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1、第9讲 铜及其化合物 金属材料及金属矿物的开发利用,高考化学一轮复习,考点突破,考点一 金属活动性顺序及其应用,考点二 守恒法在化学计算中的应用,考点一 金属活动性顺序及其应用,典例1 化学在生活中有着广泛的应用,下列对应关系错误的是 ( ),B,答案 B FeCl3与Cu的反应为2FeCl3+Cu 2FeCl2+CuCl2,不能用来 比较铁与铜的金属性强弱,故错误。,1-1 下列关于金属冶炼的说法中正确的是 ( ) A.金属银、汞可用热分解法冶炼 B.可用热分解法冶炼金、铂 C.金属Mg、Al都可以用电解熔融氯化物的方法制得 D.电解法是冶炼活泼金属(如钾、钠、镁、铝等)的唯一方法,A,答案
2、 A A项,银、汞为不活泼金属,工业上可用热分解其氧化物制得; B项,金、铂极不活泼,应用富集法(物理方法)冶炼;C项,AlCl3为共价化合 物,熔融状态不导电,工业上制备金属Al是用电解熔融Al2O3的方法;D项, 工业上冶炼钾可以用钠还原法:Na+KCl NaCl+K,反应制得 的钾蒸气遇冷即得到金属钾。,1-2 氧化还原反应广泛应用于金属的冶炼。下列说法不正确的是 ( ) A.冶炼铁的主要原料有铁矿石、焦炭、空气、石灰石等,其中石灰石的 作用是除去铁矿石中的脉石(二氧化硅) B.湿法炼铜与火法炼铜的反应中,铜元素都发生还原反应 C.工业上Mg可由电解熔融的MgO制取,Na可由电解熔融的N
3、aCl制取 D.铝热法还原铁的反应中,放出的热量能使铁熔化,C,答案 C 工业上用电解熔融MgCl2的方法冶炼金属镁。,守恒法是中学化学计算中一种很重要的方法,也是解题中应用最多的方 法之一。其特点是抓住有关变化的始态和终态,忽略中间过程,利用其 中某种不变量建立关系式,从而简化思路,快速解题。 守恒法主要包括质量守恒法、原子守恒法、电荷守恒法、得失电子守 恒法等。 1.质量守恒法 质量守恒主要包括两项内容:参加反应的各物质的质量总和等于生成 的各物质的质量总和;反应前后各元素的质量守恒。 2.原子守恒法 原子守恒主要指系列反应中某原子个数(或物质的量)不变,以此为基础,考点二 守恒法在化学计
4、算中的应用,可求出与该原子相关联的某些物质的数量(或质量)。 3.电荷守恒法 电荷守恒即溶液中阳离子所带的正电荷总数=阴离子所带的负电荷总 数。常见的电荷守恒有以下几种情况:化合物化学式中存在的电中性 原则(正、负化合价代数和为0);离子反应中的电荷守恒(反应前后净 电荷数相等);电解质溶液中存在的电荷守恒(阴、阳离子电荷总数相 等)。 4.得失电子守恒法 氧化还原反应中(或系列化学反应中),氧化剂得电子总数=还原剂失电 子总数。,典例2 现有CuO和Fe2O3组成的混合物a g,向其中加入2 molL-1的硫酸 溶液50 mL,恰好完全反应。若将a g该混合物在足量H2中加热,使其充 分反应
5、,冷却后剩余固体质量为 ( ) A.1.6a g B.(a-1.6)g C.(a-3.2)g D.1.6 g,B,答案 B 金属氧化物与硫酸恰好完全反应,生成n(H2O)=n(H2SO4)=50 10-3 L2 molL-1=0.1 mol。生成的H2O中的氧元素完全来自于金属氧化 物,所以a g金属氧化物中氧元素的质量为0.1 mol16 gmol-1=1.6 g,则a g 金属氧化物被足量H2还原后剩余固体质量为(a-1.6)g。,2-1 有一块铁的“氧化物”样品,用140 mL 5.0 molL-1盐酸恰好将其 完全溶解,所得溶液还能吸收0.025 mol Cl2,恰好使其中的Fe2+全
6、部转变 为Fe3+,则该样品可能的化学式为 ( ) A.Fe2O3 B.Fe3O4 C.Fe4O5 D.Fe5O7,D,答案 D 根据2Fe2+Cl2 2Fe3+2Cl-可知铁的“氧化物”样品用盐 酸溶解后所得溶液中n(Fe2+)=0.025 mol2=0.05 mol,根据电荷守恒得2n (Fe2+)+3n(Fe3+)=n(Cl-),则n(Fe3+)=0.2 mol,故n(Fe2+)n(Fe3+)=0.050.2= 14,该氧化物可表示为FeO2Fe2O3,即Fe5O7。,2-2 向一定量的Fe、FeO、Fe2O3、Fe3O4的混合物中加入150 mL 4 mol L-1的稀硝酸恰好使混合物
7、完全溶解,放出2.24 L NO(标准状况),往所得 溶液中加入KSCN溶液,无红色出现。若用足量的H2在加热条件下还原 相同质量的混合物,所得到铁的物质的量为 ( ) A.0.21 mol B.0.25 mol C.0.3 mol D.0.35 mol,B,答案 B 稀硝酸恰好使混合物完全溶解,加入KSCN溶液,无红色出现, 说明铁元素在溶液中以Fe2+形式存在,根据氮原子守恒可以求出nFe (NO3)2=(0.15 L4 molL-1-2.24 L22.4 Lmol-1)2=0.25 mol,再由铁原子 守恒可知,用足量的H2在加热条件下还原相同质量的混合物,所得到的 铁的物质的量为0.2
8、5 mol。,一、铜及其化合物 1.单质铜 (1)物理性质: 紫红 色固体,具有良好的延展性、导 热 性和 导 电 性。 (2)化学性质,基础训练,写出上图中有关反应的化学方程式或离子方程式: a.与潮湿空气反应: 2Cu+O2+CO2+H2O Cu2(OH)2CO3 。 b.与S反应: 2Cu+S Cu2S 。 c.与氧化性酸反应,与浓硫酸共热: Cu+2H2SO4(浓) CuSO4+SO2+2H2O ; 与稀硝酸反应: 3Cu+8H+2N 3Cu2+2NO+4H2O (离子方 程式)。 d.与盐溶液反应(写离子方程式) 与硝酸银溶液反应: Cu+2Ag+ 2Ag+Cu2+ ; 与FeCl3
9、溶液反应: Cu+2Fe3+ 2Fe2+Cu2+ 。 (3)铜的冶炼 a.火法炼铜:Cu2S+O2 2Cu+SO2。 b.湿法炼铜:Fe+CuSO4 FeSO4+Cu。 c.电解精炼:电解时,用纯铜作阴极,粗铜作阳极,用CuSO4溶液作电解液。,2.氧化铜和氧化亚铜,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,4.五水硫酸铜 CuSO45H2O为蓝色晶体,俗称蓝矾、胆矾。无水CuSO4为白色粉末,遇 水变 蓝色 (生成CuSO45H2O),可用于检验水。 5.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
10、的产物,其受热易分解:Cu2(OH)2CO3 2CuO+H2O+CO2。,自测1 某研究小组用废铜粉制取胆矾,设计了如下三个实验方案: (1)Cu CuSO4 硫酸铜溶液 CuSO45H2O。 (2)Cu CuO 硫酸铜溶液 CuSO45H2O。 (3) 硫酸铜溶液 CuSO45H2O。 对三个方案进行评价,你认为最好的是哪个方案?,答案 方案(1):产生污染性气体,且消耗硫酸较多。 方案(2):消耗能量较多,且步骤复杂。 方案(3):不产生污染性气体,原料利用率高,节约能源。 因而方案(3)更经济合理。 特别提示 (1)通常Cu2+在溶液中呈蓝色,可作为Cu2+的判定依据。 (2)Cu2+与
11、碱反应生成蓝色沉淀Cu(OH)2,这是鉴定Cu2+的原理之一。 (3)铜盐溶液有毒,主要是因为Cu2+为重金属离子,能使蛋白质变性而失 去生理活性,人们利用它的这一性质用胆矾、熟石灰、水配成波尔多 液,用来杀虫。,自测2 孔雀石的主要成分为Cu2(OH)2CO3。某同学设计的从孔雀石中 冶炼铜的方案如下(假设孔雀石中杂质不溶于水和稀硫酸): 足量金属粉末 孔雀石 溶液 Cu (1)反应能观察到的现象是 ,有关反应的化学方程式为 。 (2)反应加入的金属可能是 ,有关反应的离子方程式为 。,答案 (1)固体逐渐消失,溶液由无色变成蓝色,有气泡产生 Cu2(OH)2 CO3+2H2SO4 2CuS
12、O4+CO2+3H2O (2)铁粉(答案合理即可) Fe+Cu2+ Fe2+Cu(答案合理即可) 解析 (1)孔雀石中加入稀硫酸可看到孔雀石逐渐溶解,溶液由无色变 为蓝色,且有气泡产生;反应的化学方程式为Cu2(OH)2CO3+2H2SO4 2CuSO4+CO2+3H2O。(2)经过滤除去难溶于水和稀硫酸的杂质,则滤液 中主要含有CuSO4和H2SO4,加入的金属粉末能将Cu2+从溶液中置换出来 即可,故可能是Fe或Zn等。,二、合金及常见金属材料 1.合金 2.常见金属材料 (1)重要的黑色金属材料钢 钢 是用量最大、用途最广的合金。,钢 (2)铜合金 常见的铜合金主要包括 青铜 、黄铜和白
13、铜等。,自测3 下列关于金属的说法中,不正确的是 ( ) A.合金比纯金属具有更好的性能,合金的熔点一般比各成分金属的低 B.一般情况下,合金的硬度大于其各成分金属的硬度 C.常用电解法冶炼钠、镁、铝等活泼金属 D.由于铝在常温下不能与氧气反应,所以铝制品具有一定的抗腐蚀性, 是一种应用广泛的金属材料,D,答案 D A项,合金的熔点一般比其成分金属的低;B项,一般情况下,合 金的硬度比其成分金属的大;C项,活泼金属常用电解法冶炼,如钠、 镁、铝等;D项,铝在常温下能与氧气反应,并在铝的表面形成一层致密 的氧化铝保护膜,所以铝制品具有一定的抗腐蚀性。,自测4 某化学兴趣小组对奥运会金牌成分提出猜
14、想:甲认为金牌是由 纯金制造的;乙认为金牌是由金银合金制成的;丙认为金牌是由黄铜(铜 锌合金)制成的。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,B,答案 B 纯金遇到稀硝酸不溶解;金银合金遇到稀硝酸会部分溶解;黄 铜遇到稀硝酸会全部溶解。,三、金属矿物的开发和利用 1.金属在自然界中存在的形态 除了 金 、 铂 等极少数金属外,绝大多数金属以 化合 物 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:Mn
15、+ne- M。,4.金属冶炼方法 (1)热分解法 例如:2HgO 2Hg+O2,2Ag2O 4Ag+O2。 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,对应的金属离子 容易 得到电子,该金 属元素所形成的化合物稳定性 较差 。,3.金属冶炼的一般步骤,(2)热还原法 a.焦炭还原法。例如:C还原ZnO、CuO,化学方程式依次为 C+2ZnO 2Zn+CO2 、 C+2CuO 2Cu+CO2 。 b.一氧化碳还原法。例如:CO还原Fe2O3、CuO,化学方程式依次为 3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2 、 CO+CuO Cu+CO2 。 c.氢气还原法。
16、例如:H2还原WO3、Fe3O4,化学方程式依次为 3H2+ WO3 W+3H2O 、 4H2+Fe3O4 3Fe+4H2O 。 d.活泼金属还原法。例如:Al还原Cr2O3、V2O5,化学方程式依次为,2 Al+Cr2O3 Al2O3+2Cr 、 10Al+3V2O5 6V+5Al2O3 。 (3)电解法 例如:电解熔融Al2O3、MgCl2、NaCl制Al、Mg、Na,化学方程式依次为 2Al2O3(熔融) 4Al+3O2 , MgCl2(熔融) Mg+Cl2 , 2NaCl(熔融) 2Na+Cl2 。 特别提示 (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,不是盐溶液。(2)钠、镁的冶炼是电解熔融的NaCl、MgCl2,铝的
