉积在Cu表面阻碍反应的进行(2)防止Cu2＋水解增大NaCl的浓度有利于生成更多的Na[CuCl2]，提高产率(3)使CuCl尽快干燥，防止被空气氧化(4)2Cu2＋＋2Cl－＋SO2＋2H2Oeq\o(=,\s\up10(△))2CuCl↓＋4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)废铜利用的一般化工流程[一题串知，落实考法]某工业含铜废料含有Cu、CuO、CuS、CuSO4等成分，利用该含铜废料可生产硝酸铜晶体[Cu(NO3)2·3H2O]，生产的工艺流程如图所示：回答下列问题：(1)“焙烧”过程发生反应的化学方程式为________________________________________________________________________________________________________________________________。[考查Cu及化合物的性质](2)“酸化”过程中的离子方程式为________________________________________________________________________。[考查CuO的性质](3)若试剂a为Zn，则“置换”的离子方程式为_________________________________________________________________________________________，滤液中溶质的化学式是________。[考查Cu的制备](4)“反应”一步中运用20%HNO3和10%H2O2，整个过程无红棕色气体产生，则发生反应的化学方程式为______________________________________________________________________。[考查Cu制备Cu(NO3)2的方法][答案](1)2CuS＋3O2eq\o(=,\s\up10(△))2CuO＋2SO2,2Cu＋O2eq\o(=,\s\up10(△))2CuO(2)CuO＋2H＋=Cu2＋＋H2O(3)Zn＋Cu2＋=Cu＋Zn2＋