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铜及其化合物 用途广泛的金属材料
[最新考纲]
1.了解铜及其重要化合物的主要性质及其应用。
2.了解常见金属活动性顺序及金属的冶炼。
3.了解合金的概念及其重要应用。
……………………………………[知识网络]……………………………………
考点一 铜及其化合物
[知识梳理]
1．铜的性质
(1)物理性质：紫红色固体，有良好的延展性、导电、导热性，不能被磁铁吸引。
(2)化学性质：
反应物质 化学方程式
非金属 O2 2Cu＋O22CuO
S 2Cu＋SCu2S
Cl2 Cu＋Cl2CuCl2
氧化性酸 浓H2SO4 Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O
浓HNO3 Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
稀HNO3 3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
盐溶液 AgNO3溶液、FeCl3溶液 Cu＋2AgNO3===Cu(NO3)2＋2AgCu＋2FeCl3===CuCl2＋2FeCl2
2． 氧化铜和氧化亚铜
名称 氧化铜 氧化亚铜
颜色 黑色 砖红色
与酸反应(H＋) CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O
与H2反应 CuO＋H2Cu＋H2O Cu2O＋H22Cu＋H2O
转化关系 4CuO2Cu2O＋O2↑
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
4．铜盐
(1)Cu2(OH)2CO3的名称为碱式 ( http: / / www.21cnjy.com )碳酸铜，是铜绿的成分，是铜在潮湿的空气中被锈蚀的结果，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 ( http: / / www.21cnjy.com )蓝矾、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遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O)，可作为水的检验依据。
(3)铜盐溶液有毒，主要是因为Cu2＋作为 ( http: / / www.21cnjy.com )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。
[知识精讲]
命题点1　铜的两种重要氧化物(CuO、Cu2O)
1．氧化铜和氧化亚铜的比较
名称 氧化铜 氧化亚铜
颜色 黑色 砖红色
与酸反应(H＋) CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O
与H2反应 H2＋CuOCu＋H2O H2＋Cu2O2Cu＋H2O
转化关系 4CuO2Cu2O＋O2↑
2．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
[典题示例]
1．已知CuO经高温灼烧生成Cu2O，Cu2O与H＋发生：
Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O。
将经高温灼烧后的CuO样品投入足量的热的稀硝酸溶液中，下列有关说法中正确的是(　　)
A．如果溶液变为蓝色、同时有紫红色固体出现，说明样品全部生成了Cu2O
B．溶液中最终可能有紫红色固体出现
C．这种实验的结果无法说明CuO分解的程度
D．如果溶液中出现蓝色，最终没有紫红色固体出现，说明CuO没有分解
解析：选C　若误认为Cu不 ( http: / / www.21cnjy.com )与热的稀硝酸反应会造成错选D。如果样品部分生成了Cu2O，也会有类似现象发生，即这种实验的结果无法说明CuO分解的程度，A项错误、C项正确；由于Cu能够与热的稀硝酸反应，所以不论CuO是否完全分解，溶液中最终不可能有紫红色固体出现，B项不正确、D项错误。
2．已知酸性条件下有如下反应：2Cu＋ ( http: / / www.21cnjy.com )===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Cu
B．是Cu2O
C．一定有Cu，一定有Cu2O
D．一定有Cu2O，可能有Cu
解析：选D　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。
3． 铜是生命必需的元素，也是人类最早使用的金属之一，铜的生产和使用对国计民生各个方面都产生了深远的影响，请完成(1)～(3)题：
(1)在西汉古籍中曾有记载：曾青得铁则化为铜[即曾青(CuSO4)跟铁反应生成铜]。试写出该反应的化学方程式：
________________________________________________________________________。
(2)铜器表面有时会生成铜绿，请写 ( http: / / www.21cnjy.com )出生成铜绿的化学方程式：________________________________________________________________________，
这层铜绿可以用化学方法除去。试写出除去铜绿而 ( http: / / www.21cnjy.com )不损伤器物的化学方程式：________________________________________________________________________。
(3)铜钱在历史上曾经是一 ( http: / / www.21cnjy.com )种广泛流通的货币。试从物理性质和化学性质的角度分析为什么铜常用于制造货币：_____________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(铜的熔点是1 183.4 ℃，铁的熔点是1 534.8 ℃)
答案　(1)Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu
(2)2Cu＋O2＋H2O＋CO2===Cu2(OH)2CO3
Cu2(OH)2CO3＋4HCl===2CuCl2＋CO2↑＋3H2O21世纪教育网
(3)选择铜做货币是因为铜的熔点比较低，容易冶炼铸造成型；铜的化学性质比较稳定，不易被腐蚀
解析　(2)2Cu＋O2＋H2O＋CO ( http: / / www.21cnjy.com )2===Cu2(OH)2CO3；要除去铜器表面的铜绿，考虑选择盐酸，因盐酸不和铜反应，且盐酸具有挥发性。化学反应方程式如下：
Cu2(OH)2CO3＋4HCl===2CuCl2＋CO2↑＋3H2O。
(3)根据题给信息以及做货币的实际要求，选择铜做货币是因为铜的熔点比较低，容易冶炼铸造成型；铜的化学性质比较稳定，不易被腐蚀。
命题点2　废铜的利用
[典题示例]
某课外研究小组，用含有较多杂质的铜粉，通过不同的化学反应精制CuO，其设计的实验过程为
(1)杂铜经灼烧后得到的产物是氧化铜及少量铜的混合物，灼烧后含有少量铜的可能原因是________(填字母序号)。
a．灼烧过程中部分氧化铜被还原
b．灼烧不充分铜未被完全氧化
c．氧化铜在加热过程中分解生成铜
d．该条件下铜无法被氧气氧化
(2)由粗制氧化铜通过两种途径制取 ( http: / / www.21cnjy.com )纯净CuO，与途径Ⅰ相比，途径Ⅱ有明显的两个优点是______________________________________________________________________。
答案　(1)ab
(2)耗酸少；无污染性气体SO2产生
解析　(1)灼烧后含有少量铜，其原因可能是灼烧不充分，铜未被完全氧化，也可能是灼烧过程中部分氧化铜被还原。
(2)根据途径Ⅰ的反应方程式Cu＋2H2 ( http: / / www.21cnjy.com )SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O和途径Ⅱ的反应方程式2Cu＋O2＋2H2SO42CuSO4＋2H2O，可以看出途径Ⅱ的优点是①产生等量的CuSO4，比途径Ⅰ消耗硫酸少；②途径Ⅱ不产生污染大气的气体SO2。
反思归纳
废铜综合利用的常见流程框图模式
命题点3 铜的冶炼方法
[典题示例]
1．Cu2S是火法炼铜的重要原料之一，下面是由Cu2S冶炼铜及制取CuSO4·5H2O的流程图。
Cu2SCu Cu2O、CuOAB胆矾
Cu2S中铜元素的化合价为________________，火法炼铜的反应原理是________________________________________________________________________
(用化学方程式表示)。
解析：Cu2S中铜元素的化合价为＋1； ( http: / / www.21cnjy.com )Cu2S在加热条件下与O2反应生成Cu，依据氧化还原反应的实质判断硫元素对应的产物是SO2。反应方程式为：Cu2S＋O22Cu＋SO2。
答案：＋1　Cu2S＋O22Cu＋SO2
2．孔雀石的主要成分为Cu2(OH)2CO3。某同学设计的从孔雀石中冶炼铜的方案如下(假设孔雀石中杂质不溶于水和稀硫酸)：
( http: / / www.21cnjy.com )
(1)反应①能观察到的现象是________________________________________，
有关反应的化学方程式为________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)反应②加入的金属可能是________，有关反应的离子方程式为_____________。
解析：孔雀石中加入稀硫酸可看到孔雀石逐 ( http: / / www.21cnjy.com )渐溶解，溶液由无色变为蓝色，且有气泡产生；反应的化学方程式为Cu2(OH)2CO3＋2H2SO4===2CuSO4＋CO2↑＋3H2O。经过滤除去难溶于水和稀硫酸的杂质，则滤液中主要含有CuSO4，加入的金属粉末能将Cu2＋从溶液中置换出来即可，故金属可能是Fe或Zn等。
答案：(1)固体逐渐消失，溶液由无色变成蓝色，有气泡产生　Cu2(OH)2CO3＋2H2SO4===2CuSO4＋CO2↑＋3H2O
(2)铁粉　Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu
[方法技巧]
铜的冶炼“三方法”
(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＋4O2Cu2S＋3SO2＋2FeO(炉渣)
2Cu2S＋3O22Cu2O＋2SO2
2Cu2O＋Cu2S6Cu＋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。
(3)生物炼铜：“吃岩石的细菌”能耐受铜盐的毒性，并能利用空气中的氧气氧化硫化亚铜矿石，然后把不溶性的硫化铜转化为可溶性的硫酸铜。
生物炼铜的优点：a.成本低；b.污染小；c.反应条件简单；d.含量(品位)很低的矿石也可以被利用。
[当堂达标]
1．判断下列描述的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)Cu2(OH)2CO3是铜锈的主要成分，在干燥的空气中不易生成。(　　)
(2)过量的铜与浓硝酸反应一定没有一氧化氮生成。(　　)
(3)利用无水硫酸铜遇水变成蓝色这一性质，来检验水的存在。(　　)
(4)将铁片置于CuSO4溶液中，铁片上有红色物质析出，说明铁比铜活泼。(　　)
答案：(1)√　(2)×　(3)√　(4)√
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
解析：选D　铜与浓H2SO4反应后仍有大量 ( http: / / www.21cnjy.com )浓H2SO4，不能把水加入到反应器中，否则发生危险，A错误；Cu与Cl2常温下不反应，需要加热才能发生反应，B错误；CuCl2水解生成的HCl易挥发，加热蒸干CuCl2得不到无水CuCl2固体，C错误。
3.(2012·山东高考T28)工业上由黄铜矿(主要成分CuFeS2)冶炼铜的主要流程如下：
( http: / / www.21cnjy.com )
(1)写出用电解法冶炼钠和铝的化学方程式________________________________，
________________________________________________________________________。
(2)工业上冶炼铁用的还原剂是什么？写出反应的化学方程式。__________________
(3)由泡铜(Cu2O、Cu)冶炼粗铜的化学方程式是____________________________
________________________________________________________________________。
(4)已知Cu2O能与稀H2SO4反应 ( http: / / www.21cnjy.com )生成CuSO4和Cu，泡铜中的Cu2O和Cu均是红色物质，如何通过实验鉴别Cu2O与Cu？________________________________________。
(5)冰铜(mCu2S·nFeS)中铜元 ( http: / / www.21cnjy.com )素的化合价是多少？将冰铜中的Cu2S在O2中灼烧能冶炼出铜，试写出该反应的化学方程式：__________________________。
(6)由粗铜电解精炼铜时，粗铜接电源的正极还是负极？
______________________________。
(7)设计由粗铜、浓H2SO4、水等物质制备CuSO4的实验方案：___________________。
答案：(1)2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
(2)CO　3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2
(3)3Cu2O＋2Al6Cu＋Al2O3
(4)将少量红色物质放入稀H2SO4中，若溶液变成蓝色，说明红色物质为Cu2O，若溶液不变蓝，则红色物质为Cu
(5)＋1价　Cu2S＋O22Cu＋SO2
(6)电解精炼铜时，粗铜作阳极(接电源正极)，纯铜作阴极，CuSO4溶液作电解质溶液
(7)由粗铜制备CuSO4的实验流程为
CuCuOCuSO4
考点二 合金和常见的金属材料
[知识梳理]
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。
(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。
2． 常见金属材料
(1)重要的黑色金属材料——钢
钢是用量最大、用途最广的合金。
钢
(2)几种有色金属材料
( http: / / www.21cnjy.com )
[知识精讲]
1．(2013·重庆高考)航母螺旋桨主要由铜－铝合金制造。
80．0 g Cu Al合金用盐酸完全溶解后 ( http: / / www.21cnjy.com )，在溶液中加入过量氨水，过滤后得到白色沉淀39.0 g，则合金中Cu的质量分数为________。
解析：反应过程为：Al(OH)3↓故39.0 g为Al(OH)3的质量。因此合金中m(Al)＝×27 g·mol－1＝13.5 g，合金中铜的质量分数为：×100%≈83.1%。
答案：83.1%
2．(2014·北京高考)碳、硫的含量影响钢铁性能。碳、硫含量的一种测定方法是将钢样中碳、硫转化为气体，再用测碳、测硫装置进行测定。
(1)采用装置A，在高温下将x克钢样中碳、硫转化为CO2、SO2。
①气体a的成分是________。
②若钢样中硫以FeS形式存在，A中反应：3FeS＋5O2
1________＋3________。
(2)将气体a通入测硫装置中(如图)，采用滴定法测定硫的含量。
①H2O2氧化SO2的化学方程式：_________________________________________
________________________________________________________________________。
②用NaOH溶液滴定生成的H2SO4，消 ( http: / / www.21cnjy.com )耗z mL NaOH溶液。若消耗 1 mL NaOH溶液相当于硫的质量为y克，则该钢样中硫的质量分数：________。
(3)将气体a通入测碳装置中(如图)，采用重量法测定碳的含量。
①气体a通过B和C的目的是_________________________________________。
②计算钢样中碳的质量分数，应测量的数据是________。
解析：(1)①根据题给信息可知气体 ( http: / / www.21cnjy.com )a的成分为CO2、SO2和过量的O2。②根据原子守恒和得失电子守恒配平方程式得：3FeS＋5O2Fe3O4＋3SO2。(2)①过氧化氢具有氧化性，二氧化硫具有还原性，二者发生氧化还原反应生成硫酸。②消耗1 mL NaOH 溶液相当于硫的质量为y g，则消耗x mL NaOH 溶液相当于硫的质量为yz g，所以钢样中硫的质量分数为。(3)①整个装置要准确测定CO2的质量，故需要排除干扰气体SO2，由题给装置可知，活性二氧化锰的作用是除去气体a中的SO2，重铬酸钾和浓硫酸的作用是检验SO2是否除尽。②通过测量二氧化碳吸收瓶吸收CO2前、后的质量计算出钢样中碳的质量分数。
答案：(1)①O2、SO2、CO2　②Fe3O4　SO2
(2)①H2O2＋SO2===H2SO4　②
(3)①排除SO2对CO2测定的干扰　②吸收CO2前、后吸收瓶的质量
[方法技巧]
定量测定合金组成与含量的两种方法
(1)定量集气法：
定量集气法是指收集合金中某种物质溶于酸或碱溶液时所产生的气体的量，应用化学方程式或关系式来判断合金的组
成。其原理的关键点是根据某组分的特殊 ( http: / / www.21cnjy.com )性质(特别是与酸或碱反应能产生气体)，其操作要点和注意事项有：保证装置的气密性良好，注意收集气体的读数方法。
(2)沉淀法：
沉淀法测定物质含量是常用的一种方法，采 ( http: / / www.21cnjy.com )用沉淀法时，涉及的基本实验操作和主要问题有：称量、溶解(溶解试剂)、沉淀(重点是沉淀试剂的选择)、过滤、沉淀洗涤、沉淀的干燥、称量及数据的处理(包括测定结果的误差分析)。
[当堂达标]
1．判断下列描述的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)铝合金的熔点比纯铝的高。(　　)
(2)合金材料中不可能含有非金属元素。(　　)
(3)云南鲁甸地震灾区重建使用了大量钢材，钢材是合金。(　　)
(4)合金中的金属元素以化合物的形式存在。(　　)
(5)合金中各元素的含量一定，所以合金是纯净物。(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　(5)×
2．将下列合金与其用途连线
①青铜　　　　　　　　　　 A．不锈钢
②铬镍合金 B．司母戊鼎
③低碳钢 C．门窗框架
④铝合金 D．钢丝、钢管
答案：①—B，②—A，③—D，④—C
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．①②③⑤
C．①②④ D．①②④⑤
答案　B
考点三 金属的冶炼
[知识梳理]
1．金属在自然界中的存在形式
金、铂等化学性质不活泼的金属，在自然界以游离态存在；化学性质较活泼的金属在自然界中以化合态存在。
2．金属冶炼的一般步骤
(1)富集：除去杂质，提高矿石中有用成分的含量。
(2)冶炼：利用氧化还原反应，用还原剂把金属矿石中的金属离子还原成金属单质。
(3)精炼：提纯金属。
3． 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。
4． 金属冶炼方法
(1)热分解法
例如：2HgO2Hg＋O2↑，2Ag2O4Ag＋O2↑。
用热分解冶炼法冶炼金属的特点：金属元素的金属性弱，金属元素的原子不易失去电子，其金属离子容易得到电子，该金属元素所形成的化合物稳定性较差。
(2)热还原法冶炼金属
①焦炭还原法。例如：C还原ZnO、CuO，其化学方程式依次为C＋2ZnO2Zn＋CO2↑，C＋2CuO2Cu＋CO2↑。
②一氧化碳还原法。例如：CO还原Fe2O3、CuO，其化学方程式依次为3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2，CO＋CuOCu＋CO2。
③氢气还原法。例如：H2还原WO3、Fe3O4，其化学方程式依次为3H2＋WO3W＋3H2O,4H2＋Fe3O43Fe＋4H2O。
④活泼金属还原法。例如：Al ( http: / / www.21cnjy.com )还原Cr2O3、V2O5，其化学方程式依次为2Al＋Cr2O3Al2O3＋2Cr,10Al＋3V2O56V＋5Al2O3。
(3)电解法冶炼金属
例如：电解Al2O3、Mg ( http: / / www.21cnjy.com )Cl2、NaCl，其化学方程式依次为2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑，MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑，2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。
深度思考
1． 能否用电解AlCl3和MgO的方法冶炼Al、Mg
答案　不能。因为AlCl3是共价化合物，熔 ( http: / / www.21cnjy.com )融时无法电离出自由移动的离子，不导电；而MgO虽是离子化合物，但其熔点太高，熔融会消耗大量的电能，成本较高。
2． 铝是地壳中含量最高的金属元素，为什么人类对铝的使用比铁、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，故铝的发现和大量使用比铁、铜晚得多。
[知识精讲]
命题点1　金属冶炼的方法
[典题示例]
1．(2013·山东高考，节选)金属冶炼与处理常涉及氧化还原反应。
由下列物质冶炼相应金属时采用电解法的是________。
A．Fe2O3　　　　　　　　　 B．NaCl
C．Cu2S D．Al2O3
解析：选BD　非常活泼的金属，如Na、K、Mg、Al等，用电解的方法冶炼。
2．(2014·天津高考，节选)已知：
化合物 MgO Al2O3 MgCl2 AlCl3
类型 离子化合物 离子化合物 离子化合物 共价化合物
熔点/℃ 2 800 2 050 714 191
工业制镁时，电解MgCl2 而不电解MgO的原因是__________________________
________________________________________________________________________；
制铝时，电解Al2O3而不电解AlCl3的原因是________________________________
________________________________________________________________________；
解析：MgO和MgCl2均为离子化合物，但MgO的熔点太高，熔融时需要消耗大量能量，故使用熔点较低的MgCl2。
AlCl3属于共价化合物，熔融时不导电，故不能用电解AlCl3的方法冶炼Al。
答案：MgO的熔点高，熔融时耗费更多能源，增加生产成本　AlCl3是共价化合物，熔融态难导电
[方法技巧]
金属冶炼三方法
1．电解法
在金属活动性顺序中Al之前(含铝)的金属，用电解的方法冶炼。
如电解熔融 NaCl 制 Na，电解熔融 MgCl2制镁，电解熔融 Al2O3制铝。
2．热还原法
在金属活动性顺序中，Al之后，Cu之前(含Cu)的金属一般用还原法冶炼。常使用的还原剂有焦炭、CO和H2。
用焦炭作还原剂冶炼的金属会混 ( http: / / www.21cnjy.com )有一定量的碳，如钢铁。用CO作还原剂时产物的纯度较高，但CO有毒，污染环境。用H2作还原剂时产物的纯度高、对环境无污染，但H2不易获得，且难以贮存和运输。
3．加热分解法
在金属活动性顺序中，Cu之后的金属(如Hg、Ag)一般可采用加热分解氧化物的方法冶炼。如加热HgO、Ag2O制得Hg、Ag。
归纳总结
(1)选择金属冶炼的方法要依据金 ( http: / / www.21cnjy.com )属在自然界中的存在形态和金属的活泼性。金属活动性顺序表中，金属的位置越靠后，越容易被还原；金属的位置越靠前，越难被还原。
(2)化学性质很稳定的金属如Au、Pt等，在自然界中呈游离态，用物理方法即可得到。
(3)有些活泼性很强的金属也可以用还原法来冶炼，如
Na＋KClK↑＋NaCl
2RbCl＋MgMgCl2＋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。
命题点2　铝热反应及应用
1．铝热反应
(1)原理：高温下铝将较不活泼的金属从其氧化物中还原出来。
(2)实验装置：铝粉还原氧化铁的实验装置：如图所示。
(3)实验现象：
①镁条剧烈燃烧，放出一定的热量，使氧化铁粉末和铝粉在较高温度下发生剧烈的反应。
②反应放出大量的热，并发出耀眼的强光。
③纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中。
④待熔融物冷却后，除去外层熔渣，仔细观察，可以发现落下的是铁珠。
(4)反应特点：
①高温条件。
②剧烈燃烧，放出大量的热。
③新生成的液态金属单质易与 Al2O3(固态)分离。
(5)引燃剂和铝热剂：
①引燃剂：镁条、氯酸钾。
②铝热剂：铝粉和金属氧化物(Fe2O3、Cr2O3、V2O5等)组成的混合物。
2．铝热反应的应用
(1)该反应为放热反应，铝在高温下还原出了 ( http: / / www.21cnjy.com )金属单质。在冶金工业上也常用这一原理制取熔点较高的金属，如铬、锰等，3MnO2＋4Al2Al2O3＋3Mn。
(2)该反应原理可以应用在生产上，如焊接钢轨等。
[典题示例]
1．(2014·山东高考，节选)用铝粉和Fe2O3做铝热反应实验，需要的试剂还有________。
A．KCl　　　　　　　　　　 B．KClO3
C．MnO2 D．Mg
取少量铝热反应所得的固体混合物，将其溶 ( http: / / www.21cnjy.com )于足量稀H2SO4，滴加 KSCN 溶液无明显现象，________(填“能”或“不能”)说明固体混合物中无Fe2O3，理由是________________________(用离子方程式说明)。
解析：做铝热反应的实验时，需要 K ( http: / / www.21cnjy.com )ClO3 作助燃剂，且用镁条引燃。固体混合物中若有Fe2O3，因发生反应：Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O和Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，Fe3＋转化为Fe2＋，KSCN溶液也不会变红。
答案BD　不能　Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O、Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋
2．粉末状试样A是由等物质的量的MgO和Fe2O3组成的混合物。进行如下实验：
①取适量A进行铝热反应，产物中有单质B生成；
②另取20 g A全部溶于0.15 L 6.0 mol/L盐酸中，得溶液C；
③将①中得到的单质B和溶液C反应，放出1.12 L(标准状况)气体，同时生成溶液D，还残留有固体物质B；
④用KSCN溶液检验时，溶液D不变色。
请填空：
(1)①中引发铝热反应的实验操作是_____________________________________，
产物中的单质B是________。
(2)②中所发生的各反应的化学方程式是_________________________________
________________________________________________________________________。
(3)③中所发生的各反应的离子方程式是___________________________________
________________________________________________________________________。
解析：(2)Fe2O3和MgO都是碱性氧化物，能与酸反应生成盐和水：
Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O
MgO＋2HCl===MgCl2＋H2O。
(3)混合物中只有Fe2O3能和A ( http: / / www.21cnjy.com )l发生铝热反应并生成铁单质。C溶液中有反应生成了FeCl3，还有未反应的HCl，发生的离子反应为Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑，Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋。
答案：(1)加少量KClO3，插上镁条并将其点燃　Fe
(2)Fe2O3＋6HCl===2FeCl3＋3H2O、
MgO＋2HCl===MgCl2＋H2O
(3)Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑、
Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋
[当堂达标]
1．判断下列描述的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)(2012·重庆高考)钢铁厂用热还原法冶炼铁。(　　)
(2)(2012·广东高考)工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al涉及氧化还原反应。(　　)
(3)电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液时，阴极上依次析出Cu、Fe、Al。(　　)
(4)电解氯化镁溶液制取金属镁。(　　)
(5)用金属钠置换四氯化钛(TiCl4)溶液中的钛来制取单质钛。(　　)
(6)将MgO与铝粉混合发生铝热反应制备镁。(　　)
答案：(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×
2．某同学对“铝热反应”的现象有这样 ( http: / / www.21cnjy.com )的描述：“反应放出大量的热，并放出耀眼的光芒”、“纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中”。查阅《化学手册》知：Al、Al2O3、Fe、Fe2O3的熔点、沸点数据如下：
物质 Al Al2O3 Fe Fe2O3
熔点/℃ 660 2 054 1 535 1 462
沸点/℃ 2 467 2 980 2 750
(1)该同学推测，铝热反应所得到的熔融 ( http: / / www.21cnjy.com )物应是铁铝合金。理由是：该反应放出的热量使铁熔化，而铝的熔点比铁低，此时液态的铁和铝熔合形成铁铝合金。你认为他的解释是否合理：________(填“合理”或“不合理”)。
(2)设计一个简单的实验 ( http: / / www.21cnjy.com )方案，证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝。该实验所用试剂是________，反应的离子方程式为___________________________________________。
(3)实验室溶解该熔融物，下列试剂中最好的是________(填序号)。
A．浓硫酸　　　　　　　 B．稀硫酸
C．稀硝酸 D．氢氧化钠溶液
解析：(1)这种解释是合理的，它体现了铝热反应的特点之一——放热较多，并且结合了表格中提供的熔点数据。
(2)证明某固体是不是含有铝，只要 ( http: / / www.21cnjy.com )加入足量的NaOH溶液即可，若含有铝，则固体部分溶解，有气泡产生。相应的离子方程式为2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑。
(3)铁铝熔融物在一定条 ( http: / / www.21cnjy.com )件下与浓硫酸或稀硝酸反应，会产生有毒气体，而且消耗的两种酸量又多；熔融物中铁不能与氢氧化钠溶液反应，故最好选用稀硫酸。
答案：(1)合理　(2)NaOH溶液
2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑　(3)B
[巩固训练]
1． 下列说法错误的是 (　　)
A．工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al涉及氧化还原反应 (2012·广东理综，10B)
B．四川灾区重建使用了大量钢材，钢材是合金 (2009·广东，5②)
C．金属材料都是导体，非金属材料都是绝缘体 (2008·山东理综，9A)
D．合金材料中可能含有非金属元素 (2009·山东理综，9A)
答案　C
2．工业上一般不用电解法生产的物质是(　　)
A．生铁 B．铝
C．烧碱 D．精铜
解析：选A　工业上用电解熔融Al2 ( http: / / www.21cnjy.com )O3的方法冶炼铝，用电解饱和食盐水的方法制备NaOH，用粗铜作阳极，纯铜作阴极，CuSO4溶液作电解质溶液，电解精炼铜，工业上冶炼生铁是用CO作还原剂，高温下还原Fe2O3的方法。
3．镁铝合金质优体轻，又不易锈蚀，大量用于航空工业、造船工业、日用化工等领域。下列关于镁铝合金的性质的叙述中正确的是(　　)
A．此合金的熔点、硬度比镁和铝的熔点、硬度都高
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．此合金不能全部溶于过量FeCl3溶液中
解析：选B　合金的熔点一般低于它的成分金属，A错误；镁铝合金具有镁、铝的化学性质，只有B正确。
4．下列制备金属单质的方法或原理正确的是(　　)
A．在高温条件下，用H2还原MgO制备单质Mg
B．在通电条件下，电解熔融Al2O3制备单质Al
C．在通电条件下，电解饱和食盐水制备单质Na
D．加强热，使CuO在高温条件下分解制备单质Cu
解析：选B　Mg的活泼性强，不能 ( http: / / www.21cnjy.com )用H2还原法制备Mg，而是用电解熔融MgCl2的方法制备，电解饱和食盐水得到NaOH而不是Na；CuO强热分解生成Cu2O而不是Cu。
5．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
解析：选C　A选项，CuO→Cu( ( http: / / www.21cnjy.com )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，铜表面不能形成致密的氧化膜，错误。
6．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，下表为四种金属的熔、沸点。
Na Cu Al Fe
熔点(℃) 97.5 1 083 660 1 535
沸点(℃) 883 2 595 2 200 3 000
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Cu
C．Fe和Na D．Al和Na
解析：选C　钠的沸点 883 ℃，而铁的熔点为 1 535 ℃，当铁熔化时，钠已汽化，二者不会形成合金。
7．(2015·宝鸡质检)已知下列转化关系中，M、N均为单质，则M可能是(　　)
M＋NQQ溶液M＋N
A．Na B．Al
C．Fe D．Cu
解析：选D　Na、Al、F ( http: / / www.21cnjy.com )e均为活泼金属，电解相关溶液不能制取其单质；电解铜盐溶液可以生成铜单质，题给转化是：Cu＋Cl2―→CuCl2―→CuCl2溶液Cu和Cl2。
8．(2015·南昌模拟)工业上由含钒、铬和锰的矿物冶炼难熔的金属钒、铬和锰，通常采用的方法是(　　)
A．碳还原法
B．铝热法还原
C．直接加热法
D．盐的水溶液与活泼金属置换法
解析：选B　工业上用铝热法冶炼活泼性比Al差的、熔点较高的金属，如钒、铬、锰等。
9．在实验室里用铁屑、氧化铜、稀硫酸为原料制备单质铜，有下列两种途径：
①FeH2Cu
②CuOCuSO4Cu
若用这两种方法制得等量的铜，则下列有关说法符合实际情况的是(　　)
A．消耗氧化铜的质量相同
B．消耗铁的质量相同
C．消耗硫酸的质量相同
D．生成硫酸亚铁的质量相同
解析：选A　制备1 mol C ( http: / / www.21cnjy.com )u 需要 1 mol CuO，而H2还原 CuO 时需要先用 H2 排除体系内的空气，冷却时也需要继续通 H2，因此需要 H2 的量远大于 1 mol ，即消耗的Fe、H2SO4 均比第②种方法多。
10．现代建筑的门窗架常用电解加工成的古铜色 ( http: / / www.21cnjy.com )硬铝制造。取硬铝样品进行如下实验(每一步试剂均过量)，由此可以推知硬铝的组成可能为(提示：Si＋2OH－＋H2O===SiO＋2H2↑)(　　)
A．Al、Mg、Si、Zn B．Al、Fe、Zn、Na
C．Al、Na、Cu、Fe D．Al、Cu、Mg、Si、Mn
解析：选D　硬铝中一定含有Al，样品 ( http: / / www.21cnjy.com )加入足量稀盐酸后有难溶物存在，说明有金属活动性在H之后的金属或非金属存在，再加入浓NaOH溶液后有气体生成和难溶物存在，根据题目信息可知硬铝样品中含有Si，最终的难溶物为Cu，D项中含有上述三种物质
11． [2013·山东理综，28(1)(2)]金属冶炼与处理常涉及氧化还原反应。
(1)由下列物质冶炼相应金属时采用电解法的是________。
a．Fe2O3 b．NaCl c．Cu2S d．Al2O3
(2)辉铜矿(Cu2S) ( http: / / www.21cnjy.com )可发生反应：2Cu2S＋2H2SO4＋5O2===4CuSO4＋2H2O，该反应的还原剂是________。当1 mol O2发生反应时，还原剂所失电子的物质的量为________ mol。向CuSO4溶液中加入镁条时有气体生成，该气体是______________________________。
答案　(1)bd　(2)Cu2S　4　H2
解析　(1)Na、K、Mg、Al等活泼金属的冶炼均采用电解法，Fe、Cu的冶炼采用热还原法。
(2)在辉铜矿和H2SO ( http: / / www.21cnjy.com )4、O2的反应中，O2作氧化剂，所以1 mol O2得4 mol e－，还原剂也失去4 mol e－，Cu2＋＋2H2O===Cu(OH)2＋2H＋，Mg＋2H＋===Mg2＋＋H2↑，所以放出的气体应为H2。
12． (2013·广东理综，32)银铜合金广泛用于航空工业，从切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如下：
(1)电解精炼银时，阴极反应式为__ ( http: / / www.21cnjy.com )______；滤渣A与稀HNO3反应，产生的气体在空气中迅速变为红棕色，该气体变色的化学反应方程式为________________。
(2)固体混合物B的组成为__________；在生成固体B的过程中，需控制NaOH的加入量，若NaOH过量，则因过量引起的反应的离子方程式为____________。
(3)完成煅烧过程中一个反应的化学方程式：____CuO＋____Al2O3____CuAlO2＋________↑。
(4)若银铜合金中铜的质量分数为63.5 ( http: / / www.21cnjy.com )%，理论上5.0 kg废料中的铜可完全转化为________ mol CuAlO2，至少需要1.0 mol·L－1的Al2(SO4)3溶液________ L。
(5)CuSO4溶液也可用于制备胆矾，其基本操作是________、过滤、洗涤和干燥。
答案　(1)Ag＋＋e－===Ag　2NO＋O2===2NO2
(2)Al(OH)3、Cu(OH)2　Al(OH)3＋OH－===AlO＋2H2O
(3)4　2　4　O2
(4)50　25
(5)蒸发结晶
解析　根据电解原理、物质的性质及工艺流程、氧化还原反应、守恒计算等分析。
(1)电解精炼银时，阴极反应式为Ag＋＋e－===Ag。气体变色发生的反应为2NO＋O2===2NO2。
(2)固体B含有Cu(OH)2、Al(OH)3。若NaOH过量，则Al(OH)3会转化为NaAlO2。
(3)该反应为氧化还原反应，根据得失电子守恒、原子守恒确定缺项物质，然后配平化学方程式。
(4)生成CuAlO2的物质的量为＝50 mol，据Al元素守恒可知，至少需要Al2(SO4)3的物质的量为25 mol，则需溶液体积为25 L。
(5)CuSO4从饱和溶液中结晶生成CuSO4·5H2O(胆矾)，由CuSO4溶液制备胆矾需要的操作为蒸发结晶、过滤、洗涤和干燥。
13． [2012·天津理综，9(1)(2)(3)(4)]信息时代产生的大量电子垃圾对环境构成了极大的威胁。某“变废为宝”学生探究小组将一批废弃的线路板简单处理后，得到含70% Cu、25% Al、4% Fe及少量Au、Pt等金属的混合物，并设计出如下制备硫酸铜和硫酸铝晶体的路线：
请回答下列问题：
(1)第①步Cu与酸反应的离子方程式为_______________________________________
________________________________________________________________________；
得到滤渣1的主要成分为____________。
(2)第②步加H2O2的作用是__ ( http: / / www.21cnjy.com )____________，使用H2O2的优点是______________；调溶液pH的目的是使______________生成沉淀。
(3)用第③步所得CuSO4·5H2O制备无水CuSO4的方法是________________________。
(4)由滤渣2制取Al2(SO4)3·18H2O ，探究小组设计了三种方案：
( http: / / www.21cnjy.com )
上述三种方案中，________方案不可行，原因是_______________________________
________________________________________________________________________；
从原子利用率角度考虑，__________方案更合理。
答案　(1)Cu＋4H＋＋2NOCu2＋＋2NO2↑＋2H2O
或3Cu＋8H＋＋2NO3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O　Au、Pt
(2)将Fe2＋氧化为Fe3＋　不引入杂质，对环境无污染　Fe3＋、Al3＋
(3)加热脱水
(4)甲　所得产品中含有较多Fe2(SO4)3杂质　乙
解析　根据制备路线可知，Cu、Al、Fe、A ( http: / / www.21cnjy.com )u、Pt的混合物中加入稀H2SO4、浓硝酸，则可以将Cu、Al、Fe溶解，Au、Pt不溶解，所以滤渣1的主要成分为Au、Pt，滤液1中含有Cu、Fe、Al的离子。根据滤液2和CuSO4·5H2O可知，滤液2为CuSO4溶液，滤渣2中含有Fe(OH)3和Al(OH)3。
(1)第①步中Cu与酸发生的反应为Cu与浓 ( http: / / www.21cnjy.com )硝酸的反应：Cu＋4H＋＋2NOCu2＋＋2NO2↑＋2H2O或浓硝酸与稀硫酸的混合过程中硝酸变稀，发生的反应也可能为3Cu＋8H＋＋2NO3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O。根据分析可知滤渣1的主要成分为Pt、Au。
(2)第②步操作中加H2O2的目的是将Fe2 ( http: / / www.21cnjy.com )＋转化为Fe3＋，从而将Fe3＋转化为沉淀除去，防止对CuSO4晶体的制备产生干扰。H2O2的优点是还原产物为H2O，不引入杂质，同时对环境没有污染，调节pH的目的是将Fe3＋和Al3＋转化为沉淀而除去。
(3)用CuSO4·5H2O制 ( http: / / www.21cnjy.com )备无水CuSO4，只要除去结晶水即可。在加热过程中CuSO4发生水解，但是因为硫酸不挥发，所以最终得到的仍然是CuSO4，所以只要加热脱水即可。
(4)甲中制备的Al2(SO4)3晶体中含有Fe2(SO4)3。乙、丙两种方案中，乙方案的原子利用率更高。

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