1、第三章第四节铜及其化合物金属材料第四节铜及其化合物金属材料考纲展示1.了解常见金属的活动性顺序。2.了解合金的概念及其重要应用。3.了解铜及其重要化合物的主要性质及其应用。考点1| 铜及其化合物固本探源1铜的化学性质2.氧化铜和氢氧化铜物质氧化铜氢氧化铜化学式CuOCu(OH)2颜色状态黑色固体(粉末)蓝色固体水溶性不溶不溶化学性质CuO2H=Cu2H2O CuOH2CuH2O CuOCOCuCO2Cu(OH)22H=Cu22H2O Cu(OH)2CuOH2O3.硫酸铜(1)CuSO45H2O为蓝色晶体，俗称蓝矾或胆矾，受热易分解为白色粉末CuSO4和水。(2)无水CuSO4遇水变蓝色(生成C
2、uSO45H2O)，可作为水的检验试剂，但不适于作干燥剂。典例引领典例1(2012天津高考节选)信息时代产生的大量电子垃圾对环境构成了极大的威胁。某“变废为宝”学生探究小组将一批废弃的线路板简单处理后，得到含70%Cu、25%Al、4%Fe及少量Au、Pt等金属的混合物，并设计出如下制备硫酸铜和硫酸铝晶体的路线：请回答下列问题：(1)第步Cu与酸反应的离子方程式为_；得到滤渣1的主要成分为_。(2)第步加H2O2的作用是_，使用H2O2的优点是_；调溶液pH的目的是使_生成沉淀。(3)用第步所得CuSO45H2O制备无水CuSO4的方法是_。【解题导引】(1)固体混合物中加入浓HNO3的作用是
3、什么？【提示】酸性环境下，利用NO的强氧化性溶解Cu、Al、Fe等。(2)步骤加入H2O2的作用是什么？【提示】利用H2O2的强氧化性，将Fe2转化为Fe3有利于分离、提纯CuSO4。 【答案】(1)Cu4H2NOCu22NO22H2O或3Cu8H2NO3Cu22NO4H2OAu、Pt(2)将Fe2氧化为Fe3不引入杂质，对环境无污染Fe3、Al3(3)加热脱水考点精析铜的冶炼“三方法”(1)湿法炼铜：FeCuSO4=FeSO4Cu(2)高温炼铜：工业上用高温冶炼黄铜矿的方法获得铜(粗铜)：2CuFeS24O2Cu2S3SO22FeO(炉渣)2Cu2S3O22Cu2O2SO22Cu2OCu2S
4、6CuSO2粗铜中铜的含量为99.5%99.7%，主要含有Ag、Zn、Fe、Au等杂质，粗铜通过电解精炼可得到纯度达99.95%99.98%的铜。电解精炼铜的原理是用粗铜作阳极，失电子变为Cu2，用纯铜棒作阴极即可得精铜。(3)生物炼铜：“吃岩石的细菌”能耐受铜盐的毒性，并能利用空气中的氧气氧化硫化亚铜矿石，然后把不溶性的硫化铜转化为可溶性的硫酸铜。生物炼铜的优点：a.成本低；b.污染小；c.反应条件简单；d.含量(品位)很低的矿石也可以被利用。题组强化 题组1铜及其化合物的性质1(2016河北正定中学月考)某研究小组通过实验探究Cu及其化合物的性质，操作正确且能达到目的的是()A将铜丝插入浓
5、硫酸加热，反应后把水加入反应器中，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2下表中，对陈述、的正确性及其有无因果关系的判断都正确的是()选项陈述陈述判断A铜绿的主要成分是氧化铜可用稀盐酸除铜器表面的铜绿对；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对；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对；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错；对；无3碳酸铜和碱式碳酸铜
6、均可溶于盐酸，转化为氯化铜。在高温下这两种化合物均能分解成氧化铜。溶解28.4 g上述混合物，恰好消耗1 mol/L盐酸500 mL。灼烧等质量的上述混合物，得到氧化铜的质量是()A35 gB30 gC20 gD15 g误区警示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CuSO45H2O蓝色Cu2O砖红色Cu2(OH)2CO3绿色Cu2S黑色Cu(OH)2蓝色 题组2铜及其化合物转化关系综合考查4(2016株洲质检)铜是生活中常见的金属，请回答下列问题：(1)Cu不活泼，通常情况下不与稀硫酸反应，但向Cu和稀硫酸的混合物中滴入H2O2溶液后，溶液很快变蓝。试写出该
7、反应的离子方程式_。(2)将硫酸铜溶液和碳酸钠溶液混合，会析出Cu2(OH)2CO3绿色固体，试写出该反应的离子方程式_。(3)火法炼铜的原理：Cu2SO22CuSO2，在该反应中每生成1 mol Cu，转移_mol电子。(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_(填字母)。a粗铜接电源正极，发生氧化反应b溶液中Cu2向阴极移动c电解过程中，阳极和阴极的质量变化相等d利用阳极泥可回收Al、Zn等金属(5)据报道，有一种叫Thibacillus Ferroxidans的细菌在有氧气存在的酸性溶液中，可将黄铜矿CuFeS2氧化成
8、硫酸盐：4CuFeS22H2SO417O2=4CuSO42Fe2(SO4)32H2O。利用反应后的溶液，按如下流程可制备胆矾(CuSO45H2O)：检验溶液B中Fe3是否被除尽的实验方法是_。在实验室中，设计两个原理不同的方案，从溶液B中提炼金属铜(要求：一种方案只用一个反应来完成)。写出两种方案中涉及的化学方程式。方案一：_；方案二：_。【答案】(1)CuH2O22H=Cu22H2O(2)2Cu22COH2O=Cu2(OH)2CO3CO2(3)3(4)ab(5)取少量溶液B于试管中，加入几滴KSCN溶液，若溶液无明显现象，则说明Fe3已被除尽CuSO4Fe=CuFeSO42CuSO42H2O
9、2Cu2H2SO4O2(合理答案均可)5实验室以含有少量铁的粗铜粉和硫酸与硝酸的混合溶液为原料制备CuSO45H2O晶体。设计的工艺流程如图所示：请回答下列问题：(1)根据反应原理，操作所需的混酸溶液中硝酸和硫酸的理论配比(物质的量之比)为_。操作中需要把NO与_气体混合通入水中，混入该气体的目的是_(用化学方程式表示)。(2)溶液中存在一定浓度的Fe3、Cu2，在该浓度时生成氢氧化物沉淀的pH如下表。操作中某学生设计物质X为H2O，若加水调整溶液pH，则Fe(OH)3开始沉淀的pH_1.9(填“”或“”)；而实际操作中一般不用此法调节溶液pH，其主要原因是_。开始沉淀沉淀完全Fe31.93.
10、2Cu24.76.7(3)操作中物质Y为_。查阅资料知CuSO45H2O的溶解度曲线如上图所示，则操作应采取的措施是蒸发浓缩、_、过滤、洗涤、干燥等。(4)为测定胆矾中结晶水的数目，称取25.0 g胆矾晶体在坩埚中加热，固体质量随温度升高而变化的曲线如下图。当固体质量为8.0 g时，观察到固体完全呈黑色。请列式计算开始称取的胆矾中结晶水的数目。【解析】(1)操作是利用硝酸氧化而溶解铜，生成的Cu2与SO结合为CuSO4。根据3Cu8H2NO=3Cu22NO4H2O知，生成3 mol CuSO4消耗3 mol 硫酸、2 mol硝酸；操作中把NO与氧气混合通入水中生成硝酸以循环利用，并减少污染，反
11、应方程式是4NO3O22H2O=4HNO3。(2)因加水使c(Fe3)降低，则Fe(OH)3开始沉淀的pH1.9，而实际操作中一般不用此法调节溶液pH，其主要原因是加入的水较多不利于蒸发浓缩或蒸发浓缩消耗很多的能量。(3)由溶液得到晶体需蒸发浓缩，而蒸发时硫酸铜会水解，因此加入硫酸抑制水解，根据CuSO45H2O的溶解度曲线知温度越高，其溶解度越大，即温度低时析出量多，而且30 以下时析出CuSO45H2O，因此应冷却到30 下结晶。(4)当固体质量为8.0 g时，观察到固体完全呈黑色，此时固体已全部分解为氧化铜。【答案】(1)23O24NO3O22H2O=4HNO3(2)不利于蒸发浓缩(或蒸
12、发浓缩消耗很多的能量)(3)H2SO4冷却到30 下结晶(4)解：设胆矾晶体的化学式为CuSO4xH2O。CuSO4xH2OCuO16018x 80250 g8.0 gx5，即胆矾中结晶水的数目为5。考点2| 合金及金属材料固本探源1合金(1)概念：合金是指两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。(2)性能：合金具有不同于各成分金属的物理、化学或机械性能。熔点：一般比它的各成分金属的低；硬度和强度：一般比它的各成分金属的大。2常见的金属材料(3)几种有色金属材料铝及铝合金铜及铜合金典例引领典例2(2013重庆高考)合金是建造航空母舰的主体材料。(1)航母升降机可由铝
13、合金制造。铝元素在周期表中的位置为_。工业炼铝的原料由铝土矿提取而得，提取过程中通入的气体为_。AlMg合金焊接前用NaOH溶液处理Al2O3膜，其化学方程式为_。焊接过程中使用的保护气为_(填化学式)。(2)航母舰体材料为合金钢。舰体在海水中发生的电化学腐蚀主要为_。航母用钢可由低硅生铁冶炼而成，则在炼铁过程中为降低硅含量需加入的物质为_。(3)航母螺旋桨主要用铜合金制造。80.0 g CuAl合金用酸完全溶解后，加入过量氨水，过滤得白色沉淀39.0 g，则合金中Cu的质量分数为_。为分析某铜合金的成分，用酸将其完全溶解后，用NaOH溶液调节pH，当pH3.4时开始出现沉淀，分别在pH为7.
14、0、8.0时过滤沉淀，结合上图信息推断该合金中除铜外一定含有_。【答案】(1)第三周期第A族CO2Al2O32NaOH=2NaAlO2H2OAr(其他合理答案均可)(2)吸氧腐蚀CaCO3或CaO(3)83.1%Al、Ni考点精析正确理解合金的概念(1)构成合金的成分不一定是两种或两种以上的金属，也可以是金属与非金属，合金中一定含金属元素。(2)合金的性质不是各成分金属的性质之和。合金具有许多良好的物理、化学和机械性能，在许多方面不同于各成分金属，不是简单加合；但在化学性质上，一般认为合金体现的是各成分金属的化学性质。(3)并非所有的金属都能形成合金，两种金属形成合金，其前提是两种金属在同一温
15、度范围内都能熔化，若一种金属的熔点大于另一种金属的沸点，则二者不能形成合金。(4)合金一定是混合物。题组强化 题组1合金的性质1(2016济宁质检)所谓合金，就是不同种金属(也包括一些非金属)在熔化状态下形成的一种熔合物，下表为四种金属的熔、沸点：NaCuAlFe熔点()97.51 0836601 535沸点()8832 5952 2003 000根据以上数据判断其中不能形成合金的是()ACu和NaBFe和CuCFe和AlDAl和Na2有关合金的叙述正确的是()A合金的导电性比成分金属强B合金的抗腐蚀性能都很好C合金的机械强度比各成分金属小D多数合金比成分金属熔点低，硬度大3铝镁合金因坚硬、轻
16、巧、美观、洁净、易于加工而成为新型建筑装潢材料，主要用于制作窗框、卷帘门、防护栏等。下列与这些用途无关的性质是()A不易生锈 B导电性好C密度小 D强度高 题组2合金成分的检验与测定4(2016江苏启东模拟)某化学兴趣小组对金牌成分提出猜想：甲认为金牌是由纯金制造；乙认为金牌是由金银合金制成；丙认为金牌是由黄铜(铜锌合金)制成。为了验证他们的猜想，请你选择一种试剂来证明甲、乙、丙猜想的正误()A硫酸铜溶液 B稀硝酸C盐酸 D硝酸银溶液5某同学设计了如下实验测量m g铜银合金样品中铜的质量分数：下列说法中不正确的是()A合金的熔点比其成分金属低，通常比成分金属具有更优良的金属特性B铜和银都能与稀
17、硝酸反应，收集到的V L气体可能全为NOC操作是过滤，操作是洗涤，操作应是低温干燥D根据反应收集到的气体体积可以计算铜和银的质量分数6合金在生产生活中的应用日趋广泛。(1)镁合金被用于制造笔记本电脑外壳、竞赛自行车车架等，是由于镁合金具有_等优异性能。(2)测定某镁铝合金中镁的质量分数。称取一定质量的样品放入NaOH溶液中，发生反应的离子方程式是_。另称取一定质量的样品放入500 mL稀硫酸中，固体全部溶解并产生气体。待反应完全后，向所得溶液中加入NaOH溶液，生成沉淀的物质的量与加入NaOH溶液的体积关系如图(生成沉淀阶段的图像斜率视为恒定)。则合金中Al的质量为_g，NaOH溶液的物质的量
18、浓度为_mol/L。【答案】(1)强度大、密度小、散热性好、消震性好(答案合理即可)(2)2Al2OH2H2O=2AlO3H25.45考点3| 金属矿物的开发利用固本探源1金属在自然界中存在的形态除了金、铂等极少数金属外，绝大多数金属元素以化合态的形式存在于自然界中。在这些金属化合物中，金属元素都显正化合价。2金属冶炼的实质使金属化合物中的金属离子得电子被还原为金属单质的过程：Mnne=M。3金属冶炼的一般步骤4金属冶炼方法(1)热分解法冶炼金属例如：2HgO2HgO2，2Ag2O4AgO2。用热分解法冶炼金属的特点：金属元素的金属性弱，金属元素的原子不易失去电子，其金属离子容易得到电子，该金
19、属元素所形成的化合物稳定性较差。(2)热还原法冶炼金属焦炭还原法。例如：C还原ZnO、CuO，其化学方程式依次为C2ZnO2ZnCO2，C2CuO2CuCO2。一氧化碳还原法。例如：CO还原Fe2O3、CuO，其化学方程式依次为3COFe2O32Fe3CO2，COCuOCuCO2。氢气还原法。例如：H2还原WO3、Fe3O4，其化学方程式依次为3H2WO3W3H2O,4H2Fe3O43Fe4H2O。活泼金属还原法。例如：Al还原Cr2O3、V2O5，其化学方程式依次为2AlCr2O3Al2O32Cr，10Al3V2O56V5Al2O3。(3)电解法冶炼金属例如：电解Al2O3、MgCl2、Na
20、Cl，其化学方程式依次为2Al2O3(熔融) 4Al3O2，MgCl2(熔融) MgCl2，2NaCl(熔融) 2NaCl2。典例引领典例3 (2012山东高考)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H2SO4b稀HNO3cNaOH溶液d氨水(2)用稀H2SO4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)由泡铜冶炼粗铜的化学反应方程式为_。(4)以CuSO4溶液为电解质溶液进行粗铜(含Al、Zn、Ag、Pt、Au等杂质
21、)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利用阳极泥可回收Ag、Pt、Au等金属(5)利用反应2CuO22H2SO4=2CuSO42H2O可制备CuSO4，若将该反应设计为原电池，其正极电极反应为_。【解题导引】(1)此精铜的冶炼流程中体现了由金属矿提取金属的哪些重要环节？【提示】金属矿的富集、冶炼粗铜、铜的精炼。(2)由泡铜冶炼粗铜利用冶炼金属的哪种方法？【提示】铝热法冶炼。【答案】(1)cd(2)Fe3取少量溶液，滴加KMnO4溶液，KMnO4褪色(3)3Cu2O2AlAl2O36Cu(4)bd(5)4HO24e=2H2
22、O考点精析一、金属活动性顺序表的应用二、铝热反应实验装置实验现象镁带剧烈燃烧，放出一定的热，并发出耀眼的白光，氧化铁和铝粉在较高温度下发生剧烈的反应；纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中实验结论高温下，铝与氧化铁发生反应，放出大量的热，反应的化学方程式为2AlFe2O3Al2O32Fe原理应用制取熔点较高、活泼性弱于Al的铬、锰、钨等金属；金属焊接，如野外焊接钢轨等题组强化 题组1金属活动性顺序表的应用1下列事实不能用金属活动性解释的是()A生活中可用铝制的水壶烧水B镀锌铁制品破损后，镀层仍能保护铁制品C工业上常用热还原法冶炼铁，用电解法冶炼钠D电解法精炼铜时，其含有的Ag、Au杂质沉积在电解
23、槽的底部2工业上冶炼金属一般用热分解法、热还原法和电解法，不同的金属应选用不同的冶炼方法。选择的原则主要是依据()A金属在地壳中的丰度B金属在自然界中的存在形式C金属的还原性强弱D金属的利用价值3(2016石家庄模拟)下列制备金属单质的方法或原理正确的是()A在高温条件下，用H2还原MgO制备单质MgB在通电条件下，电解熔融Al2O3制备单质AlC在通电条件下，电解饱和食盐水制备单质NaD加强热，使CuO在高温条件下分解制备单质Cu误区警示(1)金属活动性顺序中，金属的位置越靠后，其阳离子越容易被还原，金属的位置越靠前，其阳离子越难被还原。(2)冶炼Mg时只能电解MgCl2不能电解MgO(熔点
24、太高)。(3)冶炼Al时只能电解Al2O3不能电解AlCl3(共价化合物，熔融时不导电)。加入冰晶石(Na3AlF6)的目的是降低Al2O3的熔化温度。 题组2金属矿物的开发、利用4(2016河北衡水中学二模)用无机矿物资源生产部分材料，其产品流程示意图如下：下列有关说法不正确的是()A生产铝、铜、高纯硅及玻璃的过程中都涉及氧化还原反应B粗铜精炼时，粗铜作阳极C黄铜矿冶炼铜时，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5云南曾报道铬渣污染事件，铬渣中因含6价的铬而使其毒性很强，利用钛铁矿(TiO2、FeO、Fe2O3)生产钛白粉的副产品(硫酸
25、亚铁)，可以把6价的铬还原为3价的铬，在碱性条件下生成氢氧化铬沉淀。(1)碾碎的目的是_。(2)加入过量的硫酸除让钛铁矿充分反应外，还起到的作用是_。(3)第步所加试剂是_。(4)上述物质中可循环使用的试剂是_(写化学式)。(5)写出滤液c与Na2CrO4在NaOH溶液中反应的离子反应方程式为_。(6)第步中加热的目的是_。【答案】(1)增大接触面积，加快反应速率(2)抑制Fe3、Fe2水解，有利于钛从溶液中分离(3)铁粉(4)H2SO4(5)CrO3Fe24OH4H2O=Cr(OH)33Fe(OH)3(6)促进TiOSO4水解课堂小结(教师用书独具)第一条：铜及其化合物转化网络第二条：重点知
26、识萃取1熟记2个物理性质：合金的熔点比成分金属低。合金的硬度比成分金属大。2记住2种有色金属：铝、铜。3牢记4种物质的颜色：Cu紫红色，CuO黑色，CuSO4粉末白色，CuSO45H2O蓝色。4熟记5个化学方程式2CuO2H2OCO2=Cu2(OH)2CO3(铜锈)，3Cu8HNO3(稀)=3Cu(NO3)22NO4H2O，Cu4HNO3(浓)=Cu(NO3)22NO22H2O，Cu2H2SO4(浓) CuSO4SO22H2O，Cu(OH)2CuOH2O。分层限时跟踪练(十一)(限时：45分钟)1钓鱼岛群岛的东海海域及部分太平洋海域探明为海底热水矿床。海底热水矿床是沉积着由岩浆热气从地底喷出的
27、金、铜、锌、稀有金属等区域。下列说法正确的是()A金不溶于任何溶液B铜、锌在空气中均能被氧化成对应的氧化物C铜锌合金的熔点低于铜或锌的熔点D. Cu的质子数和中子数之差为342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合金的性质与其成分金属的性质不完全相同B工业上金属Mg、Cu都是用热还原法制得的C金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子D越活泼的金属越难冶炼3下列有关金属的工业制法中正确的是()A制钛：用金属钠置换四氯化钛(TiCl4)溶液中的钛B炼铁：用焦炭和空气反应产生的CO在高温下还原铁矿石中铁的氧化物C制钠：用海水为原料制得精盐，再电解纯净的NaCl溶液D炼铜：
