第11讲 铜 金属矿物的开发利用（讲义）（原卷版）

第11讲铜金属矿物的开发利用目录考情分析网络构建考点一铜及其化合物【夯基·必备基础知识梳理】知识点1铜的性质知识点2氧化铜和氧化亚铜知识点3氢氧化铜知识点4铜盐知识点5铜及其化合物的性质应用【提升·必考题型归纳】考向1考查铜及其化合物的性质与应用考向2考查铜及其化合物的制备考点二金属矿物的开发利用【夯基·必备基础知识梳理】知识点1金属材料知识点2金属冶炼【提升·必考题型归纳】考向1合金性质与金属材料的应用考向2金属矿物的开发利用真题感悟考点要求考题统计考情分析铜及其化合物的性质与应用2023湖北卷18题，14分2022山东卷12题，4分2021湖北卷2题，3分从近三年高考试题来看,铜及其化合物的性质与应用和合金的组成、性质和应用仍是高考的命题点；只有浙江卷考查了金属矿物的开发利用。考查内容以金属及其化合物的性质、合金的性质、金属的冶炼、提纯以及在日常生活、生产中的应用为主。题型以选择题和化工流程题为主。预测新的一年高考可能会可能会在选择题中考查合金的性质和应用及金属矿物的开发利用,题目难度较小；在工艺流程图题中考查铜及其化合物的转化与应用,题目综合性较强,难度较大。金属矿物的开发利用2023湖南卷1题，3分2022广东卷1题，2分2021河北卷1题，3分考点一铜及其化合物知识点1铜的性质1.存在及位置：（1）存在：在自然界中铜大多数主要以硫化铜存在，主要是辉铜矿（Cu2S）、黄铜矿（CuFeS2）和斑铜矿（Cu5FeS4）。铜还以游离态的形式存在自然铜是一种\t"/item/%E8%87%AA%E7%84%B6%E9%93%9C/_blank"含铜矿石，成分是铜单质。（2）位置：铜位于元素周期表中第_____周期_____族，是人类最早使用的金属之一；铜元素是一种的变价金属元素（+1、+2）。2.结构铜（Cuprum）是一种金属元素，也是一种\t"/item/%E9%93%9C/_blank"过渡元素，化学符号Cu，英文copper，原子序数29，原子结构示意图为：3.物理性质：_____色固体，具有良好的延展性、导热性和导电性。4.化学性质①生成铜绿的化学方程式：2Cu＋O2＋CO2＋H2O=Cu2(OH)2CO3(_____色固体)。②Cu和S反应的化学方程式：2Cu＋Seq\o(=,\s\up7(△))Cu2S。③与浓硫酸共热的化学方程式：Cu＋2H2SO4(浓)eq\o(=,\s\up7(△))CuSO4＋SO2↑＋2H2O。④与稀硝酸反应的离子方程式：3Cu＋8H＋＋2NOeq\o\al(－,3)=3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。⑤与浓硝酸反应的离子方程式：Cu＋4H＋＋2NOeq\o\al(－,3)=Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O。⑥与FeCl3溶液反应的离子方程式：Cu＋2Fe3＋=2Fe2＋＋Cu2＋。5．铜的冶炼(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\up7(800℃))Cu2S＋3SO2＋2FeO(炉渣)2Cu2S＋3O2eq\o(==,\s\up7(1200℃))2Cu2O＋2SO22Cu2O＋Cu2Seq\o(==,\s\up7(1200℃))6Cu＋SO2↑(3)电解精炼铜：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_____作阳极，铜在阳极上失电子变为_____＋，用_____作阴极，Cu2＋在阴极上得电子生成_____。知识点2氧化铜和氧化亚铜1.氧化铜（1）物理性质：_____色_____溶于水的固体。（2）化学性质：与酸反应，可以用H2、CO、Al还原出Cu。①与酸反应(H＋):CuO＋2H＋=Cu2＋＋H2O②与H2反应:H2＋CuO__________;③与CO反应:CO＋CuO__________2.氧化亚铜（1）物理性质：_____色_____溶于水的固体。（2）化学性质：①与酸反应(H＋)为Cu2O＋2H＋=Cu＋Cu2＋＋H2O。②Cu2O遇到HNO3发生氧化反应生成Cu2＋。③与H2反应：Cu2O＋H2eq\o(=,\s\up11(△))2Cu＋H2O。④CuO加强热的反应：4CuOeq\o(=,\s\up7(高温))2Cu2O＋O2↑。知识点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：反应①的化学方程式：Cu(OH)2CuO＋H2O；反应②的离子方程式：Cu(OH)2＋2H＋=Cu2＋＋2H2O。反应③的化学方程式：RCHO+2Cu(OH)2+NaOHRCOONa+Cu2O↓+3H2O知识点4铜盐1.Cu2(OH)2CO3的名称为碱式碳酸铜，是铜绿的成分，是铜在潮湿的空气中被_____的结果，其受热分解的化学方程式为Cu2(OH)2CO32CuO＋H2O＋CO2↑。2.CuSO4·5H2O为蓝色晶体，俗称_____、胆矾，其受热分解的化学方程式为CuSO4·5H2OCuSO4＋5H2O，蓝色晶体受热转化为白色粉末。无水CuSO4遇水变_____色(生成CuSO4·5H2O)，可作为水的检验依据。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__________，因此人们利用这一性质用胆矾、熟石灰、水配成了波尔多液，用来杀灭植物的病毒。铜盐溶液有毒，主要是因为Cu2＋作为一种重金属离子能与蛋白质作用，使蛋白质变性失去生理活性，因此人们利用了它的这一性质用胆矾、熟石灰、水配成了波尔多液，用来杀灭植物的病毒。知识点5铜及其化合物的性质应用1.区别红色物质Cu和Cu2O的方法：向红色物质中加入稀硫酸，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。2.通常利用反应2Cu＋O22CuO除去混合气体中的少量O2。3.Cu与稀H2SO4不反应，但在通入O2的条件下，Cu可在稀H2SO4中逐渐溶解：2Cu＋O2＋2H2SO4=2CuSO4＋2H2O。4.无水硫酸铜只能作为检验水的试剂，不能作为水蒸气的吸收试剂而用于除杂。5.CuO用于有机化合物中的元素分析——李比希法将准确称量的样品置于一燃烧管中，经红热的氧化铜氧化后，再将其彻底燃烧成\t"/item/%E6%9D%8E%E6%AF%94%E5%B8%8C%E6%B3%95/_blank"二氧化碳和水，用纯的氧气流把它们分别赶入\t"/item/%E6%9D%8E%E6%AF%94%E5%B8%8C%E6%B3%95/_blank"烧碱石棉剂（附在石棉上粉碎的氢氧化钠）及\t"/item/%E6%9D%8E%E6%AF%94%E5%B8%8C%E6%B3%95/_blank"高氯酸镁的吸收管内，前者将排出的二氧化碳变为碳酸钠，后者吸收水变为含有结晶水的高氯酸镁，这两个吸收管增加的重量分别表示生成的二氧化碳和水的重量，由此即可计算样品中的碳和氢的含量。6.利用新制Cu(OH)2悬浊液检验有机化合物中含有的—CHO,如乙醛与Cu(OH)2反应的化学方程式:CH3CHO+2Cu(OH)2+NaOHCH3COONa+Cu2O↓+3H2O7.Cu用作醇催化氧化的催化剂。考向1考查铜及其化合物的性质与应用例1．（2023·山东淄博·校联考二模）探究铜与硝酸反应的生成时的硝酸浓度。如图所示，先通一段时间后关闭活塞K，将铜丝伸入溶液中，当A中气体变为无色时，上提铜丝，再将B中溶液稀释至，取，用的溶液滴定至终点时消耗(忽略硝酸的挥发、分解及溶液体积变化)。下列说法正确的是A．可用盛有溶液的洗气瓶进行尾气吸收B．铜与硝酸反应主要生成时的硝酸浓度不大于C．若不通，可能导致所得实验结果偏高D．若通过直接滴定A中剩余酸的量(掩蔽掉的干扰)进行求算，所得实验结果偏低【变式训练1】（2023·北京朝阳·统考二模）小组同学探究和物质A的反应，实验如下。装置序号物质A实验现象①溶液（调）铜粉溶解，溶液变为深棕色［经检验含]②溶液铜粉溶解，溶液变为蓝绿色③溶液（调）无明显变化下列分析不正确的是A．②中铜粉溶解的原因：B．①中产生的原因：时直接将还原为C．若向③中加入固体，推测铜粉会溶解D．①②③现象的差异不仅与物质氧化性(或还原性)强弱有关，也与反应速率有关【变式训练2】（2023·河北邢台·统考一模）中国古代涉及的“铜”文化丰富多彩。下列说法错误的是A．“青铜器时期”早于“铁器时期”的原因之一是铜比铁稳定B．诗句“庐山山南刷铜绿”中的“铜绿”借指的是的颜色C．铸造“铜钱儿”用的材料黄铜是单质铜D．“石胆化铁为铜”中涉及金属键的断裂【变式训练3】（2023·广东湛江·统考二模）部分含铜物质的分类与相应铜元素的化合价关系如图所示。下列说法正确的是A．a、d均易溶于水 B．b既有氧化性又有还原性C．常温下，f与单质硫反应生成e D．向固体c中通入H2S气体生成e考向2考查铜及其化合物的制备例2．（2023·山东济宁·统考一模）碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO3]是一种用途广泛的化工原料，实验室中以废铜屑为原料，制取碱式碳酸铜的流程如下。下列说法错误的是A．“加热”步骤可选用水浴加热B．“酸浸”产生的气体可用NaOH溶液吸收C．“滤液”中溶质的主要成分为D．可用盐酸和溶液检验“滤液”中是否有【变式训练】（2023·福建三明·统考模拟预测）实验室制取NO和固体，下列装置能达到实验目的的是A．用装置甲制取NO气体 B．用装置乙除去NO中少量的C．用装置丙收集NO气体 D．用装置丁灼烧得到考点二金属矿物的开发利用知识点1金属材料1．合金(1)概念：合金是指两种或两种以上的__________(或_______________)熔合而成的具有金属特性的物质。(2)成分：一种金属为主,另一种或几种是金属或非金属。即合金中一定含金属元素,可能含非金属元素(如钢中含碳)。(3)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_____；②硬度和强度：一般比它的各成分金属的_____。【特别提醒】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。合金一定是混合物。②常温下，多数合金是固，但钾、钠合金呈液态。③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，不是简单加和；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。(4)新型合金及重要应用①“蛟龙”号载人潜水器的耐压球壳用钛合金制造,利用了钛合金的硬度大、机械强度高、耐腐蚀等性质。②喷气式飞机的发动机叶片由镍钴合金制造,利用了其熔点高、耐高温的性质。2．常见金属材料及应用(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)黑色金属材料——钢铁①_____是用量最大、用途最广的合金。②钢eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(碳素钢\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(低碳钢：韧性、焊接性好，强度低,中碳钢：强度高，韧性及加工性好,高碳钢：硬而脆，热处理后弹性好)),合金钢：具有各种不同的优良性能，用于制不锈钢及各种特种钢))(3)有色金属材料——铜和铝①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、制造工艺简单、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))))②铜及铜合金eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(铜\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(性能：良好的导电性和导热性,用途：主要用于电器和电子工业、建筑业)),铜合金：青铜是我国使用最早的合金，常见的还有黄铜和白铜))【特别提醒】合金的组成与性质(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。合金一定是混合物。(2)常温下，多数合金是固态，但钾、钠合金呈液态。(3)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，不是简单加和；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。知识点2金属冶炼1.金属在自然界中的存在2.金属冶炼的实质金属的冶炼过程就是把金属从_____态还原为_____态的过程。即：Mn＋＋ne－=M(写反应通式，用M表示金属)。3.金属冶炼的一般步骤4.金属冶炼的方法——金属活动顺序与金属冶炼的关系①电解法：适合冶炼金属活动性很强的金属(一般指在金属活动性顺序中排在锌前面的金属)。工业上用电解法冶炼Na、Mg、Al的化学方程式分别为a．2NaCl(熔融)eq\o(=====,\s\up7(通电))2Na＋Cl2↑、b．MgCl2(熔融)eq\o(=====,\s\up7(通电))Mg＋Cl2↑、c．2Al2O3eq\o(=====,\s\up7(通电),\s\do5(冰晶石))4Al＋3O2↑。②热还原法：用还原剂(C、CO、H2、Al等)还原金属氧化物，适合较活泼的金属。a．CO还原Fe3O4：Fe3O4＋4COeq\o(=====,\s\up7(高温))3Fe＋4CO2；b．C还原ZnO：ZnO＋Ceq\o(=====,\s\up7(高温))Zn＋CO↑；c．H2还原WO3：WO3＋3H2eq\o(=====,\s\up7(高温))W＋3H2O。【注意】在高炉炼铁中，加入的还原剂是焦炭，但反应中真正作还原剂的是CO。③热分解法：适用于不活泼的金属，如Hg和Ag。由HgO冶炼Hg的化学方程式：2HgOeq\o(=====,\s\up7(△))2Hg＋O2↑；由Ag2O冶炼Ag的化学方程式：2Ag2Oeq\o(=====,\s\up7(△))4Ag＋O2↑。5.铝热反应实验原理Al和某些金属氧化物在高温下进行,反应迅速并放出大量的热,新生成的金属单质呈熔融态且易与Al2O3分离实验装置实验现象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\up11(高温),\s\do4())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【特别提醒】铝热反应的三个注意事项①铝热反应是在高温干态下进行的置换反应，铝只能与金属活动性顺序中排在铝之后的金属的氧化物反应。②铝热反应会放出大量的热(这一特性常出现在推断题中)。Mg条、KClO3的作用是产生高温，引发铝热反应。③铝热反应不能用来冶炼大量的金属铁、铜等(要考虑冶炼成本)。6.特殊金属的冶炼方法：有些很活泼的金属也可以用还原法来冶炼，如Na＋KCleq\o(=,\s\up11(850℃),\s\do4())K↑＋NaCl2RbCl＋Mgeq\o(=,\s\up11(700～850℃),\s\do4())MgCl2＋2Rb↑等，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。考向1合金性质与金属材料的应用例1．（2023·上海宝山·统考二模）关于生铁和钢的区别正确的是A．生铁属于纯净物，钢属于混合物 B．生铁比钢的含碳量更高C．生铁比钢弹性更好 D．生铁属于铁-碳合金，钢也是合金但不含碳【变式训练】（2021·辽宁·模拟预测）《考工记》：金(青铜)有六齐，六分其金而锡居一，谓之钟鼎之齐；五分其金而锡居一，谓之斧斤之齐；四分其金而锡居一，谓之戈戟之齐；三分其金而锡居一，谓之大刃之齐；五分其金而锡居二，谓之削杀矢之齐；金锡半，谓之鉴燧之齐。下列有关说法错误的是A．六齐是铜锡合金6种配比 B．大刃硬度大于斧斤C．六齐之金，日久也会有铜绿生成 D．依据铜锡不同比例可以配成黄铜考向2金属矿物的开发利用例1．（2023·河北邯郸·统考一模）“太空金属”钛广泛应用于新型功能材料等方面，工业上用钛铁矿(主要成分是TiO2，含少量FeO和Fe2O3)冶炼金属钛的工艺流程如图所示，下列说法正确的是A．基态钛原子核外有4个未成对电子B．金属Mg与TiCl4可在氮气气氛条件下进行反应C．步骤II加热可促进TiO2+的水解D．步骤III中可能发生的反应为TiO2+2Cl2+CTiCl4+CO【变式训练1】（2023·上海嘉定·统考一模）下列金属冶炼的反应原理，不恰当的是A．2NaCl(熔融) B．C． D．【变式训练2】（2023·山东烟台·统考二模）一种锰矿的主要成分为，杂质为、、MnS、FeS、CuS、NiS等。研究人员设计了如下流程制备金属锰，可能用到的数据见下表。开始沉淀pH7.6沉淀完全pH9.8下列说法正确的是A．“脱硫”过程中FeS发生反应：B．物质X为，滤渣Y为C．上述流程表明：，D．“电解”所得阳极产物均可循环利用