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第6讲　铜　金属材料　金属冶炼(基础课)
【复习目标】　
1．了解铜单质及其重要化合物的性质、用途。
2．理解含铜重要化合物的制备原理及过程。
3．了解金属冶炼的原理和方法。

2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3
2．与氧化性酸反应
(1)与浓硫酸共热：
(2)与稀硝酸反应：
(3)与浓硝酸反应：
3．与某些盐溶液反应
(1)与硝酸银溶液反应：Cu＋2Ag＋===2Ag＋Cu2＋。
(2)与FeCl3溶液反应：
Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋。
[微思考1]　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，化学方程式为_______________________________。
2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O
二、铜的化合物的性质
1．氧化物
(1)氧化铜(CuO)：黑色难溶于水的固体，与酸反应，可以用H2、CO、Al还原出Cu。
(2)氧化亚铜(Cu2O)：砖红色难溶于水的固体。
①与酸(H＋)反应为Cu2O＋2H＋===Cu＋Cu2＋＋H2O。
②Cu2O遇到HNO3发生氧化反应生成Cu2＋。

2．氢氧化铜
绿
[微思考2]　判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(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H2SO4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(　　)
×
√
×
×
×
关键能力 · 拓展教材
一、铜及其化合物的性质
1．某研究小组通过实验探究Cu及其重要化合物的性质，下列操作正确且能达到目的的是(　　)
A．将铜丝插入浓硫酸中加热，反应完后把水加入反应器中，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．将表面有铜绿的铜器放入稀盐酸中浸泡，除去铜绿
答案：D
解析：A项，应将反应后的液体倒入盛水的烧杯中，并不断搅拌；B项，应将铜丝在空气中加热到红热后伸入盛满氯气的集气瓶中；C项，CuCl2水解生成的盐酸易挥发，加热蒸干CuCl2溶液得不到无水CuCl2固体。
2．部分含铜物质的分类与相应化合价关系如图所示。下列推断不合理的是(　　)
A．a可与硫单质反应生成f
B．c可与水反应得到d
C．可将葡萄糖与新制的d混合后加热制得b
D．可存在a→c→e→a的循环转化关系
答案：B
二、涉及铜的化学工艺流程
3．(2024·九省联考广西卷)实验小组用过量FeCl3溶液处理覆铜板得到浸出液，并对其中的物质进行回收，流程如下。下列有关说法正确的是(　　)
A．浸出液呈中性
B．滤渣只有铜粉
C．用KSCN溶液检验是否“氧化”完全
D．溶液a回收后可用于处理覆铜板
答案：D
解析：从浸出液(主要含FeCl3、FeCl2、CuCl2)中进行物质回收，由流程可知，先加入过量的Fe，与氯化铁、氯化铜反应生成氯化亚铁、铜，滤渣中含Fe、Cu，加氯气氧化FeCl2产生FeCl3，据此分析解题。腐蚀废液含有Fe3+、Cu2+、Fe2+，水解使得溶液呈酸性，故A错误；据分析可知，滤渣中含Fe、Cu，故B错误；氯气氧化FeCl2产生FeCl3，因为FeCl3为产物，只要反应开始就能使KSCN溶液变红，无法检验是否氧化完全，故C错误；溶液a为FeCl3溶液，可用于处理覆铜板，故D正确。
4．氯化亚铜(CuCl)常用作有机合成工业中的催化剂，CuCl是一种白色粉末，微溶于水，不溶于乙醇，溶于浓盐酸，在潮湿空气中易水解和被氧化。某学习小组用工业废渣(主要成分为Cu2S和Fe2O3)制取氯化亚铜并同时生成电路板蚀刻液。其流程如下：
回答下列问题：
(1)固体A的成分为___________；为提高固体A在盐酸中的溶解速率，可采取的措施有______________________________________ (写出一条即可)。
(2)向混合液中加入氧化铜的作用是__________________________；
用蚀刻液腐蚀铜制电路板的化学方程式为______________________________________。
Fe2O3、CuO
将固体A粉碎(或升高温度或增大盐酸浓度等)
调节溶液pH，使Fe3+形成Fe(OH)3沉淀而除去
2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2
(3)在Na2SO3溶液中逐滴加入CuCl2溶液，再加入少量浓盐酸混合均匀，得到CuCl沉淀。该反应的离子方程式为
(4)CuCl沉淀的洗涤需要经过酸洗、水洗和醇洗。其中醇洗的作用是
加快除去CuCl表面的水分，防止其水解氧化
必备知识 · 助学教材
1.合金
(1)概念
合金是由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)特性
①具有金属特性。
②熔点：一般比它的各成分金属的低。
③硬度和强度：一般比它的各成分金属的大。
[微思考1]　下列说法中正确的是________(填标号)。
(1)铁是人类最早使用的金属，钢铁属于铁碳合金
(2)铝合金的熔点比纯铝的低
(3)黑色金属材料及它们的合金是应用最广泛的金属材料
(4)金属镁有“国防金属”的美誉，也被誉为“21世纪的金属”
(2)(3)
2．金属材料分类
3．金属冶炼的一般方法
[微思考2]　根据已掌握的知识分析K、Na、Ca、Mg、Sn、Pb、Hg、Ag等金属单质的冶炼方法。
提示：K、Na、Ca、Mg属于活泼金属，一般使用电解法冶炼；Sn、Pb属于较活泼金属，一般使用热还原法冶炼；Hg、Ag属于不活泼金属，一般使用热分解法冶炼。
关键能力 · 拓展教材
一、合金
1．(2024·九省联考广西卷)下列广西优秀传统工艺品中，主要由合金材料制成的是(　　)
答案：A
解析：铜鼓主要由合金材料制成的，A正确；绣球为绸布或花布制成，不属于合金材料，B错误；坭兴陶为硅酸盐材料制成，不属于合金材料，C错误；壮锦为棉线或丝线编织而成，不属于合金材料，D错误。
2.(2025·安徽庐江统考)合金在生产和科学研究中发挥着重要作用。下列有关合金的性质与用途不具有对应关系的是(　　)
A．生铁容易被腐蚀，可用于炼钢和制造各种铸件
B．钠钾合金常温下呈液态、导热性好，可用作核反应堆的传热介质
C．镁锂合金密度小、硬度和强度大，可用于制造火箭、导弹、航天器等
D．镍铬铝铜合金具有很高的电阻率，可用于制备电路中的精密元件
答案：A
解析：生铁用于炼钢和制造各种铸件，是由于生铁具有优良的铸造、切削加工和耐磨性能，题中性质与用途不具有对应关系，A错误；钠钾合金用作核反应堆的传热介质，是由于钠钾合金导热性好，B正确；镁锂合金用于制造火箭、导弹、航天器等，是由于镁锂合金具有密度小、硬度和强度大的特点，C正确；镍铬铝铜合金用于制备电路中的精密元件，是由于镍铬铝铜合金具有很高的电阻率，D正确。
二、金属的冶炼
3．冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法；②水煤气法；③活泼金属置换法；④电解法。四种方法在工业上均有应用，古代有(Ⅰ)火烧孔雀石炼铜；(Ⅱ)湿法炼铜。现代有(Ⅲ)铝热法炼铬；(Ⅳ)从光卤石中炼镁。下列对它们的冶炼对应方法的分析不正确的是(　　)
A．(Ⅰ)—①　 B．(Ⅱ)—②
C．(Ⅲ)—③　 D．(Ⅳ)—④
答案：B
解析：(Ⅰ)火烧孔雀石炼铜是采用焦炭法冶炼金属铜，对应方法①，故A正确；(Ⅱ)湿法炼铜是采用活泼金属置换法冶炼金属铜，对应方法③，故B错误；(Ⅲ)铝热反应是采用活泼金属置换法冶炼金属，对应方法③，故C正确；(Ⅳ)从光卤石中冶炼金属镁是采用电解熔融氯化镁的方法，对应方法④，故D正确。
4．用含铜丰富的自然资源黄铜矿(CuFeS2)冶炼铜的工艺流程如下：
已知：CuFeS2＋3CuCl2===4CuCl＋FeCl2＋2S。
(1)浸取时，若改用FeCl3溶液，也能生成CuCl和S，该反应的化学方程式为
(2)若过滤1所得滤液中只含FeCl2，则将其在空气中加热蒸干、灼烧后，所得固体的化学式为________________________________。
(3)调节溶液的pH后，除生成Cu外，还能产生一种金属离子，此金属离子是________(填离子符号)。
CuFeS2＋3FeCl3===CuCl＋4FeCl2＋2S
Fe2O3
Cu2+
HCl和CuCl2
0.5 mol
会产生污染环境的气体SO2(或能耗高等)
解析：(2)FeCl2溶液在加热蒸干、灼烧过程中，Fe2+水解且被氧化，最终得到Fe2O3固体。(3)[CuCl2]－中铜显＋1价，调节pH发生歧化反应生成Cu和Cu2+。(4)由(3)分析可知滤液中有CuCl2及过量的盐酸。由已知反应知1 mol CuFeS2溶解需要3 mol CuCl2，生成4 mol CuCl，4 mol CuCl最终歧化生成2 mol Cu和2 mol CuCl2，此时还需要补充1 mol CuCl2。则生成1 mol Cu需要补充0.5 mol CuCl2。(5)高温需要消耗能量，生成SO2会污染大气。
利用教材课后习题创设情境——考教衔接突出创新性应用性
教材习题
孔雀石的主要成分为CuCO3·Cu(OH)2。某同学设计的从孔雀石中提取铜的方案如下：
①将孔雀石粉碎后，加入过量的稀硫酸；
②将反应后的混合物过滤；
③向滤液中加入一种金属粉末。
——人教版必修第二册P125“复习与提高”T8。
[价值引领]　资源、能源、材料、环保、健康、安全是当今社会重要的研究主题，也是高考命题重要的关注方向，教材选取资源开发的情境材料(孔雀石)，2022海南高考选取环保方面的情境材料，均聚焦“金属的冶炼”这一重要知识。新高考对化工生产的命题立意：按照绿色化学思想和循环经济原则，科学、安全、有效和合理地开发自然资源，实现可持续发展。
【发掘设问】　
(1)①中的现象是______________________________________，反应的离子方程式为_____________________________________________。
(2)③中加入的金属粉末可以是________，反应的离子方程式为_________________。
(3)从滤液中获得Cu，可以用电解法，其离子方程式为_____________________________。
固体溶解，形成蓝色溶液，且生成无色无味气体
CuCO3·Cu(OH)2＋4H＋===2Cu2+＋CO2↑＋3H2O
Fe
Fe＋Cu2+===Cu＋Fe2+
(4)孔雀石写成碱式盐的形式为____________，Cu在潮湿的空气中也可形成孔雀石即铜锈，写出其化学方程式：____________________。
(5)Cu2O也为红色，如何证明Cu中含有Cu2O
Cu2(OH)2CO3
2Cu＋O2＋CO2＋H2O===Cu2(OH)2CO3
答案：取样品Cu置于试管中，加入稀H2SO4振荡，溶液变为蓝色，则证明Cu中含Cu2O
【变式】　工业上以粗铜为原料采取如图所示流程制备硝酸铜晶体。

答案：B
答案：D
2．(2021湖北卷，2)“乌铜走银”是我国非物质文化遗产之一。该工艺将部分氧化的银丝镶嵌于铜器表面，艺人用手边捂边揉搓铜器，铜表面逐渐变黑，银丝变得银光闪闪。下列叙述错误的是(　　)
A．铜的金属活动性大于银
B．揉搓可提供电解质溶液
C．银丝可长时间保持光亮
D．用铝丝代替银丝，铜也会变黑
答案：D
解析：根据金属活动性顺序，铜的金属活动性大于银，A项正确；揉搓时，手上的汗水可提供电解质溶液（氯化钠等水溶液），B项正确；银丝发生还原反应，氧化银转化为单质银，单质银活动性比铜弱，可长时间保持光亮，C项正确；铜的活动性比铝弱，氧化铝不能被铜还原为单质铝，因此铜不会变黑，D项错误。
3．(2023·河北卷，16)闭环循环有利于提高资源利用率和实现绿色化学的目标。利用氨法浸取可实现废弃物铜包钢的有效分离，同时得到的CuCl可用于催化、医药、冶金等重要领域。工艺流程如下：
已知：室温下的Ksp(CuCl)＝10－6.8。
回答下列问题：
(1)首次浸取所用深蓝色溶液由铜毛丝、足量液氨、空气和盐酸反应得到，其主要成分为______________________________(填化学式)。
(2)滤渣的主要成分为__________(填化学式)。
(3)浸取工序的产物为[Cu(NH3)2]Cl，该工序发生反应的化学方程式为____________________________。浸取后滤液的一半经氧化工序可得深蓝色溶液，氧化工序发生反应的离子方程式为________________________________________________。
[Cu(NH3)4]Cl2
Fe
[Cu(NH3)4]Cl2＋Cu===2[Cu(NH3)2]Cl
盐酸和液氨反应放热
CuCl↓
防止干燥过程中CuCl被空气中的O2氧化
解析：(1)由铜毛丝、足量液氨、空气和盐酸反应得到的深蓝色溶液为二氯化四氨合铜。(2)滤渣的主要成分为铁。(3)浸取工序发生的反应为二氯化四氨合铜溶液与铜反应生成一氯化二氨合亚铜，反应的化学方程式为[Cu(NH3)4]Cl2＋Cu===2[Cu(NH3)2]Cl；氧化工序中一氯化二氨合亚铜发生的反应为一氯化二氨合亚铜溶液与液氨、氧气和盐酸反应生成二氯化四氨合铜和水，反应的离子方程式为8NH3＋4[Cu(NH3)2]＋＋O2＋4H＋===4[Cu(NH3)4]2+＋2H2O。
1．旅游景点售卖的仿银饰品大多是白铜(铜镍合金)。下列说法正确的是(　　)
A．硬度比铜的大
B．熔点比铜的高
C．容易被腐蚀
D．通过外观颜色即可区分它和白银
答案：A
2．下列铜及其化合物性质与用途具有对应关系的是(　　)
A．铜单质具有延展性，可用作传输电流
B．Cu2O的熔、沸点较高，可用作催化反应
C．Cu(OH)2具有氧化性，可用作检验醛基
D．CuSO4能使蛋白质变性，可用于饮用水消毒
答案：C
答案：C
4．人类最早冶金的历史年代曲线图如图所示(－1 000 表示公元前1000年)。
下列说法正确的是(　　)
A．金属越活泼，冶炼的年代一定越晚
B．冶炼金属的历史：电解氯化物比电解氧化物早
C．自然界中铜元素以游离态形式存在，故铜的冶炼年代最早
D．金属氧化物(如Al2O3、Cu2O)也属于金属材料
答案：B
答案：D
6．(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________(填标号)吸收。
a．浓H2SO4 b．稀HNO3
c．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___________________________________________。
cd
Fe3＋
取少量溶液，滴加KMnO4溶液，溶液紫红色褪去
(3)由泡铜冶炼粗铜的化学方程式为_______________________。
(4)取一定量的泡铜，加入1 L 0.6 mol·L－1 HNO3溶液恰好完全溶解，同时放出2 240 mL NO气体(标准状况)，另取等量的泡铜，用足量的H2还原，得到的铜的质量为________ g。
3Cu2O＋2Al高温Al2O3＋6Cu
16
解析：(1)由流程图可知，气体A中的大气污染物主要是二氧化硫，选择试剂吸收二氧化硫，不能产生新的污染气体，浓H2SO4不能吸收二氧化硫，故a错误；稀HNO3可以吸收二氧化硫，但生成NO污染大气，故b错误；NaOH溶液与二氧化硫反应生成亚硫酸钠，故c正确；氨水与二氧化硫反应生成亚硫酸铵，故d正确。
7．不同的金属在冶炼方法上也有所不同，下列说法正确的是(　　)
A．钒、铬、锰、铁等难熔金属通常采用铝热法炼制
B．铝及其合金是电气、工业、家庭广泛使用的材料，是因为铝的冶炼方法比较简单
C．由于钠、镁、铝等金属化学性质太活泼，人们通常采用电解熔融状态下的氯化物的方式来获取它们的单质
D．炼铁时加入的焦炭除了提供热量外，还用来制造还原剂一氧化碳
答案：D
8．为研究废旧电池的再利用，实验室利用废旧电池的铜帽(主要成分为Zn和Cu)回收Cu并制备ZnO的部分实验过程如图所示。
下列叙述错误的是(　　)
A．“溶解”操作中溶液温度不宜过高
B．铜帽溶解后，将溶液加热至沸腾以除去溶液中过量的氧气或H2O2
C．与锌粉反应的离子可能为Cu2＋、H＋
D．“过滤”操作后，将滤液蒸发结晶、过滤、洗涤、干燥后，高温灼烧即可得到纯净的ZnO
答案：D
解析：“溶解”操作中溶液温度不宜过高，否则过氧化氢会分解，故A正确；铜帽溶解后，溶液中存在过氧化氢或氧气，将溶液加热至沸腾以除去溶液中过量的氧气或H2O2，防止后面消耗过多的锌粉，故B正确；固体溶解后溶液中存在Cu2＋、H＋，都可以与锌粉反应，故C正确；“过滤”操作后滤液中含有硫酸锌和硫酸钠，将滤液蒸发结晶、过滤、洗涤、干燥后，高温灼烧不能得到纯净的ZnO，故D错误。
9．向CuSO4溶液中加入H2O2溶液，很快有大量气体逸出，同时放热，一段时间后，蓝色溶液变为红色浑浊(Cu2O)，继续加入H2O2溶液，红色浑浊又变为蓝色溶液，这个反应可以反复多次。下列关于上述过程的说法不正确的是(　　)
A．Cu2＋将H2O2还原为O2
B．H2O2既表现氧化性又表现还原性
C．Cu2＋是H2O2分解反应的催化剂
D．发生了反应：Cu2O＋H2O2＋4H＋===2Cu2＋＋3H2O
答案：A
解析：硫酸铜与H2O2溶液首先发生反应产生氧化亚铜，铜元素的化合价降低，硫酸铜作氧化剂，则H2O2作还原剂被氧化成氧气，故A错误；开始过氧化氢被氧化成氧气表现还原性，继续滴加过氧化氢溶液后氧化亚铜转变成铜离子，则过氧化氢又表现氧化性，故B正确；整个过程中反应开始有铜离子，反应结束时还有铜离子，铜离子的量没有变化，符合催化剂的特点，故C正确；反应的第二阶段是过氧化氢与氧化亚铜反应产生铜离子的过程，根据价态变化，可知过氧化氢应被还原成水，根据化合价升降总数相等可得离子方程式：Cu2O＋H2O2＋4H＋===2Cu2＋＋3H2O，故D正确。
10．某炼铁废渣中含有大量CuS及少量铁的化合物，工业上以该废渣为原料生产CuCl2·2H2O晶体的工艺流程如图：
下列说法正确的是(　　)
A．焙烧过程中每消耗1 mol CuS则消耗2 mol O2
B.焙烧后的废气能使酸性高锰酸钾溶液褪色
C．滤渣中主要含铁的氧化物
D．将获得的CuCl2·2H2O晶体加热可制得CuCl2固体
答案：B
11．(13分)铜器久置，表面会生成一层绿色固体，为探究铜在空气中的腐蚀情况，某化学兴趣小组收集家中铜器表面的绿色固体进行探究。
①对试管内的绿色固体进行加热，至完全分解，观察到A装置中绿色固体逐渐变成黑色，B装置中无水硫酸铜变成蓝色，C装置中澄清石灰水变浑浊。
②取少量加热后生成的黑色固体于试管中，加入稀硫酸，观察到黑色固体逐渐溶解，溶液变成蓝色。
③取少量上述蓝色溶液于试管中，浸入一根洁净的铁丝。观察到铁丝表面有红色物质析出。
请回答下列问题：
(1)绿色固体中含有的元素是_____________。
(2)加热后试管中剩余的黑色物质是________。
(3)假设该绿色物质是一种纯净物，则其化学式可能是__________________，加热分解的化学方程式为______________________________。
Cu、H、O、C
CuO
Cu2(OH)2CO3
(4)上述实验步骤③中反应的离子方程式为____________________________。
(5)实验装置最后的干燥管的作用是______________________________。
(6)如果将B、C两装置对调，能否达到实验目的？________(填“能”或“不能”)，为什么？____________________________________。
Fe＋Cu2＋===Cu＋Fe2＋
防止空气中的CO2进入C装置
不能
因为B、C两装置对调后无法证明反应有水生成

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