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第13讲　铜　金属冶炼
[目标速览]　1.了解铜单质及其重要化合物的性质、用途。2.了解常见金属的活动性顺序,了解常见金属的冶炼方法。
微考点　核心突破
考点1　铜及其化合物
　
知|识|梳|理
铜单质
铜的氧化物和氢氧化物
铜盐
4.铜的冶炼
(1)湿法反应方程式:___________________________________________________________。
(2)火法反应方程式:___________________________________________________________。
5.利用孔雀石制备CuSO4·5H2O晶体
孔雀石的主要成分为Cu2(OH)2CO3,还含少量铁的氧化物和硅的氧化物。实验室以孔雀石为原料制备CuSO4·5H2O晶体的流程如下:
(1)孔雀石中Cu2(OH)2CO3受热分解生成CuO、CO2和H2O,反应方程式为___________________________________________________________
___________________________________________________________。
(2)加入稀硫酸溶解时,发生反应CuO+H2SO4===CuSO4+H2O、Fe2O3+3H2SO4===________+3H2O。
(3)加入CuO调节溶液的pH=3.7,使溶液中的Fe3+转化为________沉淀而除去杂质。
(4)滤液经____________________________,过滤、洗涤、干燥得到CuSO4·5H2O晶体。
6.迁移“氢气还原氧化铜”的实验装置模型
(1)实验装置。
(2)各部分装置的作用。
装置 作用
A 制取H2
B 除去H2中混有的HCl(若采用稀硫酸制取氢气,无需使用该装置)
C 除去H2中混有的水蒸气(也可将B、C装置用盛有碱石灰的干燥管代替)
E 检验氢气还原氧化铜生成的水
F 防止外界空气中的水蒸气进入装置E中,干扰产物水的检验
(3)实验操作流程。
思维辨析
判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
1.CuO是黑色固体,与水反应生成Cu(OH)2。(　　)
2.将铜片置于干燥的空气中,不易被腐蚀。(　　)
3.CuSO4·5H2O失去结晶水属于物理变化。(　　)
4.常温下Cu和浓硫酸反应生成CuSO4。(　　)
5.过量的铜与浓硝酸反应一定没有一氧化氮生成。(　　)
知|识|对|练
角度一　铜及其化合物的性质和应用
1.中国三星堆出土了大量文物,如青铜面具、青铜大立人等。下列有关说法正确的是(　　)
A.铜在空气中主要发生析氢腐蚀
B.三星堆出土的青铜器上有大量铜锈,其主要成分为Cu2(OH)2CO3
C.用硝酸清洗铜器可以除去铜锈,保护铜器
D.青铜是铜中加入铅、锡制得的合金,其成分会加快铜的腐蚀
2.易县燕下都遗址出土的透雕龙凤纹铜铺首(如图)是战国时期青铜器,下列说法正确的是(　　)
A.青铜可保存在潮湿的环境中
B.铜单质具有比青铜更好的机械性能
C.铜的性质不活泼,故青铜不会生锈
D.铜被较早使用是因为铜的性质不活泼,易冶炼
角度二　铜及其化合物的制备
3.硫酸铜可用于消毒、制杀虫剂、镀铜等。实验小组制取CuSO4·5H2O晶体并进行其热分解的探究。回答下列问题:
探究Ⅰ:制取CuSO4·5H2O晶体。
小组同学设计了如下两种方案:
甲:将铜片加入足量浓硫酸中并加热。
乙:将铜片加入稀硫酸,控制温度为40~50 ℃,滴加双氧水。
(1)方案甲发生反应的化学方程式为____________________________________。反应结束后有大量白色固体析出,简述从中提取CuSO4·5H2O晶体的方法:___________________________________________________________
___________________________________________________________。
(2)方案乙发生反应Cu+H2SO4+H2O2===CuSO4+2H2O,该实验控制温度为40~50 ℃的原因是___________________________________________________________。
与方案甲相比,方案乙的主要优点有______________、______________(写出2条)。
探究Ⅱ:用以下装置(加热装置省略)探究CuSO4·5H2O晶体热分解的产物。
已知:CuSO4·5H2O脱水后升高温度,会继续分解成CuO和气体产物,气体产物可能含有SO3、SO2、O2中的1~3种。
(3)称取5.00 g CuSO4·5H2O于A中加热,当观察到A中______________(现象),可初步判断晶体已完全脱水并发生分解。加热一段时间后,A中固体质量为3.00 g,则此时A中固体的成分为______________。
(4)装置B中迅速生成白色沉淀,说明分解产物中有________,C装置的作用是________________________。
(5)理论上E中应收集到V mL气体,事实上收集到的气体体积偏小,可能的原因是_____________________________________________________(不考虑泄漏等仪器与操作原因)。
考点2　金属矿物的开发利用
　
知|识|梳|理
掌握金属矿物开发利用的方法
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________态还原为________态的过程,即__________________________(写反应通式,用M表示金属)。
4.金属冶炼的方法(用化学方程式表示)
微提醒　(1)电解法冶炼活泼金属使用的是熔融的金属盐或金属氧化物,而不是盐溶液。
(2)铜除了用热还原法冶炼外,还可以用湿法炼铜或电解法进行冶炼。
(3)冶炼Mg时只能电解MgCl2不能电解MgO(熔点太高)。
(4)冶炼Al时只能电解Al2O3不能电解AlCl3(共价化合物,熔融时不能发生电离,不导电)。加入冰晶石(Na3AlF6)的目的是降低Al2O3的熔点。
思维辨析
判断正误,正确的画“√”,错误的画“×”。
1.黄金的冶炼可用热分解法。(　　)
2.金属阳离子被还原一定会得到金属单质。(　　)
3.工业上通过电解MgCl2溶液制取Mg。(　　)
4.钠在自然界中不以游离态形式存在。(　　)
知|识|对|练
角度三　金属的开发和利用
4.下列金属材料中,最适合制造飞机外壳的是(　　)
A.镁铝合金 B.铜合金
C.碳素钢 D.铅锡合金
5.从石器时代、青铜器时代到铁器时代,金属的冶炼体现了人类文明的发展水平。如图表示了三种金属被人类开发利用的大致年限,之所以有先后,主要取决于(　　)
A.金属的化合价高低
B.金属的活动性强弱
C.金属的导电性强弱
D.金属在地壳中的含量多少
角度四　对金属冶炼原理的考查
6.明代《天工开物》中记载“火法”冶炼锌“炉甘石十斤,装载入一泥罐内……然后逐层用煤炭饼垫盛,其底铺薪,发火煅红……冷淀,毁罐取出……即倭铅也”(注:炉甘石的主要成分为碳酸锌,泥罐中掺有煤炭)。下列说法不正确的是(　　)
A.倭铅不是金属锌和铅的混合物
B.煤炭中起作用的主要成分是C
C.冶炼Zn的过程中有氧化还原反应发生
D.该冶炼锌的方法属于热分解法
7.下列有关金属的工业制法正确的是(　　)
A.制铜:火法炼铜,即将黄铜矿CuFeS2受热分解以获得铜单质
B.制铁:以铁矿石、焦炭、石灰石为原料,CO还原得铁
C.制镁:用海水为原料,经一系列过程制得氧化镁固体,H2还原得镁
D.制铝:从铝土矿制得氯化铝固体,再电解熔融的氯化铝得到铝
微充电　素养提升
流程桥梁——常考常新的过渡元素
　
【素材归纳】
一、Co、Ni及其化合物
钴和镍都是较稳定的金属,常温下在空气中能稳定存在,加热条件下可生成CoO、NiO。常见化合价为0、+2、+3。
化合价 +2价的Co和Ni +3价的Co和Ni
性质 中间价态,具有氧化性和还原性 具有强氧化性
主要表现氧化性,CoO在一定条件下可被H2、C或CO还原成单质钴 酸性环境中发生反应Co2O3+6HCl===2CoCl2+Cl2↑+3H2O、Ni2O3+6HCl===2NiCl2+Cl2↑+3H2O
表现还原性: ①Co(OH)2在空气中被缓慢地氧化为棕褐色的Co(OH)3。 ②Ni(OH)2在空气中较稳定,可采用强氧化剂在碱性条件下将其氧化 在酸性溶液中被还原,如在盐酸中2Co(OH)3+6HCl===2CoCl2+Cl2↑+6H2O、2NiO(OH)+6HCl===2NiCl2+Cl2↑+4H2O;在H2SO3溶液中2Co(OH)3+H2SO3+2H+===2Co2++S+5H2O、2NiO(OH)+H2SO3+2H+===2Ni2++S+3H2O
二、Ti、V、Cr、Mn及其化合物
元素 22Ti 23V 24Cr 25Mn
位置 第四周期第ⅣB族 第四周期第ⅤB族 第四周期第ⅥB族 第四周期第ⅦB族
常见化合价 +3、+4 +3、+4、+5 +3、+6 +2、+4、+7
1.钛(Ti)及其化合物的性质。
钛及
其化
合物
2.钒(V)及其化合物的性质。
钒及
其化
合物
3.铬(Cr)及其化合物的性质。
铬及
其化
合物
4.锰(Mn)及其化合物的性质。
锰及
其化
合物
　
【母题】　(1)(2024·浙江卷1月)酸性条件下,固体NaBiO3(微溶于水,其还原产物为无色的Bi3+)可氧化Mn2+与Mn,写出Mn2+转化为Mn的离子方程式:___________________________________________________________
___________________________________________________________。
(2)(2024·全国甲卷)控制溶液pH=5.0~5.5,加入适量的NaClO氧化Co2+生成Co(OH)3,其反应的离子方程式为___________________________________________________________
___________________________________________________________。
(3)(2024·河北卷)已知偏钒酸钙[Ca(VO3)2]难溶于水,65~70 ℃,在弱碱性环境下,偏钒酸钙浸在3%的NH4HCO3溶液中生成碳酸钙,发生反应的离子方程式为___________________________________________________________
___________________________________________________________。
(4)(2024·湖南卷)Cu2Se与H2O2、H2SO4发生反应,生成含有Cu2+和H2SeO3的溶液,写出反应的离子方程式___________________________________________________________
___________________________________________________________。
(5)(2024·江苏卷)向NdCl3溶液中加入(NH4)2CO3溶液,Nd3+可转化为Nd(OH)CO3沉淀。该反应的离子方程式为___________________________________________________________
___________________________________________________________。
(6)(2024·黑吉辽卷)含Na2[Zn(CN)4]的溶液经H2SO4酸化,[Zn(CN)4]2-转化为ZnSO4和HCN的化学方程式为___________________________________________________________
___________________________________________________________。
(7)(2022·广东卷)催化剂Cr2O3可由(NH4)2Cr2O7加热分解制备,反应同时生成无污染气体。完成化学方程式:
(NH4)2Cr2O7Cr2O3+________+________。
(8)(2021·全国乙卷)“酸溶”后,将溶液适当稀释并加热,TiO2+水解析出TiO2·xH2O沉淀,该反应的离子方程式是___________________________________________________________
___________________________________________________________。
(9)(2021·重庆卷)Cr(OH)3的性质与Al(OH)3相似,则Cr(OH)3与NaOH溶液反应的化学方程式为___________________________________________________________
___________________________________________________________。
(10)(2021·江苏卷)将一定量软锰矿粉(含MnO2及少量Fe、Al、Si、Ca、Mg等的氧化物)与Na2SO3溶液配成悬浊液,加入三颈瓶中,70 ℃下通过滴液漏斗缓慢滴加H2SO4溶液,充分反应。MnO2转化为Mn2+的离子方程式为___________________________________________________________
___________________________________________________________。
【衍生】　(2024·新课标卷)钴及其化合物在制造合金、磁性材料、催化剂及陶瓷釉等方面有着广泛应用。一种从湿法炼锌产生的废渣(主要含Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物)中富集回收得到含锰高钴成品的工艺如下:
已知溶液中相关离子开始沉淀和沉淀完全(c≤1.0×10-5 mol·L-1)时的pH:
Fe3+ Fe2+ Co3+ Co2+ Zn2+
开始沉淀的pH 1.5 6.9 - 7.4 6.2
沉淀完全的pH 2.8 8.4 1.1 9.4 8.2
回答下列问题:
(1)“酸浸”前废渣需粉碎处理,目的是________________;“滤渣1”中金属元素主要为________。
(2)“过滤1”后的溶液中加入MnO2的作用是________________。取少量反应后的溶液,加入化学试剂________检验________,若出现蓝色沉淀,需补加MnO2。
(3)“氧化沉钴”中氧化还原反应的离子方程式为___________________________________________________________、
___________________________________________________________。
(4)“除钴液”中主要的盐有________(写化学式),残留的Co3+浓度为________mol·L-1。
微真题　把握方向
　
考向一　铜及其化合物的性质
1.(2024·黑吉辽卷)某工厂利用铜屑脱除锌浸出液中的Cl-并制备Zn,流程如下。“脱氯”步骤仅Cu元素化合价发生改变。下列说法正确的是(　　)
锌浸出液中相关成分(其他成分无干扰)
离子 Zn2+ Cu2+ Cl-
浓度/(g·L-1) 145 0.03 1
A.“浸铜”时应加入足量H2O2,确保铜屑溶解完全
B.“浸铜”反应:2Cu+4H++H2O2===2Cu2++H2↑+2H2O
C.“脱氯”反应:Cu+Cu2++2Cl-===2CuCl
D.脱氯液净化后电解,可在阳极得到Zn
2.(2023·上海卷)战国时期人们用青铜浇铸塑形成各样的青铜器,青铜比纯铜更便于制成形态各异的容器的原因是(　　)
A.熔点低 B.密度大
C.硬度大 D.不易被腐蚀
3.(1)(2023·全国乙卷)胆矾表面出现白色粉末,发生的反应为CuSO4·5H2O===CuSO4+5H2O。(　　)
(2)(2022·海南卷)若仅用浓硫酸溶解固体Cu,将生成________(填化学式)污染环境;在H2O2存在下Cu溶于稀硫酸,反应的化学方程式为___________________________________________________________
___________________________________________________________。
(3)(2021·海南卷)在稀硫酸中加入少量Cu2O(s),溶液由无色变为蓝色并有红色固体生成,说明反应中Cu2O既作氧化剂又作还原剂。(　　)
考向二　胆矾的制取
4.(2021·全国甲卷)胆矾(CuSO4·5H2O)易溶于水,难溶于乙醇。某小组用工业废铜焙烧得到的CuO(杂质为氧化铁及泥沙)为原料与稀硫酸反应制备胆矾,并测定其结晶水的含量。回答下列问题:
(1)制备胆矾时,用到的实验仪器除量筒、酒精灯、玻璃棒、漏斗外,还必须使用的仪器有________(填字母)。
A.烧杯 B.容量瓶
C.蒸发皿 D.移液管
(2)将CuO加入适量的稀硫酸中,加热,其主要反应的化学方程式为________________,与直接用废铜和浓硫酸反应相比,该方法的优点是__________________________。
(3)待CuO完全反应后停止加热,边搅拌边加入适量H2O2,冷却后用NH3·H2O调pH为3.5~4,再煮沸10 min,冷却后过滤。滤液经如下实验操作:加热蒸发、冷却结晶、________、乙醇洗涤、________,得到胆矾。其中,控制溶液pH为3.5~4的目的是____________________________,煮沸10 min的作用是____________________________________。
(4)结晶水测定:称量干燥坩埚的质量为m1,加入胆矾后总质量为m2,将坩埚加热至胆矾全部变为白色,置于干燥器中冷却至室温后称量,重复上述操作,最终总质量恒定为m3。根据实验数据,胆矾分子中结晶水的个数为________(写表达式)。
(5)下列操作中,会导致结晶水数目测定值偏高的是________(填序号)。
①胆矾未充分干燥
②坩埚未置于干燥器中冷却
③加热时有少量胆矾迸溅出来
第13讲　铜　金属冶炼
微考点·核心突破
考点1
知识梳理
4.(1)Fe+CuSO4===Cu+FeSO4　(2)Cu2S+O22Cu+SO2
5.(1)Cu2(OH)2CO32CuO+CO2↑+H2O　(2)Fe2(SO4)3
(3)Fe(OH)3　(4)蒸发浓缩、冷却结晶
思维辨析
1.×　2.√　3.×　4.×　5.×
知识对练
1.B　解析　铜在空气中主要发生吸氧腐蚀,A项错误;铜锈的主要成分为Cu2(OH)2CO3,B项正确;铜可以和硝酸反应,用硝酸清洗铜器可以除去铜绿,但也会破坏铜器,C项错误;铅、锡比铜活泼,腐蚀反应中铜做正极,会减缓铜的腐蚀,D项错误。
2.D　解析　铜的化学性质不活泼,易冶炼,是较早被使用的金属,但在潮湿的环境中,铜可与空气中的H2O、CO2、O2反应而生锈,故A、C两项错误,D项正确;合金比纯金属具有更优良的物理、化学或机械性能,青铜比铜单质的机械性能好,B项错误。
3.答案　(1)Cu+2H2SO4(浓)SO2↑+CuSO4+2H2O　向蒸馏水中慢慢注入剩余液体,并用玻璃棒搅拌,蒸发浓缩,冷却结晶
(2)温度较低,反应速率慢;温度太高,H2O2分解,损耗大　原料利用率高　不产生污染(或其他合理答案)
(3)固体变为黑色　CuSO4和CuO　(4)SO3　检验是否有SO2生成
(5)在C装置中部分O2参与了氧化还原反应
解析　(2)H2O2受热易分解,故乙方案控制温度为40~50 ℃的原因是温度较低,反应速率慢;温度太高,H2O2分解,损耗大。与方案甲相比,方案乙的主要优点有原料利用率高、不产生污染、能耗低等。(3)若5.00 g CuSO4·5H2O完全失水为CuSO4,则CuSO4的质量为3.20 g,完全分解为CuO,则CuO的质量为1.60 g。加热一段时间后,A中固体质量为3.00 g,3.20 g>3.00 g>1.60 g,则此时A中固体的成分为CuSO4和CuO。(4)装置B中迅速生成白色沉淀,说明分解产物中有SO3,C装置可以盛放品红溶液,目的是检验是否有SO2生成。
考点2
知识梳理
1.正　3.化合　游离　Mn++ne-===M
4.MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑　2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑
3CO+Fe2O32Fe+3CO2　2HgO2Hg+O2↑
思维辨析
1.×　2.×　3.×　4.√
知识对练
4.A　解析　镁铝合金的密度小、强度大、机械性能好,适合于制造飞机外壳。故选A。
5.B　解析　因技术的不成熟,越活泼的金属越难冶炼,相反越不活泼的金属越易冶炼得到,金属利用的先后取决于金属的活动性强弱。
6.D　解析　A项,由题意可知,倭铅是指金属锌,不是锌和铅的混合物;B项,反应中C作还原剂,则煤炭中起作用的主要成分是C;C项,碳酸锌与碳在高温下反应生成锌和一氧化碳,有氧化还原反应发生;D项,该反应是利用碳还原碳酸锌生成锌单质,属于热还原法。
7.B　解析　黄铜矿(CuFeS2)中Fe元素的化合价为+2,工业上用黄铜矿冶炼铜的反应为8CuFeS2+21O28Cu+4FeO+2Fe2O3+16SO2,该反应不是分解反应,A项错误;工业上常用CO在高温下还原铁矿石炼铁3CO+Fe2O32Fe+3CO2,B项正确;工业上以海水为原料,经过一系列过程获得无水氯化镁,工业制镁是电解熔融氯化镁MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑,C项错误;因为氯化铝是共价化合物,熔融状态下氯化铝不电离,也不导电,工业制铝是电解熔融的氧化铝2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑,D项错误。
微充电·素养提升
母题　答案　(1)5NaBiO3+14H++2Mn2+===2Mn+5Bi3++7H2O+5Na+
(2)2Co2++5ClO-+5H2O===2Co(OH)3↓+Cl-+4HClO
(3)HC+OH-+Ca(VO3)2CaCO3+H2O+2V
(4)Cu2Se+4H2O2+4H+===2Cu2++H2SeO3+5H2O
(5)2Nd3++3C+H2O===2Nd(OH)CO3↓+CO2↑
(6)Na2[Zn(CN)4]+2H2SO4===ZnSO4+4HCN+Na2SO4
(7)N2↑　4H2O
(8)TiO2++(x+1)H2OTiO2·xH2O↓+2H+
(9)Cr(OH)3+NaOH===NaCrO2+2H2O
(10)MnO2+S+2H+===Mn2++S+H2O
衍生　答案　(1)增大固液接触面积,加快酸浸速率,提高浸取效率　Pb　(2)将溶液中的Fe2+氧化为Fe3+,以便在后续调pH时除去Fe元素
K3[Fe(CN)6]溶液　Fe2+　(3)3Co2+++7H2O===3Co(OH)3↓+MnO2↓+5H+　3Mn2++2+2H2O===5MnO2↓+4H+
(4)ZnSO4、K2SO4　10-16.7
解析　由题中信息可知,用硫酸处理含有Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物的废渣,得到含有Co2+、Zn2+、Fe2+、Fe3+、等离子的溶液,Pb元素的单质或氧化物与硫酸反应生成难溶的PbSO4,则“滤渣1”为“酸浸”时生成的PbSO4;向滤液中加入MnO2,将Fe2+氧化为Fe3+,然后加入ZnO调节pH=4,使Fe3+完全转化为Fe(OH)3,则“滤渣Ⅱ”的主要成分为Fe(OH)3,滤液中的金属离子主要是Co2+、Zn2+和Mn2+;最后“氧化沉钴”,加入强氧化剂KMnO4,将溶液中的Co2+氧化为Co3+,在pH=5时Co3+形成Co(OH)3沉淀,而KMnO4则被还原为MnO2,KMnO4还会与溶液中的Mn2+发生归中反应生成MnO2,得到Co(OH)3和MnO2的混合物,“除钴液”中主要含有ZnSO4、K2SO4。(1)在原料预处理过程中,粉碎固体原料能增大固体与液体的接触面积,从而加快酸浸的反应速率,提高浸取效率;“滤渣1”的主要成分为PbSO4,则“滤渣1”中金属元素主要为Pb。(2)酸浸液中含有Co2+、Zn2+、Fe2+、Fe3+、等离子。由题表中数据可知,当Fe3+完全沉淀时,Co2+未开始沉淀,而当Fe2+完全沉淀时,Co2+已有一部分沉淀,因此为了除去溶液中的Fe元素且Co2+不沉淀,应先将Fe2+氧化为Fe3+,然后调节溶液的pH使Fe3+完全水解转化为Fe(OH)3沉淀,因此,MnO2的作用是将Fe2+氧化为Fe3+,以便在后续调pH时除去Fe元素。常用K3[Fe(CN)6]溶液检验Fe2+,若生成蓝色沉淀,则说明溶液中仍存在Fe2+,需补加MnO2。(3)该过程发生两个氧化还原反应,根据分析中两个反应的反应物、产物与反应环境(pH=5),结合得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒可写出两个离子方程式3Co2+++7H2O===3Co(OH)3↓+MnO2↓+5H+、3Mn2++2+2H2O===5MnO2↓+4H+。(4)最终得到的“除钴液”中含有的金属离子主要是最初“酸浸”时与加入ZnO调pH时引入的Zn2+、加入KMnO4“氧化沉钴”时引入的K+,而阴离子是在酸浸时引入的,因此其中主要的盐有ZnSO4和K2SO4。当溶液pH=1.1时c(H+)=10-1.1 mol·L-1,Co3+恰好完全沉淀,此时溶液中c(Co3+)=1.0×10-5 mol·L-1,则c(OH-)==10-12.9 mol·L-1,则Ksp[Co(OH)3]=1.0×10-5×(10-12.9)3=10-43.7。“除钴液”的pH=5,即c(H+)=10-5 mol·L-1,则c(OH-)==10-9 mol·L-1,此时溶液中c(Co3+)== mol·L-1=10-16.7 mol·L-1。
微真题·把握方向
1.C　解析　铜屑中加入H2SO4和H2O2得到Cu2+,反应的离子方程式为Cu+2H++H2O2===Cu2++2H2O,再加入锌浸出液进行“脱氯”,“脱氯”步骤中仅Cu元素的化合价发生改变,得到CuCl固体,可知“脱氯”步骤发生反应的化学方程式为Cu2++Cu+2Cl-===2CuCl↓,过滤得到脱氯液,脱氯液净化后电解,Zn2+可在阴极得到电子生成Zn。
2.A　解析　青铜为铜、锡、铅等的合金,通常合金的熔点低于成分金属,因此青铜比纯铜更便于制成形态各异的容器,故选A。
3.答案　(1)√　(2)SO2　Cu+H2O2+H2SO4===CuSO4+2H2O　(3)√
4.答案　(1)AC
(2)CuO+H2SO4CuSO4+H2O　不会产生二氧化硫且产生等量胆矾消耗硫酸少(或硫酸利用率高)
(3)过滤　干燥　除尽铁,抑制硫酸铜水解　破坏氢氧化铁胶体,易于过滤
(4)　(5)①③
解析　(1)制备胆矾时,根据题干信息可知,需进行溶解、过滤、结晶操作,用到的实验仪器除量筒、酒精灯、玻璃棒、漏斗外,还必须使用的仪器有烧杯和蒸发皿,故选AC。(2)将CuO加入适量的稀硫酸中,加热,其主要反应的化学方程式为CuO+H2SO4CuSO4+H2O;直接用废铜和浓硫酸反应生成硫酸铜、二氧化硫和水,与这种方法相比,将CuO加入适量的稀硫酸中,加热制备胆矾的实验方案具有的优点是不会产生二氧化硫且产生等量胆矾消耗硫酸少(或硫酸利用率高)。(3)硫酸铜溶液制硫酸铜晶体,操作步骤有加热蒸发、冷却结晶、过滤、乙醇洗涤、干燥;CuO中含氧化铁杂质,溶于硫酸后会形成铁离子,为使铁元素以氢氧化铁形成沉淀完全,需控制溶液pH为3.5~4,酸性环境同时还可抑制铜离子发生水解;操作过程中可能会生成氢氧化铁胶体,所以煮沸10 min,目的是破坏氢氧化铁胶体,使其聚沉,易于过滤。(4)称量干燥坩埚的质量为m1,加入胆矾后总质量为m2,将坩埚加热至胆矾全部变为白色,置于干燥器中冷却至室温后称量,重复上述操作,最终总质量恒定为m3。则水的质量是(m2-m3)g,所以胆矾(CuSO4·nH2O)中n值的表达式为∶=n∶1,解得n=。(5)①胆矾未充分干燥,导致所测m2偏大,根据n=可知,最终会导致结晶水数目测定值偏高,符合题意;②坩埚未置于干燥器中冷却,部分白色硫酸铜会与空气中的水蒸气结合重新生成胆矾,导致所测m3偏大,根据n=可知,最终会导致结晶水数目测定值偏低,不符合题意;③加热胆矾晶体时有晶体从坩埚中溅出,会使m3数值偏小,根据n=可知,最终会导致结晶水数目测定值偏高,符合题意。(共69张PPT)
第13讲
大单元二　金属及其化合物
铜　金属冶炼
目
标
速
览
1.了解铜单质及其重要化合物的性质、用途。2.了解常见金属的活动性顺序，了解常见金属的冶炼方法。
考点1　铜及其化合物
微考点/核心突破
第一部分
1.铜单质
2.铜的氧化物和氢氧化物
3.铜盐
4.铜的冶炼
(1)湿法反应方程式：___________________________。
(2)火法反应方程式：___________________________。
Fe+CuSO4===Cu+FeSO4
5.利用孔雀石制备CuSO4·5H2O晶体
孔雀石的主要成分为Cu2(OH)2CO3，还含少量铁的氧化物和硅的氧化物。实验室以孔雀石为原料制备CuSO4·5H2O晶体的流程如下：
(1)孔雀石中Cu2(OH)2CO3受热分解生成CuO、CO2和H2O，反应方程式为_____________________________________。
(2)加入稀硫酸溶解时，发生反应CuO+H2SO4===CuSO4+H2O、Fe2O3+3H2SO4===_______________+3H2O。
(3)加入CuO调节溶液的pH=3.7，使溶液中的Fe3+转化为__________沉淀而除去杂质。
(4)滤液经_________________________，过滤、洗涤、干燥得到CuSO4·5H2O晶体。
Fe2(SO4)3
Fe(OH)3
蒸发浓缩、冷却结晶
6.迁移“氢气还原氧化铜”的实验装置模型
(1)实验装置。
(2)各部分装置的作用。
装置 作用
A 制取H2
B 除去H2中混有的HCl(若采用稀硫酸制取氢气，无需使用该装置)
C 除去H2中混有的水蒸气(也可将B、C装置用盛有碱石灰的干燥管代替)
E 检验氢气还原氧化铜生成的水
F 防止外界空气中的水蒸气进入装置E中，干扰产物水的检验
(3)实验操作流程。
思维辨析
判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。
1.CuO是黑色固体，与水反应生成Cu(OH)2。 ( )
2.将铜片置于干燥的空气中，不易被腐蚀。 ( )
3.CuSO4·5H2O失去结晶水属于物理变化。 ( )
4.常温下Cu和浓硫酸反应生成CuSO4。 ( )
5.过量的铜与浓硝酸反应一定没有一氧化氮生成。( )
角度一　铜及其化合物的性质和应用
1.中国三星堆出土了大量文物，如青铜面具、青铜大立人等。下列有关说法正确的是( )
A.铜在空气中主要发生析氢腐蚀
B.三星堆出土的青铜器上有大量铜锈，其主要成分为Cu2(OH)2CO3
C.用硝酸清洗铜器可以除去铜锈，保护铜器
D.青铜是铜中加入铅、锡制得的合金，其成分会加快铜的腐蚀
铜在空气中主要发生吸氧腐蚀，A项错误；铜锈的主要成分为Cu2(OH)2CO3，B项正确；铜可以和硝酸反应，用硝酸清洗铜器可以除去铜绿，但也会破坏铜器，C项错误；铅、锡比铜活泼，腐蚀反应中铜做正极，会减缓铜的腐蚀，D项错误。
解析
2.易县燕下都遗址出土的透雕龙凤纹铜铺首(如图)是战国时期青铜 器，下列说法正确的是( )
A.青铜可保存在潮湿的环境中
B.铜单质具有比青铜更好的机械性能
C.铜的性质不活泼，故青铜不会生锈
D.铜被较早使用是因为铜的性质不活泼，易冶炼
铜的化学性质不活泼，易冶炼，是较早被使用的金属，但在潮湿的环境中，铜可与空气中的H2O、CO2、O2反应而生锈，故A、C两项错误，D项正确；合金比纯金属具有更优良的物理、化学或机械性能，青铜比铜单质的机械性能好，B项错误。
解析
角度二　铜及其化合物的制备
3.硫酸铜可用于消毒、制杀虫剂、镀铜等。实验小组制取CuSO4·5H2O晶体并进行其热分解的探究。回答下列问题：
探究Ⅰ：制取CuSO4·5H2O晶体。
小组同学设计了如下两种方案：
甲：将铜片加入足量浓硫酸中并加热。
乙：将铜片加入稀硫酸，控制温度为40~50 ℃，滴加双氧水。
(1)方案甲发生反应的化学方程式为__________________________
_______________。反应结束后有大量白色固体析出，简述从中提取CuSO4·5H2O晶体的方法：___________________________________
____________________________________。
(2)方案乙发生反应Cu+H2SO4+H2O2===CuSO4+2H2O，该实验控制温度为40~50 ℃的原因是________________________________________
______________。
与方案甲相比，方案乙的主要优点有_________________________、_______________________________________ (写出2条)。
CuSO4+2H2O
向蒸馏水中慢慢注入剩余液体，并用玻璃棒搅拌，蒸发浓缩，冷却结晶
温度较低，反应速率慢；温度太高，H2O2分解，损耗大
原料利用率高
不产生污染(或其他合理答案)
探究Ⅱ：用以下装置(加热装置省略)探究CuSO4·5H2O晶体热分解的产物。
已知：CuSO4·5H2O脱水后升高温度，会继续分解成CuO和气体产物，气体产物可能含有SO3、SO2、O2中的1~3种。
(3)称取5.00 g CuSO4·5H2O于A中加热，当观察到A中____________ (现象)，可初步判断晶体已完全脱水并发生分解。加热一段时间后，A中固体质量为3.00 g，则此时A中固体的成分为_______________。
(4)装置B中迅速生成白色沉淀，说明分解产物中有 ，C装置的作用是 。
(5)理论上E中应收集到V mL气体，事实上收集到的气体体积偏小，可能的原因是 (不考虑泄漏等仪器与操作原因)。
固体变为黑色
CuSO4和CuO
SO3
检验是否有SO2生成
在C装置中部分O2参与了氧化还原反应
(2)H2O2受热易分解，故乙方案控制温度为40~50 ℃的原因是温度较低，反应速率慢；温度太高，H2O2分解，损耗大。与方案甲相比，方案乙的主要优点有原料利用率高、不产生污染、能耗低等。(3)若5.00 g CuSO4·5H2O完全失水为CuSO4，则CuSO4的质量为3.20 g，完全分解为CuO，则CuO的质量为1.60 g。加热一段时间后，A中固体质量为3.00 g，3.20 g>3.00 g>1.60 g，则此时A中固体的成分为CuSO4和CuO。(4)装置B中迅速生成白色沉淀，说明分解产物中有SO3，C装置可以盛放品红溶液，目的是检验是否有SO2生成。
解析
考点2　金属矿物的开发利用
微考点/核心突破
第一部分
掌握金属矿物开发利用的方法
1.金属在自然界中的存在
正
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_____态还原为_____态的过程，即______________(写反应通式，用M表示金属)。
化合
游离
Mn++ne-===M
4.金属冶炼的方法(用化学方程式表示)
微提醒　(1)电解法冶炼活泼金属使用的是熔融的金属盐或金属氧化物，而不是盐溶液。
(2)铜除了用热还原法冶炼外，还可以用湿法炼铜或电解法进行冶 炼。
(3)冶炼Mg时只能电解MgCl2不能电解MgO(熔点太高)。
(4)冶炼Al时只能电解Al2O3不能电解AlCl3(共价化合物，熔融时不能发生电离，不导电)。加入冰晶石(Na3AlF6)的目的是降低Al2O3的熔 点。
思维辨析
判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。
1.黄金的冶炼可用热分解法。( )
2.金属阳离子被还原一定会得到金属单质。 ( )
3.工业上通过电解MgCl2溶液制取Mg。 ( )
4.钠在自然界中不以游离态形式存在。 ( )
角度三　金属的开发和利用
4.下列金属材料中，最适合制造飞机外壳的是( )
A.镁铝合金 B.铜合金
C.碳素钢 D.铅锡合金
镁铝合金的密度小、强度大、机械性能好，适合于制造飞机外 壳。故选A。
解析
5.从石器时代、青铜器时代到铁器时代，金属的冶炼体现了人类文明的发展水平。如图表示了三种金属被人类开发利用的大致年限，之所以有先后，主要取决于( )
A.金属的化合价高低 B.金属的活动性强弱
C.金属的导电性强弱 D.金属在地壳中的含量多少
因技术的不成熟，越活泼的金属越难冶炼，相反越不活泼的金属越易冶炼得到，金属利用的先后取决于金属的活动性强弱。
解析
角度四　对金属冶炼原理的考查
6.明代《天工开物》中记载“火法”冶炼锌“炉甘石十斤，装载入一泥罐内……然后逐层用煤炭饼垫盛，其底铺薪，发火煅红……冷 淀，毁罐取出……即倭铅也”(注：炉甘石的主要成分为碳酸锌，泥罐中掺有煤炭)。下列说法不正确的是( )
A.倭铅不是金属锌和铅的混合物
B.煤炭中起作用的主要成分是C
C.冶炼Zn的过程中有氧化还原反应发生
D.该冶炼锌的方法属于热分解法
A项，由题意可知，倭铅是指金属锌，不是锌和铅的混合物；B 项，反应中C作还原剂，则煤炭中起作用的主要成分是C；C项，碳酸锌与碳在高温下反应生成锌和一氧化碳，有氧化还原反应发生；D项，该反应是利用碳还原碳酸锌生成锌单质，属于热还原法。
解析
7.下列有关金属的工业制法正确的是( )
A.制铜：火法炼铜，即将黄铜矿CuFeS2受热分解以获得铜单质
B.制铁：以铁矿石、焦炭、石灰石为原料，CO还原得铁
C.制镁：用海水为原料，经一系列过程制得氧化镁固体，H2还原得镁
D.制铝：从铝土矿制得氯化铝固体，再电解熔融的氯化铝得到铝
解析
流程桥梁——常考常新的过渡元素
微充电/素养提升
第二部分
【素材归纳】
一、Co、Ni及其化合物
钴和镍都是较稳定的金属，常温下在空气中能稳定存在，加热条件下可生成CoO、NiO。常见化合价为0、+2、+3。
化合价 +2价的Co和Ni +3价的Co和Ni
性质 中间价态，具有氧化性和还原性 具有强氧化性
对应物质 氧化物 主要表现氧化性，CoO在一定条件下可被H2、C或CO还原成单质钴 酸性环境中发生反应Co2O3+6HCl===2CoCl2+Cl2↑+3H2O、Ni2O3+6HCl===2NiCl2+Cl2↑+3H2O
氢氧化物 表现还原性： ①Co(OH)2在空气中被缓慢地氧化为棕褐色的Co(OH)3。 ②Ni(OH)2在空气中较稳定，可采用强氧化剂在碱性条件下将其氧化 在酸性溶液中被还原，如在盐酸中2Co(OH)3+6HCl===2CoCl2+Cl2↑+6H2O、2NiO(OH)+6HCl===2NiCl2+Cl2↑+4H2O；在H2SO3溶液中2Co(OH)3+H2SO3+2H+=== 2Co2++S+5H2O、2NiO(OH)+H2SO3+ 2H+===2Ni2++S+3H2O
二、Ti、V、Cr、Mn及其化合物
元素 22Ti 23V 24Cr 25Mn
位置 第四周期第ⅣB族 第四周期第ⅤB族 第四周期第ⅥB族 第四周期第ⅦB族
常见化合价 +3、+4 +3、+4、+5 +3、+6 +2、+4、+7
1.钛(Ti)及其化合物的性质。
2.钒(V)及其化合物的性质。
3.铬(Cr)及其化合物的性质。
4.锰(Mn)及其化合物的性质。
【母题】　(1)(2024·浙江卷1月)酸性条件下,固体NaBiO3(微溶于水,其还原产物为无色的Bi3+)可氧化Mn2+与Mn,写出Mn2+转化为Mn的离子方程式: 。
(2)(2024·全国甲卷)控制溶液pH=5.0~5.5，加入适量的NaClO氧化Co2+生成Co(OH)3，其反应的离子方程式为
____________________________________________________。
(3)(2024·河北卷)已知偏钒酸钙[Ca(VO3)2]难溶于水,65~70 ℃,在弱碱性环境下，偏钒酸钙浸在3%的NH4HCO3溶液中生成碳酸钙,发生反应的离子方程式为___________________________________________。
5NaBiO3+14H++2Mn2+===2Mn+5Bi3++7H2O+5Na+
2Co2++5ClO-+5H2O===2Co(OH)3↓+Cl-+4HClO
(4)(2024·湖南卷)Cu2Se与H2O2、H2SO4发生反应，生成含有Cu2+和H2SeO3的溶液，写出反应的离子方程式
________________________________________________。
(5)(2024·江苏卷)向NdCl3溶液中加入(NH4)2CO3溶液，Nd3+可转化为Nd(OH)CO3沉淀。该反应的离子方程式为
________________________________________________。
(6)(2024·黑吉辽卷)含Na2[Zn(CN)4]的溶液经H2SO4酸化，[Zn(CN)4]2-转化为ZnSO4和HCN的化学方程式为
________________________________________________。
Cu2Se+4H2O2+4H+===2Cu2++H2SeO3+5H2O
2Nd3++3C+H2O===2Nd(OH)CO3↓+CO2↑
Na2[Zn(CN)4]+2H2SO4===ZnSO4+4HCN+Na2SO4
(7)(2022·广东卷)催化剂Cr2O3可由(NH4)2Cr2O7加热分解制备，反应同时生成无污染气体。完成化学方程式：(NH4)2Cr2O7 Cr2O3+ _______+______。
(8)(2021·全国乙卷)“酸溶”后，将溶液适当稀释并加热，TiO2+水解析出TiO2·xH2O沉淀，该反应的离子方程式是 _____________________________________。
(9)(2021·重庆卷)Cr(OH)3的性质与Al(OH)3相似，则Cr(OH)3与NaOH溶液反应的化学方程式为__________________________________。
N2↑
4H2O
Cr(OH)3+NaOH===NaCrO2+2H2O
(10)(2021·江苏卷)将一定量软锰矿粉(含MnO2及少量Fe、Al、Si、 Ca、Mg等的氧化物)与Na2SO3溶液配成悬浊液，加入三颈瓶中， 70 ℃下通过滴液漏斗缓慢滴加H2SO4溶液，充分反应。MnO2转化为Mn2+的离子方程式为 。
MnO2+S+2H+===Mn2++S+H2O
【衍生】　(2024·新课标卷)钴及其化合物在制造合金、磁性材料、催化剂及陶瓷釉等方面有着广泛应用。一种从湿法炼锌产生的废渣(主要含Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物)中富集回收得到含锰高钴成品的工艺如下：
已知溶液中相关离子开始沉淀和沉淀完全(c≤1.0×10-5 mol·L-1)时的pH：
Fe3+ Fe2+ Co3+ Co2+ Zn2+
开始沉淀的pH 1.5 6.9 - 7.4 6.2
沉淀完全的pH 2.8 8.4 1.1 9.4 8.2
回答下列问题：
(1)“酸浸”前废渣需粉碎处理，目的是_________________________
_________________________；“滤渣1”中金属元素主要为 。
(2)“过滤1”后的溶液中加入MnO2的作用是_____________________
_________________________________。取少量反应后的溶液，加入化学试剂___________________检验_______，若出现蓝色沉淀，需补加MnO2。
浸速率，提高浸取效率
将溶液中的Fe2+氧化为
Fe3+，以便在后续调pH时除去Fe元素
K3[Fe(CN)6]溶液
Fe2+
增大固液接触面积，加快酸
Pb
(3)“氧化沉钴”中氧化还原反应的离子方程式为
_______________________________________________、
___________________________________。
(4)“除钴液”中主要的盐有 (写化学式)，残留的Co3+浓度为 mol·L-1。
3Co2+++7H2O===3Co(OH)3↓+MnO2↓+5H+
3Mn2++2+2H2O===5MnO2↓+4H+
ZnSO4、K2SO4
10-16.7
由题中信息可知，用硫酸处理含有Co、Zn、Pb、Fe的单质或氧化物的废渣，得到含有Co2+、Zn2+、Fe2+、Fe3+、等离子的溶 液，Pb元素的单质或氧化物与硫酸反应生成难溶的PbSO4，则 “滤渣1”为“酸浸”时生成的PbSO4；向滤液中加入MnO2，将Fe2+氧化为Fe3+，然后加入ZnO调节pH=4，使Fe3+完全转化为Fe(OH)3，则“滤渣Ⅱ”的主要成分为Fe(OH)3，滤液中的金属离子主要是Co2+、Zn2+和Mn2+；最后“氧化沉钴”，加入强氧化剂
解析
KMnO4，将溶液中的Co2+氧化为Co3+，在pH=5时Co3+形成Co(OH)3沉淀，而KMnO4则被还原为MnO2，KMnO4还会与溶液中的Mn2+发生归中反应生成MnO2，得到Co(OH)3和MnO2的混合物，“除钴液”中主要含有ZnSO4、K2SO4。(1)在原料预处理过程中，粉碎固体原料能增大固体与液体的接触面积，从而加快酸浸的反应速率，提高浸取效率；“滤渣1”的主要成分为PbSO4，则“滤渣1”中金属元素主要为Pb。(2)酸浸液中含有Co2+、Zn2+、Fe2+、
解析
Fe3+、等离子。由题表中数据可知，当Fe3+完全沉淀时，Co2+未开始沉淀，而当Fe2+完全沉淀时，Co2+已有一部分沉淀，因此为了除去溶液中的Fe元素且Co2+不沉淀，应先将Fe2+氧化为Fe3+，然后调节溶液的pH使Fe3+完全水解转化为Fe(OH)3沉淀，因此，MnO2的作用是将Fe2+氧化为Fe3+，以便在后续调pH时除去Fe元 素。常用K3[Fe(CN)6]溶液检验Fe2+，若生成蓝色沉淀，则说明溶液中仍存在Fe2+，需补加MnO2。(3)该过程发生两个氧化还原反
解析
应，根据分析中两个反应的反应物、产物与反应环境(pH=5)，结合得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒可写出两个离子方程式3Co2+++7H2O===3Co(OH)3↓+MnO2↓+5H+、3Mn2++2+ 2H2O===5MnO2↓+4H+。(4)最终得到的“除钴液”中含有的金属离子主要是最初“酸浸”时与加入ZnO调pH时引入的Zn2+、加入KMnO4“氧化沉钴”时引入的K+，而阴离子是在酸浸时引入的，因此其中主要的盐有ZnSO4和K2SO4。当溶液pH=1.1时
解析
解析
微真题/把握方向
第三部分
考向一　铜及其化合物的性质
1.(2024·黑吉辽卷)某工厂利用铜屑脱除锌浸出液中的Cl-并制备Zn，流程如下。“脱氯”步骤仅Cu元素化合价发生改变。下列说法正确的是( )
锌浸出液中相关成分(其他成分无干扰)


A.“浸铜”时应加入足量H2O2，确保铜屑溶解完全
B.“浸铜”反应：2Cu+4H++H2O2===2Cu2++H2↑+2H2O
C.“脱氯”反应：Cu+Cu2++2Cl-===2CuCl
D.脱氯液净化后电解，可在阳极得到Zn
离子 Zn2+ Cu2+ Cl-
浓度/(g·L-1) 145 0.03 1
铜屑中加入H2SO4和H2O2得到Cu2+，反应的离子方程式为Cu+2H++H2O2===Cu2++2H2O，再加入锌浸出液进行“脱氯”，
“脱氯”步骤中仅Cu元素的化合价发生改变，得到CuCl固体，可知“脱氯”步骤发生反应的化学方程式为Cu2++Cu+2Cl-=== 2CuCl↓，过滤得到脱氯液，脱氯液净化后电解，Zn2+可在阴极得到电子生成Zn。
解析
2.(2023·上海卷)战国时期人们用青铜浇铸塑形成各样的青铜器，青铜比纯铜更便于制成形态各异的容器的原因是( )
A.熔点低 B.密度大
C.硬度大 D.不易被腐蚀
青铜为铜、锡、铅等的合金，通常合金的熔点低于成分金属，因此青铜比纯铜更便于制成形态各异的容器，故选A。
解析
3.(1)(2023·全国乙卷)胆矾表面出现白色粉末，发生的反应为CuSO4·5H2O===CuSO4+5H2O。( )
(2)(2022·海南卷)若仅用浓硫酸溶解固体Cu，将生成 (填化学式)污染环境；在H2O2存在下Cu溶于稀硫酸，反应的化学方程式为______________________________________。
(3)(2021·海南卷)在稀硫酸中加入少量Cu2O(s)，溶液由无色变为蓝色并有红色固体生成，说明反应中Cu2O既作氧化剂又作还原剂。( )
SO2
Cu+H2O2+H2SO4===CuSO4+2H2O
考向二　胆矾的制取
4.(2021·全国甲卷)胆矾(CuSO4·5H2O)易溶于水，难溶于乙醇。某小组用工业废铜焙烧得到的CuO(杂质为氧化铁及泥沙)为原料与稀硫酸反应制备胆矾，并测定其结晶水的含量。回答下列问题：
(1)制备胆矾时，用到的实验仪器除量筒、酒精灯、玻璃棒、漏斗 外，还必须使用的仪器有 (填字母)。
A.烧杯 B.容量瓶
C.蒸发皿 D.移液管
AC
(2)将CuO加入适量的稀硫酸中，加热，其主要反应的化学方程式为 ___________________________，与直接用废铜和浓硫酸反应相比，该方法的优点是_____________________________________________
_____________________。
(3)待CuO完全反应后停止加热，边搅拌边加入适量H2O2，冷却后用NH3·H2O调pH为3.5~4，再煮沸10 min，冷却后过滤。滤液经如下实验操作:加热蒸发、冷却结晶、 、乙醇洗涤、 ，得到胆矾。其中，控制溶液pH为3.5~4的目的是 ，煮沸10 min的作用是_____________________________________。
不会产生二氧化硫且产生等量胆矾消耗硫酸少(或硫酸利用率高)
过滤
干燥
除尽铁，抑制硫酸铜水解
破坏氢氧化铁胶体，易于过滤
(4)结晶水测定：称量干燥坩埚的质量为m1，加入胆矾后总质量为 m2，将坩埚加热至胆矾全部变为白色，置于干燥器中冷却至室温后称量，重复上述操作，最终总质量恒定为m3。根据实验数据，胆矾
分子中结晶水的个数为 (写表达式)。
(5)下列操作中，会导致结晶水数目测定值偏高的是 (填序号)。
①胆矾未充分干燥
②坩埚未置于干燥器中冷却
③加热时有少量胆矾迸溅出来
①③
解析
解析
解析
解析课时微练(十三)　铜　金属冶炼
　
基础训练
1.《天工开物》中记载:凡铜供世用,出山与出炉,止有赤铜。以炉甘石或倭铅参和,转色为黄铜,以砒霜等药制炼为白铜,矾、硝等药制炼为青铜。其中涉及的物质中熔点最高的是(　　)
A.青铜 B.黄铜
C.赤铜 D.白铜
2.刘禹锡的《浪淘沙》中记载:“日照澄洲江雾开,淘金女伴满江隈。美人首饰侯王印,尽是沙中浪底来。”《政论》中记载:“有蔡太仆之驽,及龙亭九年之剑,至今擅名天下。”下列有关两诗文中蕴含的化学知识叙述错误的是(　　)
A.沙子的主要成分是SiO2
B.“尽是沙中浪底来”得到的是金单质
C.雾是气溶胶,分散质粒子直径是1~100 nm
D.古代“弩机”多为青铜制品,青铜的主要成分为铜铝合金
3.宋代《千里江山图》描绘了山清水秀的美丽景色,历经千年色彩依然,其中绿色来自孔雀石颜料[主要成分为Cu(OH)2·CuCO3],青色来自蓝铜矿颜料[主要成分为Cu(OH)2·2CuCO3]。下列说法错误的是(　　)
A.保存《千里江山图》需控制温度和湿度
B.孔雀石、蓝铜矿颜料不易被空气氧化
C.孔雀石、蓝铜矿颜料耐酸耐碱
D.Cu(OH)2·CuCO3中铜元素的质量分数高于Cu(OH)2·2CuCO3
4.金属锂是密度最小的金属。等质量的金属,锂能释放出更多的电子,故常用来制造高能量电池。已知锂的金属性介于钠和镁之间,则下列能冶炼出金属锂的方法是(　　)
A.电解法 B.热还原法
C.热分解法 D.铝热法
5.据《天工开物》记载,我国古代以炉甘石(主要成分是ZnCO3)来升炼倭铅(即锌)(如图1),其原理如图2所示。已知锌的熔点为420 ℃、沸点为906 ℃。下列说法不正确的是(　　)
A.升炼倭铅过程包含氧化还原反应
B.“锌火”是锌蒸气和一氧化碳在空气中燃烧形成的
C.“泥封”的目的是防止得到的锌被氧化
D.冶炼时锌变为蒸气在“兜室”冷凝为固体
6.我国“蛟龙”号载人潜水器的外壳是耐超高压的钛合金。下列有关合金的说法正确的是(　　)
A.钛合金是一种新型金属单质
B.Ti-Fe合金是新型储氢合金
C.钛合金的性质与钛单质相同
D.钢和硬铝中都没有非金属元素
7.龙的图腾最早可追溯到距今约6400年的仰韶文化,仰韶文化中的龙是由贝壳拼成的蚌壳龙;距今约5000年的红山文化中,有龙形玉器;现发行的龙年纪念硬币有金、银、合金等多种规格。下列说法正确的是(　　)
A.蚌壳的主要成分是硫酸钙,可用来烧石灰
B.玉是含水的钙镁硅酸盐,硬度大,不怕摔
C.合金属于金属材料,熔点一般低于各组分
D.“真金不怕火来炼”,是指金的熔点很高
8.“夏禹铸九鼎,天下分九州”,青铜器在古时被称为“吉金”,是红铜与锡、铅等的合金。铜锈大多呈青绿色,主要含有Cu2(OH)3Cl和Cu2(OH)2CO3。下列说法错误的是(　　)
A.基态铜原子核外电子有15种不同的空间运动状态
B.青铜的熔点低于纯铜
C.青铜器中锡、铅对铜有保护作用
D.可用FeCl3溶液浸泡青铜器来清洗青铜器的铜锈
9.某同学通过如下流程制备氧化亚铜:
已知:CuCl难溶于水和稀硫酸;Cu2O+2H+Cu2++Cu+H2O。下列说法不正确的是(　　)
A.步骤②中的SO2可用Na2SO3替换
B.步骤③中为防止CuCl被氧化,可用SO2水溶液洗涤
C.步骤④发生反应的离子方程式为2CuCl+2OH-Cu2O+2Cl-+H2O
D.如果Cu2O试样中混有CuCl和CuO杂质,用足量稀硫酸与Cu2O试样充分反应,根据反应前、后固体质量可计算试样纯度
能力训练
10.某校化学兴趣小组的同学,对课本中一氧化碳还原氧化铁实验作了绿色化改进后制取单质铁(K1、K2是活塞):
(1)关闭K1,开启K2,可以验证CO还原Fe2O3的产物。
①这是关于气体的实验,实验前必须对装置进行________________________________。
②CO还原Fe2O3的化学方程式为_____________________________________________________________。
③在e处点燃气体的目的是__________________________________________________________________。
(2)关闭K2,开启K1,可以将d口出来的气体再从a通入装置而循环使用。
①c瓶中应装________(填字母)。
A.澄清石灰水 B.水
C.石蕊溶液 D.浓硫酸
②写出b中反应的化学方程式:__________________________ _______________。
③反应完后(假设b瓶中NaOH全部转化为纯碱),要从b瓶中溶液得到纯碱固体,必要的实验操作为转移、____________________________________结晶。
④该实验这样改进的主要优点是______________________________________________________。
11.学习小组探究了铜的氧化过程及铜的氧化物的组成。回答下列问题:
(1)铜与浓硝酸反应的装置如图,仪器A的名称为__________,装置B的作用为________________________。
(2)铜与过量H2O2反应的探究如下:
实验②中Cu溶解的离子方程式为____________________________________;产生的气体为________。比较实验①和②,从氧化还原角度说明H+的作用是______________________________。
(3)用足量NaOH处理实验②新制的溶液得到沉淀X,元素分析表明X为铜的氧化物,提纯干燥后的X在惰性氛围下加热,m g X完全分解为n g黑色氧化物Y,=。X的化学式为________。
(4)取含X的粗品0.050 0 g(杂质不参加反应)与过量的酸性KI完全反应后,调节溶液至弱酸性。以淀粉为指示剂,用0.100 0 mol·L-1 Na2S2O3标准溶液滴定,滴定终点时消耗Na2S2O3标准溶液15.00 mL。(已知:2Cu2++4I-2CuI↓+I2、I2+2S22I-+S4)标志滴定终点的现象是________________________________________________,粗品中X的相对含量为________。
课时微练(十三)　铜　金属冶炼
1.C　解析　赤铜是纯度较高的铜,熔点比其合金高,青铜是铜锡合金,黄铜是铜锌合金,白铜是铜镍合金,故选C。
2.D　解析　沙子、水晶、玛瑙的主要成分都是SiO2,A项正确;金在自然界中主要是以游离态形式存在,通过物理方法得到,因此“尽是沙中浪底来”得到的是金单质,B项正确;雾是气溶胶,其分散质粒子直径是1~100 nm,C项正确;青铜的主要成分为铜锡合金,D项错误。
3.C　解析　孔雀石颜料和蓝铜矿颜料的主要成分中均含有Cu(OH)2和CuCO3,Cu(OH)2和CuCO3受热易分解,用颜料描绘的图案受潮容易变模糊,所以需控制温度和湿度,A项正确;由孔雀石和蓝铜矿的化学成分可知,其中的铜元素、碳元素和氢元素均处于最高价,其均为自然界较稳定的化学物质,因此,用其所制作的颜料不易被空气氧化,B项正确;孔雀石和蓝铜矿的主要成分均可与酸反应生成相应的铜盐,因此,用其制作的颜料不耐酸腐蚀,C项错误;因为氢氧化铜中铜元素的质量分数高于碳酸铜,所以Cu(OH)2·CuCO3中铜元素的质量分数高于Cu(OH)2·2CuCO3,D项正确。
4.A　解析　可以根据金属活动性与金属冶炼方法之间的联系来推断,锂的金属性介于钠和镁之间,应该与钠、镁的冶炼方法相同,即用电解法冶炼,故选A。
5.D　解析　升炼倭铅涉及的反应有ZnCO3CO2↑+ZnO、CO2+C2CO、ZnO+COZn(g)+CO2,包含氧化还原反应,A项正确;“锌火”是未反应完的CO与Zn蒸气从“兜室”逸出燃烧形成的,B项正确;Zn在高温下易被空气中的O2氧化成ZnO,故“泥封”是为了隔绝空气,防止Zn被氧化,C项正确;反应区温度为1 100~1 300 ℃,Zn变为蒸气与杂质分离,在“兜室”冷凝为液体流出(冷凝区温度高于Zn的熔点),D项错误。
6.B　解析　合金是由金属与金属或金属与非金属熔合而成的具有金属特性的物质,不是新的单质,A项错误;合金与它的成分金属相比,具有许多优良的物理、化学或机械加工性能,C项错误;钢的含碳量为0.03%~2%,硬铝中含有少量硅,含有非金属元素,D项错误。
7.C　解析　蚌壳的主要成分是碳酸钙,A项错误;玉是含水的钙镁硅酸盐,硬度大,但脆易碎,怕摔,B项错误;合金是两种或两种以上的金属或金属与非金属熔合而成的金属材料,熔点低于组分熔点,C项正确;“真金不怕火来炼”是指金的性质稳定,不与其他物质反应,不易变色,并非指熔点高,D项错误。
8.D　解析　Cu原子的核外电子占据1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s轨道,核外电子有1+1+3+1+3+5+1=15种空间运动状态,A项正确;合金的熔点低于组分金属的熔点,因此青铜的熔点低于纯铜,B项正确;Sn、Pb的活动性强于Cu,青铜中的Cu和Sn、Pb形成原电池且Sn、Pb作负极,Cu作正极被保护,C项正确;FeCl3会和Cu反应而腐蚀铜器,不能用FeCl3溶液浸泡青铜器来清洗青铜器的铜锈,D项错误。
9.D　解析　CuCl不溶于稀硫酸,Cu2O与稀硫酸反应生成Cu,故反应后的固体为CuCl与Cu的混合物,无法确定Cu的量,无法计算试样纯度,D项错误。
解题有据　铜元素在工艺流程中的考查要一般是+2价与+1价元素的转化问题。过渡金属元素一般都有多个价态,对Fe、Co、Ni的考查涉及+2价、+3价的转化。
10.答案　(1)①气密性检查　②Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
③尾气处理,除去没有反应的CO,防止污染
(2)①D　②2NaOH+CO2===Na2CO3+H2O　③蒸发浓缩、冷却　④能循环利用CO、提高原料利用率、减少二氧化碳的排放
解析　(2)关闭K2,开启K1,可以将d口出来的气体再从a通入装置而循环使用。①d口出来的气体必须是纯净而干燥的CO气体,b装置能充分吸收二氧化碳、c装置用于干燥,则c瓶中应装浓硫酸,故选D。②b中氢氧化钠溶液吸收二氧化碳,反应的化学方程式为2NaOH+CO2===Na2CO3+H2O。③反应完后(假设b瓶中NaOH全部转化为纯碱),要从b瓶中溶液得到纯碱固体,从溶液中提取的碳酸钠固体是Na2CO3·10H2O,适合用冷却结晶法,必要的实验操作为转移、蒸发浓缩、冷却结晶。④实验改进后,过量的CO从d排出进入a,主要优点是能循环利用CO、提高原料利用率、减少二氧化碳的排放。
11.答案　(1)具支试管　防倒吸　(2)Cu+H2O2+2H+===Cu2++2H2O　O2　增加过氧化氢的氧化性　(3)CuO2　(4)当滴入最后半滴Na2S2O3标准溶液时,溶液蓝色消失,且半分钟内不恢复原来的颜色　96%
解析　(1)铜和浓硝酸反应生成硝酸铜和二氧化氮,其中二氧化氮易溶于水,需要防倒吸,则装置B的作用为防倒吸。(2)根据实验现象,铜片溶解,溶液变蓝,可知在酸性条件下铜和过氧化氢发生反应生成硫酸铜,离子方程式为Cu+H2O2+2H+===Cu2++2H2O;硫酸铜可以催化过氧化氢分解生成氧气,则产生的气体为O2;在铜和过氧化氢的反应过程中,氢元素的化合价没有发生变化,故从氧化还原角度说明H+的作用是既不是氧化剂,又不是还原剂。(3)在该反应中铜的质量m(Cu)=n×=,因为=,则m(O)=n×+(m-n)=,则X的化学式中铜原子和氧原子的物质的量之比为==,则X为CuO2。(4)滴定结束的时候,单质碘消耗完,则标志滴定终点的现象是溶液蓝色消失,且半分钟内不恢复原来的颜色;在CuO2中铜元素为+2价,氧元素为-1价,根据2Cu2++4I-===2CuI↓+I2,2CuO2+8H++8I-===2CuI+3I2+4H2O,I2+2S2===2I-+S4,可以得到关系式2CuO2~3I2~6S2,则n(CuO2)=×0.1 mol·L-1×0.015 L=0.000 5 mol,粗品中X的相对含量为×100%=96%。(共31张PPT)
课时微练(十三)
铜　金属冶炼
1.《天工开物》中记载：凡铜供世用，出山与出炉，止有赤铜。以炉甘石或倭铅参和，转色为黄铜，以砒霜等药制炼为白铜，矾、硝等药制炼为青铜。其中涉及的物质中熔点最高的是( )
A.青铜 B.黄铜 C.赤铜 D.白铜
赤铜是纯度较高的铜，熔点比其合金高，青铜是铜锡合金，黄铜是铜锌合金，白铜是铜镍合金，故选C。
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基础训练
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2.刘禹锡的《浪淘沙》中记载：“日照澄洲江雾开，淘金女伴满江 隈。美人首饰侯王印，尽是沙中浪底来。”《政论》中记载：“有蔡太仆之驽，及龙亭九年之剑，至今擅名天下。”下列有关两诗文中蕴含的化学知识叙述错误的是( )
A.沙子的主要成分是SiO2
B.“尽是沙中浪底来”得到的是金单质
C.雾是气溶胶，分散质粒子直径是1~100 nm
D.古代“弩机”多为青铜制品，青铜的主要成分为铜铝合金
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沙子、水晶、玛瑙的主要成分都是SiO2，A项正确；金在自然界中主要是以游离态形式存在，通过物理方法得到，因此“尽是沙中浪底来”得到的是金单质，B项正确；雾是气溶胶，其分散质粒子 直径是1~100 nm，C项正确；青铜的主要成分为铜锡合金，D项错误。
解析
3.宋代《千里江山图》描绘了山清水秀的美丽景色，历经千年色彩依然，其中绿色来自孔雀石颜料[主要成分为Cu(OH)2·CuCO3]，青色来自蓝铜矿颜料[主要成分为Cu(OH)2·2CuCO3]。下列说法错误的是
( )
A.保存《千里江山图》需控制温度和湿度
B.孔雀石、蓝铜矿颜料不易被空气氧化
C.孔雀石、蓝铜矿颜料耐酸耐碱
D.Cu(OH)2·CuCO3中铜元素的质量分数高于Cu(OH)2·2CuCO3
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孔雀石颜料和蓝铜矿颜料的主要成分中均含有Cu(OH)2和CuCO3，Cu(OH)2和CuCO3受热易分解，用颜料描绘的图案受潮容易变模糊，所以需控制温度和湿度，A项正确；由孔雀石和蓝铜矿的化学成分可知，其中的铜元素、碳元素和氢元素均处于最高价，其均为自然界较稳定的化学物质，因此，用其所制作的颜料不易被空气氧化，B项正确；孔雀石和蓝铜矿的主要成分均可与酸反应生成相应的铜盐，因此，用其制作的颜料不耐酸腐蚀，C项错误；因为氢氧化铜中铜元素的质量分数高于碳酸铜，所以Cu(OH)2·CuCO3中铜元素的质量分数高于Cu(OH)2·2CuCO3，D项正确。
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4.金属锂是密度最小的金属。等质量的金属，锂能释放出更多的电 子，故常用来制造高能量电池。已知锂的金属性介于钠和镁之间，则下列能冶炼出金属锂的方法是( )
A.电解法 B.热还原法
C.热分解法 D.铝热法
可以根据金属活动性与金属冶炼方法之间的联系来推断，锂的金属性介于钠和镁之间，应该与钠、镁的冶炼方法相同，即用电解法冶炼，故选A。
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5.据《天工开物》记载，我国古代以炉甘石(主要成分是ZnCO3)来升炼倭铅(即锌)(如图1)，其原理如图2所示。已知锌的熔点为420 ℃、沸点为906 ℃。下列说法不正确的是( )
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A.升炼倭铅过程包含氧化还原反应
B.“锌火”是锌蒸气和一氧化碳在空气中燃烧形成的
C.“泥封”的目的是防止得到的锌被氧化
D.冶炼时锌变为蒸气在“兜室”冷凝为固体
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6.我国“蛟龙”号载人潜水器的外壳是耐超高压的钛合金。下列有关合金的说法正确的是( )
A.钛合金是一种新型金属单质
B.Ti-Fe合金是新型储氢合金
C.钛合金的性质与钛单质相同
D.钢和硬铝中都没有非金属元素
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合金是由金属与金属或金属与非金属熔合而成的具有金属特性的物质，不是新的单质，A项错误；合金与它的成分金属相比，具有许多优良的物理、化学或机械加工性能，C项错误；钢的含 碳量为0.03%~2%，硬铝中含有少量硅，含有非金属元素，D项错误。
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7.龙的图腾最早可追溯到距今约6400年的仰韶文化，仰韶文化中的 龙是由贝壳拼成的蚌壳龙；距今约5000年的红山文化中，有龙形玉器；现发行的龙年纪念硬币有金、银、合金等多种规格。下列说法正确的是( )
A.蚌壳的主要成分是硫酸钙，可用来烧石灰
B.玉是含水的钙镁硅酸盐，硬度大，不怕摔
C.合金属于金属材料，熔点一般低于各组分
D.“真金不怕火来炼”，是指金的熔点很高
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蚌壳的主要成分是碳酸钙，A项错误；玉是含水的钙镁硅酸盐，硬度大，但脆易碎，怕摔，B项错误；合金是两种或两种以上的金属或金属与非金属熔合而成的金属材料，熔点低于组分熔点，C项正确；“真金不怕火来炼”是指金的性质稳定，不与其他物质反应，不易变色，并非指熔点高，D项错误。
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8.“夏禹铸九鼎，天下分九州”，青铜器在古时被称为“吉金”，是红铜与锡、铅等的合金。铜锈大多呈青绿色，主要含有Cu2(OH)3Cl和Cu2(OH)2CO3。下列说法错误的是( )
A.基态铜原子核外电子有15种不同的空间运动状态
B.青铜的熔点低于纯铜
C.青铜器中锡、铅对铜有保护作用
D.可用FeCl3溶液浸泡青铜器来清洗青铜器的铜锈
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Cu原子的核外电子占据1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s轨道，核外电子有1+1+3+1+3+5+1=15种空间运动状态，A项正确；合金的熔点低于组分金属的熔点，因此青铜的熔点低于纯铜，B项正确；Sn、Pb的活动性强于Cu，青铜中的Cu和Sn、Pb形成原电池且Sn、Pb作负极，Cu作正极被保护，C项正确；FeCl3会和Cu反应而腐蚀铜器，不能用FeCl3溶液浸泡青铜器来清洗青铜器的铜锈，D项错误。
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9.某同学通过如下流程制备氧化亚铜：
已知：CuCl难溶于水和稀硫酸；Cu2O+2H+===Cu2++Cu+H2O。下列说法不正确的是( )
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CuCl不溶于稀硫酸，Cu2O与稀硫酸反应生成Cu，故反应后的固体为CuCl与Cu的混合物，无法确定Cu的量，无法计算试样纯度，D项错误。
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铜元素在工艺流程中的考查要一般是+2价与+1价元素的转化问 题。过渡金属元素一般都有多个价态，对Fe、Co、Ni的考查涉及+2价、+3价的转化。
解题有据
10.某校化学兴趣小组的同学，对课本中一氧化碳还原氧化铁实验作了绿色化改进后制取单质铁(K1、K2是活塞)：
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能力训练
(1)关闭K1，开启K2，可以验证CO还原Fe2O3的产物。
①这是关于气体的实验，实验前必须对装置进行 。
②CO还原Fe2O3的化学方程式为 。
③在e处点燃气体的目的是____________________________________
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气密性检查
尾气处理，除去没有反应的CO，防止污染
(2)关闭K2，开启K1，可以将d口出来的气体再从a通入装置而循环使用。
①c瓶中应装 (填字母)。
A.澄清石灰水 B.水
C.石蕊溶液 D.浓硫酸
②写出b中反应的化学方程式： 。
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D
2NaOH+CO2===Na2CO3+H2O
③反应完后(假设b瓶中NaOH全部转化为纯碱)，要从b瓶中溶液得到纯碱固体，必要的实验操作为转移、　 结晶。
④该实验这样改进的主要优点是_______________________________
____________________________。
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蒸发浓缩、冷却
能循环利用CO、提高原料利用 率、减少二氧化碳的排放
(2)关闭K2，开启K1，可以将d口出来的气体再从a通入装置而循环使用。①d口出来的气体必须是纯净而干燥的CO气体，b装置能充分吸收二氧化碳、c装置用于干燥，则c瓶中应装浓硫酸，故选D。
解析
②b中氢氧化钠溶液吸收二氧化碳，反应的化学方程式为2NaOH+ CO2===Na2CO3+H2O。③反应完后(假设b瓶中NaOH全部转化为纯碱)，要从b瓶中溶液得到纯碱固体，从溶液中提取的碳酸钠固体是Na2CO3·10H2O，适合用冷却结晶法，必要的实验操作为转 移、蒸发浓缩、冷却结晶。④实验改进后，过量的CO从d排出进入a，主要优点是能循环利用CO、提高原料利用率、减少二氧化碳的排放。
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11.学习小组探究了铜的氧化过程及铜的氧化物的组成。回答下列问题：
(1)铜与浓硝酸反应的装置如图，仪器A的名称为 ，装置B的作用为 。
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具支试管
防倒吸
(2)铜与过量H2O2反应的探究如下：

实验②中Cu溶解的离子方程式为 ；产生的气体为 。比较实验①和②，从氧化还原角度说明H+的作用是 。
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Cu+H2O2+2H+===Cu2++2H2O
O2
增加过氧化氢的氧化性
(3)用足量NaOH处理实验②新制的溶液得到沉淀X，元素分析表明X为铜的氧化物，提纯干燥后的X在惰性氛围下加热，m g X完全分解为n g黑色氧化物Y，=。X的化学式为 。
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CuO2
(4)取含X的粗品0.050 0 g(杂质不参加反应)与过量的酸性KI完全反应后，调节溶液至弱酸性。以淀粉为指示剂，用0.100 0 mol·L-1 Na2S2O3标准溶液滴定，滴定终点时消耗Na2S2O3标准溶液15.00 mL。(已知：2Cu2++4I-===2CuI↓+I2、I2+2S2===2I-+S4)标志滴定终点的现象是_________________________________________________
___________________________，粗品中X的相对含量为 。
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当滴入最后半滴Na2S2O3标准溶液时，溶液蓝色消失，且半分钟内不恢复原来的颜色
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