高考化学一轮复习学案 考点10 铜及其化合物 合金 金属的冶炼 (学生版+教师版)

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高考化学一轮复习学案 考点10 铜及其化合物 合金 金属的冶炼 (学生版+教师版)

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第十讲 铜及其化合物 合金 金属的冶炼
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
一、Cu在周期表中位置、核外电子排布式和物理性质
1.Cu位于第 周期第 族,属于过渡金属元素;原子结构示意图为: 。
2.核外电子排布式
Cu 1s22s22p63s23p63d104s1
Cu2+ 1s22s22p63s23p63d9
3.物理性质
纯Cu是一种 金属,具有良好的延展性、导电性和导热性, 被磁铁吸引。
二、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: 。
②化学方程式: 。
③与强氧化性酸反应
A.与浓硫酸共热的化学方程式: ;
B.与稀硝酸反应的离子方程式: ;
C.与浓硝酸反应的离子方程式: 。
④与盐溶液反应(写离子方程式)
A.与硝酸银溶液: ;
B.与FeCl3溶液: 。
三、Cu的氧化物
化学式
CuO
Cu2O
化学名
氧化铜
氧化亚铜
色态


Cu的价态
+2
+1
与Al、CO、H2 等反应



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.Cu(OH)2为蓝色不溶于水的絮状沉淀。
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: .
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:
CH3CHO+2Cu(OH)2+NaOH CH3COONa+Cu2O+3H2O.
五、五水合硫酸铜
CuSO4·5H2O为蓝色晶体,俗称 .
1.无水CuSO4遇水变蓝色(生成CuSO4·5H2O),可作为 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
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.
4.CuSO4和 CuSO4·5H2O的相互转化
实验内容
实验现象
结论
CuSO4·5H2O → CuSO4
向饱和的CuSO4 溶液中慢慢滴入浓硫酸,静置
液体分为两层,上层蓝色,下层无色,有白色固体析出
浓硫酸具有吸水性,可使饱和的CuSO4 溶液析出白色CuSO4 固体
CuSO4→ CuSO4·5H2O
向无水CuSO4 中通入水蒸气
白色粉末变为蓝色晶体
CuSO4+5H2O=
CuSO4·5H2O
六、碱式碳酸铜
化学式: ,也可表示成CuCO3 ·Cu(OH)2 ,是铜绿、孔雀石、铜锈(铜绿)的主要成分,是铜在潮湿空气中被腐蚀的结果,其受热分解的化学方程式为
七、铜的制备及废铜综合利用
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↑
3.铜的精炼: 电解法精炼铜:阳极材料为 ;阴极材料为 ,电解质为 。
阳极反应:Cu- 2e- = Cu2+、Fe-2e-=Fe2+、Ni-2e-= Ni 2+;阴极反应: ,
硫酸铜溶液浓度降低
4.废铜综合利用的常用化工流程

八、合金
1.合金概念:两种或两种以上 熔化而成的具有 的物质叫合金.
2.性质特点 合金比它的成分金属具有良好的物理和化学等多方面性能
(1)多数合金的熔点比它的各成分金属的熔点 ;
(2)合金的硬度一般比它的各成分金属的硬度 。
3.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。
(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)。
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 中提炼出来的过程。由于矿石中金属大都以 形式存在,所以金属冶炼的过程,就是金属从化合态 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 。
(2)冶炼:目的是得到 。原理是利用 反应原理,在一定条件下,
用 把金属矿石中的金属离子 成金属单质。
(3)精炼:目的是 。
3.金属冶炼的方法
(1)热分解法:适合于
如:2HgO  2Ag2O
(2)热还原法:适合于 ,常用的还原剂
有 等,如:
Fe2O3+3CO WO3+3H2
(3)活泼金属还原法: Cr2O3+2Al (铝热反应)
(4)电解法:适合于
2A12O3 (l) 4Al + 3O2↑ 2NaCl(l) 2Na + C12↑
(5)湿法冶金(又叫水法冶金):利用在溶液中发生的化学反应(如置换、氧化还原、中和、水解等),对原料中的金属进行提取和分离的冶金过程.湿法冶金可用于提取Zn、U(铀)及稀土金属等。
十、金属的活动性
1.金属的物理通性
周期表中的分布
位于从硼到砹的左下方,在已知的109种元素中有87种是金属元素
原子结构的特征(最外层电子)
最外层电子数一般少于4个(ⅣA~ⅥA族的某些金属元素有4~5个,但核外电子层数较多,原子半径较大)
组成粒子及通常状态
金属离子和自由电子。通常情况下都是金属晶体,只有汞在常温下呈液态
物理性质(通性)
有金属光泽、不透明,热和电的良导体,有良好的延性和展性
2.金属活动性顺序的应用
(1)判断金属与酸反应:氢以前的金属能置换非氧化性酸中的氢;氢以后的金属不能跟非氧化性酸反应,只能与强氧化性酸反应;氢以前金属与氧化性酸反应的产物与金属活泼性、酸的浓度、温度等多种因素有关。
(2)判断金属与盐溶液反应的产物:除活泼金属(K、Ca、Na、Ba等),前面金属能将后面的金属从其盐溶液
中置换出来;后面的金属也可以和前面金属元素的高价阳离子发生非置换反应。如2Fe3++Cu=2Fe2++ Cu2+
(3)判断金属与H20反应的产物:K、Ca、Na遇冷水迅速反应生成碱和H2;Mg在冷水中缓慢反应,在沸水中能较快反应生成碱和H2;Al在冷水中不反应,在沸水中微弱反应生成碱和H2;Zn、Fe、Sn、Pb能在红热条件下与水蒸气反应生成氧化物和H2;氢以后金属不与H20反应。
(4)判断原电池的电极和电极反应:相对活泼的金属作负极,发生氧化反应。
(5)判断电解时阳离子放电顺序:与金属活动顺序相反(Ag+>Fe3+>Hg2+ >Cu2+> Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+> (H+)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+)。
(6)判断金属冶炼方法:K→Al(电解法);Zn→Cu(还原法);Hg→Ag(加热法);Pt、Au:物理方法。
(7)判断不溶性碱热稳定性大小:金属越活泼,其氢氧化物越不易分解,KOH、NaOH、Ca(OH)2:1000℃以上分解;Mg(OH)2→Cu(OH)2:酒精灯加热分解;Hg(OH)2、AgOH:常温不稳定;Pt、Au无氢氧化物。
3.金属与酸反应的规律
(1)定性规律:按金属活动性顺序表可分为下列几种情况:K→Pb和弱氧化性酸(如盐酸、稀硫酸等)发生置换反应;K→Pb和强氧化性酸(如硝酸、浓硫酸等)发生氧化还原反应,不能生成H2;Al、Fe遇浓硝酸、浓硫酸,在常温下发生钝化;Cu→Ag和强氧化性酸发生氧化还原反应;Pt→Au和强氧化性混酸(王水)发生氧化还原反应。
(2)定量规律:金属与酸反应失去电子的物质的量=产生氢原子的物质的量;当参加反应的金属与产生氢气的质量差相等时,反应后的溶液质量增加相等;相同物质的量的金属与足量的酸反应产生氢气的物质的量之比等于反应后对应金属呈现的化合价之比;相同质量的金属与足量的酸反应产生氢气的量之比等于其金属失去1mol电子时质量的倒数比;若产生相同量的氢气,所需金属的物质的量之比等于反应后对应金属呈现的化合价的倒数比;若产生相同量的氢气,所需金属的质量比等于失去1mol电子时金属的质量比。
(3)快慢规律:金属的活泼性越强,越容易与酸发生置换反应,生成氢气的速率越大。
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。
5.熟记铜及其化合物的颜色
物质
颜色
物质
颜色
Cu
紫红色
CuSO4
白色
CuO
黑色
CuSO4·5H2O
蓝色
Cu2O
砖红色
Cu2(OH)2CO3
绿色
Cu2S
黑色
Cu(OH)2
蓝色
考向一 铜及其化合物的性质
典例1: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
变式训练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+
考向二 合金
典例2:《天工开物》中记载:凡铜供世用,出山与出炉只有赤铜。以炉甘石或倭铅参合,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
变式训练2.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
考向三 金属的冶炼
典例3:下列是部分矿物资源的利用及产品流程,有关说法不正确的是(  )
A.粗铜电解精炼时,粗铜作阳极
B.生产铝、铜、高纯硅及玻璃过程中都涉及氧化还原反应
C.黄铜矿冶炼铜时,副产物SO2可用于生产硫酸,FeO可用作冶炼铁的原料
D.粗硅制高纯硅时,提纯四氯化硅可用多次分馏的方法
变式训练3.明代《天工开物》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.倭铅是指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的化学方程式:ZnCO3+2CZn+3CO↑
D.该冶炼锌的方法属于热还原法
考向四 有关铜及其化合物的综合应用
典例4:铜有两种常见的氧化物CuO和Cu2O。某学习小组取0.98 g(用精密天平测量)Cu(OH)2固体加热,有铜的氧化物生成,其质量随温度变化如图甲所示;另外,某同学绘制了三条表示金属氧化物与其所含金属元素的质量的关系曲线,如图乙所示。则下列分析正确的是(  )
A.图甲中a点和b点对应物质的化学式分别为Cu2O和CuO
B.图甲整个过程中共生成0.26 g水
C.图乙三条曲线中,表示CuO和其中所含Cu元素质量关系的曲线是A
D.图甲中,a到b的过程中有0.01 mol电子发生了转移
变式训练4.CuSO4是一种重要的化工原料,其有关制备途径及性质如图所示。下列说法不正确的是(  )
A.将CuSO4溶液蒸发浓缩、冷却结晶可制得胆矾晶体
B.相对于途径①③,途径②更好地体现了绿色化学思想
C.CuSO4在1 100 ℃分解所得气体X可能是SO2和SO3的混合气体
D.Y可能是葡萄糖
1.【2018北京卷】 下列实验中的颜色变化,与氧化还原反应无关的是
A
B
C
D
实验
NaOH溶液滴入FeSO4溶液中
石蕊溶液滴入氯水中
Na2S溶液滴入AgCl浊液中
热铜丝插入稀硝酸中
现象
产生白色沉淀,随后变为红褐色
溶液变红,随后迅速褪色
沉淀由白色逐渐变为黑色
产生无色气体,随后变为红棕色
A. A B. B C. C D. D
2.【2018江苏卷】下列有关物质性质的叙述一定不正确的是
A.向FeCl2溶液中滴加NH4SCN溶液,溶液显红色
B.KAl(SO4) 2·12H2O溶于水可形成 Al(OH)3胶体
C.NH4Cl与Ca(OH)2混合加热可生成NH3
D.Cu与FeCl3溶液反应可生成CuCl2
3.【2018天津卷1】以下是中华民族为人类文明进步做出巨大贡献的几个事例,运用化学知识对其进行的分析不合理的是
A. 四千余年前用谷物酿造出酒和醋,酿造过程中只发生水解反应
B. 商代后期铸造出工艺精湛的后(司)母戊鼎,该鼎属于铜合金制品
C. 汉代烧制出“明如镜、声如磬”的瓷器,其主要原料为黏士
D. 屠呦呦用乙醚从青蒿中提取出对治疗疟疾有特效的青蒿素,该过程包括萃取操作
4.【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
5.【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
6.【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
7.(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
8.【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_________________________。
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)。
第十讲 铜及其化合物 合金 金属的冶炼
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
一、Cu在周期表中位置、核外电子排布式和物理性质
1.Cu位于第__四__周期第__ⅠB__族,属于过渡金属元素;原子结构示意图为:。
2.核外电子排布式
Cu 1s22s22p63s23p63d104s1
Cu2+ 1s22s22p63s23p63d9
3.物理性质
纯Cu是一种__紫红色固体金属,具有良好的延展性、导电性和导热性,不能被磁铁吸引。
二、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+Al2O3
H2+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.Cu(OH)2为蓝色不溶于水的絮状沉淀。
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:
CH3CHO+2Cu(OH)2+NaOH CH3COONa+Cu2O+3H2O.
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.
4.CuSO4和 CuSO4·5H2O的相互转化
实验内容
实验现象
结论
CuSO4·5H2O → CuSO4
向饱和的CuSO4 溶液中慢慢滴入浓硫酸,静置
液体分为两层,上层蓝色,下层无色,有白色固体析出
浓硫酸具有吸水性,可使饱和的CuSO4 溶液析出白色CuSO4 固体
CuSO4→ CuSO4·5H2O
向无水CuSO4 中通入水蒸气
白色粉末变为蓝色晶体
CuSO4+5H2O=
CuSO4·5H2O
六、碱式碳酸铜
化学式:Cu2(OH)2CO3,也可表示成CuCO3 ·Cu(OH)2 ,是铜绿、孔雀石、铜锈(铜绿)的主要成分,是铜在潮湿空气中被腐蚀的结果,其受热分解的化学方程式为Cu2(OH)2CO32CuO+H2O+CO2↑
七、铜的制备及废铜综合利用
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↑
3.铜的精炼: 电解法精炼铜:阳极材料为粗铜;阴极材料为 精铜 ,电解质为硫酸铜溶液。
阳极反应:Cu- 2e- = Cu2+、Fe-2e-=Fe2+、Ni-2e-= Ni 2+;阴极反应:Cu2++ 2e- =Cu,
硫酸铜溶液浓度降低
4.废铜综合利用的常用化工流程

八、合金
1.合金概念:两种或两种以上金属(或金属与非金属)熔化而成的具有金属特性的物质叫合金.
2.性质特点 合金比它的成分金属具有良好的物理和化学等多方面性能
(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__。
3.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。
(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)。
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:
Fe2O3+3CO__2Fe+3CO2__ WO3+3H2__W+3H2O__
(3)活泼金属还原法: Cr2O3+2Al__2Cr+Al2O3____(铝热反应)
(4)电解法:适合于__Na、Mg、Al等活泼金属的冶炼__
2A12O3 (l) 4Al + 3O2↑ 2NaCl(l) 2Na + C12↑
(5)湿法冶金(又叫水法冶金):利用在溶液中发生的化学反应(如置换、氧化还原、中和、水解等),对原料中的金属进行提取和分离的冶金过程.湿法冶金可用于提取Zn、U(铀)及稀土金属等。
十、金属的活动性
1.金属的物理通性
周期表中的分布
位于从硼到砹的左下方,在已知的109种元素中有87种是金属元素
原子结构的特征(最外层电子)
最外层电子数一般少于4个(ⅣA~ⅥA族的某些金属元素有4~5个,但核外电子层数较多,原子半径较大)
组成粒子及通常状态
金属离子和自由电子。通常情况下都是金属晶体,只有汞在常温下呈液态
物理性质(通性)
有金属光泽、不透明,热和电的良导体,有良好的延性和展性
2.金属活动性顺序的应用
(1)判断金属与酸反应:氢以前的金属能置换非氧化性酸中的氢;氢以后的金属不能跟非氧化性酸反应,只能与强氧化性酸反应;氢以前金属与氧化性酸反应的产物与金属活泼性、酸的浓度、温度等多种因素有关。
(2)判断金属与盐溶液反应的产物:除活泼金属(K、Ca、Na、Ba等),前面金属能将后面的金属从其盐溶液
中置换出来;后面的金属也可以和前面金属元素的高价阳离子发生非置换反应。如2Fe3++Cu=2Fe2++ Cu2+
(3)判断金属与H20反应的产物:K、Ca、Na遇冷水迅速反应生成碱和H2;Mg在冷水中缓慢反应,在沸水中能较快反应生成碱和H2;Al在冷水中不反应,在沸水中微弱反应生成碱和H2;Zn、Fe、Sn、Pb能在红热条件下与水蒸气反应生成氧化物和H2;氢以后金属不与H20反应。
(4)判断原电池的电极和电极反应:相对活泼的金属作负极,发生氧化反应。
(5)判断电解时阳离子放电顺序:与金属活动顺序相反(Ag+>Fe3+>Hg2+ >Cu2+> Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+> (H+)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+)。
(6)判断金属冶炼方法:K→Al(电解法);Zn→Cu(还原法);Hg→Ag(加热法);Pt、Au:物理方法。
(7)判断不溶性碱热稳定性大小:金属越活泼,其氢氧化物越不易分解,KOH、NaOH、Ca(OH)2:1000℃以上分解;Mg(OH)2→Cu(OH)2:酒精灯加热分解;Hg(OH)2、AgOH:常温不稳定;Pt、Au无氢氧化物。
3.金属与酸反应的规律
(1)定性规律:按金属活动性顺序表可分为下列几种情况:K→Pb和弱氧化性酸(如盐酸、稀硫酸等)发生置换反应;K→Pb和强氧化性酸(如硝酸、浓硫酸等)发生氧化还原反应,不能生成H2;Al、Fe遇浓硝酸、浓硫酸,在常温下发生钝化;Cu→Ag和强氧化性酸发生氧化还原反应;Pt→Au和强氧化性混酸(王水)发生氧化还原反应。
(2)定量规律:金属与酸反应失去电子的物质的量=产生氢原子的物质的量;当参加反应的金属与产生氢气的质量差相等时,反应后的溶液质量增加相等;相同物质的量的金属与足量的酸反应产生氢气的物质的量之比等于反应后对应金属呈现的化合价之比;相同质量的金属与足量的酸反应产生氢气的量之比等于其金属失去1mol电子时质量的倒数比;若产生相同量的氢气,所需金属的物质的量之比等于反应后对应金属呈现的化合价的倒数比;若产生相同量的氢气,所需金属的质量比等于失去1mol电子时金属的质量比。
(3)快慢规律:金属的活泼性越强,越容易与酸发生置换反应,生成氢气的速率越大。
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。
5.熟记铜及其化合物的颜色
物质
颜色
物质
颜色
Cu
紫红色
CuSO4
白色
CuO
黑色
CuSO4·5H2O
蓝色
Cu2O
砖红色
Cu2(OH)2CO3
绿色
Cu2S
黑色
Cu(OH)2
蓝色
考向一 铜及其化合物的性质
典例1: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
变式训练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。
【答案】D
考向二 合金
典例2:《天工开物》中记载:凡铜供世用,出山与出炉只有赤铜。以炉甘石或倭铅参合,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
【解析】合金的熔点低于其组成成分金属的熔点。青铜是铜锡合金,熔点比铜低,故A项错误;黄铜是铜锌合金,熔点比铜低,故B项错误;赤铜是纯度较高的铜,熔点比合金高,故C项正确;白铜是铜镍合金,熔点比铜低,故D项错误。
【答案】C
变式训练2.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
考向三 金属的冶炼
典例3:下列是部分矿物资源的利用及产品流程,有关说法不正确的是(  )
A.粗铜电解精炼时,粗铜作阳极
B.生产铝、铜、高纯硅及玻璃过程中都涉及氧化还原反应
C.黄铜矿冶炼铜时,副产物SO2可用于生产硫酸,FeO可用作冶炼铁的原料
D.粗硅制高纯硅时,提纯四氯化硅可用多次分馏的方法
【解析】
A.电解精炼铜时,粗铜作阳极,故A正确;
B.制备单质时涉及化合价变化,是氧化还原反应,制玻璃的反应是SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑和SiO2+CaCO3CaSiO3+CO2↑,元素化合价未发生变化,均不属于氧化还原反应,故B错误;
C.SO2可以转化成SO3,进而生成H2SO4,FeO与CO在高温下可生成Fe,故C正确;
D.制备硅的过程中,利用沸点不同进行分馏,将SiCl4从杂质中提取出来,再与H2发生置换反应得到高纯硅,故D正确。
【答案】B
变式训练3.明代《天工开物》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.倭铅是指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的化学方程式:ZnCO3+2CZn+3CO↑
D.该冶炼锌的方法属于热还原法
【解析】由题意可知,倭铅是指金属锌,不是混合物,故A错误;煤炭的主要成分是碳,反应中碳作还原剂,故B、C、D均正确。
【答案】A
考向四 有关铜及其化合物的综合应用
典例4:铜有两种常见的氧化物CuO和Cu2O。某学习小组取0.98 g(用精密天平测量)Cu(OH)2固体加热,有铜的氧化物生成,其质量随温度变化如图甲所示;另外,某同学绘制了三条表示金属氧化物与其所含金属元素的质量的关系曲线,如图乙所示。则下列分析正确的是(  )
A.图甲中a点和b点对应物质的化学式分别为Cu2O和CuO
B.图甲整个过程中共生成0.26 g水
C.图乙三条曲线中,表示CuO和其中所含Cu元素质量关系的曲线是A
D.图甲中,a到b的过程中有0.01 mol电子发生了转移
【解析】
A.0.98 g Cu(OH)2的物质的量为0.01 mol,若全部生成CuO,则质量为0.01 mol×80 g·mol-1=0.80 g,所以a点对应的物质是CuO;若全部生成Cu2O,则质量为0.005 mol×144 g·mol-1=0.72 g,所以b点对应的物质是Cu2O,A项错误;
B.根据化学方程式Cu(OH)2CuO+H2O、4CuO2Cu2O+O2↑可知,生成水的物质的量为0.01 mol,质量为0.01 mol×18 g·mol-1=0.18 g,B项错误;
C.CuO和其中所含Cu元素的质量关系(以CuO的质量为10 g计算)为:
CuO ~ Cu
80 64
10 g 8 g
观察图乙可知,B曲线符合上述质量关系,表示的是CuO,C项错误;
D.根据反应方程式4CuO2Cu2O+O2↑可知,a到b的过程中有0.01 mol电子发生了转移,D项正确。
【答案】D
变式训练4.CuSO4是一种重要的化工原料,其有关制备途径及性质如图所示。下列说法不正确的是(  )
A.将CuSO4溶液蒸发浓缩、冷却结晶可制得胆矾晶体
B.相对于途径①③,途径②更好地体现了绿色化学思想
C.CuSO4在1 100 ℃分解所得气体X可能是SO2和SO3的混合气体
D.Y可能是葡萄糖
【解析】CuSO4易溶于水,将CuSO4溶液蒸发浓缩得到其高温饱和溶液,再冷却结晶可析出CuSO4·5H2O晶体,A正确;途径②中反应为2Cu+2H2SO4+O22CuSO4+2H2O,而途径①中产生NO气体,途径③中产生SO2气体,显然途径②不产生污染性气体,更好地体现了绿色化学思想,B正确;由题图可知,CuSO4在1 100 ℃时分解得到Cu2O,该过程Cu元素化合价由+2降低到+1,S元素的化合价为+6价,不能继续升高,只能是O元素的化合价升高,即有O2产生,化学方程式为2CuSO4Cu2O+SO2↑+SO3↑+O2↑,故X是SO2、SO3、O2三种气体的混合物,C错误;CuSO4与过量NaOH溶液反应生成Cu(OH)2,再与Y在加热条件下转化为Cu2O,则Y具有还原性,可以是乙醛、葡萄糖等含有醛基的有机物,D正确。
【答案】C
1.【2018北京卷】 下列实验中的颜色变化,与氧化还原反应无关的是
A
B
C
D
实验
NaOH溶液滴入FeSO4溶液中
石蕊溶液滴入氯水中
Na2S溶液滴入AgCl浊液中
热铜丝插入稀硝酸中
现象
产生白色沉淀,随后变为红褐色
溶液变红,随后迅速褪色
沉淀由白色逐渐变为黑色
产生无色气体,随后变为红棕色
A. A B. B C. C D. D
【答案】C
【解析】
NaOH溶液滴入FeSO4溶液中产生白色Fe(OH)2沉淀,白色沉淀变为红褐色沉淀时的反应为4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3,该反应前后元素化合价有升降,为氧化还原反应;
氯水中存在反应Cl2+H2OHCl+HClO,由于氯水呈酸性,石蕊溶液滴入后溶液先变红,红色褪色是HClO表现强氧化性,与有色物质发生氧化还原反应;
白色沉淀变为黑色时的反应为2AgCl+Na2S=Ag2S+2NaCl,反应前后元素化合价不变,不是氧化还原反应;
D项,Cu与稀HNO3反应生成Cu(NO3)2、NO气体和H2O,气体由无色变为红棕色时的反应为2NO+O2=2NO2,反应前后元素化合价有升降,为氧化还原反应;与氧化还原反应无关的是C项,答案选C。
2.【2018江苏卷】下列有关物质性质的叙述一定不正确的是
A.向FeCl2溶液中滴加NH4SCN溶液,溶液显红色
B.KAl(SO4) 2·12H2O溶于水可形成 Al(OH)3胶体
C.NH4Cl与Ca(OH)2混合加热可生成NH3
D.Cu与FeCl3溶液反应可生成CuCl2
【答案】A
【解析】
FeCl2溶液中含Fe2+,NH4SCN用于检验Fe3+,向FeCl2溶液中滴加NH4SCN溶液,溶液不会显红色,A项错误;
KAl(SO4)2·12H2O溶于水电离出的Al3+水解形成Al(OH)3胶体,离子方程式为Al3++3H2OAl(OH)3(胶体)+3H+,B项正确;
实验室可用NH4Cl和Ca(OH)2混合共热制NH3,反应的化学方程式为
2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O,C项正确;
Cu与FeCl3溶液反应生成CuCl2和FeCl2,反应的化学方程式为Cu+2FeCl3=CuCl2+2FeCl2,D项正确;
答案选A。
3.【2018天津卷1】以下是中华民族为人类文明进步做出巨大贡献的几个事例,运用化学知识对其进行的分析不合理的是
A. 四千余年前用谷物酿造出酒和醋,酿造过程中只发生水解反应
B. 商代后期铸造出工艺精湛的后(司)母戊鼎,该鼎属于铜合金制品
C. 汉代烧制出“明如镜、声如磬”的瓷器,其主要原料为黏士
D. 屠呦呦用乙醚从青蒿中提取出对治疗疟疾有特效的青蒿素,该过程包括萃取操作
【答案】A
【解析】
A.谷物中的淀粉在酿造中发生水解反应只能得到葡萄糖,葡萄糖要在酒化酶作用下分解,得到酒精和二氧化碳。酒中含有酒精,醋中含有醋酸,显然都不是只水解就可以的。选项A不合理。
B.商代后期铸造出工艺精湛的后(司)母戊鼎属于青铜器,青铜是铜锡合金。选项B合理。
C.陶瓷的制造原料为黏土。选项C合理。
D.屠呦呦用乙醚从青蒿中提取出对治疗疟疾有特效的青蒿素,是利用青蒿素在乙醚中溶解度较大的原理,将青蒿素提取到乙醚中,所以属于萃取操作。选项D合理。
故选C。
4.【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
【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。
5.【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
【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。
6.【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
【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。
7.(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
【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。
8.【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_________________________。
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】
(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)2Cl2·3H2O
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)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

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