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考点10 铜及其重要化合物 合金 金属的冶炼
【考纲要求】
1.知道铜及其重要化合物的性质。
2.了解合金的概念及重要应用。
3.了解常见金属的活动顺序及金属冶炼的一般方法。
4.了解化学科学发展对自然资源开发利用的作用
【知识要点精讲】
一、以Cu为中心的有关Cu及其重要化合物的知识导图
二、Cu在周期表中位置、核外电子排布式和物理性质
1.铁位于第__四__周期第__ⅠB__族,属于过渡金属元素;
2.核外电子排布式
Cu 1s22s22p63s23p63d104s1
Cu2+ 1s22s22p63s23p63d9
3.物理性质
纯铁是一种__紫红色固体金属,具有能被磁铁吸引的特性,纯铁有很强的抗腐蚀能力。
三、Cu的重要化学性质
相关反应的化学方程式或离子方程式:
①化学方程式:__2Cu+O2+CO2+H2O===Cu2(OH)2CO3__。
②化学方程式:__2Cu+SCu2S__。
③与强氧化性酸反应
A.与浓硫酸共热的化学方程式:__Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O__;
B.与稀硝酸反应的离子方程式:__3Cu+8H++2NO3-===3Cu2++2NO↑+4H2O__;
C.与浓硝酸反应的离子方程式:__Cu+4H++NO3-===Cu2++NO2↑+2H2O__。
④与盐溶液反应(写离子方程式)
A.与硝酸银溶液:Cu+2Ag+===2Ag+Cu2+;
B.与FeCl3溶液:Cu+2Fe3+===2Fe2++Cu2+。
三、Cu的氧化物
化学式 CuO Cu2O
化学名 氧化铜 氧化亚铜
色态 黑色固体 砖红色固体
Cu的价态 +2 +1
与Al、CO、H2 等反应 2Al+3CuO3Cu+Al2O3H2+CuOCu+H2O H2+Cu2O2Cu+H2O_
与非氧化性酸反应(H+)离子方程式 CuO+2H+===Cu2++H2O Cu2O+2H+===Cu2++Cu+H2O
与CH3CH2OH反应 CuO+CH3CH2OHCH3CHO+Cu+H2O
转化关系 4CuO2Cu2O+O2↑
四、氢氧化铜的重要性质
1.蓝色固体,不溶于水。
2.氢氧化铜属于二元弱碱,能和酸(如盐酸)反应,化学方程式为:Cu(OH)2+2HCl===CuCl2+2H2O.
3.氢氧化铜不稳定,受热易分解,其反应的化学方程式为:Cu(OH)2CuO+H2O.
4.氢氧化铜具有弱氧化性,新制Cu(OH)2悬浊液能和含有醛基的有机物反应.
五、五水合硫酸铜
CuSO4·5H2O为蓝色晶体,俗称蓝矾、胆矾.
1.无水CuSO4遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O),可作为水的检验依据;
2.蓝色晶体受热可转化为白色粉末CuSO4,化学方程式为__CuSO4·5H2OCuSO4+5H2O
3.CuSO4和石灰乳的混合液即为无机农药波尔多液,是一种良好的杀菌剂,可以用来防治多种作物的病害,有时看到游泳池和浴池中的水呈现为蓝色,就是加入CuSO4的缘故.
六、碱式碳酸铜
化学式:Cu2(OH)2CO3,也可表示成CuCO3 ·Cu(OH)2 ,是铜锈(铜绿)的主要成分。
七、铜的精炼: 电解法精炼铜:阳极材料为粗铜;阴极材料为 精铜 .
废铜综合利用的常用化工流程
八、合金
1.性质特点
(1)多数合金的熔点比它的各成分金属的熔点__低__;
(2)合金的硬度一般比它的各成分金属的硬度__大__。
2.测定合金组成与含量的两种方法
(1)定性分析型
形成合金的各种成分的特殊化学性质仍按单一组分的性质(例如铝合金中的铝既能溶于酸又能溶于碱的性质不变,铜能溶于稀硝酸,且硝酸的还原产物为NO气体等性质不变),一般是将合金酸溶或碱溶,根据反应中的特殊现象或根据溶解后所得溶液继续加沉淀剂产生的现象判断其成分。此类试题常以流程的形式呈现,解答的关键是理清每一步加入的物质和生成物质的成分。21cnjy.com
(2)定量分析型
定量测定合金的成分常用量气或沉淀两种方法。
①定量集气法
定量集气法是指收集合金中某种物质溶解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,采用沉淀法时,涉及到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;数据的处理(包括测定结果的误差分析)。21*cnjy*com
九、金属冶炼的原理和方法
1.金属冶炼的实质
金属冶炼是指把金属从__矿石__中提炼出来的过程。由于矿石中金属大都以__化合态__形式存在,所以金属冶炼的过程,就是金属从化合态__还原__为游离态的过程:Mn+ + ne-===M。
2.金属冶炼的主要步骤
(1)矿石富集:目的是__除去杂质、提高矿石中有用成分的含量__。
(2)冶炼:目的是__得到金属单质__。原理是利用__氧化还原__反应原理,在一定条件下,
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:目的是__提纯金属__。
3.金属冶炼的方法
(1)热分解法:适合于__Ag、Hg等中等不活泼金属的冶炼__
如:2HgO__2Hg+O2↑____ 2Ag2O__4Ag+O2↑__
(2)热还原法:适合于__Zn~Cu等中等活泼金属的冶炼__,常用的还原剂有__碳、一氧化碳、氢气、活泼金属____等,如:【版权所有:21教育】
Fe2O3+3CO__2Fe+3CO2__
WO3+3H2__W+3H2O__
(3)活泼金属还原法: Cr2O3+2Al__2Cr+Al2O3____
(4)电解法:适合于__Na、Mg、Al等活泼金属的冶炼__
十、易错提醒
1.Cu与O2 、Cl2反应生成的均是二价铜产物,与S反应生成的是一价铜产物。
2.Cu与稀硫酸不发生反应,与浓硫酸在加热条件下可发生反应,产生的气体是SO2。
3.Cu与稀硝酸反应产生的气体是NO,不是H2。
4.K、Na常温下为固态,但Na-K合金常温下为液态。
【典例分析】
例1.下列有关铜的化合物的性质的叙述中正确的是( )
A.CuSO4变成CuSO4·5H2O是物理变化
B.一定条件下,新制的Cu(OH)2悬浊液能与乙醛反应但不能与乙酸反应
C.CuO是黑色固体,与水反应可生成Cu(OH)2
D.Cu2O遇硝酸可能会被氧化成Cu2+
【解析】CuSO4变成CuSO4·5H2O属于化学变化,A错;Cu(OH)2是碱,能与酸反应,B错;CuO不能与水反应,C错;Cu2O中铜处于低价态,能被强氧化剂硝酸氧化。21教育名师原创作品
【答案】D
例2.向铁和铜的混合物中加入一定量的稀硝酸,反应后剩余m1 g金属,再继续加入一定量的稀硫酸,充分反应后剩余了m2 g金属,则对m2 g金属组成推断正确的是( )21*cnjy*com
①其中只含有铁 ②其中不可能含铁 ③其中肯定含有铜 ④其中铁和铜可能都有
A.①② B.①③
C.②④ D.③④
【解析】Fe、Cu投入一定量的硝酸中反应后有金属剩余,则肯定有铜,且溶液中无Fe3+,再加H2SO4,提供H+,不仅可以溶解可能有的铁,还由于NO的存在溶解铜.
【答案】 D
例3.出土的锡青铜(铜锡合金)文物常有Cu2(OH)3Cl覆盖在其表面.下列说法正确的是( )
A.锡青铜的熔点比纯铜高
B.在自然环境中,锡青铜中的锡可对铜起保护作用
C.锡青铜文物在潮湿环境中的腐蚀比干燥环境中慢
D.生成Cu2(OH)3Cl覆盖物是电化学腐蚀过程,但不是化学反应过程
【解析】
A项,合金的熔点低于各成分金属的熔点.
C项,在潮湿空气中易形成原电池,腐蚀快.
D项,电化学腐蚀过程一定是化学反应过程.
【答案】B
例4.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】
A项反应后存在大量浓硫酸,所以不能加入水;
B项常温下,不能反应;
C项加热条件下促进Cu2+的水解,不能得到CuCl2固体。
【答案】D
例5.把铁与铜的混合物放入稀硝酸中,反应后过滤,把滤出的固体物质投入盐酸中,无气体放出,则滤液里一定含有的金属盐是 ( )21世纪教育网版权所有
A.Cu(NO3)2 B.Fe(NO3)3
C.Fe(NO3)2 D.Fe(NO3)2和Cu(NO3)2
【解析】由于固体投入盐酸中无气体放出,则该固体一定为铜,由反应2Fe3++Cu == 2Fe2++Cu2+可知滤液中一定不含Fe3+;由于铁的还原性比铜强,故在与稀HNO3反应时,首先反应的为铁,滤液中一定含有Fe(NO3)2,若Fe完全反应后还有HNO3剩余,其还可与Cu反应产生Cu(NO3)2,若Fe与HNO3恰好反应生成Fe(NO3)2后,无HNO3剩余,则无Cu(NO3)2生成.www.21-cn-jy.com
【答案】 C
例6.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.【来源:21·世纪·教育·网】
(1)在西汉古籍中曾有记载:曾青得铁则化为铜[即:曾青(CuSO4)跟铁反应就生成铜].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.试写出除去铜绿而不损伤器物的化学方程式:__________.
(3)铜钱在历史上曾经是一种广泛流通的货币.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1183.4℃,铁的熔点是1534.8℃).【来源:21cnj*y.co*m】
__________________________________________________
【解析】
(1)曾青(CuSO4)跟铁反应就生成铜和硫酸亚铁,化学方程式为Fe+CuSO4===FeSO4+Cu.
(2)2Cu+O2+H2O+CO2 === Cu2(OH)2CO3,要除去铜器表面的铜绿,考虑酸的选择,因为强氧化性酸能和裸露的铜继续反应,所以选择盐酸,因为盐酸不和铜继续反应,并且盐酸具有挥发性.反应方程式如下:Cu2(OH)2CO3+4HCl === 2CuCl2+CO2↑+3H2O.
(3)根据题给信息以及作货币的实际,选择铜作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.
【答案】
(1)Fe+CuSO4===FeSO4+Cu
(2)2Cu+O2+H2O+CO2 === Cu2(OH)2CO3 Cu2(OH)2CO3+4HCl === 2CuCl2+CO2↑+3H2O
(3)选择铜作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.
【挑战真题】
1.【2017天津卷1】下列有关水处理方法不正确的是( )
A.用石灰、碳酸钠等碱性物质处理废水中的酸
B.用可溶性的铝盐和铁盐处理水中的悬浮物
C.用氯气处理水中的Cu2+、Hg+等重金属离子
D.用烧碱处理含高浓度NH4+的废水并回收利用氨
2.【2017海南卷7】下列叙述正确的是( )
A.稀硫酸和铜粉反应可制备硫酸铜
B.碘化钾与浓硫酸反应可制备碘化氢
C.过氧化钠与二氧化碳反应可制备氧气
D.铝箔在氯气中燃烧可制备无水三氯化铝
3.【2016上海卷】一定条件下,一种反应物过量,另一种反应物仍不能完全反应的是( )
A.过量的氢气与氮气 B.过量的浓盐酸与二氧化锰
C.过量的铜与浓硫酸 D.过量的锌与18 mol/L硫酸
4.【2015福建卷】纯净物X、Y、Z转化关系如图所示,下列判断正确的是( )
A.X可能是金属铜
B.Y不可能是氢气
C.Z可能是氯化钠
D.Z可能是三氧化硫
5.(2015新课标Ⅰ卷)下列实验中,对应的现象以及结论都正确且两者具有因果关系的是( )
选项 实验 现象 结论
A. 将稀硝酸加入过量铁粉中,充分反应后滴加KSCN溶液 有气体生成,溶液呈血红色 稀硝酸将Fe氧化为Fe3+
B. 将铜粉加1.0mol·L-1Fe2(SO4)3溶液中 溶液变蓝、有黑色固体出现 金属铁比铜活泼
C. 用坩埚钳夹住一小块用砂纸仔细打磨过的铝箔在酒精灯上加热 熔化后的液态铝滴落下来 金属铝的熔点较低
D. 将0.1mol·L-1MgSO4溶液滴入NaOH溶液至不再有沉淀产生,再滴加0.1mol·L-1CuSO4溶液 先有白色沉淀生成后变为浅蓝色沉淀 Cu(OH)2的溶度积比Mg(OH)2的小
6.(高考选项组合题)下列说法错误的是( )
A.(广东高考)制饭勺、饭盒、高压锅等的不锈钢是合金
B.(天津高考)镧镍合金能大量吸收H2形成金属氢化物,可作储氢材料
C.(全国卷Ⅱ)氢气通过灼热的CuO粉末,反应后固体物质质量减轻
D.(全国卷Ⅱ)将锌粒投入Cu(NO3)2溶液,反应后固体物质增重
7.【2017江苏 18】碱式氯化铜是重要的无机杀菌剂。
(1)碱式氯化铜有多种制备方法
①方法1: 45 ~ 50℃时,向CuCl悬浊液中持续通入空气得到Cu2 (OH)2 Cl2·3H2O, 该反应的化学方程式为_________________________。21·世纪*教育网
②方法2: 先制得CuCl2,再与石灰乳反应生成碱式氯化铜。Cu与稀盐酸在持续通入空气的条件下反应生成CuCl2,Fe3+对该反应有催化作用,其催化原理如图所示。 M'的化学式为______。
(2)碱式氯化铜有多种组成,可表示为Cua(OH)bClc·xH2O。 为测定某碱式氯化铜的组成, 进行下列实验: ①称取样品1.1160 g,用少量稀HNO3溶解后配成100.00 mL溶液A; ②取25.00 mL溶液A,加入足量AgNO3溶液,得AgCl 0.1722 g;③另取25.00 mL溶液A,调节pH 4 ~ 5,用浓度为0.08000 mol·L-1的EDTA(Na2H2Y·2H2O)标准溶液滴定Cu2+ (离子方程式为Cu2++ H2Y2-CuY2-+2H+),滴定至终点,消耗标准溶液30.00 mL。通过计算确定该样品的化学式(写出计算过程)。
【答案与解析】
1【答案】C
【解析】
石灰、碳酸钠都是碳酸盐,与酸反应,故可用于处理废水中的酸,故A正确;
B.铝盐铁盐都能水解生成对应的氢氧化物胶体,疏松多孔,可吸附水中的悬浮物,故B正确;
C.氯气无法将Cu2+、Hg2+等重金属离子变成沉淀,故C错误;
D.氢氧根离子和铵根离子生成一水合氨,分解放出氨气,故D正确。
故选C。
2【答案】CD
【解析】
根据金属活动顺序表,Cu排在H的右边,因此金属铜不与稀硫酸反应,故A错误;
B、浓硫酸具有强氧化性,能把HI氧化,故B错误;
C、2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2,因此可以制备氧气,故C正确;
D、铝在氯气中燃烧生成AlCl3,故D正确。
3【答案】AC
【解析】
H2和N2制备NH3是可逆反应,反应物始终不能消耗完;
B.可以加入过量的浓盐酸,使二氧化锰彻底反应完全;
C.浓硫酸随着反应变稀,稀硫酸不再与铜反应;
D.18mol/L的浓硫酸与锌开始反应产生SO2,随着反应进行,浓硫酸变稀,再与锌反应产生H2。
故选AC。2
4【答案】A
【解析】
A.X+Y→Z,Z电解生成X、Y,说明电解电解质本身,所以X可能是金属铜,Y可能为氯气,反应为:X+Y→Z,Cu+Cl2CuCl2,Z为CuCl2,电解CuCl2溶液:CuCl2Cu+Cl2↑,故A正确;
B.X+Y→Z,Z电解生成X、Y,说明电解电解质本身,所以X可能是氯气,Y可能为氢气,反应为:X+Y→Z,H2+Cl22HCl,Z为HCl,电解HCl溶液:2HClH2↑+Cl2↑,故B错误;
C.Z可能是氯化钠,X、Y只能为氢气、氯气中的一种,X+Y→Z,2Na+Cl22NaCl,Z电解:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,不符合Z电解生成X、Y条件,故C错误;
D.Z可能是三氧化硫,X、Y只能为二氧化硫、氧气中的一种,X+Y→Z,2SO2+O22SO3,三氧化硫和水反应SO3+H2O=H2SO4生成硫酸,电解硫酸本质为电解水,电解水生成氢气和氧气,不符合Z电解生成X、Y条件,故D错误;21·cn·jy·com
5【答案】D
【解析】
A、稀硝酸与过量的Fe分反应,则生成硝酸亚铁和NO气体、水,无铁离子生成,所以加入KSCN溶液后,不变红色,现象错误;21教育网
B、Cu与硫酸铁发生氧化还原反应,生成硫酸铜和硫酸亚铁,无黑色固体出现,现象错误;
C、铝在空气中加热生成氧化铝的熔点较高,所以内部熔化的铝不会滴落,错误;
D、硫酸镁与氢氧化钠溶液反应生成氢氧化镁沉淀,再加入硫酸铜,则生成氢氧化铜蓝色沉淀,沉淀的转化符合由溶解度小的向溶解度更小的沉淀转化,所以氢氧化铜的溶度积比氢氧化镁的溶度积小,正确,答案选D。www-2-1-cnjy-com
6【答案】D
【解析】Zn与Cu(NO3)2的反应:Zn+Cu(NO3)2===Cu+Zn(NO3)2固体物质由Zn变成Cu,质量减轻。
7【答案】
(1)①4CuCl + O2+ 8H2O2Cu2(OH)2Cl2·3H2O ②Fe2+
(2)n(Cl-)=n(AgCl)×==4.800×10-3mol
n(Cu2+)=n(EDTA)×=0.08000 mol·L-1×30.00 mL×10-3 L·mL-1×=9.600×10-3 mol
n(OH-)=2n(Cu2+)-n(Cl-)=2×9.600×10-3 mol-4.800×10-3 mol=1.440×10-2 mol
m(Cl-)=4.800×10-3 mol×35.5 g· mol -1 =0.1704 g
m(Cu2+)=9.600×10-3 mol×64 g· mol -1 =0.6144 g
m(OH-)=1.440×10-2 mol×17 g· mol -1 =0.2448 g
n(H2O)==4.800×10-3 mol
a∶b∶c∶x = n(Cu2+)∶n(OH-)∶n(Cl-)∶n(H2O)=2∶3∶1∶1
化学式为Cu2 (OH)3Cl·H2O
【解析】
(1)①分析CuCl悬浊液中持续通入空气得到Cu2 (OH)2Cl2·3H2O,可以发现Cu元素的化价升高了,所
以氧气可定做了该反应的氧化剂,根据化合价升降总数相等并结合质量守恒定律,可以写出该反应的方程式为4CuCl + O2+ 8H2O2Cu2(OH)2Cl2·3H2O2·1·c·n·j·y
②由催化原理示意图可知,M’先与H+、O2反应生成M,M再被Cu还原为Cu2+,所以M’的化学式为Fe2+2-1-c-n-j-y
(2)由实验②可以求出该样品中所含Cl-的物质的量,由氯离子守恒得:
n(Cl-)=n(AgCl)×==4.800×10-3mol
由实验③结合反应信息Cu2++ H2Y2-CuY2-+2H+,可以求出样品中所含Cu元素的物质的量:
n(Cu2+)=n(EDTA)×
=0.08000 mol·L-1×30.00 mL×10-3 L·mL-1×=9.600×10-3 mol
再由化合物中电荷守恒得:
n(OH-)=2n(Cu2+)-n(Cl-)=2×9.600×10-3 mol-4.800×10-3 mol=1.440×10-2 mol
分别求出这3种离子的质量,根据质量守恒,求出H2O的质量:
m(Cl-)=4.800×10-3 mol×35.5 g· mol -1 =0.1704 g
m(Cu2+)=9.600×10-3 mol×64 g· mol -1 =0.6144 g
m(OH-)=1.440×10-2 mol×17 g· mol -1 =0.2448 g
再求出结晶水的物质的量:
n(H2O)==4.800×10-3 mol
最后求出各粒子的个数之比,写出化学式:
因为a∶b∶c∶x = n(Cu2+)∶n(OH-)∶n(Cl-)∶n(H2O)=2∶3∶1∶1 ,所以该样品的化学式为Cu2 (OH)3Cl·H2O 【出处:21教育名师】
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 (共 2 页)
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