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例析新高考化学试题中的“孔雀石”
戚玉良 邢瑞斌*
( 山东省沂水县第三中学 276400 )
孔雀石，其主要成分为碱式碳酸铜，化学式为Cu2(OH)2CO3或CuCO3·Cu(OH)2，俗称铜绿。铜在潮湿的空气中露置，其表面会慢慢生成一层绿色的铜绿（又称铜锈），化学方程式为：2Cu + O2 + CO2 +H2O == Cu2(OH)2CO3 ，这在我们的日常生活中经常见到。因而学生对其并不陌生。现行的高中《新课程标准》以及《考试大纲》中都作出了“根据生产、生活中的应用实例或通过实验探究，了解铜及其重要化合物的主要性质及其应用” 的明确规定，从而使铜及其化合物尤其是碱式碳酸铜成为了高考命题的热点。近几年的新课程高考试题中，频频涉及到。下面笔者就结合近几年的高考试题进行分类解析，以供大家参考。
孔雀石的产生主要是岩石中的铜矿物被氧化从而产生了铜绿，把整块的岩石染成了绿色，因而，地质人员把它命名为孔雀石。它主要呈现浅绿色细小颗粒或是无定形的粉末状态，是铜在空气中生成铜锈的主要的成分。这种粉末有毒，不稳定，于473 K (200℃) 时发生分解：CuCO3·Cu(OH)22CuO+CO2↑+H2O 。孔雀石不溶于水，易溶于酸而生成对应的铜盐，如：CuCO3·Cu(OH)2+4H+ ===2Cu2+ + CO2↑+3H2O 。　 此外，铜绿还能溶于氰化物、铵盐等，生成能溶于水的络合物离子；铜绿的制备，可用碳酸氢钠和硫酸铜两种溶液混合后经过滤后干燥（低温）即可制得。铜绿主要应用于制造烟火、油漆、磷毒解毒剂等。
一、以 Cu2(OH)2CO3为载体，考查化学综合推理能力
例1.（2009年浙江，26）各物质之间的转化关系如下图，部分生成物省略。C、D是由X、Y、Z中两种元素组成的化合物，X、Y、Z的原子序数依次增大，在周期表中X的原子半径最小，Y、Z原子最外层电子数之和为10。D为无色非可燃性气体，G为黄绿色单质气体，J、M为金属，I有漂白作用，反应①常用于制作印刷电路板。
请回答下列问题：
（1）写出A的化学式____________，C的电子式______________。
（2）比较Y与Z的原子半径大小：_________＞_______（填写元素符号）。
（3）写出反应②的化学方程式(有机物用结构简式表示) _________________，
举出该反应的一个应用实例_______________________。
（4）已知F溶于稀硝酸，溶液变成蓝色，放出无色气体。请写出该反应的化学方程式：
________________。
（5）研究表明：气体D在一定条件下可被还原为晶莹透明的晶体N，其结构中原子的排列为正四面体，请写出N及其2种同素异形体的名称______、_______、_______。
【参考答案】（1）Cu2(OH)2CO3 [ Cu(OH)2·CuCO3 ] 或CuCO3；
（2）C＞O（3）CH2OH(CHOH)4CHO＋2Cu(OH)2CH2OH(CHOH)4COOH＋Cu2O↓＋2H2O 医学上可用这个反应检验尿液中的葡萄糖（或工业制银镜）；
（4）3Cu2O＋14HNO3（稀）6Cu(NO3)2＋2NO↑＋7H2O
（5）金刚石、石墨、富勒烯（C60）（或无定型炭、炭纳米管等）。
【解法探究】
本题是以Cu2(OH)2CO3为重点目标的元素无机推断题，主要考查了元素周期律、元素周期表以及常见典型元素（Cu、Fe、Cl）所对应的单质、化合物的性质，通过物质间的相互转化来推断其物质，分析物质的性质，写出相应的化学方程式。意在重点考查学生的阅读理解能力，逻辑推理、分析判断问题的能力。
根据题意，首先推出X为H，G为Cl2， 反应①为2FeCI3 ＋ Cu === 2FeCl2 ＋ CuCl2 ，即M为Cu，L为FeCl3，K为FeCl2 ，由转化关系可知，FeCl2由H与一金属反应得到，结合J为金属可知，J为Fe ，H为HCl , I有漂白作用为HClO，C为H2O ，O最外层电子数为6，另一元素原子最外层电子数为4，因为X、Y、Z得原子序数依次增大，所以Y为C， Z为O 。B→E→F这条线根据现象与葡萄糖可知F为Cu2O , E 为Cu(OH)2 , B为CuCl2，即A与HCl 反应得CuCl2 、H2O、CO2 ，所以A为CuCO3 或碱式碳酸铜。
（1）注意要求写A的化学式、水的电子式。（2）C与O属同周期元素，从左到右，原子半径随原子序数递增而减小。（3）葡萄糖是多羟基醛，与新制Cu(OH)2发生反应。方程式也可以写为CH2OH(CHOH)4CHO＋2Cu(OH)2 ＋NaOHCH2OH(CHOH)4COONa＋Cu2O↓＋3H2O ，实例可以举医学上检验病人是否患有糖尿病。（4）Cu2O与HNO3反应被氧化为Cu2＋ ，同时生成无色气体NO，注意书写化学方程式后配平。（5）CO2被还原为C ，根据题意可知晶体N为金刚石，再写出其同素异形体。
二、以孔雀石（ Cu2(OH)2CO3 ）为载体，考查化学综合实验能力
例2.（2009年山东，30）孔雀石主要含Cu2(OH)2CO3 ，还含少量Fe、Si的化合物，实验室以孔雀石为原料制备CuSO4·5H2O及CaCO3 ，步骤如下：
请回答下列问题：
（1）溶液A中的金属离子有Cu2+、Fe2+、Fe3+ ：从下列所给试剂中选择：实验步骤中试剂①为　　　　（填代号），检验溶液A中Fe3+的最佳试剂为　　　　（填代号）。
a. KMnO4　 b. (NH4) 2S c. H2O2 d. KSCN
（2）由溶液C获得CuSO4·5H2O，需要经过加热蒸发、　　　　、过滤等操作。除烧杯、漏斗外，过滤操作还用到另一玻璃仪器，该仪器在此操作中的主要作用是　　　　。
（3）制备CaCO3时，应向CaCl2溶液中先通入（或先加入）　　　　（填化学式）。若实验过程中有氨气逸出、应选用下列　　　　装置回收（填代号）。
（4）欲测定溶液A中Fe2+的浓度，需要用容量瓶配制某标准溶液，定容时视线应　　　　，直到　　　　。用KMnO4标准溶液滴定时应选用　　　　滴定管（填“酸式”或“碱式”）。
【参考答案】（1）c、d；（2）冷却结晶、引流；（3）NH3·H2O b；（4）平视凹液面（或平视刻度线）、凹液面的最低点与刻度线相切 酸式
【解法探究】
本题的设计，主要是以孔雀石（ Cu2(OH)2CO3）制备CuSO4·5H2O及CaCO3的实验为载体，全面考查化学实验的基础知识，意在考查学生物质检验、分离和提纯，溶液配制、滴定实验等各方面的基本操作与技能。
（1）根据溶液A中存在的三种金属离子，加入试剂①的目的是将Fe2＋转化Fe3＋，且不引入新的杂质，根据题目给出的试剂，选取H2O2；检验Fe3＋最好选用KSCN呈明显的红色；
（2）由溶液C获得硫酸铜晶体时，要依次进行加热蒸发、冷却结晶、过滤等基本操作；在过滤操作中用到的玻璃仪器除烧杯、漏斗外，还用到玻璃棒，其主要作用是引流；（3）制备CaCO3时，应先向CaCl2溶液中加入碱性物质并且不引入新杂质，故应加入NH3·H2O或通入NH3；NH3的溶解度很大，应选用一套防止倒吸的装置，故选用b装置；（4）用容量瓶配制溶液定容时视线应平视凹液面，直到凹液面的最低点与刻度线相切；KMnO4溶液具有强氧化性，能够氧化碱式滴定管中的橡胶管，故选用酸式滴定管。
在解答此题的过程中，如果不能准确理解实验过程中溶液A中加试剂①的目的，将会造成错误解答；对于定容操作时描述不规范也容易造成错误。
三、以孔雀石（CuCO3·Cu(OH)2）为载体，考查实验设计能力
例4.（2009宁夏，26）碱式碳酸铜可表示为：x CuCO3· y Cu(OH) 2· z H2O , 测定碱式碳酸铜组成的方法有多种。
（1）现采用氢气还原法，请回答如下问题：
①写出x CuCO3· y Cu(OH) 2· z H2O与氢气反应的化学方程式 ；
②试验装置用下列所有仪器连接而成，按氢气流方向的连接顺序是（填入仪器接口字母编号）：
（a）→（ ）（ ）→（ ）（ ）→（ ）（ ）→（ ）（ ）→（ ）（ ）→（l）
③称取23.9g某碱式碳酸铜样品，充分反应后得到12.7g残留物，生成4.4g二氧化碳和7.2g水。该样品的结晶水质量为 g，化学式为 ；
（2）某同学以氮气代替氢气，并用上述全部或部分仪器来测定碱式碳酸铜的组成，你认为是否可行？请说明理由。 。
【参考答案】(1) ①x CuCO3· y Cu(OH) 2· z H2O+(x+y)H 2 (x+y)Cu+ xCO2+(x+2y+z)H2O
②a→k,j→gf(hi)→de(ed)→hi(gf)→bc(cb)→l ③1.8 CuCO3·Cu(OH) 2·H2O
(2)可行 根据反应 x CuCO3· y Cu(OH) 2· z H2O  (x+y)CuO+ xCO2↑+(y+z)H2O↑,依据碱式碳酸铜、CuO、CO2和H2O质量（或其中任意三个量），即可计算出其组成。
【解法探究】
本题是以孔雀石（CuCO3·Cu(OH)2）成分的测定为实验载体，主要考查了仪器组装、药品选择、数据测定、结果分析等为实验步骤的实验设计能力。
（1）本题的碱式碳酸铜与氢气反应看似是一个很难的信息，其实细心一点只要把它理解为CuCO3和Cu(OH)2受热分解，分解后的产物CuO再与氢气反应，第①问题即可解决；对于第②问，则要能够分析、测定出反应后CO2和H2O的质量，因此对于氢气发生装置以后的仪器选择，则主要考虑是如何除去氯化氢和水蒸气，防止对后续测定的影响；因此，测定H2O和CO2分别要用浓硫酸和碱石灰。仪器连接时，则要注意洗气瓶中导管要“长进短出”，其中水的作用为观察H2生成速率的。第③问：根据题意分析，残留固体一定是Cu ，根据元素守恒可得出Cu 的物质的量，根据CO2的质量和碳原子守恒，可以确定x ，由总的Cu 守恒，减去CuCO3中的Cu ，即得出Cu(OH) 2的Cu ，也即出y的值。根据质量守恒，减去CuCO3和Cu(OH) 2的质量，即可得出结晶水质量为1.8g。该碱式碳酸铜化学式为CuCO3·Cu(OH) 2·H2O 。
（2）在分析（1）问中①方程式书写时，便得到碱式碳酸铜热分解的方程式：x CuCO3· y Cu(OH) 2· z H2O  (x+y)CuO+ xCO2↑+(y+z)H2O↑，依据元素守恒和质量守恒分析可知，碱式碳酸铜、CuO、CO2和H2O质量（或其中任意三个量），然后计算出其组成得出答案。
四、以孔雀石（CuCO3·Cu(OH)2）等矿石为载体，考查化学基本概念和原理
铜在自然界中存在游离单质，但很少，主要以化合态形式存在，常见的铜矿石有辉铜矿（Cu2S）、黄铜矿（CuFeS2）、斑铜矿（Cu5FeS4）、铜蓝矿（CuS）、赤铜矿（Cu2O）和孔雀石[CuCO3 · Cu(OH)2]等, 金属铜的冶炼主要从黄铜矿中进行提炼。
例3.（2008年广东，22）铜在自然界存在于多种矿石中，如：
矿石名称
黄铜矿
斑铜矿
辉铜矿
孔雀石
主要成分
CuFeS2
Cu5FeS4
Cu2S
CuCO3·Cu(OH)2
请回答下列问题：
(1）上表所列铜化合物中，铜的质量百分含量最高的是　　　　　。
(2）工业上以黄铜矿为原料。采用火法熔炼工艺生产铜。该工艺的中间过程会发生反应：2Cu2O+Cu2S6Cu+SO2↑，反应的氧化剂是　　　　　。
(3）SO2尾气直接排放到大气中造成环境污染的后果是　　　　　；处理该尾气可得到有价值的化学品，写出其中1种酸和1种盐的名称　　　　　。
(4）黄铜矿熔炼后得到的粗铜含少量Fe、Ag、Au等金属杂质，需进一步采用电解法精制。请简述粗铜电解得到精铜的原理：　　　　　。
(5）下表中，对陈述Ⅰ、Ⅱ的正确性及其有无因果关系的判断都正确的是　　　(填字母）。
选项
陈述Ⅰ
陈述Ⅱ
判断
A
铜绿的主成分是碱式碳酸酸铜
可用稀盐酸除铜器表面的铜绿
Ⅰ对；Ⅱ　对；有
B
铜表面易形成致密的氧化膜
铜容器可以盛放浓硫酸
Ⅰ对；Ⅱ　对；有
C
铁比铜活泼
铆在铜板上的铁钉在潮湿空气中不易生锈
Ⅰ对；Ⅱ　对；有
D
蓝色硫酸铜晶体受热转化为白色硫酸铜粉末是物理变化
硫酸铜溶液可用作游泳池的消毒剂
Ⅰ错；Ⅱ　对；无
【参考答案】(1)Cu2S (2)?? Cu2O和Cu2S (3)?? 形成酸雨，会对植物和建筑物等造成严重危害；硫酸、硫酸钙 (或硫酸钠、硫酸铵) (4)??以硫酸铜—硫酸溶液为电解液。电解时，粗铜（阳极）中的铜以及比铜活泼的金属失去电子进入溶液，不如铜活泼的金属沉入电解槽 形成“阳极泥”；溶液中的Cu2+得到电子沉积在纯铜（阴极）上。 (5)?? A．D
【解法探究】
此题主要以孔雀石（Cu2(OH)2CO3）等多种铜矿石为载体，全面考查学生对金属腐蚀、原电池和电解池的工作原理以及氧化还原反应本质理解的同时；主要考查了学生运用相关知识原理，采用分析、综合的方法去解决简单化学问题的能力。并对学生进行了环保意识的培养。
(1)根据上表所列的四种铜矿石的化学式及元素的相对原子质量进行计算，CuFeS2：34.8% ；Cu5FeS4：63.5% ；Cu2S：80% ；CuCO3·Cu（OH）2：57.6% ，故铜的质量百分含量最高的是Cu2S 。
(2)??Cu2O，Cu2S的Cu由+1被还原为0价，作氧化剂；Cu2S的S有-2价被氧化为+4价，作还原剂。所以反应的氧化剂为Cu2O和Cu2S 。
(3)??SO2尾气直接排放到大气中造成环境污染的后果是形成酸雨。处理SO2尾气一般为循环制备硫酸，可用Ca（OH）2 、NaOH或氨水吸收，可得到CaSO4、Na2SO4和（NH4）2SO4等有价值的化学物品。
(4)??粗铜电解得到精铜的原理：电解池中，粗铜作阳极，精铜作阴极，电解质为硫酸铜溶液。阳极上发生氧化反应，Cu失去电子，使Cu单质变为Cu2+进入溶液中Cu -2 e- == Cu2+；阴极上发生还原反应，Cu2+得到电子在阴极上析出Cu单质，Cu2++2e- == Cu，从而达到精制Cu的目的。
(5)??稀盐酸可以与Cu（OH）2和CuCO3反应，而且稀盐酸不能与Cu反应，所以可以除铜器表面的铜绿（ CuCO3·Cu（OH）2 ），故A项判断是正确的。铜表面不能形成致密的氧化膜；而铜和浓硫酸在常温下是发生反应的，产物为硫酸铜、SO2和水，但反应很慢，反应过程为放热，随着反应的进行，速率会越来越快，所以不能用铜制容器装浓硫酸，故B选项错误。因为Fe比Cu活泼，所以Fe-Cu形成的原电池中，Fe作负极，更容易被氧化生锈，故C项错误。蓝色硫酸铜晶体受热将会转化为白色硫酸铜粉末，过程中只有旧键的断裂，没有新键的形成（CuSO4·5H2O中，H2O与Cu2+有配位键），故不属于化学变化，只有物理变化；而CuSO4可用作消毒剂，但与前者没有因果关系，故D选项正确。
综上所述，答案应选A、D两项。
五、以孔雀石（ Cu2(OH)2CO3）等矿石为载体，考查化学计算能力
例5.（2004年广东，23）孔雀石和石青是自然界存在的两种碳酸盐类铜矿，它们的化学组成可表示为：xCuCO3·yCu（OH）2（x、y为正整数且x≤2，y≤2）。
（1）孔雀石和石青分别与过量盐酸反应时，孔雀石耗用的盐酸的物质的量与生成的CO2的物质的量之比为4：1；石青则为3：1。请推算它们的化学组成。
孔雀石 ；　　石青 。
（2）现有孔雀石和石青混合样品，取两份等质量的样品，在一份中加入过量盐酸，生成CO23.36L（标准状况下）；加热另一份样品使其完全分解，得到CuO 20g，试通过计算确定该混合物中孔雀石和石青的物质的量之比。
【参考答案】（1）孔雀石：CuCO3?Cu(OH)2 石青：2CuCO3?Cu(OH)2 （2）1：1
【解法探究】
本题以孔雀石和石青的化学组成为命题背景，主要考查了学生对铜及其化合物性质基本知识的掌握情况以及能够根据题意列式求算的基本能力。
解：(1)设孔雀石的化学式为： xCuCO3?yCu(OH)2
则依题意：

孔雀石的化学式为CuCO3?Cu(OH)2
又设石青的化学式为：xCuCO3?yCu(OH)2
则

石青的化学式为2CuCO3?Cu(OH)2
(2)设该样品中孔雀石的物质的量为x，则石青的为1-x

孔雀石与石青的物质的量之比为 1：1
从以上几点可以看出，一种物质能够在这么多的高考试题中多次涉及且越考越热，这说明了该物质在能力测试方面有着重要的作用。如果我们教师在实际的教学中，能够全方位地对学习的物质进行分析归纳，即从物质的结构、性质、制备以及用途各方面逐条梳理，牢固掌握，灵活运用，那么高考试题的新颖性和陌生感就会荡然无存，能力的发挥也就如鱼得水。

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