1、第4节 用途广泛的金属材料 铜及其重要化合物,-2-,考纲要求:1.了解铜及其重要化合物的制备方法。 2.掌握铜及其重要化合物的主要性质及其应用。 3.了解常见金属的活动性顺序。 4.了解合金的概念及其重要应用。,-3-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,金属矿物的开发利用 1.金属材料,-4-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,-5-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,-6-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,-7-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,-8-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,特别提醒铝热反应的三个注意事项 (1)铝热反应是在高温干态下进行的置换反应,铝只能与金属
2、活动性顺序中排在它之后的金属的氧化物反应。 (2)铝热反应会放出大量的热(这一特性常出现在推断题中)。 (3)铝热反应不能用来冶炼金属铁、铜等(要考虑生产成本)。,-9-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,自主巩固 判断正误,正确的画“”,错误的画“”。 (1)铝合金的熔点比纯铝的高 ( ) (2)合金材料中不可能含有非金属元素 ( ) (3)地震灾区重建要使用大量钢材,钢材是合金 ( ) (4)用金属钠能置换氯化铜溶液中的铜 ( ) (5)工业上电解熔融状态的Al2O3制备Al涉及氧化还原反应 ( ) (6)电解AlCl3、FeCl3、CuCl2的混合溶液时,阴极上依次析出Cu、Fe、Al
3、 ( ) (7)电解氯化镁溶液可制取金属镁 ( ) (8)用焦炭与空气反应产生的CO在高温下还原铁矿石中铁的氧化物 ( ),-10-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,-11-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,-12-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,例1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 吸收。 A.浓硫酸 B.稀硝酸 C.NaOH溶液 D.氨水 (2)用稀硫酸浸泡熔渣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 (注明试剂、现象)。 (3)由泡
4、铜冶炼粗铜的化学方程式为 。,-13-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,(4)以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质)的电解精炼,下列说法正确的是 。 A.电能全部转化为化学能 B.粗铜接电源正极,发生氧化反应 C.溶液中Cu2+向阳极移动 D.从阳极泥中可回收Ag、Pt、Au等贵金属 (5)利用反应2Cu+O2+2H2SO4=2CuSO4+2H2O可制备CuSO4,若将该反应设计为原电池,其正极电极反应式为 。,-14-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,-15-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,-16-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,易错
5、警示(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,还可以用湿法或用电解法进行冶炼。 (3)铝是地壳中含量最高的金属元素,但人类对铝的使用比铁、铜晚得多,是因为铝的金属活动性比铁、铜强,难于冶炼,古代冶炼技术条件达不到,不能冶炼铝。 (4)铁也可通过置换反应得到,如铝热反应。,-17-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,跟踪训练 1.金属材料在日常生活以及生产中有着广泛的应用。下列关于金属的一些说法不正确的是( ) A.合金的性质与其组成金属的性质不完全相同 B.灼烧孔雀石Cu2(OH)2CO3和焦炭混合物制铜也属于还原法 C.金属冶炼
6、的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子 D.工业上金属Mg、Cu都是用热还原法制得的,D,解析:合金的性质与其成分金属的性质不完全相同,如合金的硬度、强度更大、熔点更低等,A项正确;灼烧时孔雀石分解生成CuO,CuO被焦炭还原为单质Cu,属于还原法制取,B项正确;金属冶炼就是把金属阳离子还原为金属原子,越活泼的金属,其阳离子的氧化性越弱,越难被还原,C项正确;工业上利用电解熔融MgCl2的方法来制得金属镁,D项错误。,-18-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,2.生产MnO2和Zn的工艺简化流程如图所示(中间产物的固体部分已经略去):,软锰矿:MnO2含量65%;Al2O3含量为4%。闪锌
7、矿:ZnS含量80%;FeS、CuS、CdS含量各为2%。滤液B中含金属离子:Zn2+、Mn2+、Fe2+、Al3+。,-19-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,试回答下列问题: (1)步骤中软锰矿、闪锌矿与稀硫酸共热时可析出硫,且金属元素转化为相应的硫酸盐(铁元素以+3价存在)。其中MnO2与FeS发生反应的离子方程式为 。 (2)步骤中的MnO2也可用下列 代替(不考虑Mn2+的反应)。 A.KMnO4固体 B.H2O2溶液 C.浓硝酸 D.新制氯水 (3)步骤电解过程中阳极的电极反应式为 。 (4)加入化合物X后可得纯净的ZnSO4、MnSO4溶液,X可以是ZnO或Zn(OH)2或M
8、n(OH)2或MnCO3等,则产品D为 (填化学式)。,-20-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,(5).将制得的MnO2(s)与KOH(s)、KClO3(s)按比例混合,加热熔融(不断搅拌)可得KCl和K2MnO4的固体混合物; .再用5%的KOH溶液溶解得绿色( )溶液; .向绿色溶液中通入适量的CO2后,将溶液加热,并趁热过滤除去残渣含MnO2(s); .将滤液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得紫色KMnO4晶体。 第步操作中“趁热过滤”的目的是 。 写出中生成KMnO4的化学方程式: 。 中需控制CO2的用量,若CO2过量,会使所得产品的纯度降低,原因可能是 。,-21-,考点
9、一,考点二,基础梳理,考点突破,答案:(1)3MnO2+2FeS+12H+=2Fe3+3Mn2+2S+6H2O (2)B (3)Mn2+2H2O-2e-=MnO2+4H+ (4)H2SO4 (5)防止温度降低,KMnO4晶体析出,导致产率下降 2CO2+3K2MnO4=2KMnO4+MnO2+2K2CO3 通入过量的CO2会生成溶解度小的KHCO3,随KMnO4晶体一起析出,-22-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,解析:(1)根据题中的信息及框图转化关系:软锰矿、闪锌矿与硫酸溶液共热时析出硫的反应为氧化还原反应,MnO2与FeS反应的离子方程式为3MnO2+2FeS+12H+=2Fe3+
10、3Mn2+2S+6H2O。 (2)步骤中的MnO2作氧化剂将Fe2+氧化为Fe3+,为了不引入新的杂质,可以选择H2O2溶液,故选B。 (3)步骤电解过程中阳极的电极反应式为Mn2+2H2O-2e-=MnO2+4H+。 (4)加入化合物X的目的是除去其中的铝离子和铁离子,生成Al(OH)3、Fe(OH)3,得到纯净的ZnSO4、MnSO4溶液,X可以是ZnO或Zn(OH)2或Mn(OH)2或MnCO3等,将滤液电解,阴极产生Zn,阳极产生MnO2和硫酸。,-23-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,-24-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,铜及其重要化合物 1.单质铜 (1)物理性质:
11、铜是一种有金属光泽的紫红色固体,有良好的导电、导热性(仅次于银,可用于制电缆),有良好的延展性。,-25-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,(2)化学性质:,-26-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,2.氧化铜和氧化亚铜,-27-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,3.氢氧化铜 (1)物理性质:蓝色不溶于水的固体。 (2)化学性质及应用(用化学方程式或离子方程式表示),-28-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,4.铜盐 (1)碱式碳酸铜。 碱式碳酸铜的化学式为Cu2(OH)2CO3,是铜绿的成分,是铜在潮湿的空气中被锈蚀的结果,其受热分解的化学方程式为 Cu2(OH)2CO3 2
12、CuO+CO2+H2O。 (2)硫酸铜。 CuSO45H2O为蓝色晶体,俗称胆矾或蓝矾。 无水CuSO4为白色粉末,遇水变蓝色(生成CuSO45H2O)。 (3)铜盐的毒性。 铜盐溶液有毒,主要是因为铜离子能与蛋白质作用,使蛋白质变性失去生理活性,因此人们根据这一性质用胆矾、熟石灰、水配成波尔多液,用来杀灭植物的病毒。,-29-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,自主巩固 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)Cu2O遇硝酸会被氧化成Cu2+ ( ) (3)Cu2(OH)2CO3是铜锈的主要成分,在干燥的空气中不易生成 (
13、) (4)过量的铜与浓硝酸反应一定没有一氧化氮生成 ( ) (5)可利用无水硫酸铜遇水变蓝这一性质,来检验水的存在 ( ) (6)将铁片置于CuSO4溶液中,铁片上有红色物质析出,说明铁比铜活泼 ( ),-30-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,-31-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,2.铜及其重要化合物的主要性质 (1)铜在潮湿的空气中生成铜绿Cu2(OH)2CO3,反应的化学方程式为2Cu+O2+CO2+H2O=Cu2(OH)2CO3。 (2)铜及其化合物大多数为有色物质,如Cu通常呈紫红色;CuO通常呈黑色;Cu2S通常呈黑色;CuS通常呈黑色;Cu2O通常呈红色;CuSO45
14、H2O通常呈蓝色。 (3)无水CuSO4为白色固体,吸收空气中的水蒸气或溶于水时为蓝色无水硫酸铜可用作检验水的试剂,反应原理为CuSO4(白色)+ 5H2O=CuSO45H2O(蓝色)。 (4)新制Cu(OH)2常用来检验醛基,该反应需在碱性环境中进行,加热至沸腾可生成红色沉淀氧化亚铜(Cu2O)。 (5)联系铜、铁的一个重要反应:2Fe3+Cu=2Fe2+Cu2+(FeCl3溶液腐蚀电路板的反应原理,同时也可以证明氧化性:Fe3+Cu2+Fe2+)。,-32-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,(6)氢气还原氧化铜时,应“先通氢,后点灯”,以免加热时发生爆炸危险。 (7)孔雀石主要成分是C
15、u2(OH)2CO3可发生如下两个反应生成铜,反应的化学方程式为Cu2(OH)2CO3 2CuO+CO2+H2O、2CuO+C 2Cu+CO2。 (8)反应CuSO4+H2S=CuS+H2SO4不符合强酸制弱酸的反应规律,其发生原因是CuS极难溶于水,CuS不溶于稀硫酸。 (9)CuSO45H2O是纯净物,其失去结晶水的过程是化学反应,不是物理变化。但浓硫酸使其变白色是利用了浓硫酸的吸水性。,-33-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,例2工业上用黄铜矿冶炼铜并对炉渣进行综合利用的一种工艺流程如图所示:(1)冶炼过程中得到的Cu2O和Cu的混合物称为“泡铜”,Cu2O与金属Al在高温条件下混
16、合反应可得粗铜,反应的化学方程式为 。粗铜精炼时应将粗铜连接在直流电源的 极,可在 极得到纯度较高的精铜。,-34-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,(2)传统炼铜的方法主要是火法炼铜,主要反应如下所示:,每生成1 mol Cu,共消耗 mol O2。反应中的氧化剂是 。,-35-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,(3)用炼铜产生的炉渣(含Fe2O3、FeO、SiO2、Al2O3)可制备Fe2O3。根据流程回答下列问题: 加入适量NaClO溶液的目的是 (用离子方程式表示)。 除去Al3+发生反应的离子方程式是 。 选用提供的试剂,设计实验验证炉渣中含有FeO。 提供的试剂:稀盐酸、稀
17、硫酸、KSCN溶液、KMnO4溶液、NaOH溶液、碘水。 所选试剂: 。实验设计: 。,-36-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,-37-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,-38-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,思维建模废铜综合利用的常用化工流程,-39-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,跟踪训练 3.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.
18、将表面有铜绿Cu2(OH)2CO3的铜器放入盐酸中浸泡,除去铜绿,D,解析:铜与浓硫酸反应后仍有大量浓硫酸,不能把水加入反应器中,否则会发生危险,A项错误;Cu与Cl2常温下不反应,需要加热才能发生反应,B项错误;CuCl2水解生成的HCl易挥发,加热蒸干能促进CuCl2的水解而得不到CuCl2固体,C项错误。,-40-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,4.银铜合金广泛用于航空工业。从切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如下:,注:Al(OH)3和Cu(OH)2开始分解的温度分别为450 和80 ,-41-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,(1)电解精炼银时,阴极反应式为 。滤渣A与
19、稀硝酸反应,产生的气体在空气中迅速变为红棕色,该气体变色的化学方程式为 。 (2)固体混合物B的组成为 ;在生成固体B的过程中,需控制NaOH的加入量。若NaOH过量,则因过量引起的反应的离子方程式为 。 (3)完成煅烧过程中一个反应的化学方程式:,(4)若银铜合金中铜的质量分数为63.5%,理论上5.0 kg废料中的铜可完全转化为 mol CuAlO2,至少需要1.0 molL-1的Al2(SO4)3溶液 L。 (5)CuSO4溶液也可用于制备胆矾,其基本操作是 、过滤、洗涤和干燥。,-42-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,-43-,考点一,考点二,基础梳理,考点突破,-44-,-45
20、-,-46-,2,1,3,4,5,1.合金与纯金属材料相比,优点是( ) 合金的硬度一般比它的各成分金属的大 一般地,合金的熔点比它的各成分金属的更低 改变原料的配比、改变生成合金的条件,可得到不同性能的合金 合金比纯金属的导电性更强 合金比纯金属的应用范围更广泛 A. B. C. D.,A,解析:合金与各成分金属相比,合金熔点较低、硬度大。改变生成条件可得到不同性能的合金,正确;合金的电阻率比纯金属要大,故错误;合金应用比较广泛,正确。,-47-,2,1,3,4,5,2.铜钱在历史上曾经是一种广泛流通的货币。从物理性质和化学性质的角度分析,铜常用于制造货币的主要原因是( ) A.铜来源广泛,
21、易冶炼得到 B.铜的化学性质比较稳定,不易被腐蚀,铜的熔点比较低,容易冶炼铸造成型 C.铜的外观为紫红色,大方美观,易于被人们接受 D.铜的化学性质不稳定,在空气中易转化为铜绿,铜绿具有抗腐蚀能力,易于流通,B,解析:注意从物理性质和化学性质方面来分析用铜制造货币的原因。A项和C项没有从这两方面分析,不符合题意;铜的化学性质比较稳定,不易被腐蚀,铜的熔点比较低,容易冶炼铸造成型,B项正确,D项不正确。,-48-,4,3,1,2,5,D,解析:H2与灼热CuO反应生成单质Cu和H2O,固体质量减轻,错误;CuCl2溶液导电的原因是溶液中存在自由移动的Cu2+和Cl-,错误。,-49-,4,3,1
22、,2,5,4.部分氧化的Fe-Cu合金样品(氧化产物为Fe2O3、CuO)共5.76 g,经如下处理:下列说法正确的是( ) A.滤液A中的阳离子为Fe2+、Fe3+、H+ B.样品中铁元素的质量为2.24 g C.样品中CuO的质量为4.0 g D.V=896,答案,解析,-50-,5,3,1,2,4,5.氯化亚铜(CuCl)广泛应用于化工、印染、电镀等行业。CuCl难溶于醇和水,可溶于氯离子浓度较大的体系,在潮湿空气中易水解氧化。以海绵铜(主要成分是Cu和少量CuO)为原料,采用硝酸铵氧化分解技术生产CuCl的工艺过程如下:,-51-,5,3,1,2,4,回答下列问题: (1)步骤中得到的
23、氧化产物是 ,溶解温度应控制在6070 ,原因是 。 (2)写出步骤中主要反应的离子方程式: 。 (3)步骤包括用pH=2的酸洗、水洗两步操作,酸洗采用的酸是 (写名称)。 (4)上述工艺中,步骤不能省略,理由是 。 (5)步骤都要进行固液分离。工业上常用的固液分离设备有 (填字母)。 A.分馏塔 B.离心机 C.反应釜 D.框式压滤机 (6)准确称取所制备的氯化亚铜样品m g,将其置于过量的FeCl3溶液中,待样品完全溶解后,加入适量稀硫酸,用a molL-1的K2Cr2O7溶液滴定到终点,消耗K2Cr2O7溶液b mL,反应中 被还原为Cr3+。样品中CuCl的质量分数为 。,-52-,5,3,1,2,4,-53-,5,3,1,2,4,
