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1、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第二章第二章 金属元素及其化合物金属元素及其化合物铜及其化合物的相互转化关系1碱式碳酸铜。(1)化学式为Cu2(OH)2CO3，俗名：孔雀石，绿色固体。(2)铜在潮湿的空气中被氧化为铜锈：2CuO2H2OCO2=Cu2(OH)2CO3。2铜的氧化物。CuO为黑色粉末，不溶于水。Cu2O为红色粉末，不溶于水。3Cu2具有氧化性，但氧化能力比Fe3弱。如FeCl3可将H2S氧化为S，Cu2则只能与H2S生成不溶于酸的CuS。2Fe3H2S=2Fe22HS；Cu2H2S=2HCuS；Fe3可氧化Cu生成Cu2：2Fe3Cu=2Fe2Cu2。【例1】
2、某课外研究小组用含有较多杂质的铜粉，通过不同的化学反应精制CuO，其设计的实验过程为：(1)含杂质的铜中含有大量的有机物，可采取灼烧的方法除去有机物，灼烧时将瓷坩埚置于_上(用以下所给仪器的字母编号填空，下同)，取坩埚应使用_，灼烧后的坩埚应放在_上，不能直接放在桌面上。实验中所用的仪器如下：a蒸发皿b石棉网c泥三角d表面皿e坩埚钳f试管夹(2)杂铜经灼烧后得到的产物是氧化铜及少量铜的混合物，灼烧后含有少量铜的可能原因是_。a灼烧过程中部分氧化铜被还原b灼烧不充分铜未被完全氧化c氧化铜在加热过程中分解生成铜d该条件下铜无法被氧气氧化(3)由粗制氧化铜通过两种途径制取纯净CuO，与途径相比，途径
3、有明显的两个优点是_。(4)有同学指出，由CuSO4溶液到生成CuO少了一个环节，即应先生成Cu(OH)2沉淀，过滤洗涤后再加热分解Cu(OH)2得CuO。以下说法不可能成为减少该环节的理由的是_。ACuO比Cu(OH)2颗粒更粗大，更易于从溶液中过滤分离BCu(OH)2分解温度较低，加热其浊液即可使其分解C干态下分解Cu(OH)2，温度难以控制，可能因温度过高导致CuO进一步分解生成Cu2OD过滤分离出的CuO不需洗涤就已非常纯净解析：(1)灼烧某物质使其分解，是在坩埚中进行，坩埚较小，不能直接放在三脚架上(会掉下去)，应放在泥三角上，再将泥三角放在三脚架上，用坩埚钳夹住坩埚，进行加热，热的
4、坩埚不能直接放在实验台上，会烫坏实验台，而是垫在石棉网上；(2)灼烧后含有少量铜，其原因可能是灼烧不充分，铜未被完全氧化，也可能是灼烧过程中部分氧化铜被还原；(3)根据途径的反应方程式Cu2H2SO4(浓) CuSO4SO22H2O和途径的反应方程式2CuO22H2SO4 2CuSO42H2O，可以看出途径的优点是产生等量的CuSO4，比途径消耗硫酸少，且不产生SO2；途径不产生污染大气的气体SO2；(4)显然过滤得到的不溶物不经洗涤是不会纯净的，故D项一定不能成为本问题的理由。答案：(1)ceb(2)ab(3)耗酸少无污染性气体SO2产生(4)D针对训练1铜是生命必需的元素，也是人类最早使用
5、的金属之一，铜的生产和使用对国计民生各个方面都产生了深远的影响，请完成(1)(3)题：(1)在西汉古籍中曾有记载：曾青得铁则化为铜即曾青(CuSO4)跟铁反应生成铜。试写出该反应的化学方程式：_。(2)铜器表面有时会生成铜绿，请写出生成铜绿的化学方程式：_，这层铜绿可以用化学方法除去。试写出除去铜绿而不损伤器物的化学方程式：_。(3)铜钱在历史上曾经是一种广泛流通的货币。试从物理性质 和 化 学 性 质 的 角 度 分 析 为 什 么 铜 常 用 于 制 造 货 币 ：_。(铜的熔点是1183.4 ，铁的熔点是1534.8 )解析：(1)发生置换反应：Fe置换出Cu；(2) Cu与空气中O2、
6、H2O、CO2共同作用生成Cu2(OH)2CO3；要除去铜器表面的铜绿，考虑选择盐酸，因盐酸不和铜反应，且盐酸具有挥发性。化学反应方程式如下：Cu2(OH)2CO34HCl=2CuCl2CO23H2O，当然用稀硫酸反应亦可，但不能选择硝酸；(3)根据题给信息以及做货币的实际要求，从物理性质中的熔点高低及化学活泼性入手即可。答案：(1)FeCuSO4=FeSO4Cu(2)2CuO2H2OCO2=Cu2(OH)2CO3Cu2(OH)2CO34HCl=2CuCl2CO23H2O(或其他合理答案)(3)选择铜做货币是因为铜的熔点比较低，容易冶炼铸造成型；铜的化学性质比较稳定，不易被腐蚀金属活动性顺序表
7、的应用常见金属的活动顺序为：K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu、Hg、Ag、Pt、Au金属在化学反应中失去电子生成阳离子的能力依次减弱，对应阳离子得电子能力依次增强。该规律有多种应用，归纳如下：1判断金属与酸能否发生置换反应。排在H前边的金属可与非氧化性酸发生置换氢的反应。2判断金属与盐溶液能否发生置换反应。排在前边的较活泼的金属能把排在后边的金属从其盐溶液中置换出来，生成新盐和新金属。3判断金属与水能否发生置换反应。(1)极活泼金属(K、Ca、Na)可与冷水发生置换氢的反应。(2)活泼金属(Mg、Al)可与热水发生置换氢的反应。(3)较活泼金属(Zn、Fe)与水
8、蒸气在高温下反应，可置换水中的氢生成氢气，但生成氢氧化物受热分解，最后得到金属氧化物。(4)排在氢后边的金属与水不反应。4判断原电池正、负极及电极反应。由两种金属构成的原电池电极，位于金属活动顺序表前面的金属为负极。(1)负极反应：电极金属失电子被氧化，形成金属阳离子进入溶液。(2)正极反应：溶液中微粒(酸性条件下为H，中性条件下为H2O和O2)在正极上得到电子被还原。5判断金属在自然界中的存在状态。6判断金属氢氧化物的热稳定性强弱。金属活动性顺序表中越位于前面的金属，其氢氧化物越稳定，越不易分解，越后面的金属氢氧化物越易分解，极不活泼的金属Pt、Au甚至无氢氧化物。7判断金属的冶炼方法。金属
9、冶炼是金属离子得到电子，被还原成金属原子的过程。金属活动性顺序表中的不同金属，因金属离子结合电子能力不等，所以冶炼方法不同。【例2】X、Y、Z、M、N代表五种金属，有以下化学反应：水溶液中：XY2=X2Y；Z2H2O(冷) = Z(OH)2H2；M、N为电极与N盐溶液组成原电池，发生的电极反应为M2e= M2；Y可以溶于稀硫酸中，M不被稀硫酸氧化。则这5种金属的活动性由弱到强的顺序是()AMNYXZ BNMXYZCNMYXZ DXZNMY解析：由知，X活动性大于Y，且X、Y都不与水反应；由知，Z为很活泼的金属；由及原电池原理知，活动性：MN；由知，活动性：YM。综合上述结论可知活动性：ZXYM
10、N，故选C。答案：C针对训练2有关X、Y、Z、W 4种金属进行如下实验：根据以上事实，下列判断或推测错误的是()AZ的阳离子氧化性最强BW的还原性强于Y的还原性CZ放入CuSO4溶液中一定有Cu析出D用X、Z和稀硫酸可构成原电池，且X作负极解析：由实验13的现象可判定金属活动性依次为：WXYHZ，Z的活动性弱，其阳离子的氧化性强，A正确；活动性与还原性一般一致，B正确；从题意不能确定Z与Cu的活动强弱关系，C错误；X比Z活泼，做负极，D正确。答案：C实验课题：铜及其化合物的性质探究实验1实验目的。运用类比思想和已有知识探究不熟悉的铜及其化合物的性质。2探究活动。(1)实验步骤、(2)实验现象、
11、(3)实验结论这些内容具体请见下面例题所述：【例3】某校化学研究性学习小组在学习了金属的知识后，探究Cu的常见化合物性质。过程如下：(常见含铜元素物质及颜色：铜红色；氧化铜黑色；氧化亚铜红色)提出问题在周期表中，Cu、Al位置接近。Cu不如Al活泼，而Al(OH)3 具有两性，那么Cu(OH)2也具有两性吗？通常情况下，2价Fe的稳定性小于3价Fe，1价Cu的稳定性也小于2价Cu吗？实验方案(1)解决问题需用到的药品有CuSO4溶液、_、_(填试剂)，同时进行相关实验。(2)解决问题的实验步骤和现象如下：取98 g Cu(OH)2 固体，加热至80100 时，得到黑色固体粉末，继续加热到1 0
12、00 以上，黑色粉末全部变成红色粉末A。冷却后称量，A的质量为72 g，A的化学式为_。向A中加入过量的稀硫酸，得到蓝色溶液，同时观察到容器中还有红色固体存在。实验结论(1)Cu(OH)2具有两性。证明Cu(OH)2具有两性的实验现象是_。(2)根据实验方案(2)，得出的1价Cu和2价Cu的热稳定性大小的结论是：在高温情况下_，在酸性溶液中_；A中加入过量的稀硫酸的化学方程式为：_。【例3】由于Fe(OH)2易被空气中的O2氧化，某同学采用如图所示装置，在装置中用NaOH溶液、铁屑和稀H2SO4等试剂制备Fe(OH)2。 解析：实验方案(1)已知Al(OH)3 具有两性，能溶于强酸和强碱，类比
13、之，先用CuSO4来制备Cu(OH)2，再看Cu(OH)2能否溶于强酸和强碱；(2)红色固体是否是Cu2O或Cu2O和Cu混合而成呢？具体计算可知：nCu(OH)298 g98 g/mol1 mol，加热过程中n(Cu)不变，只减轻了H、O元素，黑色固体易知应为CuO，A就在CuO基础上再失O，最终的72 g中，m(Cu)64 g，m(O)72648 g，n(O)8/160.5 mol，故n(Cu)n(O)10.521，即为Cu2O；实验结论(1)证明有两性的现象就是蓝色沉淀即Cu(OH)2固体既能溶于强酸又 能 溶 于 强 碱 ； (2)1 000 以 上 ， 发 生 的 反 应 是 ： 4
14、CuO 2Cu2OO2，可见Cu2O此时稳定；酸性溶液中，发生反应：Cu2OH2SO4=CuSO4CuH2O，可见Cu2稳定。答案：实验方案(1)盐酸(或稀硫酸等)NaOH溶液(或氢氧化钾溶液等)(2)Cu2O实验结论(1)生成的蓝色沉淀既能溶于盐酸又能溶于氢氧化钠溶液(2)1价Cu比2价Cu稳定 2价Cu比1价Cu稳定Cu2OH2SO4=CuSO4CuH2O针对训练3某同学对Cu的常见化合物的性质进行实验探究，研究的问题和过程如下：在周期表中Cu和Al位置比较接近，Al(OH)3具有两性，Cu(OH)2是否也有两性？通常情况下，2价Fe不如3价Fe稳定，1价Cu也一定不如2价Cu稳定吗？Cu
15、O有氧化性，能被H2、CO还原，CuO也能被NH3还原吗？()为 探 究 问 题 ， 除 Cu(OH)2外 必 须 选 用 的 试 剂 为_(填序号)。a稀H2SO4b浓的NaOH溶液c浓氨水()为探究问题，进行如下实验：(1)将CuO粉末加热至1 000 以上完全分解成红色的Cu2O粉末，该反应的化学方程式为_。该反应说明：在高温条件下，1价的Cu比2价的Cu更_(填“稳定”或“不稳定”)。(2)向Cu2O中加适量稀硫酸，得到蓝色溶液和一种红色固体，由此可知，在酸性溶液中，1价Cu比2价Cu更_(填“稳定”或“不稳定”)。()为探究问题，他设计了如图所示实验(夹持装置未画)：装置B中NH3和
16、CuO反应生成铜，同时生成一种无污染的气体，反应的化学方程式为_，说明CuO能够被NH3还原。装置C的作用：_。解析：()要检验某物质是否具有两性，必须要有强酸和强碱溶液，所以需要选择a和b。()(1)生成物之一是氧化亚铜，CuO中的Cu起氧化作用，所以O只能起还原作用，即另一种产物为氧气，高温时生成的物质其稳定性会更强，所以1价的Cu比2价的Cu更稳定。(2)根据生成物比反应物稳定的原则，可以判断在酸性溶液中，1价Cu比2价Cu更不稳定。()中生成的无污染的气体，只能是氮气，据此可以写出反应方程式。答案：()a、b()(1)4CuO 2Cu2OO2稳定(2)不稳定()3CuO2NH3 N23Cu3H2O充分吸收反应多余的NH3，并防止倒吸
