高考化學一輪復習 專題十五 鐵、銅及其化合物　金屬資源 考點二 銅及其化合物 金屬材料教學案

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1　銅及其化合物 (1)銅 ①物理性質 純凈的銅為紫紅色，屬于有色金屬，密度較大，硬度較小，熔、沸點較高，具有良好的導電、導熱性。 ②化學性質 (2)銅的氧化物和氫氧化物 (3)銅鹽 ①Cu2(OH)2CO3的名稱為堿式碳酸銅，是銅綠的成分，是銅在潮濕的空氣中被銹蝕的結果，其受熱分解的化學方程式為Cu2(OH)2CO32CuO＋H2O＋CO2↑。 ②CuSO45H2O為藍色晶體，俗稱藍礬、膽礬，其受熱分解的化學方程式為CuSO45H2OCuSO4＋5H2O，藍色晶體受熱轉化為白色粉末。無水CuSO4遇水變藍色(生成CuSO45H2O)，可作為水的檢驗依據(jù)。 ③銅鹽溶液有毒，主要是因為Cu2＋作為一種重金屬離子能與蛋白質作用，使蛋白質變性失去生理活性，因此人們利用了它的這一性質用膽礬、熟石灰、水配成了波爾多液，用來殺滅植物的病毒。 學霸巧學卡 (1)銅及其化合物的顏色 物質 顏色 物質 顏色 Cu 紫紅色 CuSO4 白色 CuO 黑色 CuSO45H2O 藍色 Cu2O 紅色 Cu2(OH)2CO3 綠色 Cu2S 黑色 Cu(OH)2 藍色 在無機物的綜合推斷題中，常利用顏色來區(qū)別或檢驗銅及其化合物。 (2)區(qū)別紅色物質Cu和Cu2O的方法 向紅色物質中加入稀硫酸，若溶液由無色變成藍色，則該紅色物質為Cu2O，否則為Cu。 反應的化學方程式為Cu2O＋H2SO4===CuSO4＋Cu＋H2O。 (3)銅在通入氧氣的情況下，可在稀的非氧化性酸(稀鹽酸、稀硫酸)中逐漸溶解：2Cu＋O2＋2H2SO4===2CuSO4＋2H2O。 (4)常利用CuSO4轉化為CuSO45H2O時固體由白色粉末變?yōu)樗{色晶體檢驗少量水的存在。 2　合金及常見金屬材料 (1)金屬材料的分類 (2)合金材料 ①定義：合金是指兩種或兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質。 合金具有不同于各成分金屬的物理性能或機械性能，如熔點一般比它的各成分金屬的低；硬度和強度一般比它的各成分金屬的大。 ②常見合金材料及特性 a．鋼鐵 b．鋁合金 c．銅合金：我國使用最早的銅合金是青銅，常見的銅合金還有黃銅和白銅。 1.思維辨析 (1)Cu2(OH)2CO3是銅銹的主要成分，在干燥的空氣中不易生成。(　　) (2)將鋅粒投入Cu(NO3)2溶液，反應后固體物質增重。(　　) (3)過量的銅與濃硝酸反應一定沒有一氧化氮生成。(　　) (4)利用無水硫酸銅遇水變成藍色這一性質，來檢驗水的存在。(　　) (5)將鐵片置于CuSO4溶液中，鐵片上有紅色物質析出，說明鐵比銅活潑。(　　) (6)合金中至少含有兩種金屬元素，不含非金屬元素。(　　) (7)合金中的金屬元素以化合物的形式存在。(　　) (8)生鐵、普通鋼和不銹鋼中的碳含量依次增加。(　　) 答案　(1)√　(2)　(3)　(4)√　(5)√　(6)　(7)　(8) 2．某研究小組通過實驗探究Cu及其化合物的性質，操作正確且能達到實驗目的的是(　　) A．將銅絲插入濃硫酸中并加熱，反應后再加入水，觀察硫酸銅溶液的顏色 B．常溫下將銅絲伸入盛滿氯氣的集氣瓶中，觀察CuCl2的生成 C．將CuCl2溶液在蒸發(fā)皿中加熱蒸干，得到無水CuCl2固體 D．將表面有銅綠[Cu2(OH)2CO3]的銅器放入鹽酸中浸泡，除去銅綠 答案　D 解析　A項，因為濃硫酸溶于水放出大量的熱，為防止發(fā)生危險，應將反應后的液體緩慢沿玻璃棒注入水中，故A錯；B項，常溫下，Cu與Cl2不反應，故B錯；C項，CuCl2在溶液中發(fā)生水解，應在HCl氣流中加熱蒸干才能得到無水CuCl2，故C錯。 　[考法綜述]　掌握銅及其化合物的性質，在理解性質的基礎上，找出各物質反應量的關系，特別注意分清反應過程中的氧化劑、還原劑和電子轉移情況，尋找已知量和未知量之間的關系式，深入分析反應過程，盡量簡化計算過程。再根據(jù)反應過程中得失的電子數(shù)相等，反應前后各元素的質量相等列等式計算。 命題法1　銅及其化合物的性質 典例1　　 向27.2 g Cu和Cu2O的混合物中加入某濃度的稀硝酸0.5 L，固體物質完全反應，生成NO和Cu(NO3)2。在所得溶液中加入1.0 molL－1的NaOH溶液1.0 L，此時溶液呈中性，金屬離子已完全沉淀，沉淀質量為39.2 g。下列有關說法不正確的是 (　　) A．Cu與Cu2O的物質的量之比為2∶1 B．硝酸的物質的量濃度為2.6 molL－1 C．產生的NO在標準狀況下的體積為4.48 L D．Cu、Cu2O與硝酸反應后剩余HNO3為0.2 mol [解析]　根據(jù)題意可知沉淀為氫氧化銅，其物質的量為0.4 mol，根據(jù)n(Cu)＋n(Cu2O)2＝0.4 mol，n(Cu)64 gmol－1 ＋n(Cu2O)144 gmol－1＝27.2 g，可以確定原混合物中有0.2 mol銅，0.1 mol氧化亞銅，將溶液變成中性時消耗氫氧化鈉1 mol，沉淀銅離子只消耗了0.8 mol NaOH，因此與固體混合物反應過程中硝酸過量0.2 mol，由于固體混合物與硝酸的反應為氧化還原反應，該反應過程中銅元素的化合價均升高到＋2價，電子轉移0.4 mol＋0.2 mol＝0.6 mol，硝酸中氮原子的化合價由＋5價降低為＋2價，因此生成的一氧化氮的物質的量為0.2 mol，根據(jù)氮元素守恒可以判斷原溶液中硝酸的物質的量為1.2 mol，濃度為2.4 molL－1。 [答案]　B 【解題法】　銅及其化合物的相互轉化 ①2Cu＋O2＋H2O＋CO2===Cu2(OH)2CO3(堿式碳酸銅) ② ＋O2↑ ③ ＋5H2O↑ 命題法2　銅的冶煉方法 典例2　　Cu2S是火法煉銅的重要原料之一，下面是由Cu2S冶煉銅及制取CuSO45H2O的流程圖。 Cu2SCuCu2O、CuOAB膽礬 Cu2S中銅元素的化合價為________，火法煉銅的反應原理是________________________(用化學方程式表示)。 [解析]　Cu2S中銅元素的化合價為＋1；Cu2S在加熱條件下與O2反應生成Cu，依據(jù)氧化還原反應的實質判斷硫元素對應的產物是SO2。反應方程式為Cu2S＋O22Cu＋SO2。 [答案]?。?　Cu2S＋O22Cu＋SO2 【解題法】　銅的冶煉“三方法” (1)濕法煉銅：Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu。 (2)高溫煉銅：工業(yè)上用高溫冶煉黃銅礦的方法獲得銅(粗銅)： 2CuFeS2＋4O2Cu2S＋3SO2＋2FeO(爐渣) 2Cu2S＋3O22Cu2O＋2SO2 2Cu2O＋Cu2S6Cu＋SO2↑ 粗銅中銅的含量為99.5%～99.7%，主要含有Ag、Zn、Fe、Au等雜質，粗銅通過電解精煉可得到純度達99.95%～99.98%的銅。 電解精煉銅的原理是用粗銅作陽極，失電子變?yōu)镃u2＋，用純銅棒作陰極即可得精銅。 (3)生物煉銅：“吃巖石的細菌”能耐受銅鹽的毒性，并能利用空氣中的氧氣氧化硫化銅礦石，然后把不溶性的硫化銅轉化為可溶性的硫酸銅。生物煉銅的優(yōu)點：a.成本低；b.污染小；c.反應條件簡單；d.含量(品位)很低的礦石也可以被利用。 1．純凈物X、Y、Z轉化關系如圖所示，下列判斷正確的是(　　) A．X可能是金屬銅 B．Y不可能是氫氣 C．Z可能是氯化鈉 D．Z可能是三氧化硫 答案　A 解析　X是Cu，Y是Cl2，Z為CuCl2時，符合圖示轉化關系，A項正確；X為Cl2，Y為H2，Z為HCl時，符合圖示轉化關系，B項錯誤；Z為NaCl時，電解NaCl溶液生成NaOH、H2、Cl2，不能實現(xiàn)“X＋YZ”，C項錯誤；Z為SO3時，其水溶液為H2SO4溶液，電解H2SO4溶液時，實質為電解水，生成H2和O2，不能實現(xiàn)“X＋YZ”，D項錯誤。 2．下列實驗中，對應的現(xiàn)象以及結論都正確且兩者具有因果關系的是 (　　) 選項 實驗 現(xiàn)象 結論 A 將稀硝酸加入過量鐵粉中，充分反應后滴加KSCN溶液 有氣體生成，溶液呈血紅色 稀硝酸將Fe氧化為Fe3＋ B 將銅粉加入 1．0 molL－1 Fe2(SO4)3溶液中 溶液變藍、有黑色固體出現(xiàn) 金屬鐵比銅活潑 C 用坩堝鉗夾住一小塊用砂紙仔細打磨過的鋁箔在酒精燈上加熱 熔化后的液態(tài)鋁滴落下來 金屬鋁的熔點較低 D 將0.1 molL－1 MgSO4溶液滴入NaOH溶液至不再有沉淀產生，再滴加0.1 molL－1 CuSO4溶液 先有白色沉淀生成，后變?yōu)闇\藍色沉淀 Cu(OH)2的溶度積比Mg(OH)2的小 答案　D 解析　稀硝酸中加入過量的鐵粉，生成硝酸亞鐵，溶液中沒有三價鐵離子，加入硫氰化鉀溶液，溶液不變紅，A項錯誤；Cu與Fe2(SO4)3發(fā)生氧化還原反應生成CuSO4和FeSO4，無黑色固體出現(xiàn)，B項錯誤；鋁和氧氣反應生成了氧化鋁，又因氧化鋁的熔點遠高于鋁的熔點，而氧化鋁在鋁的表面，所以加熱鋁箔的時候鋁熔化了但是不會滴落，C項錯誤；對于組成類似(陰、陽離子個數(shù)比相同)的難溶電解質，溶度積大的易轉化為溶度積小的，D項正確。 3．某同學設計了如下實驗測量m g銅銀合金樣品中銅的質量分數(shù)： 下列說法中不正確的是(　　) A．合金的熔點比其成分金屬低，通常比成分金屬具有更優(yōu)良的金屬特性 B．銅和銀都能與稀硝酸反應，收集到的V L氣體可能全為NO C．操作Ⅰ是過濾，操作Ⅱ是洗滌，操作 Ⅲ應是烘干 D．根據(jù)反應收集到的氣體體積可以計算銅和銀的質量分數(shù) 答案　D 解析　解答本題要注意以下兩點：(1)沒有告訴硝酸的濃度，合金與硝酸反應放出的氣體中可能含有NO2或NO，用排水法收集到V L氣體為NO；(2)W g固體應該是干燥純凈的AgCl，由此確定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ操作。 4.用含少量鐵的氧化物的氧化銅制取氯化銅晶體(CuCl2xH2O)。有如下操作： 已知：在pH為4～5時，F(xiàn)e3＋幾乎完全水解而沉淀，而此時Cu2＋卻幾乎不水解。 (1)溶液A中的金屬離子有Fe3＋、Fe2＋、Cu2＋。能檢驗溶液A中Fe2＋的試劑為________(填編號， 下同)。 ①KMnO4?、?NH4)2S　③NaOH?、躃SCN (2)氧化劑可選用________。 ①Cl2?、贙MnO4?、跦NO3　④H2O2 (3)要得到較純的產品，試劑可選用________。 ①NaOH　②CuO?、跜u(OH)2?、蹸u2(OH)2CO3 (4)某同學設計以原電池的形式實現(xiàn)Fe2＋至Fe3＋的轉化，電解質溶液為稀硫酸，請寫出負極的電極反應：____________________。 (5)為了測定制得的氯化銅晶體(CuCl2xH2O)中x的值，某興趣小組設計了兩種實驗方案：(已知CuCl2的摩爾質量為135 gmol－1；H2O的摩爾質量為18 gmol－1) 方案一：稱取m g晶體灼燒至質量不再減輕為止，冷卻、稱量所得無水CuCl2的質量為n1 g。 方案二：稱取m g晶體溶于水，加入足量氫氧化鈉溶液，過濾、沉淀洗滌后用小火加熱至質量不再減輕為止，冷卻，稱量所得固體的質量為n2 g。 試評價上述兩種實驗方案：其中正確的方案是________，據(jù)此計算得x＝______________________(用含m、n1或n2的代數(shù)式表示)。 答案　(1)①　(2)①④　(3)②③④ (4)Fe2＋－e－===Fe3＋ (5)方案二　 解析　(1)只能抓住Fe2＋的還原性，用氧化劑鑒別，只有KMnO4符合，加入酸性高錳酸鉀溶液后如果褪色，則證明含有Fe2＋。 (2)氧化劑不能摻入新的雜質，溶液中含有Cl－，所以可以用Cl2，H2O2屬于綠色氧化劑，被還原后生成H2O，也可以。 (3)依據(jù)Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋來除去Fe3＋，①摻入新的雜質Na＋，②③④均可。 (4)負極發(fā)生失電子的氧化反應，所以應為Fe2＋失電子。(5)CuCl2水解，方案一不會得到無水CuCl2，錯誤；n(CuCl2)＝n(CuO)＝ mol，所以CuCl2xH2O的摩爾質量為m g mol＝ gmol－1,1 mol晶體中H2O的質量為 g，所以x的值為。 5．合金是一類非常重要的金屬材料，在生產、生活、軍事或高科技領域中都有廣泛應用。鐵鋁合金是一種新型的高溫結構材料。 (1)寫出工業(yè)上生產鐵和鋁的化學方程式(只寫最后得到金屬單質的反應)：____________________、____________________________。 (2)高溫條件下，Al和Fe2O3按一定比例混合反應可制得Fe3Al，寫出該反應的化學方程式：____________________________。 (3)如圖表示室溫時不同組分的Fe3Al在65%的濃硝酸中的腐蝕情況。由圖可看出添加了________(填符號)元素的合金耐腐蝕性最差。 (4)某校興趣小組欲測定另一種鐵鋁硅合金(FexAlySiz)粉末的組成。 ①小明同學提出如下方案：準確稱取1.46 g該合金粉末，再加入足量NaOH溶液(Si＋2NaOH＋H2O===Na2SiO3＋2H2↑)，充分反應后過濾，通過測定剩余固體質量及收集到氣體的體積，可計算出此合金的組成。寫出Al與NaOH溶液反應的離子方程式：___________。 ②小軍同學認為小明同學的方案難以測定標準狀況下氣體的體積，操作不簡便。于是他設計了第二種方案：準確稱取1.46 g該合金粉末，加入過量鹽酸溶液充分反應后過濾，測定剩余固體質量0.07 g。向濾液中滴加足量濃NaOH溶液，充分攪拌、過濾、洗滌得固體。再將所得固體充分加熱、灼燒得紅棕色粉末1.60 g。試通過計算確定此合金的組成。 答案　(1)Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2 2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ (2)3Fe2O3＋8Al2Fe3Al＋3Al2O3 (3)Si (4)①2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑ ②m(Si)＝0.07 g，n(Si)＝0.0025 mol n(Fe)＝2n(Fe2O3)＝2＝0.02 mol，m(Fe)＝0.02 mol56 gmol－1＝1.12 g m(Al)＝1.46 g－1.12 g－0.07 g＝0.27 g，n(Al)＝0.01 mol n(Fe)∶n(Al)∶n(Si)＝0.02 mol∶0.01 mol∶0.0025 mol＝8∶4∶1 故該合金的組成為Fe8Al4Si 解析　(1)工業(yè)上用熱還原法制備鐵，用電解法制備鋁。 (2)Al置換出Fe2O3中的Fe，然后Al和Fe在高溫下可制得Fe3Al。 (3)由圖可看出添加了Si元素的合金在65%的濃硝酸中失重最多，耐腐蝕性最差。 輝銅礦石主要含有硫化亞銅(Cu2S)及少量脈石(SiO2)。一種以輝銅礦石為原料制備硝酸銅的工藝流程如下所示： (1)寫出“浸取”過程中Cu2S溶解時發(fā)生反應的離子方程式：_________________________________________________________。 (2)“回收S”過程中溫度控制在50～60 ℃之間，不宜過高或過低的原因是___________________________________________。 (3)氣體NOx與氧氣混合后通入水中能生成流程中可循環(huán)利用的一種物質，該反應的化學方程式為____________________；向“濾液M”中加入(或通入)________(填字母)，可得到另一種可循環(huán)利用的物質。 a．鐵 B．氯氣 c．高錳酸鉀 (4)“保溫除鐵”過程中，加入CuO的目的是______________； “蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶”過程中，要用HNO3溶液調節(jié)溶液的pH，其理由是________________________________________________。 [錯解]　(1)Cu2S＋Fe3＋===Cu2＋＋FeS (3)NOx＋O2＋H2O===HNO3　c [錯因分析]　工藝流程問題常因流程復雜而無從下手，導致不能理性分析而盲目答題，掌握該類問題的分析步驟和方法非常必要。 [解析]　(1)Fe3＋作氧化劑，Cu2S被氧化，離子方程式為Cu2S＋4Fe3＋===2Cu2＋＋4Fe2＋＋S。 (2)苯的沸點較低，溫度過高苯易揮發(fā)，溫度過低礦渣的溶解速率小，故應控制溫度為50～60 ℃。 (3)NOx作還原劑，根據(jù)質量守恒和得失電子守恒可寫出反應的化學方程式：4NOx＋(5－2x)O2＋2H2O===4HNO3；向濾液M中通入Cl2，將FeCl2氧化成FeCl3，F(xiàn)eCl3溶液可循環(huán)使用。 (4)Fe3＋可發(fā)生水解反應Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋3H＋，加入CuO，可使水解平衡向正反應方向移動；Cu2＋會水解，加入HNO3溶液可抑制Cu2＋的水解(不引入其他雜質)。 [答案]　(1)Cu2S＋4Fe3＋===2Cu2＋＋4Fe2＋＋S (2)溫度過高苯易揮發(fā)，溫度過低礦渣的溶解速率小 (3)4NOx＋(5－2x)O2＋2H2O===4HNO3　b (4)加大Fe3＋轉化為Fe(OH)3的程度　調節(jié)溶液的pH，抑制Cu2＋的水解 解答此類問題時，首先要明確各個流程的目的，然后仔細分析各步發(fā)生的反應及得到的產物，最后結合理論與實際問題進行思考答題，答題時要注意答題的模式和要點。 [歸納總結]　 無機化工流程題的解題策略 1．解題基本步驟 (1)審題 ①從題干中獲取有用信息，了解生產的產品，并在流程框圖上，標出原料中的成分，找出原料中的雜質。 ②審流程圖：看箭頭，進入的是投料(即反應物)，出去的是生成物(包括主產物和副產物)；找三線，物料進出線、操作流程線、循環(huán)線。 (2)析題：分析流程中的每一步驟，知道“四個什么”：①反應物是什么？②發(fā)生了什么反應？③該反應造成了什么后果？④對制造產品有什么作用？抓住一個關鍵點：一切反應或操作都是為獲得產品而服務。 (3)技巧：從問題中獲取信息，幫助解題，流程圖下面題目中所提的問題，有時對我們分析流程中某一步的作用有很大幫助，所以我們在做題時，不僅要把題中所給信息及流程圖審一遍，還要把題中所提問題瀏覽一遍。 2．解題思維方向 化工流程題目在流程上一般分為3個過程： ―→―→ (1)原料處理階段的常見考點與常見名詞 ①研磨、粉碎、加熱：加快反應速率。 ②溶解：通常用酸溶，如用硫酸、鹽酸、濃硫酸等。 ③水浸：與水接觸反應或溶解。 ④浸出：固體加水(酸)溶解得到離子。 ⑤浸出率：固體溶解后，離子在溶液中含量的多少(更多轉化)。 ⑥酸浸：在酸溶液中反應使可溶性金屬離子進入溶液，不溶物通過過濾除去的溶解過程。 ⑦灼燒、焙燒、煅燒：改變結構，使一些物質能溶解，并使一些雜質高溫下氧化，分解。 (2)分離提純階段的常見考點 ①調pH除雜 a．控制溶液的酸堿性使某些金屬離子形成氫氧化物沉淀。 例如：已知下列物質開始沉淀和沉淀完全時的pH如下表所示。 物質 開始沉淀 沉淀完全 Fe(OH)3 2.7 3.7 Fe(OH)2 7.6 9.6 Mn(OH)2 8.3 9.8 若要除去Mn2＋溶液中含有 的Fe2＋，應該怎樣做？ 提示：先用氧化劑把Fe2＋氧化為Fe3＋，再調溶液的pH到3.7。 注意：把溶液調節(jié)pH到3.7，并不是加酸調節(jié)，而是增大pH，應該加堿或其他與酸反應的物質。 b．調節(jié)pH所需的物質一般應滿足兩點：能與H＋反應，使溶液pH增大；不引入新雜質。 例如：若要除去Cu2＋溶液中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物質來調節(jié)溶液的pH。 ②試劑除雜：要注意所加試劑是還原劑還是氧化劑，然后分析反應類型，如果加入氧化劑(或還原劑)，則說明原溶液中有還原劑(或氧化劑)，發(fā)生氧化還原反應。 加入酸，是為了除去堿性物質；加入堿，是為了除去酸性物質。 ③加熱：加快反應速率或促進平衡向某個方向移動。 如果在制備過程中出現(xiàn)一些受熱易分解、易水解的物質或產物，則要注意對溫度的控制。如：侯氏制堿中的NaHCO3，還有如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(濃)等物質。 ④降溫：防止某物質在高溫時會溶解(或分解)，為使化學平衡向著題目要求的方向移動。 ⑤萃?。豪幂腿≡韺⒒旌衔镞M行分離，一般還需通過分液和蒸餾等方法。 (3)獲得產品階段的常見考點 ①洗滌(冰水、熱水)：洗去晶體表面的雜質離子，并減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗。 ②蒸發(fā)、反應時的氣體氛圍抑制水解：如從溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶質時，應在HCl的氣流中加熱，以防止其水解。 ③蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶：如除去KNO3中的少量NaCl。 ④蒸發(fā)結晶、趁熱過濾：如除去NaCl中的少量KNO3。 ⑤重結晶。 3．解題規(guī)范作答 文字敘述類題目要規(guī)范答題，防止出現(xiàn)因敘述不嚴謹導致失分，如 (1)洗滌沉淀：往漏斗中加入蒸餾水至浸沒沉淀，待水自然流下后，重復以上操作2～3次。 (2)從溶液中得到晶體：蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾(洗滌、烘干或干燥)。 (3)趁熱過濾(或冰水洗滌)的目的：防止某些物質降溫時會析出(或升溫時會溶解)而帶入新的雜質。 (4)反應中采取加熱措施的作用：一般是為了增大反應速率或加速某固體的溶解。 [心得體會]