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)銅物理性質(zhì)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?；瘜W性質(zhì)(2)銅的氧化物和氫氧化物(3)銅鹽Cu2(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)2CO32CuOH2OCO2。CuSO45H2O為藍色晶體，俗稱藍礬、膽礬，其受熱分解的化學方程式為CuSO45H2OCuSO45H2O，藍色晶體受熱轉(zhuǎn)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)。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(zhì)作用，使蛋白質(zhì)變性失去生理活性，因此人們利用了它的這一性質(zhì)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(zhì)顏色物質(zhì)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(zhì)Cu和Cu2O的方法向紅色物質(zhì)中加入稀硫酸，若溶液由無色變成藍色，則該紅色物質(zhì)為Cu2O，否則為Cu。反應的化學方程式為Cu2OH2SO4=CuSO4CuH2O。(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：2CuO22H2SO4=2CuSO42H2O。(4)常利用CuSO4轉(zhuǎn)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(zhì)。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。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(zhì)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(zhì)，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(zhì)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(zhì)，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?？挤ňC述掌握銅及其化合物的性質(zhì)，在理解性質(zhì)的基礎上，找出各物質(zhì)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(zhuǎn)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(zhì)量相等列等式計算。命題法1銅及其化合物的性質(zhì)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(zhì)完全反應，生成NO和Cu(NO3)2。在所得溶液中加入1.0 molL1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(zhì)量為39.2 g。下列有關說法不正確的是 ()ACu與Cu2O的物質(zhì)的量之比為21B硝酸的物質(zhì)的量濃度為2.6 molL1C產(chǎn)生的NO在標準狀況下的體積為4.48 LDCu、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(zhì)的量為0.4 mol，根據(jù)n(Cu)n(Cu2O)20.4 mol，n(Cu)64 gmol1 n(Cu2O)144 gmol127.2 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(zhuǎn)移0.4 mol0.2 mol0.6 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(zhì)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(zhì)的量為1.2 mol，濃度為2.4 molL1。答案B【解題法】銅及其化合物的相互轉(zhuǎn)化2CuO2H2OCO2=Cu2(OH)2CO3(堿式碳酸銅) O2 5H2O命題法2銅的冶煉方法典例2Cu2S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(zhì)判斷硫元素對應的產(chǎn)物是SO2。反應方程式為Cu2SO22CuSO2。答案1Cu2SO22CuSO2【解題法】銅的冶煉“三方法”(1)濕法煉銅：FeCuSO4=FeSO4Cu。(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)：2CuFeS24O2Cu2S3SO22FeO(爐渣)2Cu2S3O22Cu2O2SO22Cu2OCu2S6CuSO2粗銅中銅的含量為99.5%99.7%，主要含有Ag、Zn、Fe、Au等雜質(zhì)，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(zhuǎn)化為可溶性的硫酸銅。生物煉銅的優(yōu)點：a.成本低；b.污染?。籧.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(zhuǎn)化關系如圖所示，下列判斷正確的是()AX可能是金屬銅BY不可能是氫氣CZ可能是氯化鈉DZ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(zhuǎn)化關系，A項正確；X為Cl2，Y為H2，Z為HCl時，符合圖示轉(zhuǎn)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)“XYZ”，C項錯誤；Z為SO3時，其水溶液為H2SO4溶液，電解H2SO4溶液時，實質(zhì)為電解水，生成H2和O2，不能實現(xiàn)“XYZ”，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Fe3B將銅粉加入10 molL1 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 molL1 MgSO4溶液滴入NaOH溶液至不再有沉淀產(chǎn)生，再滴加0.1 molL1 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(zhì)，溶度積大的易轉(zhuǎn)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(zhì)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NOC操作是過濾，操作是洗滌，操作 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(zhì)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、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45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)。KMnO4(NH4)2SNaOHKSCN(2)氧化劑可選用_。Cl2KMnO4HNO3H2O2(3)要得到較純的產(chǎn)品，試劑可選用_。NaOHCuOCu(OH)2Cu2(OH)2CO3(4)某同學設計以原電池的形式實現(xiàn)Fe2至Fe3的轉(zhuǎn)化，電解質(zhì)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(zhì)量為135 gmol1；H2O的摩爾質(zhì)量為18 gmol1)方案一：稱取m g晶體灼燒至質(zhì)量不再減輕為止，冷卻、稱量所得無水CuCl2的質(zhì)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(zhì)量不再減輕為止，冷卻，稱量所得固體的質(zhì)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)(2)(3)(4)Fe2e=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(zhì)，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)Fe33H2OFe(OH)33H來除去Fe3，摻入新的雜質(zhì)Na，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(zhì)量為m g mol gmol1,1 mol晶體中H2O的質(zhì)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(chǎn)、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(chǎn)鐵和鋁的化學方程式(只寫最后得到金屬單質(zhì)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。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(Si2NaOHH2O=Na2SiO32H2)，充分反應后過濾，通過測定剩余固體質(zhì)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：_。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(zhì)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)Fe2O33CO2Fe3CO22Al2O3(熔融)4Al3O2(2)3Fe2O38Al2Fe3Al3Al2O3(3)Si(4)2Al2OH2H2O=2AlO3H2m(Si)0.07 g，n(Si)0.0025 moln(Fe)2n(Fe2O3)20.02 mol，m(Fe)0.02 mol56 gmol11.12 gm(Al)1.46 g1.12 g0.07 g0.27 g，n(Al)0.01 moln(Fe)n(Al)n(Si)0.02 mol0.01 mol0.0025 mol841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5060 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(zhì)，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(zhì)。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(diào)節(jié)溶液的pH，其理由是_。錯解(1)Cu2SFe3=Cu2FeS(3)NOxO2H2O=HNO3c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Cu2S4Fe3=2Cu24Fe2S。(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5060 。(3)NOx作還原劑，根據(jù)質(zhì)量守恒和得失電子守恒可寫出反應的化學方程式：4NOx(52x)O22H2O=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Fe33H2OFe(OH)33H，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(zhì))。答案(1)Cu2S4Fe3=2Cu24Fe2S(2)溫度過高苯易揮發(fā)，溫度過低礦渣的溶解速率小(3)4NOx(52x)O22H2O=4HNO3b(4)加大Fe3轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3的程度調(diào)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(chǎn)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)審題從題干中獲取有用信息，了解生產(chǎn)的產(chǎn)品，并在流程框圖上，標出原料中的成分，找出原料中的雜質(zhì)。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(chǎn)物和副產(chǎn)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”：反應物是什么？發(fā)生了什么反應？該反應造成了什么后果？對制造產(chǎn)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(chǎn)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研磨、粉碎、加熱：加快反應速率。溶解：通常用酸溶，如用硫酸、鹽酸、濃硫酸等。水浸：與水接觸反應或溶解。浸出：固體加水(酸)溶解得到離子。浸出率：固體溶解后，離子在溶液中含量的多少(更多轉(zhuǎn)化)。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。灼燒、焙燒、煅燒：改變結構，使一些物質(zhì)能溶解，并使一些雜質(zhì)高溫下氧化，分解。(2)分離提純階段的常見考點調(diào)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(zhì)開始沉淀和沉淀完全時的pH如下表所示。物質(zhì)開始沉淀沉淀完全Fe(OH)32.73.7Fe(OH)27.69.6Mn(OH)28.39.8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(diào)溶液的pH到3.7。注意：把溶液調(diào)節(jié)pH到3.7，并不是加酸調(diào)節(jié)，而是增大pH，應該加堿或其他與酸反應的物質(zhì)。b調(diào)節(jié)pH所需的物質(zhì)一般應滿足兩點：能與H反應，使溶液pH增大；不引入新雜質(zhì)。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(zhì)來調(diào)節(jié)溶液的pH。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(zhì)；加入堿，是為了除去酸性物質(zhì)。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(zhì)或產(chǎn)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(zhì)。降溫：防止某物質(zhì)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。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(chǎn)品階段的常見考點洗滌(冰水、熱水)：洗去晶體表面的雜質(zhì)離子，并減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗。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(zhì)時，應在HCl的氣流中加熱，以防止其水解。蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶：如除去KNO3中的少量NaCl。蒸發(fā)結晶、趁熱過濾：如除去NaCl中的少量KNO3。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23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(zhì)降溫時會析出(或升溫時會溶解)而帶入新的雜質(zhì)。(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